[发明专利]被动静电CO2

说明书

用于产生含有添加剂的静电带电且均一的CO₂复合喷雾混合物并同时在基材表面喷射的静电喷雾应用设备和方法。在CO₂和添加剂混合喷嘴与基材表面之间的空间中形成喷雾混合物。喷雾混合物是具有可变‑控制的空中和径向喷雾密度的复合流体，其包含压力‑和温度‑调节推进剂气体(压缩空气)、CO₂颗粒和添加剂颗粒。存在两种或更多种含有被动带电的CO₂颗粒的圆周高速气流，其轴对称且围绕含有一种或多种添加剂的内部低速注射气流同轴定位，以形成喷雾簇。轴对称的CO₂颗粒‑气流在形成期间被动摩擦带电，并且喷雾的成簇布置在同轴气流之间和周围产生显著的静电场和康达(Coanda)空气质量流量。

优先权声明

本申请主张2017年4月4日提交的美国临时专利申请No.62481575 和2018年4月4日提交的美国专利申请No.15945698的权益，以上专利申请以其全部内容作为参考并入。

背景技术

本发明一般地涉及用于形成和喷射CO₂复合喷雾(CleanLogix LLC的商标)的喷雾施加器。更具体地，本发明涉及使用空气、固体二氧化碳和添加剂颗粒(如有机溶剂、涂料、颜料、纳米颗粒、微磨料和润滑剂)的被动式静电喷雾喷嘴和喷雾施加器组件。

CO₂复合喷雾用于清洗、冷却和/或润滑的应用在本领域中是普遍已知的。例如，通常在车削、精确砂带磨削(precision abrasive grinding)或划片操作期间需要清洗、选择性热控制和/或润滑的硬机械加工(硬加工)过程期间使用CO₂复合喷雾。在这些应用中，CO₂复合喷雾用于延长切割工具或磨轮寿命，并改善生产力、尺寸公差和表面光洁度。

在本领域中已有几种CO₂喷雾施加器的实例，其在制造或工业过程中用于将CO₂喷雾导向基材、工件等。这些实例包括美国专利4,389,820、 4,806,171和5,725,154。然而，上述实例中的每一种均在喷雾出于清洗、冷却和润滑目的的应用中，更具体地，对于冷却和润滑目的有益的CO₂复合喷雾的形成和应用中具有缺点。

例如，CO₂复合喷雾对机械加工基材的高效且行之有效的应用存在一些挑战。当使用足够高的喷雾速度来提供足够的能量以达到切割区表面时，大部分喷雾往往会偏离所述切割区表面或围绕它们流动，而不是冲击它们。当使用低速喷雾时，则不能有效穿透具有凹口的临界表面(critical surfaces)或复杂表面。例如，在CO₂-基冷却-润滑喷雾的应用期间，观察到在从喷雾喷嘴至表面的转移期间，油添加剂团聚成非常大的沉淀。这种现象防碍CO₂冷却剂颗粒和油-基润滑剂两者在机械加工表面(加工表面， machined surface)上的均匀分布，并且如果定位在距离要机械加工的基材过远的位置，则导致大部分雾化喷雾完全错过所述基材，从而浪费了一部分所应用的喷雾。由于润滑添加剂，如油，和冷却组分固体，二氧化碳颗粒具有某些完全相反的物理化学性质——即分别具有高熔点和极低的温度，因此发生了这种现象。CO₂颗粒(即，冷却剂)的温度导致流动的润滑剂添加剂在可以在喷雾内建立起均一粒度和喷雾分布之前而过早地固化或凝胶化。这种现象抑制了均一和均匀的分散。当在喷嘴内或喷嘴头 (nozzle tip)附近发生CO₂固体颗粒和添加剂颗粒之间的混合时特别会出现这种情况，其导致产生了不一致的喷雾形状和化学性质，并且喷嘴被冷冻和团聚(结块，agglomerate)的油和添加剂堵塞。