Электростатический распылитель

 

Использование: область электронно-ионной технологии. Устройство для распыления может быть применено в промышленности для уменьшения запыленности помещений, в сельском хозяйстве для борьбы с болезнями и вредителями растений, в медицине при вакцинации животных и домашней птицы. Сущность изобретения: средство, образующее канал подачи жидкости, выполнено в виде размещенной в корпусе гильзы с выполненным в ее дне осевым отверстием, обращенным к распылительному соплу. Средство, образующее распылительное сопло, выполнено в виде полуцилиндрических вставок, установленных на выходе из корпуса с щелевым зазором для образования щелевого сопла, при этом распылитель снабжен установленным в дне гильзы П-образным рассекателем струи жидкости, размещенным в сопле, одна из полуцилиндрических вставок подключена к выходу высоковольтного источника питания, а вторая заземлена. 12 з.п.ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к электронно-ионной технологии. Устройство для распыления может быть применено в промышленности для уменьшения запыленности помещений, в сельском хозяйстве для борьбы с болезнями и вредителями растений, в медицине при вакцинации животных и домашней птицы при повышении эффективности диспергирования и зарядки жидкости.

Известен электростатический распылитель, включающий корпус с каналом подачи газа, средствами, образующими распылительное сопло и канал подачи жидкости, и высоковольтный источник питания (1). Недостатком известного распылителя является низкая эффективность диспергирования и зарядки жидкости.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности диспергирования и зарядки жидкости.

Для этого в электростатическом распылителе, включающем корпус с каналом подачи газа, средствами, образующими распылительное сопло и канал подачи жидкости, и высоковольтный источник питания, средство, образующее канал подачи жидкости, выполнено в виде размещенной в корпус гильзы с выполненным в ее дне осевым отверстием, обращенным к распылительному соплу, а средство, образующее распылительное сопло, выполнено в виде полуцилиндрических вставок, установленных на выходе из корпуса с щелевым зазором для образования щелевого сопла, при этом распылитель снабжен установленным в дне гильзы П-образным рассекателем струи жидкости, размещенным в сопле.

Одна из полуцилиндрических вставок может быть подключена к выходу высоковольтного источника питания, а вторая заземлена.

Полуцилиндрические вставки могут быть подсоединены к выходу высоковольтного источника питания, а гильза заземлена.

Электростатический распылитель может быть снабжен установленными на одной из полуцилиндрических вставок коронирующими электродами, при этом рассекатель может быть выполнен из проводящего материала и заземлен.

Электростатический распылитель может быть снабжен расположенными на второй полуцилиндрической вставке коронирующими электродами.

Сопло может быть было выполнено в виде диффузора, а рассекатель струи жидкости может быть установлен в его критическом сечении.

Сопло может быть выполнено в виде конфузора, а рассекатель струи жидкости может быть установлен в его критическом сечении.

Рассекатель струи может быть выполнен цилиндрическим.

Рассекатель струи жидкости может быть выполнен трехгранным.

Полуцилиндрические вставки могут быть выполнены из изоляционного материала, при этом на поверхности, образующей распылительное сопло, может быть нанесен слой проводящего материала для подключения посредством кабеля к выходу высоковольтного источника питания.

Полуцилиндрические вставки могут быть установлены с возможностью их перемещения и фиксации их положения в корпусе распылителя.

Рассекатель струи жидкости может быть выполнен с возможностью перемещения и фиксации его положения в гильзе.

Полуцилиндрические вставки могут быть выполнены с возможностью изменения и фиксации ширины щелевого зазора между ними.

На фиг.1 представлен разрез электростатического распылителя при подключении к выходу высоковольтного источника питания одной полуцилиндрической вставки; на фиг.2 - то же при подключении к выходу высоковольтного источника обеих полуцилиндрических вставок; на фиг.3 - вид "спереди" предлагаемого распылителя; на фиг. 4 - пример крепления рассекателя струи жидкости в гильзе; на фиг.5 - разрезы распылителя, когда коронирующие электроды располагаются на поверхности одной вставки; на фиг.6 - то же с расположением коронирующих электродов на обеих вставках; на фиг.7 - распылитель с соплом в виде диффузора; на фиг.8 - то же в виде конфузора; на фиг.9 - варианты выполнения рассекателя струи; на фиг.10 и фиг.11 - варианты выполнения электростатического распылителя, когда полуцилиндрические вставки и рассекатель струи жидкости выполняются с возможностью перемещения и фиксации их положения соответственно в корпусе распылителя и гильзе; на фиг.12 - разрез электростатического распылителя, у которого полуцилиндрические вставки выполнены из изоляционного материала и на их поверхности нанесен слой проводящего материала.

Предлагаемый электростатический распылитель включает в себя диэлектрический корпус 1 с каналом 2 подачи газа (фиг.1). В корпусе 1 закреплена гильза 3 и в дне гильзы 3 установлен П-образный рассекатель 4 струи жидкости. В дне гильзы 3 выполнено осевое отверстие, обращенное к распылительному соплу 5, выполненному в виде полуцилиндрических вставок 6, установленных на выходе из корпуса 1 с щелевым зазором для образования щелевого сопла. Одна из полуцилиндрических вставок 6 подсоединена с помощью кабеля 7 к выходу высоковольтного источника питания 8. Другая полуцилиндрическая вставка 6, так же как и второй выход высоковольтного источника питания 8, заземлена.

В электростатическом распылителе, изображенном на фиг.2, обе полуцилиндрические вставки 6 подсоединены к одному и тому же выходу высоковольтного источника питания 8, а гильза 3 заземлена.

Предлагаемый электростатический распылитель может выполняться в конструктивном варианте, когда на одной или обеих полуцилиндрических вставках 6 устанавливаются коронирующие электроды 9, а рассекатель 4 струи жидкости выполняется из проводящего материала и заземляется. Коронирующие электроды 9 подсоединяются к высоковольтному источнику 8 питания кабелем 7. Другой выход высоковольтного источника питания заземлен. Следует отметить, что в случае установки коронирующих электродов 9 кабель 7 выбирается с расчетом на большее напряжение, чем в случае выполнения распылителя по фиг.1 или фиг.2.

На фиг. 7 и фиг.8 приведены разрезы предлагаемого электростатического распылителя, когда распылительное сопло 5 выполнено соответственно в виде диффузора и конфузора. Эти сопла также образованы полуцилиндрическими вставками 6, выполненными в соответствии с необходимой конфигурацией сопла 5. Рассекатель 4 струи жидкости устанавливается в критическом сечении распылительного сопла 5.

На фиг.9 приведены поперечные разрезы рассекателя струи, который может выполняться цилиндрическим и трехгранным.

На фиг. 10 приведен вариант выполнения полуцилиндрических вставок 6, выполненных с возможностью перемещения и фиксации их положения в диэлектрическом корпусе 1 распылителя. Для этого в корпусе 1 выполняются технологические отверстия 10. Крепление вставок 6 осуществляется винтами 11 с использованием прокладок 12, устанавливаемых для герметичности корпуса 1 распылителя.

Возможность перемещения рассекателя 4 струи жидкости в гильзе 3 обеспечивается тем, что в гильзе 3 под рассекатель 4 выполняются специальные посадочные отверстия 13. Фиксация рассекателя 4 в отверстиях 13 осуществляется крепежными винтами 14, под которые в боковой поверхности гильзы 3 выполнены отверстия 15.

Изменение и фиксация ширины щелевого зазора между полуцилиндрическими вставками 6 обеспечивается тем, что вставки 6 выполняются сменными. Их крепление в корпусе 1 распылителя осуществляется винтами 11.

В случае выполнения полуцилиндрических вставок 6 из изоляционного материала (фиг. 12) на их поверхности наносится слой 16 проводящего материала, который с помощью кабеля 7, подсоединен к выходу высоковольтного источника питания 8.

Электростатический распылитель работает следующим образом. Диспергируемая жидкость, подаваемая внутрь гильзы 3, тонкой струей вытекает из осевого отверстия, выполненного в виде гильзы 3. В дальнейшем струя жидкости достигает рассекателя 4, на котором происходит ее дробление. Следует отметить, что этот процесс протекает в щелевом распылительном сопле 5, и при подаче сжатого воздуха внутрь корпуса 1 распылителя по каналу 2 дробление жидкости будет осуществляться двумя способами: механическим и пневматическим. В результате этого получается аэрозоль с размерами частиц, меньшими, чем в случае отдельно взятого одного из перечисленных способов. При подаче высокого напряжения от источника 8 по кабелю 7 на полуцилиндрическую вставку 6 (фиг. 1) в щелевом распылительном сопле 5 формируется электрическое поле. В результате этого на поверхности дробящейся струи жидкости наводятся избыточные электрические заряды. Впоследствии они остаются на каплях жидкости, которые формируют поток заряженного аэрозоля.

Дробление жидкости осуществляется на рассекателе 4, установленном посередине щелевого распылительного сопла 5. В случае хорошо проводящих жидкостей используется электростатическая индукционная зарядка. В процессе диспергирования жидкости, когда струя дробится на рассекателе 4, часть жидкости проходит с одной стороны рассекателя 4, часть - с другой. Жидкость, поступающая ближе к полуцилиндрической вставке 6, подключенной к выходу высоковольтного источника питания 8, приобретает больший электрический заряд, чем жидкость, проходящая ближе к заземленной вставке 6 (фиг. 1). Для усиления процесса зарядки капель высокое напряжение от источника 8 подается на обе полуцилиндрические вставки 6, а рассекатель струи жидкости 4 заземляется (фиг. 9). В результате этого обеспечиваются условия эффективной зарядки всей диспергируемой жидкости. За счет подачи высокого напряжения на обе полуцилиндрические вставки 6 удалось в зависимости от расхода жидкости увеличить ток выноса на 7 - 15%.

В случае распыливания диэлектрических жидкостей эффективность индукционной зарядки несколько снижается. Поэтому для достижения необходимой величины выносимого на каплях удельного заряда, определяемой характером технологического процесса, в распылительном сопле 5 на поверхности одной из полуцилиндрических вставок 6 (фиг.4,а) или обеих вставок (фиг.6), образующей сопло 5, устанавливаются коронирующие электроды 9. Это обусловлено тем, что в поле коронного разряда удается эффективно зарядить аэрозоли практически любой проводимости.

Выполнение распылительного сопла 5 в виде диффузора (фиг.7) или конфузора (фиг. 8) обеспечивает изменение формы факела распыла. Требуемая форма определяется условиями, в которых работает электростатический распылитель. Установкой рассекателя 4 жидкостной струи в критическом сечении сопла 5 достигаются условия эффективного дробления жидкости, поскольку скорость распыливающего потока газа в этом сечении максимальна. Максимальна в этом сечении и величина напряженности электрического поля.

Необходимость выполнения цилиндрического рассекателя 4 струи жидкости с d_p ≥2d_с, где d_p и d_с - соответственно диаметры рассекателя 4 и струи жидкости, показали результаты экспериментальных исследований. При d_p< 2d_c не обеспечивается эффективное дробление жидкости на рассекателе. Происходит формирование крупнодисперсного аэрозоля и несмотря на пневматическое распыливание ток выноса меньше, чем при d_p≥2d_c. Значительная часть жидкости не дробится на рассекателе 4, а обтекает его и срывается газовым потоком с его поверхности. При d_p≥2d_c существенное увеличение диаметра рассекателя 4 не приводит к росту тока выноса. Это обусловлено тем, что ухудшаются условия пневматического дробления жидкости в сопле 5. В свою очередь увеличение диаметра рассекателя 4 струи жидкости приводит к перераспределению напряженности электрического поля Е в распылительном сопле 5. Ширина межэлектродного зазора с ростом d_p увеличивается и средняя величина Е при постоянном приложенном напряжении уменьшается; эффективность зарядки снижается. Поэтому для одновременного достижения эффективного диспергирования и зарядки жидкости диаметр рассекателя 4 должен быть d_p≥2d_c, но не сильно отличаться от этой величины.

Выполнение рассекателя 4 струи жидкости трехгранным обуславливает варьирование условий диспергирования жидкости, т.е. позволяет получить аэрозоль с разной дисперсностью. Если струя жидкости вытекает на плоскость трехгранника, то достигаются условия дробления жидкости как на "пластине". После дробления на плоскости трехгранного рассекателя 4 жидкость выбрасывается в газовый поток перпендикулярно направлению его движения в сопле. При натекании жидкости на ребро трехгранника жидкость разделяется и затем срывается с трехгранника в виде пленки. В первом случае получается более мелкодисперсный аэрозоль, во втором случае капли крупнее. Следует отметить, что на острых ребрах трехгранника происходит усиление напряженности электрического поля. Учитывая, что дробление и зарядка жидкости имеет место вблизи этих ребер, необходимую величину тока выноса удается достичь при несколько меньшем рабочем напряжении источника питания, чем в случае цилиндрического рассекателя 4.

Выполнение полуцилиндрических вставок 6 из изоляционного материала с покрытием одной из поверхностей слоем проводника 10 позволяет уменьшить массу электростатического распылителя, сделать его более легким и экономичным (фиг.12).

Выполнение полуцилиндрических вставок 6 с возможностью перемещения и фиксации их положения в корпусе 1 распылителя обеспечивает варьирование условий дробления и зарядки жидкости. То же самое достигается и при изменении ширины межэлектродного зазора и при перемещении рассекателя 4 струи жидкости в гильзе 3. Например, при увеличении ширины межэлектродного зазора уменьшается скорость газового потока в сопле 5. В результате этого при пневматическом дроблении жидкости будут образовываться более крупные капли. С ростом ширины зазора уменьшается и средняя величина Е в сопле 5. Капли приобретают меньший по величине удельный электрический заряд. В свою очередь уменьшение ширины зазора полуцилиндрическими вставками 6 увеличивает скорость газа в сопле, Е средняя при постоянном приложенном напряжении также увеличивается. Формируется более мелкодисперсный и более сильно заряженный аэрозоль.

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ РАСПЫЛИТЕЛЬ, включающий корпус с каналом подачи газа, средствами, образующими распылительное сопло и канал подачи жидкости, и высоковольтный источник питания, отличающийся тем, что средство, образующее канал подачи жидкости, выполнено в виде размещенной в корпусе гильзы с выполненным в ее дне осевым отверстием, обращенным к распылительному соплу, а средство, образующее распылительное сопло, выполнено в виде полуцилиндрических вставок, установленных на выходе из корпуса с щелевым зазором для образования щелевого сопла, при этом распылитель снабжен установленным в дне гильзы П-образным рассекателем струи жидкости, размещенным в сопле.

2. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что первая полуцилиндрическая вставка подключена к выходу высоковольтного источника питания, а вторая заземлена.

3. Распылитель по п. 1, отличающийся тем, что обе полуцилиндрические вставки подсоединены к выходу высоковольтного источника питания, а гильза заземлена.

4. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен установленными на одной из полуцилиндрических вставок коронирующими электродами, при этом рассекатель выполнен из проводящего материала и заземлен.

5. Распылитель по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что он снабжен расположенными на второй полуцилиндрической вставке коронирующими электродами.

6. Распылитель по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что распылительное сопло выполнено в виде диффузора, а рассекатель струи жидкости установлен в его критическом сечении.

7. Распылитель по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что распылительное сопло выполнено в виде конфузора, а рассекатель струи жидкости установлен в его критическом сечении.

8. Распылитель по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что рассекатель струи выполнен цилиндрический с d_р ≥ 2d_с, где d_р и d_с - соответственно диаметры рассекателя и струи.

9. Распылитель по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что рассекатель струи жидкости выполнен трехгранным.

10. Распылитель по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что полуцилиндрические вставки выполнены из изоляционного материала, и на их поверхностях, образующих распылительное сопло, нанесен слой проводящего материала, к которому с помощью кабеля подключен выход высоковольтного источника питания.

11. Распылитель по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что полуцилиндрические вставки выполнены с возможностью перемещения и фиксации их положения в корпусе распылителя.

12. Распылитель по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что рассекатель струи жидкости выполнен с возможностью перемещения и фиксации его положения в гильзе.

13. Распылитель по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что полуцилиндрические вставки выполнены с возможностью изменения и фиксации ширины щелевого зазора между ними.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12