Электростатический распылитель и способ электростатического распыления посредством его использования

Электростатический распылитель и способ электростатического распыления посредством его использования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к электростатическим распылителям и способам использования электростатических распылителей. В частности, но не исключительно, оно относится к электростатическим распылителям, содержащим источник питания для подачи электроэнергии для электростатического распыления.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Электростатическое распыление представляет собой способ и средства распыления вещества, часто в виде тонкой струи из капель жидкости, посредством воздействия на вещество, которое должно распыляться, подходящего электрического поля. Напряжение прикладывается между электродом рядом с веществом, которое должно распыляться, (распылительным электродом) и по меньшей мере одним другим электродом вблизи распылительного электрода. При подходящих условиях, жидкость в электрическом поле разделяется в струю из по существу монодисперсных частиц. Когда мениск жидкости подвергается такому электрическому полю, мениск искривляется в конус Тейлора, из которого испускается поток капель.

Общие формы электростатического распыления в данной области техники включают в себя, так называемое электростатическое распыление «из точки на плоскость», где целевой объект, который должен быть подвергнут распылению, заряжается с полярностью, противоположной полярности жидкости, и сам становится противоэлектродом или разрядным электродом. Эта конфигурация, показанная в US 7150412, позволяет всей или большей части жидкости распыляться, чтобы достигать мишени и покрывать ее, так как электростатически распыляемые заряженные капли следуют по пути электрического поля, создаваемого между этими двумя электродами. Следуя тому же принципу, цель, которая должна быть подвергнута распылению, вместо этого может быть заземлена, как раскрыто в US 4801086 и US 3735925.

В качестве альтернативы, конфигурация может содержать три или более электрода, расположенных с тем, чтобы создавалось электрическое поле между двумя или более электродами внутри самого распылительного устройства. В то время когда имеет место некоторая частичная разрядка распыляемой жидкости из-за близости противоэлектрода, большая часть заряженных капель будет покидать устройство и достигать не предопределенной цели, например, в US 6302331.

Размер, заряд и скорость потока капель, распыляемых из электростатического распылителя, частично определяются физическими свойствами материала, который должен распыляться, а также силой электрического поля в месте распыления. Когда материал, который должен распыляться, в частности, жидкость, обладает подходящими физическими свойствами проводимости, вязкости и поверхностного натяжения, струя из частиц с по существу однородным распределением заряда и размера может достигаться для конкретного электрического поля, присутствующего между первым и вторым электродами. Конкретное электрическое поле обычно достигается посредством приложения конкретного напряжения между первым и вторым электродами.

Так как электрическое поле изменяется с геометрией электродов, среди прочих факторов, конкретное напряжение будет зависеть от разделения электродов (например, расстояния между точкой испускания материала из распылительного устройства, которое может являться распылительным электродом, и вторым электродом (контрольным электродом)). Когда, например, формируется состав жидкости, чтобы обладать подходящими физическими свойствами, конкретное напряжение может требоваться, чтобы быть приспособленным, чтобы корректировать изменения в геометрическом расположении распылительного электрода и контрольного электрода, например, из-за изменения в производственных допусках.

В качестве альтернативы, если имеется изменение в производственных допусках жидкости, которая должна распыляться, которое, например, может возникнуть при изменении от партии к партии физических свойств жидкости, или при изменении от партии к партии физических свойств различных типов лекарственного сырья, конкретное напряжение может требовать приспособления, чтобы добиваться подходящей струи.

Следовательно, желательно иметь возможность отслеживать условия и функционирование любого электростатического распылителя, чтобы добиваться подходящего выхода материала из устройства, несмотря на изменение в геометрическом расположении распылительных компонентов, различия между составом и партиями материала, который должен распыляться, и изменения в окружающих условиях, которые могут влиять на свойства вещества, которое должно распыляться.

Дополнительно, касательно распыления материала, когда электростатический распылитель содержит резервуар для хранения и доставки материала в место распыления, желательно иметь возможность определять уровень материала в резервуаре, и особенно, когда резервуар пуст или практически пуст. Таким образом, пользователь устройства может обнаружить время, когда необходимо обеспечить замену резервуара, и энергия не тратится на попытки распыления материала, когда материала для распыления не осталось.

В отношении этих потребностей, чтобы отслеживать условия распыления, в данной области техники было раскрыто несколько решений. Например, устройство, раскрытое в WO 2005/097339, предоставляет устройство, содержащее схемы отслеживания напряжения и тока, которые отслеживают прикладываемое напряжение и ток, текущий между испускающим (или распылительным) электродом и разряжающим «противоположным» электродом. Устройство, раскрытое в US2009/0134249, измеряет ток разряда между распылительным электродом и противоэлектродом, чтобы установить, что подходящее напряжение было приложено между электродами, чтобы водный конденсат на распылительном электроде рассеивался посредством электростатического распыления. Источник питания по WO2007/144649 отслеживает ток разряда, текущий через первый и второй электроды устройства, и приспосабливает напряжение, прикладываемое между электродами, в ответ. Электростатический распылитель, раскрытый в WO2008/072770, отслеживает напряжение «выше по потоку» относительно распылительных электродов на основании приспособления к DC/DC преобразователю самовозбуждающегося типа.

Эти и другие средства для отслеживания тока и приспособления условия распыления в ответ на изменения в устройствах или окружающих условиях имеют недостаток, состоящий в том, что они детектируют ток разряда между первым электродом (который обычно является распылительным электродом) и вторым электродом (который обычно является разрядным электродом) посредством измерения тока на разрядном электроде. В таких случаях необходимо, чтобы все частицы, или часть частиц, формируемых на распылительном электроде, направлялись электрическим полем, прикладываемым между электродами, к разрядному электроду. В некоторых случаях, один или более дополнительных электродов или других средств используются, чтобы направлять распыляемые частицы так, чтобы большая их часть не загрязняла разрядный электрод, и чтобы избежать чрезмерной потери материала.

Косвенное отслеживание электростатического распыления посредством измерения тока разряда на разрядном электроде является неточным в той степени, в которой такое отслеживание опирается на предположения, касающиеся представительного количества заряженного материала, испускаемого в месте электростатического распыления, которое достигает разрядного электрода. Это количество восприимчиво, среди прочего, к изменениям в форме устройства, независимо от присутствия вещества, которое должно распыляться, к физическим свойствам вещества, которое должно распыляться, и к окружающим условиям.

С другой стороны, измерение тока, текущего в распылительном электроде, отразило бы точное значение тока, уносимого заряженными частицами, но это неосуществимо для электростатических распылителей, так как это требовало бы точного детектирования очень низких уровней тока (1-100 мкА обычно переносится распылительным электродом высокого напряжения), переносимых на сигнале высокого напряжения (обычно несколько кВ).

Часто резервуар, содержащий материал, который должен распыляться, спрятан от пользователя электростатического распылителя, и не сразу очевидно, каков уровень заполнения резервуара, в частности, если электростатический распылитель был в использовании некоторое время. В данной области техники известны различные устройства и способы детектирования, отслеживания или измерения уровня жидкости, относящиеся или нет к электростатическим распылителям. Например, в US 5627522, уровень жидкости в резервуаре считывается посредством периодического опускания пипеточного зонда в жидкость и детектирования изменения в емкости между зондом в жидкости и зондом в воздухе. Другой известный способ раскрывается в EP 0887658, где фазовый сдвиг электромагнитных волн, отраженных от поверхности жидкости в резервуаре, сравнивается с опорным сигналом, тем самым предоставляя информацию об уровне жидкости в нем. Уровень заполнения резервуара может быть выведен посредством подсчета доз, например, как раскрыто в US 6796303 пока не будет достигнуто предустановленное количество доз, и устройство не укажет на пустой сосуд. Такая система является неподходящей в случае, когда количество доз изменяется согласно изменениям в функционировании устройства, например, из-за изменений в окружающих условиях. Схожая методика раскрыта в US 4817822. Другой косвенный способ отслеживания резервуара может состоять в использовании расходомера. Например, в WO 2008/142393 A1, такое устройство измеряет падение давления между парой расположенных на расстоянии друг от друга датчиков давления.

СПИСОК ССЫЛОК

ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Патентная литература 1

Патент США № 7150412

Патентная литература 2

Патент США № 4801086

Патентная литература 3

Патент США № 3735925

Патентная литература 4

Патент США № 6302331

Патентная литература 5

Международная публикация № WO 2005/097339

Патентная литература 6

Публикация заявки на выдачу патента США № 2009/0134249

Патентная литература 7

Международная публикация № WO 2007/144649

Патентная литература 8

Международная публикация № WO 2008/072770

Патентная литература 9

Патент США № 5627522

Патентная литература 10

Европейский патент № 0887658

Патентная литература 11

Патент США № 6796303

Патентная литература 12

Патент США № 4817822

Патентная литература 13

Международная публикация № WO 2008/142393 A1

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА

Все вышеупомянутые методики являются неудовлетворительными, так как они требуют дополнительных электронных или механических компонентов, которые, со связанной с ними сложностью, потреблением энергии делают их в целом неподходящими для массового производства, особенно для потребительских рынков или рынков компаний с низкими издержками, и уязвимыми к точкам сбоя или загрязнения во время производства или при использовании.

Настоящее изобретение было сделано ввиду вышеуказанной проблемы, и цель настоящего изобретения состоит в предоставлении электростатического распылителя с простой конфигурацией, который способен стабильно испускать, снаружи электростатического распылителя, вещество, которое должно электростатически распыляться. Дополнительно, вторая цель настоящего изобретения состоит в предоставлении, например, электростатического распылителя, который способен регулировать выход электростатического распыления в соответствии с окружающими условиями и условиями самого электростатического распыления.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Желательно предоставить электростатический распылитель, который способен приспосабливаться, при невысокой стоимости и сложности, к геометрическим изменениям и изменениям в составе из-за ослабленных производственных допусков, и приспосабливать выход электростатического распыления в ответ на окружающие условия и условия самого электростатического распыления.

В первом аспекте изобретения, предоставляется электростатический распылитель, содержащий: место распыления для электростатического распыления вещества посредством электрического воздействия на вещество;

распылительный электрод, электрически соединяемый с местом распыления; контрольный электрод, расположенный так, чтобы, когда напряжение прикладывается между распылительным электродом и контрольным электродом, вещество, которое должно электростатически распыляться, распылялось из места распыления; и источник питания, прикладывающий напряжение между распылительным электродом и контрольным электродом, отслеживающий электрическое свойство места распыления, и регулирующий напряжение, которое должно прикладываться между распылительным электродом и контрольным электродом, в соответствии с отслеженным электрическим свойством места распыления, при этом распылительный электрод и контрольный электрод дополнительно расположены так, что электрический заряд вещества, которое должно распыляться из места распыления, уравновешивается по меньшей мере равной величиной противоположного электрического заряда на контрольном электроде.

Такое уравновешивание электрического заряда обеспечивает уравновешенную по заряду электростатическую систему распыления. Для уравновешенной по заряду системы (системы, в которой электрические заряды уравновешены), чтобы произвести устойчивый поток электростатически распыляемых заряженных частиц, направленный наружу из электростатического распылителя, предпочтительно, чтобы равное количество противоположных электрических зарядов производилось контрольным электродом и использовалось для уравновешивания электрических зарядов.

Вещество, которое должно электростатически распыляться, может являться одним или более видом жидкостей, газов или твердых веществ, или их комбинацией.

Обычно контрольный электрод приспособлен, чтобы легко производить частицы противоположного заряда посредством ионизации частиц воздуха, например, посредством наличия четко определенного острого края или острия для формирования сильного электрического поля вблизи контрольного электрода. Противоположно заряженные частицы, испускаемые из распылительного электрода и контрольного электрода, могут частично или полностью разряжать друг друга, но этот аспект не важен с точки зрения электростатического распылителя. Часть заряженных частиц, формируемых в месте распыления, достигает контрольного электрода, и разряжается контрольным электродом. Это принцип уравновешенной по заряду системы. В этом случае, только заряженные частицы, не достигающие контрольного электрода, будут уравновешены ионизированными частицами воздуха противоположного заряда. Для энергоэффективного производства заряженных частиц, однако, желательно гарантировать, что частичный разряд частиц на контрольном электроде не будет иметь места.

Уравновешенная по заряду система может достигаться, когда устройство является изолированным или свободным, то есть, не соединенным электрически с большим резервуаром заряда, таким как мощность сети. Для запитываемого батареей устройства равновесие по заряду будет достигнуто, так как все устройство изолировано. Для запитываемого от сети устройства важно гарантировать (например, с помощью достаточной электрической изоляции), что суммарный поток заряда в выход сети равен нулю.

Для сбалансированной по заряду системы, тип заряда частиц не важен, так как устройство может одинаково хорошо производить положительно заряженные частицы, уравновешенные с отрицательными ионами воздуха, а также отрицательно заряженные частицы, уравновешенные положительными ионами воздуха, в зависимости от полярности прикладываемого высокого напряжения. Обычно, однако, электрическое поле должно быть приспособлено посредством приложения подходящего напряжения или изменения формы электрода и/или диэлектрика для эффективного сбалансированного по заряду функционирования противоположно заряженных частиц.

Принцип равновесия по заряду распылителя согласно первому аспекту имеет много преимуществ. Так как ток распыления отражается посредством испускания противоположно заряженных ионов, точное измерение тока распыления возможно на контрольном электроде. Также, количество заряженных частиц, производимое посредством электростатического распыления, может быть ограничено имеющим подходящую форму контрольным электродом, так как система может производить лишь столько электростатически распыляемых заряженных частиц, сколько может быть уравновешено контрольным электродом, приводя к стабильному электростатическому распылению. Так как ток на контрольном электроде представляет общий ток, испускаемый распылительным электродом, важно гарантировать, что потеря заряда из-за факторов, отличных от электростатического распыления, поддерживается на минимуме на распылительном электроде. Потеря заряда может иметь место, например, из-за электромеханической реакции на распылительном электроде.

Во втором аспекте настоящего изобретения, предоставляется электростатический распылитель, содержащий: первое место распыления и второе место распыления, из каждого из которых должно распыляться вещество; первый электрод, электрически соединенный с первым местом распыления; второй электрод, электрически соединенный со вторым местом распыления; и источник питания для прикладывания напряжения между первым электродом и вторым электродом, первое место распыления и второе место распыления, расположенные, чтобы во время распыления электрически воздействовать на вещество, которое должно распыляться, которое храниться в соответствующих первом и втором резервуарах, когда напряжение прикладывается между первым электродом и вторым электродом, вещество, хранимое в первом резервуаре, распыляется из первого места распыления, а вещество, хранимое во втором резервуаре, распыляется из второго места распыления, и первый электрод и второй электрод расположены так, что электрический заряд вещества, которое должно распыляться из первого места распыления или второго места распыления, уравновешивается по меньшей мере равной величиной противоположного электрического заряда, который должен производиться в первом месте распыления или втором месте распыления, соответственно. Источник питания отслеживает электрическое свойство первого места распыления или второго места распыления, и регулирует первое напряжение или второе напряжение, которое должно прикладываться между первым электродом и вторым электродом, в соответствии с (i) отслеживаемым электрическим свойством первого места распыления или второго места распыления и (ii) предопределенной характеристикой. В предпочтительном варианте осуществления, источник питания отслеживает ток в первом месте распыления или втором месте распыления посредством измерения тока на первом электроде или втором электроде, соответственно.

В третьем аспекте изобретения, предоставляется электростатический распылитель, содержащий место распыления для распыления вещества, и, во время распыления, электрического воздействия на вещество, которое должно электростатически распыляться; распылительный электрод, электрически соединенный с местом распыления; контрольный электрод, расположенный так, что, когда напряжение прикладывается между распылительным электродом и контрольным электродом, вещество, которое должно электростатически распыляться, распыляется из места распыления; и источник питания для прикладывания напряжения между распылительным электродом и контрольным электродом, косвенного отслеживания тока распыления на распылительном электроде, и детектирования, когда ток распыления падает ниже порогового значения, при этом распылительный электрод и контрольный электрод дополнительно расположены так, что электрический заряд вещества, которое должно распыляться из места распыления, уравновешивается по меньшей мере равной величиной противоположного электрического заряда, который должен производиться контрольным электродом.

Соответственно, в третьем аспекте изобретения, источник питания приспособлен, чтобы отслеживать исчерпание запаса, то есть, когда резервуар жидкости пуст. Условие исчерпания запаса детектируется посредством отслеживания тока распыления посредством измерения тока на контрольном электроде. На основании принципа равновесия заряда, если место распыления на производит заряженные частицы, эквивалентный ток на контрольном электроде также упадет до нуля, что может быть детектировано с помощью вышеупомянутой схемы отслеживания тока. В другом варианте осуществления, отдельный «отслеживающий» электрод погружается в резервуар для жидкости, и уровень напряжения отслеживается, например, посредством измерения напряжения на соединении двух резисторов, формирующих делитель напряжения, подключенный между отслеживающим электродом и контрольным электродом. С помощью имеющего подходящую форму контрольного электрода уровень напряжения будет изменяться в зависимости от того, находится ли отслеживающий электрод в жидкости или над ее уровнем. В еще одном варианте осуществления, уровень жидкости в резервуаре может отслеживаться, например, посредством оптического датчика или емкостного датчика.

ПОЛЕЗНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Электростатический распылитель по настоящему изобретению сконфигурирован, чтобы содержать: место распыления для электростатического распыления вещества посредством электрического воздействия на вещество; распылительный электрод, электрически соединяемый с местом распыления; контрольный электрод, расположенный так, чтобы, когда напряжение прикладывается между распылительным электродом и контрольным электродом, вещество, которое должно электростатически распыляться, распылялось из места распыления; и источник питания, прикладывающий напряжение между распылительным электродом и контрольным электродом, отслеживающий электрическое свойство места распыления, и регулирующий напряжение, которое должно прикладываться между распылительным электродом и контрольным электродом, в соответствии с отслеженным электрическим свойством места распыления, при этом распылительный электрод и контрольный электрод дополнительно расположены так, что электрический заряд вещества, которое должно распыляться из места распыления, уравновешивается по меньшей мере равной величиной противоположного электрического заряда на контрольном электроде.

Дополнительно, электростатический распылитель по настоящему изобретению сконфигурирован, чтобы содержать: первое место распыления и второе место распыления, из каждого из которых должно распыляться вещество; первый электрод, электрически соединенный с первым местом распыления; второй электрод, электрически соединенный со вторым местом распыления; и источник питания для прикладывания напряжения между первым электродом и вторым электродом, первое место распыления и второе место распыления, расположенные, чтобы во время распыления электрически воздействовать на вещество, которое должно распыляться, которое храниться в соответствующих первом и втором резервуарах, когда напряжение прикладывается между первым электродом и вторым электродом, вещество, хранимое в первом резервуаре, распыляется из первого места распыления, а вещество, хранимое во втором резервуаре, распыляется из второго места распыления, и первый электрод и второй электрод расположены так, что электрический заряд вещества, которое должно распыляться из первого места распыления или второго места распыления, уравновешивается по меньшей мере равной величиной противоположного электрического заряда, который должен производиться в первом месте распыления или втором месте распыления, соответственно.

Электростатический распылитель по настоящему изобретению сконфигурирован, чтобы содержать: место распыления для распыления вещества, и, во время распыления, электрического воздействия на вещество, которое должно электростатически распыляться; распылительный электрод, электрически соединенный с местом распыления; контрольный электрод, расположенный так, что, когда напряжение прикладывается между распылительным электродом и контрольным электродом, вещество, которое должно электростатически распыляться, распыляется из места распыления; и источник питания для прикладывания напряжения между распылительным электродом и контрольным электродом, косвенного отслеживания тока распыления на распылительном электроде, и детектирования, когда ток распыления падает ниже порогового значения, при этом распылительный электрод и контрольный электрод дополнительно расположены так, что электрический заряд вещества, которое должно распыляться из места распыления, уравновешивается по меньшей мере равной величиной противоположного электрического заряда, который должен производиться контрольным электродом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления изобретения будут описаны далее со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1

Фиг. 1 показывает уравновешенный по заряду электростатический распылитель в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 2

Фиг. 2 показывает пример источника питания согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг.3

Фиг. 3 показывает альтернативный пример первого электрода, второго электрода, полости и источника питания согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 4

Фиг. 4 показывает другой альтернативный пример первого электрода, второго электрода, полости и источника питания согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг.5

Фиг. 5 показывает другой альтернативный пример электростатического распылителя согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 6

Фиг. 6 показывает альтернативный электростатический распылитель согласно варианту осуществления изобретения, содержащий две полости, два электрода и два места распыления, в котором распылительный электрод для одного места распыления также является контрольным электродом для другого места распыления, и наоборот.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг. 1(a), 1(b), 1(c) и 1(d) показывают первый вариант осуществления электростатического распылителя согласно изобретению. Первый электрод 1 и второй электрод 2 разделены диэлектриком 3 так, что между первым электродом 1 и вторым электродом 2 нет линии прямой видимости. Первый электрод 1 и второй электрод 2 оперативно соединены с источником 4 питания. В данном варианте осуществления, первый электрод (распылительный электрод) 1 содержит место 5 электростатического распыления, из которого распыляется вещество (вещество, которое должно распыляться), и может быть описан, как распылительный электрод. Распылительный электрод 1 является электрически соединяемым с местом 5 электростатического распыления. Похожим образом, второй электрод 2 может быть описан, как контрольный электрод 2, и содержит наконечник 6.

Фиг. 1(a) показывает, как при функционировании источник питания 4 предоставляет высокое напряжение, которое прикладывается между распылительным электродом 1 и контрольным электродом 2. В этом примере, распылительный электрод 1 содержит проводящий канал, такой как металлический капилляр (то есть, капилляр из нержавеющей стали, например, капилляр из стали марки AISI 304), и вещество, которое должно распыляться, то есть, подходящую жидкость. Контрольный электрод 2 содержит проводящий стержень, такой как металлический штифт (штифт из нержавеющей стали, например, штифт из стали марки AISI 304). Предпочтительно, диэлектрик 3 является непроводящим, то есть, состоит из непроводящих материалов, и содержит переднюю кромку 7. Подходящие материалы для диэлектрика 3 включают в себя нейлон, полипропилен. Диэлектрик 3 расположен вблизи распылительного электрода 1 и контрольного электрода 2.

Фиг 1(b) показывает электростатический распылитель, когда высокое напряжение, например, между 1 и 30 кВ (например, от 3 до 7 кВ), прикладывается между распылительным электродом 1 и контрольным электродом 2. В этом случае, электрическое поле устанавливается между электродами, и диполь индуцируется в диэлектрике 3. В этом неограничивающем примере, распылительный электрод 1 заряжен положительно, а контрольный электрод 2 заряжен отрицательно, хотя обратное также возможно. Отрицательный диполь устанавливается на поверхности диэлектрика ближе к положительному распылительному электроду 1, а положительный диполь устанавливается на поверхности диэлектрика 3 ближе к отрицательному второму электроду 2. Заряженные частицы газа и вещества излучаются распылительным электродом 1 и контрольным электродом 2.

По меньшей мере электрические заряды, эквивалентные электрическим зарядам вещества, которое должно распыляться из места 5 электростатического распыления, распылительного электрода 1, формируются контрольным электродом 2. Электрические заряды, формируемые контрольным электродом 2, имеют полярность, противоположную полярность вещества, которое должно распыляться. Следовательно, электрические заряды вещества, которое должно распыляться, уравновешены электрическими зарядами, формируемыми контрольным электродом 2.

Фиг. 1(c) показывает пример, в котором положительно заряженные частицы, испускаемые из положительного распылительного электрода 1, располагаются на поверхности диэлектрика 3 рядом с распылительным электродом 1. Подобным образом, отрицательно заряженные частицы, испускаемые из отрицательного контрольного электрода 2, располагаются на поверхности (боковой поверхности) диэлектрика 3 рядом с опорным электродом 2. Как следствие этого расположения зарядов, электрическое поле, как показано на фиг. 1(d), меняет форму, и положительно заряженные частицы, испускаемые из положительно заряженного распылительного электрода 1, отталкиваются от места 5 электростатического распыления и поверхности диэлектрика 3 рядом с распылительным электродом 1, и, в конечном счете, от электростатического распылителя. Следовательно, диэлектрик 3 функционирует в качестве направляющего средства для направления вещества, которое должно распыляться, из места 5 электростатического распыления от электростатического распылителя так, что по меньшей мере часть электрически заряженных частиц не достигает контрольного электрода 2.

Заряженные частицы, испускаемые из распылительного электрода, обычно включают в себя заряженные газообразные частицы и макрочастицы. Заряженные газообразные частицы формируются на распылительном электроде, а заряженные макрочастицы формируются в месте 5 электростатического распыления. Подобным образом, заряженные частицы, появляющиеся из отрицательного заряженного контрольного электрода 2, отталкиваются от поверхности диэлектрика 3 рядом с контрольным электродом 2, и, в конечном счете, от электростатического распылителя. Таким образом, нет никакого потока, или имеется небольшой поток заряженных частиц от одного электрода к другому. В этом примере, распылительный электрод 1 и контрольный электрод 2 расположены так, что фокусы электрического поля устанавливаются по приложении высокого напряжения между электродами фокусируются в месте 5 электростатического распыления и наконечника 6 контрольного электрода 2.

Использование диэлектрика позволяет наиболее экономично формировать поток заряженных частиц в направлении от электростатического распылителя. Между тем, могут быть использованы другие средства. Например, поток заряженных частиц может формироваться в желаемом направлении посредством прикладывания магнитного поля посредством использования генератора магнитного поля (направляющего средства), которое отклоняет движение заряженных частиц. В качестве альтернативы, для достижения схожего эффекта, поток заряженных частиц может формироваться посредством воздушного потока, формируемого генератором воздушного потока (средства генерации воздушного потока), такого как вентилятор. В качестве альтернативы, вышеупомянутые методики могут подходящим образом объединяться, чтобы достигать оптимальной производительности распыления.

Источник 4 питания может периодически менять полярность напряжения, прикладываемого между распылительным электродом 1 и контрольным электродом 2, так, что вещество, имеющее положительный электрический заряд, и вещество, имеющее отрицательный электрический заряд, поочередно распыляются из места 5 распыления.

На фиг. 1, подходящее расстояние между местом 5 электростатического распыления и наконечником 6 контрольного электрода 2 составляет около 8 мм. Место 5 электростатического распыления и наконечник 6 контрольного электрода 2 обычно углублены примерно на 1 мм за переднюю кромку 7 диэлектрика 3. Другие проводящие материалы и формы являются подходящими для электродов, включая металлы, такие как титан, золото, серебро и другие металлы, и полупроводящие материалы также возможны.

Фиг. 2 предоставляет пример структурной схемы источника 4 питания согласно варианту осуществления изобретения. Источник 4 питания содержит источник 21 электроэнергии, генератор 22 высокого напряжения с выходным значением, отслеживающую схему (средство отслеживания напряжения) 23, приспособленную, чтобы отслеживать ток контрольного электрода 262 и выходное напряжение распылительного электрода 261, и схему управления (средство управления) 24, приспособленную для управления генератором 22 высокого напряжения так, чтобы выходное напряжение генератора 22 высокого напряжения имело требуемое значение. Для многих практических применений, схема 24 управления может содержать микропроцессор 241, приспособленный, чтобы выполнять дополнительную регулировку выходного напряжения и времени распыления на основании другой информации 25 обратной связи, такой как окружающие условия (температура, влажность и/или атмосферное давление), содержимое жидкости, уровень жидкости и опциональная пользовательская настройка.

Источник 21 электроэнергии известен в данной области техники. Источник 21 электроэнергии включает в себя сетевой источник электроэнергии или по меньшей мере одну батарею. Источник 21 электроэнергии является источником низкого напряжения, и источником электроэнергии постоянного тока (DC). Например, один или более первичных элементов могут быть объединены, чтобы сформировать батарею. Подходящая батарея включает в себя одну или более батарей с AA- или D-элементами. Количество батарей определяется требуемым уровнем напряжения и мощностью потребления источника электроэнергии. Мы обнаружили, что 2 батареи типа AA, подающие 3В, могут обеспечить достаточный уровень напряжения для работы микропроцессора, и могут обеспечить достаточно энергии, чтобы питать электростатический распылитель при токе распыления 0,8 мкА и выходном напряжении 5,5 кВ (обычные значения) до двух месяцев на рабочем цикле распыления 12,5%.

Генератор 22 высокого напряжения обычно содержит автоколебательную схему 221, которая преобразует DC в AC (переменный ток), трансформатор 222, питаемый AC, и схему 223 преобразователя, соединенную с трансформатором 222. Авторы изобретения обнаружили, что очень энергоэффективной экономичной схемой управления трансформатора является питаемая током двухтактная топология с применением ограничения тока. Ограничение тока схемы управления обеспечивается, чтобы избежать насыщения трансформатора. Схема преобразователя обычно содержит питающий насос и выпрямляющую схему. Схема преобразователя генерирует требуемое напряжение и преобразует AC обратно в DC. Типичной схемой преобразователя является генератор Кокрофта-Уолтона.

Отслеживающая схема 23 содержит схему 231 обратной связи тока, и также может содержать схему 232 обратной связи напряжения, в зависимости от применения. Схема 231 обратной связи тока измеряет электрический ток на контрольном электроде 262. Так как электростатический распылитель уравновешен по заряду, ссылочное измерение этого тока предоставляет точное значение тока в месте 5 электростатического распыления. Такой способ устраняет необходимости, состоящие в том, что (i) дорогое, сложное или мешающее средство измерения пр