KR100437543B1 - 침식성및전도성액체용유도스프레이하전노즐 - Google Patents

Abstract

공기 분무 유도 하전식 스프레이 노즐은 전도성 액체, 용액, 현탁액 또는 에멀젼과 함께 사용하기에 적합하다. 상기 시스템은 유도 전극용 저전압 및 전류로 높은 수준으로 스프레이를 하전시키는 것을 특징으로 한다. 주요 이점으로는, 특히 비교적 고농도의 침식성 및 전도성 물질을 갖는 광범위의 스프레이 조성물을 사용하여 유해한 농업 및 공업 환경에서 일관성 있고 신뢰성 있게 작업할 수 있다는 것이다. 노즐 본체(1)의 외부 표면은 접지된 스프레이어 부분 근처에 연결되어, 접지 전위 근처로 유지되거나 그 근처에서 변동한다. 유도 전극(18)에 인접한 커버(2)의 표면은 전극(18)의 전위 근처로 유지된다. 노즐에서의 고전압부와 저전압부 사이에 고저항 경로를 유지하고, 전극 전압 또는 스프레이의 하전 정도는 노즐 표면이 스프레이에 의해 코팅되거나 또는 분무 환경에 존재하는 전도성 물질에 의해 오염될 때에도 현저하게 감소하지 않게 한다.

Description

침식성 및 전도성 액체용 유도 스프레이 하전 노즐

기존 방법 중 일부는 목표 지점으로 스프레이 물질을 대량 전송하는 데에 있어서의 품질 및 효율을 증가시킬 목적으로 스프레이 입자를 하전시켜 공급한다. 유도 하전식 형태의 정전 노즐은 특정 산업과 농업 장치용으로 종종 선택되는데, 그 이유는 상기 노즐은 다른 형태의 정전 노즐, 예컨대 충분한 하전을 위해 25 내지 50kV 정도의 전압을 이용하는 코로나, 접촉 또는 전기 유체역학적 하전 원리를 기초로 하는 노즐 같은 보다 낮은 입력 전압과 전류를 사용하는 것이 일반적이기 때문이다. 종래 기술에는 기본적으로 두 종류의 스프레이 유도 하전 시스템이 있다. 첫 번째 종류는 전극을 비교적 넓은 유압식, 공압식 또는 다른 형태의 분무화 구역 근처에 위치시키고, 5 내지 15kV 정도의 작동 전압에서 충분히 높은 유도 하전 전계 구배를 얻는 노즐에 관한 것이다. 이러한 형태의 예로는 벌스(Burls)등, 페이(Pay), 스완슨(Swanson), 시클스(Sickles), 잉쿨렛(Inculet), 그리고 브라운 등이 개발한 것이 있다. 유도를 기초로 한 장치의 두번째 종류는 보다 양호하게 구획된 분무화 구역에 아주 근접하게 배치되는 내부 매입형 전극을 구비하며, 전극이 분무 구역에 근접하게 위치하기 때문에 단지 1 내지 3kV의 전극 전압으로 충분한 유도 하전 전계 구배를 전개시킬 수 있는 노즐에 관한 것이다. 후자 형태의 예에는 로우(Law)와 파멘타(Parmentar) 등에 의한 것이 있다.

하전된 액적이 목표 지점 쪽으로 전기적으로 추진되는 힘의 크기는 액적의 하전 정도와 액적의 크기의 함수이다. 액적의 크기를 적절히 제어하고 적절히 하전시키면, 결과적으로 특히 3차원 목표물의 은폐 구역에 부착시키는 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 로우 및 파멘타에 의한 종래 공기 분무화 유도 하전식 장치는 정전기 효과를 위해서 물 액적을 직경 100㎛ 이하의 원하는 크기 범위로 성공적으로 분무하고, 이 액적을 적어도 3mC/ℓ의 최소의 원하는 정도로 하전시킨다. 이들 매개변수에 따라서, 농작물용 분무 시에 만나게되는 모종 덮개(plant canopy)와 같은 복잡한 목표물 형상으로의 유사한 비(非)하전식 분무와 비교하여, 적어도 2배의 부착 증가가 얻어진다. 그러나, 통상적으로 사용된 재료가 스프레이 액체 속으로 혼합되어 종래 노즐에 사용될 때, 하전 정도는 정상적인 사용 기간으로서 고려되는 시간 간격에 걸쳐 현저하게 감소하게 된다. 예를 들면, 농약 및 엽상 비료의 분무시에 통상적으로 사용되는 분말, 전도성 액체 또는 금속의 혼합물을 사용하여, 로우의 노즐(또는 유전성 액체 팁에 의해 수정된 상기 노즐의 상업 제품)을 가지고 반나절 동안 분무 작업을 행하면, 하전 정도는 물만을 사용하여 얻어질 수 있는 정도보다 1/5 이하로 감소할 수 있다. 물에 상기 형태의 첨가제를 가하여 연속적으로 사용하는 것은, 공업용 및 농업용 분무 작업시에 만나게되는 오염된 환경에서, 정전 스프레이 노즐과 전원에 돌이킬 수 없는 손상을 일으킨다.

스프레이 하전 정도의 저하와 노즐 구성 요소의 결과적인 파괴는 주로 노즐의 내외부 표면 상에 전도성 부착물의 형성으로부터 발생하는 몇 가지 전기적 문제 때문이다. 그러나, 이들 부착물은 노즐과 그 노즐에 부착된 와이어 및 호오스의 표면을 가로질러 용이하게 지나가는 미주 전류(stray electrical current)의 경로를 생성하게 된다. 이러한 전기적 트래킹(electrical tracking) 현상은 내부 전극 유도 하전식 노즐과 관련하여 로우와 파멘타 명의의 특허에 기재된 수준과 같은 대략 1 내지 3kV의 비교적 저전압으로도 일어난다. 결국, 전도성 블랙 카본(black carbon) 부착물이 미주 전류 경로를 따라 형성되며, 이 미주 전류 경로가 유전 표면 안으로 부식되어, 통상의 세정 작용중에 작업자에 의해서 제거될 수 없는 영구적인 전기 도전체를 형성한다. 이러한 전류 경로는 노즐의 외부 표면뿐만 아니라 내부표면에 형성될 수 있다.

외부 표면상의 미주 전류

가장 명백한 미주 전류의 트래킹 경로는, 분무 환경에서의 습도 및 입자에 의한 심한 오염을 겪게 되는 외부의 유전성 노즐 표면에 형성된다. 상기 전류 경로는 고전압의 전극 근처에 있는 노즐 오리피스의 표면에서 대체로 시작되고, 하전 노즐의 노출된 깨끗한 유전 표면이 적셔지거나 또는 오염될 때 전극으로부터 저전위의 외부 표면을 향해 외부로 연장한다. 상기 오염물은 전극을 접지와 전기적으로 연결시키는 저항 도관을 생성하기 때문에, 전극과 접지사이에 위치한 표면은 그 위치와 표면 오염 정도에 따라, 전극과 접지 전압의 중간 정도의 소정의 전압으로 된다.

외부 표면상의 미주 전류의 제1 영향으로는, 노즐의 전극용 비조정식 전원(unregulated power supply)의 출력 전압을 감소시키는 경향이 있는 시스템의 전력 요구량을 증가시키는 것이다. 이것은 전극 전압과 스프레이 하전 정도 모두를 비례적으로 감소시킨다. 접지된 스프레이어 부분을 전극으로부터 분리시키고자하는 절연 표면이 충분히 오염되게 되면, 전원으로부터 인출되는 전극 전류는 극적으로 증가한다. 물을 사용하는 깨끗한 환경하에서, 로우 또는 파멘타의 노즐은 단지 20mA를 인출하게 된다. 그러나, 노즐이 주위 환경의 습기, 입자 또는 스프레이 액체에 의한 오염을 통해 전도성을 갖게 될 때, 유도 전극에서부터 접지까지 유효 저항은 감소되고, 그 결과적인 표면 트래킹은 전원의 출력 능력에 따라서 전원의 출력 전류를 200배 이상으로 증가시킨다. 고유의 안정성 때문에 통상적으로 사용되고 있는 비조정식 전원에 있어서, 전류의 정도가 증가하면 전압을 무부하 출력의 1/3 이하로 감소시킨다. 또한, 큰 전력 요구량은 단일의 정전 전원(electrostatic power supply)에 의해 작동될 수 있는 노즐의 수를 감소시킨다. 표면 오염에 의해 전력 수요가 증가하기 때문에, 상업적 유도 하전 노즐의 일부 제조업자들은 오염되지 않은 노즐의 작동에 필요한 것 이상의 출력 전류를 사용할 수 있는 별도의 전원을 각 노즐에 대해 사용하게 되었다. 이러한 설계 기법은 농업용 붐 스프레이어(boom sprayer)와 같은 다중 노즐 시스템을 복잡하게 하고 그 비용을 증가시키며, 활용 가능한 전력이 과대해지면 전기적 트래킹으로 인한 유전성 표면의 파괴를 가속화시키고 안전성 문제를 초래한다. 로우 명의의 미국 특허 제4,004,733호(이 특허는 참조로 본 명세서에 인용됨)에 개시된 바와 같이, 전원을 하전 노즐에 직접 장착시키거나 그 노즐내에 매설하는 것이 바람직할 수 있다. 로우에 의해 논의된 이점으로는, 기계적 손상에 민감하고 전기적 위험을 드러낼 수 있는 어떠한 고전압 리드선의 사용도 피할 수 있다는 것이다. 로우 명의의 특허에서는 전극을 포함하는 노즐부에 전원을 직접 장착하는 것을 제시하였다. 이 실시예에 있어서의 문제점은 저전압의 전원 입력 와이어가 오염되고, 결국 절연 표면을 따른 전기적 활동에 의해 절연 정도가 저하된다는 것이다. 저전압선 내부의 도전체와 와이어의 오염물 사이의 전위차는 통상 전극 전위에 근사하게 된다. 따라서, 특히 절연체가 기계적 손상 또는 전기적 트래킹 손상에 의해 취약해진다면 절연체의 유전 파괴(dielectric breakdown)가 있을 수 있다. 또한, 노즐을 용이하게 제거할 수 있도록 저전압 와이어 상의 어딘가에 전기 커넥터가 보통 존재한다. 상기 커넥터의 내부는 저전압이고, 커넥터 외부는 와이어의 절연체 및/또는 커넥터의 표면 상에 오염으로 인해 형성되는 전도성 경로 때문에 고전압으로 된다. 그러므로, 실제로 저전압의 커넥터 내부와 고전압의 커넥터 외부는 전위차 때문에 고장 날 수도 있다.

파멘타 등에 의해 개시된 장치에서는 외부 노즐 표면 상의 전기적 트래킹 문제점을 다루었으며, 노즐 배출부에서부터 접지된 장착 브래킷까지의 표면 절연 길이를, 그 노즐의 외벽 상의 일련의 홈 및 노즐을 둘러싸는 큰 반경 방향 플랜지를 사용하여 늘임으로써 전류를 제한하려고 시도하였다. 그러나, 홈과 플랜지는 먼지 및 하전 스프레이 액적군(液滴群)에 직접 노출되기 때문에, 그 홈과 플랜지는 전극으로부터의 상당한 전류를 유지하기에 충분한 도전성을 빨리 갖게 된다. 또한, 깊은 홈은 건조된 스프레이 물질로 채워질 수 있고, 완전히 세정되기 어려우며, 세정 이후에도 전도성이 남아 있을 수 있다.

노즐의 외부 표면상의 미주 전류의 제2 영향은, 노즐 본체의 액체 유입 연결부의 이음매를 통한 액체 공급원과의 전기적 접속 때문에, 스프레이 하전 강도를 감소시킨다는 것이다. 정상적으로 접지된 액체와의 전기적 접속이 이루어질 때, 액체의 전위는 유도 전극의 전위 쪽으로 증가된다. 유도 전극과 액체 스트림 사이의 전위 차이가 감소되고, 결과적으로 스프레이 하전 정도가 비례적으로 감소한다.

노즐 구성 요소의 표면이 접지된 스프레이어 부분과 접속하게 되는 위치에 근접한, 와이어, 공기 튜브 및 액체 튜브의 오염된 절연 표면에서 전기적 아크가 발생하여 물리적 손상을 일으킬 수 있다. 전류는 전극 또는 오염된 고전압의 전기 커넥터로부터 오염된 표면을 따라 흐르고, 전기적 아크는 접지된 스프레이어 부분 근처의 표면에서 발생하며, 결국 상기 튜브 및 와이어의 절연체 안으로 침식에 의한 구멍을 형성하여, 액체 유출을 일으키고 직접적인 단락(shorting)을 겪게 되는 도전체를 노출시킨다.

결국, 전류 경로를 따른 부식 및 전기적 방전으로 인한 피팅(pitting)은 분무화 채널의 벽, 액체 오리피스 팁 및 전극의 표면과 같은 노즐의 중요한 기본적 기능부의 표면을 항구적으로 훼손시킨다. 이들 영역에서의 전기적 활동으로 인한 부식은 스프레이 패턴을 붕괴시키고, 스프레이 하전 정도와 분무화의 품질에 큰 영향을 미친다.

내부 표면의 미주 전류

노즐의 오염된 외부 표면을 가로지르는 전하의 흐름이 종래 공기 분무화 유도 노즐에서 가장 두드러진 물리적 손상을 야기하고 전원으로부터 많은 전류가 인출되게 하는 원인이 되지만, 내부 표면도 역시 오염되기는 쉽다. 이러한 오염은 전극의 상류에 있는 액체의 전위가 영향을 받는 경우, 스프레이 하전 정도를 감소시킨다.

일부 형태의 종래 유도 하전 노즐은, 노즐 내에 위치한 전극으로부터 액체를 절연시키기 위해서 노즐 내에 시일(seal)을 사용한다. 이들 시일의 유전성 표면은, 분해하는 중에 오염에 의해 충분한 전도성을 갖게 되어 액체에 대한 전류 경로를 제공할 수 있다. 유전성 시일을 가로지르는 전류의 정도는 전기적 아크 및 표면 부식을 발생시킬 만큼 충분하지 않을 수 있다. 그러나, 전기적 접속은 액체 스트림의 전압을 전극의 전압 쪽으로 증가시키기에 충분할 수 있는데, 그 결과 유도 스프레이 하전 전계가 상당히 감소된다. 몇 가지 종래의 노즐은 그 노즐이 모든 기본적인 구성 부품으로 분해될 수 있도록 설계된다. 이것이 검사 및 교환을 위해 각 부품에 편리하게 접근할 수 있게 해주는 반면에, 일부 전도성 잔류물이 정상적인 세정 및 재조립 후에도 남아있을 수 있다는 것이 밝혀졌기 때문에 내부 표면의 오염 문제를 유발할 가능성이 있다.

분해중에 내부 표면이 어떻게 우연히 오염되는 지의 일례는 유전성 트윈 유체 팁(dielectric twin-fluid tip)에 의해 수정된 로우의 노즐에서 나타난다. 이 트윈 유체 팁의 기저부는 노즐 본체에 나사 결합되고, 분해 중에 이음매는 오염되며, 결과적으로 액체 채널과, 전극에서 비롯된 표면 미주 전류와의 사이에 전기적 트래킹 경로를 생성한다. 이러한 경로가 전극으로부터 상류측의 액체가 전극 전압의 40-70%의 전압으로 되게 할 수 있고, 그 결과 스프레이의 하전 정도를 비례적으로 감소시키는 것이 관찰되었다.

또한, 종래의 노즐에 있어서, 공기 흐름이 멈출 때 소량의 스프레이 물질이 공기 채널 속으로 다시 흐르게 되면 내부 오염이 발생한다. 이러한 오염은, 전극과, 저전압이 바람직한 액체 오리피스 팁 및 액체 채널의 절연부와의 사이의 표면 상에 큰 전류 경로를 생성한다. 이러한 표면들은 전기적 방전에 의해 피팅이 발생할 수 있다. 결국, 액체 오리피스 팁 또는 액체 채널을 둘러싸는 유전성 물질 안으로 구멍이 형성되고, 그래서 액체 채널을 전극 전압 및 압축 가스 공동에 직접 노출시키게 된다.

로우 노즐에서의 종전의 한 가지 상업적인 제품에 있어서, 트윈-유체 팁 및 이에 대응하는 나사 형성 기저부는 전도성을 가지며 접지되어 있다. 커버가 전극의 캡 부분과 트윈-유체 팁의 노출된 금속 상에 장착된다. 이 기술은 미주 전류가 존재하는 경우에도 액체를 접지 전위로 유지하는 데에 목적을 두고 있다. 그러나, 노즐의 정상적인 사용 기간 및 노즐의 세정 중에, 상기 커버의 내부 표면은 오염된다. 그러므로, 전류는 전극으로부터 외부로, 오염된 커버 시일부를 가로질러, 그리고 커버의 오염된 내부 표면을 따라 접지된 트윈-유체 팁의 기저부의 노출된 금속을 향해 이동한다. 액체는 접지되어 유지되지만, 전류 경로는 전도성의 트윈-유체 팁을 통해 안내되고, 전원 출력을 심하게 감소시키며 과도한 전류 수요로 쉽게 고장난다. 상기 문제점을 해결하는 일환으로, 금속제 트윈 유체 팁이 델린(Delrin) 플라스틱제로 제조된 유사한 구성의 팁으로 대체되었다. 이것은 노즐의 수명을 다소 증가시키지만, 최종적으로는 액체 스트림으로의 전류 경로가 델린제 트윈 유체 팁과 노즐 본체 사이의 이음매를 통과하는 동시에, 시일 표면들 사이에 홈을 생성하여 액체 스트림에 대해 개방되는 연속적인 전기적 경로를 형성하기에 충분한 전기적 아크를 발생시킨다.

전원 출력부 상에 저항기 사용

시클스에 의해 개시된 바와 같은 일부 종래 정전 노즐에서, 기가옴 범위의 저항기가 전원 출력부와 노즐 전극 사이에 배치되어, 노즐 내부에서의 심한 전기적 아크를 방지하고 작업자 안전을 위해 전극으로의 전류를 제한한다. 또한, 이 저항기는 전극에서 발생하는 누설 전류를 제한하는 데 유리한 효과를 가지지만, 오염 표면상의 매우 소량의 누설 전류가 전극에 연결된 높은 값의 제한 저항기에 걸쳐 상당한 전압 강하를 유발하기 때문에 스프레이의 하전 정도는 감소된다. 스프레이 물질 또는 공기중의 먼지가 유전성 노즐에 달라붙을 때, 전극에서부터 접지까지의 유효 저항은 전류를 안전한 값으로 적절하게 제한하게 되는 크기의 전원 직렬 저항기의 저항값보다 낮은 값으로 감소하게 된다. 실제로, 종래 노즐이 농업용 장비에서 사용될 때, 접지에 대한 노즐 전극의 저항은 종종 1메그옴보다 훨씬 낮게 감소된다. 도 13에 도시된 개략도는 저항성 누설 경로 R_n이 접지에 이르는 노즐 표면에 걸쳐 존재할 때, 노즐 전극과 전원 사이에 전류 제한 저항기 R이 마련되는 경우에전극 전압 V_e에 대한 효과를 예시한다.

오염된 노즐 표면을 따라 전극에서 접지까지 1메그옴의 저항성 누설 경로 R_n을 갖는 오염된 노즐과, 1kV의 비조정식 전원(unregulated power supply) 사이에 연결된 5메그옴 전류 제한 저항기 R의 예를 고려하자 종래의 전압 분할기 회로의 경우에, 전원의 전압은 전극에서 나누어지며, 매우 깨끗한 표면을 갖고 누설 전류가 없는 노즐 경우에 비해 전극 전압(V_e) 및 내부 유도 하전 전계가 1/6로 감소된다. 또 다른 예로서, R=R_n인 경우, 유효 하전 전압은 절반이 된다. 이들 간단한 예에서는, 노즐 하전 구성 요소는 전원에서 적절한 크기의 전류 제한 저항기를 효과적으로 사용하고자 하는 경우에 그러한 저항기보다 상당히 높은 크기의 접지에 대한 누설 저항을 유지해야함을 예시한다. 그러한 큰 누설 임피던스 시스템의 주된 이점으로서, 안전성, 보다 긴 노즐 수명, 열악하게 유지되는 노즐에 대해서도 향상된 작업 신뢰도, 광범위의 액체 전도성에 대해 일관된 스프레이 하전성, 비교적 저전압의 매우 소형의 전원 사용, 단일 전원으로 다수의 하전 노즐에 전력을 공급하는 것 등이 있다.

시클스는 하전된 스프레이가 노즐 본체로 복귀하는 것을 방지하기 위하여 설계된 제2 공기 스트림을 사용해서 노즐 표면을 깨끗이 유지함으로써 노즐의 전극과 접지 사이에 높은 저항의 경로를 유지시키려고 시도한다. 그러나, 제2 공기 스트림을 위해 사용되는 압축 공기의 부피로 인해, 농작물을 처리하는 데에 사용되는 30 내지 80개 노즐의 농업용 붐 스프레이어와 같은 대형의 다중 노즐 시스템에 대해서는 실용적이지 못하다. 이러한 이동 가능한 용례에서는, 공기 압축기 또는 송풍기는 가능한 한 컴팩트해야 한다. 목표물에 가해지는 공압 에너지가 과도해지면, 종종 정전기력장이 공기 역학적 힘에 의해 압도되기 때문에 전기 부착(electro-deposition)이 나빠지며 과잉 스프레이가 발생할 수 있어 바람직하지 못하다. 또한, 이러한 가혹한 환경에서 노즐을 작동시키게 되면, 제2 공기가 오염물을 노즐에서 멀리 이동시키기 위해 사용되더라도, 공기 중의 전도성 먼지 및 과잉 스프레이가 노즐의 표면에 포집되는 경향이 있다.

노즐 정면상에 축적되는 액체의 이온화에 의한 하전 스프레이 액적군의 중성화

유도 노즐의 오리피스로부터 방출되는 하전된 스프레이 액적군은 목표 지점, 노즐 정면 및 스프레이어 다른 구성요소에 종결되는 강한 전계를 생성한다. 노즐에 있어서 공간 전하에 의해 부여된 전계는 노즐 표면과 하전된 액적 사이의 강한 인력을 일으킨다. 공압식 분무화를 사용하는 로우 노즐과 같은 종래의 유도 노즐에서는 가스 캐리어가 스프레이의 대부분을 노즐 정면에서 멀리 효과적으로 추진시키는 이점을 가지고 있다. 스프레이 액적군 그 자체 내에서, 액적은 상호 반발하고, 외측 주변에 있는 일부 액적은 가스 제트에 의한 동반 흐름(entrainment)에서 벗어난다. 그러나, 가스 캐리어 제트에서 벗어낫지만, 노즐 정면에서의 전계를 벗어나기에 충분한 거리를 이동하지 못한 하전된 액적은 공간 전하 전계에 의해 부여된 전계선을 따라 노즐 표면으로 복귀한다. 노즐로 복귀하는 비교적 소량의 하전된 스프레이는 유해한 표면 오염의 대부분을 유발하며, 결국 전류 문제를 발생시킨다. 또다른 유해한 결과로는, 노즐로 다시 이끌리는 스프레이 액체가 종래의 하전 노즐의 편평한 정면 상에 축적되는 경향이 있다는 것이다. 이러한 축적은 하전된 스프레이의 부분적인 중성화를 일으킬 수 있다. 부착된 액체가 외부 노즐 표면으로부터 떨어지기 시작할 때, 그 액체는 스프레이 액적군의 전계의 힘에 의해 스프레이 액적군 쪽으로 당겨진다. 축적된 액체는 전계에 대해 정렬되는 예리한 피이크를 형성한다. 피이크에서의 전계의 강도는 주변 공기의 유전 파괴를 일으킬 만큼 충분하다. 그 결과로 얻어지는 가스 방전(gaseous discharging)은 반대 극성의 이온 전하를 스프레이 액적군 안으로 보내게 되며, 그 결과 스프레이의 상당한 부분이 전기적으로 중성화된다. 또한, 노즐로부터 전기적으로 끌어당겨지거나 중력에 의해 떨어지게 되는 표면에 축적된 액체는 낭비적이며, 부적절하게 분무된 스프레이로 인해 품질이 낮은 부착을 초래한다. 노즐 정면에서 떨어지는 액적은 대개 상당한 양이고 스프레이에 대해 반대로 하전된다. 페인트 분무기에 있어서는, 그러한 큰 액적은 균일해야할 표면 피복을 훼손시킨다. 식물에 살충제를 분무할 경우, 그러한 큰 액적의 부착은 과잉 살포가 일어나는 장소에 심한 식물 섬유 손상을 일으킬 수 있다.

종래의 파멘타의 노즐의 형상은, 스프레이 액적군을 향한 외부 림을 구비한 컵 형상의 공동으로 출구를 오목하게 함으로써, 노즐 오리피스 구역에서의 표면 피막으로부터 형성되는 이온화 지점을 감소시킨다. 그러나, 이온화와 적하 현상(dripping)은 노즐의 다른 표면들이 충분히 습윤화될 때 그러한 노즐 표면에서도 일어난다. 노즐로 복귀하는 하전된 액적은 전계선이 공동의 림 연부에 집중되기 때문에 그 림 연부로 이끌린다. 이것은 림 연부 뒤쪽의 본체를 피복하게 되는 스프레이의 양을 제한하는데 도움을 주지만, 포집되는 액적은 연부 그 자체에 축적되고 응집된다. 떨어지기 바로 전에, 액체는 스프레이 액적군 쪽으로 당겨져서 예리한 피이크를 형성하며, 이 피이크로부터 스프레이 액적군과 반대의 전하가 방출되어 하전된 스프레이 액적군의 상당부를 중성화시키는 경향이 있다. 또한, 파멘타의 노즐은 노즐 둘레에 큰 반경 방향 플랜지를 채용하고 있다. 이 플랜지는 절연 표면을 확장시키고, 복귀하는 하전된 스프레이가 노즐 본체의 상류측 부분에 피복되는 것을 방지하는 기능을 한다. 그러나, 결국 스프레이 액적군을 향한 정면 및 연부 표면은 코팅되어, 복수의 이온화하기 쉬운 적하 지점(dripping point)을 형성한다. 추가로, 노즐 정면의 컵 형상의 공동은 노즐을 상향으로 배향시켜서는 사용하지 못하게 하는 데, 그 이유는 상기 공동이 림 연부 상에 축적되어 공동 속으로 적하되는 액체로 채워질 우려가 있고, 결국에는 그 액체가 오리피스를 부분적으로 봉쇄하거나 또는 스프레이의 부착 품질을 심하게 저하시키는 큰 액체 슬러그로서 방출되기 때문이다.

또한, 종래의 로우의 노즐의 모든 제품은 적하 및 스프레이 액적군 중성화의 문제점을 나타내고, 평평한 표면의 커버가 전극 캡의 보다 작은 평면 위에 보호용으로 장착되는 최근의 제품에서는 특히 그러하다. 파멘타의 노즐과 비교해서, 로우의 노즐은 커버 정면이 절반이하의 크기이기 때문에 액체를 보다 적게 포집하는 경향이 있다. 그러나, 축적물은 정면의 가장 낮은 연부로부터 적하하는 현저하게 이온화하기 쉬운 피이크를 형성하기에 충분하다.

분무 채널의 기계적 마모

종래의 유도 하전식 노즐에서 또 다른 제한 사항은 분무화 채널 및 제트 배출부가 침식성 물질을 포함하는 스프레이에 의해 통상의 사용 조건하에서 빠르게 마모되는 경향이 있다는 것이다. 로우의 노즐에 의한 좁은 스프레이 패턴 및 스프레이와 채널 벽 사이에 생성된 공기 차폐막(sheath)은 침식 마모를 다소 제한하지만, 시간이 경과함에 따라 분무화 채널의 벽은, 액체 오리피스 팁으로부터 유도된 이온화 또는 분무화 구역의 내벽을 따르는 전류의 트래킹 현상과 같은 전기적 작용으로부터 모양이 손상되거나, 부적당한 세정으로 인해 남겨지는 스프레이 부착물에 의해 약간 변형된다. 이러한 변형은 좁은 분무 패턴을 붕괴시키고, 공기에 의해 구동되는 스프레이의 일부는 배출부 근처의 플라스틱 벽에 충돌하여 그 벽을 기계적으로 침식시킨다. 실제로, 노즐의 배출부는 규조토 또는 알루미노플루오르화 나트륨과 같은 어떤 침식성 물질을 분사하는 중에는 단지 반나절의 기간 동안 초기 직경의 2배로 될 때까지 마모된다. 그 상태로 방치하면, 전극 또한 배출부 단부에서 마모가 시작하여 후방으로 계속될 것이다. 공기 소비, 스프레이 하전 및 분무 품질은 모두 침식 마모에 의해 불리하게 영향을 받는다.

본 발명은 일반적으로 정전 스프레이 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 공압 분무식, 유압 분무식 및 다른 형태의 유도 스프레이 하전 시스템에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 유도 스프레이 하전 노즐의 조립된 상태의 제1 실시예의 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 유도 스프레이 하전 노즐의 분해된 상태의 제1 실시예의 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 유도 스프레이 하전 노즐의 제1 실시예의 횡단면도.

도 4는 공기 채널이 공기를 분무화 구역으로 안내하는 데에 사용되고 있는 본 발명에 따른 유도 스프레이 하전 노즐의 실시예에서의 트윈 유체 팁 부분의 세부 사시도.

도 5는 후드를 포함하는 본 발명에 따른 유도 스프레이 하전 노즐의 제2 실시예의 횡단면도.

도 6은 본 발명에 따른 노즐 시스템의 제3 실시예의 사시도.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 노즐 상에 부여된 전계 및 흡인된 공기 유동장을 보여주는 도면.

도 8은 하전된 입자를 배제시키기 위해 향상된 곡선 형상 전계를 생성하고 표면을 기계적으로 보호하도록 공동 상에 장착된 후드를 구비하는 본 발명에 따른노즐 상에 부여된 전계 및 흡인된 공기 유동장을 보여주는 도면.

도 9는 저항 요소가 전원 출력부와 노즐 전극 사이에서 노즐 내에 장착되어 있는 본 발명에 따른 유도 하전식 노즐의 제4 실시예를 보여주는 도면.

도 10은 통상의 고전도성 농업용 혼합물을 분무하는 동안의 시간 간격에 걸쳐 측정되는 접지에 대한 전극 저항을 본 발명에 따른 노즐과 종래 노즐을 비교하여 나타내는 반대수 그래프(semilogarithmic graph).

도 11은 본 발명에 따른 노즐에 있어서의 시간의 결과로 얻어지는 하전 정도를 종래 노즐과 비교해서 보여주는 그래프.

도 12는 본 발명에 따른 노즐을 작동하기 위한 한나절의 시간 길이에 걸쳐 필요한 통상적인 전원 전류를 종래 노즐과 비교해서 반대수적 그래프.

도 13은 전원과 오염된 저항성 표면이 있는 노즐 사이에 저항기가 개재되어 있는 스프레이 하전 노즐 시스템의 개략도.

본 발명은, 비교적 큰 질량 농도의 침식성 분말, 금속 요소, 부식 재료 및/또는 고전도성 재료를 포함하는 광범위한 스프레이 액체를 사용하는 정전 스프레이 하전 노즐 시스템에 있어서, 신뢰성 있게 스프레이를 하전시키도록 향상된 정전 스프레이 하전식 노즐 시스템을 제공한다. 또한, 그러한 시스템은, 노즐 표면이 스프레이와 다른 물질에 의해서 오염되기 쉽고, 숙련되지 않은 작업자가 노즐을 작동시킬 수 있으며, 노즐의 유지 보수를 소홀히 할 수 있는 환경에서도 보다 더 안전하며 신뢰성이 있다. 또한, 상기 시스템은 전력 수요가 낮은 노즐을 제공하여, 단일 소형 전원으로 많은 정전 스프레이 노즐을 작동시킬 수 있거나, 원한다면 노즐 내에 매립될 수 있는 초소형 전원으로 단일 노즐을 작동시킬 수 있게 한다.

본 발명에 따른 공압 분무화 유도 하전 노즐 시스템은, 다른 방법들 중에서 다음에 의해, 즉 (a) 내부 및 외부의 전류 누설로부터 액체 스트림을 전기적으로 절연시킴으로써, 그리고 내부 하전 전계와 노즐 외부에서 발생하는 스프레이 액적군에 의한 전계 사이에 전기적 장벽을 형성함으로써, 액체 제트와 유도 전극 사이의 내부 정전 하전 전계을 안정성을 유지하는 것과, (b) 내부 및 외부 노즐 표면에서 전하의 누설을 방지하기 위해 노즐 표면의 전위를 유지하는 것과, (c) 접지된 스프레이어 부분, 고전압 전원, 그리고 분사 노즐의 전극 사이에 높은 전기 저항을 생성하는 것과, (d) 노즐 배출부에 내마모성재를 사용하는 것과, 그리고 (e) 노즐이 피복되는 것을 최소화하고, 공간 전하에 의해 유도된 이온화에 의한 스프레이 중성화를 최소화하도록 노즐의 외부 표면을 형성하는 것에 의해 종래 기술을 발전시켰다.

본 발명에 따른 노즐 조립체는 트윈 유체 팁으로 종결되는 본체를 포함하며, 상기 트윈 유체 팁은 공압식 분무화 챔버와 하전용 유도 전극을 구비한 커버에 수납된다. 유도 전극은 분무화 구역에 대해 상기 조립체 내에 적절하게 배치되어, 액적 형성 영역에서의 액체 제트의 표면에 적절한 강도의 전계를 집중 및 유지시키게 된다. 액체 제트는 접지 전위로 또는 그에 근사하게 유지되고 적절한 상류 위치에서 접지에 접속된다. 전하는 액체를 통과해 흐르도록 유도되어, 액체 제트 표면에서의 전계에 따라 분무화 구역으로 들어가는 액체 제트의 표면에 집중된다. 액적은 공압 에너지에 의해 형성되며, 이 에너지는 또한 전극 영역에서부터 노즐의 제트 배출부를 통해서 목표 지점 쪽으로 멀어지도록 하전된 스프레이를 추진한다.

본 발명의 일특징에 따라서, 노즐 조립체는 커버에 분리 가능하게 연결된 트윈 유체 팁으로 종결되는 본체로 이루어져 있다. 커버는 스프레이 제트 배출부로 종결되는 원추형 또는 다른 공기 역학적 형상의 외부 표면을 구비한다. 커버는 분무화 채널을 형성하고 유도 전극을 구비하는 내부 표면을 포함한다. 본체와 커버는 용이하게 분리될 수 있어, 공기 채널, 액체 채널, 액체 오리피스 팁, 분무화 채널, 하전용 전극 표면 및 공기 플리넘(air plenum) 구역을 비롯하여 주기적으로 세정될 필요가 있는 모든 구역에 접근할 수 있게 한다. 상기 액체 오리피스 팁, 전극 및 노즐의 다른 내부 구성 요소는 본체 또는 커버와 일체로 되어 분리할 필요가 없다. 그러므로, 상기 구성 요소들은 재조립, 분해 또는 작업 중에 오정렬 또는 오염이 발생하지 않는다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라서, 전원과 전극의 전기적 접속은 커버가 느슨하거나 분리될 때 차단된다. 이것은 작업자가 전극 또는 분무화 구역의 다른 부분을 조사하거나 세정할 때 실수로 전원과 접촉할 가능성을 감소시킨다. 또한, 이 특징은 분무화 채널 또는 다른 영역을 세정하는 중에 어느 취약한 와이어를 건들거나 변형시키는 것을 배제시킨다.

본 발명에 따른 노즐의 몇 가지의 특징에는, 액체 오리피스 팁과 분무화 챔버 주변 영역의 표면과 같은 유도 하전 노즐 내부의 유전성 표면에 쉽게 형성되는 오염된 표면을 가로지르는 미주 전류를 제거하는 것이 있다. 본 발명에 따른 노즐의 내부 표면상에는, 커버 부분의 전극에 근접한 상류측 영역에 등전위 표면(equipotential surface)이 의도적으로 유지된다. 커버 조립체의 내측 부분인 가스 플리넘, 시일 및 분무화 채널의 표면은 전극과, 그 전극과 거의 동일한 전위의 전도성 또는 반전도성 환형부 사이에 위치한다. 이는 전도성 오염 피막이 형성되기 쉬운 그러한 유전성 표면상의 전압을 동일하게 하여, 전류가 전극에서부터 조립체에서의 저전위의 본체 부분을 향해 후방으로 이동하는 것을 방지하는 동시에, 손상을 초래하는 전기적 트래킹 경로가 노즐의 중요 내부 영역에 형성되는 것을 방지한다. 또한, 내부의 전도성 환형부는 본체의 전원 도관에서부터 커버의 전극으로의 전기적 접속을 정렬 상태와는 무관하게 형성하는 데에 편리하다. 내부의 하전된 환형 표면의 또 다른 장점은 본질적으로, 내부 유도 하전 전계와, 스프레이 액적군의 공간 전하에 의해 부여되는 것과 같이 외부적으로 발생하여 노즐 주변에 존재하며, 노즐의 스프레이 하전 전계와 대향하여 그 전계를 억제하는 전계 사이에 전기적 장벽을 제공한다.

액체 채널, 액체 유입 연결부 및 액체 팁은 저전압의 본체 내에 수용된다. 액체는 액체 오리피스 상류의 소정 지점에서 접지되어 있고, 접지 지점과 전극 사이의 스트림 부분과 그것의 이음매 없는(seamless) 도관의 병렬 저항은 오리피스에서의 액체 제트의 전위를, 정상적인 작동 중에 놓일 수 있는 접지 전압과 심각한 단락 상태에 있어서의 전극 전압 사이에서 변동하게 한다. 액체 오리피스 팁과 전극 사이의 직접적인 단락 회로가 전도성 오염 물질의 전교(bridge)에 의해 발생된 경우에, 전류가 단락을 초래하는 물질의 전교를 통해, 그리고 저항성 액체 스트림 및 그 도관을 통해 이동하게 된다. 팁과 그 팁의 상류측 접지 지점 사이의 액체는 저항기를 형성하여, 자체적으로 전류를 제한하고 결과적으로 노즐 구성 요소에 대한 손상을 제한한다. 또한, 액체가 액체 오리피스 팁의 채널로부터 배출될 때에 액체의 접촉이 불연속적으로 되면 전류가 중단되기 때문에, 노즐에서의 액체의 흐름이 멈추게 되면 손상이 방지된다.

또한, 팁의 기저부를 둘러싸는 플리넘에서 이동하는 분무화 가스와 그 액체 오리피스 팁을 둘러싸는 분무화 구역 안으로 강제되는 초고속 가스에 의해서 액체 오리피스 팁에서의 단락이 발생할 기회가 더 제한된다. 분무화 채널을 통해 흐르는 분무화 가스가 없을 때 일어날 수 있는 전극과 액체 오리피스 팁 사이의 전기적 단락을 방지하고, 추가적인 안전성을 제공하기 위해서, 전극 전압은 전원을 제어하는 압력 스위치에 의해 차단되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 특징은 노즐 표면이 오염될 수 있는 조건에서 작동하는 종래 노즐에 비해 노즐의 외부 표면상의 미주 전류를 상당히 감소시키는 것이다. 오염 피막이 정전 스프레이 노즐의 외부의 유전성 표면상에 형성되는 것이 용이한 경우, 전극에 근접한 하류측 표면은 스프레이어의 접지된 구성 요소에 전극을 전기적으로 연결시키기에 충분한 전도성을 갖게 된다는 것이 밝혀졌다. 그 결과로 발생하는 표면 미주 전류는 종래의 스프레이 하전 노즐의 유전성 표면, 전극 표면, 유체 연결부 및 와이어를 변형시키며, 궁극적으로는 파괴시킨다. 본 발명의 주요 특징은 전극에서 접지까지 높은 저항성 경로를 유지시키고, 이에 의해 전극에서부터 상당한 전하가 트윈 유체 팁을 향해 후방 및 노즐의 외부 정면을 향해 전방으로 분무화 채널의 내벽을 따라, 그리고 스프레이어의 접지 지점에 부착된 오염된 외부 유전성 표면을 따라 흐르는 것을 방지한다. 높은 저항성 경로는 노즐 표면의 선택된 소정 부분을 오염으로부터 보호함으로써 생성된다. 임피던스가 높은 경로를 유지시키는 방법으로는, 선택된 노즐 표면 내로 또는 노즐을 접지된 스프레이어 부분에 연결시키는 데에 사용하는 전기적 격리 절연기(electrical standoff)상에 공동을 적절히 형성하고, 이러한 공동의 내부로 오염 물질이 진입하는 것을 방지하는 것이다. 오염 물질이 공동 내부로 침투하는 것을 방지하는 것은, 공기 역학적, 음파적, 열적, 전기적, 기계적, 또는 다른 형태의 에너지를 입력하는 것에 의해 제공되거나, 기존의 전계, 부가된 전계 및 그 근처의 공기 역학적 유동장(aerodynamic flow field)과 상호 작용함으로써 오염 물질의 진입을 근본적으로 방지하도록 공동을 적절히 형성하는 것에 의해 제공될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 노즐의 공기 역학적 형상은 휘말려 동반되는 입자가 노즐 표면에 고착되는 경향을 감소시키도록 노즐 표면 상에 전체적으로 층류를 형성시키는 것을 목적으로 하는 한편, 림 또는 연부 같은 주의깊게 배치된 소정의 전계 집중부는 상기 입자를 반발시키기거나 편향시키는 경향이 있는 강도의 전계 영역을 생성시킨다.

본 발명에 따른 일실시예에 있어서, 가스, 액체 및 전기 단자가 위치하고 장착 연결부가 형성되어 있는 유전성 노즐 본체는 본체 내로 형성되는 보호된 공동에 의해 커버 부분으로부터 전기적으로 절연된다. 이와 같이, 본체의 외부 표면은 오염된 본체 표면의 전도성에 의해 접지 전위 근처로 유지되고, 노즐의 고전압 구성 요소로부터 본체 표면을 가로지르는 인지할 수 있는 전류 흐름은 보호된 공동 내부의 저항에 의해 방지된다. 또한, 바람직한 실시예는 내부 전극을 포함하는 노즐 조립체의 커버상에 보호된 표면을 구비한다. 상기 보호된 공동은 또한 표면이 불결한 경우, 전극을 접지로부터 고립시키고, 이리하여 분무화 채널과 다른 외부 커버 표면을 전극과 유사한 전위로 상승시켜 그 전위로 유지하며, 이에 의해 전극에 인접한 모든 표면을 가로지르는 전극으로부터의 전하 흐름을 방지한다.

커버의 외부 표면에 부여된 전위는 스프레이 액적의 전위와 극성이 반대이지만, 이것은 접지된 노즐 표면과 비교하여 노즐 표면을 향해 하전된 액적을 끌어당기는 힘을 현저하게 증가시키지 않거나, 커버에 충돌하는 하전된 스프레이가 전원 전류를 상당히 증가시키지 않게 한다. 하전 노즐의 본체 및 커버의 초기의 깨끗한 유전성 표면이 전도성 오염 피막에 의해 더럽혀지면, 상기 노즐 본체 및 커버는 각각 접지된 장착 부착부 및 유도 전극의 전위와 유사한 전위를 되게된다. 상기 오염된 표면으로부터 유출되는 전류가 적을 수록, 상기 오염 표면들은 각각 등전위 표면에 더 가까워지게 된다.

음극으로 하전된 스프레이 액적군에 의해 생성된 공간 전하 전계의 크기는 노즐 배출부에서의 스프레이 제트의 중앙선 아래로 10 내지 15cm 거리에서 -3kV/cm 이상으로 측정되었다. 그러므로, 공간 전하 전위는 접지된 노즐 표면에 대해 -35kV 근처이고, +1kV의 전극 전압으로 상승된 커버 표면에 대해 -36kV 근처이다. +1kV로 하전된 커버는 음극으로 하전된 스프레이를 우선적으로 끌어당길 수 있지만, 그 힘은 유사한 기하학적 형상을 갖고 스프레이 액적군에 근접한 접지 표면에 비해 단지 3% 더 크다. 음극으로 하전된 스프레이가 하전된 커버 상에 부착될 때, 커버가 그 전위를 유지하도록 유도 전극으로부터 중성화 전류가 흐르게 되지만, 필요한 전류는 매우 적다. 1%의 스프레이가 노즐로 "되돌아(rollback)"가고, 그 2/3가 커버의 표면으로 간다고 가정하면, 통상적인 10mA 스프레이 액적군 전류에 대해서는 되돌아가는 것을 중성화시키기 위해 전극의 전원으로부터 단지 66nA를 필요로 한다. 실제로, 하전된 스프레이의 거의 1% 이하가 되돌아간다.

본 발명에 따른 노즐은 노즐의 외부가 적절한 형상을 갖게 함으로써, 하전된 스프레이가 되돌아가는 현상 및 선택된 노즐 표면상에 입자가 부착되는 것을 상당히 감소시킨다. 노즐 형상은 주변에 공기 유동장(air flow field)을 형성하고, 하전 스프레이 액적군의 근처 전위로부터 유용한 전계 패턴을 생성하며, 전위가 의도적으로 유지되는 더럽혀진 유전성 표면들 사이에 전략적인 곡선 형상 전계를 생성한다.

스프레이 노즐의 정면으로 복귀하고 스프레이 액적군의 유도 방전 중립화 및 전기적 트래킹을 유발시키는 하전된 액적은 로우 장치와 다른 유도 전하 노즐의 모든 종래 상업 제품에서 봉착하게 되는 문제점이다. 이는 이들 제품들이 일반적으로 액적을 동반한 가스 제트의 축선에 대해 수직한 편평한 정면의 표면을 구비하기 때문이다. 노즐이 상향으로 또는 수평적으로 분사하고 있는 상황에서, 또는 포도밭용 스프레이어에서와 같이, 반대로 하전된 노즐이 서로를 향해 분사하고 있는 상황에서는 액체의 부착이 특히 심하다.

본 발명의 노즐 상으로 스프레이 부착을 감소시키기 위해서, 표면 마무리는 매끄럽게 이루어지며, 일반적으로 가능한 한 제트 배출부에서 좁아지도록 전방으로 테이퍼지는 원추형 또는 다른 공기 역학적 형상을 갖는 것이 바람직하다. 고속의 제트에서 종결되는 원추형 전방 테이퍼는 상당한 양의 주변 공기의 흡인을 일으킨다. 흡인되는 주변 공기는 매끄러운 노즐 외부를 가로질러 메인 스프레이 제트를 향해 흐름으로써, 공동의 개방부를 가로지르는 공기 "커튼"을 생성하여 입자 진입을 방지하는데 도움을 준다. 또한, 노즐 표면을 가로지르는 공기 흐름은 오염물질이 부착되는 것을 방지하는데 도움을 주고, 입자상 물질 및 뒤처진 스프레이 액적이 목표 지점을 다시 향하게 한다. 동반되는 소정 부피의 가스는 노즐에서 배출되는 메인 가스 제트의 외부층에 추가된다. 이 추가된 가스의 흐름은 스프레이 액적군의 외부 주변에 있는 보다 느린 액적을 노즐에서 멀리 의도된 방향으로 추진시키는 경향이 있어, 되돌아가는 현상을 유발하는 전기적 힘을 이겨내게 한다. 편평한 정면의 노즐의 경우, 주변 액적이 노즐 표면으로 용이하게 복귀하여 부착되는 경향이 있다.

본 발명에 따른 노즐에 스프레이의 부착 및 액체 축적을 더 감소시키기 위해서, 스프레이 액적군의 전위에 의해 발생되는 전계선을 메인 가스/스프레이 제트에 가장 근접한 노즐 전방 단부에 집중시킨다. 커버의 전방으로 테이퍼진 형상은 하전된 스프레이 액적군에 바로 인접하는 부착 표면적을 감소시키고, 배출부에서의 증가된 곡률은 전계선의 대부분이 스프레이 제트 주위의 도전성 피막 표면에서 종결되게 한다. 이리하여, 노즐로 복귀하는 하전된 액적은 예리한 곡률 영역을 향해 우선적으로 이끌리게 되며, 또한 공기 유동장은 이 영역에 가장 집중되기 때문에, 이 영역에 접근하는 거의 모든 액적은 노즐 표면에 부착되어 방전을 일으키기 전에 메인 가스/스프레이 제트 안으로 다시 흡인된다. 제트 배출부 근처의 표면상에 부착되는 소량의 액체는, 적하 및 그에 따른 유도 이온화가 발생하기 전에 강한 벤츄리 작용에 의해서 메인 가스/스프레이 제트 안으로 즉시 당겨져 재분무된다. 스프레이 액적군의 전계의 영향이 메인 액적군으로부터의 거리 및 연속적인 매끄러운 형상에 의해서 훨씬 더 약해짐에도 불구하고, 소정의 액체 스프레이 물질은 원추형 커버의 상류 표면 상에 부착될 수도 있다. 이 경우, 액체가 적하하거나 유도 이온화를 시작하기에 충분하도록 축적되는 것은 쉽지 않은데, 그 이유는 노즐의 메인 가스 제트의 흐름을 향해 흡인되는 차폐용 주변 공기에 의해 액체가 메인 제트 안으로 안정적으로 빨려들기 때문이다.

공동의 내부를 보호하기 위한 기계적 보호 방법과, 노즐의 전방 단부에 존재하는 압축 가스 제트에 의해 흡인된 주변 공기에 의해 노즐 표면 및 공동의 개방부를 가로질러 발생되는 전술한 바와 같은 공기 커튼에 의해 제공되는 보호 작용 외에도, 하전된 스프레이의 진입을 막는 다른 보호 작용은 공동 입구에 전계선을 적절히 형성하여 하전된 스프레이를 상기 개구로부터 쫓아냄으로써 달성된다. 앞서 기술한 바와 같이, 근처의 하전된 스프레이 액적군은 하전된 액적을 하전된 스프레이 액적군의 영역으로부터 의도된 접지 목표물쪽으로 구동시키는 2 내지 3kV/cm 정도의 "공간-전하"의 역장(force field)을 부여한다. 또한, 이 공간 전하 전계는 노즐 자체에서 종결하는 전계선을 발생시키게 된다. 가스 캐리어의 에너지는 거의 모든 스프레이를 노즐에서 멀리 추진시키기에 충분하지만, 일부는 상기 전계선을 따라 노즐 표면 쪽으로 이동한다. 이 공간 전하 전계선은 전도성을 갖는 오염된 노즐 표면에 수직하게 종결된다. 하전된 스프레이 액적군의 존재로 인해 부여된 상기 전계 외에도, 강한 전계가 본 발명에 따른 노즐의 고전압 커버와 저전압 본체 표면 사이에도 존재한다. 이 두 가지의 전계는 유동 방향에 있어서 상보적이다. 편평한 표면에서는 전계선은 고르게 이격되지만, 불연속 표면부에서 전계선은 더욱 집중된다. 본 발명의 일특징은 노즐 표면 상에 불연속부 또는 전계 집중부를 배치시켜, 상기 전계의 강도를 집중시키고, 스프레이 액적군의 전위와 노즐 표면 상에 의도적으로 유지된 전위로부터 일어나는 곡선 형상의 전계선을 발생시킨다. 곡선 형상의 전계선에 접근하는 하전된 스프레이 액적은 강한 원심력을 받으며, 공동 개구로부터 멀리 외측으로 던져져, 주변의 공기 유동장 속으로 들어가고, 목표 지점 쪽으로 정향된 메인 스프레이 액적군 속으로 재흡인된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 커버의 외부 표면은 전체적으로 전방으로 수렴하는 원뿔 형상을 하며, 분무화 및 하전 구역을 둘러싼다. 커버 표면은 유전성 재료로 제조되는 것이 바람직하고, 분무 환경에 노출될 때 어느 정도의 전도성을 갖기에 충분하도록 오염된다. 그러므로, 내부 하전 유도 전계를 둘러싸는 유리한 전계 경계는 유지되어, 그 유도 전계를 노즐 배출부로부터 배출되는 높게 하전된 스프레이의 존재에 의해 생성된 반대 방향의 공간 전하 전계로부터 효과적으로 분리시킨다.

앞서 기술한 본 발명에 따른 노즐의 보호된 공동의 내부 표면은 결국 노즐의전극 전원과 접지 사이에 고임피던스를 갖게 되고, 종래의 노즐과 비교해 전원의 전류를 상당히 감소시킨다. 상기 고임피던스는 전극에서 상당한 전압 강하를 일으키는 일없이 전원과 유도 하전 전극 사이에 노즐과 직렬 연결된 보호용 저항 요소를 성공적으로 실현할 수 있게 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 이 저항 요소는 노즐 자체 내에 포함되어야 한다. 전원이 노즐 내에 장착되는 구성에 있어서, 단지 전원 출력부에 저항기를 구비한다. 다수의 노즐이 멀리 떨어진 전원에 연결되는 경우에는, 노즐 내의 개별적인 저항 요소에 더하여 저항기가 전원에 위치된다. 또는, 다중 출력 저항기가 전원 자체 내에 배치되어, 이들을 노즐에 직접 연결할 수 있다. 또한, 저항성 와이어는 상기 목적을 달성하기 위해 사용된다. 만일 다수의 노즐이 단일 전원에 의해 전력을 공급받게 되면, 단락된 노즐이 다른 노즐에 영향을 주는 것을 방지하기 위해서, 각각의 노즐에 대해 출력 저항기를 사용하는 것이 바람직하다.

전원 출력부와 고임피던스 노즐의 전극 사이의 저항 도관의 이점 중 하나는 안전성이다. 그 시스템은 전원이 공급된 노즐을 조작할 때 주목할 만한 전기적 쇼크가 없도록 설계될 수 있다. 고임피던스 노즐과 함께 사용된 직렬 저항기로 인해 확인되는 다른 이점으로는, 액체 제트의 유도된 전기적 이온화 및 그에 따른 유도 전극으로부터의 이온 전류로 인해 인출되는 전원 전류를 상당히 감소시킨다는 것이다. 종래 노즐에 있어서 전극이 젖거나 또는 노출 연부 또는 다른 불연속부를 구비하면, 상기 이온 전류가 현저해졌다.

본 발명에 따른 노즐의 고임피던스 성질은 전원을 노즐 상에 또는 노즐 내에성공적으로 위치시키게 한다. 감소된 전원 전류와 전압이 노즐에 편리하게 장착되거나 노즐 내에 봉입될 수 있는 매우 소형의 직류-직류 컨버터를 사용할 수 있게 할뿐만이 아니라, 전원 변압기에 입력을 제공하는 저전압의 리드선 또는 배터리가 전극에서 비롯된 전기적 트래킹에 의한 손상으로부터 보호될 수 있다. 전원이 노즐에 부착되거나 노즐 내에 내장되는 로우(Law)의 노즐과 같은 종래의 구성에 있어서, 저전압 리드선은 노즐 표면으로부터 나와 있어, 오염되기 쉽고 전극으로부터 전압 및 전류에 영향을 받기 쉽다. 만일 전원이 노즐 상에 장착되거나 또는 노즐의 일부에 매설되면, 바람직한 실시예에서는 저전압 입력 와이어 또는 연결부가 본 명세서에 개시된 바와 같이 고임피던스 노즐의 저전압 부분으로부터 나오게 된다. 이것은 와이어 절연체 또는 커넥터를 포위하는 절연체의 외부 표면상에 오염 물질의 피복층이 전극 전위 근처의 전위에 도달하여, 절연체의 전기적 파괴를 일으키는 것을 방지한다. 전원 자체는 저전압 입력 도전체가 저전압의 노즐 부분 안에 배치됨으로써 오염으로부터 보호된 상태로 고전압 부분에 장착될 수 있다.

본 발명에 따른 노즐의 또 다른 주요 특징은 상기 채널이 조기에 전기적 또는 기계적 침식되는 것을 방지하도록 분무화 채널 내에 일체화되는 경질의 내마모재를 사용하는 것이다. 바람직한 실시예에 있어서, 세라믹이 내마모성과 전기적 절연성을 위해 선택된다. 전기적으로 전도성을 갖도록 만들어진 소정 종류의 세라믹이 전극 재료로 사용될 수 있다. 내마모성 전극은 분무화 채널의 일부 벽을 형성하거나 또는 전체 채널 표면을 구성한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 종래의 구성에서 사용되고 있고, 채널또는 제트 배출부에 물질의 축적을 유발시킬 수 있는 수렴형 채널과는 반대로, 분무화 구역의 채널은 직선형 구멍으로 제트 배출부에서는 확대된다.

본 발명의 이 목적, 특징 및 장점외에도, 본 발명의 다른 상기 목적, 특징, 장점 및 이점은 본 명세서의 나머지를 참조하면 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 유도 하전식 노즐의 바람직한 실시예의 한 형태를 보여준다. 이 실시예에서, 노즐은 크게 본체(1)와 커버(2)로 이루어져 있다. 액체 유입구(8), 가스 유입구(7) 및 전력 입력부(9)는 본체(1)의 배면에 위치하고 있다. 가스 캐리어(15) 내의 하전된 스프레이는 배출부(33)를 통해 노즐의 전방 단부로부터 방출된다. 노즐의 원추형 커버(2)는 배출부 정면(24) 쪽으로 테이퍼진다. 후드(30)가 노즐의 본체(1) 상에 배치되어 있는 것으로 도시되어 있다. 조립되지 않은 상태의 실시예를 보여주는 도 2를 참조하면, 커버(2)는 정기 점검을 위해 내부 영역이 노출되도록 본체(1)로부터 쉽게 분리될 수 있는 것이 바람직하다. 커버(2)는 바람직하게는 본체(1) 상에 고정되며, 이것은 나사 결합부(3)를 이용하여, 또는 나사, 래치 또는 다른 부착 수단에 의해 용이하게 분리할 수 있게 되는 데, 이에 의해 초보자에 의해서도 검사 및 세정을 위해 분해될 수 있고, 손상 또는 오정렬 없이 재조립될 수 있으며, 이 경우 도구를 사용하지 않는 것이 바람직하지만, 일반적인 도구를 사용해도 된다. 본체의 하류측 단부는 가스 배출구(21), 플리넘(13), 그리고 액체 오리피스 팁(16)을 포함하는 트윈 유체 팁(12)으로 형성되어 있다. 전원에 대한 전기적인 접속은 도 3에 도시한 환형의 전도성 표면(19)과 결합하는 접속 단자(23)를 통해서 이루어진다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 노즐의 횡단면도가 도시되어 있는 도 3을 다시 참조하면, 노즐 본체(1)는 유전성 재료로 형성되는 것이 바람직하고, 낮은 표면 습윤성, 낮은 표면 및 부피 전도율, 낮은 부착성을 갖는 것이 바람직하다. 본체(1)는 가스 도관(4), 액체 도관(5) 및 전기 도관(도 3에는 도시되어 있지 않지만, 도 9를 참조하면, 도면 부호 6이 부여되어 있음)을 포함한다. 가스 유입구(7), 액체 유입구(8) 및 전력 입력부(도 1의 도면 부호 9를 참조)는 노즐의 정면(24)에서부터 가장 먼 거리인 본체(1) 배면(10)에 위치하는 것이 바람직하다. 필요한 경우, 가스 유입구(7)에는 필터 스크린(11)이 수용될 수 있다.

전기 도관뿐만 아니라 유체 도관(4, 5)은 대체로 본체에 이음매 또는 분리부를 마련하지 않고 노즐 본체(1)를 연속적으로 관통하도록 형성된다. 그러나, 어떤 경우에는 액체 오리피스 팁(16)을 본체(1) 속으로 압입하거나 나사 결합하는 것이바람직한데, 이 경우에는 세라믹 같은 이질적인 재료로 팁(16) 자체를 제조하거나, 또는 팁(16)을 주기적으로 교환할 수 있게 하는 것을 필요로 한다. 이음매는 오염될 수 있고, 이에 의해 노즐 표면상의 미주 전류를 통해 액체가 유도 전극 전압에 노출될 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 어떤 경우에서는, 전원을 노즐 본체(1)에 내장하거나 노즐 본체에 부착하여, 본체(1) 외부에서 고전압의 와이어를 제거하는 것이 바람직할 수 있다.

본체는 도 2에 도시되고 도 4에 약간 변경 도시된 바와 같이 트윈 유체 팁(12)으로 종결한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본체(1)를 관통하는 가스 도관(4)은 배출부(21)에서 플리넘(13)으로 종결되며, 이 플리넘은 트윈 유체 팀(12)의 기저부를 포위한다. 플리넘(13)의 외부 림(22)은 커버 부분(2)의 플리넘(26)의 기저부를 밀봉시키는 역할을 한다. 추가의 밀봉 작용이 커버(2)의 내부에 형성된 림(25)에 맞닿는 가요성 시일(17)에 의해 제공될 수 있다. 이들 밀봉 수단은 가스 유출을 방지하고 또한 내부 표면의 전류 경로를 제한하는 역할을 한다. 압축된 가스는, 도 4에 도시한 바와 같이 플리넘(13)에서부터 트윈 유체 팁의 기저부(34)를 둘러싸는 다중 포트(14)를 통하여 유동하거나, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 트윈 유체 팁(12)의 기저부(34)를 보다 좁고 매끄럽게 형성하여, 가스가 기저부(34) 주변 둘레로 완전하게 흐를 수 있게 한다. 후자가 트윈 유체 팁(12)을 최대한 전기적으로 고립시키는 데에 바람직하다. 그러나, 상기 구역에서 가스 채널이 공기 흐름을 안내하기 위해서 요구되는 경우, 그 때 슬롯형 채널(14)이 구멍형 채널보다 선호되는 데, 이는 커버(2)가 제거될 때 슬롯의 측벽면이 노출되어 그 측벽면을 구멍형 채널의 내부보다 보다 쉽게 세정할 수 있기 때문이다. 이 슬롯은 스프레이 스트림(15)의 축방향으로 형성되거나, 또는 상기 슬롯(14)은 더 넓은 스프레이 각도를 생성하도록 배출되는 가스의 반경 방향 운동이 요구되는 경우, (도 4에 도시된 바와 같이) 소정 각도로 형성될 수 있다.

액체 도관(5)은 액체 오리피스 팁(16)의 배출부에서 종결된다. 일반적으로, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 오리피스 팁(16)은 전극(18)으로부터 상류에 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 팁(16)의 위치는 원하는 분무화 및 하전 품질을 달성하고 액체 유동 속도를 변화시키기 위해 달라질 수 있다는 것을 알 수 있었다.

도 3을 다시 참조하면, 트윈 유체 팁(12)의 기저부(34)를 둘러싸는 가스 플리넘(26)이 노즐의 커버(2)의 전방 단부 내부에 형성되어 있다. 가스 플리넘(26)은 압축 가스의 흐름을 분무화 구역 안으로 균일하게 가속화시켜 안내하는 역할을 하고, 분무화 채널(35)의 벽의 일부를 형성할 수 있다. 플리넘(26)의 형상은 대체로 원통형으로 전이하는 절두체(截頭體)로서 도시되어 있는데, 이러한 형상이 좁게 안내되는 스프레이에 적합하기는 하지만, 다른 구조가 사용되어 변형된 스프레이 패턴을 생성할 수 있다. 상기 팁(12)의 기저부 둘레에 위치한 가스 플리넘(26)은 그 플리넘이 가압되는 동안에 상기 구역을 심한 오염 없이 유지하는 데에 도움을 준다. 가스 압력이 제거될 때, 스프레이 액체는 분무화 구역(35) 및 플리넘 영역(26)으로 떨어지는데, 이런 이유 때문에 전극 전원을 제어하기 위해서 간단한 압력 스위치를 사용하는 것이 바람직하다. 그렇지 않은 경우, 전극(18)과 팁(16) 사이에아크가 가스 흐름이 없는 상태에서 일어날 수 있다. 또한, 상기 팁(16)에서 벤츄리 작용에 의해 잔류 액체를 제거하도록 액체 흐름이 정지된 이후에도 짧은 시간 동안 가스 압력이 유지되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 전도성 유도 전극(18)은 그 전극의 내면이 분무화 채널(35)의 벽의 일부분을 형성하도록 적절하게 위치되는데, 액체 오리피스 팁(16)으로부터 하류에 위치되는 것이 바람직하다. 스프레이 제트를 안내하고 전극(18)의 전방 연부를 덮는 역할을 하는 분무화 채널의 제트 배출부(33)는 전극의 전방, 즉 하류에 있는 것이 바람직하다. 제트 배출부(33)가 세라믹 같은 내마모성재로 형성되는 것이 바람직하지만, 그럴 필요까지는 없다. 상기 제트 배출부(33)는 비전도성이어야 할 필요는 없고, 개인 안전을 위해 절연재가 바람직할지라도 스테인리스강과 같은 경질의 전도성 재료가 선택될 수 있다. 종래 기술의 유도 하전식 노즐은 침식성 분말 또는 독한 화학 물질을 함유한 액체를 분무할 때, 제트 배출부 영역을 마모시키거나 열화시키는 경향이 있다. 본 발명에 따른 노즐은 바람직하게는 세라믹으로 성형된 제트 배출부를 채용한다. 이러한 목적을 위해 공업용 알루미나 세라믹이 선택되는 것이 통상적인데, 이는 산성 용액, 알카리성 용액, 소금 및 용매에 의한 마모 및 열화에 대한 극도로 높은 저항성 때문이다. 알루미나 세라믹은 거의 모든 다른 재료를 능가하는 수준의 강도를 나타낸다. 이외에도, 이러한 종류의 세라믹은 높은 유전 강도(dielectric strength), 높은 표면 저항율, 낮은 표면 습윤성 및 낮은 기공율을 나타낸다. 상기 세라믹의 성형은 표준 세라믹 부품 성형 기술을 사용해서 성형될 수 있다. 코닝(Corning)사 제품인"MACOR"같은 유리 접착 운모(glass bonded mica)를 함유한 형태의 소정의 알루미나 세라믹은 표준 가공 방법에 의해서 분사 배출부(33)를 형성하기에 특히 적합하다. 이 용도에 적합한 다른 재료는 내마모성 플라스틱재를 포함한다. 이들 재료는 플라스틱에 전기 전도성을 부여하는 탄소 섬유를 함유할 수 있다. 이러한 재료들을 사용하여, 전극(18)과 제트 배출부(33)와 같이 분무화 구역의 벽을 형성하는 구성 요소는 단일 부품으로 형성될 수 있다. 이것으로 금속 전극을 매설하는 문제를 해결하고, 노즐의 제조와 설계를 크게 단순화시킬 수 있다.

이 정전 스프레이 시스템의 주요 개념은 선택된 노즐 구성 요소상의 표면 전위의 유지와 전극(18)에서 접지까지의 고저항 경로를 유지시키는 것을 포함한다. 본 발명의 주요 장점은 표면 전류 트래킹, 노즐 정면에서의 유도 이온화의 감소, 전원의 크기 및 출력의 감소, 안정성의 향상을 포함한다. 표면 전하의 흐름을 제거하기 위해서, 표면 오염 물질을 통해서 전극(18)과 접속하는 외부 및 내부 노즐 표면은 전극(18)과 유사한 전압으로 유지된다. 노즐의 본체(1)는 커버(2)로부터 충분히 절연되어, 배면(10)이 오염되는 경우에도 그 배면(10)은 거의 접지 전압의 상태에 있어, 본체(1)가 최종적으로 연결되는 접지된 스프레이어 부분 및 유체 연결부(7, 8)로 최소의 전류가 흐르게 된다.

노즐의 전극(18)과 접지부 사이의 높은 전기 저항을 얻는 방법은, 노즐 상에 부착되어 미주 전류 경로를 형성하게 되는 다른 물질 또는 스프레이에 의한 오염으로부터 노즐 표면의 선택된 부분을 물리적으로 차폐하는 것으로 이루어진다. 도 2 및 도 3의 실시예는 본체(1)에 형성되는 전류 제한 공동(28)과, 커버(2) 안으로 형성된 추가의 전류 제한 공동(29)의 일예를 보여준다. 이들 공동(28, 29)은 환형 또는 임의의 다른 원하는 형상을 취할 수 있으며, 스프레이 또는 다른 오염 물질로부터 부분적으로 보호되는 구역을 만들며, 높은 저항 표면을 보존시킨다. 전계선(electric field line) 상에서 구동됨에 따라 노즐로 복귀하는 하전된 스프레이는 공동 깊이까지 쉽게 침투하기에는 운동 에너지가 충분치 못하여, 전계선이 집중되는 공동 연부 상에 대부분 부착된다. 스프레이 물질 또는 다른 액체가 공동(28, 29) 내부에 결국 부착되더라도, 그 양은 항상 소량이고, 액체는 연속적인 경로, 즉 별개의 작은 액적이 부착되어 있는 것보다 더 좋은 전도성을 나타내는 액체막을 형성할 정도로 축적되지는 않는다. 공동(28, 29)은 주기적으로 세정될 수 있고, 본체(1)와 커버(2)가 분리될 때 용이하게 접근될 수 있다.

노즐이 어떤 가혹한 조건에서 작동될 때, 가스 제트부(40)(도 3에서 도시되어 있음)는 연속적으로 또는 주기적으로 공동 내부를 세정하기 위해서 공동(28, 29) 안으로 안내될 수 있다. 예를 들면, 분무화 가스 공급이 중요하지 않을 때, 가스 중 일부는 가스 도관(4)으로부터 반경 방향으로 또는 약간 접선 방향으로 외향하여 천공된 몇 개의 소직경 구멍(40)을 통해서 안내될 수 있어, 공동의 내부에 입자 부착을 방지하기 위해 압력 구배와 본체의 공동(28)을 일소하는 작용 가스를 생성한다.

공동 내부의 표면 오염에 대한 또 다른 보호 방법은, 기계적 보호막용 차폐 막을 추가하고, 하전된 액적의 진입을 방지하는데 유리한 형태의 전계선을 생성함으로써 제공된다. 상기 차폐막의 일예가 (다른 구조와 형상이 사용될 수 있지만)도 5의 횡단면도에 도시되어 있다. 또한, 이러한 후드(30) 형상의 외부 차폐막은 노즐 외부 표면, 노즐 본체의 공동(28)과 커버의 공동(29)의 표면을 추가로 차폐하는 기능을 한다. 상기 후드(30)는 도시한 바와 같이 노즐 배향에 있어서 아래쪽으로 향하도록 배치되거나, 또는 노즐 배향에 있어서 위쪽으로 향하도록 커버에서의 시트(31)에 역으로 장착될 수 있다. 이 외에, 또 다른 차폐는 본체와 커버 사이에 위치한 환형의 디스크 형상의 유전성 장벽(32)을 배치함으로써 부가될 수 있다. 또한, 상기 장벽(32)은 공동(28, 29)을 덮으며, 노즐 둘레의 공기 흐름 중에 이동할 수 있는 하전된 스프레이 또는 다른 오염 물질의 진입과 표면 부착을 제한하거나 그러한 물질들을 편향시키는 복잡한 표면을 생성한다. 외부의 후두(30)와 내부의 장벽(32)은 노즐 본체와 일체적으로 제조될 수 있거나 별도로 제조될 수 있는데, UHMW 또는 PTFE 같이 낮은 표면 습윤성, 낮은 부피 및 표면 전도성, 그리고 낮은 표면 부착 특성을 갖는 유전성 재료로 형성되는 것이 바람직하다.

노즐의 전극(18)에서 접지에 이르는 높은 저항성 경로를 보존하기 위해서 또다른 차폐막 구성이 도 6에 도시되어 있다. 본 발명의 이 실시예에서, 기본적으로 후드 형상을 한 차폐막(36)이 하전 노즐(38)과 접지된 스프레이 부분(39) 사이에 위치한다. 이 실시예에서, 유전성의 전기적 격리 절연기(37)는 노즐의 배면(10)에 진입하는 가스 및/또는 액체 라인이다. 차폐막(36)은 오염으로부터 유전성의 전기적 격리 절연기(37)를 기계적으로 보호한다. 또한, 차폐막 내부 상에 하전된 액적이 부착되는 것을 방지하기 위해서 전계를 변경시키는 것이 유리하다.

추가적인 후드, 공동 또는 다른 차폐 방법은 미로를 형성할 정도로 복잡하게서로 상하로 배치되게, 노즐 본체, 커버, 노즐 장착부, 배관부 또는 와이어에 부가될 수 있거나, 보다 더 큰 절연도가 필요하다면 이와 달리 부가 및/또는 구성될 수 있다. 종종 구멍난 외부 차폐막은 내부 표면 상의 전기적 부착을 방지하는 동시에, 축적된 액체[또는 비(雨)]가 달아날 수 있게 해준다.

본 발명에 따르면, 노즐 표면은 노즐로 복귀하는 하전된 스프레이 액적의 궤적에 유리하게 영향을 끼치기 위해서 본체(1)와 커버(2)의 다양한 표면에 가해지는 공간 전하 전계선의 형상과 집중도에 영향을 미치도록 형성된다. 유도 전하 노즐로부터 방출된 적절히 하전된 스프레이 액적군은 2 내지 4 kV/cm 크기의 불활성 공간 전하 전계를 평탄한 노즐 표면에 부가한다. 오염 물질에 의해 전도성을 띠는 평탄하고 평활하게 연속적인 노즐의 표면상으로, 공간 전하 전계선은 균일하게 이격되고 수직 방향으로 종결된다. 각도를 가진 표면 불연속부가 존재하는 경우에도 상기 전계선은 여전히 수직 방향으로 종결되지만, 볼록한 형상에 보다 많이 집중되고, 오목한 형상의 내부에 보다 덜 집중된다. 본 발명에 따른 노즐의 경우, 노즐의 표면 피막에서 전위가 유지되고, 공동 연부 및 다른 노즐 표면의 형상은 노즐 표면이 하전된 스프레이로 부착되는 것을 방지하기 위해 곡선형의 활성 전계가 부가되도록 의도적으로 형성된다. 상기 곡선형의 전계선을 따라 이동하는 하전된 액적은 강한 원심력에 영향을 받아, 공동의 개방 영역으로부터 효과적으로 튕겨져 나와, 노즐에서 멀리 떨어져 공기 유동장안으로 들어오게 되며, 이에 의해 상기 영역에 액적이 부착되는 것이 방지된다.

도 7에 도시한 실시예에 있어서, 접지된 스프레이어 부분에 부착된 본체(1)상에 형성된 표면 오염 물질 영역은 결국 본체(1)의 접지된 표면이 된다. 커버(2)의 표면(50)들은 각각 전극(18)의 전위에 근사한 전위를 갖는다. 이것은 결과적으로 2개의 부분을 분리시키는 공간에서 전계를 형성하게 된다. 도 7에 도시된 실시예에 있어서, 상기 전계선은 대향하는 공동(28, 29) 각각의 림(54, 55)에 집중하여, 도시한 바와 같이 강한 곡선형의 전계를 생성한다. 스프레이 액적군에서 생기는 공간 전하 전계를 따라 노즐로 복귀하는 하전된 액적은 공동에 진입하는 것이 방지되는데, 그 이유는 상기 액적들이 점진적으로 강해지는 곡선형의 전계에 끌려 듦에 따라, 이들 액적이 가속되고 원심력이 액적을 상기 전계의 예리한 곡선 경로로부터 멀리, 스프레이 노즐을 둘러싸는 흡인 공기 유동장(61) 안으로 내 던져 버린다.

상기 공기 유동장(61)과 상기 활성화 전계(60)는 협동하여 작용하고, 공기 유동장(61)과 전계(60) 각각은 표류하는 하전된 액적을 의도된 스프레이의 목표 방향으로 이동시킨다. 양극의 유도 전극으로부터 초래되는 음극으로 하전된 액적이 예시를 목적을 위해 사용되지만, 곡선형의 전계에서 이동하는 액적이 목표물을 향하게 되는 방향은 유도 전극의 극성에 상관없이 동일하다.

도 8을 참조하면, 적절히 형성된 후드(30)를 공동의 개방부 위에 추가함으로써, 후드 림(56)과 노즐 커버(2) 상에 형성된 연부(57) 사이에, 진입 경로를 가로지르는 매우 강한 곡선형의 전계(62)를 생성한다. 접지면으로부터 0.5 cm의 거리에 위치한 유전성 커버(2)의 표면 피막 상의 통상적인 800V의 양극 전위는 1.6 kV/cm의 직선의 전계를 생성할 것이다. 접지된 후드의 예리한 립(lip)에 대향하게 본체상에 예리한 윤곽을 전략적으로 형성한 경우에, 상기 전계 형상은 곡선으로 되고, 원하는 경우 공기의 유전 파괴 강도에 접근하도록 만들어 질 수 있는 데, 이러한 전계 강도는 생성되는 이온 전류가 전력 공급 수요를 증가시키기 때문에 바람직하지 않을 수 있다. -5 mC/kg 정도로 하전된 30 ㎛ 액적을 반발시키는 원심력을 발생시키기 위해서 훨씬 적은 전계 강도가 필요하다. 액체가 후드(30) 또는 본체(1)의 뒷면에 축적되는 가혹한 조건에서, 상기 액체는 후드 림(56)으로 이동하고, 이온화되기 쉬운 적하 지점(drip point)을 형성하기 전에 곡선형의 전계(62)로 끌려들어 간다. 상기 액체는 곡선형의 전계선을 따라 공동(28, 29)을 피하면서 커버(2)에 이끌리는 경향이 있으며, 벤츄리 작용에 의해 제트 안으로 끌어 당겨져 재분무된다.

공동 연부(54, 55)는 노즐과 공동 연부 사이에 활성적으로 유지되는 전계를 사용하여, 보호되는 표면부로부터 액적의 반발을 촉진시키기 위한 전계를 형성한다. 그 반대로, 노즐의 전방 단부(58)는 근처의 하전된 스프레이 액적군에 의해 형성된 비활성 전계(63)를 사용하면서 배출부(33)에서 정면(24) 쪽으로 액적을 끌어당기도록 형성되어 있다. 노즐의 전방 단부(58)에서의 예리한 볼록한 형상 및 하전된 스프레이 액적군에 근접한 표면은 배출부(24)의 정면 둘레에 전계를 강하게 집중시킨다. 하전된 액적은 노즐의 전방 단부(58) 쪽으로 이동하고, 대부분은 스프레이 제트 안으로 다시 끌어 당겨져, 노즐에 충돌하기 전에 목표물 쪽으로 구동된다. 부착하는 스프레이 액체는 강한 벤츄리 작용에 의해 표면(50)을 따라 끌어당겨져, 제트 안으로 재분무된다.

고속의 가스 스프레이 제트는 노즐 표면 상으로 모이는 경향이 있는 하전되거나 하전되지 않은 스프레이를 반발 또는 방출시키기 위해 사용된다. 국부적으로 높은 운동 에너지와 속도를 갖는 분무와 가스 제트는, 그 가스 제트 및 동반하는 하전된 액적이 제트 배출부(33)를 통해 배출될 때, 내마모성 배출부(33)의 작은 면적 영역, 배출부의 정면(24), 또는 커버(2)의 다른 표면(50) 상으로 부착되거나 또는 축적되는 경향이 있는 어떠한 스프레이도 제트 안으로 끌어당기게 되는 압력 감소 구역을 생성한다. 운동량 보존 법칙에 따라, 전방 분사 배출부(33)에서 노즐을 빠져나가는 고속의 중앙 가스 제트의 분자 충돌은 주변 공기에 속도를 부여하고 상당한 부피의 주변 공기를 흡인한다. 이러한 흡인은 추가적인 부피의 공기를 가속시킴으로써 노즐 본체(1)와 커버(2)의 외부 표면을 따라 쓸어내려져 노즐에서 방출되는 고속 가스/스프레이의 메인 제트 속으로 들어가게 한다. 적절한 외형을 갖는 노즐 표면을 따라 그와 같이 제어된 공기 이동은 부착된 액체가 유도 전기 방전 피크를 형성하기에 충분하도록 축적되기 전에 그 부착 액체를 제거하는 데에 유리하다. 이 외에도, 우연히 차폐 공동 속으로 확산하는 공중 이송되는 작은 스프레이 액적 및 다른 오염 입자는, 마치 약간 열려진 창을 통해 운행중인 차량의 내부로부터 빠지는 담배 연기와 유사하게 진공 또는 벤츄리 작용에 의해 빠져나갈 것이다.

본 발명은, 종래 하전 노즐에서 관찰되었던 과도한 액체 축적, 부착에 의한 액적의 방전, 그리고 유도 코로나 및 액체 슬러깅(slugging) 문제를 배제하기 위해, 곡선형의 전계에서 이동하는 하전된 입자에 대한 원심력의 유리한 효과가 공기 역학적 유동장과 조화하도록 노즐 본체 및 이에 수반되는 커버 부품의 외형이 적절한 윤곽을 갖게 하는 것을 포함한다.

도 9는 노즐 본체(1)의 하류측 단부에서의 접속 포스트(23)에서 종결하는 전기 도관(6)의 축선을 통해 취한 횡단면도를 보여준다. 본체(1)를 관통하는 전기 도관(6)은 전력 공급선, 전원 자체를 포함할 수 있고, 또는 전원에 연결되는 도체 또는 반도체 재료로 제조될 수 있다. 전극 전원(43)을 노즐에 합체 또는 부착시키는 경우에, 바람직한 실시예는 노즐의 저전압 본체(1) 상에 저전압 입력 연결부(64)를 포함한다. 이 경우에, 전원(43)은 본체(1) 또는 커버(2) 상에 또는 그 내부에 위치할 수 있다. 상기 전원(43)이 커버(2)에 장착되면, 저전압 입력 리드선(lead)은 저전압의 노즐 본체(1) 내부에 위치하게 된다. 노즐의 고전압부의 외부에 저전압 입력 리드선을 구비하는 것이 바람직하다면, 그 리드선에는 적절한 고전압 절연체를 사용하여야 하고, 차폐 후드 또는 다른 구조물을 사용해서 리드선의 일부를 보호함으로써 커넥터 또는 접지된 스프레이어를 향해 와이어 절연체 표면을 따라 발생하는 전기적 트래킹을 최소화한다.

고전압의 전도체가 노즐 본체(1)의 도관(6) 내부에 있는 도 9에 도시된 실시예에 있어서, 상기 도관(6)은 커버(2)의 전극에 전기적으로 접속된 전도성 표면(19)과 접속하는 단자(23)를 구비한다. 상기 전도성 표면(19)은 커버의 공동에 삽입된 금속제 또는 전도성 플라스틱제의 환형체이거나, 또는 주형 또는 사출 성형되는 전도성 플라스틱일 수 있다. 상기 전도성 표면은 그 전도성 표면(19)에 대해 전극(18) 상류측의 커버의 내부 표면(59)의 표면 박막 상에 등전위를 설정하기 위해서 연속적이고 커버의 내부를 둘러싸는 것이 바람직하다. 등전위를 갖는 내부 표면(59)은 전류 경로가 전극(18)으로부터 노즐의 분무화 구역의 어느 중요 표면으로후방으로 형성되는 것을 방지하고, 또한 트윈 유체 팁(12)의 손상을 방지한다. 액체 오리피스 팁(16)과 전극(18) 사이에 직접적인 단락이 발생한 경우에, 전류는 유전성 표면 상의 경로를 따르는 대신에 액체 스트림 자체 쪽으로 향하게 되고, 액체 스트림의 저항 경로와 전극 입력부에서의 저항 소자는 상기 액체 오리피스 팁에 과도한 아크가 발생하는 것을 제한한다.

전기적 통로(20)는 커버(2)에서 전도성 표면(19)과 전극(18) 사이에 형성된다. 와이어 또는 다른 고전도성 재료, 또는 고정 저항기(41)를 상기 통로(20)에 삽입할 수 있으며, 또는 탄소 함침 플라스틱과 같이 주형 또는 사출 성형 수 있는 전도성 또는 반전도성 재료를 통해 전기 접속이 이루어질 수 있다. 전극과 접속하기 위해 저항 소자를 사용하는 것이 바람직하다면, 저항 소자는 통로(20) 내에 또는 본체의 전기 도관(6)에 장착될 수 있다. 후자의 경우가 안전을 위해, 그리고 표면 전류가 발생하는 것을 방지하도록 커버 구성 요소의 내부 표면 상에 등전위를 보장하는 데에 바람직하다. 단일 전원이 단일 노즐과 함께 사용될 때, 출력 부하 특성이 필요한 경우 저전력의 비조정식 전원을 사용하거나, 또는 제한 저항기(limiting resistor)가 전력 공급 회로 상에 배치될 수 있다. 다수의 노즐이 단일 전원에 의해 작동될 때, 각각의 노즐에 저항 소자를 사용하는 것이 바람직한데, 이 저항 소자는 전원 또는 노즐 내에 구비될 수 있다. 이것은 노즐 세트내의 하나의 단락된 노즐이 동일한 전원에 의해 작동되는 다른 노즐에서의 하전 전압을 감소시키는 것을 방지한다.

노즐 전원 출력부와 접지부 사이에서 낮은 표면 누설과 높은 저항을 형성하여 유지하기 위한 본 발명에 따른 방법은 전극에 대해 상당한 전압을 회생함이 없이 적절한 전류 제한 저항기를 사용할 수 있게 해준다. 본체 내부 또는 전극(18) 앞의 임의의 장소에 위치한 저항기는, 전극(18)과 접촉이 발생하거나 오염된 노즐 표면이 생기는 경우에 전류를 위험하지 않은 정도로 제한하는 장점을 가지고 있다. 그러나, 종래의 노즐의 경우에는 오염된 표면의 저항과 직렬로 연결되기 때문에, 적절히 사용할 수 없었다. 유도 노즐에 필요한 전원을 줄이는 주요 동기는 안전이다. 문제가 되는 과도한 누설 전류를 보상하기 위해 과도한 치수의 전원을 구비한 시판중인 일반적인 유도 하전식의 일부 종래 노즐의 경우에는 오염된 외부 표면으로부터 800V의 9mA의 전류가 종종 인출될 수 있다. 발생하는 가장 큰 위험은 통상, 전기 쇼크 자체가 아니라 상기 공급원으로 급히 물러나려고 하여 쓰러지거나 무엇인가에 부딪히게 되는 것이다. 그러나, 이전에 제한 저항기 또는 저전압의 비 조정식 전원을 사용하려는 시도가 있었는데, 안전에는 성공적이지만, 전극의 전압과 하전 정도를 감소시켰다.

도 10에 도시된 그래프는 유도 전극으로부터 접지까지 종래 노즐과 본 발명에 따른 노즐의 전기 저항치를, 통상의 농약을 함유하는 물을 분사하는 중에 소정 기간에 걸쳐 모니터한 결과를 도시한다. 상기 분사되는 혼합물의 저항치는 (수도물에 대한 저항치가 통상적으로 5,000-10,000 옴-cm인 것에 비교해서) 각 용액에 대해 거의 28옴-cm이었다. 그러나, 구리 살균제를 함유하는 엽상 비료 혼합물(foliar fertilizer mixture)도 노즐 상에 두꺼운 피막을 형성하는 것이 특징적인데, 종래 노즐에서는 시험 결과가 성공적이지 못했다. 상기 시험 동안, 스프레이의 일부를노즐 정면으로 다시 송풍하기 위해서 송풍팬을 설치해서, 예를 들면 포도원 분무와 같이 하전 노즐이 대향 방향으로 분무하도록 위치할 때 종종 만나게 되는 상황을 모의 테스트하였다. 종래 노즐의 시험 초기에, 노즐 표면을 세정하였고, 전극 대 접지의 저항은 11 메그옴(megohm)이었는데, 이것은 전원 출력부 분권 저항기의 15 메그옴 값에 근접한 것이었다. 1시간 내에 전극 대 접지의 저항은 1 킬로옴 이하로 감소하였고 노즐 상에 존재하는 저항 피막의 수준에 따라 크게 변했다. 이 경우에, 전원의 제한 저항기는 종래 노즐에 사용하지 않았으며, 전극 전압을 크게 감소시키지 않고는 사용될 수 없었다. 도 10의 상부 곡선은 구리 살균제가 상당한 양으로 첨가된 매우 전도성이 있는 엽상 비료의 대량의 혼합물을 분사하는 경우의 본 발명에 따른 노즐을 사용한 시험의 결과를 보여준다. 이 경우에, 초기에 높았던 접지에 대한 시스템 저항은 전체 시험 시간에 걸쳐 유지되었고, 1.2 메그옴의 직렬 저항기가 성공적으로 사용되었다. 하전 노즐 커버를 만졌을 때 전기 쇼크를 느낄 수 없었으며, 노즐 커버가 스프레이로 상당히 피복되었을 때에도 전기 쇼크는 없었다.

또한, 이 시험 중에, 스프레이의 전하 수준을 각 노즐에 대해 모니터링하였고, 이 결과가 도 11에 도시되어 있다. 스프레이의 전하는 액체 유량에 근거해서 단위 스프레이 부피당 전하로 환산되는 스프레이 액적군의 전류를 측정함으로써 결정하였다. 예를 들면, 각 노즐의 액체 유량이 120 mℓ/min인 경우, 10mA의 스프레이 액적군의 전류는 5 mC/ℓ의 전하 수준으로 환산된다. 종래에는 하전되지 않은 스프레이에 대해 2중 부착의 이점을 위해 바람직한 전하 수준은 3 mC/ℓ이상의 범위로 결정되어 있었다. 종래 노즐은 6500 옴-cm의 전기 저항치를 갖는 물 스프레이를 5.5 mC/ℓ수준으로 하전시킨다. 그러나, 상기 스프레이 액체에 10%의 화학 물질을 첨가하면, 전하는 초기에 단지 3.8 mC/ℓ로 줄어들고, 노즐 표면이 오염됨에 따라 또한 2 mC/ℓ이하로 빠르게 줄어든다. 본 발명의 노즐은 7.5 mC/ℓ수준으로 물 스프레이를 하전시키고, 2종의 화학 물질이 20% 정도 첨가될 때, 전하 수준은 5-6 시간의 전체 시험 시간에 걸쳐 7 mC/ℓ로 유지되었다.

도 12는 이전과 마찬가지로 노즐의 전원 전류를 두 개의 노즐에 대해 모니터링한 별도의 시험을 보여준다. 그러나 이 경우에, 구리 살균제와 엽상 비료가 종래 노즐을 통해 분사되는 혼합물에 첨가되었다. 구리의 특성은 엽상 비료만을 사용하는 경우보다 노즐 피막을 많이 유발한다. 그 최종 결과는 노즐이 돌이킬 수 없는 손상을 받는다는 것으로, 먼저 분무화 채널이 변형되고(분무 및 내부 하전 구역의 형상을 변경시킴), 2시간 내에 유전성의 액체 오리피스 팁은 심한 정도로 침식되었고, 노즐은 더 이상 스프레이를 0.8 mC/ℓ를 초과하도록 하전시키지 않게 된다. 팁이 전체적으로 고장나기 이전에, 종래 노즐에 필요한 전류는 본 발명에 따른 노즐을 작동시키기 위해 필요한 전류보다 40배 이상인 것이 보통이고, 그 반면에 본 발명으로 얻을 수 있는 전하 수준은 종래 노즐보다 3배 이상 높다. 그러므로, 본 발명은 종래 노즐에 비교해서 단위 노즐 전류 입력에 대해 120배 이상의 스프레이 전류 출력을 제공한다.

이러한 스프레이 시험 중에 확인된 또 다른 이점은, 신규의 높은 임피던스 노즐의 사용으로 액체가 전기 방전 피이크를 형성하지 않고, 액체를 의도적으로 노즐의 정면에 쏟아 부을 때에도 노즐의 정면에서 이온화하지 않는다는 점이다. 그러나, 종래 장치에서는 유도 이온화가 용이하고 연속적으로 일어났다. 또한, 종래 노즐은 액체 오리피스 팁의 림에서 가시적인 코로나 글로우(corona glow) 방전이 발생했으며, 이는 액체가 팁으로부터 나옴에 따라 그 액체로부터 이온화와 전기 방전이 발생함을 의미한다. 이것이 이온 부착에 의한 하전을 향상시킬 수 있지만, 팁의 림에서의 물리적인 침식과 변형 때문에 결국 액체 팀의 파손을 초래한다.

전술한 설명에서 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하였다. 전술한 노즐 및 노즐의 일부와 유사한 효과를 가져오는 노즐 또는 노즐의 일부를 생산하기 위한 다른 구조, 구조, 치수, 구성 요소, 변경, 삭제 및/또는 부가는 본 발명의 사상과 범위에서 벗어남이 없이 사용할 수 있다.

Claims (7)

1. 유도 스프레이 하전 노즐로서,

   ⅰ) 가스 채널 및 팁에서 종결하는 액체 채널을 구비하는 본체;

   ⅱ) 적어도 부분적으로 절연 재료로 형성되고 상기 본체에 분리 가능하게 연결된 커버로서,

   a) 상기 팁으로부터 방출된 액체와 상기 본체로부터 방출된 가스가 흘러 들어가는 적어도 하나의 공극을 형성하도록 상기 본체의 외부 표면과 협동하는 내부 표면으로서, 상기 커버는 상기 액체 및 가스가 흘러 통과하게 되는 채널을 형성하며, 이 채널은 분무되는 액체 및 가스가 노즐 주변의 공기 안으로 적절히 방출되게 하는 형상으로 되어 있는 것인 내부 표면과,

   b) 상기 채널을 적어도 부분적으로 둘러싸고, 채널 내로 흐르는 액체에 전기 전하를 생성하는 전극과,

   c) 상기 커버에 인접하게 흐르는 공기에서 난류의 발생을 감소시키는 형상으로 되어 있는 외부 표면

   을 구비하는 커버 및;

   ⅲ) 노즐의 외부 표면에 형성되며, 전극과 접지부 사이에 흐르는 전류를 감소시키도록 액체, 가스 및 다른 표면 오염 물질의 도입을 감소시키는 형상으로 되어 있는 적어도 하나의 환형 공동

   을 구비하는 것인 유도 스프레이 하전 노즐.
2. 노즐로서,

   ⅰ) 가스 채널 및 팁에서 종결하는 액체 채널을 구비하는 본체와;

   ⅱ) 적어도 부분적으로 절연 재료로 형성되고 상기 본체에 분리 가능하게 연결된 커버로서,

   a) 상기 팁으로부터 방출된 액체와 상기 본체로부터 방출된 가스가 흘러 들어가는 적어도 하나의 공극을 형성하도록 상기 본체의 외부 표면과 협동하는 내부 표면으로서, 상기 커버는 상기 액체 및 가스가 흘러 통과하게 되는 채널을 형성하며, 이 채널은 분무되는 액체 및 가스가 노즐 주변의 공기 안으로 적절히 방출되게 하는 형상으로 되어 있는 것인 내부 표면과,

   b) 상기 채널을 적어도 부분적으로 둘러싸고, 채널 내로 흐르는 액체에 전기 전하를 생성하는 전극과,

   c) 상기 커버에 인접하게 흐르는 공기에 난류의 발생을 감소시키는 형상으로 되어 있는 외부 표면

   을 구비하는 커버와;

   ⅲ) 전극을 전원에 연결하도록 되어 있는 전도성 요소와;

   ⅳ) 상기 커버에 연결되고, 상기 전도성 요소에 결합되며, 상기 커버의 내부 표면 상의 예정된 위치들의 전위가 실질적으로 동일한 전위로 되도록 되어 있는 전도성 표면과;

   ⅴ) 노즐의 외부 표면상에 형성되며, 전극과 접지부 사이에 흐르는 전류를감소시키도록 액체, 가스 및 다른 표면 오염 물질의 도입을 감소시키는 형상으로 되어 있는 적어도 하나의 환형 공동과;

   ⅵ) 상기 본체와 상기 커버 사이에 끼워지고, 액체, 가스 및 다른 표면 오염 물질로부터 상기 환형 공동을 적어도 부분적으로 차폐하고 상기 전극과 접지부 사이의 전류를 감소시키도록 되어 있는 플랜지

   를 포함하는 노즐.
3. 노즐로서,

   ⅰ) 가스 채널 및 팁에서 종결하는 액체 채널을 구비하는 본체와;

   ⅱ) 적어도 부분적으로 절연 재료로 형성되고 상기 본체에 분리 가능하게 연결된 커버로서,

   a) 상기 팁으로부터 방출된 액체와 상기 본체로부터 방출된 가스가 흘러 들어가는 적어도 하나의 공극을 형성하도록 상기 본체의 외부 표면과 협동하는 내부 표면으로서, 상기 커버는 상기 액체 및 가스가 흘러 통과하게 되는 채널을 형성하며, 이 채널은 분무되는 액체 및 가스가 노즐 주변의 공기 안으로 적절히 방출되게 하는 형상으로 되어 있는 것인 내부 표면과,

   b) 상기 채널을 적어도 부분적으로 둘러싸면서 그 채널에 인접하게 배치되고, 내마모성재로 형성되는 배출부와,

   c) 전극을 전원에 연결하도록 되어 있는 전도성 요소

   를 구비하는 커버와;

   ⅲ) 상기 커버 상에 형성된 외부 표면으로서, 이 외부 표면이 상기 커버의 채널을 향해 테이퍼짐으로써, 노즐에 있어서의 상기 채널에 인접한 표면의 면적을 감소시키고, 상기 채널로부터 방출되는 액체 및 가스가 상기 노즐에 인접한 공기를 흡인하게 하여, 상기 외부 표면 상에 입자의 부착을 감소시키는 것인 외부 표면

   을 구비하는 것인 노즐.
4. 제3항에 있어서, 상기 커버는 내마모성재로 형성된 전극을 더 구비하는 것인 노즐.
5. 유도 스프레이 하전 노즐로서,

   ⅰ) 액체 채널 및 가스 채널을 구비하는 본체와,

   ⅱ) 적어도 부분적으로 절연 재료로 형성되고 본체에 연결된 커버

   를 포함하며, 상기 커버는,

   a) 상기 팁으로부터 방출된 액체와 상기 본체로부터 방출된 가스가 흘러 들어가는 적어도 하나의 공극을 형성하도록 상기 본체의 외부 표면과 협동하는 내부 표면으로서, 상기 커버는 상기 액체 및 가스가 흘러 통과하게 되는 채널을 형성하며, 이 채널은 분무되는 액체 및 가스가 노즐 주변의 공기 안으로 적절히 방출되게 하는 형상으로 되어 있는 것인 내부 표면과,

   b) 상기 채널을 부분적으로 둘러싸고, 채널내로 흐르는 액체에 전기 전하를 생성하는 전극과,

   c) 전극에서부터 접지부로 흐르는 전류를 감소시키도록 되어 있는 적어도 하나의 공동과, 전계 집중부 영역의 전계의 강도를 집중시키기 위한 형상으로 되어 있는 적어도 하나의 전계 집중부를 구비하는 외부 표면

   을 구비하는 것인 유도 스프레이 하전식 노즐.
6. 노즐로서,

   ⅰ) 팁에서 종결하는 액체 전송용 액체 채널 및 가스 전송용 가스 채널을 구비하는 본체로서, 이 본체와 상기 팁은 전류가 액체로 흐르도록 지나가게 되는 이음매가 없이 연결되는 것인 본체와;

   ⅱ) 적어도 부분적으로 절연 재료로 형성되고, 상기 본체에 분리 가능하게 연결된 커버로서,

   a) 상기 팁으로부터 방출된 액체와 상기 본체로부터 방출된 가스가 흘러 들어가는 적어도 하나의 공극을 형성하도록 상기 본체의 외부 표면과 협동하는 내부 표면으로서, 상기 커버는 상기 액체 및 가스가 흘러 통과하게 되는 채널을 형성하며, 이 채널은 분무되는 액체 및 가스가 노즐 주변의 공기 안으로 적절히 방출되게 하는 형상으로 되어 있는 것인 내부 표면과,

   b) 상기 채널을 부분적으로 둘러싸며, 상기 채널 내로 흐르는 액체에 전기 전하를 생성하도록 되어 있는 내마모성재의 전극

   을 구비하는 커버와;

   ⅲ) 상기 팁으로부터 상류측에서 접지되는 액체와;

   ⅳ) 상기 액체 채널 내의 액체와 연통하는 접지된 액체의 스트림과 상기 전극 사이에 흐르는 전류의 경로를 구불구불하게 하여 상기 전류에 대한 표면의 임피던스를 증가시키도록, 상기 노즐 상에 형성된 적어도 하나의 구불구불한 표면

   을 포함하는 것인 노즐.
7. 스프레이 하전 노즐로서,

   ⅰ) 액체 전송용 액체 채널과, 가스 채널과, 그리고 원하는 스프레이 패턴으로 노즐을 둘러싸는 공기로 방출되는 분무된 액체 및 가스가 통과하는 배출부를 구비하고, 전류가 액체로 흘러 지나가게 되는 이음매는 갖지 않는 노즐 본체와,

   ⅱ) 공기로 방출되는 액체에 전하를 부여하는 노즐에 내장되는 전극과,

   ⅲ) 상기 액체 채널에 액체를, 상기 가스 채널에 가스를, 그리고 상기 전극에 전압을 각각 제공하기 위한, 액체 라인, 가스 라인, 그리고 전기 라인

   을 포함하며,

   상기 액체는 배출부의 상류측에서 접지되며,

   상기 노즐은 적어도 하나의 구불구불한 표면을 더 포함하며, 이 구불구불한 표면은 상기 전극과 접지부 사이에 흐르는 전류의 경로를 구불구불하게 하여 전류에 대해 그 표면의 임피던스를 증가시키는 것인 스프레이 하전식 노즐.