DK173093B1 - Elektrostatisk sprøjteapparat - Google Patents

Description

i DK 173093 B1

Opfindelsen har relation til elektrostatisk sprøjtning af væsker.

I britisk patentskrift nr. 1.569.707 er det foreslået at sprøjte flydende pesticider fra et sprøjtehoved opladet til en høj 5 spænding, under hvis indvirkning væsken forstøves til en sky af ladede dråber. Sådanne processer har mange fordele, og de er tilfredsstillende under mange driftsforhold, men der er en begrænsning i væskestrømningshastigheden i tilfælde af, at der ønskes små dråber.

10

En væsentlig faktor, der bidrager til denne begrænsning, er rumladningen i forbindelse med skyen af ladede dråber dannet mellem sprøjtehovedet og målet. Denne rumladning reducerer det elektriske felt i nærheden af sprøjtehovedet og påvirker 15 således forholdene for sprøjtedannelsen i skadelig retning.

Virkningen af rumladningen kan reduceres ved at øge potentialdifferensen mellem sprøjtehovedet og målet. Højere spændinger øger imidlertid risikoen for operatøren og risikoen for gnist- 20 dannelser. De kan også give anledning til en betydelig koronaudladning og kræve dyrere generatorer, der ikke er bærbare.

En reduktion i virkningen af rumladningen kan også opnås ved at reducere afstanden mellem sprøjtehovedet og målet. Under 25 mange anvendelser, eksempelvis i forbindelse med landbrug, er denne afstand bestemt af andre forhold, og det er følgelig ikke praktisk at reducere afstanden imellem sprøjtehovedet og målet.

30

Formålet med opfindelsen er at reducere rumladningen mellem sprøjtehovedet og målet, især i nærheden af sprøjtehovedet, og således muliggøre en dannelse af mindre dråber ved en given væskestrømningshastighed eller muliggøre højere væskestrøm-35 ningshastigheder.

Ifølge opfindelsen er der tilvejebragt et elektrostatisk sprøjteapparat omfattende et elektrostatisk sprøjtehoved, organer DK 173093 B1 2 for tilførsel af en væske til sprøjtehovedet, organer til udsættelse af væsken fra sprøjtehovedet for et elektrostatisk felt, der er tilstrækkeligt til, at væsken kan trækkes fra sprøjtehovedet i form af mindst én tråd, der derefter bliver ustabil og opdeles i dråber, og organer, der bevirker, at 5 en gasstrøm føres gennem området af det høje elektrostatiske felt, idet gasstrømmen ikke er tilstrækkelig til at afbryde dannelsen af tråde, men er parallel med eller i hovedsagen parallel med den retning, i hvilken væsken afgives fra sprøjtehovedet, og gasstrømmen er tilstrækkelig til at fjerne ladede 10 væskedråber fra området for derved at reducere en rumladnings- opbygning, der ellers kunne influere på størrelsen af det elektriske felt.

Der er fortrinsvis en vinkel på mindre end 30° mellem den 15 retning, i hvilken væsken afgives fra sprøjtehovedet, og den retning, i hvilken gassen strømmer.

Karburatorapparatur, hvori et kulbrintebrændstof ad elektrostatisk vej sprøjtes ind i en gasstrøm, er beskrevet i EP-A-0.020.049. Brændstoffet indsprøjtes i en vinkel på 90° 2 o i forhold til luftstrømmens retning gennem karburatoren. Sprøjteretningen i forhold til retningen af luftstrømmen forebygger, at udsprøjtningen finder sted under dannelse af tråde, især ved de høje lufthastigheder, der kan forekomme i en karburator.

I hvert fald en del af gassen strømmer inden for 1,5 cm fra den eller de positioner, ved hvilke der afgives væske fra 25 sprøjtehovedet, og gassen strømmer fortrinsvis inden for 5 mm fra den eller disse positioner. Gasstrømmen kontakter fortrinsvis sprøjtehovedet ved eller i nærheden af den position, hvorfra der afgives væske.

30

Eftersom området eller områderne, hvorigennem gassen strømmer, er forholdsvis store, og eftersom gassen ikke skal forskyde væsken, skal gassen kun tilføres ved et lavt tryk, eksempelvis ved et tryk, der ikke er større end 1,72 kN/m2. En højtryks-35 kilde, såsom en kompressor, kan anvendes, så længe der er anbragt en trykreduktionsenhed imellem kilden og området af det højelektriske felt.

DK 173093 B1 3

Organerne til udsættelse af væsken fra sprøjtehovedet for et elektrisk felt kan omfatte organer for tilførsel af et første potentiale til væsken fra sprøjtehovedet og organer for tilførsel af et andet potentiale til et område, imod hvilket væsken er rettet, idet forskellen mellem det første og det 5 andet potentiale er tilstrækkelig til, at der kan dannes en eller flere tråde.

En elektrode kan være monteret i nærheden af sprøjtehovedet, og organerne til udsættelse af væske fra sprøjtehovedet for 10 et elektrisk felt omfatter organer til at holde elektroden ved et elektrisk potentiale og organer, der tilvejebringer en returvej for elektrisk ladning imellem sprøjtehovedet og målet.

1 5

En elektrode er fortrinsvis monteret i nærheden af sprøjtehovedet og organer til udsættelse af væske fra sprøjtehovedet for et elektrisk felt omfatter organer for tilførsel af et første potentiale til væsken fra sprøjtehovedet og organer til at holde elektroden ved et andet potentiale, idet forskel- 20 len mellem det første og det andet potentiale er tilstrækkelig til, at der kan dannes en eller flere tråde.

I et apparat med et sprøjtehoved omfattende en eller flere små huller eller spidser eller en cirkulær åbning, hvorfra 2 5 væsken afgives, kan elektroden være anbragt uden for hullet eller hullerne eller spidserne eller åbningen, og gasstrømmen kan føres gennem området mellem elektroden og hullet eller hullerne eller spidserne eller åbningen. Hvis sprøjtehovedet alternativt omfatter en eller flere huller eller spidser eller 30 en cirkulær åbning, hvorfra væsken afgives, kan elektroden være anbragt inden for et eller flere af hullerne eller spidserne eller åbningen, og gasstrømmen kan igen føres gennem området mellem elektroderne og hullet eller hullerne eller spidserne eller åbningen og/eller gennem et område af tilsvarende dimen- 3 5 sioner, der er anbragt radiært udvendigt i forhold til hullet eller hullerne eller spidserne eller åbningen.

4 DK 173093 B1 I et apparat med et sprøjtehoved omfattende en lineær slids eller kant, hvorfra der afgives væske, og et par indbyrdes adskilte lineære elektroder, der udstrækker sig parallelt med slidsen eller kanten på hver sin side deraf, er gasstrømmen ført gennem områderne mellem slidsen eller kanten og hver 5 af elektroderne. Hvis sprøjtehovedet omfatter en enkelt lineær elektrode, der udstrækker sig parallelt med slidsen eller kanten, føres gasstrømmen gennem området mellem elektroden og slidsen eller kanten og kan også strømme gennem et område af tilsvarende dimensioner eller siden af slidsen eller kanten 10 i afstand fra elektroden.

Hvis apparatet ikke har nogen elektrode, føres gasstrømmen gennem et område eller områder af tilsvarende dimensioner til området eller områderne, gennem hvilke der strømmer gas 1 5 i et apparat med en sådan elektrode.

Med et målområde ved jordpotentiale kan det første potentiale, der tilføres til væsken, være 1-20 kV, og det andet potentiale kan ligge ved eller i nærheden af jordpotentialet, således 20 som det er omtalt i britisk patentbeskrivelse nr. 1.569.707.

Alternativt kan målet ligge ved jordpotentiale, det første potentiale ligge ved 25-50 kV og det andet potentiale ligge ved 10-40 kV - jf. europæisk patentansøgning nr. EP-A-0.186.983. 25

Alternativt kan målet og det første potentiale både ligge ved jordpotentiale og det andet potentiale være over 5 kV.

I dette tilfælde fejer gasstrømmen de ladede dråber bort fra elektroden og mod målet.

30

Elektroden eller elektroderne omfatter fortrinsvis en kerne af ledende eller halvledende materiale indhyllet i et materiale af dielektrisk styrke og en volumenresistivitet, der er tilstrækkelig høj til at forhindre gnistdannelser imellem elektro-3 5 den og sprøjtehovedet og af en volumenresistivitet/ der er tilstrækkelig lav til, at ladning på overfladen af indhyl- DK 173093 B1 5 ningsmaterialet kan ledes gennem dette materiale til den ledende eller halvledende kerne. VOlumenresistiviteten af indhyl-ningsmaterialet er fortrinsvis mellem 5 x 10** og 5 x 10*^ ohm x cm, den dielektriske styrke af indhylningsmaterialet er større end 15 kV/mm, og dets tykkelse er 0,75-5 mm, fortrins-5 vis 1,5-3 mm. Indhyllede elektroder af denne form er omtalt i europæisk patentansøgning nr. EP-A-0.186.983.

Hvis sprøjtehovedet omfatter en eller flere huller eller spidser, hvorfra væsken afgives, bliver der dannet en enkelt tråd ved 10 hvert hul eller hver spids. Alternativt kan sprøjtehovedet omfatte mindst én slids eller kant, i hvilket tilfælde der dannes et antal indbyrdes adskilte tråde ved hver af slidserne eller kanterne.

15 Et afgivelsesorgan af sprøjtehovedet kan omfatte et ledende eller halvledende materiale, der kontaktes af den væske, der afgives, i hvilket tilfælde organer til udsættelse af væsken fra sprøjtehovedet for et elektrisk felt kan omfatte organer for tilførsel af et elektrisk potentiale til det ledende eller 20 halvledende materiale. Alternativt kan afgivelsesorganet af sprøjtehovedet være fremstillet af ikke ledende materiale, og en elektrode kan være anbragt et kort stykke imod strømningsretningen i forhold til afgivelsesorganet af sprøjtehovedet, således at elektroden under anvendelse kontaktes af væsken, 25 og organerne til udsættelse af væsken fra sprøjtehovedet for et elektrisk felt omfatter organer for tilførsel af et elektrisk potentiale til elektroden.

Ifølge opfindelsen er der også anvist en fremgangsmåde til sprøjtning af væsker omfattende en tilførsel af en væske til et elektrostatisk sprøjtehoved, idet væsken udsættes for et elektrisk felt, der er tilstrækkeligt højt til, at væsken kan trækkes fra sprøjtehovedet i form af mindst én tråd, der derefter bliver ustabil og opdeles i dråber, hvorefter en

J O

gasstrøm føres gennem området af det høje elektriske felt, og gassen føres i en retning parallel med eller i hovedsagen DK 173093 B1 6 parallel med den retning, i hvilken der afgives væske fra sprøjtehovedet, og strømningshastigheden er af en sådan størrelse, at ladede dråber fjernes fra området for derved at reducere en rumladningsopbygning, der ellers kunne influere på størrelsen af det elektriske felt.

5

En medføring af de ladede dråber i en gasstrøm, der bevæger sig i retning af målet, øger dråbernes hastighed bort fra sprøjtehovedet og mod målet og øger således forholdet mellem dråbedannelseshastigheden og antallet af dråber i luften mellem 10 sprøjtehovedet og målet, især i nærheden af sprøjtehovedet.

Dette giver en tilsvarende reduktion i rumladning for en konstant dråbedannelseshastighed, eller der vil kunne opnås en højere dråbedannelseshastighed.

15 Ved at anvende en gasstrøm til at reducere virkningen af rumlad ningen og forbedre forstøvningen forbedres også indtrængningen af støvsprøjtet til elektrostatisk afskærmede områder af målet.

USA patent nr. 4.356.528 nævner brugen af en luftblæsning til forbedring af indtrængningen af ladede dråber i afgrøder.

En sådan luftudblæsning fører først det ladede støvsprøjt gennem eksisterende gab i afgrøden, der ellers kunne være elektrostatisk afskærmet. For det andet vil luftudblæsningen ved høje lufthastigheder dele afgrøden og skabe yderligere 2 5 åbninger, således at støvsprøjtet kan trænge ned i afgrøden.

I U£!A patentskrift nr. 4.356.528 fører luftudblæsningen dråberne et stykke bort fra sprøjtehovedet, efter at de har forladt det forstøvende elektriske felt mellem sprøjtehovedet og den feltintensiverende elektrode. Eftersom det forstøvende elektri-30 ske felt tilvejebringes ved hjælp af potentialforskellen mellem sprøjtehovedet og den jordede feltintensiverende elektrode, og eftersom denne form for luftunderstøtning ikke reducerer rumladningen i nærheden af sprøjtehovedet og den feltintensiverende elektrode, forventes der ikke nogen forbedring i for-

si O

støvningen, hvilket heller ikke er blevet observeret.

DK 173093 B1 7

Elektrostatiske sprøjtepistoler, der anvender luft til forstøvning af en væske og høje spændinger til opladning af væsken, er kendte. En elektrostatisk sprøjtepistol, der anvender en kombination af elektriske kræfter og luftforskydningskræfter til forstøvning af væsken, er også blevet foreslået. I denne 5 pistol kan der ikke dannes tråde ved afgivelsen fra sprøjte hovedet, idet luften forskyder dråber fra de elektrostatisk dannede spidser.

Luftunderstøtningen kan også anvendes til at styre formen 10 af sprøjteskyen.

Et problem ved elektrostatiske sprøjtepistoler er, at snavs og væske lander på sprøjtehovedet eller i nærheden af elektroderne og ødelægger forstøvningsprocessen. Når luft eller en 15 anden gas føres hen over sprøjtehovedet og nær elektroderne, således som det tilfældet i apparatet ifølge opfindelsen, forhindres en opsamling af urenheder og væske.

En reduktion af rumladningen, gas- eller luftunderstøtningen 20 muliggør også en udsprøjtning af flere forskellige væsker.

Ladning-til-masseforholdet af dråberne frembragt ved elektrostatisk forstøvning afhænger af dråbestørrelsen og de fysiske parametre af væsken. Især er ladnings-til-masseforholdet højere for mindre dråber og højere for væsker af mindre resistivitet.

2 5 I et normalt elektrostatisk sprøjteapparat, eksempelvis et sprøjteapparat af den type, der er omtalt i engelsk patentskrift nr. 1.569.707, frembringer væsker med en resistivitet, der er mindre 5 x 107 ohm.cm så højt ladede dråber, at rumladningen begrænser den strømningshastighed, ved hvilken de kan 3 0 forstøves, til en værdi, der er mindre end for væsker med 8 10 en resistivitet på 10 til 10 ohm.cm. Ved at anvende en gasstrøm til i hovedsagen at reducere rumladningen bliver det muligt at udsprøjte væsker af en resistivitet på ned til 5 x 106 ohm.cm ved acceptable strømningshastigheder.

Opfindelsen skal nærmere forklares i det følgende under henvisning til tegningen, hvor 35 DK 173093 B1 8 fig. 1-3 viser et elektrostatisk sprøjteapparat ifølge opfindel-delsen, fig. 4 og 5 grafer, der illustrerer fordelingen af dråbediametre (VMD) og medianfordelingen af dråbediametre (NMD) for 5 sprøjteapparatet i fig. 3, fig. 6 og 7 grafer, der illustrerer VMD og NMD for tidligere elektrostatiske sprøjteapparater, 10 fig. 8 og 9 grafer, der illustrerer VMD og NMD for et sprøjte apparat, der anvender en luftstrøm til forstøvning, fig. 10 en graf, der illustrerer relationen mellem dråbestørrelse og strømningshastighed for apparatet i fig.

15 , >> 3 og fig. 11 en graf, der illustrerer, hvorledes dråbestørrelsen re reduceres med hastigheden af luftstrømmen i apparatet i fig. 2.

20 I apparatet i fig. 1 er et simpelt ringformet elektrostatisk sprøjtehoved 1 monteret ved en nedre ende af et understøtningsrør 3 ved hjælp af en understøtning 19. Sprøjtehovedet 1 indeholder to i hovedsagen rørformede elementer 5 og 7, der er 2 5 fremstillet af ledende eller halvledende materiale, såsom aluminium. Et rør 9 for tilførsel af væske til sprøjtehovedet er forbundet til et fordelingsgalleri 11, der på sin side er forbundet til et ringformet gab 13 mellem elementerne 5 og 7. Elementet 7 strækker sig ned under elementet 5 til til-30 vejebringelse af et afgivelsesorgan i form af en forstøvningskant 15.

Elementerne af sprøjtehovedet 1 er forbundet til en ikke vist spændingsgenerator ved hjælp af et kabel 17. Røret 3 og under- 3 5 støtningen 19 er fremstillet af et isolerende materiale.

Et afgivelsesorgan af en ikke vist pumpe er forbundet til en øvre ende af røret 3.

DK 173093 B1 9

Under anvendelse er sprøjtehovedet 1 anbragt et kort stykke over et horisontalt mål, der holdes ved jordpotentiale. Væske tilføres til sprøjtehovedet via røret 9, og et højt elektrisk potentiale tilføres til elementet 5. Endelig er luft ved et

O

tryk på mindre end 2,8 kN/m fortrinsvis ikke større end 5 7,72 kN/m2 pumpet ned gennem røret 3, således at der føres en luftstrøm over sprøjtehovedet 1, hvilken luftstrøm kontakter sprøjtehovedet ved eller i nærheden af kanten 15, dvs. ved eller i nærheden af den position, ved hvilken væsken afgives fra sprøjtehovedet.

10

Tilførselshastigheden af væske til røret 9 er lav. Hvis der ikke er noget højt potentiale på elementet 5, drypper væsken blot fra kanten 15. Resultatet af potentialtilførslen til elementet 5 er, at der etableres et elektrisk felt ved kanten 15 15, der er tilstrækkeligt højt til, at væsken kan trækkes fra kanten i form af ladede tråde eller støvsprøjt, der hver især indeholder en kontinuert strøm af væske. Trådene er ligeligt vinkelmæssigt fordelt omkring aksen af sprøjtehovedet.

Når væsken i en tråd har bevæget sig et kort stykke bort fra 2 o kanten 15, bliver tråden ustabil, og den opdeles i ladede dråber.

Luftstrømmen føres gennem et område nær afgivelseskanten 15 af sprøjtehovedet 1, hvor der er et højt elektrisk felt. Retnin- 2 5 gen af luftstrømmen er nedadgående, dvs. parallel med eller i hovedsagen parallel med den retning, i hvilken væsken afgives fra sprøjtehovedet, og volumenet og hastigheden af luften er tilstrækkelig til at transportere ladede dråber bort fra området af det høje elektriske felt og reducere rumladnings- 30 w opbygningen.

Fig. 2 viser et andet apparat ifølge opfindelsen, der indeholder et sprøjtehoved 31 med rørformede elementer 35 og 37, et fordelingsgalleri 41, en slids 43 og en forstøvningskant 3 5 45, der danner en afgivelsesåbning af sprøjtehovedet som i apparatet i fig. 1. En feltintensiverende elektrode 47 er DK 173093 B1 10 anbragt koaksialt med sprøjtehovedet 31 og indvendigt i forhold til forstøvningskanten 45 og i nærheden af denne.

Sprøjtehovedet 31 er monteret ved den ene ende af et i hovedsagen rørformet isolerende legeme 49 med en central under-5 støtning 51, hvorpå den feltintensiverende elektrode 47 er monteret.

Et rør 53 er forbundet til fordelingsgalleriet 41, og et kabel 55 fra en ikke vist højspændingsgenerator er forbundet til 10 elementet 35 af sprøjtehovedet, og et kabel 57 fra et udtag af generatoren er forbundet til elektroden 47.

Enden af legemet 49 tjener som hus for en elektromotor med en blæser 61 på en aksel. Elektrisk energi tilføres til moto-15 ren 59 via et kabel 63 fra en ikke vist lavspændingskilde.

Under anvendelse er et første potentiale tilført til sprøjtehovedet 1 via et kabel 55, og et andet mindre potentiale er tilført til den feltintensiverende elektrode 47 via kablet 2 o 35, og væske er tilført til sprøjtehovedet 31 via røret 53.

Væsketilførselshastigheden er lav, og i mangel af et potentiale på elektroden 47 er overfladespændingen tilstrækkelig til, at væsken snarere afgives fra kanten 45 i form af dråber end 25 i form af en trad eller et støvsprøjt. Virkningen af potentialet på elektroden 47 og det resulterende elektriske felt ved kanten 45 er, at væsken trækkes fra kanten som en serie smalle indbyrdes adskilte tråde eller støvsprøjt. Et kort stykke fra kanten 45 bliver trådene ustabile, og de opdeles 30 i ladede dråber. Ved tilførsel af energi til motoren 59 strømmer der luft i aksial retning langs ydersiden af legemet 49 og gennem området mellem elektroden 47 og kanten 45, hvor der er et højt elektrisk felt. Luftstrømmen bærer de ladede væskedråber mod målet.

Fig. 3 viser et tværsnit af et lineært sprøjtehoved 71, der er monteret inde i en isolerende luftboks 73.

35 DK 173093 B1 11

Sprøjtehovedet 71 indeholder to indbyrdes adskilte, parallelle plader 75 og 77 af ledende eller halvledende materiale, mellem hvilke der er en kanal 79 for væske. Ved en øvre ende af kanalen 79 er der et fordelingsgalleri 81, der via et rør 83 er forbundet til en ikke vist tank. Pladen 75 strækker sig ned under 5 pladen 77 til dannelse af en lineær forstøvningskant 85.

I forbindelse med sprøjtehovedet 71 er der to indbyrdes adskilte lineære feltintensiverende elektroder 87, der udstrækker sig parallelt med og på hver sin side af kanten 85. Elektroderne 10 ligger et kort stykke fra kanten 85.

Hver af elektroderne 87 har en kerne af ledende eller halvledende materiale og en indhylning af et materiale med en dielektrisk styrke og en volumenresistivitet, der er tilstrække-15 lig høj til at forhindre gnistdannelser mellem elektroden og sprøjtehovedet, og en volumenresistivitet, der er tilstrækkelig lav til, at ladning på overfladen af indhylningsmaterialet kan ledes gennem dette materiale til kernen.

2 0

Pladen 75 af dysen er via et kabel 89 forbundet til en ikke vist højspændingsgenerator, og elektroderne 87 er forbundet til generatoren via yderligere kabler (ikke vist).

Under anvendelse tilføres der væske til sprøjtehovedet 71 25 via røret 83, og væsken strømmer ned gennem galleriet 81 og kanalen 79 til forstøvningskanten 85. En spænding tilføres til pladen 75 via kablet 89, og en spænding Vder er mindre end , tilføres til elektroderne 87, og et ikke vist målområde, der er anbragt under sprøjtehovedet 71 og elektroderne 87, 30 holdes ved jordpotentiale. Væske fra forstøvningskanten 85 af sprøjtehovedet 71 danner en serie tråde, der er indbyrdes adskilt i en retning langs kanten 85. Væsken i den enkelte tråd bliver ustabil og opdeles i dråber kort tid efter, at de har forladt kanten 85.

Når luft pumpes ind i luftboksen 73 , afgives den med en høj hastighed via områderne mellem kanten 85 og hver af elektroderne 35 DK 173093 B1 12 87, hvor der er et højt elektrisk felt. Ladede dråber i dette område af høj feltstyrke fejes bort fra sprøjtehovedet 71 og mod målet.

Det er underforstået, at en feltintensiverende elektrode kan 5 være indeholdt i apparatet i fig. 1. Denne elektrode kan være anbragt indvendigt i forhold til forstøvningskanten 15 (ligesom elektroden 47 i fig. 2), eller den kan være anbragt udvendigt i forhold til kanten 15. I nogle tilfælde er der to elektroder? én inden for forstøvningskanten og én udenfor.

10 På tilsvarende måde kan et apparat med en lineær forstøvningskant som vist i fig. 3 have kun én lineær feltintensiverende elektrode, hvis der da overhovedet er nogen feltintensiverende elektrode.

15 I det ovenfor beskrevne apparat er væsken fra et sprøjtehoved udsat for et elektrisk felt, der etableres ved at tilføre et første elektrisk potentiale til en ledende eller halvledende del af sprøjtehovedet eller til en elektrode i et sprøjtehoved 20 af ikke-ledende materiale og ved at holde en målflade ved et andet potentiale, sædvanligvis jordpotentiale. I nogle tilfælde er der en feltintensiverende elektrode, der også holdes ved et forudbestemt potentiale.

25

Hvis der ikke føres luft forbi sprøjtehovedet, kan det potentiale, der tilføres til den feltintensiverende elektrode, passende være -20 kV, og det potentiale, der tilføres til sprøjtehovedet, kan passende være -30 kV. Negativt ladede dråber tiltrækkes til elektroden, men der er en meget stærkere 30 og dominerende tiltrækning mod det jordforbundne målområde. Ladningen fra de få dråber, der aflejres på elektroden, strømmer gennem en høj modstand (eksempelvis 10GQ ), der forbinder udgangen af en generator, der tilfører potentialet til elektroden, til jord. Hvis potentialerne på elektroden og sprøjte-3 5 hovedet er reduceret, samtidig med at man holder potentialdifferensen konstant, stiger niveauet af elektrodeforureningen DK 173093 B1 13 til et uacceptabelt niveau. Med en luftstrøm, der føres forbi sprøjtehovedet, er det konstateret, at der kan opnås en tilfredsstillende drift med -10 kV på sprøjtehovedet og 0 kV på elektroden.

5 I en yderligere udformning er en feltintensiverende elektrode holdt ved+10 kV, og sprøjtehovedet er blot forbundet til jordpotentiale. Negative ladninger induceres i væsken fra sprøjtehovedet, og væsken på forstøvningskanten af sprøjtehovedet antager en "billedladning", der groft taget er ækvivalent 10 med den ladning, der kan frembringes ved tilførsel af et poten tiale på omkring -10 kV til forstøvningskanten. Negativt ladede dråber er stærkt tiltrukket til den positive elektrode og vil normalt alle blive aflejret derpå, men eftersom dråberne medføres i en gasstrøm af høj hastighed, fejes de bort fra 15 elektroden. Når gasstrømmen er blevet tilstrækkelig langsom til at muliggøre en vis bevægelsesfrihed, er de tilstrækkelig langt borte til, at de fortrinsvis tiltrækkes af det jordforbundne målområde.

2 0

Det er underforstået, at den feltintensiverende elektrode kan holdes ved -10 kV, hvilket giver anledning til positivt ladede dråber.

I det ovenfor beskrevne apparat strømmer luft parallelt eller 25 i hovedsagen parallelt med den retning, i hvilken der afgives væske fra hvert af sprøjtehovederne. Faktisk kan der være en vinkel på mindre end 30° mellem luftstrømmens retning og den retning, i hvilken væsken afgives fra sprøjtehovedet.

30 I det ovenfor beskrevne apparat ifølge opfindelsen afbryder luftstrømmen ikke tråddannelsen eller den efterfølgende opdeling af trådene i dråber. Det er et vigtigt træk ved opdelingen af en tråd, at diameteren af de primære dråber er konstant og er direkte relateret til diameteren af tråden - se Adrian G. Bailey,

v O

Sci. Prog., Oxford (1974) 61, 555-581. Derudover frembringes satellitdråber, der har en meget mindre diameter end de primære DK 173093 B1 14 dråber. I teorien frembringer elektrostatiske sprøjteappater ifølge opfindelsen tråde af samme diameter, som er ligeligt fordelt langs den forstøvende overflade af sprøjtehovedet, og der frembringes følgelig et "monodisperse" spektrum af primære dråbestørrelser. I praksis giver begrænsninger på 5 mekaniske tolerancer anledning til små variationer i det elek triske felt og væskestrømningshastighed i forskellige punkter af sprøjtehovedet, og de primære dråber giver et smalt spektrum af diametre.

10 Fig. 4 viser en typisk volumenfordeling af dråbediametre, og fig. 5 angiver den tilsvarende fordeling af dråbediametre for et sprøjteapparat af den i fig. 3 viste form. Sprøjte-apparatet har en lineær dyse, der er 50 cm lang og holdes ved jordpotentiale, en væskestrømningshastighed på 1,8 cm'Vsek.

1 5 og feltintensiverende elektroder ved -10 kV. Fig. 6 og 7 er tilsvarende fordelinger for et tilsvarende sprøjtehoved uden luftstrøm gennem området af det høje elektriske felt, idet dyserne holdes ved -30 kV, og de feltintensiverende elektroder holdes ved -20 kV. Den omstændighed, at fordelingerne 2 0 i fig. 4 og 5 med luftunderstøtning svarer til fordelingerne i fig. 6 og 7 uden luftunderstøtning indikerer, at den bevægelige luftstrøm ikke afbryder tråddannelserne og de efterfølgende opdelinger i dråber. Fig. 8 og g viser derimod en typisk volumenfordeling for et sprøjteapparat, der anvender luftfor-25 skydning til væskeforstøvning.

Et mål for spredningen af i dråbespektret er forholdet, mellem volumenmediandiameteren og nummermediandiameteren (VMD/NMD).

For sprøjteapparater, i hvilke der dannes tråde ved hjælp 30 af elektriske felter, og hvor den efterfølgende opdeling i dråber er en følge af hydrodynamiske kræfter, er dette forhold ofte under 1,1 og i almindelighed under 1,5. For de fleste luftforskydningssprøjteapparater med eller uden elektrostatiske anordninger er dette forhold i almindelighed over 2 35 og ofte over 5.

For at sikre, at den bevægelige luftstrøm ikke afbryder dannel- DK 173093 B1 15 sen og opdelingen af trådene ,er sprøjtehovedet ifølge opfindelsen fortrinsvis indrettet til fortrinsvis at sprøjte i retning af målområdet, og luftstrømmen er fortrinsvis rettet parallelt med denne retning. Sprøjtehovedet kan imidlertid indrettes til at sprøjte radiært i forhold til den gene-5 relle retning fra sprøjtehovedet til målet, og luftstrømmen vil kunne rettes mod målet. Derved er det vanskeligt at undgå turbulens nær sprøjtehovedet, hvilket ødelægger forstøvningsprocessen, og luftvolumenet må kontrolleres nøje til opnåelse af en tilfredsstillende ydeevne.

10 I apparatet ifølge opfindelsen er det hastigheden af luftstrømmen, der giver forbedringerne i forstøvning. For at luftstrømmen kan give betydelige reduktioner i rumladning, skal luftstrømmen meddele en betydelig hastighedsforøgelse til dråberne 1 5 fra sprøjtehovedet. Hvis hastigheden af luftstrømmen er af en størrelsesorden mindre end hastigheden af dråberne, vil der kun være en lille reduktion i rumladning og negligible forbedringer i forstøvning. Hvis hastigheden af luftstrømmen svarer til hastigheden af dråberne uden tilførsel af luftstrøm, 20 vil der være en større reduktion i rumladning og væsentlige forbedringer i forstøvning. Hvis hastigheden af luftstrømmen er meget større end hastigheden af dråberne uden tilførsel af en luftstrøm, vil rumladningsvirkningen til undertrykkelse af forstøvningen for det meste være fjernet, og optimale forbed- 2 5 ringer i forstøvning vil være resultatet.

Fig. 10 viser den forbedrede ydeevne udtrykt ved reduceret dråbestørrelse for en given væskestrømningshastighed af et sprøjteapparat svarende til det i fig. 3 viste apparat, idet 30 3 der tilføres luft ved en hastighed på 10 m /min., og et tilsvarende sprøjteapparat er ikke luftunderstøttet. I hvert tilfælde har sprøjteapparatet en lineær dyse, der holdes ved 40 kV i en afstand af 40 cm fra et mål. Fig.11 viser virkningen på dråbestørrelsen af at øge hastigheden af luftstrømmen nær sprøjtehovedet i apparatet i den i fig. 2 viste form, idet der er et potential på 40 kV på dysen, 20 kV på den feltinten- DK 173093 B1 16 siverende elektrode og en afstand på 40 cm mellem dysen og målet.

I det i fig. 1 viste apparat, der ikke har feltintensiverende elektroder, er differensen mellem det første potential på 5 sprøjtehovedet og målområdets potentiale, der normalt er jord, tilstrækkeligt stort til at skabe et forstøvende elektrisk felt ved afgivelsen fra sprøjtehovedet, hvorved væsken trækkes i tråde, der opdeles i dråber, hvilke dråber bevæger sig mod målet i luftstrømmen. Det første potentiale er typisk 50 kV 10 eller mere, idet den præcise værdi afhænger af afstanden af mellem sprøjtehovedet og målet.

I de i fig. 2 og 3 viste apparater er de feltintensiverende elektroder anbragt i nærheden af sprøjtehovedet, og der er 15 indrettet organer for tilførsel af et andet potentiale til disse elektroder. I sådanne apparater er forskellen mellem det første potentiale tilført til sprøjtehovedet og det andet potentiale tilført til elektroderne tilstrækkeligt stort til at skabe et forstøvende elektrisk felt ved afgivelsen af sprøj- 2 0 tehovedet, hvorved væsken forstøves og føres mod målet som ovenfor beskrevet. Hvis målet er forbundet til jord, kan det første potentiale være 30 kV og det andet potentiale 20 kV.

I dette tilfælde giver de elektrostatiske kræfter anledning til, at dråberne accelereres gennem den bevægelige luftstrøm 2 5 ...

mod målet. Alternativt kan det første potentiale og målet begge være jord, medens det andet potentiale er 10 kV. I dette tilfælde er dråberne ved hjælp af viskøse trækkræfter transporteret mod de elektrostatiske kræfter i retning af målet ved hjælp af den bevægelige luftstrøm, indtil de igen tiltrækkes elektrostatisk til målet.

Selv om apparatet i fig. 1-3 er indrettet til at sprøjte i nedadgående retning, kan hvert af apparaterne indrettes til at sprøjte i vilkårlige retninger.

0 Ό

Claims (23)

1. Elektrostatisk sprøjteapparat, kendetegnet ved, 5 at det omfatter et elektrostatisk sprøjtehoved, organer for tilførsel af en vaske til sprøjtehovedet, organer til at udsætte væsken fra sprøjtehovedet for et elektrisk felt, der er tilstrækkeligt højt til, at væsken kan trækkes fra sprøjtehovedet som mindst én tråd, der derefter bliver ustabil og opdeles 10 i dråber, og organer, der bevirker, at en gasstrøm føres gennem området med det højelektriske felt, idet gasstrømmen ikke er tilstrækkelig til at afbryde dannelsen af tråde, men er parallel med eller i hovedsagen parallel med den retning, i hvilken væsken afgives fra sprøjtehovedet, idet gasstrømmen 15 er tilstrækkelig til at fjerne ladede væskedråber fra området for derved at reducere en rumladningsopbygning, der ellers kunne influere på størrelsen af det elektriske felt.

2. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge krav 1, kende-2 o tegnet ved, at vinklen mellem den retning, i hvilken væsken afgives fra sprøjtehovedet, og den retning, i hvilken gassen strømmer, ikke er større end 30°.

3. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge krav 1 eller 2, 25 kendetegnet ved, at organerne, der bevirker, at en gasstrøm føres gennem området af det højelektriske felt, er således indrettede, at hastigheden af gasstrømmen er større end eller lig med dråbernes hastighed i fravær af gasstrømmen. 30

4. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge krav ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at i hvert fald en del af gasstrømmen løber inden for 1,5 cm fra den eller de positioner, ved hvilke væsken afgives fra sprøjtehovedet. O O DK 173093 B1

5. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at gasstrømmen kontakter sprøjtehovedet ved eller i nærheden af den eller de positioner, ved hvilke væsken afgives derfra. 5

6. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at gastilførselsorganerne er indrettet til at tilføre gas ved et tryk, der ikke 2 er større end 1,72 kN/m . 10

7. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge et af de fore gående krav, kendetegnet ved, at organerne til udsættelse af væsken fra sprøjtehovedet for et elektrisk felt omfatter organer til tilførsel af et første potentiale til væsken fra sprøjtehovedet og organer for tilførsel af et andet potentiale til et målområde, mod hvilket den udstrømmende væske rettes, idet forskellen mellem første og andet potentiale er tilstrækkelig til, at tråden eller trådene vil kunne 20 dannes.

8. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge krav 1-6, kendetegnet ved, at elektroden er monteret i nærheden af sprøjtehovedet, og at organerne til udsættelse af væsken fra sprøj- 25 tehovedet for et elektrisk felt omfatter organer til at holde elektroden ved et elektrisk potentiale, og organer, der tilvejebringer en returvej for strømmen af elektrisk ladning mellem sprøjtehovedet og målområdet.

9. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge krav 1-6, kende tegnet ved, at en elektrode er monteret i nærheden af sprøjtehovedet, og at organerne til at udsætte væsken fra sprøjtehovedet for et elektrisk felt omfatter organer, der bevirker, at et første potentiale tilføres til væsken fra 35 sprøjtehovedet, og organer til at holde elektroden ved et DK 173093 B1 andet potentiale, idet forskellen mellem det forste og det andet potentiale er tilstrækkelig til, at tråden eller trådene vil kunne dannes.

10. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge krav 9, kende- 5 tegnet ved, at sprøjtehovedet omfatter en eller flere huller eller spidser eller en ringformet åbning, hvorfra væsken afgives, idet elektroden er anbragt radiært uden for hullet eller hullerne eller spidserne eller åbningen, og gasstrømmen føres gennem området mellem elektroden og hullet 10 eller hullerne eller spidserne eller åbningen.

11. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge krav 9 eller 10, kendetegnet ved, at sprøjtehovedet omfatter en eller flere huller eller spidser eller en ringformet åbning, hvorfra 15 væsken afgives, idet elektroden er anbragt inde i hullet eller hullerne eller spidserne eller åbningen, og gasstrømmen føres gennem område mellem elektroden og hullet eller hullerne eller åbningen og/eller gennem et område af tilsvarende dimensioner, der er anbragt radiært uden for hullet eller hullerne eller 2 0 spidserne eller åbningen.

12. Elektrostatisk sprøjtapparat ifølge krav 9 eller 10, k endetegnet ved, at sprøjtehovedet omfatter en lineær slids eller kant, hvorfra væsken afgives, og et par indbyrdes 2 5 adskilte, lineære elektrode, der udstrækker sig parallelt med slidsen eller kanten på respektive modstående sider, idet gasstrømmen føres gennem området mellem slidsen eller kanten og hver af elektroderne. 3 0

13. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge krav 9 eller 10, kendetegnet ved, at sprøjtehovedet omfatter en lineær slids eller kant, hvorfra væsken afgives, og en lineær elektrode, der udstrækker sig parallelt med slidsen eller kanten, idet gasstrømmen føres gennem området mellem elektroden og 35 slidsen eller kanten. DK 173093 B1

14. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge krav 13, kende-tegnet ved, at gasstrømmen føres gennem et område af tilsvarende dimensioner på siden af slidsen eller kanten i afstand fra elektroden.

15. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge krav 9-14, ken detegnet ved, at det første potentiale - ved sprøjtning af et målområde ved jordpotentiale - er 1-20 kV, medens det andet potentiale ligger ved eller i nærheden af jordpotentiale.

16. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge krav 9-14, kendetegnet ved, at det første potentiale - vedsprøjtning af et målområde ved jordpotentiale - ligger ved 15-50 kV, medens det andet potentiale ligger ved 10-40 kV.

17. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge krav 9-14, kendetegnet ved, at det første potentiale - ved sprøjtning af et målområde ved jordpotentiale - ligger ved jordpotentiale, medens det andet potentiale er over 5 kV.

18. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge krav 9-17, kendetegnet ved, at hver af elektroderne omfatter en kerne af ledende eller halvledende materiale, der er indhyllet i et materiale af en dielektrisk styrke og en volumen- resistivitet, der er tilstrækkelig høj til at forhindre gnist-25 dannelser imellem elektroden og sprøjtehovedet, og af en volumen-resistivitet, der er tilstrækkelig lav til, at ladning opsamlet på overfladen af indhylningsmaterialet kan ledes gennem dette materiale til den ledende eller halvledende kerne. 30

19. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge krav 18, kendetegnet ved, at volumenresistiviteten af indhylningsmaterialet er mellem 5 x 10** og 5 x 10*"* ohm.cm, den dielektriske styrke af indhylningsmaterialet er større end 15 kV/mm, og tykkelsen af indhylningsmaterialet er 0,75-5 mm. 35 DK 173093 B1

20. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge krav 1-6, kendetegnet ved, at sprøjtehovedet omfatter mindst én slids eller kant, idet et antal indbyrdes adskilte tråde dannes 5 ved hver slids eller kant.

21. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at et afgivelsesorgan af sprøjtehovedet omfatter ledende eller halvledende materiale, 10 der kontaktes af den udstrømmende væske, og at organerne til udsættelse af væsken fra sprøjtehovedet for et elektrisk felt omfatter organer, der bevirker, at der tilføres et elektrisk potentiale til det ledende eller halvledende materiale.

22. Elektrostatisk sprøjteapparat ifølge krav 1-21, ken detegnet ved, at et afgivelsesorgan af sprøjtehovedet er fremstillet af ikke-ledende materiale, idet en elektrode er anbragt et kort stykke fra sprøjtehovedet i strømningsretningen og i en sådan position, at elektroden under anvendelse 20 kontaktes af væsken, hvorhos organerne til udsættelse af væsken fra sprøjtehovedet for et elektrisk felt omfatter organer, der oevirker, at der tilføres et elektrisk potentiale til elektroden. 2 5

23. Fremgangsmåde til sprøjtning af væsker, kendetegnet ved, at der tilføres en væske til et elektrostatisk sprøjtehoved, at væsken fra sprøjtehovedet udsættes for et elektrisk felt, der er tilstrækkeligt højt til, at væsken kan trækkes fra sprøjtehovedet som mindst én tråd, der derefter 3 0 bliver ustabil og opdeles i dråber, hvorefter en gasstrøm føres gennem området af det høje elektriske felt, og gasstrømmen føres i en retning parallel raed eller i hovedsagen parallel med den retning, i hvilken væsken afgives fra sprøjtehovedet, 35 DK 173093 B1 og gasstrømmen er tilstrækkelig til at fjerne ladede dråber fra området for derved at reducere en rumladningsopbygning, der ellers kunne influere på størrelsen af det elektriske felt. 5 2 4. Apparat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at gasstrømmen føres i en retning parallel med eller i hovedsagen parallel med den retning, i hvilken væsken afgives fra sprøjtehovedet. 10 15 20 25 30 35