在高壓下以超臨界或近臨界的處理介質處理基片的裝置的製作方法
2023-06-02 14:16:31 2
專利名稱：在高壓下以超臨界或近臨界的處理介質處理基片的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種採用超臨界或近臨界的處理介質、在處理介質中施加有機械作用、在壓力腔中的高壓下、逐片或成批處理基片的裝置，其中處理介質例如含有CO2、N2O、低級碳烴(諸如乙烷和丙烷)、或者它們的混合物等。
背景技術：
現有技術中已經公開了多種不同的這類裝置，其中電動機用作施加機械作用的驅動裝置。但是，所述的處理介質具有在其中溶解很多聚合物的缺點。如果聚合物與處理介質接觸，則會造成聚合物粘結、軟化、膨脹、甚至燃燒的問題。處理介質的密度越高，這種問題就變得越嚴重，例如在非常高的壓力下，處理介質處於液相或超臨界相。如果電動機與這種處理介質接觸，將會引起相當大的問題，例如由於電動機線圈的電絕緣受影響而導致短路、由於密封環破損而導致洩漏，以及由於塑料軸承部件磨損而導致卡住。此外，這種處理介質能夠溶解很多潤滑油和潤滑脂。這會導致去除與該處理介質接觸的任何物體上的潤滑脂。該問題同樣會隨著處理介質密度的增大而加劇。在採用電動機的情況下，這會導致電動機軸軸承潤滑面以及在機械致動器的任何軸承中產生故障。
為了避免上述並發問題，可以將電動機置於處理介質的影響範圍以外，即壓力腔以外。然後，位於壓力腔中的機械致動器由穿過壓力腔壁的傳動軸驅動。但是，由此產生的特定問題是必需密封傳動軸。隨著處理介質壓力的增大，這種密封問題也更加凸現，從而導致昂貴的結構。
一種替代方案是利用電動機和機械致動器之間的磁耦合，如US-A-5 267 455中所示。在這種情況下，不需要密封。但是，在高壓下，壓力腔的壁厚增大，因此如果需要傳遞大功率時，顯然磁耦合更加難以實現。這將導致非常昂貴的結構。
WO 00/63483也公開了一種裝置，表示一種由電動機驅動的清洗機滾筒。在這種情況下，清洗機滾筒和電動機都位於處理空間中，在該處理空間中部分地充滿了室溫下的高壓液態CO2。該文件說明電動機必須儘可能地位於處理空間的頂部，從而電動機基本上僅與氣態CO2接觸，即濺到少量的液態CO2。
這種情況中的缺點之一是這種公開的裝置仍然易於在電動機的標準聚合物部件受到不利影響時而受到所產生的故障和問題的影響。而且，允許的壓力和溫度的工作範圍受到限制，從而在某些情況下會影響該情況中所期望的洗滌處理效果。
發明內容
本發明的一個目的是至少部分地克服上述缺點和/或提出一種可用的替代方案。特別地，本發明的一個目的是提出一種背景技術部分中所述類型的可靠及有效裝置。
該目的通過根據本發明的第一方面的裝置而實現。在這種情況中，該裝置包括一個第一壓力腔，該腔具有可封閉的進料口，用於將基片置於壓力腔中；和一個用於在高壓下向壓力腔填充處理介質和從壓力腔中抽出處理介質的管路系統，處理介質可以包括例如CO2、N2O、低級碳烴(諸如乙烷和丙烷)、或其混合物等。在第一壓力腔或一個在高壓下與第一壓力腔相連的第二壓力腔中，具有一個電動機，其用於驅動在處理介質中施加機械作用的致動器。在這種情況下，電動機暴露在處理介質中，且電動機布置並設計成可以以這樣的方式接觸處理介質，即在基片的處理過程中，超臨界狀態的或液態處理介質穿過電動機並圍繞電動機周圍。
令人驚訝地是，已經發現，除了現有技術中所述的缺點，仍然很有可能以這樣的方式設計電動機，即電動機可以暴露在超臨界或近臨界的液態處理介質內部或外部，並可以承受處理介質。在所發明的裝置中，電動機位於處在高處理壓力下的處理箱中，這種高壓遍布在電動機外部和內部。從而電動機殼體內部的壓力有利地與電動機外部(即相連壓力腔)中的壓力大致相等。結果，電動機的設計可以更加簡單，成本可以更加低廉。其中，尤其是電動機軸和電動機殼體之間無需密封，且殼體無需任何額外的結構強度以承受很高的壓差。另一個優點是，超臨界或近臨界的液態處理介質有利於冷卻電動機。另一方面，電動機散發的熱量可以有利地用於在基片處理過程中將處理介質保持在處理溫度。
電動機的線圈可以用能承受特殊處理介質的絕緣材料絕緣，且電動機的輸出軸可以採用免潤滑軸承。這些特徵使得該裝置更加可能在各種工作條件下無故障地運行，特別是在使處理介質處於超臨界相或近臨界相的高壓和高溫下。
電動機可以包括電動機殼體，該電動機殼體具有進口，以允許處理介質流入電動機直到包圍電動機線圈。入口允許處理介質自由流過電動機內部，可以實現電動機的良好冷卻。例如，電動機殼體上再也不需要散熱片。
進一步優選的實施例在本發明的其它方面中說明。
本發明還涉及使用裝置以在高壓下，逐片或成批處理纖維基片。此外，本發明涉及使用裝置以在高壓下，用處理介質，逐片或成批地處理基片，其中在處理過程中，在使處理介質處於超臨界或近臨界狀態的壓力和溫度下，將處理介質提供到壓力腔中，且其中電動機位於處在超臨界或近臨界狀態的處理介質中，使得處理介質穿過電動機並流過其周圍，其中電動機用於驅動在處理介質中施加機械作用的致動器。以及，本發明涉及使用裝置以在高壓下，用處理介質，逐片或成批地處理基片，其中在處理過程中，在使處理介質至少部分地處於液態的壓力和溫度下，將處理介質提供到壓力腔中，且其中電動機浸在液態處理介質中，使得處理介質穿過電動機並流過其周圍，其中電動機用於驅動在處理介質中施加機械作用的致動器。
本發明還涉及裝置的電動機，其暴露在處理介質中，並設計成可以以這樣的方式接觸處理介質，即在基片的處理過程中，處理介質可以穿過電動機並流過電動機周圍。
下面將參考附圖更詳細地說明本發明，其中圖1表示一個壓力腔實施例的示意圖，該壓力腔具有固定在其殼體內的電動機，該壓力腔用於一個帶有泵的根據本發明的裝置；圖2表示一個沿著電動機的剖視圖，該電動機可以用於如圖1、4、5和6中任意一個所示的裝置中；圖3表示圖2的側視圖；圖4表示圖1的一個變形，其中流動方向相反；圖5表示圖1的一個變形，其中具有一個清洗機滾筒；並且圖6表示一個根據本發明的裝置，其中帶有泵的電動機容納在一個壓力容器中，一個經軸染色機與之相連。
具體實施例方式
在圖1中，壓力腔裝置整體用附圖標記1表示。裝置1包括壓力腔2，其在該情況下由一個壓力容器構成，並具有一個開口，其可以由蓋3封閉，用於在壓力容器中安裝帶有泵9的電動機7。還具有帶流入口5a和流出口5b的管路系統5。電動機7置於壓力腔2中。泵9裝在電動機7的輸出軸8上。泵9，諸如由具有葉輪的離心泵形成，在該情況下直接裝在電動機軸8上。泵9容納在包括入口11和出口12的泵殼體10中。出口12與流出口5b相連。
所示的壓力腔裝置可以在高壓電路中作為一個第二壓力腔與用於處理基片的第一壓力腔結合。
電動機7，其在圖2和3中更詳細地表示，包括電動機線圈20，其用能承受特殊處理介質的絕緣材料絕緣，這些處理介質包括例如CO2、N2O、低級碳烴(諸如乙烷和丙烷)，或其混合物等。絕緣材料優選地由聚酯組成。試驗已經表明聚酯是一種非常令人滿意的材料。也可以採用其它材料，例如聚醯亞胺(kapton)或高熔點芳香族聚醯胺(Nomex)。
此外，電動機7包括用於電動機輸出軸8的軸承21。軸承21是免潤滑型的，即，軸承正常運轉無需潤滑脂或潤滑油。軸承21可以包括陶瓷滾珠或聚醚醚酮(PEEK)或青銅滾珠隔離圈(cage)。軸承21優選地包括一個自潤滑接觸層，例如位於軸承的槽中。自潤滑接觸層優選地由氮化碳層(carbon-nitride layer)構成。已經發現這種材料能夠很好地承受處理介質(尤其是超臨界CO2)，同時可以實現軸承21的充分潤滑。
軸承21裝在軸承座23中，其還形成一種蓋，用於電動機殼體24包圍電動機7。軸承座23由耐腐蝕材料製成，例如不鏽鋼或陽極化鋁(anodized aluminim)。
穿流口26(比較圖3)位於電動機殼體24的軸承座23中。這意味著電動機7為開放式的，且處理介質可以自由流過電動機7內部。這確保了電動機線圈20的良好冷卻，由於電動機殼體24內部的壓力與其外部的壓力大致相等，因此還具有使電動機殼體24具有更輕設計重量的優點。此外，由於處理介質的熱特性，因此無需任何散熱片，且電動機軸無需以這樣的方式穿過電動機殼體24，即在超臨界處理壓力下相對於處理介質密封。
電動機7通過電連接27供電，電連接27具有能承受處理介質的絕緣材料，例如高熔點芳香族聚醯胺、芳香尼龍紙、聚醯亞胺、聚酯薄膜和/或紗。電連接27穿過壓力腔2的壁的電路通道具有張應力減壓裝置，其能夠承受處理介質，例如丁腈橡膠環(Buna-N ring)或填充樹脂。
在操作過程中，通過流入口5a將處理介質充入壓力腔2，而具有泵9的電動機7在操作過程中設置。一些處理介質自由地流過電動機殼體24，在其中處理介質具有冷卻作用，通過入口11被吸入泵9中，然後在泵9的機械作用下被泵送到出口12或排出口5b，離開壓力容器2，然後進入另一個(第一)壓力腔(圖中未表示)，基片位於該壓力腔中，並在該壓力腔中對基片進行處理。在處理介質離開第一壓力腔後，通過相連管道將其充回流入口5a。在以這種方式循環的處理介質已經能在基片上作用期望的時間後，電動機停機並從系統中排出處理介質，直到系統處於環境壓力，然後可以從第一壓力腔中再次移去經過處理的基片。
壓力遍布在泵殼體10內部，例如，泵的旋轉葉輪最大等於泵9提供的增壓壓力，並且有利地只有幾帕(bar)，而壓力腔2中的處理介質可以處於高壓。
圖4表示了一種變形，其中相同的部件用相同的附圖標記表示。這裡的壓力腔2具有與泵殼體10的入口31相連的流入口30。還有一個直接與壓力腔2相連的排出口32。此外，穿流口33位於電動機7殼體的外壁上。
在操作過程中，處理介質通過流入口30和入口31流入泵殼體10，然後從那裡部分地流過電動機7，部分地繞過電動機7而流入壓力腔2，然後通過排出口32流出。
圖5表示一種運用，其中電動機40和由其驅動的滾筒41一起布置在同一壓力腔42中。處理介質可以充入並排出壓力腔42(管路未表示)。電動機40具有穿流口44，同時上述根據本發明的措施優選地再次在電動機線圈和軸承上採用。壓力腔42具有可以打開的蓋43，以使要處理的基片可以放入滾筒41或從滾筒41中取出。滾筒41即可以用於清洗，也可以用於染色(dyeing)。
圖6表示一個圓柱形壓力容器50，在其兩端具有可以由蓋51，51a和51b封閉的流入口。用於具有致動器的電動機的壓力腔及用於基片的壓力腔在該壓力容器50中結合成一體。蓋51a可以打開，使得壓制纖維基片53進入多孔管52上的壓力腔中。蓋51b具有處理介質的流入口55和排出口56。泵殼體58，其中電動機59和真空泵60結合在一起，該泵殼體58直接與流入口55相連。當蓋51b打開時，固定電動機59和真空泵60的泵殼體58可以裝入壓力容器50中。真空泵60有利地位於電動機59上遊，這有助於處理介質更好地流過，並且如果期望，穿過電動機59，產生更好的冷卻效果。流出泵殼體58後，處理介質可以通過出口62流入管52，並在管52處，通過孔流過要處理的基片53，在基片上施加處理作用。最後，處理介質可以通過排出口56再次離開壓力腔50。由於處理介質已經在壓力腔50染色，因此其可以以這種方式染色纖維基片。整個纖維基片的壓降大約為1帕。
在一種優選用途中，向上述裝置的壓力腔提供的處於一定壓力和溫度下的處理介質處於超臨界或近臨界狀態。從而整個壓力腔，包括「開放式」電動機，都處於一定壓力下並受超臨界或近臨界的處理介質影響。令人驚訝地是，已經發現這不會產生任何問題，特別是當電動機線圈用能承受處理介質的材料絕緣，且軸承為免潤滑型軸承時。對於處理介質為CO2而言，在至少73帕壓力和至少31度溫度時達到超臨界狀態。
在另一變形實施例中，處理介質在壓力和溫度都使得處理介質至少部分地處於液相時提供給上述裝置的壓力腔。然後，「開放式」電動機優選地淹沒在液體處理介質中。令人驚訝地是，也發現不存在任何問題，特別是如果電動機線圈用能承受處理介質的材料絕緣，且軸承為免潤滑型軸承時。
除圖中表示的實施例外，還可以有很多變形。例如，除了泵和滾筒以外，還可以用其它類型的致動器，用於使基片和介質彼此相對運動，例如螺旋槳，攪動器，或攪拌機構。除了清洗或染色纖維基片以外，該裝置還可以有利地用於處理其它類型的基片，或用其它方式處理基片，例如清理或脫脂。適合用根據本發明的裝置和用途處理的材料包括織物，例如由諸如棉、毛、絲、皮革、人造纖維、聚酯、醋酸纖維、玻璃纖維、毛皮等材料製成的機織或非機織織物。這些織物可以製成片，例如衣服、勞動手套、布、皮革製品(例如手提包和公文包)等。該裝置和用途還可以用於處理，特別是清洗、清理或脫脂，其它物品，例如半導體、微電機系統，光電子、纖維光學和機加工或澆鑄金屬部件。還可以使用根據本發明的裝置和用途處理食品和受汙染的土壤。
因此，本發明提供了一種易於使用的，有效的裝置，該裝置允許將設計簡單且低成本的電動機在壓力腔中的多種使用條件下，置於特殊腐蝕性處理介質的影響範圍內。
權利要求
1.在高壓下用超臨界或近臨界的處理介質逐片或成批處理基片的裝置，包括一個第一壓力腔，其具有可封閉的進料口，以用於將基片置於壓力腔中；一個用於在高壓下向壓力腔填充處理介質和從壓力腔中排出處理介質的管路系統，其中處理介質可以包括例如CO2、N2O、低級碳烴(諸如乙烷和丙烷)，或其混合物等；及一個電動機，其固定到位於第一壓力腔或一個在高壓下與第一壓力腔相連的第二壓力腔中的殼體上，以驅動在處理介質中施加機械作用的致動器；該電動機暴露在處理介質中，且電動機布置並設計成可以以這樣的方式接觸處理介質，即在基片的處理過程中，超臨界狀態的或液態處理介質穿過電動機並流過電動機周圍。
2.如權利要求1所述的裝置，其中電動機的線圈用能承受處理介質的絕緣材料絕緣。
3.如權利要求2所述的裝置，其中用於電動機的絕緣材料為聚酯。
4.如權利要求1所述的裝置，還包括電動機的輸出軸採用的免潤滑軸承。
5.如權利要求4所述的裝置，其中用於電動機輸出軸的軸承包括一個自潤滑接觸層，尤其是一個氮化碳層。
6.如權利要求4所述的裝置，還包括裝有軸承的軸承座，其由耐腐蝕材料製成，尤其是不鏽鋼或鋁。
7.如權利要求2所述的裝置，其中用於電動機線圈的絕緣材料以這樣的方式選擇，即其可以承受在一定壓力和溫度下提供的處理介質，這種壓力和溫度使得處理介質在壓力腔中處於超臨界或近臨界的狀態。
8.如權利要求1所述的裝置，其中電動機包括一個開放式電動機殼體，該殼體具有入口，以允許處理介質流入電動機，直到圍繞電動機線圈。
9.如權利要求8所述的裝置，其中入口位於電動機殼體的一端。
10.如權利要求1所述的裝置，其中由電動機驅動的致動器設計成使基片和介質彼此相對移動。
11.如權利要求10所述的裝置，其中致動器是一個泵，尤其是離心泵。
12.如權利要求1所述的裝置，還包括用於電動機的電連接，其用能夠承受上述處理介質的絕緣材料絕緣。
13.如權利要求1所述的裝置，其中致動器是一個泵，該泵與電動機一起容納在泵殼體中，該泵殼體容納在第一壓力腔中。
14.如權利要求13所述的裝置，其中泵殼體在吸入側與管路系統的入口相連，並在輸出側通向第一壓力腔的處理空間。
15.如權利要求1所述的裝置用於在高壓下，逐片或成批處理纖維基片。
16.如權利要求1所述的裝置用於在高壓下，用處理介質，尤其是根據上述權利要求中任意一項所述的處理介質，逐片或成批地處理基片，其中在處理過程中，在使處理介質處於超臨界或近臨界狀態的壓力和溫度下，將處理介質提供到壓力腔中，且其中電動機位於處在超臨界或近臨界狀態的處理介質中，使得處理介質穿過電動機並流過其周圍，其中電動機用於驅動在處理介質中施加機械作用的致動器。
17.如權利要求1所述的裝置用於在高壓下，用處理介質，尤其是根據上述權利要求中任意一項所述的處理介質，逐片或成批地處理基片，其中在處理過程中，在使處理介質至少部分處於液態的壓力和溫度下，將處理介質提供到壓力腔中，且其中電動機浸在液態處理介質中，使得處理介質穿過電動機並流過其周圍，其中電動機用於驅動在處理介質中施加機械作用的致動器。
18.如權利要求1所述裝置的電動機，其暴露在處理介質中，並設計成可以以這樣的方式接觸處理介質，即在基片的處理過程中，處理介質可以穿過電動機並流過電動機周圍。
19.如權利要求4所述的裝置，其中以能承受處理介質的方式選擇電動機軸的軸承，該處理介質在使處理介質處於壓力腔的超臨界或近臨界狀態的壓力和溫度下被提供。
全文摘要
在高壓下用超臨界或近臨界狀態的處理介質逐片或成批處理基片的裝置，包括一個第一壓力腔，其具有可封閉的進料口，用於將基片置於壓力腔中；一個用於在高壓下向壓力腔填充處理介質和從壓力腔中排出處理介質的管路系統，其中處理介質可以包括例如CO
文檔編號D06B9/00GK1807739SQ20061000119
公開日2006年7月26日 申請日期2006年1月13日 優先權日2005年1月14日
發明者H·C·派利坎, G·F·武爾萊 申請人:斯託克印刷公司