DE69509101T2 - Verfahren und vorrichtung zum reinigen von stoffstücken oder bekleidungsstücken in einer flüssigkeit - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Stoffteilen oder Kleidungsstücken in einem flüssigen Medium und eine Anlage zur Ausführung des Verfahrens.
• In den zur Zeit angewandten Reinigungstechniken in flüssigem Medium wird zuerst ein Waschen ausgeführt, indem die zu reinigenden Stücke mit der Flüssigkeit in Berührung gebracht werden und durch Wälzen in einer drehbaren Trommel oder durch Zerstäuben der Flüssigkeit auf die sich bewegenden Stücke fortlaufend gereinigt werden.
• In einer zweiten Phase wird ein mehr oder weniger großer Teil der Flüssigkeit durch verschiedene Schleuder- oder Auswringtechniken mechanisch entzogen.
• Schließlich muß den Teilen im Zuge eines Trocknungsvorgangs die restliche Flüssigkeit entzogen werden.
• Dieser muß bis zum gesamten Entzug der Flüssigkeit vorangetrieben werden, insbesondere dann, wenn es sich um oftmals giftige, organische Lösungsmittel - selbst in sehr kleiner Dosis - handelt.
• Die meisten Maschinen, die durch Lösungsmittel reinigen, wenden ein Trocknungsverfahren mit einem geschlossenem Luftzirkulationskreis an.
• Die zum Verdampfen des Lösungsmittels erforderliche Wärme, die nach dem Schleudern zurückbleibt, wird durch die zirkulierende Luft mitgeführt. Das mitgezogene Lösungsmittel schlägt sich anschließend in dem kalten Teil des Kreises nieder.
• Der Wärme- und Kältebedarf ist um so ausgeglichener, je näher die Verdampfungs- und Kühltemperaturen beieinander liegen.
• Tatsächlich sind die modernen Reinigungsmaschinen mit einem Wärmepumpensystem ausgestattet, das die Rückgewinnung von ca. 50% der erforderlichen Wärmeenergie ermöglicht.
• Es sind außerdem Verfahren zum Reinigen von Kleidern durch Lösungsmittel bekannt, bei denen der Trocknungsschritt bei Unterdruck erfolgt. Dies ist vor allem bei den im Patent FR-A-1338 398 und im Zusatzpatent FR- E-88 834 beschriebenen Verfahren der Fall. Bei dem im Zusatzpatent beschriebenen Verfahren wird vorgeschlagen, vor und/oder während der Ausübung des Unterdrucks erhitzte oder überhitzte Dämpfe, insbesondere Lösungsmitteldämpfe, einzuleiten, um die Wärme auf das restliche Lösungsmittel zu übertragen und dieses zu verdampfen. Jedoch schlägt dieses Dokument keinerlei Einleiten von unter Niederdruck erzeugtem Dampf, insbesondere von überhitztem Wasserdampf, während des gesamten Trocknungsschritts vor.
• Nun haben die durch den Erfinder der vorliegenden Anmeldung durchgeführten Versuche gezeigt, daß die Verwendung von überhitztem Dampf nach dem Evakuieren wesentlich zur Beschleunigung des zur Trocknung erforderlichen Wärmeaustauschs beiträgt.
• Das französische Patent FR-2 696 480 beschreibt ebenfalls ein Unterdruck-Trocknungsverfahren durch sogenannte "azeotrope" Extraktion mit entspanntem Wasserdampf.
• Das Verfahren bietet ein gewisse Anzahl von Vorteilen gegenüber den herkömmlichen Verfahren: Schnelligkeit des Trocknens, vollständiges Entfernen des Lösungsmittels, Qualität der Reinigung, Fehlen elektrostatischer Aufladungen.
• Im Stand der Technik sind die verwendeten Maschinen für die Verwendung von Lösungsmitteln wie etwa Perchlorethylen gut geeignet.
• Jedoch weist dieses Lösungsmittel einen toxischen Grad auf, der mittelfristig zu seinem Verbot führen wird, falls es nicht möglich ist, die Emissionen in die Nähe von null zu reduzieren, was die herkömmlichen Trocknungsmaschinen nicht wirklich können.
• Diese führen zudem hinsichtlich der spezifischen Behandlungsmöglichkeiten zu einem Kompromiß.
• In diesen Maschinen ist tatsächlich zweimal mehr Kapazität des "Behältnisses" zum Trocknen als zum Waschen erforderlich. Die angenommene Kapazität der Trommel führt somit zu einem Kompromiß zwischen diesen beiden Werten.
• Zum anderen stellt die Verwendung von Kohlenwasserstoffen wie etwa Undekan in den Maschinen des herkömmlichen Typs ein Sicherheitsproblem dar, dem durch Vorgehen mit einem Schutzgas, das durch einen ziemlich teuren Stickstoffgenerator erzeugt wird, begegnet wird.
• Zudem ist die Trocknungszeit aufgrund der geringen Flüchtigkeit des Lösungsmittels (im Vergleich mit dem chlorierten Lösungsmittel) doppelt so lang.
• Ferner verbrauchen die Verfahren, die einen Schritt des Trocknens bei Unterdruck ausführen, bei Verwendung gering flüchtiger Lösungsmittel aus der Familie der heute in Betracht kommenden Kohlenwasserstoffe wie die anderen gebräuchlicheren Verfahren viel Energie.
• Das neuartige Verfahren und die Mittel zu dessen Ausführung geben als Gegenstand der Erfindung eine Antwort auf die Unzulänglichkeiten und Unvollkommenheiten der heutigen Techniken sowie auf die durch die Anwender formulierten Bedürfnisse.
• So ist das Verfahren, das einen Schritt des Trocknens bei Unterdruck umfaßt, der bei einem Druck im Bereich von 1,5 · 10³ bis 15 · 10³ Pa in Gegenwart von Wasserdampf ausgeführt wird, der dazu bestimmt ist, als Träger für die Beseitigung der Flüssigkeit zu dienen, und in den Trocknungsraum eingeleitet wird, genauer dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf eingeleitet wird, sobald der Unterdruck einen Wert im Bereich von 1,5 · 10³ bis 15 · 10³ Pa ausgehend von einer Druckquelle im Bereich von 0,8 · 10&sup4; bis 8 · 10&sup4; Pa erreicht.
• Das Einleiten von Niederdruckwasserdampf, insbesondere von überhitztem Niederdruckwasserdampf, nach dem Evakuieren des Trocknungsraums ermöglicht die vollständige Beseitigung der in der Maschine befindlichen Luft. Der erfindungsgemäß verwirklichte Trocknungsvorgang führt einen nicht azeotropen Extraktionsprozeß aus, d. h., daß es möglich ist, den Durchsatz des Einleitungsdampfes für ein bestimmtes Ergebnis zu verändern, da das System bivariant ist, während in einem von Natur aus azeotropen Prozeß das Verhältnis der Wasserdampfmenge zur Lösungsmittelmenge in Abhängigkeit vom Druck bestimmt ist.
• Der Vorteil des Verfahrens der Erfindung, die das Verwirklichen eines nicht azeotropen Systems zur Extraktion des Lösungsmittels ermöglicht, erweist sich als noch größer, wenn Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel des Typs Undekan verwendet werden, da die Verwendung eines solchen Lösungsmittels zu einem azeotropen System führt: tatsächlich werden in einem solchen System 5 kg Dampf für 1 kg Lösungsmittel benötigt, während das erfindungsgemäße Verfahren ein Begrenzung des Dampfverbrauchs auf 1,1 kg oder weniger für 1 kg Lösungsmittel, d. h. auf ein Fünftel, ermöglicht.
• Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es ein Absenken der Verdampfungstemperatur des Lösungsmittels ermöglicht. So beträgt diese bei Perchlorethylen unter einem Druck von 3 · 10³ Pa nur 14ºC, während diese in den im oben zitierten Patent FR- E-88 834 beschriebenen Verfahren bei ca. 28ºC liegt.
• Daraus ergibt sich, daß in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Verdampfungsgradient, d. h. die Differenz zwischen der Umgebungstemperatur der Kleider in dem Korb der Maschine und der Temperatur des Lösungsmittels in den Kleidern praktisch doppelt so groß ist, was die Effizienz der Trocknung wesentlich steigert.
• Wenn ferner als Ersatz für die chlorierten Lösungsmittel die Verwendung von Kohlenwasserstoff-Lösungsmitteln in Betracht gezogen wird, stellt die Beseitigung der Luft durch Spülen mit Dampf einen zweiten, besonders wichtigen Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, da es die Verwendung eines Schutzgasgenerators, wie er etwa zur Zeit vor allem in den herkömmlichen Maschinen eingesetzt wird und die Anlage zusätzlich um wenigstens 20% verteuert, überflüssig werden läßt.
• Ein weiterer Vorteil der Verwendung überhitzten Dampfs nach dem Evakuieren besteht darin, daß er außerdem zur Beschleunigung des zur Trocknung erforderlichen Wärmeaustauschs beiträgt.
• Tatsächlich liegt der Wirksamkeitsgrad dieses Wärmeträgers wesentlich über dem von Luft oder dem der in dem beschriebenen Verfahren, insbesondere dem oben zitierten Patent FR-E-88 834, verwendeten Lösungsmittel.
• Die Erfindung betrifft außerdem eine Anlage zur Ausführung des obigen Verfahrens, die einen dichten Trocknungsraum mit einer drehbaren Trommel und Mitteln, die während des Trocknungsschritts in diesem Raum die Herstellung eines Unterdrucks im Bereich von 1,5 · 10³ bis 15 · 10³ Pa ermöglichen, sowie Mittel zum Liefern und Einleiten von Dampf in den Raum umfaßt, die durch Mittel zum Liefern und Einleiten des Wasserdampfs von einer Druckquelle im Bereich von 0,8 · 10&sup4; bis 8 · 10&sup4; Pa gekennzeichnet sind.
• Die folgende Beschreibung, die insbesondere mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 gegeben wird, zeigt die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich auf.
• Die Figuren zeigen im einzelnen:
• Fig. 1: das MOLLIER-Diagramm, das die Enthalpie (H) des Systems in Abhängigkeit seiner Entropie (S) angibt.
• Fig. 2: eine weiterentwickelte Anlage, die die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht.
• Fig. 3: eine weitere Anlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein neuartiges Verfahren zur Trocknung bei Unterdruck.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Stoffteilen oder Kleidungsstücken in einem flüssigen Medium mit einem Schritt bei Unterdruck, der bei einem Druck im Bereich von 1,5 · 10³ bis 15 · 10³ Pa in Gegenwart von Wasserdampf ausgeführt wird, der dazu bestimmt ist, als Träger für die Beseitigung der Flüssigkeit zu dienen, und von einer Druckquelle im Bereich von 0,8 · 10&sup4; bis 8 · 10&sup4; Pa ausgehend eingeleitet wird.
• Dieser Trocknungsschritt wird zweckmäßig bei einer Temperatur im Bereich von 30 bis 55ºC und vorzugsweise im Bereich von 35 bis 45ºC ausgeführt.
• Diese Temperatur wird zweckmäßig dadurch erzielt, daß die Wand des Raums, in dem die Trocknung ausgeführt wird, auf einer Temperatur zwischen 40 und 75ºC gehalten wird, wodurch ein direkter Wärmeübergang gewährleistet ist.
• Der Wasserdampf wird vor seinem Einleiten vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 80 und 150ºC überhitzt.
• Der Wasserdampf wird mit dem Beginn der Trocknungsphase und während der gesamten Dauer dieses Schritts eingeleitet. Er wird folglich eingeleitet, sobald der Unterdruck einen Wert zwischen 1,5 · 10³ und 15 · 10³ Pa erreicht.
• Die Temperatur- und Druckbedingungen des eingeleiteten Dampfs ermöglichen im Unterschied zu dem im Patent FR-2 696 480 ausgearbeiteten System das Umsetzen einer im wesentlichen nicht azeotropen Extraktion des Lösungsmittels. Es handelt sich um ein bivariantes System, das die Optimierung der Bedingungen für die Extraktion des Lösungsmittels ermöglicht.
• Gemäß einer besonders vorteilhaften Variante benutzt das Verfahren ferner ein Wärmepumpensystem mit hoher Leistung, das aufgrund der geringen Temperaturdifferenz zwischen den heißen Teilen und den kalten Teilen, die zwischen 50 und 60ºC liegen kann, erhalten wird. Der praktische Leistungskoeffizient liegt somit etwa bei 3.
• Diese Vorrichtung liefert den gesamten Wärme- und Kältebedarf.
• So liefert ein Wärmegenerator Niederdruckdampf mit einem Druck im Bereich von 0,8 · 10&sup4; bis 8 · 10&sup4; Pa und gleichzeitig heißes Wasser mit einer Temperatur im Bereich von 40 bis 75ºC, je nach Bedarf vorzugsweise von 40 bis 55ºC.
• Die obigen Merkmale kommen zum Ausdruck:
• 1) durch einen höheren Extraktionsgradienten, der den Prozeß beschleunigt, insbesondere dann, wenn es sich um sogenannte "schwere" Lösungsmittel wie z. B. Undekan handelt,
• 2) dadurch, daß die Verwendung von Niederdruckwasserdampf für die Spülung die Nachteile, die die Verwendung von durch herkömmliche Generatoren geliefertem Dampf im Bereich von 3 · 10³ bis 5 · 10³ Pa mit sich bringt, vermeidet, einem Dampf dessen Entspannung innerhalb der Maschine nicht ohne die Gefahr einer Kondensation ist, wie das in Fig. 1 angegebene und dem Fachmann wohlbekannte MOLLIER-Diagramm zeigt, wobei dieses Diagramm zeigt, daß sich der Spüldampf unter den Bedingungen der vorliegenden Erfindung weit über der Sättigungskurve bewegt, was nicht der Fall ist, wenn der Dampf im Bereich von 3 · 10³ bis 5 · 10³ Pa innerhalb der Maschine entspannt wird,
• 3) durch einen selbst im Vergleich mit dem Energieverbrauch der herkömmlichen Maschinen mit Wärmepumpe reduzierten Energieverbrauch, wobei die Einsparung wenigstens bei 30% liegt,
• 4) durch keinerlei Verbrauch von Wasser,
• 5) durch eine äußerst geringe Restemission des Lösungsmittels, wobei die Konzentration des Lösungsmittels in der Maschine beim Öffnen weniger als 25 Volumen-% beträgt, während die besten Maschinen, die zudem den heutigen Normen entsprechen, Konzentrationen aufweisen, die zehnmal so hoch sind.
• Das in Fig. 1 gezeigte MOLLIER-Diagramm macht den Vorteil deutlich, bei der Einleitung von Wasserdampf von einer Quelle von überhitztem Wasserdampf bei z. B. 150ºC und einem reduzierten, im schraffierten Bereich D der Graphik dargestellten Druck ausgehend, zu verfahren. Die Entspannung, die aus der Einleitung dieses Dampfs in einen Raum resultiert, erfolgt in Richtung des Pfeils F. die Gefahr einer Kondensation, die durch die unterhalb der Sättigungskurve (I) befindliche Zone des Diagramms dargestellt ist, ist praktisch null.
• Umgekehrt bringt die Entspannung eines Dampfs bei der gleichen Temperatur, jedoch bei einem Druck von 5 · 10&sup5; Pa eine große Gefahr der Kondensation mit sich. Eine solche Entspannung erfolgt auf Wegen, die zwischen einer isentropischen Entspannung, die durch die Vertikale BA&sub6; dargestellt ist, und einer isenthalpischen Entspannung in Richtung der Horizontalen BA&sub0; liegen. Je nach Menge der durch den Dampf während seiner Entspannung geleisteten Arbeit, ist der Weg zwischen BA&sub6; und BA&sub0; mehr oder weniger steil.
• Beispielhaft sind in Fig. 1 diese durch die Kurven BA&sub2;, BA&sub3;, BA&sub4; und BA&sub5; dargestellten Zwischenentspannungen gezeigt. Nur die Entspannung in Richtung BA&sub1;, die praktisch ohne "äußere" Arbeit erfolgt, ist von einer Kondensation ausgenommen.
• Ein weiterer Vorteil dieses Trocknungsverfahren gemäß der Erfindung besteht darin, daß es, auch wenn es im Fall der Reinigungsverfahren in flüssigem Medium, die, wie es bis zu dieser Stunde häufig der Fall ist, organische und vor allem chlorierte Lösungsmittel, insbesondere Perchlorethylen, verwenden, äußerst zweckmäßig ist, auch mit Lösungsmitteln des Kohlenwasserstofftyps, insbesondere aus gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffen C&sub8; oder C&sub1;&sub2;, z. B. Undekan, oder aus Derivaten dieser Kohlenwasserstoffe des Typs Ester oder Alkohol, die mit Wasser gemischt oder unvermischt sind und sich für die Reinigung eignen, ausgeführt werden könnte.
• Dies stellt einen besonderen Vorteil der Erfindung dar, da es nicht ausgeschlossen ist, daß dieser Typ von Lösungsmitteln künftig die bis heute weit verbreiteten chlorierten Lösungsmittel ersetzen wird.
• Die Anlage umfaßt einen dichten Trocknungsraum, der eine drehbare Trommel und Mittel, die während des Trocknungsschrittes in dem Raum die Herstellung eines Unterdrucks im Bereich von 1,5 · 10³ bis 15 · 10³ Pa ermöglichen, sowie Mittel zum Liefern und Einleiten von Wasserdampf in den Raum enthält.
• Die Mittel, die die Herstellung des Unterdrucks ermöglichen, werden zweckmäßig aus einer Unterdruckpumpe und aus einem Luftejektor, der an der Ansaugvorrichtung der Unterdruckpumpe angeordnet ist, gebildet.
• Tatsächlich ermöglichen die bis heute verwendeten zweistufigen Unterdruckpumpen mit Flüssigkeitsring kaum das Erzielen von Unterdrücken unter 4 · 10³ Pa, und dies auch nur unter der Bedingung, daß der Flüssigkeitsring auf wenigstens 15ºC abgekühlt wird. Ferner kann im Bereich dieses Drucks die Kavitation aufgrund einer Verdampfung von Wasser in der Pumpe, wodurch diese schnell beschädigt wird, nur schwerlich verhindert werden.
• So wird gemäß der Erfindung zweckmäßig eine Pumpe mit Flüssigkeitsring verwendet. Jedoch wird an der Ansaugung der Unterdruckpumpe eine Luftejektorvorrichtung angeordnet, die mit Luft atmosphärischen Drucks, die der Fördermenge der Pumpe entnommen wird, versorgt wird, wobei eine Wiederaufbereitung erfolgt und der Ejektor direkt Kapazität entzieht und die Herstellung eines Unterdrucks, zweckmäßig von 1300 Pa, ermöglicht, der mit einer Pumpe allein nicht erreichbar wäre. Das Ergebnis ist spektakulär, da der Leistungsbereich der Extraktion des Lösungsmittel sich auf einem ziemlich niedrigen Temperaturniveau bewegt. Die Verwendung dieser neuartigen Unterdruckvorrichtung ermöglicht die Extraktion von Lösungsmitteldämpfen bei einer Gleichgewichtstemperatur im Bereich von 15ºC anstatt 30ºC oder höher bei einer Extraktion ausschließlich mit der Pumpe. Der Temperaturgradient, der die Verdampfung des Lösungsmittels steuert, wird beim Übergang von 15ºC auf 30ºC praktisch mit zwei multipliziert.
• Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß somit jegliche Gefahr einer Kavitation der Unterdruckpumpe vermieden wird.
• So arbeitet in der Anlage der vorliegenden Erfindung wie in der, die im Patent FR-2 696 480 beschrieben ist, die Pumpe mit Flüssigkeitsring in einem geschlossenen Kreis, jedoch kann das Niveau des Unterdrucks aufgrund des zusätzlichen in dem Ansaugkreis dieser Unterdruckpumpe angeordneten Luftejektors wesentlich verbessert werden.
• Dennoch könnte in den Maschinen mit geringer Kapazität die Unterdruckpumpe durch eine Vorrichtung mit Vakuumpumpe ersetzt werden.
• Gemäß einer zweckmäßigen Variante der Erfindung enthält die Anlage außerdem Mittel zum Aufheizen der drehbaren Trommel.
• Diese Mittel können durch Mittel zum direkten oder indirekten Aufheizen der Trommel gebildet sein. Vorzugsweise wird ein direktes Aufheizen gewählt.
• Dieses direkte Aufheizen kann insbesondere mittels eines Kreises mit 40 bis 75ºC heißem Wasser verwirklicht werden, der z. B. unter Verwendung einer Schlange aus nichtrostendem Rohr eines Durchmessers von 20 mm z. B. mit Spiralen in einem Abstand von 3 mm die zylindrische Oberfläche der Trommel bildet. Mit einer solchen oder einer beliebigen anderen gleichwertigen Vorrichtung ist der Wärmeübergang viel effizienter, wobei der Wärmeertrag verdreifacht wird.
• Der Niederdruckwasserdampf wird im allgemeinen vor seiner Einleitung in den Trocknungsraum überhitzt.
• Die Anlage zur Ausführung des Verfahrens der Erfindung enthält außerdem Heiz- und Kühlmittel, die um so ähnlichere Wärmemengen erbringen, je niedriger der Druck bei der Ausführung des Prozesses ist.
• So kann hier eine Wärmepumpenvorrichtung bei außergewöhnlichen Wirksamkeitsgraden eingesetzt werden.
• Es ist tatsächlich möglich, bei Temperaturen zwischen 60 und 5ºC zu operieren. Daraus ergibt sich ein theoretischer Leistungskoeffizient von 333/55 = 6,05.
• Es darf somit ein praktischer Koeffizient von 3 erwartet werden, d. h., daß mit einem Kompressor mit 6 kW soviel Dampf erzeugt werden kann wie mit einem Dampfkessel mit 16 kW.
• Jedoch liefert dieses System zudem auch die äquivalente Kühlleistung von ca. 4 bis 12ºC, vorzugsweise von 5 bis 8ºC.
• Das Verfahren und die Anlage der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung einer besonderen Ausführung der Erfindung veranschaulicht, wobei die Beschreibung mit Bezug auf Fig. 2 ausgeführt ist, die einer besonders interessanten Variante der Erfindung entspricht, die ein Wärmepumpensystem einsetzt. Weiter unten wird mit Bezug auf Fig. 3 außerdem eine vereinfachte Anlage beschrieben, die nicht die durch die Wärmepumpe dargestellte Weiterentwicklung aufweist.
• Fig. 2 ist ein Schema einer Anlage zur Ausführung der Erfindung, die ein Wärmepumpensystem umfaßt.
• Bestimmte Teile, die Bestandteile betreffen, die allen. Reinigungsmaschinen gemeinsam sind, insbesondere Lösungsmittelbehälter und Regeleinrichtungen, sind mit dem Ziel der Vereinfachung nicht gezeigt.
• Die in Fig. 2 gezeigte Anlage enthält die folgenden Einrichtungen:
• - Die eigentliche Maschine enthält einen dichten Raum 1, der mit einer Tür zum Befüllen und einer drehbaren, mit einer Heizvorrichtung versehenen Trommel 2 ausgerüstet ist. Dieser Teil bildet den heißen Teil der Vorrichtung.
• Entsprechend den flüssigen und gasförmigen Schadstoffen finden sich hintereinander:
• - ein Flüssigkeitsfilter 5 zur Beseitigung der festen Partikel (Nadeln, Knöpfe usw.),
• - ein Gas- und Dampffilter 6,
• - ein Dampfkondensor 7,
• - wobei die Kondensoren in einem Auffang 8 gesammelt werden.
• Die Anlagekomponenten 7 und 8 bilden den kalten Teil der Vorrichtung.
• - die nicht kondensierten Dämpfe und die Gase werden durch eine Unterdruckvorrichtung entzogen, mit:
• - einer Unterdruckpumpe 10,
• - einem Gasejektor 11,
• - einer Trenn-/Kühleinrichtung 17.
• Die gesammelten Flüssigkeiten werden in einem Klärbehälter 14 behandelt.
• Ein Wärmepumpensystem liefert der Anlage den Wärme- und Kältebedarf.
• Es enthält im wesentlichen:
• - einen Freon-Kompressor 18,
• - einen Wärmegenerator 15, der den Niederdruckdampf im Bereich von 0,8 · 10&sup4; bis 8 · 10&sup4; Pa liefert, der in die Maschine praktisch ohne Entspannung und über die Wiederaufheizvorrichtung 3 führend eingeleitet wird,
• - auf 40 bis 75ºC erhitztes Wasser, das durch eine Pumpe 20 in Zirkulation versetzt wird und über die mittlere Verzweigung der Leitung in die drehbare Trommel eingeleitet wird,
• - wobei der Kältebedarf der Trenneinrichtung 12 und des Kondensors 7 durch die Verdampfer 17 bzw. 19, die jeweils mit ihren mit dem Reservebehälter 16 verbundenen Entspannungsvorrichtungen versehen sind, getrennt geliefert wird.
• Die Anlage ermöglicht das Recycling der Kondensate; so kann das in 14 und 12 gesammelte kondensierte Wasser als Speisewasser für den Dampfgenerator 15 verwendet werden. Dieser Generator wird durch die während des Trocknungsschritts erzeugten Kondensate mit Wasser versorgt, gegebenenfalls mit einem Ausgleich von außen, derart, daß es keinen Austrag flüssiger Schadstoffe nach außen gibt.
• Gemäß einer weiteren Variante können die zwei Verdampfer 17 und 19 durch einen einzigen Verdampfer ersetzt werden, um das Wassers, das anschließend zur Kühlung des Kondensors 7 und des Separators 12 zirkuliert, zu kühlen.
• Die nicht kondensierbaren Gase strömen durch einen Adsorber 13 mit Aktivkohle.
• Sie werden in den Raum 4 mit variablem Volumen geleitet und am Ende des Kreislaufs wieder in die Maschine eingeleitet, um den atmosphärischen Druck wiederherzustellen und das Öffnen der Tür zu ermöglichen.
• Die vorangehende Beschreibung der in dem Schema aus Fig. 2 gezeigten Haupteinrichtungen der Anlage wird im folgenden mit Bezug auf das Schema aus Fig. 2 durch die Beschreibung der Funktionselemente derselben Anlage vervollständigt.
• Die Waschphase wird durch Zirkulation des Lösungsmittels ausgeführt, das als Strahl in die sich wechselnd drehende Trommel 2 direkt von der Vorderseite von 1 eingeleitet wird.
• Das Lösungsmittel fließt durch das Filter 5 und das Ventil 22. Es wird durch eine Zirkulationspumpe angesaugt und fließt, bevor es wiederaufbereitet wird, in ein Reinigungsfilter, das nicht gezeigt ist.
• Das Waschen wird oft mit einem Vorgang des Spülens des gerade destillierten Lösungsmittels abgeschlossen.
• Die mechanische Extraktion eines mehr oder weniger großen Teils des durch die Kleider zurückgehaltenen Lösungsmittels erfolgt durch Schleudern. Die Trommel wird in schnelle Rotation versetzt, mit einer Geschwindigkeit, die je nach Eigenschaft der zu behandelnden Stücke über eine Antriebsvorrichtung mit Motor mit elektronischem Geschwindigkeitsvariator eingestellt werden kann.
• Die Trocknungsendphase nutzt die gleichzeitigen Mittel ihrer Ausführung in der Trommel, deren Geschwindigkeit in etwa auf die des Waschens herabgesetzt wird.
• Kurz vor dem Ende des Schleuderns wird das Wärmepumpensystem eingeschaltet, um schnell für den Wärme- und Kältebedarf zu sorgen.
• Die Unterdruckvorrichtung, im wesentlichen die Pumpe 10, wird ebenfalls eingeschaltet. Es ist dann notwendig, den Raum 1 von außen zu verschließen, was das Schließen der Ventile 21, 22, 24 erfordert. Zum anderen wird das Ventil 26 geschlossen, während die Ventile 25, 27 und 28 offen sind.
• Der Unterdruck baut sich somit schnell in den Einrichtungen vor der Pumpe 10, d. h. in den Teilen 1, 5, 6, 7 und 8 der Anordnung, auf.
• Unter gleichzeitiger Einwirkung des Unterdrucks und der Wärmezufuhr direkt auf die Oberfläche der Trommel 2 beginnt das in den Kleidern enthaltene Lösungsmittel zu verdampfen. Dieses Phänomen wird durch das Auslösen der durch das Automatikventil 29 gesteuerten Einleitung von Dampf, der über die Wiederaufheizvorrichtung 3 in die Maschine einströmt, noch beschleunigt. Das Auslösen der Dampfeinleitung wird für einen Druck, der im Bereich von 1,5 · 10³ bis 15 · 10³ Pa liegen kann, von Fall zu Fall geregelt, wobei der Durchsatz durch eine geeichte Öffnung oder eine beliebige andere gleichwertige Vorrichtung eingestellt werden kann.
• Die so erzielte Beschleunigung der Extraktion resultiert aus der Veränderung des Gleichgewichtszustandes der Dämpfe und aus den mechanischen Effekten, die durch Erhitzen am Rande der Azeotropie begleitet werden.
• Der größte Teil (ca. 90%) der aus 1 und 2 strömenden Dämpfe wird in dem Kondensor 7 aufgefangen. Die Kühltemperatur ist von der Regelung des Druckminderventils 31, das den Verdampfer 19 beliefert, abhängig.
• Der Aufnahmeraum für die Kondensate 8 ist mit einer Kontrollanzeige versehen, die das Verfolgen des Trocknungsablaufs ermöglicht.
• In der gezeigten Vorrichtung ist die Pumpe 10 eine Pumpe mit Flüssigkeitsring, die in einem geschlossenen Kreis arbeitet und mit einem Zyklon-Flüssigkeitsseparator 12 versehen ist, der durch den Verdampfer 17 gekühlt wird, der über das Druckminderventil 14 gespeist wird.
• Das Lösungsmittel wird letztendlich zu den Speicherbehältern der Maschine, die hier nicht gezeigt sind, zurückgeleitet.
• Das Ende der Trocknung, das bei Beobachtung der Kontrollanzeige 8 zu sehen ist, wird an diesem Punkt auch gespeichert und könnte das Stoppen der Einleitung von Dampf und danach das Ausschalten der Unterdruckpumpe auslösen.
• Der Raum 4 mit variablem Volumen ist während der Trocknungsphase mit Luft gefüllt worden, die vor allem 1 entnommen wurde, wobei der von Undichtigkeiten herrührende Überschuß an Gas z. B. über das Ventil 32 entweichen kann.
• Wenn die Trocknung beendet ist, ermöglicht das Öffnen des Ventils 21 zwischen 4 und 1 das Wiederherstellen des atmosphärischen Drucks in der Maschine und deren Öffnen, um die Kleider herauszunehmen, was das Ende des Kreislaufs anzeigt.
• Die Folge der gerade beschriebenen Vorgänge veranschaulicht eine Ausführung des Verfahrens.
• Zahlreiche Varianten können im Rahmen des Verfahrens angewendet werden.
• Diese Vorgänge können durch ein Programmschaltwerk gesteuert werden, das in Abhängigkeit der besonderen Bedürfnisse des Anwenders verschiedene Regelungen ermöglicht.
• Eine kleine Menge des Lösungsmittels unter 100 g pro Kreislauf wird durch den Adsorber mit Aktivkohle 13 zurückgehalten. Die Beseitigung des in dem Adsorber enthaltenden Lösungsmittels kann je nach Techniken und Arbeitsweisen, die dem Fachmann bekannt sind und keiner spezifischen Beschreibung bedürfen, entweder mit jedem Kreislauf oder erst nach wenigstens 20 Kreisläufen ausgeführt werden.
• Das Verfahren und dessen Ausführung, die gerade beschrieben worden sind, können ohne besondere Modifikation für die Verwendung verschiedener Lösungsmittel: organischer, chlorierter Lösungsmittel, Kohlenwasserstoffe und deren Derivate sowie gegebenenfalls wasserhaltiger Mischungen angewandt werden, was einen wesentlichen Vorteil des Verfahrens der Erfindung darstellt, das unter Bedingungen ausgeführt werden kann, die bei anderen Lösungsmittel des Typs "Kohlenwasserstoffe" wie etwa Undekan gelten, die künftig die chlorierten Lösungsmittel ersetzen könnten.
• Bei diesen gering flüchtigen Lösungsmitteln ist es notwendig, sich auf den azeotropischen Zustand zu beschränken, um einen zu großen Dampfverbrauch zu vermeiden, was einen weiteren besonderen Vorteil zugunsten des Verfahrens der vorliegenden Erfindung darstellt.
• Selbstverständlich kann die Ausführung der Erfindung, die in Fig. 2 gezeigt ist, modifiziert werden und Gegenstand zahlreicher Varianten sein.
• Beispielhaft für solche Varianten könnte z. B. die Anordnung des primären Kondensors verändert werden, der z. B. von der Filtergruppe getrennt werden könnte, wobei die Filtergruppen z. B. dem primären Kondensor zugeordnet und von diesem getrennt werden könnten. Eine solche Anordnung wird im Rahmen der in Fig. 3 schematisch gezeigten Anlage verwendet.
• Der flexible Behälter 4, der in der beschriebenen Anlage zur vorübergehenden Aufnahme der Gase vorgesehen ist, könnte bei der Anlage entfallen, soweit das vorhergehende Waschen der ausströmenden Gase ausreichend gewesen ist.
• Auch wenn die Wärmepumpenvorrichtung einen wichtigen Vorteil darstellt, ist es dennoch in bestimmten Fällen möglich, daß diese aus Gründen der Einfachheit oder der Investitionskosten nicht gewünscht wird.
• So zeigt Fig. 3 schematisch eine Anlage für die Ausführung eines Verfahrens der Erfindung, die den flexiblen Behälter 4 der in Fig. 2 gezeigten Anlage nicht enthält, der aber gegebenenfalls durch eine solche Vorrichtung ergänzt werden könnte, jedoch vor allem aus Gründen der Investitionseinsparung ohne Wärmepumpe arbeitet.
• So unterscheidet sich die in Fig. 3 gezeigte Maschine von der aus Fig. 2 im wesentlichen dadurch, daß die Wärmepumpe durch einen Niederdruckdampfgenerator 15 und ein Wasserkühlsystem 33, die voneinander unabhängig arbeiten, ersetzt worden ist.
• So kann in der Vorrichtung nach Fig. 3 der Niederdruckdampfgenerator 15 elektrisch oder durch eine Heizschlange, die durch einen herkömmlichen Dampfgenerator versorgt wird, der bei einem Druck im Bereich von 4 · 10&sup5; bis 8 · 10&sup5; Fa und vorzugsweise im Bereich von 5 · 10&sup5; bis 6 · 10&sup5; Fa arbeitet, aufgeheizt werden.
• Dieser Niederdruckgenerator kann außerdem das heiße Wasser liefern, das für die Beheizung der Maschine auf eine Temperatur erforderlich ist, die zwischen 40 und 75ºC liegt, oder die Maschine kann unabhängig beheizt werden.
• Der Niederdruckdampfgenerator liefert überhitzten Dampf bei einem Druck, der zwischen 0,8 · 10&sup4; und 8 · 10&sup4; Pa und vorzugsweise bei einem Druck in der Größenordnung von 5 · 10&sup4; Fa liegt.
• Die Kühlung 33 des Wassers ist eine herkömmliche Vorrichtung, die eine Kälteerzeugungsgruppe enthält, die Kühlwasser bei einer Temperatur von z. B. 4 bis 12ºC liefern kann.
• Eine solche Maschine, die in Fig. 3 gezeigt ist, unterscheidet sich von derjenigen, die in Fig. 2 gezeigt ist, die eine Wärmepumpe enthält, im wesentlichen dadurch, daß die Wärmepumpe durch den Niederdruckdampfgenerator 15 und die Wasserkühleinrichtung 33, die voneinander unabhängig arbeiten, ersetzt ist. Deshalb sind dort zur Darstellung der gleichen Vorrichtungen die gleichen Bezugszeichen angegeben.
Beispiel
• Es wird eine Maschine, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, verwendet, die mit einer drehbaren Trommel mit einer Kapazität von 400 Liter versehen ist, um 20 kg Kleider mit einem handelsüblichen Lösungsmittel auf der Basis von Undekan, das durch die Firma Shell unter der Marke ACTEL vertrieben wird, zu reinigen, mit den folgenden Ergebnissen:
• Die Kleider werden zuerst in einer Einfachwaschphase mit einem zirkulierenden, ständig gefilterten Lösungsmittel gereinigt. Dauer des Vorgangs: 11 Minuten.
• Auf das Waschen folgt ein mechanisches Schleudern bei 450 Umdrehungen pro Minute, das 4 Minuten dauert, wobei zwischen 4,2 und 4,5 kg des Lösungsmittels in den Kleidern zurückgelassen werden.
• Danach wird der Trocknungsvorgang gestartet, indem gleichzeitig die Unterdruckpumpe 10, die Beheizung der Maschine mit Hilfe des Dampfkessels 15 und die Wasserkühlvorrichtung 33, 17 und 19 in Gang gesetzt werden.
• Die Einleitung von Dampf wird ausgelöst, wenn der Restdruck in der Maschine unter 1,5 · 10&sup4; Pa fällt.
• Nach 14 Minuten ist der Trocknungsvorgang beendet, und in der Maschine wird der atmosphärische Druck wiederhergestellt, um das Öffnen der Tür und die Entnahme der Kleidermenge zu ermöglichen.
• Die Konzentration des Lösungsmittels in der Maschine liegt beim Öffnen weit unter den geltenden Normen, die insbesondere in Deutschland und in den Vereinigten Staaten zur Zeit 300 Volumen-% betragen.
• Diese besonderen Betriebsbedingungen, das Evakuieren und das Spülen durch Wasserdampf garantieren vollkommene Sicherheitsbedingungen. Tatsächlich ist der Luftdruck der Maschine stets außerhalb des Bereichs einer Entzündung oder Explosion.
• Die Gesamtdauer des Reinigungskreislaufs liegt in der Größenordnung von 30 Minuten.
• Ein gleicher Reinigungsvorgang mit herkömmlichen, heutigen Maschinen, die das gleiche Lösungsmittel verwenden, würde eine Vorphase zur Einbringung von Schutzgas erfor dern, wobei die Gesamtdauer des Reinigungskreislaufs in der Größenordnung von 50 Minuten liegen würde.

Claims (16)

1. Verfahren zum Reinigen von Stoffteilen oder Kleidungsstücken in einem flüssigen Medium, mit einem Schritt des Trocknens bei Unterdruck, der bei einem Druck im Bereich von 1,5 · 10³ bis 15 · 10³ Pa in Gegenwart von Wasserdampf ausgeführt wird, der dazu bestimmt ist, als Träger für die Beseitigung der Flüssigkeit zu dienen, und in den Trocknungsraum eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf eingeleitet wird, sobald der Unterdruck einen Wert im Bereich von 1,5 · 10³ bis 15 · 10³ Pa ausgehend von einer Druckquelle im Bereich von 0,8 · 10&sup4; bis 8 · 10&sup4; Pa erreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknungsschritt bei einer Temperatur im Bereich von 30 bis 55ºC ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Raums, in dem die Trocknung ausgeführt wird, während dieses Schrittes auf einer Temperatur zwischen 40 und 75ºC gehalten wird.

4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf vor seinem Einleiten auf eine Temperatur im Bereich von 80 bis 150ºC überhitzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Temperaturdifferenz zwischen den heißen Teilen und den kalten Teilen der vollständigen Reinigungsanlage, die zwischen 50 und 60ºC liegt, nutzt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknungsschritt im Rahmen eines bivarianten Systems ausgeführt wird, das bei einem gegebenen Druck die Wahl der Temperatur und des Anteils des während dieses Schrittes eingeleiteten Dampfs ermöglicht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium aus einem organischen Lösungsmittel gebildet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Lösungsmittel ein chloriertes Lösungsmittel, zweckmäßig Perchlorethylen, ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel ein Kohlenwasserstoff, z. B. C&sub8; oder C&sub1;&sub2;, der gesättigt ist oder nicht, etwa Undekan, oder ein Derivat dieser Kohlenwasserstoffe, z. B. ein Ester oder ein Alkohol, der mit Wasser gemischt ist oder nicht, ist und für die Reinigung geeignet ist.

10. Anlage zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem dichten Trocknungsraum (1), der eine drehbare Trommel (2) sowie Mittel umfaßt, die während des Trocknungsschrittes in dem Raum die Herstellung eines Unterdrucks im Bereich von 1,5 · 10³ bis 15 · 10³ Pa ermöglichen, sowie mit Mitteln zum Liefern und Einleiten von Wasserdampf in den Raum, gekennzeichnet durch Mittel zum Liefern und Einleiten des Wasserdampfs von einer Druckquelle im Bereich von 0,8 · 10&sup4; bis 8 · 10&sup4; Pa, sobald der Unterdruck einen Wert im Bereich von 1,5 · 10³ bis 15 · 10³ Fa erreicht.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die die Herstellung des Unterdrucks ermöglichen, aus einer Unterdruckpumpe (10) mit Flüssigkeitsring, die in einem geschlossenen Kreis arbeitet, sowie aus einer Luftejektorpumpe (11), die an der Ansaugvorrichtung der Unterdruckpumpe angeordnet ist, gebildet sind.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Trommel (2) mit einer Heizvorrichtung versehen ist.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (3) enthält, die die Überhitzung des Niederdruckdampfes vor seiner Einleitung in die Trommel ermöglichen.

14. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz- und Kühlmittel über ein Wärmepumpensystem beliefert werden.

15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmepumpensystem enthält:

- einen Kompressor (18),

- einen Wärmegenerator (15),

- Kühlvorrichtungen (17, 19).

16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmegenerator (15) liefert:

- Niederdruckdampf, der durch die Wiederaufheizvorrichtung (3) wiederaufgeheizt wird, bevor er in die Maschine (1) eingeleitet wird, und

- heißes Wasser, das durch die Pumpe (20) in einem Kreis in Zirkulation versetzt wird, der für die Erhitzung der Trommeloberfläche (2) bestimmt ist.