Устройство для электростатического распыления жидкостей Советский патент 1989 года по МПК B05B5/02 

Изобретение относится к электростатическому распылению.

Цель изобретения - обеспечение возможности эффективного распыления многокомпонентных реакционноспособных жидкостей.

На фиг.1 схематически изображена распылительная головка в первом устройстве для электростатического рас- пьшения, вид сбоку; на фиг.2 - разрез

А-А.,на фиг. 1; на фиг.З - часть выходной кромки, p;i спылительной головки, изображенной на Лиг.I и 2, вид сбоку.

на фиг. 4 - распылительная головка с электродными элементами, располржен- ными рядом с выходной кромкой; на фиг.5 - распылительная головка, центральная пластина которой выполнена с зубчатой выходной кромкой; на фиг.6 - распылительная головка для смешения трех жидкостей; на фиг.7 - распылительная головка с кольцевым выпускным средством; на фиг.8 и 9 - распылительная головка с различным размещением электродов ,ня фиг . 1 О и 11 - распылительная головка с коническим выпускным средством; на фиг.12 - распыли

315

тельная головка с подачей на выпускную кромку смесей жидкостей; на фиг, 1 3 распылительная головка с острой выходной кромкой; на фиг.14 - вариант распылительной головки, показанной на фиг.7.

Согласно фиг.1-3 первая распылительная головка включает в себя три взаимно отстоящих на некотором paccTO янии одна от другой параллельно расположенных пластин, центральную пластину 1 и две боковые пластины 2 и 3, Подводящие каналы для жидкости образованы пространством между каждый па- рой соседних пластин. Таким образом, пространство между пластинами 1 и 3 образует первый канал 4, с которым сообщаются распределительный канал 5 и входной патрубок 6, сообщенный в свою очередь со средством подачи компонента А (не показан). Второй канал 7 образован пространством между пластинами 1 и 2 и сообщен с распределительным каналом 8 и входным патрубком 9, сообщенным в свою очередь со средством подачи компонента В (не показан) . Ширина каждого из каналов 4 и 7 приблизительно составляет 150 мкм. Как показано на фиг . 2 , центральная пластина 1 выполнена с выходной кромкой 10, выступающей относительно выходных кромок 11 и 12, соответствующих боковых пластин 2 и 3. Участок распылительной головки, содержащей вы

пускные кромки 11 и 12 боковых плас тин 2 и 3 и выпускную кромку 10 центральной пластины 1, образует выпускное средство распылительной головки. Каждая из пластин 1-3 выполнена из

проводящего или полупроводящего материала, в том числе и поверхности этих пластин в выпускном средстве. Пластины соединены с выходной клеммой генератора напряжения (не показана), ко- торый обеспечивает выходное напряжение, приблизительно равное 40 кВ.

Распылительная головка (фиг.1-3) работает следующим образом.

Покрываемое изделие 13 заземляют и помещают приблизительно на 5 см ниже распылительной головки (фиг.1 и 2). Включают генератор, жидкость из средства подачи компонента А подают через входной патрубок 6, а жидкость из .средства подачи компонента В подают ;через входной патрубок 9.

Жидкость (компонент) А из входного патрубка 6 поступает в распредели

-

-.Q 20 5

35

40

50

55

1Л

тельный канал 5, а затем вниз через канал 4, в то же время жидкость (компонент) В из входного патрубка 9 протекает в канал 8 и далее вниз через канал 7. По достижении выходного средства распылительной головки жидкость А из канала 4 движется мимо нижней выходной кромки 12 боковой пластины

3и затем проходит вниз по одной поверхности центральной пластины 1 . Жидкость В из канала 7 движется мимо нижней кромки 11 боковой пластины 2

и затем стекает вниз по противоположной поверхности центральной пластины 1. Жидкости А и В смешиваются между собой внизу, как только они достигают нижней выходной кромки 10 центральной пластины 1.

Потенциал, который подходит к пластинам 1-3 от генератора, создает электрическое поле высокой интенсивности (соответствующей приблизительно 8 кВ/см) у выходной кромки 10 центральной пластины 10. Эффект этого поля заключается в вытяжке жидкостей А и В, стекающих с кромки 10 в виде ряда взаимоотстоящих друг от друга мононитей 14 (фиг.1). Расстояние между соседними мононитями 14 определяется величиной электростатического поля, свойств жидкостей и скоростей потоков. Смешение происходит между жидкостями, поступающими из каналов

4и 7. Жидкости стекают вниз между . линиями G-G, Н-Н (фиг.З), вытягиваются в виде мононити 14 между этими двумя линиями, содержащей смесь жидкостей в пропорции, равной или по существу равной пропорции, в которой они бьши поданы в устройство. Смешанные жидкости А и В в кгикдой мононити 14 постепенно разрушаются на мелкие капли 15 из-за неустойчивости жидкой струи в воздухе.

Распылительная головка на фиг.4 так же, как и распьшительная головка на фиг.2, содержит центральную пластину 16 и две боковые пластины 17 и 18, которые ограничивают подводящие каналы 19 и 20 для подвода соответствующих жидкостей А и В. Выходная кромка 21 центральной пластины 16 выполнена острой и выступающей относительно выходных кромок 22 и 23 соответствующих боковых пластин 17 и 18.

Распылительная головка (фиг.4) содержит два взаимноотстояп1их другчот друга параллельно установленных злектрода 24, расположенных рядом с выходной кромкой 21 центральной пластины 16. Каждый из электродов 24 npoxojx- дит параллельно кромке 21 и каждый электрод поддерживается изолирующим кронштейном 25. Каждьо электрод 24 содержит сердечник из проводящего или полупроводящего материала, заключенного в покрытие с электрической прочностью, превьш1ающей 15 кВ/мм, объемным удельным сопротивлением в диапазоне -5х10 Ом СМ и толщиной 0,75-5 мм. Этого является достаточно

При работе данной распылительной головки (фиг. 5) одна мононить 28 перь образуется на каждом зубце, если зубцы не расположены сльшком близко друг к другу, в этом случае некоторые зубцы не будут образовывать мононитей, или если зубцы слишком далеко друг от друга, в этом случае некоторые зубцы могут образовывать более чем одну мононить.

Распылительная головка, изображенная на фиг.6, содержит две внутренние пластины 29 и 30 и две наружные плас

Изобретение относится к электростатическому распылению. Цель изобретения - обеспечение возможности эффективного распыления многокомпонентных реакционноспособных жидкостей. Для этого устройство снабжено средством для подачи компонентов к соответствующим каналам, так что жидкости встречаются в выходном средстве и мононить или каждая мононить содержит смесь жидкостей в пропорциях, равных или по существу равных пропорциям, в которых они поданы в устройство. Распылительная головка выполнена в виде ряда взаимоотстоящих друг от друга пластин, и каждый канал образован между парой смежных пластин. Распылительная головка может быть выполнена в виде коаксиально установленных труб, а каждый канал образован пространством кольцевого сечения между двумя смежными трубами. Распылительная головка может быть выполнена с конусным наконечником, а каждый канал может проходить через корпус головки до выходного отверстия в наконечнике. При работе любой распылительной головки различные жидкости подаются к соответствующим каналам и встречаются у выпускного средства, где подвергаются воздействию электрического поля, заставляющего их вытягиваться в элементарные нити (мононити). 16 з.п.ф-лы, 14 ил.

для предотвращения электрического раз- 31 и 32, которые совместно обра- ряда между электродами и распылительной головкой.

С другой стороны, объемное удельное сопротивлеюте является достаточно низким для того, чтобы дать воз- 20 можность заряду, скопившемуся на поверхности защитного материала, пройти через этот материал к сердечнику. Удельное сопротивление покрытия электрода составляет -5х10 Ом-см. 5

Между каждым электродом 24 и выходной кромкой 21 имеется промежуток 5зуют три канала 33-35 для соответствующих жидкостей А,С,В. На внутренних пластинах 29 и 30 имеются выходные кромки, которые являются острыми и . которые расположены на небольшом расстоянии по ходу или ниже выходных кромок наружных пластин 31 и 32.

Распылительная головка (фиг.6) работает следующим образом.

Подводимая к каналу 33 жидкость А движется мимо нижней кромки наружной пластины 31, а затем стекает вниз по одной поверхности внутренней пластины 29 к выходной кромке этой пластины. Жидкость из канала 35 так же стекает вниз к выходной кромке внутренней пластины 30. На выходных.кромках внутренних пластин 29 и 30 жидкости из каналов 33 и 35 встречаются и смешиваются с жидкостью, стекающей вниз по каналу 34.

10 мм, а два электрода 24 отсто ят оди от другого на расстоянии, приблизително равном 8-20 мм.

Распылительная головка (фиг.4) работает следующим образом.

Изделие, на которое наносят покрытие, заземляют. Пластины 16-18 поддерживают под электрическим потенциалом 25-30 кВ, а электроды поддерживают под потенциалом 10-40 кВ. Альтернативно пластины 16-18 могут находиться под потенциалом 1-20 кВ, а электроды 24 - под потенциалом земли или близким к нему.

Из каналов 19 и 20 жидкости А и В стекают по соответствующим противоположным поверхностям пластины 16 до встречи на выпускной кромке 21, где они смешиваются.

Наличие электродов позволяет интенсифицировать электростатическое поле на выпускной кромке 21 и, следот вательно, способствует тончайшему измельчению смеси жидкостей, стекающей с этой кромки.

Распылительная головка, изображенная на фиг.5, соответствует распылительной головке, показанной на фиг.2, за исключением того, что центральная пластина 26 имеет выпускную кромку 27 которая в большей степени является зубчатой, чем прямой.

31 и 32, которые совместно обра-

20 5

5

0

0

5

0

5

зуют три канала 33-35 для соответствующих жидкостей А,С,В. На внутренних пластинах 29 и 30 имеются выходные кромки, которые являются острыми и . которые расположены на небольшом расстоянии по ходу или ниже выходных кромок наружных пластин 31 и 32.

Распылительная головка (фиг.6) работает следующим образом.

Подводимая к каналу 33 жидкость А движется мимо нижней кромки наружной пластины 31, а затем стекает вниз по одной поверхности внутренней пластины 29 к выходной кромке этой пластины. Жидкость из канала 35 так же стекает вниз к выходной кромке внутренней пластины 30. На выходных.кромках внутренних пластин 29 и 30 жидкости из каналов 33 и 35 встречаются и смешиваются с жидкостью, стекающей вниз по каналу 34.

На фиг.7 изображена распылительная головка с кольцевым выпускным средством, которая выполнена в виде коакси- ально установленных труб, а каждый канал образован пространством кольцевого сечения между двумя смежными трубами. Трубы представляют собой внутренний 36, промежуточный 37 и наружный 38 направляющие элементьт.

Первый канал 39 образован между внутренним направляющим элементом 37. Второй канал 40 образован между на- т ружным 37 и промежуточным 38 направляющими элементами. Промехсуточный элемент расположен так, что его выходная кромка выступает на небольшом расстоянии относительно выпускных кромок внутреннего 36 и наружного 38 направляющих элементов.

При работе распылительной головки в соответствии с фиг.7 смешивание жидкостей, подводимых по каналам 39 и 40, происходит на выходной кромке

промежуточного направляющего элемента 37 описанным образом.

На фиг.8 изображена распылительная головка, в которой каналы 41 и 42 ограничены вертикальными 43, центральной 44 и боковыми 45 пластинами из изоляционного материала. В этом случае электрод 46 образован с помо- шью металлической вставки на выходной кромке центральной пластины 43.

При работе данной распылительной головки на выходной кромке центральной пластины 43 образуется интенсив- ное электростатическое поле за счет наложения на электрод подходящего потенциала.

На фиг.9 представлена распылительная головка, которая имеет три пластины из изоляционного материала, образующие два канала для жидкостей. В этом случае предусмотрены электроды 47 и 48, каждый из которых соприкасается с жидкостью в соответствующем канале и используется для образования интенсивного электрического поля на нижней кромке центральной пластины.

Распылительная головка, изображенная на фиг,9, может быть модицифиро- вана в результате использования лишь одного из электродов 47 и 48.

На фиг.10 и 11 изображена распылительная головка, содержащая корпус 49 из проводящего материала, который имеет по существу конический наконечник. В корпусе предусмотрены четыре канала 50-53 для жидкостей. Каждый из каналов 50-53 проходит через корпус 49 до выходного отверстия в коническом наконечнике.

При работе данной распылительной головки четыре жидкости подаются к соответствующим каналам 50-53, встречаются в выходном отверстии конического наконечника. В наконечнике жидкости смешиваются и подвергаются воздействию электростатического поля, заставляющего их вытягиваться в элементарные нити (мононити).

На фиг.12 изображена распылительная головка, содержащая вертикальные пластины 54-58, образующие четыре канала 59-62. Пластины выполнены из изолирующего материала. Электрод 63 предусмотрен на нижней выходной кромке центральной пластины 56.

Распылительная головка, изображенная на фиг.12, предназначена для сме0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

шения двух жидкостей А и В , чьи физические свойства затрудняют движение тщательного смешивания.

При работе данной распылительной головки первую жидкость А подают в каналы 59 и 61, а вторую жидкость В подают в каналы 60 и 62. Жидкости А и В в соответствующих каналах 59 и 60 встречаются на нижней выходной кромке пластины 55, а жидкости А и В в соответствующих каналах 61 и 62 точно так же встречаются на нижней кромке пластины 57. Смешивание начинается, когда жидкости стекают вниз по соответствующим противоположным . сторонам пластины 56 и продолжается тогда, когда две отдельные смеси, встречаются у нижней кромки этой пластины. Жидкости затем подвергают воздействию интенсивного электрического поля, которое вызывает мельчайшее распыление.

Распылительную головку, изображенную на фиг.12, можно также использовать для смешивания четырех различных жидкостей, например, с целью достижения необходимого оптического эффекта на мишени. В этом случае жидкости А, B,C,D подают по соответствующим каналам 59-62.

На фиг.13 изображена распылительная головка, которая также, в частности, пригодна для смешения Ж1щкос- тей, которые на практике затруднительно использовать для достижения тщательного смешения.

Следует отметить, что любые две жидкости, которые текут в выходное средство описанных распылительных головок, заряжают одной и той же полярностью при движении в направлении к такому положению, когда одна из жидкостей соприкасается с другой. Например, в распылительной головке, изоб-- раженной на фиг.1-3, жидкости, стекающие вниз по соответствующим противоположным сторонам центральной пластины, заряжшот одной и той же полярностью, пока они достигают выходной . кромки 10 этой пластины. В результате у жидкостей наблюдается тенденция в отбрасывании друг друга, когда они встречаются у кромки 10. Следовательно, в крайних случаях две жидкости могут вытекать из кромки 10 в виде отдельных потоков.

Для устранения этой проблемы возможно использовать пластитз из изо-

лирующего материала (фиг.9) с размещением электрода лишь в одном из каналов между пластинами. Одну из жидкостей затем заряжают, а другую раз- ряжают. Однако это может привести к тому, что заряженная жидкость отклоняется в сторону при своем движении : вниз мимо электродных элементов, расположенных рядом с распылительной головкой.

Выполнение на центральной пластине острой выходной кромки (а именно, небольшого внутреннего угла между соответствующими противоположными сторонами пластины на ее выходной кромке) приводит к образованию более интенсивного электрического поля в непосредственной близости от распылительной головки. Это улучшает распыление. С другой стороны, заострение выходной кромки имеет тот результат, что существует широкий диапазон угловых направлений, обладающих высоким градиентом потенциала. Поэтому 5кидкость, вытекающая из распылительной головки, имеет тенденцию к диспергированию под широким углом.

В отличие от этого тупая выходная кромка (т.е. выходная кромка, имеющая большой внутренний угол между соответствующими противоположными сторонами пластины у выходной кромки) приводит к образованию менее интенсивного электрического поля, но к хорошо направленному потоку.

В соответствии с фиг,13 распылительная головка имеет промежуточный направляющий элемент в виде центральной пластины 64 и наружные направляющие элементы в виде боковых пластин 65 и 66, образующих каналы 67 и 68. Выходная кромка 69 центральной пластины 64 является острой, т.е. между соответствующими противоположными сторонами пластины 64 у кромки 69 имеет 10-60 . Выходные кромки 70 и 71 соответствующих боковых пластин 65 и 66 расположены на 2-3 мм вьщ1е кромки 69 центральной пластины 64. Угол в радиальном направлении между наружными сторонами боковых пластин 65 и 66 выбран 00-150°.

При использовании распылительной головки, изображенной на фиг.13, острая кромка 69 центральной пластины 64 приводит к интенсивному электрическому полю, достаточному для хорошего распыления.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

В то же время большой угол между наружными сторонами соответствующих боковых пластин 65 и 66 приводит к образованию электрического поля такого, что при этом существует высокий градиент потенциала в направлении сверху вниз или в основном в направлении сверху вниз. Жидкости поэтому вытекают из распылительной головки в виде узкого, хорошо ограниченного потока;

Распылительная головка, изображенная на фиг.13, может содержать пластины из проводящего или полупроводящего материала, или может содержать изолирующие пластины с электродами в виде металлических вставок.

На фиг.14 изображен вариант распылительной головки, изображенной на фиг.7.

Распылительная головка в соответствии с фиг.14 имеет промежуточный трубчатый элемент, соответствующий элементу 37 (фиг.7), расположенный на 2- 3 мм ниже выходных кромок внутренне- него и наружного элементов. Между наружной и внутренней сторонами промежуточного элемента в радиальном направлении выбран угол 20°, а между наружной стороной наружного элемента и внутренней стороной внутреннего элемента в радиальном направлении выбран угол 90.

Удовлетворительные результаты можно получить так же, как и для распылительной головки по фиг.13, при углах между наружной и внутренней сторонами промежуточного элемента 10-60 и уже 80-150 между наружной стороной наружного элемента и внутренней стороной BHVTpeHHero элемента.

В каждой из упомянутых распылительных головок электрическое поле величиной 5-30 кВ/см является достаточно сильным для вытяжки жидкостей из распылительных головок в виде элементарных нитей (мононитей).

Каждая из распылительных головок (фиг.4-14) может быть снабжена электродными элементами, как в распылительной головке, изображенной на фиг.4. В случае распылительной головки, изобра- раженной на фиг.7 и 14 предусмотрены кольцеобразные электродные элементы,

Каждое из описанных устройств можно использовать для смешивания множества разнообразных жидкостей.

Во-первых, устройство пригодно для ПОКРЫТИЯ изделий материалом, полученч15

ным из смеси двуу жидких компонентов, которые вступают между собой в быстрое взаимодействие с образованием твердого вещества. Однако время реакции должно быть достаточным для того, чтобы каждая элементарная нить, вытекающая из распылительной головки, оставалась в жидком виде до тех пор, пока элементарная нить не стала неустойчивой и разрушилась на заряженные жидкие капельки. После того, как капельки сели на покрьшаемое изделие, должно происходить отверждение.

В качестве жидкостей, которые можно использовать, используют мономеры и/или форполимеры с катализатором или

без них, порообразователи и пигменты.

Примерами таких соединений являются полимерные пены, такие как полиуретан, где жидкие компоненты представляют собой полиол и ди-иэоцианат, один из которых или оба растворены в порообразователе, быстроотверждающа- яся двухупаковочная краска, тонкие полимерные пленки, такие как силок- сановые покрытия,где жидкие компоненты представляют собой 50%-ный поли- силоксан, растворенный в растворителе с 4% платинового катализатора, и 50%-ный силоксан, также растворенный в растворителе с 4% сетчатого полиси- локсана, и двухупаковочные клеющие композиции.

Изделие или мишень (объект), покрытые такими материалами, можно держать в руках, В этом случае устройство особенно пригодно для использования при покрытии изделий сложной формы. Легко наносятся твердые покрытия. Как вариант, изделие может представлять собой лист, движущийся вдоль производственной линии. В этом случае особенно пригодна распылительная головка с линейно расположенным выпускным отверстием, перпендикулярным направлению движения листа.

Во-вторых, каждое из описанных устройств можно использовать для изготовления изделий в виде гранул (шариков) или мононитей. В случае гранул (шариков) жидкие компоненты должны . вступать во взаимодействие совместно с образованием твердого вещества после того, как каждая мононить разорвана на заряженные жидкие капельки, но до того, как эти капельки осели на объект, В случае производства мононити жидкие компоненты должны

12

вступать друг с другом во взаимодействие с образованием твердой мононити то дого, как каждая мононить из распылительной головки могла получить время для того, чтобы разорваться на заряженные мелкие капельки. Образующаяся твердая мононить непрерывно наматывается на суппорт со скоростью производственного процесса. Для этого можно использовать жидкости, облада- (оцие быстрым реакционным временем.

В-третьих, каждое из описанных устройств можно использовать для распыления физически несовместимых жидкостей. Например, в сельском хозяйстве и в других областях распыления, в которых может оказаться желательным совместное распьшение коллоида и жидкости, которая при соприкосновении с

коллоидом должна привести к его флоккулированию. При помощи указанного устройства коллоид не контактирует с жидкостью до тех пор, пока они не выйдут из распылительной головки. В этом случае у коллоида нет времени на разрушение под влиянием флоккулирования, Кроме того, каждое устройство можно использовать для распыления жидкости, чьи электрические свойства, например удельное сопротивление, сделали бы в противном случае жидкость непригодной для электростатического распыления. В этом случае в устройство подают распыляемую жидкость и жидкий носитель с соответствующим удельным сопротивлением.

Такое устройство можно использовать для сельскохозяйственного распыления.

Любое из описанных устройств может быть снабжено соплом (не показано), подключенным к источнику газа и установленным вблизи пространства между выпускным средством и электродом с покрытием.

Формула изобретения

I. Устройство для электростатического распыления жидкостей,содержащее распылительную головку, выполненную с отделенными друг от друга каналами, каждый из которых сообщен с выходным средством, и средства для воздействия на жидкость, выходящую из выходного средства, электростатичес- КИМ полем мощностью, достаточной для вытягивания жидкостей из распылительной головки в виде по крайней мере одной мононити, отличающее- с я тем, что, с целью обеспечения возможности эффективного распыления многокомпонентных реакционноспособных жидкостей, устройство снабжено средством для подачи компонентов к соответствующим каналам так, что жидкости встречаются в выходном средстве и мононить или каждая мононить содержит смесь жидкостей в пропорциях, равных или по существу равных пропорциям, в которых они были пода1Пэ1 в устройство.

0

0

5

0

5

меньше, чем угол в радиальном направлении между наружной стороной наружного направляющего элемента и внутренней стороной внутреннего направляющего элемента.

содержит сердечник из проводящего или полупроводящего материала, защищенного материалом с электрической прочностью и объемным удельным сопротивлением, достаточно высоким для того, чтобы предотвратить образование дуго вого разряда между электродом и распылительной головкой, и с объемным удельным сопротивлением, достаточно

0

5

0

152833

низким для того, чтобы позволить заряду, скопившемуся на поверхности защит ного материала, пройти через этот материал к проводящему или полупроводящему сердечнику,

10

1 /f Р

/4I|||||||M||l||||im|| l| |inn

0

1

10

иг. /

15

75п

Фиг.З

Ik

26

гг

24

фигМ

Фиг.5

J/

29

ФигЛ

31

30

иг.6

46

V

Фиг.8

Фиг.9

Фиг.Ю

.11