BR112019020910A2

BR112019020910A2 - aplicador de pulverização eletrostática de compósito de co2 passivo

Info

Publication number: BR112019020910A2
Application number: BR112019020910A
Authority: BR
Inventors: P Jackson David; A Jackson Mackenzie
Original assignee: Cleanlogix Llc
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2020-04-28
Also published as: US20180280998A1; US20200282412A1; KR102302840B1; CN110740817B; MX2019011852A; US10661287B2; JP2020512934A; EP3648898B1; EP3648898A4; EP3648898A1; WO2018187513A1; CN110740817A; KR20190133765A; JP6918200B2

Abstract

um aparelho de aplicação por pulverização eletrostática e método para produzir uma mistura para pulverização de compósito de co2 homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo um aditivo e simultaneamente projetar em uma superfície de substrato. a mistura de pulverização é formada no espaço entre bocais de mistura de co2 e de aditivo e uma superfície de substrato. a mistura de pulverização é um fluido compósito tendo uma densidade de pulverização aérea e radial controlada de modo variável compreendendo gás propelente com regulação de pressão e temperatura (ar comprimido), partículas de co2, e partículas de aditivo. existem duas ou mais correntes de ar circunferenciais com velocidade elevada contendo partículas de co2 passivamente carregadas que estão posicionadas simetricamente no eixo e coaxialmente em torno de uma corrente de ar interna de injeção com velocidade inferior contendo um ou mais aditivos para formar um grupamento de pulverização. as correntes de ar-partículas de co2 simétricas no eixo são passivamente eletrizadas por contato durante formação, e a disposição do grupamento de pulverização cria um campo eletrostático significativo e fluxo de massa de ar tipo coanda entre e circundando as correntes de fluxo coaxiais.

Description

APLICADOR DE PULVERIZAÇÃO ELETROSTÁTICA DE COMPÓSITO DE CO₂PASSIVO

REIVINDICAÇÃO DE PRIORIDADE [001] Esse pedido reivindica o benefício de Pedido de

Patente Provisório US No. 62481575, depositado em 4 de abril de 2017, e Pedido de Patente US No. 15945698, depositado em 4 de abril de 2018, que são incorporados por referência em sua totalidade.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002] A presente invenção refere-se geralmente a aplicadores de pulverização para formar e projetar um CO2 Composite Spray (um nome comercial de CleanLogix LLC) . Mais especificamente, a presente invenção refere-se a um conjunto de bocal de pulverização eletrostático passivo e aplicador de pulverização empregando ar, dióxido de carbono sólido, e partículas de aditivo, como solventes orgânicos, revestimentos, tintas, nanopartículas, microabrasivos e lubrificantes.

[003] Uso de pulverizações de composite de CO2 para limpeza, resfriamento e/ou lubrificação é amplamente conhecido na técnica. Por exemplo, pulverizações de compósito de CO2 são tipicamente empregadas durante processos de usinagem difíceis requerendo limpeza, controle térmico seletivo, e/ou lubrificação durante operações de rotação, trituração abrasiva de precisão ou corte em cubos. Nessas aplicações, as pulverizações de compósito de CO2 são empregadas para estender vida útil da ferramenta de corte ou disco abrasivo, e para melhorar produtividade, tolerância dimensional e acabamento da superfície.

[004] São encontrados, na técnica, vários exemplos de

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 8/74

2/50 aplicadores de pulverização de CO₂ que são empregados para direcionar um pulverizador de CO2 aos substratos, peças de trabalho e similares, em processos de fabricação ou industriais. Tais exemplos incluem Patentes US 4.389.820, 4.806.171 e 5.725.154. Cada uma das mencionadas acima, no entanto, apresenta deficiências nas aplicações de CO₂ para fins de limpeza, resfriamento e lubrificação, mais especialmente a formação e aplicação de pulverizações de compósito de CO₂ benéficos para as finalidades de resfriamento e lubrificação.

[005] Por exemplo, a aplicação eficiente e efetiva de pulverizações de compósito de CO₂ sobre substratos usinados apresenta vários desafios. Quando velocidades de pulverização suficientemente elevadas são empregadas para fornecer energia suficiente para alcançar superficies de zona de corte, a maior parte da pulverização tende a se desviar de ou escoar ao redor das superfícies da zona de corte em vez de colidir sobre as mesmas. Quando pulverizações de velocidade baixa são empregadas, superfície críticas com recessos ou superfícies complexas não podem ser penetradas efetivamente. Por exemplo, durante aplicação de pulverizações de resfriamento-lubrificação à base de CO₂, é observado que aditivo de óleo se aglomera em precipitações muito grandes durante transição de bocais de pulverização para superfícies. Esse fenômeno interfere com a distribuição uniforme de tanto as partículas de líquido refrigerante de CO₂ como de lubrificante à base de óleo em superfícies usinadas e leva uma grande porção da pulverização atomizada a não alcançar o substrato completamente se posicionada em um local muito distante do

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 9/74

3/50 substrato sendo usinado, desperdiçando uma porção da pulverização aplicada. Esse fenômeno ocorre porque o aditivo lubrificante, como um óleo, e um componente de liquido refrigerante, partículas de dióxido de carbono sólidas, têm certas propriedades fisicoquímicas que estão em oposição completa - isto é, ponto de fusão elevado e temperatura extremamente baixa, respectivamente. A temperatura das partículas de CO2 (isto é, refrigerante) levam um aditivo lubrificante fluente a solidificar ou gelificar prematuramente antes de um tamanho de partícula uniforme e distribuição de pulverização serem estabelecidos dentro da pulverização. Esse fenômeno inibe dispersões uniformes e homogêneas. Esse é particularmente o caso quando a mistura entre as partículas sólidas de CO2 e partículas de aditivo ocorre dentro do bocal ou próximo da ponta de bocal, resultando em padrões e química de pulverização inconsistentes e o bocal se torna entupido com óleo e aditivos congelados e aglomerados.

[006] A técnica anterior contém vários exemplos de técnicas de aplicação de pulverização de CO2 para incorporar aditivos benéficos em uma pulverização de compósito de CO2. Exemplos incluem a adição de aditivos de solvente orgânico para intensificar o desempenho de limpeza da pulverização, aditivos lubrificantes para intensificar o desempenho de usinagem, e aditivos de plasma para intensificar modificação de superfície para ligação adesiva. Exemplos de técnica anterior com respeito a isto incluem Patentes US 5.409.418, 7.451.941, 7.389.941 e 9.352.355. Em cada um dos exemplos anteriormente mencionados, um fluido aditivo compreendendo íons,

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 10/74

4/50 solvente, óleo, ou um plasma, respectivamente, é adicionado diretamente em uma pulverização de partícula de CO₂centralmente disposta usando um meio de injeção que é integrado com o dispositivo de bocal de pulverização de CO2 e, em alguns casos, incluem um meio para ativamente carregar as partículas de aditivo usando alta tensão e um eletrodo para intensificar a atração , mistura e atomização de partículas de aditivo. No entanto, como já notado, esse tipo de esquema de injeção introduz restrições para aditivos de pulverização que são inerentemente incompatíveis com a físico-química da pulverização de CO₂em ou próximo do bocal de formação de pulverização. Por exemplo, pressão e velocidade de pulverização elevadas, temperatura muita baixa, e carregamento eletrostático passivo dentro do corpo de bocal de partícula de CO₂ e saída introduzem restrições de fluxo e mistura para óleos de ponto de fusão elevado. Óleos naturais de peso molecular elevado, como óleo de soja e de canola, proporcionam qualidades superiores para aplicações de usinagem, mas podem gelificar ou solidificar em temperaturas muito maiores do que aquelas presentes dentro de ou próximas da saída do bocal de partícula de CO₂. Exacerbando esse problema, estão presentes campos eletrostáticos e cargas durante a formação e ejeção de partículas de CO₂ dentro de e a partir do bocal. O carregamento da pulverização usando um eletrodo de alta tensão ou passivamente carregando (tribocarregamento) o aditivo e/ou partículas de CO₂, respectivamente, eletrostaticamente, carrega e coalesce as películas de óleo de ponto de fusão elevado subrefrigeradas em géis e massas grandes e grudentas próximas de ou dentro

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 11/74

5/50 da ponta do bocal o que inibe fluxo e injeção na corrente de partículas de CO₂. Ademais, essas maiores massas de partículas de aditivo uma vez injetadas na corrente fria de partículas de CO2 e projetadas em uma superfície alvo inibem a penetração no espaço em uma área de superfície muito baixa, por exemplo dentro de uma zona de corte compreendendo ferramenta de corte, peça de trabalho e a fenda de corte. O resultado é uma pulverização com variância de composição ao longo do tempo - massas de partículas grandes com área de superfície baixa ou uma completa ausência de partículas de lubrificação. Além disso, o aparelho de injeção de aditivo e métodos da técnica anterior requerem um esquema de injeção de aditivos individual para cada bocal de pulverização de CO2 necessitando esquemas mais complicados de configuração de múltiplas pulverizações em aplicações requerendo maiores densidades de pulverização radial e aérea para uma aumentada produtividade ou utilidade da aplicação.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO [007] Um aparelho para produzir uma pulverização de compósito de CO2 homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo um aditivo para uso em uma superfície de substrato compreendendo: eletrodos de bocais múltiplos podem ser posicionados simetricamente no eixo em torno de um bocal de injeção de aditivo; referidos eletrodos de bocal podem compreender um corpo alongado com uma ponta de bocal com um furo passante central, e surgindo a partir do furo passante central, podem estar múltiplas ou pelo menos três aberturas passantes axissimétricas; as múltiplas ou pelo menos três aberturas passantes podem formar três guias de assentamento

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 12/74

6/50 ou porções de suporte para centralizar e posicionar um conjunto de tubo de expansão ajustável; o conjunto de tubo de expansão ajustável pode compreender um primeiro capilar dentro de um segundo capilar; o primeiro e o segundo capilares podem ser ajustáveis dentro do furo passante central; o bocal de injeção de aditivo pode compreender um corpo de bocal de injeção de aditivo com aberturas passantes e aterrado contendo um tubo de entrega de aditivo, e o corpo de bocal de injeção de aditivo aterrado pode fluir ar para formar um aerossol de ar-aditivo; pelo que partículas de CO₂ são escoadas através do conjunto de tubo de expansão ajustável para criar uma carga eletrostática, que é derivada para as três guias de assentamento ou porções de suporte para eletrostaticamente carregar os eletrodos de bocal, e as partículas de CO2 então misturam com ar para formar aerossol de ar-CO₂; os eletrodos de bocal eletrostaticamente carregados e o aerossol de ar-CO₂ pode passivamente carregar o aerossol de ar-aditivo; o aerossol de ar-aditivo e o aerossol de ar-CO₂combinam afastados dos bocais para formar o aerossol de araditivo-C0₂ eletrostaticamente carregado, que é projetado na superfície de substrato, pelo que as partículas de CO₂ e o aditivo interagem para formar a pulverização de composite de CO₂ homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo uma mistura de aditivo no espaço entre os bocais e a superfície de substrato; e a pulverização de composite de CO₂ homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo um aditivo pode ser projetada em uma superfície de substrato; os últimos dois eletrodos de bocal podem ser dispostos simetricamente no eixo em torno do bocal de injeção de

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 13/74

7/50 aditivo; o aditivo pode compreender líquidos escoáveis, orgânicos e inorgânicos, e sólidos; a superfície de substrato pode ser uma zona de corte; o aditivo é um lubrificante de usinagem.

[008] Um aparelho para produzir uma pulverização de compósito de CO₂ homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo um aditivo para uso em uma superfície de substrato compreendendo: eletrodos de bocais múltiplos posicionados simetricamente no eixo em torno de um bocal de injeção de aditivo; referidos eletrodos de bocal compreendendo um corpo alongado com uma ponta de bocal com um furo passante central, e surgindo a partir do furo passante central estão aberturas passantes axissimétricas múltiplas; contíguas ou próximas às referidas aberturas passantes múltiplas estão guias de assentamento para centralizar e posicionar um conjunto de tubo de expansão ajustável; o conjunto de tubo de expansão ajustável compreende um primeiro capilar dentro de um segundo capilar; o primeiro e o segundo capilares são ajustáveis dentro do furo passante central; o bocal de injeção de aditivo compreendendo um corpo de bocal de injeção de aditivo com aberturas passantes e aterrado contendo um tubo de entrega de aditivo, e o corpo de bocal de injeção de aditivo aterrado escoa ar para formar um aerossol de ar-aditivo; pelo que partículas de CO2 são escoadas através do conjunto de tubo de expansão ajustável para criar uma carga eletrostática, que é derivada para as guias de assentamento para eletrostaticamente carregar os eletrodos de bocal, e as partículas de CO2 então de misturam com ar para formar aerossol de ar-CCh; os eletrodos de bocal eletrostaticamente carregados e o

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 14/74

8/50 aerossol de ar-CO₂ passivamente carregam o aerossol de araditivo; o aerossol de ar-aditivo e o aerossol de ar-CO₂combinam afastados dos bocais para formar o aerossol de araditivo-C0₂ eletrostaticamente carregado, que é projetado na superfície do substrato, pelo que as partículas de CO₂ e o aditivo interagem para formar a pulverização de compósito de CO₂ homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo uma mistura de aditivo no espaço entre os bocais e a superfície de substrato; e a pulverização de compósito de CO₂ homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo um aditivo é projetada na superfície de substrato. Surgindo do furo passante central, estão múltiplas ou pelo menos três aberturas passantes axissimétricas; e referidas múltiplas ou pelo menos três aberturas passantes formam três guias de assentamento para centralizar e posicionar um conjunto de tubo de expansão ajustável; pelo menos dois eletrodos de bocal são dispostos simetricamente no eixo em torno do bocal de injeção de aditivo; o aditivo compreende líquidos escoáveis, orgânicos e inorgânicos, e sólidos; a superfície de substrato é uma zona de corte; e o aditivo é um lubrificante de usinagem.

[009] Um aparelho de eletrodo de bocal para produzir um campo eletrostático compreendendo: um corpo alongado com uma ponta de bocal com um furo passante central, e surgindo a partir do furo passante central estão pelo menos três aberturas passantes axissimétricas; referidas pelo menos três aberturas passantes formando três guias de assentamento para posicionar um conjunto de tubo de expansão ajustável; o conjunto de tubo de expansão ajustável compreende um primeiro capilar dentro de um

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 15/74

9/50 segundo capilar; o primeiro e o segundo capilares são ajustáveis em posição dentro do furo central com abertura passante; e pelo que partículas de CO₂ são escoadas através do conjunto de tubo de expansão ajustável para criar uma carga eletrostática, que é derivada para as três guias de assentamento para eletrostaticamente carregar o eletrodo de bocal; o aparelho pode ser construído de material semicondutor ou metal; ele pode ser entre 1,27 e 15,24 cm de comprimento; e pode ser derivado para aterramento.

[0010] Um método para tratar uma superfície usando um aparelho para produzir uma pulverização de composite de CO2 homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo um aditivo para uso em uma superfície de substrato compreendendo: eletrodos de bocais múltiplos posicionados simetricamente no eixo em torno de um bocal de injeção de aditivo; referidos eletrodos de bocal compreendendo um corpo alongado com uma ponta de bocal com um furo passante central, e surgindo a partir do furo passante central são aberturas passantes axissimétricas múltiplas; próximo às referidas aberturas passantes múltiplas são guias de assentamento para centralizar e posicionar um conjunto de tubo de expansão ajustável; o conjunto de tubo de expansão ajustável compreende um primeiro capilar dentro de um segundo capilar; o primeiro e o segundo capilares são ajustáveis dentro do furo passante central; o bocal de injeção de aditivo compreendendo um corpo de bocal de injeção de aditivo com aberturas passantes e aterrado contendo um tubo de entrega de aditivo, e o corpo de bocal de injeção de aditivo aterrado escoa ar para formar um aerossol de ar-aditivo; pelo que partículas de CO2 são

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 16/74 / 50 escoadas através do conjunto de tubo de expansão ajustável para criar uma carga eletrostática, que é derivada para as guias de assentamento para eletrostaticamente carregar os eletrodos de bocal, e as partículas de CO₂ então misturam com ar para formar aerossol de ar-CO₂; os eletrodos de bocal eletrostaticamente carregados e o aerossol de ar-CO₂passivamente carregam o aerossol de ar-aditivo; o aerossol de ar-aditivo e o aerossol de ar-CO₂ combinam afastados dos bocais para formar o aerossol de ar-aditivo-C0₂eletrostaticamente carregado, que é projetado na superfície de substrato, pelo que as partículas de CO₂ e o aditivo interagem para formar a pulverização de composite de CO₂homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo uma mistura de aditivo no espaço entre os bocais e uma superfície de substrato; e a pulverização de composite de CO₂ homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo um aditivo é projetada na superfície de substrato, compreendendo as etapas: posicionar o aparelho em uma primeira posição afastada da superfície de substrato; revestir a superfície de substrato com uma pulverização de composite de CO₂ homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo o aditivo; parar o revestimento do serviço do substrato com a pulverização de composite de CO₂ homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo o aditivo; posicionar o aparelho em uma segunda posição; e remover o aditivo da superfície do substrato por aplicação da pulverização de composite de CO₂ homogêneo e eletrostaticamente carregado sem o aditivo. Esse método também tem uma primeira posição estando entre 15,24 e 45,72 cm de uma superfície de substrato; um período de imersão de

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 17/74 / 50 entre 1 e 600 segundos segue a aplicação da pulverização de composite de CO₂ homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo o aditivo na primeira posição; a segunda posição está entre 1,27 e 15,24 cm a partir de uma superfície de substrato; o aditivo compreende liquidos escoáveis,

orgânicos	e inorgânicos,	e sólidos;	a	superfície de
substrato [0011]	é uma superfície fabricada. 0 presente aspecto prevê	um	aparelho para
produzir	uma pulverização	de compósito	de	C0₂ homogêneo e

eletrostaticamente carregado contendo um aditivo. A presente invenção supera as restrições de mistura de aditivo e projeção de pulverização da técnica anterior posicionando um bocal de injeção e atomização de aditivo no centro de e coaxial com dois ou mais bocais de pulverização de composite de CO2 simetricamente posicionados no eixo e passivamente carregados. A nova disposição de pulverização em agrupamento com campo eletrostático e gradientes conduzidos por velocidade para misturar aditivo e partículas de CO₂, e fluxo de ar induzido para auxiliar propulsão da pulverização de composite e distribuição possibilita a formação de virtualmente qualquer variedade de composições de pulverização de fluido composite de CO₂. Unicamente, uma pulverização de fluido composite de CO₂ de múltiplos componentes da presente invenção é formada em espaço durante trânsito para um substrato alvo, separado do meio de injeção de CO₂ e partículas de aditivo, para eliminar interferências introduzidas por mudança de fase e fenômeno de carregamento de contato direto. Pulverizações de CO₂ agrupadas simetricamente no eixo circundando um fluxo de pulverização de aditivo centralmente posicionado

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 18/74 / 50 cria gradientes de campo eletrostático e de velocidade ajustáveis e uniformes.

[0012] A presente invenção elimina restrições impostas pelas várias diferenças fisicoquímicas entre química de pulverização de aditivo e química de pulverização de CO₂. Qualquer variedade de sólidos arrastados no fluido ou microscópicos escoáveis, líquidos leves e viscosos, gases voláteis e condensáveis, líquidos iônicos, aquosos e não aquosos, e misturas dos mesmos, pode ser usada. Além disso, aditivos discretos ou misturas de líquidos de ebulição elevada, compostos de ponto de fusão elevado, nanopartícuias, compostos iônicos, fluidos ionizados, fluidos ozonizados, dispersões, ou suspensões podem ser usados. Ainda mais, a utilidade de uma pulverização de compósito de CO2 é estendida com a presente invenção. Por exemplo, a presente invenção pode ser usada para aplicar revestimentos de superfície benéficos tais como agentes de prevenção de ferrugem, revestimentos primários, e tintas imediatamente após as operações de limpeza com pulverização de compósito de CO₂.

[0013] Outro aspecto da presente invenção é prever um aparelho e método para fornecer maiores densidades de pulverização aéreas e radiais para uma pulverização de compósito de CO₂ para melhorar produtividade de processo de pulverização. Vantagens das pulverizações de compósito de CO₂ como comparadas com pulverizações convencionais de neve de CO₂ incluem a capacidade para ajustar concentração de partículas de CO₂ em gás propulsor, pressão de pulverização, e temperatura de mistura de pulverização. No entanto, limitações são as densidades baixas de

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 19/74 / 50 pulverizações aéreas e radiais - área de pulverização para um aplicador de pulverização de CO₂. Isso limita a produtividade em muitas aplicações industriais e a técnica corrente usada para sobrepor essa limitação consiste em empregar disposições amplas de bocal de pulverização com múltiplas aberturas. No entanto, como já discutido, meios convencionais para adicionar aditivos benéficos tornam esse tipo de disposição muito complicado e incompatível com as químicas dos aditivos de ponto de fusão elevado.

[0014] Outro aspecto da presente invenção consiste em prever um novo aparelho de bocal de mistura de pulverização de compósito de CO2, usinado, de descarga elétrica (EDM) que é usado para seletivamente posicionar um conjunto de injeção de partícula de CO₂ ajustável (isto é, Patentes US 9.221.057, Figura 4B (502)) em uma região mais central de um fluxo supersônico de gás propulsor enquanto simultaneamente derivando carga eletrostática a partir das superfícies do conjunto de injeção de partícula de CO₂ajustável para criar um bocal de pulverização eletrostaticamente carregado.

[0015] Em ainda outro aspecto da presente invenção, uma operação de revestimento de pré-tratamento de superfície é seguida por uma operação de limpeza de precisão. Em certas aplicações de limpeza, contaminação de superfície pode ser muito difícil de remover usando uma pulverização de compósito de CO₂ apenas. A presente invenção ensina um processo de pré-tratamento exemplar para aplicar um revestimento uniforme de agentes de prétratamento (preferivelmente) com alto ponto de ebulição que primeiro solubilizam (ou de outra forma desnaturam) o

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 20/74 / 50 contaminante de superfície complexo antes de ou simultaneamente durante limpeza de pulverização com uma pulverização de compósito de CO₂.

[0016] Finalmente, a presente invenção é útil para formar pulverizações de compósito de CO2 híbridas usando virtualmente qualquer química de aditivo que intensifica uma aplicação particular de pulverização, tal como limpeza de precisão, usinagem dura, moagem abrasiva de precisão, ligação adesiva, ou desinfecção de superfície. O novo aplicador de pulverização de compósito de CO2 da presente invenção foi desenvolvido para funcionar mais eficientemente com sistemas de geração de pulverização de compósito de CO2 desenvolvidos pelo primeiro inventor citado. Os sistemas preferidos de geração de pulverização de compósito de CO2 para empregar a presente invenção incluem as Patentes US Nos. 5.725.154, 7.451.941, e

9.221.067, e por referência as mesmas são incorporadas na presente invenção em sua totalidade. A presente invenção introduz tais refinamentos. Em suas modalidades preferidas, a presente invenção tem vários aspectos ou facetas que podem ser usados independentemente, embora sejam preferivelmente empregados juntos para otimizar seus benefícios. Todos os princípios e vantagens operacionais precedentes da presente invenção serão mais completamente apreciados em consideração com a seguinte descrição detalhada, com referência aos desenhos em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0017] Figura 1 é um trecho extraído da Patente US

5.409.418 (Figura 1) da técnica anterior descrevendo um aplicador de pulverização de neve com meio de injeção

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 21/74 / 50 coaxial de aditivo de gás ionizado para uso com um sistema de pulverização de neve de CO2 convencional.

[0018]

Figura 2 é um trecho do processo e aparelho de limpeza de fluido denso da patente US 7.451.941 (Figura 5) de técnica anterior descrevendo um aplicador de pulverização coaxial descrevendo um meio de injeção de aditivo coaxial interno.

[0019]

Figura 3 é um trecho da Patente US 7.389.941 da técnica anterior (Figura 2) descrevendo um bocal coaxial de mistura de pulverização usando um meio externo de injeção de aditivo de fluxo Coanda para uso com sistema exemplar de pulverização de compósito de CO2 descrito sob Figura 2, Patente US No. 7.451.941.

[0020] Figuras 4a e 4b mostram fotografias lado a lado comparando uma pulverização de limpeza de compósito ar-CO2 com uma pulverização de usinagem de compósito de ar-CChóleo usando um aparelho e método de pulverização tipo Coanda da técnica anterior de Figura 3.

[0021] Figuras 5a e 5b ilustram esquematicamente aspectos básicos e funções de bocais de pulverização de compósito de CO2 gerando campo eletrostático exemplar, bocal de injetor de aditivo, e disposição em agrupamento simétrico em um eixo do mesmo para formar um aparelho de pulverização de compósito de CO2 de carregamento passivo.

[0022] Figuras 6a, 6b, e 6c ilustram configurações exemplares de bocal de pulverização em agrupamento simétrico no eixo para uso com a presente invenção.

[0023] Figuras 7a e 7b ilustram uma disposição de aplicadores de pulverização em agrupamento múltiplo para ajustar ambas as densidades de pulverização aérea e radial.

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 22/74 / 50 [0024] Figura 8 é uma vista esquemática mostrando o campo eletrostático simétrico estabelecida sobre um bocal injetor de aditivo de aterramento flutuante disposto centralmente e entre bocais carreadores de carga flutuantes dispostos simetricamente em um eixo.

[0025] Figura 9 descreve a formação de uma pulverização de compósito em espaço compreendendo partículas de CO2 passivamente carregadas e partículas de aditivo em ar, e aplicação a um substrato exemplar.

[0026] Figuras 10a, 10b, 10c, lOd, e lOe mostram vista de lado, de trás e de frente, e em corte isométrico de um projeto exemplar para um bocal de pulverização de compósito de CO2 de geração de carga eletrostática passiva para uso com a presente invenção.

[0027] Figuras 11a, 11b, e 11c mostram vistas isométricas lado, de trás e de frente de um projeto exemplar para um bocal injetor de aditivo atomizante exemplar para uso com a presente invenção.

[0028] Figuras 12a, 12b, e 12c mostram vistas isométricas opostas de trás, de fundo e de frente de um projeto exemplar para um corpo de aplicador de pulverização em agrupamento 4x1 para dispor simetricamente no eixo os bocais de pulverização de compósito de CO2 e bocal de injeção de aditivo, e meios para fornecer ar propulsor, partículas de CO2, e aditivos para usar os mesmos.

[0029] Figura 13 é uma vista isométrica de um conjunto de pistola manual, impressão em 3D, exemplar usando o aplicador de pulverização exemplar de Figura 12.

[0030] Figura 14 é uma fotografia de uma pulverização de compósito ar não aquecido-CC>2-óleo gerado usando um

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 23/74 / 50 bocal de pulverização em agrupamento 4x1 da presente invenção.

[0031] Figura 15 é um pré-tratamento de superfície exemplar e processo de limpeza usando a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0032] A presente invenção é um aparelho de aplicação por pulverização eletrostática e método para produzir uma mistura para pulverização de compósito de CO2 homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo um aditivo e simultaneamente projetando em uma superfície de substrato. A mistura para pulverização de compósito de CO2 é formada no espaço entre bocais de mistura de CO2 e de aditivo e uma superfície de substrato. A mistura para pulverização de compósito de CO2 é um fluido compósito tendo uma densidade de pulverização aérea e radial controlada de modo variável compreendendo gás propulsor regulado em pressão e temperatura (isto é, ar comprimido), partículas de CO2, e partículas de aditivo. A invenção compreende duas ou mais correntes de ar circunferenciais com velocidade elevada contendo partículas de CO2 passivamente carregadas que estão posicionadas simetricamente no eixo e coaxialmente em torno de uma corrente de ar de injeção interna e de velocidade menor contendo um ou mais aditivos para formar um agrupamento de pulverização. Um ou mais grupos de pulverização podem ser usados para formar uma configuração maior de agrupamento de pulverização. As correntes de arpartículas de CO2 simétricas no eixo são passivamente tribocarregadas durante formação e uma disposição do pulverização em agrupamento cria um campo eletrostático significante e fluxo de massa de ar tipo Coanda entre e

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 24/74 / 50 circundando as correntes de fluxo coaxiais. Dentro do agrupamento de pulverização, a corrente de aditivo-ar posicionada centralmente exerce um pequeno arrasto viscoso e se comporta como um anodo relativo às correntes circunferenciais de particula de CO2~ar comportando-se como catodos o que leva a corrente carregada de particula de CC>2-ar e partículas da corrente de aditivo-ar a coalescer em espaço sob a influência do campo eletrostático polarizado criado dentro do espaço entre os mesmos para formar uma corrente de pulverização de partícula de adit ivo-ar-CC>2 uniforme e híbrida. Usando a presente invenção, qualquer variedade de correntes de pulverização de partícula de aditivo-ar-C02 híbrida pode ser criada para aplicações em fabricação industrial, como revestimento, limpeza, desinfecção e resfriamento-lubrificação.

[0033] Figura 1 é um trecho da Patente US 5.409.418 da

técnica anterior	(Figura	1) descrevendo um	aplicador	de
pulverização de	neve com	um meio de injeção coaxial	de
aditivo de gás	ionizado	para uso com um	sistema	de
pulverização de	neve de	CO2 convencional.	Mostrado	em

Figura 1, CO2 líquido (2) é fornecido através de uma válvula de micromedição (4) que ajustavelmente mede o CO2 líquido através de um orifício interno de um bocal de pulverização de neve (6) que rapidamente expande (8) para formar um aerossol de partícula- gás CO2 muito gelado ou pulverização de neve (10) . Envolvendo referido bocal de pulverização de neve (6) é fixado um dispositivo de ionização de gás (12) que produz um potencial de alta tensão positivo ou negativo através do qual um gás como um ar comprimido (14) é escoado no meio de ionizador para

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 25/74 / 50 produzir um escudo coaxial ou blindagem de gás ionizado (16) circunferencialmente em torno da corrente de neve expandida (10) para formar uma pulverização de limpeza compreendendo aerossol de CO2 expandido (10) e bainha de ar ionizado circundante (16), que é seletivamente projetada (18) em uma superfície de substrato (20). Há várias desvantagens associadas com pulverizações de neve convencionais, tais como as mencionadas em '418, que levaram ao desenvolvimento de uma pulverização de composite de CO2 pelo inventor citado em primeiro lugar. Essas restrições incluem uma temperatura de pulverização muito baixa, umidade atmosférica e condensação de vapor orgânico, e uso excessivo de CO2, dentre outros. O esquema de ionização de '418 injeta gás ionizado em torno de uma corrente de neve de CO2 centralmente disposta. A corrente de neve de CO2 centralmente disposta é muito mais fria e densa do que a corrente de gás ionizado circunferencial e está rapidamente se expandindo em direção para fora do eixo de pulverização central em velocidade quase-sônica devido à sublimação das partículas de CO2. Embora esse esquema seja útil para prevenir a introdução da atmosfera externa na pulverização de neve fria centralmente disposta, e particularmente próxima da zona de limpeza fria em um substrato sendo tratado pela mesma, essa disposição de injeção de aditivo dificulta a mistura uniforme de carga eletrostática benéfica neutralizando íons nas regiões mais centrais da pulverização e, particularmente, na zona de limpeza de contato no próprio substrato. Além disso, o uso de um dispositivo de ionização de alta tensão no bocal de limpeza de pulverização não é desejável de uma perspectiva

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 26/74 / 50 de segurança e a exigência de utilizar um ionizador volumoso para cada bocal de pulverização de CO2 aumenta ο custo de equipamento e restringe o desenvolvimento e uso de pulverizações de processamento de CO2 tendo densidades de pulverização radiais e aéreas muito elevadas. Finalmente, o esquema de injeção de '418 não pode ser usado para injetar aditivos líquido e sólidos para produzir uma composição de pulverização de CO2 homogênea similar devido às restrições anteriormente mencionadas como expansão de pulverização de neve de CO2, segmentação de corrente de fluxo, e temperaturas muito frias.

[0034] Figura 2 mostra um trecho do processo e aparelho de limpeza de fluido denso da patente US 7.451.941 da técnica anterior (Figura 5) descrevendo um aplicador de pulverização coaxial e descrevendo um meio de injeção de aditivo coaxial interno. É mostrado em Figura 2 um processo e aplicador de pulverização de composite de CO2 coaxial exemplares desenvolvidos pelo primeiro inventor citado. Muito diferente de um aplicador de pulverização de neve convencional, como previamente discutido sob Figura 1, o esquema básico para produzir e projetar 'CO2 Composite Spray' (um nome comercial de CleanLogix LLC) consiste em combinar componentes essenciais para formar uma pulverização de processamento à base de CO2 eficaz: (1) agente de limpeza (isto é, partículas microscópicas de CO2) , (2) propulsão de partícula de CO2 e agente de blindagem de pulverização (isto é, ar aquecido, ionizado e pressurizado), e (3) aditivos de pulverização opcionais (isto é, álcool, partículas microabrasivas) - por meio de geração de componente de pulverização separado, meio de

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 27/74 / 50 controle e entrega, e integração dos mesmos usando bocais de mistura de pulverização coaxial projetados de forma variável. Como descrito em Figura 2, o aplicador de pulverização de compósito de CO₂ coaxial exemplar compreende três elementos básicos; um tubo capilar coaxial de entrega de partícula de CO2 (30), que transporta partículas microscópicas de CO2 (32) geradas in-situ, carregado com uma porção de um tubo coaxial externo de entrega de gás propulsor (34), que transporta um gás propulsor regulado sob pressão e aquecido (36); ambos dos quais sendo integrados a um bocal de mistura coaxial de gás propulsor-CC>2 (38) . Além desses elementos básicos, uma abertura opcional de injeção de aditivo (40) é empregada para seletivamente alimentar aditivos de limpeza de pulverização fluentes sob pressão ou bombeáveis, como solventes ou microabrasivos usando um tubo externo de alimentação de aditivo (42) que injeta o aditivo diretamente na mistura de gás propulsor-CC>2 (44) para formar uma composição de pulverização de ar-C02~aditivo (46), que é então seletivamente projetada (48) em uma superfície de substrato (50) . O processo e aparelho de geração de pulverização assim descrito é detalhado em Patente US 7.451.941 e é incorporado no relatório por referência.

[0035] Um inconveniente significante do aplicador de pulverização coaxial exemplar, como mostrado e descrito sob 7.451.941 (Figura 2), é o entupimento de bocal interno rápido e aberrações de pulverização, como borrifos particularmente quando injetando aditivos de ponto de fusão elevado tais como óleos de origem biológica, ou qualquer

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 28/74 / 50 aditivo que muda de fase (isto é, líquido^sólido) em

mistura com	as	partículas	de CO2 e antes de	dispersão e
atomização	em	partículas	finas. Correntes	de elevada
velocidade	e	sublimando	partículas de	CO2 criam

carregamento eletrostático passivo (tão elevado quanto 5 kV ou mais) e temperaturas de mistura muito baixas (tão baixas quanto -78,3°C) . As partículas de CO2 frias termicamente e eletrostaticamente gelificam o óleo lubrificante de ponto de fusão elevado durante injeção, formando grandes aglomerações de partículas de CO2 congeladas e óleo que não são ótimos para pulverizações de usinagem com resfriamentolubrificação. Similarmente, injetando solventes orgânicos de ponto de fusão baixo, como acetona e metanol diretamente no bocal de mistura para aplicações de limpeza de precisão restringe a formação de pequenas gotículas de solvente atomizado com uma distribuição de uniforme de partículas de CO2 · Uma massa grande de aditivo de solvente orgânico serve como um dissipador de calor (e solvente) para as partículas de CO2 de soluto durante formação, levando as partículas de CO2 a sublimar muito rapidamente em trânsito para uma superfície. Isto resulta em uma pulverização de limpeza de faixa muito curta contendo uma pulverização atomizada muito fria de solvente líquido com ausência de qualquer quantidade apreciável de partículas de CO2.

[0036] Figura 3 é um trecho da Patente US 7.389.941 da técnica anterior (Figura 2) desenvolvida pelo primeiro inventor citado descrevendo um bocal coaxial de mistura de pulverização usando um meio de injeção de aditivo externo de fluxo Coanda para uso com um sistema exemplar de pulverização de composite de CO2 descrito sob Figura 2 da

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 29/74 / 50

Patente US No. 7.451.941. 0 novo bocal de pulverização de Figura 3 é intercambiável com o bocal de pulverização coaxial descrito sob Figura 2 (38) e ativado com um sistema exemplar de geração de pulverização de composite de CO2 descrito em Patente US No. 7.451.941. Como mostrado em Figura 3, partículas de CO2 contidas dentro de um tubo capilar de entrega (60) fluindo de a partir um gerador de partícula de CO2 externo (não mostrado, mas descrito em detalhes na Patente US 7.451.941) são alimentados em e através da porção central do bocal, sobre o qual flui gás propulsor regulado em pressão e temperatura (62) escoando a partir de um gerador de fornecimento de gás propulsor externo (não mostrado, mas descrito em detalhes na Patente US 7.451.941); todos sendo integrados em um bocal de mistura coaxial tipo Coanda CCh-gás propulsor-particula de C02~aditivo (64) . Diferente da Patente US 7.451.941, injeção de aditivo externamente alimentada e método de mistura coaxial interna, descritos sob Figura 2 (42), o tubo de alimentação de injeção de aditivo (66) de Patente US 7.389.941 é carregado internamente e coaxialmente com o tubo de alimentação de partícula de CO2 (60) e seletivamente posicionado para injetar aditivo (68) em uma espaço circunferencial ajustável (70) que mistura e escoa com uma primeira porção do gás propulsor (62) a partir do bocal interior e sobre a superfície exterior da superfície de bocal Coanda (72). O tubo de entrega capilar (60) escoando as partículas de CO2 está seletivamente posicionado para descarregar as partículas de CO2 próximo à abertura de saida de bocal (74), pelo que as partículas de CO2 são misturadas e propelidas com a segunda porção de gás

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 30/74 / 50 propulsor (62) . A primeira porção de gás propulsor e de mistura de aditivo escoa sobre a superfície exterior do bocal Coanda em direção à ponta de bocal (76), onde então a mistura de gás propulsor-aditivo é injetada na segunda porção de mistura de gás propulsor-partícula de CO₂ saindo da abertura de saída de bocal (74) para formar uma composição de partícula de CO₂-gás propulsor-aditivo (78) que é projetada (80) em uma superfície de substrato (82). O aparelho de bocal Coanda assim descrito é detalhado em Patente US 7.389.941 e ativado pelo processo de geração de pulverização de Patente US No. 7.451.941, que é incorporada no presente relatório por referência.

[0037] Como com o bocal coaxial de mistura de Patente

US No. 7.451.941 descrito na Figura 2 (38) com injeção interna de aditivo, o método de injeção de aditivo externo de fluxo Coanda de Patente US No. 7.389.941, descrito na Figura 3, sofre de restrições similares, embora indiretamente. A superfície externa do bocal Coanda (76) é carregada eletrostaticamente e a temperatura de superfície cai para temperaturas muito baixas durante operação de pulverização, ambas sendo causadas pela expansão interna e sublimação de pulverização de partícula fria de CO₂-gás e mistura com o gás propulsor dentro do corpo do bocal e próximo à saída de bocal (72) . Um meio para mitigar o efeito de congelamento de bocal consiste em aumentar de modo significante a temperatura de gás propulsor para deslocar o resfriamento de sublimação. No entanto, para aplicações de usinagem, o gás propulsor não deve ser aquecido acima da temperatura ambiente para conservar as partículas de CO₂ (isto é, líquido refrigerante) e

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 31/74 / 50 amplificar a capacidade de resfriamento global e efeito da pulverização de compósito. Esse fenômeno é melhor ilustrado comparando uma pulverização compósita de ar-CC>2 não contendo aditivo com uma pulverização contendo um aditivo de ponto de fusão elevado usando o aparelho de Figura 3.

[0038] Figuras 4a e 4b mostram fotografias lado a lado

comparando uma	pulverização	de	compósito	de ar-CC>2	não
aquecida com uma	pulverização	de	compósito	ar-CC>2-óleo	não
aquecida usando	o método	e	aparelho	de bocal	de

pulverização coaxial- Coanda de técnica anterior na Figura 3. Como mostrado em Figura 4a, uma pulverização de compósito ar-CC>2 não aquecida exibe acúmulo de gelo atmosférico na ponta do bocal (90) causado por carregamento eletrostático e condensação de vapor d'água durante operação de pulverização, mas, no geral, a pulverização de compósito (92) permanecem bem formada e estável desde que a taxa de injeção de partícula de CO2 seja mantida controlada em cerca de 3,6 kg/hora (ou menos) e a pressão de propulsor é mantida a 482,6 kPa e 21,1°C (ou maior) para evitar a condensação e congelamento excessivos da ponta de bocal. Agora com referência à Figura 4b, e usando essas mesmas condições de pulverização de compósito ar-partícula de CO2 como na Figura 4a, um óleo de origem biológica de ponto de fusão elevado é injetado através de tubo de alimentação capilar Figura 3 (66) em aproximadamente 70 ml/hora. Como pode ser visto em Figura 4b, após um breve período de operação de pulverização, o aditivo de óleo começa a carregar, gelificar e aglomerar junto com acúmulo de gelo atmosférico na superfície de injeção Coanda completa (104) . O acúmulo é observado como uma massa oleosa congelada (106)

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 32/74 / 50 que se estende para fora a partir da ponta de bocal Figura 4a (90). À medida que isso progride, o acúmulo na ponta do bocal (106) interfere com a pulverização de composite de CO₂ (108) central e resulta em uma pulverização de resfriamento-lubrificação que é instável e variável, contendo quantidades inconstantes de ou nenhum lubrificante aditivo durante aplicação à zona de corte (110) compreendendo uma ferramenta de corte, peça de trabalho, e apara.

[0039] A geração e projeção de uma pulverização de CO2 produz carregamento eletrostático. Esse fenômeno de tribo carregamento é causado por contato em velocidade elevada e com sublimação de partículas de CO₂ (dielétrico) com superficies tendo diferentes funções de trabalho, por exemplo tubos capilares de entrega de polieteretercetona (PEEK) e bocais metálicos de mistura usados para fabricar um aplicador de pulverização de composite de CO₂. Medidas para mitigar o acúmulo de carga eletrostática acumulada, como já discutidas aqui por referência à técnica anterior, incluem a injeção de gases ionizados diretamente ou indiretamente na pulverização de CO₂, bem como aterramento ou derivação do bocal. No entanto, mesmo com essas medidas no local, a pulverização de partícula de CO₂ continua a tribocarregar conforme expande e move-se turbulentamente dentro da atmosfera durante sua trajetória para a superfície de substrato. Ademais, mesmo uma pulverização de CO₂ de carga relativamente neutra irá tribocarregar uma superfície de substrato durante o impacto. Como tal, é conhecido por aqueles versados na técnica que a melhor solução para mitigar carga eletrostática em uma superfície

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 33/74 / 50 de substrato, durante um tratamento de pulverização de CO2, é através de meios de aterramento ou derivação de substrato, e através da projeção de um fluido ionizante separado ou radiação no substrato durante o tratamento de pulverização. Por exemplo, Patente US No. 9.352.355 desenvolvida em conjunto com o primeiro inventor citado é um meio de derivação de superfície exemplar usando um plasma atmosférico (fluido de tratamento eletricamente condutor) para contatar tanto a pulverização de composite de CO2 como superfície de substrato simultaneamente durante operação. Acúmulo de carga na superfície é mitigado drenando a tribocarga das superfícies de contato diretamente na 'pluma' de plasma. O aparelho e método de '355 é um processo de tratamento híbrido que fornece limpeza e modificação de superfície eficazes enquanto simultaneamente controlando carregamento eletrostático de pulverização de tratamento e superfícies tratadas.

[0040] Em resumo, um método de carregamento direto para intensificar a formação de um aditivo eletrostaticamente atomizado em uma pulverização de composite de CO2 é ensinado pelo primeiro inventor citado em Patente US No. 7.38 9.941 e envolve a aplicação de uma alta tensão (HV) para o aditivo escoável usando uma alimentação potência de HV e fio. A mistura de aditivo torna-se altamente carregada antes de injeção no bocal Coanda e subsequente mistura na pulverização de composite de CO2 tribocarregado. Também é ensinado pelo primeiro inventor citado na Patente US 7.451.941 um método de carregamento indireto que envolve injetar aditivo diretamente na pulverização de composite de CO2

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 34/74 / 50 tribocarregado à medida que ele está sendo formado para formar um aditivo passivamente carregado na pulverização de compósito de CO2. No entanto é evidente, a partir da discussão da técnica anterior, que as restrições reunidas por ambas as técnicas e, particularmente, quando usando aditivos de ponto de fusão elevado, são duplas: (1) mudança de fase descontrolada de aditivo devido a temperatura muito baixa de mistura de particula de CO2~gás(transferência direta de calor corpo a corpo) com (2) carregamento eletrostático ou tribocarregamento prematuros (transferência direta de carga elétrica corpo a corpo) de aditivo antes da atomização e fenômeno de condensação. Como tal, os esquemas de bocais de mistura de ar-CCQ-aditivo de peça única usados na técnica anterior apresentam um conflito significante com relação à localidade dos estágios de carregamento eletrostático, injeção de aditivo e mistura de formação da pulverização de compósito de CO2.

[0041] Tendo assim discutido a técnica anterior em detalhes, é evidente que existe uma necessidade para um método e aparelho aperfeiçoados de aplicação de pulverização de compósito de CO2. A seguinte discussão descreve aspectos de um novo método e aplicador de pulverização de compósito de CO2 para coaxialmente injetar, atomizar, eletrostaticamente carregar e dispersar virtualmente qualquer composição de ar-aditivo escoável que resolvem as limitações acima mencionadas. O presente aspecto prevê um aparelho para produzir uma pulverização de compósito de CO2 homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo um aditivo.

[0042] Em um primeiro aspecto da presente invenção,

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 35/74 / 50 bocais de pulverização de compósito de CO2 são empregados como uma disposição de catodo disposto simetricamente no eixo dentro do qual está localizado um bocal de injeção de

aditivo comportando-se como um	anodo	para criar um campo
eletrostático ionizante forte	entre	eles em ar durante
operação de pulverização. 0	bocal	de pulverização de
compósito de CO2 e partículas de	CO2 são altamente
carregados devido à presença	de	excesso de elétrons
relativos a seu ambiente. 0	bocal	de pulverização de

aditivo e partículas atomizadas são opostamente carregados com relação à pulverização de compósito de CO2. Os inventores mediram o campo eletrostático gerado no ar circundando um bocal de mistura de pulverização de compósito de CO2 usando um medidor de estática Exair, Modelo 7905, disponível de Exair Corporation, Cincinnati, Ohio. Um sistema de pulverização de compósito de CO2 preferido para uso com a presente invenção e desenvolvido em conjunto com o primeiro inventor citado é descrito na Patente US 9.221.067 e incorporado no presente relatório por referência. Como descrito em '067 (Figura 4a), um aplicador de pulverização de compósito de CO2 coaxial, não aterrado, usando uma válvula capilar de PEEK de 0,203 mm (Ό67, Figura 4a (114)) integrada em um bocal de mistura supersônico de aço inoxidável (Ό67, Figura 4a (116) foi usada. O aplicador coaxial de pulverização de compósito de CO2 foi operado em uma pressão de capilar de válvula de CO2 de 8,27 MPa, uma pressão de propulsor de 551,6 kPa, e um temperatura de propulsor de 50°C. Sob essas condições de pulverização de compósito de CO2, um forte campo eletrostático de 5 kV/2,5 cm está presente em uma posição

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 36/74 / 50 dentro de um entreferro circundando e adjacente ao referido bocal de mistura de pulverização de CO2 em distância de aproximadamente 2,54 cm. Como tal, o bocal de mistura de pulverização de CO2 (isto é, comportando-se como um catodo) emite um campo eletrostático muito forte e ionizante em ar que pode ser usado para eletrostaticamente carregar uma atmosfera fluente adjacente e paralela de partículas de aditivo (isto é, comportando-se como um anodo) em espaço separado por um entreferro dielétrico. Os estágios de atomização de pulverização, carregamento, e mistura de CO2 são efetuados em ar e à jusante dos bocais de partícula de CO2 e de injeção de aditivo durante trajetória para a superfície de substrato, mitigando restrições de formação de pulverização, como congelamento, entupimento e borrifos presentes na técnica anterior usando um esquema de bocal de mistura de ar-C02-aditivo integrado.

[0043] Em outro aspecto, uma disposição de bocal em agrupamento induz fluxo de ar significante e paralelo simetricamente em torno da circunferência do campo de fluxo de pulverização de compósito de CO2 devido à simetria, multiplicidade, e velocidade elevada das pulverizações de compósito de CO2 circundantes. Uma grande indução de fluxo de ar reduz arrasto atmosférico e estende a faixa de tratamento efetivo (isto é, trajetória de pulverização) da pulverização de compósito de CO2.

[0044] Em ainda outro aspecto da presente invenção, o bocal interno de injeção de aditivo pode usar a mesma fonte de gás propulsor regulado em pressão e temperatura como os bocais de pulverização de CO2, mas usa um capilar coaxial de alimentação de aditivo separado de uma alimentação de

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 37/74 / 50 aditivo remota. O bocal de mistura para injetor de aditivo é projetado para produzir uma pulverização de aditivo atomizada tendo velocidade que é menor (isto é, maior pressão) do que a disposição de bocal externo de pulverização de CO2. Isso aumenta incorporação das partículas de aditivo atomizadas (e passivamente carregadas) nas pulverizações de compósito de CO2 dispostas simetricamente no eixo. Esses e outros aspectos da presente invenção serão melhor entendidos por referência às Figuras 5 a 14.

[0045] Figuras 5a e 5b esquematicamente ilustram aspectos básicos e funções dos exemplares bocais de pulverização de compósito de CO2 gerando campo eletrostático, bocal injetor de aditivo, e disposição em agrupamento simétrico em um eixo dos mesmos para formar um aparelho de pulverização de compósito de CO2 carregando passivamente. São mostrados em Figura 5a três componentes básicos necessários para praticar a presente invenção. Esses incluem um sistema de geração de pulverização de compósito de CO2 (110), um sistema de injeção de aditivo (112), e a presente invenção, um aplicador de pulverização de compósito de CO2 passivo eletrostático (114) . O aplicador de pulverização de compósito de CO2 passivo eletrostático (114) exemplar, mostrado em Figura 5a, é conectado fluidamente a ambos, o sistema de geração de pulverização de compósito de CO2 (110) e o sistema de injeção de aditivo (112), frente a frente aos conjuntos de linha e tubo de entrega de fluido flexível e coaxial. O conjunto de entrega de pulverização de compósito de CO2 compreende um tubo capilar de polieteretercetona (PEEK)

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 38/74 / 50 (116) fornecendo um fluido de CO2 supersaturado regulado em pressão e temperatura (118). 0 sistema de injeção de aditivo (112) fornece volume ajustável de aditivo (120) frente a frente a um tubo de entrega capilar flexível (122) usando uma bomba regulada por pressão (124) alimentada por uma linha de alimentação de aditivo (126) a partir de um reservatório (128) contendo um liquido aditivo ou mistura de aditivos compreendendo líquidos e sólidos. O tubo de entrega de aditivo (122) contém um fio de aterramento pequeno opcional (130) que é conectado ao aterramento (132) e atravessa o comprimento interior inteiro do tubo de entrega de aditivo (122). O fio de aterramento (130) serve como um indutor de carga eletrostática para o aditivo fluindo através do tubo de entrega de aditivo (122). O aplicador de pulverização de compósito de CO2 passivo eletrostático (114) contém uma disposição de dois ou mais bocais de mistura de pulverização de compósito de CO2 (134) posicionados simetricamente no eixo em torno de um bocal simples de injeção de aditivo (136) . O bocal de mistura de pulverização de compósito de CO2 (134) combina gás propulsor regulado em pressão e temperatura (138) e partículas micronizadas de CO2 geradas no bocal (134) a partir do CO2 supersaturado (118), ambos fluidos fornecidos pelo gerador de pulverização de compósito de CO2 (110), para formar uma pulverização de compósito de CO2 (não mostrada). O bocal de injeção de aditivo (136) combina o mesmo gás propulsor regulado em pressão e temperatura (138) e fluido aditivo (120) para formar uma pulverização de aditivo atomizado (não mostrado). Preferidos sistemas de geração de pulverização de compósito de CO2 (110) para uso

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 39/74 / 50 com a presente invenção são descritos em detalhes sob Patentes US Nos. 9.221.067 e 7.451.941, disponíveis comercialmente a partir de CleanLogix LLC, Santa Clarita, Ca, ambas sendo incorporada no presente relatório por referência. Sistemas exemplares de injeção de aditivos (112) e aditivos lubrificantes de metalurgia de origem biológica (120) adequados para uso com a presente invenção são disponíveis de ITW ROCOL North America, Glenview, Illinois .

[0046] Figura 5b apresenta uma descrição mais detalhada dos bocais exemplares de pulverização de compósito de CO2 (134) e bocal simples de injeção de aditivo (136) mostrado em Figura 5a. Mostrado em Figura 5b, o aplicador de pulverização de compósito de CO2 passivo eletrostático (114) compreende um bocal simples de injeção de aditivo (136) posicionado centralmente entre múltiplos bocais de pulverização de compósito de CO2 (134), todos dos quais são posicionados em uma face de um corpo cilíndrico ou tubular de aplicador de pulverização (140) . Os bocais de pulverização de compósito de CO2 (134) são fabricados de materiais que passivamente irão tribocarregar quando contatados com partículas de CO2, por exemplo: metais tais como aço inoxidável produzirá um campo eletrostático muito forte durante tribocarregamento de CO2. O corpo de aplicador de pulverização (140) pode ser construído de vários materiais incluindo, por exemplo, aço inoxidável, alumínio, ou polímeros tais como Delrin®. Ademais, o corpo de aplicador de pulverização (140) pode estar contido em um alojamento de aplicador impresso em 3D para fornecer um meio para montar, manusear, e manipular o corpo de

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 40/74 / 50 aplicador de pulverização (140) durante operação, por exemplo, provendo montagens para um robô finalizar ou provendo um cabo para operações manuais de pulverização.

[0047] Tendo descrito as características gerais e disposição do aplicador de pulverização de CO2 passivo eletrostático, a seguir é apresentada uma descrição mais detalhada dos bocais de pulverização de composite de CO2 (134) e bocal de pulverização de injeção de aditivo (136). Com referência ao bocal exemplar de pulverização de compósito de CO2 (134), o bocal coaxial de pulverização de CO2 compreende dois componentes: (1) um conduto de gás propulsor exterior (142) para fluir gás propulsor controlado em pressão e temperatura (144), e (2) um conduto de partícula de CO2 polimérica interior (146) para fluir partículas micronizadas de CO2 (148) . A construção e a disposição preferidas do bocal coaxial de pulverização de compósito de CO2 (134) são descritas em detalhes em Patentes US Nos. 9.221.067 e 7.451.941, ambas das quais são incorporadas na presente invenção por referência.

[0048] Com referência à injeção de bocal de pulverização de aditivo exemplar (136), o bocal coaxial de pulverização de aditivo compreende três componentes: (1) um conduto de gás propulsor exterior (150) para fluir gás propulsor controlado em pressão e temperatura (144), que para esse aplicador exemplar é a mesma fonte como para o bocal de pulverização de compósito de CO2 (134), (2) um conduto interior de aditivo polimérico (152) para fluir um aditivo regulado em pressão e temperatura (154), e (3) um fio de aterramento metálico opcional (130) que atravessa o comprimento do tubo de injeção de aditivo (Figura 5a, 122)

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 41/74 / 50 alimentando o bocal de injeção de aditivo (136). Finalmente, durante operação do aplicador exemplar de pulverização de compósito de CO2 passivo eletrostático assim descrito, tribocarregamento de partícula de CO2 dentro do conduto de aditivo de partícula de CO2 polimérica (146) e bocal metálico (142) produz um campo eletrostático (156) entre o bocal de pulverização de CO2 (134) e bocal de pulverização de injeção de aditivo (136).

[0049] Figuras 6a, 6b, e 6c ilustram configurações exemplares de bocal de pulverização em agrupamento simétrico a um eixo para uso com a presente invenção. Figura 6a ilustra uma disposição de bocal em agrupamento 2x1 compreendendo um bocal de injeção de aditivo (136) ligado simetricamente no eixo em um corpo comum de aplicador de pulverização (140) por dois bocais de pulverização de compósito de CO2 (134) . Figura 6b ilustra uma disposição de bocal em agrupamento 3x1 compreendendo um bocal de injeção de aditivo (136) ligado simetricamente no eixo em um corpo comum de aplicador de pulverização (140) por três bocais de pulverização de compósito de CO2 (134) . Finalmente, Figura 6c ilustra uma disposição de bocal em agrupamento 8x1 compreendendo um bocal de injeção de aditivo (136) ligado simetricamente no eixo em um corpo comum de aplicador de pulverização (140) por oito bocais de pulverização de compósito de CO2 (134) .

[0050] Figuras 7a e 7b ilustram uma disposição de aplicadores de pulverização em agrupamento múltiplo para ajustar ambas, densidade de pulverização aérea e radial. Figura 7a ilustra uma disposição simétrica no eixo de sete bocais de pulverização em agrupamento (160) 8x1. Os

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 42/74 / 50 aplicadores de pulverização em agrupamento individual podem também ser girados para produzir pulverizações de sobreposição em ambos, o eixo x (162) e eixo y (164). Como mostrado em Figura 7b, usar aplicadores de pulverização em agrupamento múltiplo tendo diferentes configurações e rotações de bocal de pulverização proporciona o ajuste de ambas a densidade de pulverização radial (166) e a densidade de pulverização aérea (168).

[0051] Figura 8 é uma vista esquemática mostrando o campo eletrostático simétrico estabelecido em torno um bocal injetor de aditivo centralmente disposto e entre bocais carreadores carregados dispostos simetricamente no eixo. Figura 8 mostra um bocal de aditivo metálico central (136) produzindo particulas de aditivo (170) atomizadas posicionadas entre bocais de pulverização de compósito de CO2 dispostos simetricamente no eixo (134) produzindo pulverizações de compósito de particula de CO2 carregadas (172), todas sendo posicionadas na face de um corpo de aplicador de pulverização (140) . As particulas atomizadas de aditivo (170) são relativamente de carga neutra ou positiva relativa ao bocal metálico de pulverização de CO2 simétrico no eixo (134) que produz partículas de CO2 carregadas negativamente (172) . O resultado dessa disposição durante operação de pulverização é o estabelecimento de um campo eletrostático (174) entre os bocais de pulverização central e exterior. O aplicador de pulverização passivo eletrostático da presente invenção compreende um bocal de injeção de aditivo (136) comportando-se como um anodo central e os bocais de pulverização de compósito de CO2 simetricamente dispostos

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 43/74 / 50 no eixo (134) comportando-se como catodos carregados. Elétrons são produzidos pelo tribocarregamento de partículas de CO2 entre superfícies de corpo de bocal e capilar interno (176) dentro do bocal de pulverização de CO2 (134) . Ademais, as pulverizações de compósito de CO2 carregados se auto repelem (178) devido à carga eletrostática igual. Repulsão eletrostática em combinação com uma maior velocidade do que da pulverização de aditivo central mantém a simetria das pulverizações e levemente atrasa incorporação do aditivo até a jusante da disposição de bocal de pulverização em agrupamento.

[0052] Figura 9 descreve a formação de uma pulverização de compósito de CO2 em espaço compreendendo partículas de CO2 passivamente carregadas e partículas de aditivo em ar, produzindo uma mistura para pulverização de compósito de CO2 homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo um aditivo, e aplicação da mesma a um substrato exemplar. Mostrado em Figura 9, um bocal de pulverização em agrupamento de compósito de CO2 passivo, eletrostático e básico, discutido aqui, é uma disposição simétrica no eixo 2x1 de bocais de pulverização compreendendo um bocal de injeção de aditivo centralmente posicionado (136) circundado por dois bocais de pulverização de compósito de CO2 (134). Partículas de CO2 tribocarregadas arrastadas e impelidas por uma corrente de gás propulsor regulado em pressão e temperatura formam uma pulverização de compósito de CC>2-ar (180), que é projetada em espaço em uma velocidade (Vc) que é maior que a da pulverização de injeção de aditivo. A pulverização de compósito de CO2~ar (180), assim formada, induz fluxo de ar atmosférico (182)

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 44/74 / 50 no espaço entre o bocal de pulverização de CO2 (134) e bocal de injeção de aditivo (136), e induz fluxo de ar atmosférico (184) no espaço circunferencial em torno do aplicador de bocal de pulverização em agrupamento. Partículas de aditivo atomizadas e relativamente neutras em carga, arrastadas na mesma corrente de gás propulsor regulado em pressão e temperatura, formam uma pulverização de ar-aditivo (186) que está movendo-se em uma velocidade (Va) menor que a da pulverização de composite de CO2. Discutido aqui em maiores detalhes sob Figura 11 e Figura 12 aqui, o diferencial de velocidade entre os bocais de pulverização de CO2 (134) e bocal de pulverização de injeção de aditivo (136) em uma entrada de pressão de propulsão equivalente é conseguida usando diferentes projetos de bocal. Durante operação de pulverização, essa disposição de bocal em agrupamento produz tanto um gradiente de campo eletrostático (188) como de velocidade de pulverização (190), que resulta em rápido carregamento eletrostático e arraste de partículas de aditivo pela pulverização de composite de CO2 para formar uma pulverização de ar-aditivo-compósito de CO2 (192) a jusante a partir do aplicador de pulverização. Em uma distância a jusante dos bocais de aplicador de pulverização em agrupamento, que é dependente da entrada de pressão de propulsão, as pulverizações de ar-aditivo-compósito de CO2 misturam para formar uma pulverização de composite de CO2 (194) carregada homogeneamente e dispersa em aditivo que é dirigida (196) em uma superfície de substrato (198) . Uma superfície de substrato (198) pode ser aterrada (200) ou pode comportar-se como um aterramento relativo com relação

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 45/74 / 50 à pulverização de aerossol ar-aditivo-particula de CO2 altamente carregada (194).

[0053] Figuras 10a, 10b, 10c, lOd, e lOe ilustram uma vista de lado, de trás e de frente, e uma vista de corte isométrico de um projeto exemplar para um bocal de pulverização de composite de CO2 de geração de carga eletrostática passiva para uso com a presente invenção. Mostrado em Figura 10a (vista de lado), o bocal de pulverização de composite de CO2 exemplar (134) é um corpo de mistura de gás propulsor-particula de CO2, coaxial, feito de aço inoxidável, tendo uma base rosqueada (210) que permite a fixação em posições circunferenciais simétricas no eixo no corpo de aplicador de pulverização (Figura 5b, 140), um saida de bocal chanfrada (212), e espaço interior com abertura passante (214) para inserção e centralização de um tuno de entrega de partícula de CO2 de PEEK (não mostrado) ligado por três canais de fluxo de gás propulsor (216) com lóbulos. Os canais de fluxo de gás propulsor (216) são produzidos usando usinagem por descarga elétrica (EDM) e fornecem um berço de três pontos para centralizar e prender o tubo de entrega de partícula de CO2 de PEEK (não mostrado) circundando que flui gás propulsor em velocidade supersônica. Mostrado em Figura 10b (vista de trás), a base rosqueada (210) contém uma face de vedação de bocal (218) e espaço de abertura passante interior mostra a base do berço plana (220) em que o tubo de entrega de partícula de CO2 de PEEK (não mostrado) desliza em posição entre a interseção de quaisquer dois canais de fluxo propulsor EDM (216). Finalmente, mostrado em Figura 10c (vista de frente) o bocal de pulverização de composite de CO2 exemplar contém

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 46/74 / 50 um conjunto de tubo de expansão ajustável posicionado no centro (222) (por referência à Patente US No. 9.221.067 (Figura 4b, Conjunto de tubo de expansão ajustável, (502)), que é embalado entre pelo menos três ou mais barras de posicionamento central e derivação (220) criadas em interseções entre os três canais de fluxo de propulsor EDM (216). O bocal exemplar de pulverização de composite de CO2 coaxial, assim descrito, produz um fluxo de ar e partículas de CO2 tendo uma velocidade que é maior que a do bocal de pulverização de injeção de aditivo.

[0054] Figura lOd e Figura lOe ilustram uma vista mais detalhada do projeto interior e aspectos operacionais do bocal de pulverização de composite de CO2 da presente invenção. Figura lOd é uma vista de frente do bocal exemplar de pulverização de composite de CO2. Com referência à Patente US No. 9.221.067 (Figura 4B, Conjunto de tubo de expansão ajustável, (502)) pelo primeiro presente inventor citado, o bocal de pulverização de composite de CO2 da presente invenção prevê um novo método e aparelho para centralizar e posicionar o conjunto de tubo de expansão ajustável (222) mencionado, descrito em '067 (Figura 4b) que injeta partículas de CO2 micronizadas no gás propulsor fluindo através de canais propulsores de EDM (216), e para seletivamente derivar (400) e direcionar as cargas eletrostáticas geradas dentro dos mesmos. Com o circuito de derivação (402) conectado ao aterramento (404), cargas eletrostáticas são direcionadas a partir das superfícies exteriores do conjunto de tubo de expansão ajustável (222) e superfície de bocal (406) ao longo de e através das barras de derivação de EDM internas (220) .

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 47/74 / 50

Agora referindo-se à Figura lOe, as barras de derivação de EDM internas e relativamente longas (220) têm um comprimento entre 6,25 mm e 152,4 mm, ou mais, e o conjunto de tubo de expansão ajustável de Figura lOd (222) é seletivamente posicionado dentro da região mais central do corpo do bocal ao longo de travessa (408) das barras de derivação EDM (220) da ponta de bocal (410) para uma posição dentro da cavidade de bocal (412) . O diâmetro entre as três ou mais barras de derivação EDM (220) é predeterminado para prover um ajuste de contato deslizante entre as superficies de terra de barra de derivação e as superficies exteriores do conjunto de tubo de expansão ajustável de Figura lOd (222) . A posição de descarga (ou injeção) do conjunto de tubo de expansão ajustável (Figura lOd (222)), e particularmente onde as partículas de CO2 micronizadas são injetadas no canal de fluxo propulsor supersônico (216), é determinado com base no desenvolvimento de um perfil ótimo de 'pluma' de pulverização para a pulverização de composite de CO2, como determinado usando Patente US No. 9.227.215 pelo primeiro inventor citado da presente invenção. Finalmente, o mecanismo de derivação descrito sob Figura lOd é implementado pela aplicação seletiva de um elemento de aterramento (414) para o corpo do bocal. Se a conexão de bocal (414) é aterrada, cargas eletrostáticas fluem para fora do corpo do bocal e em aterramento. Se a conexão de bocal (414) não é aterrada, cargas eletrostáticas são armazenadas dentro e drenadas a partir da ponta de corpo do bocal (410) na corrente de pulverização.

[0055] Figuras 11a, 11b, e 11c ilustram vistas

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 48/74 / 50 isométricas de lado, de trás e de frente de um projeto exemplar para um bocal injetor de aditivo atomizante exemplar para uso com a presente invenção. Mostrado em Figura 11a (vista de lado), o bocal de pulverização de injeção de aditivo exemplar (136) é um corpo de mistura de gás propulsor-particula de aditivo, coaxial, feito de aço inoxidável, tendo uma base rosqueada (230) que permite fixação à posição mais central do corpo de aplicador de pulverização (Figura 5b, 140), uma saida chanfrada de bocal (232), e espaço interior circulador de abertura passante (234) para inserção de um tubo de entrega de aditivo de PEEK (não mostrado) . Com pressão de gás propulsor equivalente, o canal de fluxo circular de gás propulsor (234) de Figura 11 flui um gás propulsor de menor velocidade como comparado aos canais de fluxo de propulsor EDM descritos sob Figura 10 em virtude de ter uma área de superfície maior. Mostrado em Figura 11b (vista de trás), a base rosqueada (230) contém uma face de vedação de bocal (236) e espaço circular de abertura passante interior (234) dentro do qual tubo de entrega de partícula de aditivo de PEEK (não mostrado) é de alguma forma centralmente posicionado. Finalmente, mostrado em Figura 11c (vista de frente), o bocal de pulverização de partícula de aditivo exemplar contém um tubo de entrega de partícula de aditivo PEEK (238) posicionados no centro de alguma forma e levemente recuado em torno do qual ele forma um canal de fluxo circular de gás propulsor (240) . O bocal de injeção de aditivo coaxial exemplar, assim descrito, produz um fluxo de ar e partículas de aditivo que tem uma velocidade que é menor que a pulverização de CO2 produzida pelo bocal

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 49/74 / 50 de pulverização de compósito de CO2 descrita sob Figura 10. [0056] Figuras 12a, 12b, e 12c ilustram vistas isométricas opostas de trás, de fundo e de frente de um projeto exemplar para um corpo de aplicador de pulverização em agrupamento 4x1 para dispor simetricamente no eixo os bocais de pulverização de compósito de CO2 e bocal de injeção de aditivo, e meios para fornecer ar propulsor, partículas de CO2, e aditivos para usar no mesmo. Com referência à Figura 12a (vista de trás), a superfície de trás (248) do corpo de aplicador de pulverização (140) contém uma abertura rosqueada de entrada do tubo de aditivo (250) para inserir e fixar um tubo de entrega de aditivo, e fio de aterramento opcional contido no mesmo (ambos não mostrados), usando, por exemplo, um conjunto de porca e arruela de PEEK (ambos não mostrados) . Ademais, a superfície de trás (248) do aplicador de pulverização (140) contém quatro aberturas de entrada rosqueadas (252) dispostas simetricamente no eixo em torno da abertura de entrada de tubo de aditivo (250) para inserir e fixar tubos de entrega de partícula de CO2 usando, por exemplo, conjuntos de porca e arruela de PEEK (todos não mostrados). A abertura rosqueada de entrada de aditivo (250) e quatro aberturas de entrada de partícula de CO2 (252) completam a transição para canais circulares de abertura passante que atravessam o comprimento completo do corpo de aplicador de pulverização (140) . Mostrado em Figura 12b, o fundo do corpo de aplicador de pulverização (140) contém uma abertura rosqueada de entrada de gás propulsor (254) que é aberta através de todos os canais de aditivo (250) e partícula de CO2 (252) que fornecem simultaneamente um

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 50/74 / 50 suprimento comum de gás propulsor regulado em pressão e temperatura para todos os canais de pulverização contendo tubos de PEEK para entrega de aditivo e partícula de CO2 (todos não mostrados) . Finalmente, a face frontal (256) do aplicador de pulverização contém uma abertura rosqueada de bocal para aditivo centralmente posicionada (258) e quatro aberturas rosqueadas de bocal de pulverização de CO2 dispostas simetricamente no eixo (260) para fixar os exemplares bocais de pulverização de compósito de CO2 e bocal de pulverização de injeção de aditivo descritos sob Figura 10 e Figura 11, respectivamente. O corpo do aplicador de pulverização pode ser construído a partir de virtualmente qualquer material apto a suportar as pressões e temperaturas comumente usadas em uma aplicação de pulverização de compósito de CO2. Materiais exemplares de construção incluem aços, alumínio, e Delrin®.

[0057] Figura 13 é uma vista isométrica de um conjunto de pistola manual impressa em 3D exemplar para usar na presente invenção como uma ferramenta de aplicação de revestimento ou de limpeza por pulverização manual. Com referência à Figura 13, o corpo de aplicador de pulverização exemplar de Figura 12 mostrado com bocal de injeção de aditivo (136) e bocais de pulverização de compósito de CO2 (134) projetando-se através de uma blindagem de plástico ABS cilíndrica impressa em 3D (270) com tampa final (272) para integrar todos os tubos capilares necessários de entrega de aditivo e CO2, de PEEK, todos estando contidos em uma mangueira de entrega (274) . O conjunto de pistola manual exemplar também tem um cabo de ABS impresso em 3D (276) que é fixado no fundo da blindagem

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 51/74 / 50 (270) e corpo de aplicador contido na mesma, e contém uma abertura passante para integrar uma mangueira de alimentação de gás propulsor (278).

[0058] Figura 14 é uma fotografia de uma pulverização de compósito de CC>2-ar-óleo não aquecida gerada usando um bocal de pulverização em agrupamento 4x1 da presente invenção. Mostrado em Figura 14, o aplicador de pulverização em agrupamento é operado em uma pressão de propulsão de 551,6 kPa, temperatura de propulsor de 20°C, uma taxa de injeção de aditivo de óleo de 70 ml/hora, e uma taxa de injeção de CO2 de 1,8 kg/hora/bocal. Como pode ser visto em Figura 14, as pulverizações individuais geradas pelo bocal central de injeção de aditivo (136) e os quatro bocais de pulverização de compósito de CO2 simétricos no eixo (134) permanecem distintos para uma distância de cerca de 5,08 cm a jusante (280). Em cerca de 10,16 cm a jusante (282), as pulverizações tinham se combinado completamente para formar uma pulverização de partícula de ar-aditivo-C02 carregados eletrostaticamente, circulares e homogêneos, com um diâmetro de aproximadamente 3,048 cm. Isso é mostrado em uma imagem produzida pela colisão da pulverização contra a película de teste de pressão (284), cujo original é vermelho brilhante. Operação de pulverização contínua em períodos de teste durando 60 minutos (até que suprimento do cilindro de CO2 líquido estar exaurido) usando o aparelho de teste de pulverização exemplar mostrado em Figura 14 não produziu formação de gelo visível, entupimento, e acúmulo de aditivo de óleo em qualquer um dos bocais de pulverização de compósito de CO2 e bocal de injeção de aditivo.

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 52/74 / 50 [0059] Figura 15 é um pré-tratamento de superfície e um processo de limpeza exemplares usando a presente invenção. Em certas aplicações de limpeza, contaminação superficial pode ser muito difícil de remover, por exemplo, após a perfuração de furos em titânio, alumínio, e polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP), e empilhamentos dos mesmos. Processos convencionais de perfuração de furos utilizam uma emulsão água-óleo (isto é, líquido refrigerante). Esse tipo de líquido refrigerante deixa um resíduo na superfície muito pegajoso compreendendo uma película fina de óleo, água e tensoativo. A presente invenção pode ser usada para implementar um novo processo de pré-tratamento que aplica um revestimento uniforme de (preferivelmente) agente de pré-tratamento de elevado ponto de ebulição que primeiro solubiliza (ou de outra forma desnatura) o contaminante de superfície complexa antes de ou simultaneamente durante a limpeza por pulverização com uma pulverização de compósito de CO2.

[0060] Em uma primeira etapa (290) do processo de prétratamento-limpeza, o aplicador de pulverização em agrupamento é posicionado para distanciar do substrato a ser tratado de entre 15,24 e 45,72 cm, em que uma composição de aditivo exemplar ambientalmente amigável, segura, e de pré-tratamento de ebulição elevada compreendendo 90% (em volume) de metil siloxano volátil (VMS) e 10% (em volume) 1-hexanol é aplicada (292) para a superfície contaminada para formar um filme uniforme e fino que penetra e desnatura (ou desembala) o contaminante de superfície complexa. Faixas de parâmetro de pulverização em agrupamento exemplar para a etapa de pré-tratamento

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 53/74 / 50 compreendem as seguintes:

Taxa de injeção de CO2: 0,91 - 1,81 kg/hora/bocal Taxa de injeção de aditivo: 10 - 200 ml/hora Temperatura de propulsor: 20 - 40°C Pressão de propulsor: 206,8 - 344,7 kPa [0061] Essa etapa de processo de revestimento de prétratamento é realizada posicionando o aplicador de pulverização de compósito de CO2 da presente invenção afastado da superficie contaminada a uma distância onde a pulverização de partícula de CO2 é útil para formar e entregar um revestimento de pré-tratamento por pulverização de compósito passivo, eletrostático, mas não utilizável para impor um efeito de colisão ou limpeza de superficie de modo a não remover o revestimento depositado. Por exemplo, em uma distância de cerca de 15 cm ou mais, o aplicador de pulverização em agrupamento da presente invenção é muito útil para pré-revestir uma superfície porque a maioria das partículas de CO2 sublimaram por este ponto ou não apresentam o tamanho e velocidade necessários para produzir um efeito de limpeza apreciável (remoção). Ademais, pressão de injeção de CO2 (isto é, densidade de partícula de CO2) , pressão de propulsor, e temperatura de propulsor podem ser diminuídos, conforme necessário, para facilitar a formação e manutenção de um revestimento de pré-tratamento uniforme. [0062] Após a etapa de pré-revestimento de superfície (292), e opcionalmente após um período de permanência (294) de entre 3 e 600 segundos ou mais para o agente de prétratamento de superfície para completamente penetrar e desnaturar a camada de contaminante de superfície, injeção de aditivo pré-tratamento é parada e o aplicador de

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 54/74 / 50 pulverização de compósito de CO2 da presente invenção é reposicionado (296) em direção ao substrato a uma distância de entre 25,4 mm a 152 mm e um ângulo de aplicador de pulverização de entre 45 e 90 graus normal à superfície para prover uma etapa de limpeza de pulverização de precisão (300) para remover o agente de pré-tratamento residual e contaminante de superfície desnaturado. Faixas de parâmetro de pulverização em agrupamento exemplares para etapa de limpeza de pulverização compreendem as seguintes:

Taxa de injeção de CO2: 0,91 - 3,63 kg/hora/bocal Taxa de injeção de aditivo: 0 ml/hora Temperatura de propulsor: 40 - 60°C Pressão de propulsão: 344,7 - 827,4 kPa [0063] Finalmente, esse processo de pré-tratamentolimpeza pode ser efetuado manualmente usando um aplicador de pulverização manual ou automaticamente usando um robô e aplicador de pulverização de fim de braço.

[0064] Aditivos apropriados para uso na presente invenção incluem, por exemplo, líquidos puros e misturas dos mesmos derivados de hidrocarbonetos, álcoois, siloxanos, terpenos e ésteres. Além disso, partículas sólidas como nanopartículas grafíticas e pigmentos de tinta podem ser misturados com solventes carreadores adequados para formar suspensões de líquidos escoáveis ou bombeáveis por pressão. Ainda mais, misturas ozonizadas de líquidos e suspensões podem ser usadas na presente invenção. Finalmente, aditivos como gases ionizados podem ser usados na presente invenção.

[0065] A presente invenção é utilizável para descontaminação de superfície, revestimento de superfície,

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 55/74 / 50 e aplicações em usinagem de precisão para oferecer uma função de revestimento, limpeza, desinfecção, resfriamento, pré-tratamento, conservação, pintura, e/ou lubrificação.

[0066] Como requerido, modalidades detalhadas da presente invenção são descritas aqui; no entanto, deve ser entendido que as modalidades descritas são meramente exemplares da invenção, que pode ser corporifiçada de várias formas. Assim, detalhes estruturais e funcionais específicos descritos aqui não devem ser interpretados como limitantes, mas meramente como uma base para as reivindicações e como uma base representativa para ensinar ao versado na técnica como empregar de modo variável a presente invenção em virtualmente qualquer estrutura apropriadamente detalhada. Adicionalmente, o título, cabeçalhos, termos e frases usados aqui não são destinados a limitar o assunto ou escopo; mas ao contrário, para apresentar uma descrição compreensível da invenção. A invenção é composta de várias subpartes que servem a uma porção da funcionalidade total da invenção independentemente e contribuem para funcionalidade do nível de sistema quando combinadas com outras partes da invenção. Os termos CO2 e CO2 e dióxido de carbono são intercambiáveis. Os termos um ou uma, como usados aqui, são definidos como um/uma ou mais do que um/uma. O termo pluralidade, como usado aqui, é definido como dois ou mais que dois. O termo outro, como usado aqui, é definido como pelo menos um segundo ou mais. Os termos incluindo e/ou tendo, como usados aqui, são definidos como compreendendo (isto é, linguagem aberta). O termo acoplado, como usado aqui, é definido como conectado, embora não necessariamente

Petição 870200003821, de 09/01/2020, pág. 56/74 / 50 diretamente, e não necessariamente mecanicamente. Qualquer elemento em uma reivindicação que não explicitamente atesta meios para efetuando uma função especifica, ou etapa

para efetuando	uma	função	especifica, não deve	ser
interpretado como	uma cláusula meio ou etapa,	como
especificado em	35	U.S.C.	See. 112, Parag. 6.	Em
particular, o uso	de ^v	'etapa de	nas reivindicações aqui	não

se destina para invocar as disposições de 35 U.S.C. See. 112, Parag. 6.

[0067] Incorporação de referência: Todos os trabalhos de pesquisa, publicações, patentes, e pedidos de patente mencionados no presente relatório descritivo são aqui incorporados por referência na mesma extensão como se cada publicação individual, patente, ou pedido de patente fosse especificamente e individualmente indicado para ser incorporado por referência; Patentes US: 2052869; 2302289;

2894691,	3047208,	3117726,	3628737,	3702519,	3708993
3743186,	3795367,	3801020,	3806039,	3984054,	3985302
4038786,	4046492,	4195780,	4336017,	4341347,	4385728
4389820,	4555059,	4703590,	4707951,	4749125,	4776515
4801086,	4806171,	5056720,	5125979,	5170942,	5222332
5312598,	5402940,	5409418,	5591412,	5611491,	5704554
5725154,	5765761,	5918817,	6039269,	6056213,	6105886
6125787,	6708903,	7097717,	7389941,	7451941,	9352355

9221067; 9227215; e Pedidos Publicados US: 2004/0251327;

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho para produzir uma pulverização de compósito de CO2 homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo um aditivo para uso em uma superfície de substrato, caracterizado pelo fato de que compreende:

a. eletrodos de bocais múltiplos posicionados simetricamente no eixo em torno de um bocal de injeção de aditivo;

b. os referidos eletrodos de bocal compreendendo um corpo alongado com uma ponta de bocal com um furo passante central, e surgindo a partir do furo passante central estão pelo menos três aberturas passantes axissimétricas;

c. as referidas pelo menos três aberturas passantes formando três guias de assentamento para centralizar e posicionar um conjunto de tubo de expansão ajustável;

d. o conjunto de tubo de expansão ajustável compreende um primeiro capilar dentro de um segundo capilar;

e. o primeiro e o segundo capilares são ajustáveis dentro do furo passante central;

f. o bocal de injeção de aditivo compreendendo um corpo de bocal de injeção de aditivo com aberturas passantes e aterrado contendo um tubo de entrega de aditivo, e o corpo de bocal de injeção de aditivo aterrado escoa o ar para formar um aerossol ar-aditivo;

por meio do qual partículas de CO2 são escoadas através do conjunto de tubo de expansão ajustável para criar uma carga eletrostática, que é desviada para as três guias de assentamento para eletrostaticamente carregar os eletrodos de bocal, e as partículas de CO2 então misturam-se com ar para formar aerossol ar-CCh;

Petição 870190099497, de 04/10/2019, pág. 21/29
2/8 os eletrodos de bocal eletrostaticamente carregados e o aerossol de ar-CC>2 passivamente carregam o aerossol de araditivo;

o aerossol de ar-aditivo e o aerossol de ar-CC>2 combinam-se afastados dos bocais para formar o aerossol de ar-aditivo-CC>2 eletrostaticamente carregado, que é projetado na superfície de substrato, por meio do qual as partículas de CO2 e o aditivo interagem para formar a pulverização de compósito de CO2 homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo uma mistura de aditivo no espaço entre os bocais e a superfície de substrato; e a pulverização de compósito de CO2 homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo um aditivo é projetada na superfície de substrato.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos dois eletrodos de bocal são dispostos simetricamente bocal de injeção de aditivo. no eixo em torno do 3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aditivo compreende líquidos escoáveis, orgânicos e inorgânicos, e sólidos. 4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,

caracterizado pelo fato de que a superfície de substrato é uma zona de corte.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aditivo é um lubrificante de usinagem.

6. Aparelho para produzir uma pulverização de compósito de CO2 homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo um

Petição 870190099497, de 04/10/2019, pág. 22/29
3/8 aditivo para uso em uma superfície de substrato caracterizado pelo fato de que compreende:

a. eletrodos de bocais múltiplos posicionados simetricamente no eixo em torno de um bocal de injeção de aditivo;

b. os referidos eletrodos de bocal compreendendo um corpo alongado com uma ponta de bocal com um furo passante central, e surgindo a partir do furo passante central estão aberturas passantes axissimétricas múltiplas;

c. próximo às referidas aberturas passantes múltiplas estão guias de assentamento para centralizar e posicionar um conjunto de tubo de expansão ajustável;

d. o conjunto de tubo de expansão ajustável compreende um primeiro capilar dentro de um segundo capilar;

e. o primeiro e o segundo capilares são ajustáveis dentro do furo passante central;

f. o bocal de injeção de aditivo compreendendo um corpo de bocal de injeção de aditivo com aberturas passantes e aterrado contendo um tubo de entrega de aditivo, e o corpo de bocal de injeção de aditivo aterrado escoa ar para formar um aerossol ar-aditivo;

por meio do qual partículas de CO2 são escoadas através do conjunto de tubo de expansão ajustável para criar uma carga eletrostática, que é desviada para as guias de assentamento para eletrostaticamente carregar os eletrodos de bocal, e as partículas de CO2 então misturam-se com ar para formar aerossol ar-CCh;

os eletrodos de bocal eletrostaticamente carregados e o aerossol de ar-CCh passivamente carregam o aerossol de araditivo;

Petição 870190099497, de 04/10/2019, pág. 23/29
4/8 o aerossol de ar-aditivo e o aerossol de ar-CC>2 combinam-se afastados dos bocais para formar o aerossol de ar-aditivo-CC>2 eletrostaticamente carregado, que é projetado na superfície de substrato, por meio do qual as partículas de CO2 e o aditivo interagem para formar a pulverização de composite de CO2 homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo uma mistura de aditivo no espaço entre os bocais e a superfície de substrato; e a pulverização de composite de CO2 homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo um aditivo é projetada na superfície de substrato.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que surgindo a partir do furo passante central estão pelo menos três aberturas passantes axissimétricas; e as referidas pelo menos três aberturas passantes formam três guias de assentamento para centralizar e posicionar um conjunto de tubo de expansão ajustável.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos dois eletrodos de bocal são dispostos simetricamente no eixo em torno do bocal de injeção de aditivo. 9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o aditivo compreende liquidos escoáveis, orgânicos e a superfície do substrato é o aditivo é um lubrificante 10. Aparelho de eletrodo inorgânicos, e sólidos; uma zona de corte; e de usinagem. de bocal para produzir um

campo eletrostático, caracterizado pelo fato de que

Petição 870190099497, de 04/10/2019, pág. 24/29
5/8 compreende :

a. um corpo alongado com uma ponta de bocal com um furo passante central, e surgindo a partir do furo passante central estão pelo menos três aberturas passantes axissimétricas;

b. as referidas pelo menos três aberturas passantes formando três guias de assentamento para posicionar um conjunto de tubo de expansão ajustável;

c. o conjunto de tubo de expansão ajustável compreende um primeiro capilar dentro de um segundo capilar;

d. o primeiro e o segundo capilares são ajustáveis em posição dentro do furo central com abertura passante; e

e. por meio do qual partículas de CO2 são escoadas através do conjunto de tubo de expansão ajustável para criar uma carga eletrostática, que é desviada para as três guias de assentamento para eletrostaticamente carregar o eletrodo de bocal.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que é construído de material semicondutor ou metal. 12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo f at o de que tem entre 0,5 e 6, 0 polegadas (1,27 e 15 , 24 cm) de comprimento. 13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10,

caracterizado pelo fato de que é desviado para aterramento.

14. Método para tratar uma superfície usando um aparelho para produzir uma pulverização de compósito de CO2 homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo um aditivo para uso em uma superfície de substrato compreendendo:

Petição 870190099497, de 04/10/2019, pág. 25/29
6/8

a. eletrodos de bocais múltiplos posicionados simetricamente no eixo em torno de um bocal de injeção de aditivo;

b. os referidos eletrodos de bocal compreendendo um corpo alongado com uma ponta de bocal com um furo passante central, e surgindo a partir do furo passante central estão aberturas passantes axissimétricas múltiplas;

c. próximo às referidas aberturas passantes múltiplas estão guias de assentamento para centralizar e posicionar um conjunto de tubo de expansão ajustável;

d. o conjunto de tubo de expansão ajustável compreende um primeiro capilar dentro de um segundo capilar;

e. o primeiro e o segundo capilares são ajustáveis dentro do furo passante central;

f. o bocal de injeção de aditivo compreendendo um corpo de bocal de injeção de aditivo com aberturas passantes e aterrado contendo um tubo de entrega de aditivo, e o corpo de bocal de injeção de aditivo aterrado escoa ar para formar um aerossol ar-aditivo;

por meio do qual partículas de CO2 são escoadas através do conjunto de tubo de expansão ajustável para criar uma carga eletrostática, que é desviada para as guias de assentamento para eletrostaticamente carregar os eletrodos de bocal, e as partículas de CO2 então misturam-se com ar para formar aerossol ar-CCU;

os eletrodos de bocal eletrostaticamente carregados e o aerossol de ar-CC>2 passivamente carregam o aerossol de araditivo;

o aerossol de ar-aditivo e o aerossol de ar-CC>2 combinam-se afastados dos bocais para formar o aerossol de

Petição 870190099497, de 04/10/2019, pág. 26/29
7/8 ar-aditivo-CCh eletrostaticamente carregado, que é projetado na superfície de substrato, por meio do qual as partículas de CO2 e o aditivo interagem para formar a pulverização de compósito de CO2 homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo uma mistura de aditivo no espaço entre os bocais e a superfície de substrato; e a pulverização de compósito de CO2 homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo um aditivo é projetada na superfície de substrato, caracterizado pelo fato de compreender as etapas:

a. posicionar o aparelho em uma primeira posição afastada da superfície de substrato;

b. revestir a superfície de substrato com a pulverização de compósito de CO2 homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo o aditivo;

c. parar o revestimento do serviço do substrato com a pulverização de compósito de CO2 homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo o aditivo;

d. posicionar o aparelho em uma segunda posição; e

e. remover o aditivo da superfície do substrato por aplicação da pulverização de compósito de CO2 homogêneo e eletrostaticamente carregado sem o aditivo.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a primeira posição está entre 6 a 18 polegadas (15,24 e 45,72 cm) da superfície de substrato.

16. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que um período de imersão de entre 1 e 600 segundos segue a aplicação da pulverização de

Petição 870190099497, de 04/10/2019, pág. 27/29
8/8 composite de CO2 homogêneo e eletrostaticamente carregado contendo o aditivo na primeira posição.

17. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a segunda posição está entre 0,5 e 6 polegadas (1,27 e 15,24 cm) da superfície de substrato.

18. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que referido aditivo compreende liquidos escoáveis, orgânicos e inorgânicos, e sólidos.

19. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a referida superfície de substrato é uma superfície fabricada.