PL179126B1 - Method of and apparatus for electrostatically atomising solid particles - Google Patents

Abstract

1 Sposób elektrostatycznego rozpylania czastek ma- terialu stalego, w którym przyklada sie wysokie napiecie do masy materialu przechowywanego w urzadzeniu do roz- pylania. tak ze laduje sie elektrycznie jego czastki, powo- dujac ich odrywanie sie od masy materialu 1 unoszenie, znamienny tym, ze wprowadza sie dyskretna porcje mate- rialu czasteczkowego z zespolu przechowywania materialu (120, 140, 146, 166; 220) do polozenia dozowania (128, 211) 1 do tej dyskretnej porcji materialu przyklada sie wspomniane wysokie napiecie. 3 Urzadzenie do elektrostatycznego rozpylania czastek materialu stalego, stanowiace niezalezna jednostke prze- nosna która jest przystosowana do latwego manipulowania jedna reka zawierajace obudowe, w której sa umieszczone srodki przechowywania rozpylanego materialu, generator wysokiego napiecia przykladanego do masy materialu rozpylanego oraz srodki okreslajace polozenie dozowania, z którego uchodza naladowane czastki oderwane od masy materialu rozpylanego, znamienne tym, ze jest zaopatrzone w srodki (118, 130. 144, 160, 168, 218, 230) wyprowa- dzania dyskretnej porcji rozpylanego m ateri alu czasteczko- wego z zespolu przechowywania materialu (120, 140, 166, 220) do polozenia dozowania (128, 211), przy czym ta dyskretna porcja reprezentuje mase materialu rozpylanego, do którego przylozone jest wysokie napiecie Fig. 7. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do elektrostatycznego rozpylania cząstek materiału stałego.

Istnieje wiele możliwych sposobów pozwalających na rozpylanie materiałów płynnych. Na przykład powszechnie używa się rozpylaczy aerozoli. Takie rozpylacze są szczególnie użyteczne do rozpylania środków higieny osobistej, na przykład perfum, dezodorantów, kosmetyków itp. W takich przypadkach składnikiem akty wnym jest często materiał stały zawieszony, lub inaczej rozproszony w odpowiednim ciekłym nośniku, który pomaga w procesie rozpylania.

Znane jest ponadto wykorzystanie pól elektrycznych do rozpylania cząstek materiału stałego. Na przykład na podstawie międzynarodowego zgłoszenia patentowego nr WO 94/19042 wiadomo, że miejsce przewodu respiracyjnego, w którym osadza się wdychana substancja zależy od wielkości ładunku elektrostatycznego niesionego przez cząstki wdychanego materiału. Międzynarodowe zgłoszenie patentowe nr WO 94/19042 opisuje urządzenie, w którym dana substancja jest rozpylana w formie wdychanych cząstek, zwłaszcza ciekłego aerozolu lub proszku, w kierunku przewodu zakończonego ustnikiem, natomiast w celu naładowania rozpylanych cząstek materiału stosuje się elektrody umieszczone wewnątrz wspomnianego przewodu. W ten sposób dzięki odpowiedniemu ustawieniu elektrod, możliwe jest właściwe sterowanie wartością ładunku elektrostatycznego niesionego przez cząstki materiału, który jest rozpylany przez odpowiednie elementy rozpylające. Zmiany ustawienia elektrod umozliwiajązwiększenie, zmniejszenie, odwrócenie wartości ładunku, lub też całkowitą neutralizację ładunku niesionego przez cząstki.

Przedstawiona konstrukcja nie pozwala łatwo zapewnić jednakowego ładunku elektrostatycznego dla poszczególnych cząstek, gdyż cząstki sąrozproszone we wdychanym strumieniu powietrza, który przemieszcza je w obrębie pola elektrycznego wytwarzanego przez elektrody. Cząstki rozmieszczone w różnych obszarach strumienia powietrza uzyskują ładunki elektrostatyczne o różnej wielkości, co powoduje, że cząstki posiadają ładunki z szerokiego przedziału wartości.

Rozpylanie elektrostatyczne stosowane jest również do pokrywania przedmiotów warstwą tworzy wa sztucznego, które jest napylane na ich powierzchnię w postaci grubej warstwy, która jest następnie zestalana poprzez ogrzewanie. Cząstki stałego materiału są

179 126 doprowadzane do postaci ciekłej, po czym są unoszone dzięki strumieniowi powietrza, a następnie ładowane elektrostatycznie dzięki elektrodzie wyładowań koronowych. W takich sposobach pokrywania przedmiotów warstwą tworzywa, stosowane cząstki materiału stałego posiadają dużą wartość rezystancji skrośnej, typowo 10¹⁴Ω cm lub wiecej, i dlatego nie mogą być rozpylane, gdy napięcie jest przykładane do masy takiego materiału. Innymi słowy, ponieważ materiał jest dobrym izolatorem, więc prawie nie przewodzi on prądu wywołanego przyłożonym napięciem oraz zapobiega to przepływowi ładunku przez materiał. Brak przewodnictwa materiału jest cechą pożądaną, ponieważ takie sposoby rozpylania są stosowane do tworzenia stosunkowo grubych i przylegających do przedmiotów warstw, a brak przewodnictwa elektrycznego, czyli nie występowanie zjawiska dyssypacji ładunku, jest ważnym czynnikiem zapewniającym właściwe przyleganie materiału do pokrywanego przedmiotu przez odpowiednio długi okres czasu pomiędzy rozpyleniem i ogrzaniem i utwardzeniem napylonych cząstek.

W pewnych przypadkach pożądane jest użycie generatorów wysokiego napięcia, wytwarzających naprzemiennie impulsy napięcia o polaryzacji dodatniej i ujemnej, w celu uniknięcia porażenia prądem, lub aby móc rozpylać na takie materiały, na które w innych przypadkach rozpylać nie można. Na przykład dotyczy to włosów, a w szczególności włosów suchych i cienkich. Opisane zostało to we wcześniejszych zgłoszeniach patentowych nr EP-A-=468735 i 468736 oraz PCT-A-WO94/13063.

W znanych rozpylaczach stosowane są generatory wysokiego napięcia jak przedstawiono w zgłoszeniu patentowym nr EP-A-163390. Jednakże takie generatory napięcia są drogie w produkcji i zbyt duże, aby stosować je w elektrostatycznych urządzeniach rozpylających, które powinny mieć niewielki rozmiar. Należą do nich na przykład rozpylacze kosmetyków, perfum, preparatów leczniczych i pseudoleczniczych, stosowanych do oczu, nosa lub doustnie, jak również preparatów leczniczych do skóry. Ponadto w obudowie rozpylacza umieszczone są zasilające generator baterie, które trzeba często wymieniać lub ładować.

Jak przedstawiono w zgłoszeniach patentowych nr EP-A-468735 i 468736 oraz PCT-A-WO94/13063, w niektórych zastosowaniach korzystne jest wykorzystywanie napięcia wyjściowego o zmiennej polaryzacji. Takie rozwiązanie stosuje się w celu uniknięcia porażenia prądem, lub też gdy materiał rozpylany jest na przedmioty bedące izolatorami, na przykład tworzywa sztuczne lub ludzkie włosy. W tym celu stosuje się odpowiednie generatory wytwarzające napięcie o zmiennej polaryzacji o częstotliwości impulsów określonej w zgłoszeniu patentowym EP-A-468735 oraz 468736. Poza tym częstotliwość napięcia wyjściowego generatora może być elektronicznie zmieniana przez użytkownika za pomocą odpowiedniego układu elektrycznego będącego częścią generatora, sterowanego przez odpowiednie elementy przełączające, jak to opisano w zgłoszeniu patentowym nr PCT-A-WO94/13063. W innym rozwiązaniu, generator może składać się z dwóch układów elementów światłoczułych, które sątak zbudowane, aby wytwarzały napięcia odpowiednio dodatnie i ujemne oraz elementów sterujących naprzemiennie oświetlających oba układy (za pomocą naturalnego światła otoczenia lub za pomocą sztucznego źródła światła), dzięki czemu sumaryczne napięcie wyjściowe jest ciągiem impulsów napięcia o polaryzacji dodatniej i ujemnej o częstotliwości zależnej od elementów sterujących.

Ponadto, z opisów patentowych nr US-A-4 331 298 i GB-A-2 010 126 znany jest sposób rozpylania materiału, w którym wysokie napięcie jest przyłożone do zbiornika lub pojemnika wypełnionego cząstkami materiału, tak żeby naładować elektrycznie cząstki materiału i uzyskać przez to napęd cząstek w kierunku od zbiornika lub pojemnika.

Sposób według wynalazku jest stosowany do elektrostatycznego rozpylania cząstek materiału stałego. Zgodnie z nim przykłada się wysokie napięcie do masy materiału przechowywanego w urządzeniu do rozpylania, tak że ładuje się elektrycznie jego cząstki, powodując ich odrywanie się od masy materiału i unoszenie. Sposób tego rodzaju charakteryzuje się tym, że wprowadza się dyskretną porcję materiału cząsteczkowego z zespołu przechowywania materiału, do położenia dozowania, i do tej dyskretnej porcji materiału przykłada się wspomniane wysokie napięcie.

179 126

Korzystnym jest, że naładowane cząstki materiału wprowadza się do strumienia powietrza wywołanego wdychaniem powietrza przez użytkownika.

Urządzenie do elektrostatycznego rozpylania cząstek materiału stałego, według wynalazku, stanowi niezależną jednostkę przenośną, która jest przystosowana do łatwego manipulowania jedną ręką, zawiera obudowę, w której sąumieszczone środki przechowywania rozpylanego materiału, generator wysokiego napięcia przykładanego do masy materiału rozpylanego oraz środki określające położenie dozowania, z którego uchodzą naładowane cząstki oderwane od masy materiału rozpylanego. Urządzenie tego rodzaju charakteryzuje się tym, że jest zaopatrzone w środki wyprowadzania dyskretnej porcji rozpylanego materiału cząsteczkowego z zespołu przechowywania tego materiału, do położenia dozowania, przy czym ta dyskretna porcja reprezentuje masę materiału rozpylanego, do którego przyłożone jest wysokie napięcie.

Korzystnym jest, że napięcie przyłożone jest nie większe od 25 kV. Urządzenie według wynalazku jest korzystnie zaopatrzone w obsługiwany przez użytkownika element wykonawczy sterujący otwieraniem i zamykaniem otworu wylotowego, z którego uchodzi strumień cząstek rozpylanego materiału. Element wykonawczy jest połączony z generatorem wysokiego napięcia dla sterowania skoordynowanego współdziałania generatora z operacjami otwierania i zamykania otworu wylotowego. Elemet wykonawczy wyposażony jest w element ruchomy sterujący operacjami otwierania i zamykania otworu wylotowego, z którego następuje rozpylanie materiału cząsteczkowego, przy czym wspomniany element ruchomy jest sterowany przez użytkownika, trzymającego urządzenie w ręce.

W korzystnym rozwiązaniu zespół do przechowywania materiału rozpylanego zawiera pojemnik na masę materiału rozpylanego, przy czym środki wyprowadzania dyskretnej porcjii materiału do położenia dozowania zawierają elementy wydzielania dyskretnej porcji z większej masy tego materiału.

Materiał rozpylany jest korzystnie przechowywany w elementach do przechowywania w postaci wydzielonych dyskretnych porcji, a środki wyprowadzania dyskretnej porcji są przystosowane do umieszczenia każdej dyskretnej porcji materiału w położeniu dozowania.

Korzystnym jest, że dyskretne porcje materiału rozpylanego są szczelnie zamknięte, a urządzenie jest zaopatrzone w środki otwierania lub rozrywania osłonowej warstwy dyskretnej porcji materiału znajdującej się w położeniu dozowania dla przyłożenia wysokiego napięcia do cząstek tej porcji materiału i jej rozpylenia.

Materiał rozpylany jest szczelnie zamknięty w szeregu połączonych ze sobąkapsułek, przy czym środki wyprowadzania dyskretnej porcji materiału zawierają elementy przesuwu kolejnych kapsułek do położenia dozowania, w którym każda kapsułka zostaj e otwarta lub rozerwana, a do porcji materiału cząsteczkowego przyłożone jest wysokie napięcie dla jej rozpylenia.

Korzystnym jest, ze w położeniu dozowania jest usytuowana dysza połączona z częścią rozpylającą przy otworze wylotowym, a cząstki rozpylonego materiału poprzez dyszę ze strumieniem powietrza dostająsię do jamy nosowej lub ustnej użytkownika. Dozujący otwór wylotowy znajduje się w górnej i wysuniętej do przodu części dyszy.

Korzystnym jest, ze środki wyprowadzania dyskretnej porcji rozpylanego materiału zawieraj ą dozownik w kształcie kubka dla umieszczenia dyskretnej porcj i materiału rozpylanego w bliskiej odległości od otworu wylotowego urządzenia.

W korzystnym rozwiązaniu według wynalazku generator napięcia ma wyjście bipolarne. Generator wysokiego napięcia zawiera układ elementów wytwarzających napięcie, połączonych ze sobą szeregowo.

W korzystnym rozwiązaniu generator wysokiego napięcia jest przyrządem półprzewodnikowym.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest brak ciekłego nośnika jako zawiesiny cząstek materiału. Ponadto wysokie napięcie jest przyłożone do masy materiału cząsteczkowego zanim nastąpi oderwanie cząstek od masy materiału.

W sposobie według wynalazku można stosować sproszkowany materiał o niższej rezystywności niz w znanych rozwiązaniach, dzięki czemu jego cząstki mogą być ładowane dzięki

179 126 upływności ładunku poprzez masę materiału, a nie dzięki wyładowaniu koronowemu. Stopień przylegania cząstek materiału dzięki siłom elektrycznym jest w tym przypadku nizszy, ale na ogół grubość napylanej warstwy może być znacznie mniejsza i gdzie grawitacja może być znaczącym czynnikiem, biorąc pod uwagę przyleganie cząstek, nacisk położono na wilgotność lub lepkość powierzchni, na którą napyla się cząstki materiału. Ponadto w próbach stosowania sposobu stwierdzono, ze nie trzeba wykorzystywać strumienia powietrza, służącego do przenoszenia cząstek materiału. Zamiast tego wykorzystuje się pole elektryczne, które porusza i rozpyla cząstki.

Ze względu na niższąrezysty wność cząstek wykorzystanych w rozwiązaniu według wynalazku i spowodowany tym upływ lub inaczej dyssypację ładunków elektrycznych, zmniejsza się stopień przylegania cząstek do powierzchni przedmiotów spowodowany działaniem sił elektrycznych. Efekt zmniejszonego przylegania można zniwelować, jeśli powierzchnia, na którą mają zostać napylone cząstki tworzywa jest wilgotna lub lepka. W niektórych przypadkach można przedłużyć czas przylegania cząstek materiału poprzez zastosowanie środka wzmagającego przyleganie. Środek ten stosuje się na powierzchni przedmiotu, na który napyla się cząstki materiału, lub też dodaje się go do materiału rozpylanego.

Masa materiału rozpylanego może być umieszczona w zbiorniku posiadającym wylot, w pobliżu którego przynajmniej w czasie trwania procesu rozpylania, powinna znajdować się powierzchnia masy rozpylanego materiału.

Wykorzystywane napięcie może być dodatnie lub ujemne, przy czym korzystne jest stosowanie napięcia dodatniego, w zakresie od 3 do 40 kV, chociaż jego wartość zwykle wynosi mniej niz 30 kV, na przykład od 3 do 25 kV. Ważną cechą wynalazkujest to, ze wartość napięcia powinna być tak dobrana, aby zlikwidować lub maksymalnie zmniejszyć ilość wyładowań koronowych. W związku z tym, jeśli urządzenie zostanie włączone, a w zbiorniku nie ma rozpylanego materiału, to napięcie powinno być tak dobrane, aby w urządzeniu nie występowały wyładowania koronowe. Dla rozwiązania według wynalazku wyładowania koronowe są zjawiskiem niepożądanym, w przeciwieństwie do znanych rozwiązań, w których wyładowania koronowe grały istotną rolę.

W korzystnym rozwiązaniu, generator jest urządzeniem półprzewodnikowym, składającym się z setek lub nawet tysięcy pojedyńczych elementów wytwarzających napięcie, które połączone szeregowo wytwarzają sumaryczne wysokie napięcie. Na ogół prąd wyjściowy generatorajest na tyle nieduży, że jego moc wynosi mniej niż 100 mW, a zwykle mniej niż 50 mW. Na przykład w urządzeniu rozpylaj ącym farby napięcie może przekraczać 25 kV, a prąd wyj ściowy jest rzędu 1 μΑ (moc wyjściowa 3 OmW), natomiast w przypadku rozpylacza odświeżającego powietrze moc wyjściowa wynosi od 0,5 do 2,0 mW, a zwykle 1,2 mW (na przykład prąd wynosi 100 nA, a napięcie 12 kV).

Korzystnie, generator wysokiego napięcia składa się z takiego układu elementów światłoczułych, aby w sumie uzyskać napięcie wyjściowe przynajmniej 1 kV. Korzystniejszy jest taki układ elementów światłoczułych, który wytwarza napięcie wyjściowe o wartości przynajmniej 5 kV, ajeszcze korzystniej, gdy napięcie wyjściowe wynosi powyżej 8 kV. Generator jest korzystnie urządzeniem półprzewodnikowym, składającym się z układu wielu elementów światłoczułych. Na przykład urządzenie półprzewodnikowe może składać się z materiału fotowoltaicznego, na przykład odpowiednio domieszkowanego polikrystalicznego krzemu, używanego na przykład do produkcji ogniw baterii słonecznych, odpowiednio podzielonego na poszczególne fragmenty poprzez wytrawianie lub trasowania laserem, co powszechnie wykorzystuje się do produkcji elementów półprzewodnikowych, dzięki czemu otrzymuje się duży układ dyskretnych elementów fotoelektrycznych. Elementy te są tak połączone, aby w momencie oświetlenia, w sumie wytwarzały wysokie napięcie wyjściowe o wspomnianej wartości.

Ogniwo baterii słonecznej, składające się na przykład z krzemu domieszkowanego borem, który tworzy sieć krystaliczną typu p, po oświetleniu światłem jest w stanie wytworzyć niewielkie napięcie, zwykle rzędu 0,45 V, zalezne od intensywności oświetlającego światła i obciążenia, ale niezależne od oświetlanej powierzchni. Natomiast prąd wyjściowy takiego ogniwa jest zależ

179 126 ny zarówno od intwensywności światła, jak i oświetlanej powierzchni ogniwa. W zastosowaniu ogniw do rozpylania elektrostatycznego, zapotrzebowanie na prąd jest bardzo małe, rzędu mikroamperów lub nawet nanoamperów i w związku z tym poprzez szeregowe połączenie odpowiednio dużej liczby ogniw fotoelektrycznych wytwarzających pojedyńczo niewielkie napięcie, uzyskuje się w sumie wysokie napięcie, rzędu kilku kV lub nawet więcej. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie wystarczająco wysokiego napięcia, umożliwiającego rozpylanie elektrostatyczne i nie wymagające zastosowania baterii słonecznych o dużej powierzchni.

Elementy wytwarzające napięcie składają się korzystnie z elementów światłoczułych, na przykład elementów światłoczułych, które połączone są ze sobą tworząc jeden układ, który wystawiony jest na działanie otaczającego go światła. W tym przypadku układ umieszcza się na zewnętrznej części urządzenia rozpylającego, mieszczącego w sobie generator. Wykonanie to można zastosować do rozpylacza odświeżającego powietrze, który działa, gdy układ baterii słonecznych jest oświetlony w ciągu dnia oraz w nocy, gdy pomieszczenie jest sztucznie oświetlone, natomiast zostanie wyłączony w ciągu nocy, lub gdy w pomieszczeniu zostanie wyłączone oświetlenie sztuczne.

Możliwe jest także opracowanie elementów służących do wybiórczego odsłaniania i zakrywania układu baterii słonecznych przed otaczającym lub bezpośrednio padającym światłem, odpowiednio dla osiągnięcia wymaganego napięcia wyjściowego baterii. Na przykład do obudowy generatora napięcia urządzenia rozpylającego dołączona jest osłona lub inne urządzenie blokujące światło, które przesuwa się pomiędzy kilkoma pozycjami, w których odpowiednią częśc baterii słonecznej zostaje zakryta lub odsłonięta. Osłoną może być także zdejmowana pokrywa, która w momencie zainstalowania w urządzeniu lub przymocowania do urządzenia zapobiega oświetleniu baterii słonecznej, a po usunięciu zezwala na jej oświetlenie. W ten sposób realizuje się włączanie i wyłączanie urządzenia poprzez usunięcie lub zainstalowanie pokrywy. Wspomniana pokrywa może posiadać kilka możliwości zainstalowania, przy czym każda z tych możliwości powoduje różny stopień zakrycia baterii słonecznej, zmieniając w ten sposób na przykład szybkość rozpylania urządzenia.

Urządzenie rozpylające zaprojektowane do użytku ręcznego, składa się z części przeznaczonej do trzymania w ręce, na przykład uchwytu oraz części, która nie jest obejmowana przez dłoń w czasie użytkowania urządzenia, na której to części są umieszczone elementy światłoczułe, które zostaną oświetlone przez otaczające je światło. Gdy układ baterii słonecznych umieszczony jest na odsłoniętej części urządzenia, to jest on odpowiednio zabezpieczony poprzez nałożenie warstwy lub osłony z materiału, który przynajmniej częściowo jest przezroczysty dla światła.

W innym wykonaniu, elementy wytwarzające napięcie, złozone z elementów światłoczułych połączonych w układ są tak umieszczone, aby mogły być oświetlane przez źródło światła, będące częścią urządzenia rozpylającego. Źródło światła może być jedynym, lub głównym źródłem oświetlającym układ baterii słonecznych, lub też może stanowić oświetlenie dodatkowe. Korzystnie, źródłem światła jest taki element emitujący światło, jak element półprzewodnikowy, na przykład dioda elektroluminescencyjna (LED), element żarnikowy, na przykład żarówka, która emituje światło, gdy płynie przez niąprąd, lub też lampa fluorescencyjna. W takich przypadkach włączanie i wyłączanie urządzenia rozpylającego jest realizowane poprzez włączanie i wyłączanie źródła światła, czyli przełączanie obwodu niskiego napięcia, co odpowiednio steruje obwodem wysokiego napięcia. W innym wykonaniu włączanie i wyłączanie generatora jest zrealizowane poprzez elementy odsłaniające i blokujące dostęp światła do układu baterii słonecznych, które to elementy sąprzemieszczane przez użytkownika, który odpowiednio zasłania i odsłania baterię słoneczną.

Gdy urządzenie rozpylające zawiera źródło światła, to jest ono dołączone do odpowiednich zacisków, do których z kolei dołączone jest źródło napięcia, na przykład bateria o niewielkim napięciu. W takim przypadku, urządzenie rozpylające zawiera komorę mieszczącąbaterię i jeśli to konieczne, w obudowie mieści się również źródło światła oraz generator wysokiego napięcia.

179 126

Włączenie i wyłączenie generatora następuje za pomocą przełączenia przez użytkownika odpowiedniego przełącznika, tworzącego obwód elektryczny wraz ze stykami baterii i zasilacza.

Wystawienie układu baterii słonecznych na światło, na przykład w celu umożliwienia włączenia lub wyłączenia generatora, jest sterowane przez użytkownika dzięki elementowi wykonawczemu. W przypadku urządzenia rozpylającego element wykonawczy służy do sterowania dostarczaniem materiału rozpylającego do wylotu urządzenia, a jest tak połączony z ruchomą osłoną, aby zgodnie z ilością materiału rozpylanego dostarczanego do wylotu, układ baterii słonecznych był odsłaniany, wytwarzając w ten sposób odpowiednio wysokie napięcie, powodujące z kolei rozpylenie naładowanych cząstek materiału rozpylanego. W korzystnym rozwiązaniu, urządzenie rozpylające składa się z obsługiwanego przez użytkownika przełącznika, który powoduje przyłożenie nacisku do rozpylanego elektrostatycznie materiału zawartego w zbiorniku lub pojemniku, a może to mieć na przykład formę tłoka i cylindra, lub też ściśliwego pojemnika, co w efekcie spowoduje dostarczenie rozpylanego materiału do wylotu. Ponadto, przełącznik dołączony jest do osłony, która porusza się, poprzez przesuwanie lub obrót, względem układu baterii słonecznych, powodując jej odsłonięcie, dzięki czemu zacznie docierać do niej otaczające jąświatło, lub też światło pochodzące ze źródła światła. W innym wykonaniu można nie stosować osłony, a źródło światła j est zasilane w momencie włączenia przełącznika, dzięki czemu układ baterii słonecznych jest oświetlony i jednocześnie materiał rozpylany zostanie dostarczony do wylotu urządzenia.

Jeśli zastosuje się źródło światła, to oprócz tego, ze służy ono do oświetlania układu elementów światłoczułych, jest także wykorzystywane do oświetlenia przedmiotu, na który kierowany jest rozpylacz. Ponadto świecenie się źródła światła wskazuje, że działa generator wysokiego napięcia.

W korzystnym rozwiązaniu urządzenie rozpylające zawiera dwa znane półprzewodnikowe generatory wysokiego napięcia połączone z odpowiednimi elementami przełączającymi w zależności od oświetlenia. Elementy przełączające włączają na przemian generatory napięcia, wytwarzające w sumie impulsy o zmiennej polaryzacji, które doprowadzane są do miejsca, z którego następuje rozpylanie naładowanych cząstek. W ten sposób napięcie dodatnie przechodzi z jednego generatora, a napięcie ujemne z drugiego. Na przykład każdy generator jest dołączony do miejsca rozpylania poprzez odpowiednie elementy przełączające w zależności od oświetlenia, a układ sterujący służy do naprzemiennego i o odpowiedniej częstotliwości przełączania elementów przełączających, dzięki źródłom światła odpowiadającym każdemu układowi przełączającemu.

Rozpylany materiał, będący najlepiej w stanie sypkim, po upakowaniu jego cząstek nie jest dobrym izolatorem, typowo posiadającym rezysty wność poniżej 10¹¹Ω -cm, na ogół od 10⁵ do 10¹¹Ω cm. Dzięki temu można doprowadzić napięcie do powierzchni materiału rozpylanego poprzez całąjego masę.

Aby uniknąć wątpliwości, rezystancja skrośna materiału nie musi koniecznie mieścić się w określonym przedziale. Ważne jest jedynie, aby rezystancja cząstek materiału była na tyle odpowiednia, aby napięcie przyłożone do masy materiału rozpylanego zostało przeniesione do jego powierzchni, z której odrywają się rozpylane cząstki. W związku z tym można sobie wyobrazić, ze materiał rozpylany może być w formie pręta materiału będącego dobrym izolatorem o rezystancji skrośnej znacznie przekraczającej 10¹¹ Ω-cm, otoczonym materiałem o niższej rezystancji od 10⁵ do 10¹¹ Ω-cm. W niektórych przypadkach rozpylany materiał może być mieszaniną materiałów o różnej resystancji skrośnej. Na przykład, jeśli dany materiał okazał się nieodpowiedni do rozpylania elektrostatycznego, to juz mieszanina tego materiału z innym materiałem o nizszej rezystancji skrośnej może dać zadowalające rezultaty dla identycznego napięcia.

Cząstki matertiału rozpylane zgodnie z wynalazkiem zwykle posiadająśredni rozmiar od 1 do 100 pm, zwykle mniej niż 400 pm, a najlepiej od 10 do 200 pm. Najlepiej, aby cząstki nie miały kształtu włókien, gdyż wydłużone włókna często przyczyniają się do powstawania wyładowań koronowych, natomiast w korzystnym przypadku cząstki powinny mieć kształt kuleczek.

179 126

Sposób według wynalazku znajduje rozliczne zastosowania do rozpylania odpowiednich aktywnych składników w następujących dziedzinach: w środkach higieny osobistej i kosmetykach, na przykład dezodorantach, dezodorantach przeciwpotnych, kosmetykach (do makijażu, talku), środków farmaceutycznych dla ludzi, włączając środki do użytku wewnętrznego rozpylane do jamy nosowej lub ustnej, w środkach wykorzystywanych w gospodarstwach domowych służących do czyszczenia i konserwacji powierzchni (środkach czyszczących piece i przybory kuchenne, wybielaczach), pestycydach, środkach owadobójczych, dezynfekcyjnych, nawozach roślinnych oraz w środkach przemysłowych, na przykład dodatkach do żywności, polewach, warstwach ochronnych przyborów, na przykład warstwy ochronne tac w piecach kuchennych.

Na przykład w niektórych zwykłych dezodorantach przeciwpotnych, stosuje się materiał aktywny oparty na takich związkach glinu, jak uwodniony chlorek glinu w postaci cząstek zawieszonych w organicznym nośniku będącym łatwo lotną cieczą. Zgodnie z wynalazkiem wystarczy użyć wyłącznie środka aktywnego, na przykład uwodnionego chlorku glinu, będącego w postaci proszku. W ten sposób można zaniechać stosowania nośnika, czyli łatwo lotnej cieczy.

W pewnych zastosowaniach wynalazku, można tak skonstruować rozpylacz, aby stosowane do rozpylania napięcie okazało się nie wy starczaj ące do zapoczątkowania procesu rozpylania i oderwania się cząstek od powierzchni materiału, az do momentu, gdy pole elektryczne odpowiednio się nie zwiększy, co może nastąpić, jeśli materiał rozpylany zostanie zbliżony na odpowiednią odległość od przedmiotu docelowego. Innymi słowy rozpylacz może mieć taką konstrukcję, aby proces rozpylania cząstek materiału rozpylanego był powstrzymany, az do momentu, gdy powierzchnia, od której odrywająsię cząstki materiału rozpylanego znalazła się w wyznaczonej odległości od przedmiotu docelowego. Odległość ta jest różna w zależności od konkretnego zastosowania, ale na ogół wynosi mniej niż 25 cm. W niektórych zastosowaniach odległość rozpylania może wynosić mniej niz 20 cm, w zastosowaniach kosmetycznych lub innych, w których celem jest ludzkie ciało odległość może wynosić mniej niż 10 cm, a w tych zastosowaniach, w których wymagana jest duża dokładność rozpylania wspomniana odległość wynosi mniej niz 5 cm.

W korzystnym rozwiązaniu materiał jest rozpylany nie przy pomocy poruszającego się nośnika gazowego, ale poprzez przyłożenie napięcia do nieruchomej, zawartej w odpowiednim pojemniku masy rozpylanego materiału. Ponieważ rozpylane cząstki materiału są naładowane elektrycznie, więc po rozpyleniu ich strumień będzie ukierunkowany, gdyż naładowane cząstki będą poruszać się w kierunku przedmiotów uziemionych. W ten sposób zapobiega się pozostawaniu chmury swobodnych cząstek w powietrzu. Ponadto naładowane cząstki nie są tak łatwo przypadkowo wdychane do płuc. Ponadto, sposób ładowania cząstek z wykorzystaniem wysokiego napięcia i zjawiska przepływu ładunku poprzez masę rozpylaną cechuje się tym, że wszystkie cząstki są jednakowo ładowane, co nie zachodzi w przypadku wyładowań koronowych wykorzystywanych do znanego sposobu ładowania strumienia cząstek.

W korzystnym rozwiązaniu, urządzenie stanowi jednolity zespół składający się z obudowy umożliwiającej manipulowanie urządzeniem jedną ręką przy czym obudowa mieści w sobie generator wysokiego napięcia oraz jeśli jest to wymagane, element zasilający, na przykład baterię elektryczną Materiał rozpylany jest korzystnie umieszczony w zasobniku wewnątrz obudowy, lub też może być dostarczany w postaci wymiennego lub wielokrotnie napełnianego zbiornika przyłączanego do urządzenia, na przykład w odpowiednim miejscu wewnątrz obudowy.

W korzystnym wykonaniu stosowany jest obsługiwany przez użytkownika element wykonawczy, sterujący otwieraniem i zamykaniem wylotu rozpylacza, przez który wydostają się cząstki materiału rozpylanego. Element wykonawczy może również sterować działaniem generatora wysokiego napięcia, przy czym otwarcie wylotu powinno być skoordynowane z włączeniem generatora napięcia. Element wykonawczy może byc różnej postaci. Na przykład zbiornik cząstek materiału rozpylanego posiada otwór, przez który wydostaje się proszek, a element wykonawczy składa się z ruchomego elementu sterującego otwieraniem i zamykaniem otworu. Ruchomy element ma korzystnie postać przysłony, na przykład przysłony tęczowkowej, lub też może składać się z otworu lub wielu otworów, które mogąbyć odpowiednio przesuwane wzglę

179 126 dem otworu pojemnika, w zależności od położenia elementu wykonawczego. Na przykład ruchomy element jest tak przesuwany, ze umieszczony w nim otwór przesuwa się wzdłuż otworu pojemnika, zajmując pozycję naprzeciw otworu pojemnika, lub pozycję, w której element ruchomy zasłania otwór pojemnika, nie pozwalając na wydostanie się zeń materiału rozpylanego. Element ruchomy jest tak zamocowany, że przesuwa się wzdłuż linii prostej, bądź też obraca się względem urządzenia. W korzystnym wykonaniu element ruchomy jest tak zbudowany, że gdy urządzenie jest trzymane w ręce, element ruchomy może być on przełączany pomiędzy pozycją zamknięcia i otwarcia w sposób bezpośredni, za pomocą kciuka, lub pośrednio poprzez przesuwanie elementu wykonawczego, połączonego z elementem ruchomym sterującym operacją zamykania i otwierania otworu. W razie potrzeby element wykonawczy sam powraca do pozycji zamkniętej, na przykład poprzez wykorzystanie odpowieddniej sprężyny. W korzystnych rozwiązaniach według wynalazku, urządzenie jest tak zbudowane, że tylko pewne niewielkie ilości rozpylanego materiału są dostępne do jednorazowego rozpylania. Na przykład, z całej masy materiału rozpylanego w urządzeniu wydziela się jego porcje, do których dopiero przykładane jest wysokie napięcie. Ponadto, rozpylany materiał jest przechowywany w postaci odpowiednich porcji umieszczonych w kapsułkach lub pojemniczkach, które są otwierane lub rozrywane przez odpowiednie urządzenie. Do wydobytych kolejnych porcji rozpylanego materiału przykładane jest wysokie napięcie, powodując jego rozpylenie. W tym przypadku rozpylany materiał jest zamykany w kapsułkach, które po połączeniu w taśmę sąkolejno przesuwane do miej sca, w którym są otwierane lub rozrywane i gdzie do wydobytego w ten sposób materiału przykładane jest wysokie napięcie, dla jego rozpylenia. Siła przesuwająca i otwierająca kapsułki może pochodzić od użytkownika, który porusza przełącznikiem, lub innym elementem wykonawczym, służącym także do uruchamiania generatora napięcia wraz z jednoczesnym wydobyciem rozpylanego materiału.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pierwszy przykład wykonania urządzenia do rozpylania sproszkowanego materiału, głównie w kierunku do góry, fig. 2 - urządzenie z fig. 1 w przekroju pionowym, fig. 3 - drugi przykład urządzenia do rozpylania sproszkowanego materiału, głównie w kierunku do dołu, fig. 4 - urządzenie z fig. 3 w przekroju pionowym, fig. 5 - widok urządzenia rozpylającego znajdującego zastosowanie w rozpylaniu sproszkowanych środków higieny osobistej, fig. 6 - urządzenie z fig. 5 w przekroju pionowym, fig. 7 - schemat ilustrujący zasadę działania innego przykładu wykonania urządzenia według wynalazku, fig. 8 - szczegółowy widok ilustrujący sposób wydobywaania proszku do rozpylenia, fig. 9 i 10 przedstawiają schematy działania kolejnego urządzenia do rozpylania, fig. 11 do 13 - schematy działania następnego przykładu urządzenia do rozpylania, fig. 14 przedstawia schemat urządzenia rozpylającego służącego do wdychania rozpylanego materiału do układu oddechowego, fig. 15 - schemat modyfikacji zespołu generowania wysokiego napięcia do zastosowania w każdym z przykładów urządzenia przedstawionych na fig. 1 do 14, a fig. 16 przedstawia schemat urządzenia do wyznaczania rezystancji masy proszku.

Jak przedstawiono na fig. 1 i 2, urządzenie rozpylące proszek składa się z podstawy 10, do umieszczenia jej na poziomej powierzchni, ścianki dolnej 12 podstawy, do połączenia z uziemieniem poprzez powierzchnie, na której ustawiono urządzenie. W celu właściwego uziemienia do ścianki dolnej 12 podstawy dołączona jest płytka 13, zbudowana z przynajmniej częściowo przewodzącego materiału. Podstawa 10 mieści w sobie baterię 14 służącą do zasilania układu 16 wytwarzania wysokiego napięcia, zwykle około 8 kV oraz obsługiwany przez użytkownika przełącznik 18. Część górna 20 urządzenia jest zamocowana na podstawie 10 i składa się z rurowej części środkowej 22, otwartej części górnej 24 oraz części dolnej 26, która może się obracać wokół podstawy, dzięki czemu część górna 20 może obracać się wokół osi rurowej części środkowej 22. Rurowa część 22 jest zamknięta w osłonie 28, która jest odpowiednio wyprofilowana, tworząc część wypukłą 30 wokół górnego otworu rurowej części środkowej 22.

Pręt 32 jest na stałe zamocowany w podstawie 10, sięga do wnętrza rurowej części środkowej 22 i jest na zewnątrz nagwintowany. Na pręt 32 wkręcony jest krążek 34, który umieszczony

179 126 wewnątrz rurowej części 22, tworzy komorę 36, w której mieści się rozpylany materiał sproszkowany. Krążek 34 zaopatrzony jest w odpowiednie wycięcia, którym odpowiadają podłużne wyżłobienia na wewnętrznej powierzchni rurowej części 22. Dzięki temu krążek 34 nie może obracać się wewnątrz rurowej części 22, ale może poruszać się wzdłuż tej rurowej części 22, gdy górna część 20 obracana jest względem podstawy 10. Dzięki temu możliwe jest dostosowywanie głębokości komory 36 do ilości ubywającego w trakcie rozpylania proszku. Pokazany na fig. 2 krążek 34 znajduje się w pośrednim położeniu zakresu, w jakim może się on poruszać.

Oprócz współdziałania z krążkiem 34, pręt 32 pełni rolę przewodnika prądu, pomiędzy wyjściem układu 16 wytwarzania wysokiego napięcia (korzystnie dodatniego), a wnętrzem komory 36, w której umieszczony jest rozpylany proszek. Dzięki temu, gdy przełącznik 18 znajduje się w położeniu, w którym układ 16 wytwarzania wysokiego napięcia jest zasilany, wysokie napięcie przykładane jest do proszku znajdującego się w komorze 36. Poprzez odpowiedniązmianę położenia części górnej 20 względem części dolnej 26, odsłonięta powierzchnia proszku znajduje się na poziomie górnego otworu rurowej części 22. Przykładane do proszku w komorze 36 wysokie napięcie jest przez niego przenoszone (gdy proszek posiada odpowiednią przewodność), wytwarzając pole elektryczne, które powoduje odrywanie się i unoszenie cząstek proszku z jego powierzchni. Górna krawędź 40 rurowej części 22 posiada zwiększające pole elektryczne stożkowe wycięcie. W pobliżu wspomnianej górnej krawędzi 40 może utrzymywać się wysokie napięcie, dzięki zbierającym się tam ładunkom elektrycznym (w przypadku, gdy rurowa część 22 zbudowana jest z materiału będącego dobrym izolatorem), lub dzięki bezpośredniemu doprowadzeniu wysokiego napięcia wytwarzanego przez układ 16 poprzez pręt 32, krążek 34 i odpowiedni pasek przewodzący, umieszczony wzdłuz rurowej części 22.

Dla powstrzymania proszku przed ulatywaniem, gdy urządzenie jest wyłączone, część górna 20 lub rurowa część 22 jest zaopatrzona w zdejmowaną pokrywę (nie pokazaną na rysunku), szczelnie zamykającą komorę 36.

Jak przedstawiono na fig. 3 i 4, urządzenie składa się z obudowy 50, mieszczącej w sobie baterię prądu stałego 52, zasilającą generator wysokiego napięcia 54, gdy odpowiednio przełączony jest przełącznik 56. Uziemienie zostaje realizowane poprzez użytkownika, który palcami dotyka przycisk 57 uruchamiający przełącznik 56. Obudowa 50 mieści w sobie także komorę 58 zawierającą rozpylany proszek, wraz z odpowiednio ukształtowanym krążkiem 60 umocowanym poniżej dolnego brzegu komory 58, przy czym krążek 60 ma wyżłobienie 62 kształcie pierścienia, do którego wpada proszek dzięki sile grawitacji. Ponadto, kształt wyżłobienia 62 zabezpiecza przed niepotrzebnym wysypywaniem się proszku, gdy urządzenie nachylone jest pod niewłaściwym kątem. Wyjście generatora wysokiego napięcia 54 dołączone jest do komory 58, a więc także i do zawartego w niej proszku oraz pręta 64, który ponadto służy do umocowania na nim krążka 60. Ponadto, urządzenie może być zaopatrzone w elementy (nie pokazane na rysunku), służące do poruszania i zmiany pozycji krążka 60 względem obudowy 50. Można to na przykład wykorzystać do zmiany rozmiaru szczeliny pomiędzy krążkiem 60, a dolną krawędzią komory 58, a także do ustawienia krążka 60 w pozycji, w której zamyka on szczelnie komorę 58, z której dzięki temu nie będzie się wysypywać proszek, gdy urządzenie jest wyłączone. Działanie tych elementów może zostać skoordynowane z działaniem generatora wysokiego napięcia 54, dzięki czemu otwarciu komory 58 z proszkiem towarzyszy przyłożenie napięcia do proszku, a zamknięciu - wyłączenie generatora. W trakcie działania urządzenia, rozpylenie proszku następuje, gdy przyłoży się do niego wysokie napięcie, a krążek 60 znajduje się w pozycji wysuniętej, jak to pokazano na fig. 4, dzięki czemu proszek może się przedostać do wyżłobienia 62. Wysokie napięcie doprowadzone do odsłoniętych powierzchni proszku, powoduje unoszenie jego cząstek. W górnej części 66 komory 58 znajdująsię otwory, przez które dostaje się powietrze, gdy opada poziom proszku. Przedstawione powyżej urządzenie przeznaczone jest do rozpylania proszku przy pracy w pozycji poziomej lub pionowej, z wylotem skierowanym do dołu.

Przedstawione na fig. 5 i 6 urządzenie przystosowane jest do rozpylania środków higieny osobistej. Obudowa 80 urządzenia mieści w sobie baterię prądu stałego 82, zasilającą generator wysokiego napięcia 84, gdy użytkownik włączy przełącznik 86. Ponadto obudowa zawiera

179 126 komorę 88, w której mieści się rozpylany proszek, do której poprzez element przewodzący 90 przyłożone jest wysokie napięcie pochodzące z wyjścia generatora 84. Górny koniec komory 88 jest zakończony otworem, który może być szczelnie zamykany przez przesuwany element wykonawczy w postaci paska 92 z giętkiego materiału (na przykład odpowiedniego tworzywa sztucznego).

Pasek 92 stanowiący element wykonawczy, umieszczony jest wzdłuż prawie całej długości obudowy 80 i na dole zakończony jest zagłębieniem 94, pasującym do kciuka użytkownika. Poprzez manipulacje kciukiem, pasek 92 przesuwa się względem otwartego końca komory 88 w kierunkach pokazanych przez strzałki A. Pasek 92 przyjmuje pozycję zamykającąkomorę, pokazaną na fig. 6, lub pozycję pozwalającąna rozpylanie, pokazaną na fig. 5, kiedy to otwór wylotowy 96 paska 92 jest tak przesunięty, że znajduje się naprzeciw otwartego końca komory, otwierając wylot proszku. W razie potrzeby, dzięki zastosowaniu odpowiedniej sprężyny, pasek 92 może samoczynnie przyjmować pozycję zamkniętą, pokazaną na fig. 6. Pasek 92, stanowiący element wykonawczy, jest tak połączony z przełącznikiem 86 (co schematycznie pokazano na fig. 6), że uruchomienie i wyłączenie generatora 84 jest zsynchronizowane z operacją otwierania i zamykania górnego otworu w komorze 88, w zależności od położenia paska 92. Na przykład można tak zbudować to urządzenie, że generator 84 nie jest zasilany, aż do momentu, gdy otwór wylotowy 96 dokładnie pokryje się z górnym otworem komory 88 z proszkiem. Przewodzący obszar 98 może być dołączony do wycięcia 94, dzięki czemu realizuje się uziemienie układów elektrycznych poprzez kciuk użytkownika. Gdy urządzenie pokazane na fig. 5 i 6 wykorzystywane jest jako rozpylacz środków higieny osobistej i kosmetyków, to stosuje się takie napięcie, aby przy odsłoniętym otworze komory 88 z proszkiem i włączonym generatorze wysokiego napięcia 84, wytwarzane pole elektryczne nie mogło zapoczątkować procesu rozpylania proszku, aż górny koniec urządzenia nie znajdzie się w odpowiedniej odległości od miejsca docelowego. Odległość ta korzystnie wynosi mniej niż 10 cm, zależnie od rodzaju rozpylanego proszku, a na przykład w przypadku rozpylania cieni do powiek, urządzenie nie powinno zadziałać, aż wylot znajdzie się w odległości około 1 cm od miejsca docelowego.

W przykładach wykonania pokazanych na figurach od 1 do 6, proszek umieszczony jest w zbiorniku lub komorze wewnątrz urządzenia. Na fig. 7 i 8 przedstawiono inny przykład wykonania, w którym rozpylany proszek znajduje się w kapsułkach, które są rozrywane, odkrywając zawarty w nich proszek. Podobnie jak w poprzednich przykładach wykonania, w obudowie 110 (pokazanej tylko częściowo) mieści się bateria prądu stałego 112, zasilająca generator wysokiego napięcia 114, gdy zostanie włączony przełącznik 116. W obudowie 110 jest umieszczona taśma 118, zawierająca szereg jednakowo oddalonych od siebie kapsułek 120 zawierających zamknięte porcj e proszku. Taśma 118 ma górną osłonową warstwę 122 i dolną warstwę 124 z takiego materiału, jak na przykład folia. Pomiędzy tymi warstwami 122,124 zamknięte są kolejne porcje proszku w postaci kapsułek 120. Górna osłonowa warstwa 122, przynajmniej częściowo złożona jest z łatwo rozrywalnego materiału, a dolna warstwa 124 zawiera przewodzący lub przynajmniej częściowo przewodzący materiał, co pozwala na przyłożenie wysokiego napięcia do proszku w każdej z kapsułek 120. W przedstawionym przykładzie wykonania, dolna warstwa 124 każdej kapsułki 120, zawiera przewodzące elementy 126.

Urządzenie zaopatrzone jest w elementy do stopniowego przesuwania taśmy 118 do położenia dozowania w postaci otworu 128, dzięki czemu w kolejnych krokach kolejne kapsułki 120 ustawiane są naprzeciw tego położenia dozowania w postaci otworu 128. Odpowiednio w stosunku do otworu 128 ustawiony jest ruchomy trzpień 130, który posiada rdzeń 132 z przewodzącego prąd materiału, podłączony do wyjścia generatora wysokiego napięcia 114, natomiast na końcu trzpienia 130 zamocowana jest połączona z rdzeniem przewodząca końcówka 134, do której poprzez rdzeń doprowadzane jest wysokie napięcie. Trzpień 130 zbliza się i oddala od otworu 128 (strzałki B na rysunku), a taśma 118 z kapsułkami 120 porusza się (strzałka C) pomiędzy zakończeniem trzpienia 130 i otworem 128, tak ze w momencie, gdy kapsułka 120 znajduje się naprzeciw otworu 128, przesunięcie trzpienia 130 powoduje zwarcie przewodzącej końcówki 134 z przewodzącymi elementami 126 oraz wciśnięcie kapsułki w kierunku do góry,

179 126 powodując rozerwanie jej górnej osłonowej warstwy 122 i odsłonięcie zawartego w niej proszku. Sytuacja ta pokazanajest na fig. 8. Poprzez odpowiedniąkoordynację ruchu taśmy 118, trzpienia 130 i włączenia zasilania generatora wysokiego napięcia 114, uwolnieniu rozpylanego proszku w bezpośredniej bliskości położenia dozowania w postaci otworu 128, towarzyszy przyłożenie do niego wysokiego napięcia, które dostarczane jest poprzez rdzeń 132, przewodzącą końcówkę 134 oraz przewodzące elementy 126 kapsułki 120. W efekcie następuje rozpylenie proszku zawartego w kapsułce 120. Wszystkie wspomniane czynności zostająprzeprowadzone w wyniku działania elementu wykonawczego, uruchomionego przełącznikiem 116.

W urządzeniu przedstawionym na fig. 9 i 10, z proszku przechowywanego w większych ilościach, wydziela się niewielkie porcje i do nich dopiero przykładane jest wysokie napięcie. Na rysunku przedstawiono część urządzenia, w której przechowywany jest proszek, stanowiącą pojemnik w kształcie lejka 140 umieszczonego w obudowie 142. Podobnie jak w poprzednich przykładach wykonania, w obudowie mieści się bateria prądu stałego, która po włączeniu przez użytkownika odpowiedniego przełącznika (nie pokazanego na rysunku) zasila generator wysokiego napięcia. Tłok 144 umieszczony jest w otworze mieszczącym się w dolnej części pojemnika na rozpylany materiał, w kształcie lejka 140 i jest w obudowie zamocowany przesuwnie, przyjmując pozycję wysuniętą (fig. 9) lub wsuniętą (fig. 10). Urządzenie zaopatrzone jest również w odpowiednie elementy (nie pokazane na rysunku), służące do wysuwania tłoka, w odpowiedzi na ruch elementu wykonawczego, połączonego również z przełącznikiem sterującym pracą generatora wysokiego napięcia. Elementy te mogą również służyć do wsuwania tłoka lub też poprzez wykorzystanie odpowiedniej sprężyny, po zwolnieniu elementu wykonawczego przez użytkownika tłok może się wsuwać samoczynnie. Wsunięciu tłoka powinno towarzyszyć wyłączenie generatora.

W górnej części tłoka 144 umieszczony jest dozownik w kształcie kubka 146, który w momencie przemieszczania tłoka 144 z pozycj i wsuniętej do pozycj i wysuniętej, nabiera porcj ę proszku, co ilustruje fig. 10. Tłok 144 i dozownik w kształcie kubka 146 stanowią elementy wydzielania dyskretnej porcji rozpylanego materiału w postaci proszku. Wysokie napięcie pochodzące z generatora, poprzez przewód 148 i przewodzący rdzeń 150tłoka 144, doprowadzone jest do proszku umieszczonego w dozowniku w kształcie kubka 146. Działanie urządzenia koordynuje włączanie zasilania generatora wysokiego napięcia, z przemieszczeniem tłoka do pozycji wysuniętej, powodując wydzielenie dyskretnej porcji proszku, która zostaje rozpylona w wyniku oddziaływania z powstałym polem elektrycznym. Urządzenie może być ponadto zaopatrzone w pokrywę (nie pokazaną na rysunku), która szczelnie zamyka pojemnik na proszek w kształcie lejka 140 do przechowywania materiału rozpylanego, gdy urządzenie nie jest używane.

Do przykładów wykonania pokazanych na fig. 9 i 10 można wprowadzić pewne modyfikacje, co przedstawiono na fig. 11,12 i 13. Dla wy dzielenia dyskretnej porcj i proszku przez dozownik w kształcie kubka 146, tłok 160 nie porusza się w masie proszku, lecz przesuwany jest wewnątrz rurki 162, która posiada boczny otwór 164 łączący wnętrze rurki 162 z wnętrzem pojemnika na proszek 166. Gdy urządzenie nie jest używane, tłok 160 zasłania otwór 164 (fig. 11), co zapobiega wsypy waniu się proszku do rurki 162. Gdy urządzenie jest wykorzystywane, obsługiwany przez użytkownika mechanizm powoduje wysunięcie się tłoka 160 (fig. 12), dzięki czemu proszek wsypuje się do dozownika w kształcie kubka 168. Następnie tłok 160 przemieszcza się w górę zajmując pozycję wysuniętą (fig. 13). Po osiągnięciu tej pozycji, do zawartości kubka 168, poprzez przewód 167 umieszczony w tłoku 160, przykładane jest wysokie napięcie, powodując rozpylenie dyskretnej porcji proszku, przy czym uruchomienie generatora wysokiego napięcia jest odpowiednio skoordynowane z mechanizmem poruszającym tłok 160. Po rozpyleniu dyskretnej porcji proszku tłok 160 powraca do pozycji pokazanej na fig. 11.

Na figurze 14 przedstawiono urządzenie do rozpylania środków farmaceutycznych do przewodu oddechowego człowieka. Rozpylany proszek umieszczony jest w kapsułkach 220, które w odpowiednim momencie są rozrywane, odsłaniając zawartą w nich dyskretną porcję sproszkowanego materiału. Obudowa 210 jest tak ukształtowana, aby kształt i rozmiary końcówki w położeniu dozowania 211 odpowiadały jamie nosowej lub ustnej (w zależności od konkret

179 126 nego zastosowania). W obudowie znajdują się także otwory 234, przez które do wnętrza urządzenia dostaje się powietrze, umożliwiając użytkownikowi wdychanie przez otwór wylotowy 228. Obudowa 210 (pokazana tylko częściowo) mieści w sobie baterię prądu stałego 212 zasilającągenerator wysokiego napięcia214, gdy użytkownik odpowiednio włączy przełącznik 216. W obudowie 210 jest umieszczona taśma 218 zawierająca jednakowo oddalone od siebie kapsułki 220 zawierające dyskretne porcje sproszkowanego materiału. Taśma 218 jest utworzona z gómej osłonowej warstwy i dolnej warstwy takiego mateirału, jak na przykład folia, a pomiędzy warstwami zamknięte są kolejne dyskretne porcje materiału cząsteczkowego. Górną osłonową warstwę, przynajmniej częściowo, stanowi łatwo rozrywalny materiał, a dolna warstwa zawiera przewodzący lub przynajmniej częściowo przewodzący materiał, co pozwala na przyłożenie wysokiego napięcia do proszku w każdej z kapsułek 220. W przedstawionym wykonaniu, dolna warstwa każdej kapsułki 220, zawiera przewodzące elementy.

Urządzenie do rozpylania zaopatrzone jest również w elementy do stopniowego przesuwaania taśmy 218 naprzeciw otworu wylotowego 228, dzięki czemu w kolejnych krokach kolejne kapsułki 220 ustawiane są naprzeciw otworu wylotowego 228. Ponadto, zainstalowany jest odpowiedni mechanizam, korzystnie jak przedstawiono na fig. 7 i 8, do rozrywania każdej z kapsułek 220, gdy znajduje się ona naprzeciw otworu wylotowego 228. Poprzez odpowiednie skoordynowanie mchu taśmy 218, działania mechanizmu rozrywającego kapsułki 220 i generatora wysokiego napięcia 214, które to czynności mogąbyć przeprowadzane za pomocą elementu wykonawczego w postaci ruchomego trzpienia 230 połączonego z przełącznikiem 216, do uwolnionego proszku znajdującego się w bezpośredniej bliskości otworu wylotowego 228 przykładane jest wysokie napięcie, powodujące jego rozpylenie do przewodu oddechowego użytkownika. Jedna z modyfikacji urządzenia polega na wykrywaniu ruchu powietrza wywołanego wdychaniem, uruchamiając powyżej opisane mechanizmy rozpylające proszek.

Na ogół otwór wylotowy urządzenia znajduje się na wierzchołku urządzenia, w kierunku, w którym przepływa wdychane przez użytkownika powietrze. Ponieważ rozpylenie materiału cząsteczkowego następuje w odpowiedniej dyszy, przynajmniej część elektrycznie naładowanych cząstek osadza się na niej, gdyż posiada ona niski potencjał, spoowodowany stykaniem się z nosem lub ustami użytkownika. Można w znacznym stopniu zapobiec osadzaniu się cząstek, jeśli dysza zostanie wykonana z materiału będącego dobrym izolatorem. Dzięki temu mogąsię na niej gromadzić ładunki elektryczne nie dopuszczające do niepotrzebnego osadzania się cząstek proszku na powierzchni dyszy.

W każdym z opisanych przykładów wykonania urządzenia, generator wysokiego napięcia jest zasilany ze źródła niskonapięciowego, wytwarzając na swym wyjściu niewielki prąd i wysokie napięcie. W każdym z przedstawionych przykładów generator może być wytwarzającym napięcie urządzeniem półprzewodnikowym, które nie musi być zasilane z osobnego źródła. W korzystnym rozwiązaniu generator składa się z układu wielu elementów wytwarzających napięcie, na przykład szeregowo połączonych ogniw fotowoltaicznych, które po oświetleniu światłem widzialnym lub innymi falami elektromagnetycznymi, na przykład promieniowaniem podczerwonym, wytwarzają odpowiednio wysokie napięcie. Układ elementów światłoczułych umieszcza się tak, by padało na niego otaczające światło (co na przykład pokazano w postaci elementu 328 na fig. 15) lub też znajduje się w obudowie, w bezpośredniej bliskości otworu, przez który wpada światło. Do każdego z przedstawionych przykładów urządzeń według wynalazku, może zostać dołączona ruchoma osłona, która zasłania lub odsłania elementy światłoczułe, pozwalając lub uniemożliwiając w ten sposób wytwarzanie wysokiego napięcia.

Na figurze 15 przedstawiono przykład wykonania zespołu generatora wysokiego napięcia 314, nadający się do zastosowania w każdym z przedstawionych przykładów urządzenia według wynalazku. W tym przykładzie wykonania oświetlenie układu generatora wysokiego napięcia 328 jest realizowane poprzez element świecący, korzystnie diodę świecącą 340, będącą częścią układu niskiego napięcia, składającego się także z obsługiwanego przez użytkownika przełącznika 344 oraz źródła niskiego napięcia 341, którym jest bateria niskiego napięcia (także bateria ładowalna). Obwód niskiego napięcia 341 oraz generator wysokiego napięcia 328 są

179 126 uziemione poprzez ściankę 312 obudowy 314. Uziemienie jest realizowane poprzez stykanie się ścianki 312 z uziemioną powierzchnią, na której urządzenie jest ustawione, lub palcami użytkownika. Przełączanie przełącznika 344 umożliwia włączenie, bądź wyłączenie zasilania diody świecącej 340, co pozwala na sterowanie ośweietleniem elementów światłoczułych generatora wysokiego napięcia 328. W ten sposób włączenie przełącznika 344 powoduje oświetlenie generatora wysokiego napięcia 328, który w tym momencie zaczyna wytwarzać niewielki prąd i wysokie napięcie, zwykle od 5 do 15 kV. Wytworzone napięcie, poprzez przewód elektryczny 316, przykładane jest do masy sproszkowanego materiału, powodując jego rozpylenie. W razie potrzeby stosuje się odpowiednie elementy optyczne, na przykład soczewki, które po dołączeniu do diody świecącej 340 zapewniają, że światło pada na elementy wytwarzające napięcie w sposób jednorodny.

W każdym z przedstawionych przykładów urządzenie według wynalazku jest tak zbudowane, że nie może rozpocząć procesu rozpylania, aż nie znajdzie się ono w odpowiedniej odległości od miejsca docelowego, na który ma być rozpylony proszek. Wspomniana odległość rozpylania jest różna dla różnych zastosowań. Jeśli na przykład, urządzenie jest stosowane jako rozpylacz kosmetyków, to odległość rozpylania powinna być mniejsza, niż w przypadku rozpylaczy środków czystości. Zapewnienie istnienia określonej odległości rozpylania realizuje się poprzez zastosowanie cylindrycznej osłony (lub innych elementów zmniejszających gradient potencjału), obejmującej obszar, z którego odbywa się rozpylanie i lokalnie zmniejszającej gradient potencjału, przynajmniej do momentu, w którym urządzenie znajdzie się we właściwej odległości od przedmiotu docelowego. Gdy to nastąpi, bliska obecność przedmiotu o nizszym potencjale (na przykład o potencjale zerowym względem uziemienia) spowoduje wzmocnienie pola elektrycznego w pobliżu powierzchni rozpylanego proszku i tym samym zapoczątkuje proces rozpylania. Napięcie doprowadzone do cylindrycznej osłony może pochodzić z powstających dzięki wysokiemu napięciu niepożądanych wyładowań koronowych, lub poprzez inne dogodne połączenie cylindrycznej osłony z generatorem napięcia. Zapewnienie istnienia określonej odległości rozpylania może być także zrealizowane poprzez dobranie odpowiedniej wartości napięcia przykładanego do proszku, dzięki czemu proszek nie będzie rozpylony, jeśli nie znajdzie się w odpowiedniej odległości od przedmiotu docelowego.

Jednym z zastosowań, w którym korzystne jest wykorzystanie ustalonej odległości rozpylania, jest rozpylanie środków owadobójczych. W takim przypadku urządzenie nie rozpyla do momentu pojawienia się owada, na przykład muchy domowej, w pobliżu wylotu rozpylacza. W tym momencie owad poprzez swoją obecność powoduje wzmocnienie pola elektrycznego, tym samym rozpoczynając proces rozpylania proszku, który na nim osiądzie. W takim rozwiązaniu urządzenie jest zaopatrzzone w elementy zwabiające owady, na przykład proszek oprócz właściwości owadobójczych może posiadać odpowiedni zapach przyciągający owady, lub tez źródło światła, przyciągające owady w ciemności.

W trakcie przeprowadzania eksperymentów stwierdzono, ze można łatwo rozpylać takie substancje, jak kryształki żelu krzemionkowego, cząstki uwodnionego chlorku glinu, cukru białego i brązowego. Szczegółowo sprawdzono, że prawidłowo rozpylają się następujące substancje:

żel krzemionkowy Merck 60 o rozmiarze cząstek:

0,015 do 0,04 mm (nr artykułu 15111)

0,04 do 0,063 mm (nr artykułu 9385)

0,063 do 0,2 mm (nr artykułu 7734)

0,2 do 0,5 mm (nr artykułu 7733) oraz uwodniony chlorek glinu Macrospherical 95.

W przeprowadzonym eksperymencie sprawdzającym odległość rozpylania, wykorzystano cylindryczny pojemnik w kształcie kubka zbudowany z Delrinu, o wysokości 58 mm, średnicy wewnętrznej 38 mm, średnicy zewnętrznej 44 mm, w podstawie którego umieszczono elektrodę. Kubek został zamocowany pionowo wylotem do góry. Elektroda, za pomocą przewodu wysokiego napięcia, została dołączona do wyjścia generatora wysokiego napięcia (Applied Kilovolts

KS 30/26P). Następnie kubek był wypełniany próbkami wyszczególnionych powyżej rodzajów cząstek żelu krzemionkowego, a do elektrody doprowadzane było wysokie napięcie. Poprzez odpowiednie dobranie wartości napięcia uzyskano zadowalające rezultaty, w posatci właściwego rozpylania. Następnie wartość napięcia została obniżona poniżej wartości granicznej, przy której obserwowano jeszcze cząstki unoszone z kubka. Obserwacji dokonywano przy pomocy odpowiedniego oświetlenia. Gdy napięcie zostało obniżone zauważono, ze umieszczenie przedmiotu w bezpośredniej bliskości otworu kubka zapoczątkowuje proces rozpylania, dzięki wzmocnieniu pola elektrycznego przez przedmiot o niskim potencjale.

Eksperymenty wykazały, ze proszki, które nie poddają się rozpyleniu, mogą zostać do tego zmuszone poprzez zmieszanie ich z innymi proszkami, które łatwo poddają się rozpylaniu. Na przykład czysty uwodniony chlorek glinu (Micro-dry) o rezystancji około 1.3x10⁶ Ω-cm, zmierzonej sposobem wykorzystującym komorę pomiarową przedstawioną na fig. 16, nie daje się odpowiednio rozpylać, nawet jeśli znajduje się w niewielkiej odległości od uziemionego przedmiotu, a jeśli już proces rozpylania zachodzi, to wydostający się z urządzenia proszek ma postać większych skupisk. Jednak zmieszanie go z żelem krzemionkowym (cząstki wielkości od 15 do 40 pm) w stosunku wagowym 75% uwodnionego chlorku glinu do 25% żelu krzemionkowego, spowodowało, że proces rozpylania przebiegał prawidłowo. Rezystancja mieszaniny wynosiła 2.4x 10⁷ Ω · cm.

Wspomniane wartości rezystancji odnosiły się do rezystancji materiału sypkiego, w przeciwieństwie do rezystancji skrośnej samego materiału. Rezystancję materiału cząsteczkowego mierzy się korzystnie z wykorzystaniem komory pomiarowej pokazanej na fig. 16. Pomiarowa komora 200 ma kształt cylindra zamkniętego na obu końcach przez elektrody 202,204. Poprzez te elektrody 202, 204 wypełniona proszkiem komora 200 jest dołączona do mostka pomiarowego, na przykład mostka typu Wayne-Kerr Automatic Precision Bridge B905. Gdy jedna z elektrod 202, 204 zostaje usunięta, do komory 200 luźno wsypuje się badany materiał cząsteczkowy, po czym poprzez łagodne uderzanie doprowadza się do ubicia masy sproszkowanego materiału. Gdy poziom sproszkowanego materiału przestanie opadać, komorę 200 dopełnia się, a ewentualny nadmiar proszku usuwa się, na przykład za pomocą brzegu kartki papieru, po czym komorę 200 zamyka się zdjętą uprzednio elektrodą. Rezystancja sproszkowanego materiału zamkniętego pomiędzy elektrodami 202, 204 jest mierzona za pomocą mostka pomiarowego, po czym na podstawie wyniku pomiaru oblicza się rezystancje materiału sypkiego p_p wykorzystując standardowy wzór:

P_p=Rl/A, gdzie Rjest mierzoną rezystancją (wyrażoną w Ω), 1 - długością wkładu proszkowego (wyrażoną w cm) mieszczącego się w komorze 200, a A jest polem przekroju poprzecznego (wyrażonym w cm²) wkładu proszkowego.

179 126

179 126

¹⁷⁹126

179 126

^-128

Fig.10.

179 126

179 126

Fig.15.

179 126

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims (17)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób elektrostatycznego rozpylania cząstek materiału stałego, w którym przykłada się wysokie napięcie do masy materiału przechowywanego w urządzeniu do rozpylania, tak że ładuje się elektrycznie jego cząstki, powodując ich odrywanie się od masy materiału i unoszenie, znamienny tym, że wprowadza się dyskretną porcję materiału cząsteczkowego z zespołu przechowywania materiału (120; 140; 166; 220) do położenia dozowania (128; 211) i do tej dyskretnej porcji materiału przykłada się wspomniane wysokie napięcie.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że naładowane cząstki materiału wprowadza się do strumienia powietrza wywołanego wdychaniem powietrza przez użytkownika.
3. 3. Urządzenie do elektrostatycznego rozpylania cząstek materiału stałego, stanowiące niezależnąj ednostkę przenośną, któraj est przystosowana do łatwego manipulowania jednąręką, zawierające obudowę, w której są umieszczone środki przechowywania rozpylanego materiału, generator wysokiego napięcia przykładanego do masy materiału rozpylanego oraz środki określające położenie dozowania, z którego uchodzą naładowane cząstki oderwane od masy materiału rozpylanego, znamienne tym, że jest zaopatrzone w środki (118,130; 144; 146; 160; 168; 218; 230) wyprowadzania dyskretnej porcji rozpylanego mateirału cząsteczkowego z zespołu przechowywania materiału (120; 140; 166; 220) do położenia dozowania (128; 211), przy czym ta dyskretna porcja reprezentuje masę materiału rozpylanego, do którego przyłożone jest wysokie napięcie.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że napięcie przyłożone jest nięwieksze od 25 KV.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że jest zaopatrzone w obsługiwany przez użytkownika element wykonawczy (92) sterujący otwieraniem i zamykaniem otworu wylotowego (96), z którego uchodzi strumień cząstek rozpylanego materiału.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że element wykonawczy (92) jest połączony z generatorem wysokiego napięcia (84) dla sterowania skoordynowanego współdziałania generatora (84) z operacjami otwierania i zamykania otworu wylotowego (96).
7. 7. Urządzenie według zastrz. 5 albo 6, znamienne tym, że element wykonawczy (92) wyposażony jest w element ruchomy sterujący operacjami otwierania i zamykania otworu wylotowego, z którego następuje rozpylanie materiału cząsteczkowego, przy czym wspomniany element ruchomy jest sterowany przez użytkownika, trzymającego urządzenie w ręce.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że zespół przechowywania materiału rozpylanego zawiera pojemnik (140; 166) na masę materiału rozpylanego, przy czym środki wyprowadzania dyskretnej porcji materiału do położenia dozowania zawierają elementy wydzielania (144,146; 160,168) dyskretnej porcji z większej masy tego materiału.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, ze materiał rozpylany jest przechowywany w elementach do przechowywania (120; 220) w postaci wydzielonych dyskretnych porcji, a środki wyprowadzania dyskretnej porcji (118,130; 218,230) są przystosowane do umieszczenia każdej dyskretnej porcji materiału w położeniu dozowania (128; 211).
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, ze dyskretne porcje materiału rozpylanego są szczelnie zamknięte, a urządzenie jest zaopatrzone w środki (130; 230) otwierania lub rozrywania osłonowej warstwy (122) dyskretnej porcji materiału rozpylanego, znajdującej się w położeniu dozowania (128; 211) dla przyłożenia wysokiego napięcia do cząstek tej porcji materiału i jej rozpylenia.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że materiał rozpylany jest szczelnie zamknięty w szeregu połączonych ze sobąkapsułek (120; 220), przy czym środki wyprowadzania

    179 126 dyskretnej porcji materiału (118, 130; 218, 230) zawierają elementy przesuwu kolejnych kapsułek (120; 220) do położenia dozowania (118; 211), w którym każda kapsułka (120; 220) zostaje otwarta lub rozerwana, a do porcji materiału cząsteczkowego przyłożone wysokie napięcie dla jej rozpylenia.
12. 12. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, ze w położeniu dozowania znajduje się dysza (211) połączona z częścią rozpylającą przy otworze wylotowym (228), a cząstki rozpylanego materiału poprzez dyszę (211) ze strumieniem powietrza dostająsię do jamy nosowej lub ustnej użytkownika.
13. 13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że dozujący otwór wylotowy (228) znajduje się w gómej i wysuniętej do przodu części dyszy (211).
14. 14. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że środki wyprowadzania dyskretnej porcji rozpylonego materiału zawierajądozownik w kształcie kubka (146; 168) dla umieszczenia dyskretnej porcji materiału rozpylanego w bliskiej odległości od otworu wylotowego urządzenia.
15. 15. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że generator wysokiego napięcia ma wyjście bipolarne.
16. 16. Urządzenie według zastrz. 15, znamienne tym, że generator wysokiego napięcia zawiera układ (328) elementów wytwarzających napięcie, połączonych ze sobą szeregowo.
17. 17. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że generator wysokiego napięcia jest przyrządem półprzewodnikowym.

    * * *