CN102527672B - 一种基于高压静电的无接触式清洗装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高压静电的无接触式清洗装置，包括：高压电源，用以产生脉冲电压；电极板(11)，与所述待清洗的金属板(2)分别连接到高压电源的两极，以形成电场，且该电极板(11)面对污染液的表面上设置有阵列布置的尖端凸起(12)；收集板(13)，紧贴所述尖端凸起(12)设置在电极板(11)与所述待清洁的金属板(2)之间，用以收集污染液；金属板(2)表面的污染液在所述电场作用下形成射流，并通过所述尖端凸起(12)导引，射到所述收集板(13)上，完成污染液的收集。本发明还公开了一种清洗金属板表面的方法。本发明可以进行无接触的清洗，不会对物体表面产生损伤。

Description

一种基于高压静电的无接触式清洗装置及方法

技术领域

本发明属于清洗技术领域，具体涉及基于高压静电的无接触式清洗方法与装置。

背景技术

在各种工业应用与实验研究中，需要使用到各种油液、溶液、试剂等，因此会产生各种油污、残液和表面浮层污染等。这些污染以及残余物对于装置都会产生影响，如引起物质变性、工艺破坏等，并最终影响产品质量或研究效果。因此，需要对仪器设备进行适时清洗。

现有的清洗方法包括机械摩擦清洗、化学腐蚀清洗、液体固体强力冲击清洗、高频超声清洗、激光清洗、紫外光清洗等。其中机械摩擦清洗、化学腐蚀清洗、液体固体强力冲击清洗、高频超声清洗(CN200710123603.0，CN201010624388.4)属于接触式清洗，清洗效果显著并是现在最主要的清洗手段；激光清洗(CN200810134880.6)、紫外光清洗(CN200610126514.7)为无接触式清洗，利用污染物对光能的吸收从而达到清洗的目的。对于接触清洗，其成本低，但对精密仪器和软性表面清洗时，会损坏物体表面；对于分接触式清洗，其成本高，对被清洗污物有特殊要求，适用范围有限。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供一种基于高压静电的无接触式清洗装置，能够对金属表面上的液态或半液态污染物，或者湿润后的杂质、尘埃等进行无接触清洗。

为实现该发明目的所采用的技术方案如下：

一种基于高压静电的无接触式清洗装置，用于对待清洗的金属板表面的污染液进行清洗，其包括：

高压电源，用以产生脉冲电压；

电极板，与所述待清洗的金属板分别连接到高压电源的两极，以形成电场，且该电极板面对污染液的一面上设置有阵列布置的尖端凸起；

收集板，紧贴着电极板尖端设置在电极板与所述待清洁的金属板之间，用以收集污染液；

金属板表面的污染液在所述电场作用下形成射流，并通过所述尖端凸起导引，射到所述收集板上，完成污染液的收集。

本发明所述的收集板为介电常数较小的绝缘体。

高压电源发生器可以产生脉冲电压，电压范围值在1-40kV。

电极板上附有若干阵列的尖端凸起，可使电场在该处集中，成为液体污染物射流时的导引。

收集板为介电常数较小的绝缘体，紧贴在电极板尖端上方，并可方便拆卸以便及时清洗。

当金属表面上的污染物为非液态时，需要对其进行预湿润处理，使其形成液态层。

本发明的另一目的在于提供一种金属板表面清洗的方法，通过收集金属板表面的污染液，实现对金属板表面的清洗，具体包括如下步骤：

(1)将金属板和一电极板分别连接到高压电源的负极和正极，使两板之间形成电场，其中，该金属板待清洗表面面向所述电极板，该电极板在面向金属板的表面上设置有阵列布置的多个尖端凸起；

(2)在金属板和电极板之间设置收集板，且该收集板紧贴于电极板尖端凸起；

(3)开启电源，在金属板和电极板之间施加脉冲电压，金属板表面的污染液在所述电场作用下形成射流，并通过所述尖端凸起导引射到所述收集板上，完成污染液的收集。

当金属表面上的污染物为非液态时，需要对其进行预湿润处理，使其形成液态薄层。

两电极板间施加脉冲电压，在脉冲电压的峰值处将触发射流，在脉冲电压的最小值处将维持射流，从而将污染物吸入收集板。

本方法中可以多次重复上述清洗步骤，直至清洗干净。

与现有的接触式清洗方法相比，该清洗方法可对污染表面进行无接触清洗。与激光清洗、紫外光清洗等无接触式清洗方法相比，该方法成本低，设备简单，不会对物体表面产生损伤。此外，该清洗方法还具有以下优点：可对大型不易拆装设备进行局部清洗；可对微小结构进行清洗。

附图说明

图1是该清洗装置的总结构图。

图2是该清洗装置的清洗原理示意图。

图3是该清洗装置的施加电压示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行具体说明。

本发明的装置主要由高压电源、金属电极板11、绝缘收集板13等组成，金属电极板11与污染金属表面2间通过导线连接到高压电源两极上，在两极板之间形成电场。

金属电极板11上附有多个尖端12，两金属板被连接在高压电源两极上，其中一金属板上有尖端，可视为清洗装置的电极板11；另一金属板上有液体薄层22，可视为污染金属表面2。

在两金属板间施加了高压后，所形成的强电场将使得液体污染物薄层产生感应，薄层外表面将聚集自由电子，同时薄层也将被极化。最终在电场力的作用下，形成锥形向外凸出，形成泰勒锥(Taylor-Cone)，继而产生射流(jet)，射向正电极的尖端。位于两电极板间的污染物收集板13将收集到液体污染物。

正极金属电极板上的尖端12将使局部电场增强，以增强清洗效果。

本实施例中的清洗方法可分为如下几步：

1、器件金属(如不锈钢)表面上粘有溶液(实验中采用PEO溶液)，使之形成液体薄层；并使不锈钢基板与高压电源的负极相连。

2、高压电源的正极连接上另一金属板，其上带有类似针头的尖端，使之靠近液体薄层。

3、接通高压电源，在尖端与液体薄层之间将产生电场，使液体薄层收电场力的作用，产生射流，射向尖端。若在尖端前方另附加一绝缘且易吸附液体的收集板，则可使液体薄层被清洗干净。

基于高压静电的无接触式清洗方法的实现原理(如图2所示)为：将液体污染物22视为漏电介质(leaky-dielectric)或半绝缘体(semi-insulator)薄层(film)；在液体污染物薄层之上覆盖清洗装置后，清洗装置的金属电极板11与污染金属表面21可以视为一个平板电容器。

当液体污染物22与收集板13之间施加一个高压静电场时，由于液体污染物可视为半导电性物质，将在电场中产生极化并受到电场力的作用而从原表面脱离，射向收集板，并最终滴落在收集板上。

Claims (5)

1.一种基于高压静电的无接触式清洗装置，用于对待清洗的金属板表面的污染液进行清洗，其包括： 

高压电源，用以产生脉冲电压； 

电极板（11），与所述待清洗的金属板（2）分别连接到高压电源的两极，以形成电场，且该电极板（11）面对污染液的表面上设置有阵列布置的尖端凸起（12）； 

收集板（13），其为绝缘板，紧贴所述尖端凸起（12）设置在电极板（11）与所述待清洁的金属板（2）之间，用以收集污染液； 

金属板（2）表面的污染液在所述电场作用下形成射流，并通过所述尖端凸起（12）导引，射到所述收集板（13）上，完成污染液的收集。 

2.根据权利要求1所述的无接触式清洗装置，其特征在于，当金属板（2）表面上的污染物为非液态时，对其进行预湿润处理，使其形成液态层或半液态层。 

3.根据权利要求1或2所述的无接触式清洗装置，其特征在于，所述高压电源的电压范围值在1-40kV。 

4.一种清洗金属板表面的方法，通过收集金属板表面的污染液，实现对金属板表面的清洗，具体包括如下步骤： 

（1）将金属板和一电极板分别连接到高压电源的负极和正极，使两板之间形成电场，其中，该金属板的待清洗表面面对所述电极板，该电极板在面向金属板的表面上设置有阵列布置的多个尖端凸起； 

（2）在金属板和电极板之间设置收集板，其为绝缘板，且该收集板紧贴于电极板尖端凸起； 

（3）开启电源，在金属板和电极板之间施加脉冲电压，金属板表面的污染液在所述电场作用下形成射流，并通过所述尖端凸起导引射到所述收集板上，完成污染液的收集。 

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当金属表面上的污染物为非液态时，对其进行预湿润处理，使其形成液态薄层。 

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