EP0207357A1 - Method for producing an electrically charged spray mist from conductive liquids - Google Patents

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EP0207357A1
EP0207357A1 EP86108231A EP86108231A EP0207357A1 EP 0207357 A1 EP0207357 A1 EP 0207357A1 EP 86108231 A EP86108231 A EP 86108231A EP 86108231 A EP86108231 A EP 86108231A EP 0207357 A1 EP0207357 A1 EP 0207357A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid
nozzles
drops
electrode
impact
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP86108231A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Walter Dipl.-Phys. Simm
Friedrich-Wilhelm Dr. Kremer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayer AG
Original Assignee
Bayer AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • 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
    • B05B5/043—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns using induction-charging

Definitions

  • the invention relates to a method for producing electrically charged spray mist from conductive liquids.
  • Aqueous formulations of this type have to be sprayed with the supply of mechanical energy and electrically charged by additional special measures. This can be done, for example, by placing the spray elements, for example fine nozzles or very rapidly rotating disks under high voltage.
  • the electrical forces that cause charged droplets to deposit on all sides on the target object, for example a plant, are only sufficiently effective if the droplets are small. So you can for example, water droplets with a diameter of 200 ⁇ m can be deposited very effectively on conductive, earthed objects with a high charge, the electrical forces, compared to gravity, being very low. dominate.
  • the disadvantage here is the fact that when using conductive liquids, the high voltage of the spray element is transferred via the liquid column in the feed line to the reservoir for the liquid.
  • the storage container can be insulated with high voltage with little effort.
  • the storage container can also be earthed and a very long, thin, insulating hose line can be used as a connection to the nozzle or spray disk, in which the liquid column assumes such a high resistance that, with a nozzle voltage of several kilovolts, only a very weak earth current, for example flows less than 1 mA over the liquid column.
  • fine nozzles e.g. with a diameter of 100 ⁇ m, which can be very geous for the production of monodisperse droplets, is limited to liquids that do not produce deposits on the capillary wall (e.g. lime from tap water) and that do not crystallize (too high concentrations of dissolved active substances can cause crystal precipitation) , also on dispersions that only contain particles that are significantly smaller than the nozzle diameter.
  • the invention is therefore based on the object to develop a simple method that produces fine, electrically charged droplets of conductive liquids in large quantities, that does not require mechanically fast moving electrodes and no fine nozzles and that works in particular so that larger containers for the liquid to be sprayed is not under voltage, so that cumbersome measures to deal with the insulation problems are not necessary.
  • This object is achieved according to the invention by letting the liquid to be sprayed emerge through one or more nozzles as rays decaying into drops and then feeding the liquid formed from the drops to a spray system which is electrically insulated from the nozzles, with a high electrical level between the nozzles and the spray system Field is created.
  • the new principle described here is associated with the great advantage that the nozzle and thus also the storage container for the liquid, as desired, can remain at ground potential and only a simple impact electrode, which can be easily insulated, is connected to high voltage must become.
  • the field strength required for drop charging at the impact point of the high-voltage electrode can be increased in various ways up to the maximum possible value.
  • One possibility is to have the beam strike a curved electrode surface by giving the electrode the shape of a sphere or a cylinder.
  • This field electrode can e.g. represent a hollow cylinder which surrounds the first part of the liquid jet emerging from the nozzle. The field is concentrated there due to the smaller distance between the electrodes near the impact point.
  • the electrical shielding of the beam by a cylindrical electrode surrounding it which is at the same potential, has, besides increasing the field strength, a focusing effect on the beam itself.
  • the liquid running off can be distributed in such a way that no coherent strands form and that the dripping takes place at several points at the same time, and furthermore, due to the influence of electrical forces, disintegration into smaller droplets occurs. that do not form a short circuit bridge.
  • the distance between the drip electrode and the collecting element can also be reduced to a few centimeters.
  • Dripping under tension can e.g. from a toothed lower edge of the electrode, the removal from tooth tip to tooth tip plays an important role.
  • known type distribution elements e.g. Overflow trough and guide strips for the liquid, partial flows are fed to the individual teeth.
  • the impact electrode has e.g. a cylindrical shape with the cylinder axis in a horizontal position, a toothed strip with downward-pointing teeth is placed as a draining element on the bottom jacket line of the cylinder, the distance from tip to tip being 5-10 mm, preferably 6 to 8 mm
  • a horizontally running groove is milled into the cylinder body, on the edge of which nominal overflow points are marked by notches.
  • a liquid jet 2 is ejected from a smooth jet nozzle 1, after which this jet naturally dissolves into a row of drops due to the surface tension.
  • the decay of a liquid jet into individual drops is always observed when a smooth liquid jet emerges from a nozzle at a relatively low flow rate. This long-known effect is called natural beam decay.
  • the drops generated in this way hit the spherical impact electrode 4, where they are broken up and leave the ball again as a swarm of droplets 5.
  • the electrode 4 is connected to a voltage source 6 and thereby receives a negative potential against earth.
  • the nozzle 1 is grounded.
  • the drops in drop row 3 take up positive contact charge due to influence and thus move to the negative spherical electrode.
  • the positive drop charge is the first contact with the Sphere is given to this, the liquid on the surface of the sphere is negatively deposited and keeps this charge in the droplet cloud even after leaving the sphere.
  • the arrows show the direction of the field on the surface of the sphere.
  • a smooth jet nozzle 7 is shown from a series of nozzles with the common feed line 8.
  • the shielding cylinder 9 encloses the nozzle and the first part of the liquid jet up to the point at which the disintegration into individual drops has already started. The point of separation at which the first drop comes off is thus field-free and the drop is not charged.
  • the cylindrical baffle electrode is shown in section in the middle part of the illustration. This electrode 10 is connected via a high-voltage cable 11 and the inner connection point 12 to a high-voltage source, not shown here.
  • the impact point 13 for the liquid jet is offset from the center of the electrode in such a way that the swarm of droplets generated is ejected laterally, preferably in the horizontal direction.
  • the non-sprayed liquid portion 15 is distributed in a widening layer (supported by distributor elements) over part of the cylinder surface and finally reaches the toothed strip 16, from where the liquid drips at several points.
  • the drops are further broken up by a strong electric field in the vicinity of the tooth tips and drawn into a collecting trough 17, where the liquid is collected and drawn off through the pipeline 18.
  • the apparatus parts described are held in the position shown by support strips 19.
  • FIG. 3 Another view of the arrangement is shown in FIG. 3.
  • Several nozzles 7 and the same number of shielding cylinders 9 are connected to the pressure line 8.
  • the rack 16 is visible at the lower part of the impact cylinder.
  • the diameter of the cylinder can be 10 to 100 mm, a particularly favorable diameter is in the range of 15 to 30 mm.
  • the size of the secondary droplets, which arise when the jet impacts, also depends on the width of the nozzles 7. With nozzles with a width of 350 ⁇ m and a liquid pressure of 2 bar, droplets with a predominantly 50 ⁇ m diameter are obtained.
  • the distances between the nozzles and the baffle electrode or between the drip tray and the drip pan can be practically in the range of 70 to 100 mm if the operating voltage of the system is 20 to 40 kV.
  • the current consumption per nozzle is in the range below 100 microamps.
  • Fig. 4 The connection of all parts of a complete spraying system is clearly shown in Fig. 4.
  • the liquid 21 is drawn off with the pump 22 from a closed reservoir 20 and fed to the nozzles via the pressure line 8.
  • the non-sprayed portion flows back into the container 20 via the suction line 18. Since the volume of liquid removed is always greater than the volume flowing back, the liquid container, which is otherwise closed on all sides, remains constantly under a slight negative pressure and there is no risk of overflow of the collecting pan 17.
  • the lightweight design of the spray system allows the spray zone to be easily extended to a length of several meters.
  • a device for applying the method for transferring liquid to high-voltage atomizing electrodes for the generation of large quantities of fine, electrically charged spray mist is described.
  • the liquid atomization is not achieved by impact, but by air currents in two-fluid nozzles.
  • Devices of this type can be used, for example, in agriculture for applying crop protection agents to larger crop stands or in the painting industry for coating objects.
  • a cylindrical support 25 for the spray system is attached to a support insulator 24.
  • a spherical, possibly also cylindrical spray electrode 26 in the wall of which a plurality of two-substance nozzles are inserted from the inside in such a way that the liquid can be sprayed outward in a wide solid cone. 5 such spraying locations are indicated.
  • the necessary to operate the nozzles Air is supplied via a pressure hose 27, the wall of which is made of an insulating material (plastic).
  • the carrier tube 25 and the electrode 26 are connected to a high-voltage generator 29 via a high-voltage cable 28.
  • an electrical separation system 30 Since the liquid to be sprayed is conductive, an electrical separation system 30 must be switched into the liquid supply line.
  • the liquid is expelled from a series of smooth jet nozzles 31 in thin jets, for example 0.2 to 1.5 mm thick each, and collected in a collecting trough 32 which is connected to the nozzle head 26 via the pipeline 33 (self-priming Nozzles).
  • the liquid jets have lengths of, for example, 100 to 200 mm.
  • the liquid is fed to the separation system 30 via the line 35.
  • the atomizing nozzles in the spray head 26, which operate self-priming with compressed air, draw the liquid out of the trough 32 through the line 33 and each generate a full cone of the loaded spray mist.
  • the droplets are deposited on the surface of all objects which are in the vicinity of the nozzles and which are at earth potential or carry an opposite charge.

Abstract

Der Sprühnebel wird dadurch erzeugt, daß man die Flüssigkeit durch eine oder mehrere Düsen (1) als in Tropfen (3) zerfallende Strahlen (2) austreten läßt, anschließend die aus den Tropfen (3) gebildete Flüssigkeit einem elektrisch gegenüber den Düsen (1) isolierten Sprühsystem (4) zuführt und zwischen Düsen (1) und Sprühsystem (4) ein hohes elektrisches Feld anlegt. Als Sprühsystem (4) kann eine kugelförmige Prallelektrode oder eine hochspannungsmäßig gegen Erde isolierte Zweistoffsprühdüse eingesetzt werden. Der wesentliche Vorteil besteht darin, daß die Glattstrahldüse (1) und damit auch der Vorratsbehälter für die zu versprühende Flüssigkeit auf Erdpotential liegt.The spray mist is generated by letting the liquid emerge through one or more nozzles (1) as jets (2) decaying into drops (3), then the liquid formed from the drops (3) is electrically opposite the nozzles (1) insulated spray system (4) and applies a high electric field between the nozzles (1) and spray system (4). A spherical baffle electrode or a two-substance spray nozzle that is insulated from the earth in terms of high voltage can be used as the spray system (4). The main advantage is that the smooth jet nozzle (1) and thus also the reservoir for the liquid to be sprayed is at earth potential.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung elektrisch geladenen Sprühnebels aus leitfähigen Flüssigkeiten.The invention relates to a method for producing electrically charged spray mist from conductive liquids.

Ein elektrostatisches Sprühverfahren für organische Pflanzenschutzformulierungen mit spezifischen Widerständen im Bereich von P = 104 Ohm.m bis P = 107 Ohm.m ist bekannt.An electrostatic spraying process for organic crop protection formulations with specific resistances in the range from P = 10 4 Ohm.m to P = 10 7 Ohm.m is known.

Der elektrische Widerstand der zur Zeit am häufigsten eingesetzten wäßrigen Pflanzenschutzmittel liegt jedoch mit Werten von p <102 Ohm.m bedeutend niedriger. Wäßrige Formulierungen dieser Art müssen unter Zuführung mechanischer Energie versprüht und durch zusätzliche besondere Vorkehrungen elektrisch aufgeladen werden. Dies kann z.B. dadurch geschehen, daß man die Sprühelemente, z.B. feine Düsen oder sehr schnell rotierende Scheiben unter Hochspannung setzt. Die elektrischen Kräfte, die geladene Tröpfchen allseitig auf dem Zielobjekt, z.B. einer Pflanze zur Abscheidung bringen, sind aber nur dann hinreichend gut wirksam, wenn die Tröpfchen klein sind. So kann man beispielsweise Wassertröpfchen mit dem Durchmesser von 200 µm bei hoher Aufladung auf leitfähigen, geerdeten Gegenständen sehr wirksam abscheiden, wobei die elektrischen Kräfte, verglichen mit der Schwerkraft, starl. dominieren.The electrical resistance of the currently most frequently used pesticides is, however, significantly lower with values of p <10 2 Ohm.m. Aqueous formulations of this type have to be sprayed with the supply of mechanical energy and electrically charged by additional special measures. This can be done, for example, by placing the spray elements, for example fine nozzles or very rapidly rotating disks under high voltage. The electrical forces that cause charged droplets to deposit on all sides on the target object, for example a plant, are only sufficiently effective if the droplets are small. So you can for example, water droplets with a diameter of 200 µm can be deposited very effectively on conductive, earthed objects with a high charge, the electrical forces, compared to gravity, being very low. dominate.

Die günstigsten Aufladebedingungen für die Tropfen erhält man erfahrungsgemäß immer dann, wenn die Sprühelemente selbst an Hochspannung gelegt werden, wobei das Ladungsvorzeichen der entstehenden Tropfen gleichnamig ist mit dem Vorzeichen des Düsenpotentials, was zur Folge hat, daß die Tropfen von dem Sprühelement abgestoßen und von der Gegenelektrode angezogen werden.Experience has shown that the best charging conditions for the drops are always obtained when the spray elements themselves are connected to high voltage, the charge sign of the resulting drops having the same name as the sign of the nozzle potential, with the result that the drops are repelled by the spray element and by the Counter electrode to be tightened.

Nachteilig ist dabei der Umstand, daß bei Verwendung leitfähiger Flüssigkeiten die Hochspannung des Sprühelementes über die Flüssigkeitssäule in der Zuführungsleitung auf den Vorratsbehälter für die Flüssigkeit übertragen wird. Handelt es sich um kleine Flüssigkeitsmengen, wie bei einfachen Hand-Sprühgeräten, so kann der Vorratsbehälter unter geringem Aufwand hochspannungsmäßig isoliert werden. Für kleine Flüssigkeitsdurchsätze kann man auch den Vorratsbehälter erden und als Verbindung zur Düse oder Sprühscheibe eine sehr lange, dünne, isolierende Schlauchleitung verwenden, in der die Flüssigkeitssäule einen so hohen Widerstand annimmt, daß bei einer Düsenspannung von mehreren Kilovolt nur ein sehr schwacher Erdstrom von beispielsweise weniger als 1 mA über die Flüssigkeitssäule abfließt.The disadvantage here is the fact that when using conductive liquids, the high voltage of the spray element is transferred via the liquid column in the feed line to the reservoir for the liquid. If small amounts of liquid are involved, as with simple hand-held sprayers, the storage container can be insulated with high voltage with little effort. For small liquid throughputs, the storage container can also be earthed and a very long, thin, insulating hose line can be used as a connection to the nozzle or spray disk, in which the liquid column assumes such a high resistance that, with a nozzle voltage of several kilovolts, only a very weak earth current, for example flows less than 1 mA over the liquid column.

Die Verwendung feiner Düsen, z.B. mit dem Durchmesser von 100 um, die zur Erzeugung monodisperser Tröpfchen sehr vor teilhaft sein können, ist auf Flüssigkeiten beschränkt, die keine Ablagerungen an der Kapillarwand erzeugen (z.B. Kalk aus Leitungswasser) und die nicht auskristallisieren (zu hohe Konzentrationen gelöster Wirkstoffe können Kristallausscheidungen verursachen), ferner auf Dispersionen, die nur Teilchen enthalten, die wesentlich kleiner sind als der Düsendurchmesser.The use of fine nozzles, e.g. with a diameter of 100 µm, which can be very geous for the production of monodisperse droplets, is limited to liquids that do not produce deposits on the capillary wall (e.g. lime from tap water) and that do not crystallize (too high concentrations of dissolved active substances can cause crystal precipitation) , also on dispersions that only contain particles that are significantly smaller than the nozzle diameter.

Bei Verwendung sehr schnell rotierender Elektroden sind Verunreinigungen der genannten Art wesentlich unkritischer, jedoch ist dann der apparative Aufwand sehr hoch.When using very rapidly rotating electrodes, impurities of the type mentioned are considerably less critical, but the outlay on equipment is then very high.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zu entwickeln, das feine, elektrisch hoch geladene Tröpfchen leitfähiger Flüssigkeiten in größerer Menge produziert, das keine mechanisch schnell bewegten Elektroden und keine feinen Düsen erfordert und das vor allem so arbeitet, daß größere Behälter für die zu versprühende Flüssigkeit nicht unter Spannung stehen, so daß umständliche Maßnahmen zur Bewältigung der Isolationsprobleme nicht erforderlich sind.The invention is therefore based on the object to develop a simple method that produces fine, electrically charged droplets of conductive liquids in large quantities, that does not require mechanically fast moving electrodes and no fine nozzles and that works in particular so that larger containers for the liquid to be sprayed is not under voltage, so that cumbersome measures to deal with the insulation problems are not necessary.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß man die zu versprühende Flüssigkeit durch eine oder mehrere Düsen als in Tropfen zerfallende Strahlen austreten läßt und anschließend die aus den Tropfen gebildete Flüssigkeit einem elektrisch gegenüber den Düsen isolierten Sprühsystem zuführt, wobei zwischen Düsen und Spruhsystem ein hohes elektrisches Feld angelegt wird.This object is achieved according to the invention by letting the liquid to be sprayed emerge through one or more nozzles as rays decaying into drops and then feeding the liquid formed from the drops to a spray system which is electrically insulated from the nozzles, with a high electrical level between the nozzles and the spray system Field is created.

Auf diese Weise ist es übcrraschend gelungen, durch Wasserstrahlen oder Strahlen anderer leitfähiger Flüssigkeiten bis zu einer bestimmten Strahlstärke Flüssigkeitsströme über Entfernungen von wenigen Zentimetern von ge erdeten Düsen auf Elektroden, die unter hohem Potential stehen (z.B. 20 bis 40 kV)zu übertragen, ohne damit einen Funkenübergang zwischen Düse und Elektrode zu zünden oder stärkere Übergangsstrüme auszulösen. Bei Verwendung eir,- facher Glattstrahldüsen und relativ niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten löst sich der anfangs zusammenhängende Teil eines Flüssigkeitsstrahls in einem vorgegebenen Bereich der Austrittsgeschwindigkeit nach kurzer Laufstrecke in eine Tropfenreihe auf, die den Stromdurchgang unterbricht.In this way, it has surprisingly been possible to transfer liquid flows over distances of a few centimeters from grounded nozzles to electrodes that are at high potential (e.g. 20 to 40 kV) without using water jets or jets of other conductive liquids up to a certain jet strength to ignite a spark transition between the nozzle and the electrode or to trigger stronger transition currents. When using eir-fold smooth jet nozzles and relatively low flow velocities, the initially coherent part of a liquid jet dissolves in a predetermined range of the outlet velocity after a short running distance into a row of drops which interrupts the flow of current.

Es ist seit langer Zeit bekannt, daß die Tropfen eines Flüssigkeitsstrahls beim Aufprall auf eine harte Oberfläche in eine Vielzahl wesentlich kleinerer Tröpfchen zerschlagen werden. Unter Ausnutzung dieses Effektes können also mit Düsen, die infolge des natürlichen Zerfalls eines Flüssigkeitsstrahls relativ große Tropfen abgeben, auch wesentlich kleinere Tropfen erzeugt werden. Mit der Möglichkeit, Flüssigkeitsstrahlen bestimmter Art auf hochspannungsführende Elektroden zu richten, ohne damit einen nennenswerten Stromfluß zu erzeugen, ergibt sich die weitere Möglichkeit, in geeigneten Elektrodenanordnungen über den Pralleffekt auch mit relativ weiten Düsen kleine, hoch aufgeladene Tröpfchen zu erzeugen. Wegen der wesentlich größeren Betriebssicherheit sind natürlich weite Düsen den engen Kapillardüsen immer vorzuziehen. Die elektrische Aufladung der kleinen Tröpfchen erhält man unter der Bedingung, daß die Aufprallstelle der Primärtropfen eines Strahls in einem Gebiet liegt, in dem ein starkes elektrisches Feld aufrechterhalten wird.'In diesem Feld, mit Feldrichtung senkrecht zur Prallfläche, nehmen die remittierten Tröpfchen eine Kontaktladung auf, die sich nach dem gleichen Prinzip wie beim Ladungsübergang von einer unter Spannung stehenden Düse auf die Tropfen des Strahls überträgt.It has been known for a long time that the drops of a liquid jet are broken up into a plurality of substantially smaller droplets when they strike a hard surface. Taking advantage of this effect, nozzles that emit relatively large drops as a result of the natural decay of a liquid jet can also be used to produce substantially smaller drops. With the possibility of directing liquid jets of a certain type onto high-voltage electrodes without generating a significant current flow, there is the further possibility of generating small, highly charged droplets in suitable electrode arrangements via the impact effect, even with relatively wide nozzles. Because of the much greater operational reliability, wide nozzles are of course always preferable to narrow capillary nozzles. The electric charge of the little ones Droplets are obtained under the condition that the point of impact of the primary drops of a beam lies in an area in which a strong electric field is maintained. 'In this field, with the field direction perpendicular to the impact surface, the remitted droplets take up a contact charge, which is followed the same principle as in the charge transfer from a live nozzle to the drops of the beam.

Nun ist aber das neue, hier beschriebene Prinzip mit dem großen Vorteil verbunden, daß die Düse und damit auch der Vorratsbehälter für die Flüssigkeit, wie angestrebt, auf Erdpotential bleiben können und nur eine einfache Prallelektrode, die man leicht isoliert befestigen kann, an Hochspannung gelegt werden muß.Now, however, the new principle described here is associated with the great advantage that the nozzle and thus also the storage container for the liquid, as desired, can remain at ground potential and only a simple impact electrode, which can be easily insulated, is connected to high voltage must become.

Die zur Tropfenaufladung notwendige Feldstärke an der Prallstelle der unter Hochspannung stehenden Elektrode läßt sich auf verschiedene Weise bis zum maximal möglichen Wert erhöhen. Eine Möglichkeit besteht darin, daß man den Strahl auf eine gekrümmte Elektrodenfläche aufprallen läßt, indem man der Elektrode die Form einer Kugel oder eines Zylinders gibt.The field strength required for drop charging at the impact point of the high-voltage electrode can be increased in various ways up to the maximum possible value. One possibility is to have the beam strike a curved electrode surface by giving the electrode the shape of a sphere or a cylinder.

Ein starkes Feld über der Prallstelle entsteht auch dann, wenn eine geerdete Feldelektrode über diese Stelle gesetzt wird. Diese Feldelektrode kann z.B. ein Hohlzylinder darstellen, der den ersten Teil des aus der Düse austretenden Flüssigkeitsstrahls umschließt. Durch den kleineren Abstand der Elektroden in Nähe der Prallstelle wird dort das Feld konzentriert.A strong field over the impact point also arises when a grounded field electrode is placed over this point. This field electrode can e.g. represent a hollow cylinder which surrounds the first part of the liquid jet emerging from the nozzle. The field is concentrated there due to the smaller distance between the electrodes near the impact point.

Die elektrische Abschirmung des Strahls durch eine ihn umgebende zylindrische Elektrode, die an gleichem Potential liegt, hat außer der Erhöhung der Feldstärke noch eine fokussierende Wirkung auf den Strahl selbst.The electrical shielding of the beam by a cylindrical electrode surrounding it, which is at the same potential, has, besides increasing the field strength, a focusing effect on the beam itself.

Während ohne diese Abschirmung auch die Primärtropfen des zerfallenden Strahls von der Düse durch Influenz eine Ladung aufnehmen und durch die gegenseitige Abstoßung auseinandergedrängt werden, wodurch der gezielte Aufprall verschlechtert wird, unterbleibt diese Aufladung in Gegenwart des Abschirmzylinders und der Aufschlag der Tropfen kann besser auf eine Stelle konzentriert werden.While without this shielding the primary drops of the decaying jet from the nozzle take up a charge due to influence and are pushed apart by the mutual repulsion, which worsens the targeted impact, this charging does not take place in the presence of the shielding cylinder and the impact of the drops can be better in one place be concentrated.

Unter praktisch interessanten Betriebsbedingungen, d.h. bei Anwendung niedriger Flüssigkeitsdrücke von wenigen bar wird nur ein Teil der im Strahl zugeführten Flüssigkeit durch den Pralleffekt zerstäubt. Der Rest strömt über die Elektrodenoberfläche an die tiefste Stelle der Elektrode und tropft dort ab. Dieser nicht versprühte Flüssigheitsanteil ist relativ groß und kann beispielsweise 50 % der Gesamtmenge betragen. Dieser Teil muß aufgefangen und über ein Pumpsystem wieder der Düse zugeführt werden. Da die Prallelektrode, von der die Flüssigkeit abläuft, unter Hochspannung steht, die Auffangelemente jedoch aus praktischen Gründen an Erdpotential bleiben müssen, entsteht hier erneut das Problem des Flüssigkeitsüberganges zwischen unter Spannung stehenden Elektroden. Da die Flüssigkeit hier aber in drucklosem Zustand abläuft, kann eine Bündelung zu einem engen Strahl mit geringem Ladungstransport nicht vorgenommen werden. Vielmehr neigt die ablaufende Flüssigkeit dazu, sich an einer bestimmten Stelle zu sammeln und dann in dickeren Strähnen abzufließen. Dies führt sofort zum Funkenübergang und zum Kurzschluß.Under practically interesting operating conditions, ie when using low liquid pressures of a few bar, only a part of the liquid supplied in the jet is atomized by the impact effect. The rest flows over the electrode surface to the lowest point of the electrode and drips there. This non-sprayed liquid component is relatively large and can be, for example, 50% of the total amount. This part must be collected and fed back to the nozzle via a pump system. Since the impact electrode from which the liquid drains is under high voltage, but the collecting elements must remain at ground potential for practical reasons, the problem of the liquid transfer between live electrodes arises again. However, since the liquid runs off in an unpressurized state, it cannot be bundled into a narrow jet with little charge transport. Rather, the draining liquid tends to collect at a certain point and then drain off in thicker strands. This immediately leads to a spark transition and a short circuit.

Es wurde nun gefunden, daß durch Anwendung geeigneter Tropf-Elektroden die ablaufende Flüssigkeit so verteilt werden kann, daß sich keine zusammenhängenden Strähnen bilden und daß das Abtropfen an mehreren Stellen gleichzeitig erfolgt, wobei ferner durch den Einfluß elektrischer Kräfte ein Zerfall in kleinere Tropfen eintritt, die keine Kurzschlußbrücke bilden. Der Abstand zwischen Tropf-Elektrode und Auffangelement kann dadurch ebenfalls auf einige Zentimeter Distanz reduziert werden.It has now been found that by using suitable drip electrodes, the liquid running off can be distributed in such a way that no coherent strands form and that the dripping takes place at several points at the same time, and furthermore, due to the influence of electrical forces, disintegration into smaller droplets occurs. that do not form a short circuit bridge. The distance between the drip electrode and the collecting element can also be reduced to a few centimeters.

Das Abtropfen unter Spannung kann z.B. von einem gezahnten unteren Rand der Elektrode erfolgen, wobei die Entfernung von Zahnspitze zu Zahnspitze eine wesentliche Rolle spielt. Durch Verteilerelemente bekannter Art, z.B. Überlaufrinne und Leitstreifen für die Flüssigkeit werden Teilströme den einzelnen Zähnen zugeführt. Hat die Prallelektrode z.B. eine zylindrische Form mit horizontaler Stellung der Zylinderachse, so wird als Abtropfelement an die unterste Mantel linie des Zylinders ein Zahnstreifen mit nach unten weisenden Zähnen gesetzt, wobei der Abstand von Spitze zu Spitze 5-10 mm, vorzugsweise 6 bis 8 mm beträgt.. Entlang einer höher liegenden Mantellinie des Zylinders ist eine horizontal verlaufende Rinne in den Zylinderkörper eingefräst, an deren Rand Sollüberlaufstellen durch Kerben markiert sind.Dripping under tension can e.g. from a toothed lower edge of the electrode, the removal from tooth tip to tooth tip plays an important role. By means of known type distribution elements, e.g. Overflow trough and guide strips for the liquid, partial flows are fed to the individual teeth. If the impact electrode has e.g. a cylindrical shape with the cylinder axis in a horizontal position, a toothed strip with downward-pointing teeth is placed as a draining element on the bottom jacket line of the cylinder, the distance from tip to tip being 5-10 mm, preferably 6 to 8 mm In a higher surface line of the cylinder, a horizontally running groove is milled into the cylinder body, on the edge of which nominal overflow points are marked by notches.

Die Funktionsweise des Verfahrens wird anhand von Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis Fig. 5 erläutert.

  • Fig. 1 zeigt das Prinzip der Entstehung geladener Tropfen
  • Fig. 2 verdeutlicht den Tropfenweg zwischen Düse, Prallelektrode und Auffangelement,
  • Fig. 3 zeigt eine Elektrodenanordnung für mehrere Düsen
  • Fig. 4 stellt den F1üssigkeitsweg in der gesamten Anordnung dar und
  • Fig. 5 zeigt eine weitere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Vorrichtung zum Versprühen größerer Flüssigkeitsmengen.
The method of operation of the method is explained on the basis of exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 5.
  • Fig. 1 shows the principle of the formation of charged drops
  • 2 illustrates the drop path between the nozzle, impact electrode and collecting element,
  • 3 shows an electrode arrangement for several nozzles
  • Fig. 4 shows the liquid path in the entire arrangement and
  • FIG. 5 shows a further device for spraying larger quantities of liquid which works according to the method according to the invention.

Nach Fig. 1 wird aus einer Glattstrahldüse 1 ein Flüssigkeitsstrahl 2 ausgestoßen, wonach sich dieser Strahl auf natürliche Weise infolge der Oberflächenspannung in eine Tropfenreihe auflöst. Der Zerfall eines Flüssigkeitsstrahls in einzelne Tropfen wird immer dann beobachtet, wenn ein glatter Flüssigkeitsstrahl mit einer relativ niedrigen Strömungsgeschwindigkeit aus einer Düse austritt. Dieser seit langem bekannte Effekt wird als naturlicher Strahlzerfall bezeichnet. Eine ausführliche Erläuterung findet sich z.B. in P.Schmidt und P. Walzel in Chem. Ing. Tech. 52 (1980) Nr. 4, Seite 304-311). Die so erzeugten Tropfen treffen auf die kugelförmige Prallelektrode 4, wo sie zerschlagen werden und als Tröpfchenschwarm 5 die Kugel wieder verlassen. Die Elektrode 4 ist mit einer Spannungsquelle 6 verbunden und erhält dadurch negatives Potential gegen Erde. Die Düse 1 ist geerdet. Bei dem hier angedeuteten Vorgang nehmen die Tropfen der Tropfenreihe 3 durch Influenz positive Kontaktladung auf und bewegen sich damit zur negativen Kugelelektrode. Die positive Tropfenladung wird beim ersten Kontakt mit der Kugel an diese abgegeben, die Flüssigkeit, an der Kugeloberfläche wird negativ aufgelagen und behält diese Ladung auch nach dem Verlassen der Kugel in der Tröpfchenwolke. Die eingezeichneten Pfeile geben die Feldrichtung an der Kugeloberfläche an.1, a liquid jet 2 is ejected from a smooth jet nozzle 1, after which this jet naturally dissolves into a row of drops due to the surface tension. The decay of a liquid jet into individual drops is always observed when a smooth liquid jet emerges from a nozzle at a relatively low flow rate. This long-known effect is called natural beam decay. A detailed explanation can be found for example in P.Schmidt and P. Walzel in Chem. Ing. Tech. 52 (1980) No. 4, pages 304-311). The drops generated in this way hit the spherical impact electrode 4, where they are broken up and leave the ball again as a swarm of droplets 5. The electrode 4 is connected to a voltage source 6 and thereby receives a negative potential against earth. The nozzle 1 is grounded. In the process indicated here, the drops in drop row 3 take up positive contact charge due to influence and thus move to the negative spherical electrode. The positive drop charge is the first contact with the Sphere is given to this, the liquid on the surface of the sphere is negatively deposited and keeps this charge in the droplet cloud even after leaving the sphere. The arrows show the direction of the field on the surface of the sphere.

In Fig. 2 ist eine Glattstrahldüse 7 aus einer Reihe von Düsen mit der gemeinsamen Zuleitung 8 dargestellt. Der Abschirmzylinder 9 umschließt die Düse und den ersten Teil des Flüssigkeitsstrahls bis zu der Stelle, an der der Zerfall in einzelne Tropfen bereits eingesetzt hat. Damit ist die Trennstelle, an der sich der erste Tropfen ablöst, feldfrei und es kommt nicht zur Aufladung des Tropfens. Im Mittelteil der Darstellung ist die zylindrische Prallelektrode im Schnitt gezeichnet. Diese Elektrode 10 ist über ein Hochspannungskabel 11 und die innere Anschlußstelle 12 mit einer hier nicht gezeigten Hochspannungsquelle verbunden. Die Aufprallstelle 13 für den Flüssigkeitsstrahl ist aus der Mitte der Elektrode derart versetzt, daß der erzeugte Tröpfchenschwarm seitlich, vorzugsweise in horizontaler Richtung ausgestoßen wird. Der nicht versprühte Flüssigkeitsanteil 15 verteilt sich in einer sich verbreiternden Schicht (unterstützt durch Verteilerelemente) über einen Teil der Zylinderoberfläche und erreicht schließlich den Zahnstreifen 16, von wo aus die Flüssigkeit an mehreren Stellen abtropft. Durch ein kräftiges elektrisches Feld in der Umgebung der Zahnspitzen werden die Tropfen weiter zerteilt und in eine Auffangwanne 17 gezogen, wo die Flüssigkeit gesammelt und durch die Rohrleitung 18 abgesogen wird. Die beschriebenen Apparateteile werden durch Stützleisten 19 in der gezeigten Position gehalten.In Fig. 2 a smooth jet nozzle 7 is shown from a series of nozzles with the common feed line 8. The shielding cylinder 9 encloses the nozzle and the first part of the liquid jet up to the point at which the disintegration into individual drops has already started. The point of separation at which the first drop comes off is thus field-free and the drop is not charged. The cylindrical baffle electrode is shown in section in the middle part of the illustration. This electrode 10 is connected via a high-voltage cable 11 and the inner connection point 12 to a high-voltage source, not shown here. The impact point 13 for the liquid jet is offset from the center of the electrode in such a way that the swarm of droplets generated is ejected laterally, preferably in the horizontal direction. The non-sprayed liquid portion 15 is distributed in a widening layer (supported by distributor elements) over part of the cylinder surface and finally reaches the toothed strip 16, from where the liquid drips at several points. The drops are further broken up by a strong electric field in the vicinity of the tooth tips and drawn into a collecting trough 17, where the liquid is collected and drawn off through the pipeline 18. The apparatus parts described are held in the position shown by support strips 19.

Eine andere Ansicht der Anordnung wird in Fig. 3 gezeigt. An die Druckleitung 8 sind mehrere Düsen 7 und die gleiche Zahl Abschirmzylinder 9 angeschlossen. In dieser Ansicht wird die Zahnleiste 16 am unteren Teil des Prallzylinders sichtbar. Der Durchmesser des Zylinders kann 10 bis 100 mm betragen, ein besonders günstiger Durchmesser liegt im Bereich von 15 bis 30 mm. Von der Weite der Düsen 7 hängt auch die Größe der Sekundartröpfchen ab, die beim Aufprall des Strahls entstehen. Mit Düsen der Weite 350 um und einem Flüssigkeitsdruck von 2 bar erhält man beispielsweise Tröpfchen mit vorwiegend 50 um Durchmesser. Die Abstände zwischen den Düsen und der Prallelektrode bzw. zwischen der Abtropfleiste und der Auffangwanne können praktisch im Bereich von 70 bis 100 mm liegen, wenn die Betriebsspannung der Anlage 20 bis 40 kV beträgt. Die Stromaufnahme je Düse liegt im Bereich unter 100 Mikroampere.Another view of the arrangement is shown in FIG. 3. Several nozzles 7 and the same number of shielding cylinders 9 are connected to the pressure line 8. In this view, the rack 16 is visible at the lower part of the impact cylinder. The diameter of the cylinder can be 10 to 100 mm, a particularly favorable diameter is in the range of 15 to 30 mm. The size of the secondary droplets, which arise when the jet impacts, also depends on the width of the nozzles 7. With nozzles with a width of 350 μm and a liquid pressure of 2 bar, droplets with a predominantly 50 μm diameter are obtained. The distances between the nozzles and the baffle electrode or between the drip tray and the drip pan can be practically in the range of 70 to 100 mm if the operating voltage of the system is 20 to 40 kV. The current consumption per nozzle is in the range below 100 microamps.

Die Verbindung aller Teile einer vollständigen Sprühanlage ist in Fig. 4 übersichtlich dargestellt. Aus einem geschlossenen Vorratsbehälter 20 wird die Flüssigkeit 21 mit der Pumpe 22 abgesogen und über die Druckleitung 8 den Düsen zugeführt. Der nicht versprühte Anteil fließt über die Saugleitung 18 in den Behälter 20 zurück. Da das entnommene Flüssigkeitsvolumen immer größer ist als das zurückströmende, bleibt der sonst allseitig geschlossene Flüssigkeitsbehälter ständig unter geringem Unterdruck und es besteht keine Gefahr des Überlaufens der Auffangwanne 17. Im ganzen System existiert lediglich eine hochspannungsführende Elektrode 10, die an die Spannungsquelle 23 angeschlossen ist. Alle anderen Teile sind geerdet.The connection of all parts of a complete spraying system is clearly shown in Fig. 4. The liquid 21 is drawn off with the pump 22 from a closed reservoir 20 and fed to the nozzles via the pressure line 8. The non-sprayed portion flows back into the container 20 via the suction line 18. Since the volume of liquid removed is always greater than the volume flowing back, the liquid container, which is otherwise closed on all sides, remains constantly under a slight negative pressure and there is no risk of overflow of the collecting pan 17. There is only one high-voltage electrode 10 in the entire system, which is connected to the voltage source 23 connected. All other parts are grounded.

Dadurch ist es auch möglich, die elektrische Kapazität der Anlage klein zu halten und auf diese Weise gefährliche Aufladungen zu vermeiden. Der gesamte Flüssigkeitsumlauf wird mit einer einzigen Pumpe bei niedrigem Arbeitsdruck aufrechterhalten.This also makes it possible to keep the electrical capacity of the system small and in this way to avoid dangerous charging. All liquid circulation is maintained with a single pump at low working pressure.

Die leichte Bauweise des Sprühsystems ermöglicht in einfacher Weise die Ausdehnung der Sprühzone auf eine Länge von mehreren Metern.The lightweight design of the spray system allows the spray zone to be easily extended to a length of several meters.

Gemäß Fig. 5 wird eine Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens zur Flüssigkeitsübertragung auf hochspannungführende Zerstäubungselektroden für die Erzeugung größerer Mengen feinen, elektrisch geladenen Sprühnebels beschrieben. In dieser Variante wird die Flüssigkeitszerstäubung nicht durch Prall, sondern durch Luftströmungen in Zweistoffdusen erzielt. Derartige Vorrichtungen können beispielsweise in der Landwirtschaft zum Auftragen von Pflanzenschutzmitteln auf größere Pflanzenbestände oder in der Lackierindustrie zur Beschichtung von Gegenständen eingesetzt werden.5, a device for applying the method for transferring liquid to high-voltage atomizing electrodes for the generation of large quantities of fine, electrically charged spray mist is described. In this variant, the liquid atomization is not achieved by impact, but by air currents in two-fluid nozzles. Devices of this type can be used, for example, in agriculture for applying crop protection agents to larger crop stands or in the painting industry for coating objects.

An einem Stützisolator 24 ist ein zylindrischer Träger 25 für das Sprühsystem befestigt. Am anderen Ende des Trägerrohres befindet sich eine kugelförmige, gegebenenfalls auch zylindrische Sprühelektrode 26, in deren Wand von innen her mehrere Zweistoffdüsen so eingesetzt sind, daß die Flüssigkeit in je einem weiten Vollkegel nach außen abgesprüht werden kann. In Fig. 5 sind 3 solcher Sprühstellen angedeutet. Die zum Betrieb der Düsen notwendige Luft wird über einen Druckschlauch 27 zugeführt, dessen Wand aus einem isolierenden Material (Kunststoff) besteht. Über ein Hochspannungskabel 28 stehen das Trägerrohr 25 und die Elektrode 26 mit einem Hochspannungsgenerator 29 in Verbindung.A cylindrical support 25 for the spray system is attached to a support insulator 24. At the other end of the support tube there is a spherical, possibly also cylindrical spray electrode 26, in the wall of which a plurality of two-substance nozzles are inserted from the inside in such a way that the liquid can be sprayed outward in a wide solid cone. 5 such spraying locations are indicated. The necessary to operate the nozzles Air is supplied via a pressure hose 27, the wall of which is made of an insulating material (plastic). The carrier tube 25 and the electrode 26 are connected to a high-voltage generator 29 via a high-voltage cable 28.

Da die zu versprühende Flüssigkeit leitfähig ist, muß ein elektrisches Trennsystem 30 in die Flüssigkeitszuleitung eingeschaltet werden. In diesem Trennsystem wird die Flüssigkeit aus einer Reihe von Glattstrahldüsen 31 in dünnen Strahlen, beispielsweise je 0,2 bis 1,5 mm Dicke ausgestoßen und in einer Auffangwanne 32, die über die Rohrleitung 33 mit dem Düsenkopf 26 in Verbindung steht, gesammelt (selbstansaugende Düsen). Die Flüssigkeitsstrahlen haben Längen von beispielsweise 100 bis 200 mm.Since the liquid to be sprayed is conductive, an electrical separation system 30 must be switched into the liquid supply line. In this separation system, the liquid is expelled from a series of smooth jet nozzles 31 in thin jets, for example 0.2 to 1.5 mm thick each, and collected in a collecting trough 32 which is connected to the nozzle head 26 via the pipeline 33 (self-priming Nozzles). The liquid jets have lengths of, for example, 100 to 200 mm.

Mit einem geringen Überdruck wird die Flüssigkeit über die Leitung 35 dem Trennsystem 30 zugeführt. Die im Betrieb mit Druckluft selbstansaugend arbeidenden Zerstäuberdüsen im Sprühkopf 26 ziehen die Flüssigkeit aus der Wanne 32 durch die Leitung 33 ab und erzeugen jeweils einen Vollkegel des geladenen Sprühnebels. Die Tröpfchen schlagen sich auf der Oberfläche aller Gegenstände nieder, die sich in der näheren Umgebung der Düsen befinden und die an Erdpotential liegen, bzw. eine entgegengesetzte Ladung tragen.With a slight overpressure, the liquid is fed to the separation system 30 via the line 35. The atomizing nozzles in the spray head 26, which operate self-priming with compressed air, draw the liquid out of the trough 32 through the line 33 and each generate a full cone of the loaded spray mist. The droplets are deposited on the surface of all objects which are in the vicinity of the nozzles and which are at earth potential or carry an opposite charge.

Mit 16 Glattstrahldüsen von 1 mm Weite im Trennsystem 30 können beispielsweise in der Minute 4 1 Wasser bei 40 kV Spannung auf ein Sprühsystem übertragen werden. Der damit verbundene Stromabfluß zur Erde beträgt weniger als 0,08 mA.With 16 smooth jet nozzles of 1 mm width in the separation system 30, for example, 4 liters of water at 40 kV voltage can be transferred to a spray system per minute. The associated current drain to earth is less than 0.08 mA.

Claims (10)

1. Verfahren zur Erzeugung eines elektrisch hochaufgeladenen Sprühnebels aus einer leitfähigen Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkeit durch eine oder mehrere Düsen als in Tropfen zerfallende Strahlen austreten läßt, anschließend die aus den Tropfen gebildete Flüssigkeit einem elektrisch gegenüber den Düsen isolierten Spruhsystem zuführt und zwischen Düsen und Sprühsystem ein hohes elektrisches Feld anlegt. 1st Process for producing an electrically highly charged spray from a conductive liquid, characterized in that the liquid is let out through one or more nozzles as rays decaying into drops, then the liquid formed from the drops is fed to a spray system electrically insulated from the nozzles and between nozzles and spray system creates a high electric field. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sprühsystem eine Prallelektrode verwendet wird, auf die man die Tropfen auftreffen läßt.2. The method according to claim 1, characterized in that a baffle electrode is used as the spray system, on which the drops are allowed to hit. 3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß Prallelektroden mit gekrümmter Oberfläche verwendet werden.3. The method according to claim 1 to 2, characterized in that impact electrodes with a curved surface are used. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß kugelförmige Prallelektroden verwendet werden.4. The method according to claim 3, characterized in that spherical impact electrodes are used. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zylinderförmige Prallelektroden verwendet werden.5. The method according to claim 1, characterized in that cylindrical baffle electrodes are used. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke über der Aufprallstelle des Flüssigkeitsstrahles durch eine in der Nähe dieser Stelle angebrachte Feldelektrode erhöht wird.6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the field strength above the point of impact of the liquid jet is increased by a field electrode attached in the vicinity of this point. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Feldelektrode ein Hohlzylinder verwendet wird, der einen Teil des Flüssigkeitsstrahls umschließt.7. The method according to claim 5, characterized in that a hollow cylinder is used as the field electrode, which encloses a part of the liquid jet. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallelektrode an ihrer Unterseite mit Abtropfelementen ausgestattet werden, die die Bildung von zusammenhängenden ablaufenden Flüssigkeitssträhnen verhindern.8. The method according to claim 1 to 7, characterized in that the impact electrode are equipped on their underside with drip elements which prevent the formation of coherent flowing strands of liquid. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtropfelemente Zahnleisten mit einem Zahnabstand von 5 bis 10 mm, vorzugsweise 6 bis 8 mm, verwendet werden.9. The method according to claim 8, characterized in that toothed racks with a tooth spacing of 5 to 10 mm, preferably 6 to 8 mm, are used as draining elements. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sprühsystem Zweistoffdüsen für die Flüssigkeitszerstäubung verwendet werden.10. The method according to claim 1, characterized in that two-substance nozzles are used for liquid atomization in the spray system.
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