JPS63501692A - Formation of charged droplets - Google Patents
Formation of charged dropletsInfo
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- JPS63501692A JPS63501692A JP50456085A JP50456085A JPS63501692A JP S63501692 A JPS63501692 A JP S63501692A JP 50456085 A JP50456085 A JP 50456085A JP 50456085 A JP50456085 A JP 50456085A JP S63501692 A JPS63501692 A JP S63501692A
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- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
- B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の名称〕 帯電した液滴の形成 〔技術分野〕 本発明は、電荷を有する液滴を形成するための方法および装置に関し、特に大量 の液体を帯電させ、また噴霧用ノズル当り毎分数ガロン程度の流速で流れる液体 の広範囲の導電性にわたって帯電させた液滴を形成する方法および装置に間する 。[Detailed description of the invention] [Name of invention] Formation of charged droplets 〔Technical field〕 The present invention relates to a method and apparatus for forming electrically charged droplets, particularly in large quantities. A liquid that charges a liquid and flows at a flow rate of several gallons per minute per spray nozzle. A method and apparatus for forming charged droplets over a wide range of conductivities .
(従来技術) 帯電した液滴の利用ならびに用途け、例えば静電噴霧塗装、空気汚染管理、およ び殺虫剤の散布において周知である。本出願人が知るところによれば全ての現存 する液滴帯電装置が非常に小さな液体流速、最も典型的には噴霧ノズル当り毎分 数十分の一ガロンより小さな流速を有する事実を除いて、帯電させた液滴の利用 および用途はその度を増し益々広がりを見せている。このため、今日まで、例え ば水面上に静電的に電荷を生じるには水の流速を小さく制限してきたが、これは 液体の体積に対する液体表面積の比率を最も大きくすることが必要であるである ためであより小さなオリフィスを含む噴霧ノズルを用いて、水流の表面に電荷を 生じる目的の非接触帯電用電極を流通するかあるいはその付近を流れるように水 流を放出する。水の液滴はノズル構造部がら出た後細かな水流の領域内に形成さ れ、最も効率のよい従来技術のノズル構造においては、帯電用電極は電荷が液体 表面に形成される領域を越えて延長し、液滴に電荷を保存するようになっている 。液滴の形成領域は、特定のノズル構造に従ってノズルを離れた直後かあるいは これからある距離において開始し得る。その結果生じる水滴の単位体積当りの静 電荷のレベルは高くなるが、ノズル当りの単位時間当りの流量は非常に小さなも のである。水の出口の直径を増加すること等によって液体流量を増加させようと する試みは、液体の体積に対する液体表面積の比率を低下させ、その結果液体の 噴霧の単位体積当りの電荷レベルを無用に低いものになった。(Conventional technology) The use and application of charged droplets, such as electrostatic spray painting, air pollution control, and It is well known for spraying pesticides and insecticides. To the knowledge of the applicant, all existing Droplet charging devices that produce very small liquid flow rates, most typically per minute per atomizing nozzle. Utilization of electrically charged droplets, except for the fact that they have flow rates less than a few tenths of a gallon And its uses are becoming more and more widespread. For this reason, to this day, e.g. For example, in order to generate electrostatic charges on the water surface, the flow rate of water has been limited to a small value, but this It is necessary to maximize the ratio of liquid surface area to liquid volume. Use a spray nozzle containing a smaller orifice to place a charge on the surface of the water stream. Water flows through or near the non-contact charging electrode to be generated. release a stream. Water droplets form in the area of fine water flow after exiting the nozzle structure. In the most efficient prior art nozzle structure, the charging electrode Extends beyond the area formed on the surface and is adapted to store charge in the droplet . The droplet formation region can be either immediately after leaving the nozzle or You can start at some distance from this. The static density per unit volume of the resulting water droplet is Although the level of charge is high, the flow rate per unit time per nozzle is very small. It is. Attempting to increase the liquid flow rate by increasing the diameter of the water outlet, etc. Attempts to reduce the ratio of liquid surface area to liquid volume, resulting in This resulted in an unnecessarily low charge level per unit volume of spray.
我々の知るところによれば、大量の水を帯電させるかつ大きな単位流速で流れる 液体の電荷を帯びた液滴を生じることを意図する今日までのあらゆる液体帯電装 置は、小さな毛管状の噴霧用オリフィスを備えた多数のノズルを利用してきた。According to our knowledge, a large amount of water can be charged and flow at a large unit velocity. Any liquid charging device to date intended to produce electrically charged droplets of liquid Systems have utilized multiple nozzles with small capillary atomizing orifices.
これらの装置は、浮遊する固体により容易に閉塞し、構造が複雑化しかつ製造コ ストが高価につき、また保守が難しくかつ高価につく。These devices are easily clogged by floating solids, are complex in construction, and require manufacturing costs. maintenance is difficult and expensive.
本発明は、液体に運ばれる固体で閉塞されない充分に大きな開口を流過する単一 の大きなノズルからの大量の液体を導入することにより帯電を許容する低いコス トで建造することができる新らしい基本的な原理を教示するものである。ノズル から出てくる液体流は、面積が拡がるに伴い薄くなる面積が広がる形状は、中空 の円雑と円盤との間、および必要に応じてこれを越えて変化し得る。この薄化す るシートは、不規則的に変化し、不安定となりかつ液滴に分れる領域へ拡がる。 The present invention provides for a single flow through a sufficiently large opening that is not obstructed by solids carried in the liquid. Low cost tolerating charging by introducing large volumes of liquid from large nozzles It teaches new basic principles that can be built on. nozzle The liquid flow coming out of the hole becomes thinner as the area expands. may vary between coarse and disc, and beyond this as required. This thinning The sheet changes irregularly and spreads out into areas where it becomes unstable and breaks up into droplets.
この不安定領域は明確には定義されず、固定されない周辺部即ち境界を持たない 。液滴に***する前に、液体シートは約数百分の−Il1m(数ミル)もの薄さ となり得、その結果体積に対する表面積の比率が最適化された高い値となる。こ のため、拡張するシートに近くこれからある距離を隔てて置かれた電荷誘起装置 による電荷の有効な誘起段を設定する。本発明によれば、電荷の誘起を有効にす るため、電荷誘起装置は、液体が接近するシートの形態を呈する領域から不安定 領域を越えて液体シートが液滴に***する領域まで延在する。この電荷誘起装置 は、適当な電圧ソースに対して接続された電極でよく、あるいはまた電源を必要 としないエレクトレットでもよい。いずれの場合も、電荷誘起装置は、シートか らの液滴の***の不安定領域内の瞬間的な位置の変動とは無関係に、液滴表面に 電荷を維持する。This region of instability is not well defined and has no fixed periphery or boundaries. . Before breaking up into droplets, the liquid sheet is approximately several hundredths of a millimeter (mil) thin. , resulting in an optimized high value of the surface area to volume ratio. child A charge-inducing device placed at a distance from this close to the expanding sheet Set up an effective induction stage of charge by . According to the present invention, the induction of charges is effectively Because of this, the charge-inducing device is unstable from the area in the form of a sheet to which the liquid approaches. The liquid sheet extends beyond the region to the region where it breaks up into droplets. This charge inducing device may be an electrode connected to a suitable voltage source or may also require a power supply. It may be an electret that does not contain electrets. In either case, the charge inducing device is either a sheet or on the droplet surface, independent of the instantaneous position fluctuations within the unstable region of droplet breakup. maintain charge.
この面方向に拡張するシートは液滴がある場合に±2CI11程度不規則に変動 する液滴が形成される「境界」を有することが判フた。ストロボ光により視覚的 に確認されたオーム計と接続された細い線プローブによる観察は、不安定領域内 の「境界」の瞬間的位置を決定することを可能にする。加えて、液体シート自体 が旗状に揺動し、その結果立体的な三次元の不安定性が観察される。液体シート /液滴***領域およびその両者における付随する不規則な変動が常に電荷誘起装 置により「包含」されるように、電荷誘起装置を配置することにより、液体シー トが液滴に***する場所毎に略々同じ電界を生じ、かっ略々一定の高レベルの電 荷が液体と液滴の境界の不規則な変動の如何に拘らず液滴に対して付与されるこ とを許容する。流れが発散(面方向に拡張)して単位流量当りの表面積の常に増 加する比率を惹起するに伴い、液体シートの薄化と共に、このような構成により 大きな流量ならびに単一のノズルからの液滴における高い電荷の両者を達成する ことができる。This sheet expanding in the plane direction fluctuates irregularly by about ±2CI11 when there is a droplet. It was found that the droplets had a "boundary" around which they were formed. Visual with strobe light Observations with a thin wire probe connected to an ohmmeter confirmed that the makes it possible to determine the instantaneous position of the "boundary" of In addition, the liquid sheet itself oscillates like a flag, and as a result, three-dimensional instability is observed. liquid sheet / The droplet breakup region and the accompanying random fluctuations in both are always charge-induced devices. By arranging the charge inducing device so that it is “enclosed” by the This produces approximately the same electric field at each location where the droplet breaks up into droplets, resulting in a roughly constant high-level electric field. load is applied to the droplet regardless of irregular fluctuations in the liquid-droplet boundary. and allow. The flow diverges (expands in the plane direction) and the surface area per unit flow rate constantly increases. With this configuration, as the liquid sheet becomes thinner as the ratio increases, Achieve both high flow rates as well as high charge on droplets from a single nozzle be able to.
もしこのようなノズルが本発明による電荷誘起装置を内蔵するように修正される ならば、色々な特定の構造を多くの現存するノズルにおいて本発明が使用可能で ある。If such a nozzle is modified to incorporate a charge inducing device according to the invention Therefore, the present invention can be used in many existing nozzles with various specific structures. be.
(図面の簡単な説明〕 本発明の他の多くの目的、特徴および長所については、図面と関連して以下の詳 細な記述を読めば明らかになるであろう。(Brief explanation of the drawing) Many other objects, features and advantages of the invention will be described in detail below in conjunction with the drawings. It will become clear if you read the detailed description.
第1図は、円盤形状の半径方向に伸張つる液体シートを用いる本発明を包含する 噴霧ノズルを示す縦断面図、および 第2図は円錐状の伸張する液体シートを用いる本発明を包含する噴霧ノズルの縦 断面図である。FIG. 1 encompasses the present invention using a disc-shaped radially extending tendrils of liquid sheet. A vertical cross-sectional view showing a spray nozzle, and FIG. 2 shows a vertical view of a spray nozzle incorporating the present invention using a conical extending liquid sheet. FIG.
第1図および第2図は多くの点において類似している。 Figures 1 and 2 are similar in many respects.
先ず第1図においては、本発明の両方の実施例に共通する部分は、流動管路lO のノズル端部14に対して流れる液体12を送るための導電性に富む流動管路を 含む。流動管路自体および液体と接触状態にある電極のいずれか一方が接地を提 供するため必要である。第1図においては、この端部14は、半径が増えるに伴 フて厚さが薄くなる半径方向に面的に伸張する円盤状の液体シート18を生じる ノズル16が嵌められている。電気的に絶縁する隔離部20が管路lOの外側に 嵌合され、導電性を有する電極支持部22が隔離部の周部に取付けられている。Referring first to FIG. 1, the parts common to both embodiments of the invention are the flow line lO a highly conductive flow conduit for directing the flowing liquid 12 to the nozzle end 14 of the include. Either the flow line itself or the electrode in contact with the liquid must provide grounding. It is necessary to provide In FIG. 1, this end 14 is This produces a disc-shaped liquid sheet 18 that extends planarly in the radial direction and becomes thinner. A nozzle 16 is fitted. An electrically insulating isolation section 20 is provided outside the conduit lO. A fitted and electrically conductive electrode support part 22 is attached to the periphery of the isolation part.
電極支持部がノズル16の付近まで延長し、ここで円盤状の帯電用電極24が支 持部に取付けられ、この支持部は帯電電極を伸張する液体シートの付近にこれか ら距離を隔てて保持する。The electrode support portion extends to the vicinity of the nozzle 16, where a disk-shaped charging electrode 24 is supported. This support is attached to the holding part, and this support part is placed near the liquid sheet extending the charging electrode. Keep it at a distance from them.
帯電電極24は、支持部22を介して負の電位ソース、本例では一10K Vで 示されるソースに接続されている。The charging electrode 24 is connected via the support 22 to a negative potential source, in this example at -10KV. Connected to the indicated source.
管路lOは、28に接地されている。空気入口部32を方法外装930が電極支 持部22から距離を隔てて囲繞しており、この支持部は流動管路10上に固定さ れた隔離部34空気が流入する開口36で通気されている。矢印38により示さ れる空気流入部32を介して導入される空気は、電極支持部22の両側に沿7て 流れ、開口36を通って半径40.42.44により示されるように内部に達し 、帯電電極24の絶縁の保護を供する。電極支持部22の内側からの空気は、帯 電電極24と伸張する液体シート18との間で排気される。Conduit lO is grounded to 28. The air inlet portion 32 is connected to the electrode sheath 930. It surrounds the holding part 22 at a distance, and this supporting part is fixed on the flow pipe 10. The isolated part 34 is ventilated through an opening 36 through which air flows. Indicated by arrow 38 The air introduced through the air inflow section 32 flows along both sides of the electrode support section 22. flows through opening 36 and reaches the interior as indicated by radius 40.42.44. , provides insulation protection for the charging electrode 24. The air from inside the electrode support part 22 is The evacuation occurs between the electrode 24 and the elongated liquid sheet 18.
液体シート18が半径および面積において伸張するに伴い、液体シートは薄化し かつ不安定な状態となり、48および矢印48Aで示されるように帯電電極24 鰐関して接近離反するように旗状に翻転し、最後に液滴54に***する。液体シ ートの周縁部46は固定せず、シート18の半径は大きさが不規則に変動しく例 えば、5cmの平均径にわたり±2cm)、同時にシートはその伸張方向を不規 則に横切る方向に前後に翻転する。これらの不規則な変動が生じる場所は、括弧 50で挟まれた領域として全体的に示される不安定区域である。この区域におい ては、液体シート18は不規則に液滴54に***する。電極34は、不安定区域 50にわたり安定な伸張する液体シートI8からほとんど完全に液滴54からな る領域への領域全体に重合即ち跨がっている。このように、液体シート18は電 極24によって電荷が与えられ、この電荷は液滴54が形成される時この液滴に 維持される。ノズル16は大きな流量を有し、シー)18が液滴に***する際体 積に対する表面積の比率が非袷に大きくなる不安定区域に液体が接近する時シー ト18が非常に薄くなる。As the liquid sheet 18 stretches in radius and area, the liquid sheet thins. The charging electrode 24 becomes unstable, as shown by 48 and arrow 48A. It turns like a flag, approaching and leaving the crocodile, and finally splits into droplets 54. liquid The peripheral edge 46 of the sheet 18 is not fixed, and the radius of the sheet 18 varies irregularly in size. ±2 cm over an average diameter of 5 cm), and at the same time the sheet has an irregular direction of extension. Rotate back and forth in the transverse direction. Where these irregular fluctuations occur are indicated in parentheses. The unstable area is generally shown as the region bounded by 50. In this area As a result, the liquid sheet 18 randomly breaks up into droplets 54 . Electrode 34 is an unstable area 50, a stable elongated liquid sheet I8 consists almost entirely of droplets 54. It overlaps or straddles the entire region to which it is located. In this way, the liquid sheet 18 A charge is imparted by the pole 24 to the droplet 54 as it forms. maintained. The nozzle 16 has a large flow rate, and when the sea) 18 breaks up into droplets, the body When a liquid approaches an unstable region where the ratio of surface area to 18 becomes very thin.
このように、本発明は、単位時間当り大きな流量で流れる液体からこれら液滴を 生じる間、液体液滴の強化された帯電状態を生じる。Thus, the present invention removes these droplets from a liquid flowing at a large flow rate per unit time. During this time, an enhanced charging state of the liquid droplet occurs.
第1図に示されるノズル16は、米国特許第2,804,341号に記載される 「ベーテフォッグ・ノズル(Bete FogNozzle) Jとして知られ る螺旋流ノズル形態である。The nozzle 16 shown in FIG. 1 is described in U.S. Pat. No. 2,804,341. ``Bete Fog Nozzle (known as Bete Fog Nozzle) It has a spiral flow nozzle configuration.
このノズル形態は、非常に薄い液体シート18およびに、本発明の実施に際して 使用されることが望ましい。約8.44にg/crn’ (120psi)で毎 分約17.11 (4,5ガロン)の流速が約31.8auo (178インチ )のオリフィスを有する1本のノズルで得られるが、このオリフィスは液体に含 まれる固体で充分に閉塞しない。This nozzle configuration allows for very thin liquid sheets 18 and It is recommended that it be used. Approximately 8.44 g/crn' (120 psi) every The flow rate of approximately 17.11 (4.5 gallons) per minute is approximately 31.8 auo (178 inches). ) with a single nozzle having an orifice of Not sufficiently blocked by solids.
第2図は、使用されるノズル66が円錐角を有する円錐状の液体シート68を生 じる。帯電電極64は、円錐さもなければ両部の同じ部分が同じ参照番号を有す る。FIG. 2 shows that the nozzle 66 used produces a conical liquid sheet 68 with a cone angle. Jiru. The charging electrode 64 is conical, otherwise the same parts on both sides have the same reference number. Ru.
円錐角θは、第1図に示される 180°および350゜以下の値に対して約l O°程度の小さな値との間で変動し得る。The cone angle θ is approximately l for values below 180° and 350° shown in Figure 1. It can vary between values as small as 0°.
本発明は、本発明による帯電電極装置、即ち安定状態の面方向に伸張する液体シ ートから不安定区域上を液滴が確保される領域に至る領域に跨がる電極装置と組 合せることができる液体噴霧ノズルにより実施することができる。電極装置は、 所要のどんな形態でもとり得、必要に応じて高電圧ソース26の存在を必要とし ないエレクトレット装置の使用が可能である。The present invention provides a charging electrode device according to the present invention, i.e. a liquid cylinder extending in a steady-state direction. In combination with an electrode device that spans the area from the top to the area where the droplet is secured over the unstable area. This can be carried out with a liquid spray nozzle that can be fitted. The electrode device is It can take any form desired and requires the presence of a high voltage source 26 if necessary. It is possible to use non-containing electret devices.
IG 1 国際調査報告IG 1 international search report
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