干洗方法和装置 【相关申请的交叉引用】
本发明要求1999年12月16日提交的美国临时专利申请No.60/171,044以及2000年7月19日提交的美国临时专利申请No.60/219,727的优选权。
关于联邦支持研究与开发的说明：无
【发明背景】
有害溶剂，例如被环保署(“EPA”)怀疑是一种致癌化学物的全氯乙烯(“PERC”)在商业干洗系统中的应用，近一段时间以来已经被越来越多地仔细检查。环境规则和目前溶剂的不利考虑已经开始寻找一种替换方法，该替换方法从经济和性能两个角度都有竞争力，同时对环境没有不利影响。已经提出的替换溶剂中最值得注意的是液体二氧化碳(LCO2)，液体二氧化碳(LCO2)可作为多种工业过程，包括肥料制造的副产品而获得。
迄今为止，使用LCO2的系统或者使用一个与一洗涤容器连接的单一LCO2供应罐，或者使用一对与一洗涤容器相互连通的LCO2供应罐。大多数这种系统使用一重型正排量活塞泵，该活塞泵在基体搅动过程中提供流过相应系统的基本连续的LCO2流。
为了解决与使用这种泵相关的各种缺点，已经提出压缩机借助于压差在一个或多个储罐与洗涤容器之间循环LCO2，消除了对泵的需要。在单储罐实施例中，压缩机用于在搅动之前将溶剂传送到洗涤容器，然后在搅动之后返回储罐；在单储罐实施例中，搅动本身是通过使用一些机械装置，包括一旋转滚筒或浆叶而实现的。
在双储罐实施例中，正压差使LCO2能够从一储罐流到一洗涤容器，然后流到第二储罐。然后溶剂的流动方向反过来，从而维持溶剂穿过洗涤容器的流动。这里，至少一部分液体溶剂穿过喷嘴引入洗涤容器中导致基体的喷射搅动。一个储罐与另一储罐之间的压差大小可以通过改变压缩机电机的速度或通过使用一节流阀来控制。压缩机还可用于将气态LCO2气体从一个储罐抽到另一个储罐，从而产生压差。
在现有技术中，在压力均衡过程中，当气态CO2被传送到洗涤容器中时必须加热气态CO2；当气态CO2地加压在第一储罐中减少时，第一储罐中的温度下降。如果在压力均衡之前洗涤容器已经被降压以去除水蒸汽，则这种效果可能被加剧。因此，第一个储罐中保留的LCO2处于用于干洗目的最佳温度以下，需要在传送到洗涤容器中用于基体搅动之前加热。
为目的加热LCO2可通过位于输送管道中的热交换器来实现。可替换地，可以用一个高于目标范围20摄氏度的储罐开始，但这将导致高得多的压力，并需要更高额定压力的储罐，这当然更昂贵且潜在地更笨重。
在洗涤循环结束时，必须将气态二氧化碳从洗涤容器抽到其中一个储罐。为了在一个洗涤循环之后将洗涤容器中的二氧化碳蒸气转化成液体以便储存，必须冷却蒸气以避免压力的过度增大。
因此，通过洗涤容器交换LCO2的现有技术两罐系统中，要求液体洗涤介质在引入洗涤容器中之前被加热，且气态二氧化碳蒸气在返回一个或两个储罐时被冷却。
将蒸气冷却到使它液化所必须的程度需要一个很大的冷却系统。没有这种系统，当蒸气被泵送回储罐中时可能会产生一种过压状态。带有热水和冷水储器的多个热交换器和泵能够实现该目的，但很昂贵，并增加了系统的复杂性。
【发明内容】
公开了一种干洗系统，在一优选实施例中该系统用液体二氧化碳作为洗涤介质。使用两个储罐，其中一个相对较“冷”，另一个相对较“热”。这些罐分别替代地称作“热罐”和“溶剂罐”。基体在洗涤容器中洗涤，对于液体二氧化碳，该洗涤容器保持在20-24摄氏度。
在将要洗涤的基体，如衣物放入洗涤容器中后，通过将洗涤容器和热罐设置成蒸气连通而使热罐和洗涤容器中的压力均衡。在整个洗涤过程中保留在热罐中的残余溶剂的温度可随压力的减小而降低。用一压缩机将另外的气态溶剂加入洗涤容器中，使其中的压力上升到接近溶剂罐内部压力的一点。然后将溶剂罐和洗涤容器设置成流体连通，通过操作压缩机向洗涤容器填充LCO2。最好通过在向洗涤容器填充LCO2之前将热罐连接到洗涤容器上而对洗涤容器进行加压，否则就会在洗涤容器中形成冰或“雪”，这会阻断通向洗涤容器的管路和阀。
一旦将热罐设置成与洗涤容器蒸气连通，热罐中的液体二氧化碳的温度就会由于其一部分在压力均衡过程中蒸发而下降。这种下降可能是低于起始温度20摄氏度。然后，当更多的气态CO2被压出热罐而进入洗涤容器中时，更多的液体CO2蒸发，导致40摄氏度数量级的进一步的温度下降。因此，热罐中温度的总体下降接近60摄氏度。这种效果在一个实施例中会增强，其中洗涤容器被初始地抽空到-14磅/英寸2，以去除水蒸汽，否则水蒸汽就会对基体洗涤产生有害效果。但在其它情况下，洗涤容器中水蒸汽的初始数量是如此少，以至于不需要初始抽空。
在基体搅动完成时，将LCO2传送回溶剂罐，之后抽出气态CO2，并冷凝到热罐中。这个过程将洗涤容器和基体的温度降低到会损坏洗涤容器内容物的点；一些塑料和乙烯基材料会在冰点以下温度破裂。衣物在较低温度下也更容易皱缩。
相反，在洗涤循环结束时，从洗涤容器中排出的气态CO2由于压缩而变得更热。为了利用这种潜热能，从洗涤容器至热罐的返回管路重回到洗涤容器，在用于基体搅动的旋转滚筒下面形成一热交换盘管。为了提高热罐中残留LCO2的温度并完成从洗涤容器抽出的热的、被压缩的气态CO2的冷凝，通过一喷射管将气态CO2引回到热罐，因而被加热的CO2小气泡高效地将热量传导到液相CO2。
【附图说明】
图1至7表示按照本发明的干洗系统的连通性；
图1表示一空气排放阶段；
图2表示一压力均衡阶段；
图3表示一洗涤容器填充阶段；
图4表示一基体搅动阶段；
图5表示一洗涤容器排放阶段；
图6表示一蒸气回收阶段；以及
图7表示一洗涤容器排气阶段。
【具体实施方式】
为了解决与现有技术相关的问题，本发明提供了一种双罐系统10，包括一个用于压力均衡和蒸气回收的“冷”或“热”罐12，和一个用于大量液体二氧化碳传输的“热”或“溶剂”罐14，以及一个洗涤容器16。图1示出阀、管路和压缩机20、及一排气导管22的设置，该排气导管22可抽出水蒸汽；还可以使用其它设置来实现相同的结果。
在全部附图中，粗线表示流体流动路径。阀件名称以字母“V”开始，减压阀名称以字母“RV”开始，压力转换器用“P”表示，热电偶用“TC”表示。
在一实施例中，热罐12中填充大约50加仑的液体二氧化碳。所使用的数量部分取决于系统10的洗涤容器16的容积。在压力均衡过程中，约20加仑的LCO2会变成蒸气，使热罐12中的温度从大约20摄氏度下降到约零度(+/-5度)。其余30加仑在热罐12中保持为LCO2。如前所述，如果在洗涤循环之前为了使洗涤容器16中的水蒸汽量降到最小而一开始就抽空洗涤容器16，则这种效果就会加剧。但这种初步抽空是可选择的，取决于最初存在于洗涤容器中的水蒸汽量，并取决于由这种水蒸汽对洗涤过程造成的相对影响。
由于热罐12的液体二氧化碳的蒸发，并根据两容器12、16的初始加压，热罐12和洗涤容器16可在低于750磅/英寸2目标的约450磅/英寸2进行均衡(图2)。为了弥补这种差别，在一个实施例中压缩机20用于进一步将二氧化碳从热罐12传送到洗涤容器16，进一步降低热罐12中的温度。即使对洗涤容器16进行额外加压，洗涤容器16的内部压力可能会低于溶剂罐14中的压力。因此，当溶剂罐14与洗涤容器16连接以便大量流体传送时(图3)，在溶剂罐14中会发生进一步的蒸发，但并不足以将溶剂罐14的温度降到可接受的水平以下。
大量液体传送是通过使用压缩机20来完成的，当溶剂罐14和洗涤容器16通过“FILL”管道而液体连通时该压缩机20对溶剂罐14进行加压。
一旦来自更高压力的溶剂罐14的液体二氧化碳流到低压洗涤容器16中，可通过使用一由滚筒驱动器24驱动的旋转滚筒26来搅动基体(图4)，可以使用或不使用压缩液体二氧化碳的射流。
在一个优选实施例中，洗涤容器的内部压力通过压缩机20的运行而升高，以便升高洗涤容器16的内部温度，从而提高该过程的洗涤效率。为此，将压缩机连接到热罐12上，使热罐12的内部压力进一步降低。这就具有下面的另外优点，即将新的液体二氧化碳从一低压外部源向热罐12传送。将热罐12和溶剂罐14相互连接起来的阀控制导管使溶剂以一方便的间隔适当分配。
在一段适当的时间之后，洗涤容器16和溶剂罐14再一次设置成流体连通(图5)，压缩机22用于对洗涤容器16进行加压，迫使液体二氧化碳返回到溶剂罐14。一棉绒捕集器(lint trap)30，最好可从洗涤容器16内部接近，和一过滤器32形成一“排放装置”，用于在重新引入到溶剂罐14中之前对液体二氧化碳进行调节。
在洗涤容器16排放之后，下一个阶段是从洗涤容器16将蒸气回收到热罐12中(图6)。当蒸气由于压缩机20的作用而压缩出洗涤容器16时，它作为被压缩到热罐12的副产品而被加热，在一个实施例中压力上升到大约900磅/英寸2。同时，在衣物中残留的液体二氧化碳蒸发时洗涤容器16冷却，洗涤容器16的内部压力下降到大约300磅/英寸2。
当基体从洗涤容器16中去除时，蒸气回收管道40中的热量最好用于加热洗涤容器16，以防止冻结和/或损坏基体和/或伤害操作者的手。这是通过在压缩机20输出端和热罐12之间的热蒸气返回管道40形成一个盘管36而完成的。在一个实施例中，该盘管36位于洗涤容器16内部，旋转滚筒26下方，虽然其它具体的结构也是可能的。因此不需要用于洗涤容器16加热的单独特征，缩短了洗涤循环时间并简化了包含该系统的设备。在另一实施例，最好包括一与洗涤容器16特定部分例如棉绒捕集器30相联的加热元件。来自蒸气并进入洗涤容器16内部的热量传递会消除或至少减少蒸气中的过热热量。这样的有益效果是，将通向热罐12的蒸气温度变化到接近二氧化碳冷凝温度的点(在热罐12的900磅/英寸2状态下)。
当蒸气被重新引入热罐12中时，去除蒸气中的潜热会使热罐12中液体二氧化碳的温度从初始压力均衡之后降低的点上升。这种潜热的传送是通过将加热的蒸气引进热罐12底部而完成的，并最好通过位于热罐12底部的喷射管34。这样形成的二氧化碳气泡在罐中分散开，提供了用于向液相传递热量的较大表面积。因此，不需要用于蒸气回收管道的热交换器(如冷却器)。
还必须在热罐中设置一个调整冷却器42，以便分散一些由于蒸气回收产生的热量。这种冷却器42可以采取R22制冷盘管、来自一机载冷却系统的冷却水盘管、或者简单地(且最好)是一个由现场冷却水供应源供水的冷却水盘管的形式。
在另一实施例中可能是这样，热罐12中残留的CO2并没有多到提供足够的冷却能力。在这种情况下，必须提供一个与热罐12相联的冷却回路。一个这种实施例使用一平板R22用于CO2热交换器和一个12马力R22压缩机。
相似地，溶剂罐可设置一调整加热器44，如一个电阻加热器盘管或蒸气散热器，从而维持适当的温度。如果罐12、14中的温度在相反方向偏离，在一个实施例中温度平衡可通过适当的铅管46进行罐之间液体二氧化碳的交换和使用压缩机20而实现。
该过程中的最后步骤是经排气导管22排放任何残留的气态二氧化碳。
虽然没有图示，但应该理解，最好用包括一些形式的微处理器的适当控制电路控制压缩机20以及与系统相联的阀件的及时操作。所示的与热罐12、溶剂罐14和洗涤容器16相联的热电偶和压力传感器最好向该控制电路提供各自的输出。一与控制电路相联的存储器运行响应来自这些传感器和来自操作者的输入而实现控制功能的软件或硬件。
同样与控制回路相联但未图示的是一带有反馈元件的控制板，使操作者能够控制整个洗涤系统。在一个实施例中，控制板可包括一键盘、键垫或其它致动器，而反馈元件可以是字母数字符号显示屏、视觉或听觉警报器的任意组合。此外，可设置一触摸感应屏作为用于接收操作者输入并向操作者反馈信息的两种装置。
在另一实施例中，控制回路设有一接口电路，用于通过局部或分散数据网络实现通信，包括有线和无线的LAN或WAN、互联网或其它数据通道。该控制回路还可具有记载和报告反映系统性能或误差的数据的能力。
上面所示的本发明的这些和其它例子借助于例子而表示，本发明的实际范围仅由下面权利要求的范围和精神限定。