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Dokumentenidentifikation DE602004006231T2 20.09.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001592514
Titel ELEKTROSTATISCHER ZERSTÄUBER
Anmelder Scion Sprays Ltd., Norwich, Norfolk, GB
Erfinder ALLEN, Jeffrey, Norfolk NR17 2DQ, GB
Vertreter Patentanwalts-Partnerschaft Rotermund + Pfusch + Bernhard, 70372 Stuttgart
DE-Aktenzeichen 602004006231
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 06.02.2004
EP-Aktenzeichen 047088141
WO-Anmeldetag 06.02.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/GB2004/000458
WO-Veröffentlichungsnummer 2004071670
WO-Veröffentlichungsdatum 26.08.2004
EP-Offenlegungsdatum 09.11.2005
EP date of grant 02.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.09.2007
IPC-Hauptklasse B05B 5/053(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft elektrostatische Zerstäuber, die in jeglichem praktischen System angewendet werden, in dem eine Zerstäubung von Fluid benötigt wird. Sie kann zum Beispiel in einem System für die Lieferung von Verbrennungskraftstoff, flüssigen Lösungen bei, sagen wir, der Verabreichung von Arzneimitteln, kosmetischen Fluida und anderen synthetisierten Lösungen in, sagen wir, Haushaltssprays, angewendet werden. Die wie in dieser Anmeldung aufgezeigte Erfindung ist nicht auf irgendeine dieser besonderen Anwendungen beschränkt und soll auf jeden beliebigen Zerstäuber anwendbar sein, der in den Umfang der am Ende dieser Anmeldung aufgenommenen Ansprüche fällt.

Dem Anmelder (den Anmeldern) bekannter Stand der Technik

Das vorliegende erfinderische Konzept betrifft im Allgemeinen die Verbesserung der Zerstäubung in elektrostatischen Zerstäubern durch Vorschlagen radikaler Abweichungen vom Stand der Technik, der dem Anmelder bekannt ist und hierin ausführlich besprochen wird.

Typischerweise umfassen Zerstäuber des Stands der Technik eine Mittelelektrode und eine Außenelektrode, die um die Mittelelektrode angeordnet ist, welche Elektroden ausreichend voneinander beabstandet sind, um einen Kanal zu bilden, in dem Fluidteilchen geladen werden, bevor sie durch Öffnungen austreten. Bei dieser Gestaltung wird üblicherweise ein hohes Potential an die Mittelelektrode angelegt, während die Außenelektrode geerdet ist. Das Umkehren dieser Potentiale – d.h., das Anlegen des hohen Potentials an die Außenelektrode – ist nicht praktisch, da in ihrer Umgebung entweder die Gefahr eines elektrischen Schlags, falls eine Bedienungsperson versehentlich die Außenelektrode berühren sollte, oder die überflüssige Anforderung der Aufnahme einer zusätzlichen Isolierungsschicht wie etwa einer Keramikummantelung, was eine unnotwendige Kompliziertheit hinzufügen würde, bestehen würde. Folglich legen die Systeme des Stands der Technik das hohe Potential ausschließlich an die Mittelelektrode und nicht an die Außenelektrode an.

1 zeigt einige der Beschränkungen, unter denen Zerstäuber des Stands der Technik tätig sind. Die Zerstäubung stellt ein Gleichgewicht zwischen dem Höchstspannungspotential, dem Prozentsatz der Potentialladung, die im abgegebenen Fluid zurückbehalten wird, und dem Elektrodenabstand (der Entfernung, die die Elektroden trennt) dar. In Systemen des Stands der Technik kann das Höchstspannungspotential erhöht werden, wenn der Elektrodenabstand erhöht wird, doch wird der kritische Prozentsatz der Potentialladung, die im abgegebenen Fluid zurückbehalten wird, verringert, was über einen gegebenen Elektrodenabstand für einen gegebenen Zerstäuber hinaus zu einer verhältnismäßig schlechten Zerstäubung führt.

Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist, einen radikal anderen Ansatz zur Zerstäubung anzubieten, der die strengen Gestaltungsgrenzen, auf die Systeme des Stands der Technik im Allgemeinen beschränkt sind, weitgehend beseitigen würde.

Innerhalb des vorliegenden erfinderischen Konzepts werden andere spezifischere Systeme des Stands der Technik als bedeutend erachtet und wie nachstehend ausführlich besprochen.

Eine Art des bekannten Stands der Technik lehrt die Verwendung einer einzelnen Mittelelektrode in einem Zerstäubungssystem, die an ihrer Fluidgrenzfläche in einem scharfen Punkt endet, um um diesen Punkt herum ein verhältnismäßig hohes elektrisches Feld zu erzeugen. Ein Beispiel für ein derartiges System ist in der US-Patentschrift Nr. 6,206,307 (Arnold J. Kelly) offenbart, wobei eine Elektrode in der Form einer im Allgemeinen kegelförmigen Spitze in ein vorbeilaufendes Fluid vorspringt. Diese Patentschrift offenbart in ihrem Abschnitt, der eine ausführliche Beschreibung der Figuren bereitstellt, dass die Spitze aus einem faserigen Material gebildet ist, das elektrisch leitende Fasern aufweist, die sich im Allgemeinen in die Achsenrichtung der Elektrode und des Körpers erstrecken, wobei jede derartige Faser einen mikroskopischen Punkt aufweist und diese Punkte zusammenwirkend die Fläche der Spitze bilden. Die Flächen, die die Öffnung definieren, sind von jeglichen derartigen Fasern frei und sollen sogar vorzugsweise glatt sein. Dieser besondere Zerstäuber endet im Allgemeinen in einem Punkt, der für eine angemessene Leistung genau mit seiner Öffnung 22 ausgerichtet sein muss. Folglich ist es nötig, dass während seiner Herstellung strenge Konzentrizitätstoleranzen angewendet werden. Darüber hinaus wird die Leistungsfähigkeit unvermeidlich leiden, wenn die Ausrichtung der Spitze mit ihrer Öffnung während der Lebensdauer des Zerstäubers aus irgendeinem Grund verändert wird.

Eine andere faserige Spitze ist in einer gesonderten US-Patentschrift Nr. 4,627,903 (Alan T. Chapman) offenbart, die die Verwendung von Verbundstoffbruchstücken in der Elektrodenspitze mit scharfem Punkt offenbart, welche metallische Submikron-Fasern enthalten, die gleichmäßig in einer nichtleitenden (isolierenden) Matrix angeordnet sind.

Eine andere Art von System des Stands der Technik offenbart Elektrodenspitzen, die in einer Glockenform (mit einer ringförmigen scharfen Kante) enden. Diese Gestaltung wird gewöhnlich in Zerstäubern benutzt, die umfänglich angeordnete Öffnungen enthalten. Ein Beispiel für eine derartige Gestaltung ist in einem Papier, das durch A. J. Kelly etwa im Juli 1998 beim DOE (Diesel Engine Emissions Workshop) präsentiert wurde, in 2 ersichtlich. Ein anderes Beispiel für eine derartige Elektrodengestaltung ist in der US-Patentschrift Nr. 5,725,151 (Robert Hetrick) offenbart.

Jede dieser glockenförmigen Elektroden weist ähnliche zwingende Konzentrizitätstoleranzanforderungen wie die oben gezeigten kegelförmigen Elektroden auf.

Jede Gestaltung des Stands der Technik, auf die oben verwiesen wurde wurde, erfordert, dass für gegebene Öffnungsanordnungen strenge Toleranzen erzielt werden und eine genaue Elektrodenspitzengeometrie gewählt wird.

Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist, einen Zerstäuber bereitzustellen, bei dem die Geometrie seiner Elektrode auf eine weite Vielfalt von Öffnungsgestaltungen angewendet werden kann. Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, ein insgesamt flexibleres System mit weniger zwingenden Anforderungen für Toleranzen und hinsichtlich der Spitzengeometrie bereitzustellen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, einen Zerstäuber bereitzustellen, dessen Gestaltung und Herstellung mit verbesserter Freiheit ausgeführt wird, und der auch besonders gut für eine Großserien-Herstellung geeignet sein wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, einen Zerstäuber mit verbesserten Zerstäubungseigenschaften sowohl für Zerstäuber mit einzelner Öffnung als auch für Zerstäuber mit mehreren Öffnungen bereitzustellen.

Kurzdarstellung der Erfindung

Nach ihrem ersten breiten unabhängigen Gesichtspunkt bietet die Erfindung einen elektrostatischen Zerstäuber, umfassend einen Kanal, durch den bei Verwendung ein Fluid verläuft; eine oder mehrere Öffnungen, um dem Fluid ein Verlassen des Zerstäubers zu gestatten; und zumindest zwei Elektroden in Kontakt mit dem Fluid, wenn der Zerstäuber in Verwendung steht, damit Fluidteilchen geladen werden, wenn ein angemessenes Potential an die Elektroden angelegt wird; der durch den Umstand gekennzeichnet ist, dass zumindest eine der Elektroden einen fluidkontaktierenden Bereich bietet, der eine eng angrenzende Anordnung aus nichtfaserigen leitenden Elementen umfasst, die im Allgemeinen von der Elektrode vorspringen, um eine Anordnung von einzelnen Elektrodenpunkten zu bilden, an der das Feld, das durch den Zerstäuber erzeugt wird, konzentriert ist.

Diese Gestaltung ist vorteilhaft, da sie die komplexen Anforderungen, die Elektrodenspitze mit einer besonderen Öffnung genau ausrichten zu müssen, beseitigt. Darüber hinaus kann ein Zerstäuber mit mehreren Öffnungen bei dieser Gestaltung statt wie bei den Systemen des Stands der Technik, bei denen die Elektrodenspitze in einem scharfen Punkt oder im Fall der glockenförmigen Spitze in einer Kante mit scharfem Umfang endet, mit einer Spitze mit verhältnismäßig großem Radius hergestellt werden. Diese Gestaltung wird auch einen vorteilhaft gleichmäßig zerstäubten Sprühnebel von ihren Öffnungen erzielen. Ihre Herstellung wird im Vergleich zu den vorher besprochenen Systemen des Stands der Technik ebenfalls vereinfacht sein.

Nach einem zweiten breiten unabhängigen Gesichtspunkt behandelt die Erfindung einen elektrostatischen Zerstäuber, umfassend einen Kanal, durch den bei Verwendung ein Fluid verläuft; eine oder mehrere Öffnungen, um dem Fluid ein Verlassen des Zerstäubers zu gestatten; und zumindest zwei Elektroden in Kontakt mit dem Fluid, wenn der Zerstäuber in Verwendung steht, damit Fluidteilchen geladen werden, wenn ein angemessenes Potential an die Elektroden angelegt wird; der durch den Umstand gekennzeichnet ist, dass zumindest eine der Elektroden einen fluidkontaktierenden Bereich bietet, der ein oder mehrere facettierte leitende Elemente umfasst.

Für den obigen zweiten breiten unabhängigen Gesichtspunkt gelten ähnliche Vorteile wie jene, die in Bezug auf den ersten breiten unabhängigen Gesichtspunkt angeführt sind. Diese Vorteile sind auch selbst dann vorhanden, wenn der Zerstäuber nur ein einzelnes facettiertes leitendes Element umfasst. Facettierte leitende Elemente weisen den zusätzlichen Nutzen auf, dass sie sich im Allgemeinen besonders schwer abnutzen und daher bei der Zerstäubung von Fluida, die mit hoher Frequenz eingespritzt werden, und auch insbesondere, wenn sie in Systemen angewendet werden, bei denen auf die Zerstäubung eine Explosion des zerstäubten Fluids folgt, besonders vorteilhaft sind.

Nach einem dritten breiten unabhängigen Gesichtspunkt umfasst ein elektrostatischer Zerstäuber einen Kanal, durch den bei Verwendung ein Fluid verläuft; eine oder mehrere Öffnungen, um dem Fluid ein Verlassen des Zerstäubers zu gestatten; und zumindest zwei Elektroden in Kontakt mit dem Fluid, um Fluidteilchen zu laden, wenn der Zerstäuber in Verwendung steht, wobei die oder jede Öffnung Teil einer Elektrode ist, an die bei Verwendung ein hohes Potential angelegt wird, und die Elektrode einen fluidkontaktierenden Bereich bietet, der eine eng angrenzende Anordnung aus leitenden Elementen umfasst, die im Allgemeinen von der Elektrode vorspringen, um eine Anordnung von einzelnen Elektrodenpunkten zu bilden, an der das Feld, das durch den Zerstäuber erzeugt wird, konzentriert ist.

Diese Gestaltung bezeichnet eine radikale Abweichung von der Denkart des Stands der Technik, dass die Elektrodenfläche an der Öffnung vorzugsweise glatt sein soll. Dieser Gesichtspunkt lehrt buchstäblich das Gegenteil. Er berücksichtigt auch das Anlegen der hohen Potentials an die Öffnungselektrode. Dadurch werden viele der Beschränkungen des Stands der Technik aufgehoben. Besondere Vorteile dieser Gestaltung sind in 2 gezeigt, wobei eine strenge Übereinstimmung mit einem gegebenen Bereich des Elektrodenabstands, die die Anforderung von Systemen nach 1 war, nicht länger eine Anforderung darstellt. Der Prozentsatz der Potentialladung, die im Abgabefluid zurückbehalten wird, ist beinahe ungeachtet des Elektrodenabstands hoch. Die Zerstäubung ist daher im Vergleich zu den Systemen des Stands der Technik verbessert und über einen größeren Bereich von Geometrien erzielbar.

Darüber hinaus sind die Vorteile, die unter Bezugnahme auf den ersten und den zweiten breiten unabhängigen Gesichtspunkt offenbart sind, auch bei dieser Gestaltung vorhanden.

Nach einem vierten breiten unabhängigen Gesichtspunkt umfasst ein elektrostatischer Zerstäuber einen Kanal, durch den bei Verwendung ein Fluid verläuft; eine oder mehrere Öffnungen, um dem Fluid ein Verlassen des Zerstäubers zu gestatten; und zumindest zwei Elektroden in Kontakt mit dem Fluid, um Fluidteilchen zu laden, wenn der Zerstäuber in Verwendung steht, wobei die oder jede Öffnung Teil einer Elektrode ist, an die bei Verwendung ein hohes Potential angelegt wird, und die Elektrode einen fluidkontaktierenden Bereich bietet, der ein oder mehrere facettierte leitende Elemente umfasst.

Bei dieser Gestaltung sind ähnliche Vorteile wie jene vorhanden, die im Kontext der vorhergehenden breiten unabhängigen Gesichtspunkte gezeigt wurden. Die bestimmten Vorteile des dritten breiten unabhängigen Anspruchs sind auch vorhanden, wenn sich ein einzelnes facettiertes leitendes Element im fluidkontaktierenden Bereich einer Öffnung befindet.

Nach einem untergeordneten Gesichtspunkt gemäß einem der vorhergehenden breiten unabhängigen Ansprüche sind die Elemente Diamantverbindungen oder sind sie Verbindungen, die auf Kohlenstoff beruhen und ähnliche Eigenschaften wie Diamant aufweisen. Das Benutzen von Diamanten oder ähnlicher, Verbindungen ist aufgrund der Kombination der Eigenschaften von Diamantverbindungen – besonders, wenn ihre Zähigkeit, ihre elektrische Leitfähigkeit und ihre Fähigkeit, durch die Elektrode selbst zurückbehalten zu werden, in Betracht gezogen wird – besonders vorteilhaft.

Nach einem weiteren untergeordneten Gesichtspunkt bilden die Elemente einen Teil einer Diamantbeschichtung. Eine Diamantbeschichtung ist besonders vorteilhaft, da sie leicht auf eine weite Vielfalt von Elektrodengeometrien aufgebracht werden kann und für eine Großserien-Herstellung besonders geeignet ist.

Nach einem weiteren untergeordneten Gesichtspunkt sind die Elemente Fulleren-Moleküle. Diese haben häufig eine zwanzigflächige oder eine sogenannte "Fußball"-Gestaltung, die aus geradzahligen Clustern von Cm-Arten gebildet ist, wobei m > 40 ist. Diese Gestaltung weist trotz ihrer relativen Glätte im Vergleich mit Diamantkristallen eine überraschend vorteilhafte Wirkung auf die Zerstäubung auf.

Nach einem weiteren untergeordneten Gesichtspunkt sind die Elemente Kohlenstoff-64-Verbindungen. Dieses zusätzliche Merkmal ist besonders vorteilhaft, da seine Anwendung eine verbesserte Zerstäubung erzielt und das System flexibler und für eine Großserien-Herstellung geeignet macht.

Nach einem weiteren untergeordneten Gesichtspunkt liegt die Große eines oder mehrerer Elemente unter 500 Mikron. Unter dieser Größe wird die Zerstäubergestaltung vorteilhaft flexibel und beseitigt sie die zwingenden Toleranzanforderungen und Beschränkungen des Stands der Technik hinsichtlich der Geometrie der Elektrode.

Vorteilhaft kann die Größe eines oder mehrerer Elemente im Bereich von 10 bis 150 Mikron enthalten sein. Auf diesen Ebenen wird die Flexibilität sogar weiter verbessert, während die vorteilhaften Zerstäubungseigenschaften behalten werden. Die Kosten zur Herstellung von Zerstäubern innerhalb dieses Bereichs sind ebenfalls besonders günstig.

Nach einem weiteren untergeordneten Gesichtspunkt enthält eine erste Elektrode eine Anordnung der Öffnungen und ist eine zweite Elektrode von der ersten Elektrode beabstandet, um dazwischen den Durchgang von Fluid zu gestatten, wobei die fluidkontaktierende Fläche der zweiten Elektrode eine Anordnung der Elemente enthält, die sich im Wesentlichen über der Anordnung von Öffnungen befindet. Einer der Vorteile dieser besonderen Gestaltung ist, dass die Zerstäubung weiter verbessert wird, da sie zwischen den verschiedenen Öffnungen des Zerstäubers besonders gut ausgeglichen ist.

Vorteilhaft kann die Fläche der zweiten Elektrode, die über den oder jeden Abschnitt, welcher sich zwischen Öffnungen befindet, bereitgestellt ist, von den Elementen frei sein. Das Zurechtmachen des Zerstäubers auf diese Weise verringert die Anzahl der Elemente, die nötig sind, um eine verbesserte Zerstäubung zu erzielen, und ist gleichermaßen für eine Herstellung in Großserien empfänglich.

Nach einem weiteren untergeordneten Gesichtspunkt enthält eine erste Elektrode eine Anordnung der Öffnungen und ist eine zweite Elektrode von der ersten Elektrode beabstandet, um dazwischen den Durchgang von Fluid zu gestatten, wobei die erste Elektrode zusätzlich eine Anordnung von Elementen enthält.

Bei dieser Gestaltung kann eine höhere Konzentration der elektrischen Felder an den Öffnungen erzielt werden, was zu einer Verbesserung der Zerstäubungseigenschaften führen wird.

Vorteilhaft ist die oder jede Öffnung dazu geeignet, einen im Wesentlichen radialen Fluss zu erzielen, und nimmt die Anordnung von Elementen die Form eines Rings an, der von der oder jeder Öffnung beabstandet ist, um den Durchgang von Fluid durch die oder jede Öffnung zu gestatten, und im Wesentlichen über der oder jeder Öffnung angeordnet ist.

Diese Gestaltung ist vorteilhaft, da sie fähig sein kann, sich um einen Gegenstand zu legen, während sie nach wie vor die Zerstäubung eines Fluids verbessert, während sie die Beschränkungen des Stands der Technik, insbesondere hinsichtlich der Konzentrizitätstoleranzen, die offensichtlich sind, wenn glockenförmige Elektrodenspitzen verwendet werden, beseitigt.

Kurze Beschreibung der Figuren

1 zeigt die Eigenschaften eines Systems des Stands der Technik.

2 zeigt die Eigenschaften einer erfinderischen Gestaltung.

3 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines Teils eines erläuternden Zerstäubers nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

4 zeigt eine weitere schematische Querschnittansicht eines Teils eines Zerstäubers nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

5 veranschaulicht eine weitere Querschnittansicht eines Teils eines Zerstäubers nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

6 stellt eine weitere Querschnittansicht eines Teils eines Zerstäubers nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung dar.

7 zeigt eine Querschnittansicht eines Teil eines Zerstäubers nach einer fünften Ausführungsform der Erfindung.

8 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils eines Zerstäubers nach einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.

9 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils eines Zerstäubers nach einer siebenten Ausführungsform der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Figuren

1 und 2 sind im Kontext der vorhergehenden Abschnitte ausführlich besprochen.

3 zeigt einen elektrostatischen Zerstäuber, der allgemein mit 1 bezeichnet ist. Der Zerstäuber ist in Verbindung mit einem Fluidversorgungssystem 2 tätig, das Fluid zuerst durch einen Fluiddurchgang 3, der ringförmig und im Wesentlichen mit der Längsachse des Zerstäubers konzentrisch ist, in den Zerstäuber leitet. Der Fluiddurchgang 3 ist zwischen einer Wand 4 und einem Isolator 5 gebildet. Der Isolator legt sich um die Außenfläche einer Mittelelektrode 6, um das Fluid im Durchgang 3 elektrisch von der Mittelelektrode 6 zu isolieren.

Nach dem Fluiddurchgang 3 betritt das Fluid eine Zerstäubungskammer 7.

Im unteren Bereich der Wand 4 ist eine Anordnung von Öffnungen wie etwa die mit 8 bezeichnete bereitgestellt.

Eine Hochspannungsleistungsquelle 9 ist sowohl an die Mittelelektrode 6 als auch an die Wand 4 angeschlossen. Die Leistungsquelle 9 soll keineswegs auf irgendeine besondere Gestaltung beschränkt sein und kann zum Beispiel eine Gleichstrom(GS)- oder sogar eine Wechselstrom(WS)-Quelle sein. Der Fachmann wird natürlich ein passendes Potential, das angelegt werden soll, und, falls nötig, jegliche nützlichen Zeitabhängigkeiten aus bekannten Alternativen wählen. Es ist im Umfang der Erfindung auch ins Auge gefasst, dass die Elektroden, mit denen die Leistungsquelle betrieben werden soll, entweder positive oder negative Elektroden sein können. Jede derartige Abwandlung wird für den fachkundigen Adressaten dieser Anmeldung zweifellos selbstverständlich sein und wird daher für die Zwecke dieser Beschreibung nicht weiter ausführlich beschrieben werden.

Die Mittelelektrode 6 weist die Eigenschaft auf, dass sie in einer Kurve mit großem Radius endet, die von einer Diamantbeschichtung 10 bedeckt ist, welche die gesamte fluidkontaktierende Fläche der Elektrode bedeckt.

Die Diamantbeschichtung 10 besteht aus Diamantelementen von, sagen wir, 10 Mikron wie den mit 11 bezeichneten, die von der Elektrode vorspringen, um eine Elektrodenspitze 12 zu bilden. Bei dieser Elementgröße kann der Herstellungsprozess, der mit der Beschichtung verbunden ist, ein mechanischer Adhäsionsprozess sein, wobei zuerst ein Fixiermittel, das als Schicht 13 gezeigt ist, auf die Oberfläche der Elektrode aufgebracht wird, worauf die Ablagerung der Anordnung der Elemente 11 folgt. Der Fachmann kann die Elektrode auch durch andere bekannte Prozesse wie etwa Plasma- oder Gasabscheidung beschichten. Der Plasmaabscheidungsprozess wird für Elementablagerungen in der Nanogrössennordnung besonders ins Auge gefasst werden.

Alternativ können die Elemente 11 durch Kohlenstoff-64-Verbindungen wie etwa die in der Figur durch 14 bezeichneten ersetzt werden. Das Element 14 kann eine allgemein kugelförmige Form aufweisen und springt von der Elektrode vor, um einzelne Elektrodenpunkte zu bilden, die die vorteilhafte Feldkonzentration, welche für eine verbesserte Zerstäubung benötigt wird, erzielen. Die Erfindung fasst auch die Verwendung einer sogenannten "diamantartigen" Beschichtung ins Auge. Diese kann eine Verbindung sein, die auf Kohlenstoff beruht und ähnliche Eigenschaften (zum Beispiel eine Härte) wie Diamant aufweist.

Die Erfindung fasst auch ins Auge, dass die Elemente aus dem gleichen Material wie die Elektrode selbst bestehen, indem zum Beispiel bestimmte Abschnitte der Oberfläche der Elektrode weggeätzt werden, damit Elemente gebildet werden, die von der Elektrode vorspringen und Teil einer Anordnung von einzelnen Elektrodenpunkten zur Konzentrierung des durch den Zerstäuber erzeugten Felds sind.

4 stellt einen elektrostatischen Zerstäuber dar, wobei Bestandteilen, die mit den in 2 verwendeten identisch sind, die gleichen, von einem Apostroph gefolgten Bezugszeichen verliehen sind. Ein kennzeichnendes Merkmal dieser Ausführungsform ist die Aufnahme einer Diamantbeschichtung 15 an der Innenfläche der Wand 4'. Zusätzlich soll durch die Leistungsquelle 9' ein hohes Potential an die Wandelektrode 4' angelegt werden, während die Mittelelektrode geerdet sein kann. Obwohl eine Diamantbeschichtung 15 eine bevorzugte Gestaltung des Zerstäubers 1' darstellt, kann sie tatsächlich auch aus einem durch den Fachmann gewählten faserigen leitenden Material gebildet sein, um eine Konzentration der Potentialladung zu erzeugen, die zu den Fluidteilchen übertragen würde, wenn diese den Zerstäuber verlassen. Im Kontext dieser Anmeldung erstrecken sich Fluidteilchen natürlich auf jegliche Teile oder Elemente eines Fluids einschließlich der tatsächlichen Moleküle oder Atome des Fluids.

Bei dieser Gestaltung findet die Zerstäubung durch jede Öffnung besonders gleichmäßig statt. Eines der Ergebnisse dieser Gestaltung ist wie vorher in 2 besprochen gezeigt.

5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines allgemein mit 16 bezeichneten Zerstäubers mit einer Mittelelektrode 17, einem Isolator 18 und einer Wand 19. Die Mittelelektrode 17 weist die Besonderheit auf, dass sie in einer kegelförmigen Spitze 20 endet, die eine Anordnung von Elementen enthält, welche in einer Beschichtung aus Diamant 21 eingerichtet ist.

6 zeigt einen allgemein mit 22 bezeichneten weiteren Zerstäuber mit einer Leistungsquelle 23, die eine Potentialdifferenz zwischen einer Mittelelektrode 24 und einer Wandelektrode 25 anlegt, um Fluidteilchen, die sich zwischen ihnen fortbewegen, zu laden. In der Figur sind drei Öffnungen wie die mit 26 bezeichnete dargestellt. Ein Bereich von Elementen in, zum Beispiel, einer Diamantbeschichtung, befindet sich direkt über der Öffnung 26 und ist mit 27 bezeichnet. Ein zweiter Bereich 28 befindet sich direkt über der Öffnung 29, während sich ein dritter Bereich 30 direkt über der Öffnung 31 befindet. Die Teile, die sich direkt über den zwischen den Öffnungen befindlichen Abschnitten wie etwa dem mit 32 bezeichneten befinden, sind von Elementen frei. Diese Gestaltung erzielt eine verbesserte Zerstäubung, während gleichzeitig die Menge der Elemente, die benötigt werden, um diese Art von Mehröffnungs-Zerstäubung zu erzielen, verringert wird.

7 stellt einen Zerstäuber 33 mit einer Mittelelektrode 34 und einer Wandelektrode 35 dar, der mit einer Öffnung 36 versehen ist, die fähig ist, einen im Wesentlichen radialen Fluss zu erzielen. Um den unteren Bereich der Mittelelektrode 34 ist ein Ring 37 von Elementen bereitgestellt, was gestattet, dass das Feld, das durch den Zerstäuber erzeugt wird, in jeder radialen Richtung gleichmässig konzentriert wird.

8 zeigt einen weiteren Zerstäuber 38 mit einem Fluidversorgungssystem 39 und einer Leistungsquelle 40. Die Leistungsquelle 40 legt eine verhältnismäßig hohe Spannung an die Außenelektrode 41 an, während an die Mittelelektrode 42 ein niedriges Potential angelegt wird. Die Außenelektrode 41 enthält eine Anzahl von Öffnungen, die jeweils mit 43, 44 und 45 bezeichnet sind. An der Innenfläche der Außenelektrode 41 sind Teile von Elementen 46, 47 und 48 bereitgestellt. Jeder dieser Teile von Elementen bildet einen Ring um den Einlass der verschiedenen Öffnungen. Die Innenfläche der Außenelektrode 41 zwischen diesen Teilen ist von jeglichen derartigen Elementen frei.

9 stellt einen Zerstäuber 49 dar, der drei Elektroden 50, 51 und 52 enthält. Zwischen den Elektroden 50 und 51 kann ein elektrischer Isolator 53 bereitgestellt sein. Eine derartige Gestaltung kann auf eine Vielfalt von Arten elektrisch angeschlossen werden. Eine der Arten des elektrischen Anschlusses wäre, die Elektrode 52 zu erden, während ein sehr hohes Potential (z.B. 30 bis 40 kV) an die Elektrode 50 angelegt wird und ein hohes Potential (z.B. 6 bis 10 kV) an die Elektrode 51 angelegt wird. Eine andere Art von Anschluss wäre, ein sehr hohes Potential von zum Beispiel 30 bis 40 kV zur Außenelektrode 52 zu liefern, während ein hohes Potential von 6 bis 10 kV an die Elektrode 51 angelegt wird und die Elektrode 50 geerdet ist. Eine weitere Betriebsart wäre, ein hohes Potential an die Elektrode 52 anzulegen, während die Elektroden 50 und 51geerdet sind. In dieser Ausführungsform befindet sich der Elementteil 54 neben der Öffnung 55. Es ist im Umfang der Erfindung ist Auge gefasst, dass Elementteile wie etwa der mit 54 bezeichnete an jeder beliebigen passende Stelle im Ausgangsweg des Zerstäubers verwendet werden können.


Anspruch[de]
Elektrostatischer Zerstäuber (1, 1', 16, 22, 33, 38, 49), umfassend einen Kanal (3, 7, 8, 3', 7', 8', 26, 29, 31, 43, 44, 45, 55), durch den bei Verwendung ein Fluid verläuft; eine oder mehrere Öffnungen (8, 8', 28, 29, 31, 36, 43, 44, 45, 55), um dem Fluid ein Verlassen des Zerstäubers zu gestatten; und zumindest zwei Elektroden (6, 6', 4, 4', 17, 19, 24, 25, 34, 35, 42, 41, 51, 52) in Kontakt mit dem Fluid, wenn der Zerstäuber in Verwendung steht, damit Fluidteilchen geladen werden, wenn ein angemessenes Potential an die Elektroden angelegt wird; gekennzeichnet durch den Umstand, dass zumindest eine der Elektroden einen fluidkontaktierenden Bereich bietet, der eine eng angrenzende Anordnung (14, 15, 21, 27, 28, 29, 30, 37, 46, 47, 48) aus nichtfaserigen leitenden Elementen umfasst, die im Allgemeinen von der Elektrode vorspringen, um eine Anordnung von einzelnen Elektrodenpunkten zu bilden, an der das Feld, das durch den Zerstäuber erzeugt wird, konzentriert ist. Elektrostatischer Zerstäuber (1, 1', 16, 22, 33, 38, 49) , umfassend einen Kanal (3, 7, 8, 3' , 7' , 8' , 26, 29, 31, 43 , 44, 45, 55) , durch den bei Verwendung ein Fluid verläuft; eine oder mehrere Öffnungen (8, 8', 28, 29, 31, 36, 43, 44, 45, 55), um dem Fluid ein Verlassen des Zerstäubers zu gestatten; und zumindest zwei Elektroden (6, 6', 4, 4', 17, 19, 24, 25, 34, 35, 42, 41, 51, 52) in Kontakt mit dem Fluid, wenn der Zerstäuber in Verwendung steht, damit Fluidteilchen geladen werden, wenn ein angemessenes Potential an die Elektroden angelegt wird; gekennzeichnet durch den Umstand, dass zumindest eine der Elektroden einen fluidkontaktierenden Bereich bietet, der ein oder mehrere facettierte leitende Elemente (10, 11, 15, 21, 27, 28, 29, 30, 37, 46, 47, 48) umfasst. Elektrostatischer Zerstäuber (1, 1', 16, 22, 33, 38, 49), umfassend einen Kanal (3, 7, 8, 3', 7', 8', 26, 29, 31, 43 , 44, 45, 55) , durch den bei Verwendung ein Fluid verläuft; eine oder mehrere Öffnungen (8, 8', 28, 29, 31, 36, 43, 44, 45, 55), um dem Fluid ein Verlassen des Zerstäubers zu gestatten; und zumindest zwei Elektroden (6, 6', 4, 4', 17, 19, 24, 25, 34, 35, 42, 41, 51, 52) in Kontakt mit dem Fluid, um Fluidteilchen zu laden, wenn der Zerstäuber in Verwendung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Öffnung (43, 44, 45, 55) Teil einer Elektrode (41, 52) ist, an die bei Verwendung ein hohes Potential angelegt wird, und die Elektrode einen fluidkontaktierenden Bereich bietet, der eine eng angrenzende Anordnung (46, 47, 48, 54) aus leitenden Elementen umfasst, die im Allgemeinen von der Elektrode vorspringen, um eine Anordnung von einzelnen Elektrodenpunkten zu bilden, an der das Feld, das durch den Zerstäuber erzeugt wird, konzentriert ist. Elektrostatischer Zerstäuber (1, 1', 16, 22, 33, 38, 49), umfassend einen Kanal (3, 7, 8, 3', 7', 8', 26, 29, 31, 43 ,44, 45, 55), durch den bei Verwendung ein Fluid verläuft; eine oder mehrere Öffnungen (8, 8', 28, 29, 31, 36, 43, 44, 45, 55), um dem Fluid ein Verlassen des Zerstäubers zu gestatten; und zumindest zwei Elektroden (6, 6', 4, 4', 17, 19, 24, 25, 34, 35, 42, 41, 51, 52) in Kontakt mit dem Fluid, um Fluidteilchen zu laden, wenn der Zerstäuber in Verwendung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Öffnung (43, 44, 45, 55) Teil einer Elektrode ist, an die bei Verwendung ein hohes Potential angelegt wird, und die Elektrode einen fluidkontaktierenden Bereich bietet, der ein oder mehrere facettierte leitende Elemente umfasst. Zerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elemente Diamantverbindungen sind. Zerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elemente auf Kohlenstoff beruhen und ähnliche Eigenschaften wie Diamant aufweisen. Zerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elemente einen Teil einer Diamantbeschichtung bilden. Zerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elemente Fulleren-Moleküle sind. Zerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elemente Kohlenstoff-64-Verbindungen sind. Zerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Größe eines oder mehrerer Elemente unter 500 Mikron liegt. Zerstäuber nach Anspruch 7, wobei die Größe eines oder mehrerer Elemente im Bereich von 10 bis 150 Mikron enthalten ist. Zerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine erste Elektrode (4, 24) eine Anordnung der Öffnungen (8, 26, 29, 31) enthält und eine zweite Elektrode (6, 32) von der ersten Elektrode beabstandet ist, um dazwischen den Durchgang von Fluid zu gestatten, wobei die fluidkontaktierende Fläche der zweiten Elektrode eine Anordnung der Elemente (12, 14, 27, 28, 30) enthält, die sich im Wesentlichen über der Anordnung von Öffnungen befindet. Zerstäuber nach Anspruch 12, wobei die Fläche der zweiten Elektrode, die über den oder jeden Abschnitt (32), welcher sich zwischen Öffnungen befindet, bereitgestellt ist, von den Elementen frei ist. Zerstäuber nach Anspruch 1, 2 und 5 bis 11, wobei eine erste Elektrode (52) eine Anordnung der Öffnungen (55) enthält und eine zweite Elektrode (51) von der ersten Elektrode beabstandet ist, um dazwischen den Durchgang von Fluid zu gestatten, wobei die erste Elektrode zusätzlich eine Anordnung von Elementen (54) enthält. Zerstäuber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die oder jede Öffnung (55) dazu geeignet ist, einen im Wesentlichen radialen Fluss zu erzielen, und die Anordnung von Elementen die Form eines Rings annimmt, der von der oder jeder Öffnung beabstandet ist, um den Durchgang von Fluid durch die oder jede Öffnung zu gestatten, und im Wesentlichen über der oder jeder Öffnung angeordnet ist.






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