专利名称：在高压下以超临界或近临界的处理介质处理基片的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用超临界或近临界的处理介质、在处理介质中施加有机械作用、在压力腔中的高压下、逐片或成批处理基片的装置，其中处理介质例如含有CO2、N2O、低级碳烃(诸如乙烷和丙烷)、或者它们的混合物等。
背景技术：
现有技术中已经公开了多种不同的这类装置，其中电动机用作施加机械作用的驱动装置。但是，所述的处理介质具有在其中溶解很多聚合物的缺点。如果聚合物与处理介质接触，则会造成聚合物粘结、软化、膨胀、甚至燃烧的问题。处理介质的密度越高，这种问题就变得越严重，例如在非常高的压力下，处理介质处于液相或超临界相。如果电动机与这种处理介质接触，将会引起相当大的问题，例如由于电动机线圈的电绝缘受影响而导致短路、由于密封环破损而导致泄漏，以及由于塑料轴承部件磨损而导致卡住。此外，这种处理介质能够溶解很多润滑油和润滑脂。这会导致去除与该处理介质接触的任何物体上的润滑脂。该问题同样会随着处理介质密度的增大而加剧。在采用电动机的情况下，这会导致电动机轴轴承润滑面以及在机械致动器的任何轴承中产生故障。
为了避免上述并发问题，可以将电动机置于处理介质的影响范围以外，即压力腔以外。然后，位于压力腔中的机械致动器由穿过压力腔壁的传动轴驱动。但是，由此产生的特定问题是必需密封传动轴。随着处理介质压力的增大，这种密封问题也更加凸现，从而导致昂贵的结构。
一种替代方案是利用电动机和机械致动器之间的磁耦合，如US-A-5 267 455中所示。在这种情况下，不需要密封。但是，在高压下，压力腔的壁厚增大，因此如果需要传递大功率时，显然磁耦合更加难以实现。这将导致非常昂贵的结构。
WO 00/63483也公开了一种装置，表示一种由电动机驱动的清洗机滚筒。在这种情况下，清洗机滚筒和电动机都位于处理空间中，在该处理空间中部分地充满了室温下的高压液态CO2。该文件说明电动机必须尽可能地位于处理空间的顶部，从而电动机基本上仅与气态CO2接触，即溅到少量的液态CO2。
这种情况中的缺点之一是这种公开的装置仍然易于在电动机的标准聚合物部件受到不利影响时而受到所产生的故障和问题的影响。而且，允许的压力和温度的工作范围受到限制，从而在某些情况下会影响该情况中所期望的洗涤处理效果。
发明内容
本发明的一个目的是至少部分地克服上述缺点和/或提出一种可用的替代方案。特别地，本发明的一个目的是提出一种背景技术部分中所述类型的可靠及有效装置。
该目的通过根据本发明的第一方面的装置而实现。在这种情况中，该装置包括一个第一压力腔，该腔具有可封闭的进料口，用于将基片置于压力腔中；和一个用于在高压下向压力腔填充处理介质和从压力腔中抽出处理介质的管路系统，处理介质可以包括例如CO2、N2O、低级碳烃(诸如乙烷和丙烷)、或其混合物等。在第一压力腔或一个在高压下与第一压力腔相连的第二压力腔中，具有一个电动机，其用于驱动在处理介质中施加机械作用的致动器。在这种情况下，电动机暴露在处理介质中，且电动机布置并设计成可以以这样的方式接触处理介质，即在基片的处理过程中，超临界状态的或液态处理介质穿过电动机并围绕电动机周围。
令人惊讶地是，已经发现，除了现有技术中所述的缺点，仍然很有可能以这样的方式设计电动机，即电动机可以暴露在超临界或近临界的液态处理介质内部或外部，并可以承受处理介质。在所发明的装置中，电动机位于处在高处理压力下的处理箱中，这种高压遍布在电动机外部和内部。从而电动机壳体内部的压力有利地与电动机外部(即相连压力腔)中的压力大致相等。结果，电动机的设计可以更加简单，成本可以更加低廉。其中，尤其是电动机轴和电动机壳体之间无需密封，且壳体无需任何额外的结构强度以承受很高的压差。另一个优点是，超临界或近临界的液态处理介质有利于冷却电动机。另一方面，电动机散发的热量可以有利地用于在基片处理过程中将处理介质保持在处理温度。
电动机的线圈可以用能承受特殊处理介质的绝缘材料绝缘，且电动机的输出轴可以采用免润滑轴承。这些特征使得该装置更加可能在各种工作条件下无故障地运行，特别是在使处理介质处于超临界相或近临界相的高压和高温下。
电动机可以包括电动机壳体，该电动机壳体具有进口，以允许处理介质流入电动机直到包围电动机线圈。入口允许处理介质自由流过电动机内部，可以实现电动机的良好冷却。例如，电动机壳体上再也不需要散热片。
进一步优选的实施例在本发明的其它方面中说明。
本发明还涉及使用装置以在高压下，逐片或成批处理纤维基片。此外，本发明涉及使用装置以在高压下，用处理介质，逐片或成批地处理基片，其中在处理过程中，在使处理介质处于超临界或近临界状态的压力和温度下，将处理介质提供到压力腔中，且其中电动机位于处在超临界或近临界状态的处理介质中，使得处理介质穿过电动机并流过其周围，其中电动机用于驱动在处理介质中施加机械作用的致动器。以及，本发明涉及使用装置以在高压下，用处理介质，逐片或成批地处理基片，其中在处理过程中，在使处理介质至少部分地处于液态的压力和温度下，将处理介质提供到压力腔中，且其中电动机浸在液态处理介质中，使得处理介质穿过电动机并流过其周围，其中电动机用于驱动在处理介质中施加机械作用的致动器。
本发明还涉及装置的电动机，其暴露在处理介质中，并设计成可以以这样的方式接触处理介质，即在基片的处理过程中，处理介质可以穿过电动机并流过电动机周围。
下面将参考附图更详细地说明本发明，其中图1表示一个压力腔实施例的示意图，该压力腔具有固定在其壳体内的电动机，该压力腔用于一个带有泵的根据本发明的装置；图2表示一个沿着电动机的剖视图，该电动机可以用于如图1、4、5和6中任意一个所示的装置中；图3表示图2的侧视图；图4表示图1的一个变形，其中流动方向相反；图5表示图1的一个变形，其中具有一个清洗机滚筒；并且图6表示一个根据本发明的装置，其中带有泵的电动机容纳在一个压力容器中，一个经轴染色机与之相连。
具体实施例方式
在图1中，压力腔装置整体用附图标记1表示。装置1包括压力腔2，其在该情况下由一个压力容器构成，并具有一个开口，其可以由盖3封闭，用于在压力容器中安装带有泵9的电动机7。还具有带流入口5a和流出口5b的管路系统5。电动机7置于压力腔2中。泵9装在电动机7的输出轴8上。泵9，诸如由具有叶轮的离心泵形成，在该情况下直接装在电动机轴8上。泵9容纳在包括入口11和出口12的泵壳体10中。出口12与流出口5b相连。
所示的压力腔装置可以在高压电路中作为一个第二压力腔与用于处理基片的第一压力腔结合。
电动机7，其在图2和3中更详细地表示，包括电动机线圈20，其用能承受特殊处理介质的绝缘材料绝缘，这些处理介质包括例如CO2、N2O、低级碳烃(诸如乙烷和丙烷)，或其混合物等。绝缘材料优选地由聚酯组成。试验已经表明聚酯是一种非常令人满意的材料。也可以采用其它材料，例如聚酰亚胺(kapton)或高熔点芳香族聚酰胺(Nomex)。
此外，电动机7包括用于电动机输出轴8的轴承21。轴承21是免润滑型的，即，轴承正常运转无需润滑脂或润滑油。轴承21可以包括陶瓷滚珠或聚醚醚酮(PEEK)或青铜滚珠隔离圈(cage)。轴承21优选地包括一个自润滑接触层，例如位于轴承的槽中。自润滑接触层优选地由氮化碳层(carbon-nitride layer)构成。已经发现这种材料能够很好地承受处理介质(尤其是超临界CO2)，同时可以实现轴承21的充分润滑。
轴承21装在轴承座23中，其还形成一种盖，用于电动机壳体24包围电动机7。轴承座23由耐腐蚀材料制成，例如不锈钢或阳极化铝(anodized aluminim)。
穿流口26(比较图3)位于电动机壳体24的轴承座23中。这意味着电动机7为开放式的，且处理介质可以自由流过电动机7内部。这确保了电动机线圈20的良好冷却，由于电动机壳体24内部的压力与其外部的压力大致相等，因此还具有使电动机壳体24具有更轻设计重量的优点。此外，由于处理介质的热特性，因此无需任何散热片，且电动机轴无需以这样的方式穿过电动机壳体24，即在超临界处理压力下相对于处理介质密封。
电动机7通过电连接27供电，电连接27具有能承受处理介质的绝缘材料，例如高熔点芳香族聚酰胺、芳香尼龙纸、聚酰亚胺、聚酯薄膜和/或纱。电连接27穿过压力腔2的壁的电路通道具有张应力减压装置，其能够承受处理介质，例如丁腈橡胶环(Buna-N ring)或填充树脂。
在操作过程中，通过流入口5a将处理介质充入压力腔2，而具有泵9的电动机7在操作过程中设置。一些处理介质自由地流过电动机壳体24，在其中处理介质具有冷却作用，通过入口11被吸入泵9中，然后在泵9的机械作用下被泵送到出口12或排出口5b，离开压力容器2，然后进入另一个(第一)压力腔(图中未表示)，基片位于该压力腔中，并在该压力腔中对基片进行处理。在处理介质离开第一压力腔后，通过相连管道将其充回流入口5a。在以这种方式循环的处理介质已经能在基片上作用期望的时间后，电动机停机并从系统中排出处理介质，直到系统处于环境压力，然后可以从第一压力腔中再次移去经过处理的基片。
压力遍布在泵壳体10内部，例如，泵的旋转叶轮最大等于泵9提供的增压压力，并且有利地只有几帕(bar)，而压力腔2中的处理介质可以处于高压。
图4表示了一种变形，其中相同的部件用相同的附图标记表示。这里的压力腔2具有与泵壳体10的入口31相连的流入口30。还有一个直接与压力腔2相连的排出口32。此外，穿流口33位于电动机7壳体的外壁上。
在操作过程中，处理介质通过流入口30和入口31流入泵壳体10，然后从那里部分地流过电动机7，部分地绕过电动机7而流入压力腔2，然后通过排出口32流出。
图5表示一种运用，其中电动机40和由其驱动的滚筒41一起布置在同一压力腔42中。处理介质可以充入并排出压力腔42(管路未表示)。电动机40具有穿流口44，同时上述根据本发明的措施优选地再次在电动机线圈和轴承上采用。压力腔42具有可以打开的盖43，以使要处理的基片可以放入滚筒41或从滚筒41中取出。滚筒41即可以用于清洗，也可以用于染色(dyeing)。
图6表示一个圆柱形压力容器50，在其两端具有可以由盖51，51a和51b封闭的流入口。用于具有致动器的电动机的压力腔及用于基片的压力腔在该压力容器50中结合成一体。盖51a可以打开，使得压制纤维基片53进入多孔管52上的压力腔中。盖51b具有处理介质的流入口55和排出口56。泵壳体58，其中电动机59和真空泵60结合在一起，该泵壳体58直接与流入口55相连。当盖51b打开时，固定电动机59和真空泵60的泵壳体58可以装入压力容器50中。真空泵60有利地位于电动机59上游，这有助于处理介质更好地流过，并且如果期望，穿过电动机59，产生更好的冷却效果。流出泵壳体58后，处理介质可以通过出口62流入管52，并在管52处，通过孔流过要处理的基片53，在基片上施加处理作用。最后，处理介质可以通过排出口56再次离开压力腔50。由于处理介质已经在压力腔50染色，因此其可以以这种方式染色纤维基片。整个纤维基片的压降大约为1帕。
在一种优选用途中，向上述装置的压力腔提供的处于一定压力和温度下的处理介质处于超临界或近临界状态。从而整个压力腔，包括“开放式”电动机，都处于一定压力下并受超临界或近临界的处理介质影响。令人惊讶地是，已经发现这不会产生任何问题，特别是当电动机线圈用能承受处理介质的材料绝缘，且轴承为免润滑型轴承时。对于处理介质为CO2而言，在至少73帕压力和至少31度温度时达到超临界状态。
在另一变形实施例中，处理介质在压力和温度都使得处理介质至少部分地处于液相时提供给上述装置的压力腔。然后，“开放式”电动机优选地淹没在液体处理介质中。令人惊讶地是，也发现不存在任何问题，特别是如果电动机线圈用能承受处理介质的材料绝缘，且轴承为免润滑型轴承时。
除图中表示的实施例外，还可以有很多变形。例如，除了泵和滚筒以外，还可以用其它类型的致动器，用于使基片和介质彼此相对运动，例如螺旋桨，搅动器，或搅拌机构。除了清洗或染色纤维基片以外，该装置还可以有利地用于处理其它类型的基片，或用其它方式处理基片，例如清理或脱脂。适合用根据本发明的装置和用途处理的材料包括织物，例如由诸如棉、毛、丝、皮革、人造纤维、聚酯、醋酸纤维、玻璃纤维、毛皮等材料制成的机织或非机织织物。这些织物可以制成片，例如衣服、劳动手套、布、皮革制品(例如手提包和公文包)等。该装置和用途还可以用于处理，特别是清洗、清理或脱脂，其它物品，例如半导体、微电机系统，光电子、纤维光学和机加工或浇铸金属部件。还可以使用根据本发明的装置和用途处理食品和受污染的土壤。
因此，本发明提供了一种易于使用的，有效的装置，该装置允许将设计简单且低成本的电动机在压力腔中的多种使用条件下，置于特殊腐蚀性处理介质的影响范围内。
权利要求
1.在高压下用超临界或近临界的处理介质逐片或成批处理基片的装置，包括一个第一压力腔，其具有可封闭的进料口，以用于将基片置于压力腔中；一个用于在高压下向压力腔填充处理介质和从压力腔中排出处理介质的管路系统，其中处理介质可以包括例如CO2、N2O、低级碳烃(诸如乙烷和丙烷)，或其混合物等；及一个电动机，其固定到位于第一压力腔或一个在高压下与第一压力腔相连的第二压力腔中的壳体上，以驱动在处理介质中施加机械作用的致动器；该电动机暴露在处理介质中，且电动机布置并设计成可以以这样的方式接触处理介质，即在基片的处理过程中，超临界状态的或液态处理介质穿过电动机并流过电动机周围。
2.如权利要求1所述的装置，其中电动机的线圈用能承受处理介质的绝缘材料绝缘。
3.如权利要求2所述的装置，其中用于电动机的绝缘材料为聚酯。
4.如权利要求1所述的装置，还包括电动机的输出轴采用的免润滑轴承。
5.如权利要求4所述的装置，其中用于电动机输出轴的轴承包括一个自润滑接触层，尤其是一个氮化碳层。
6.如权利要求4所述的装置，还包括装有轴承的轴承座，其由耐腐蚀材料制成，尤其是不锈钢或铝。
7.如权利要求2所述的装置，其中用于电动机线圈的绝缘材料以这样的方式选择，即其可以承受在一定压力和温度下提供的处理介质，这种压力和温度使得处理介质在压力腔中处于超临界或近临界的状态。
8.如权利要求1所述的装置，其中电动机包括一个开放式电动机壳体，该壳体具有入口，以允许处理介质流入电动机，直到围绕电动机线圈。
9.如权利要求8所述的装置，其中入口位于电动机壳体的一端。
10.如权利要求1所述的装置，其中由电动机驱动的致动器设计成使基片和介质彼此相对移动。
11.如权利要求10所述的装置，其中致动器是一个泵，尤其是离心泵。
12.如权利要求1所述的装置，还包括用于电动机的电连接，其用能够承受上述处理介质的绝缘材料绝缘。
13.如权利要求1所述的装置，其中致动器是一个泵，该泵与电动机一起容纳在泵壳体中，该泵壳体容纳在第一压力腔中。
14.如权利要求13所述的装置，其中泵壳体在吸入侧与管路系统的入口相连，并在输出侧通向第一压力腔的处理空间。
15.如权利要求1所述的装置用于在高压下，逐片或成批处理纤维基片。
16.如权利要求1所述的装置用于在高压下，用处理介质，尤其是根据上述权利要求中任意一项所述的处理介质，逐片或成批地处理基片，其中在处理过程中，在使处理介质处于超临界或近临界状态的压力和温度下，将处理介质提供到压力腔中，且其中电动机位于处在超临界或近临界状态的处理介质中，使得处理介质穿过电动机并流过其周围，其中电动机用于驱动在处理介质中施加机械作用的致动器。
17.如权利要求1所述的装置用于在高压下，用处理介质，尤其是根据上述权利要求中任意一项所述的处理介质，逐片或成批地处理基片，其中在处理过程中，在使处理介质至少部分处于液态的压力和温度下，将处理介质提供到压力腔中，且其中电动机浸在液态处理介质中，使得处理介质穿过电动机并流过其周围，其中电动机用于驱动在处理介质中施加机械作用的致动器。
18.如权利要求1所述装置的电动机，其暴露在处理介质中，并设计成可以以这样的方式接触处理介质，即在基片的处理过程中，处理介质可以穿过电动机并流过电动机周围。
19.如权利要求4所述的装置，其中以能承受处理介质的方式选择电动机轴的轴承，该处理介质在使处理介质处于压力腔的超临界或近临界状态的压力和温度下被提供。
全文摘要
在高压下用超临界或近临界状态的处理介质逐片或成批处理基片的装置，包括一个第一压力腔，其具有可封闭的进料口，用于将基片置于压力腔中；一个用于在高压下向压力腔填充处理介质和从压力腔中排出处理介质的管路系统，其中处理介质可以包括例如CO
文档编号D06B9/00GK1807739SQ20061000119
公开日2006年7月26日 申请日期2006年1月13日 优先权日2005年1月14日
发明者H·C·派利坎, G·F·武尔莱 申请人:斯托克印刷公司