Устройство для диспергации

19) КЦ (и) 5 Ц 5 395317 О ОЯВ 5 ОО рации знакам К НАТЕ 1 Комитет Российской Ф по патентам и тонарны(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСПЕРГАЦИИ(57) Использование: в фотохимической промышленности, для создания и научного исследованияупорядоченных структур, для изготовления светочувствительнь 1 х носителей с повышенным разрешением, для создания многослойных систем с упорядоченной структурой светочувствительных гранул.Сущность изобретения: устройство лпя диспергации снабжено средством подачи жидкости, элтродом, проводящей подложкой, средством сиронизации и дополнительными генераторомпульсов и усилителем Средство подачи жидко соединено с емкостью для диспергируемой жидкости, Электрод выполнен в виде тонкого стержня, размещенного в выходном сопле вдоль его оси симметрии. Подложка перпендикулярна к соплу, Средство синхронизации и дополнительные генератор импульсов и усилитель последовательно соединены в блоке управления, Вход средства синхронизации подключен к выходу основного генератора импульсов. Выход дополнительного усилителя подключен к электроду и проводящей подложке. Отношение расстояния от конца электрода в сопле до выходного сечения сопла к его диаметру выбрано равным от 15 до 2 Отношение диаметра электрода в сопле тт диаметру сопла выбрано не большим 0,1. Отношение расстояния от выходного сечения сопла до проводящей подложки к диаметру сопла выбрано не большим 10, 7 ил.Изобретение относится к технике дис.пергирования и может быть использовано вфотохимической промышленности для создания и научного исследования упорядоченных структур, для изготовления 5светочувствительных носителей с повышенным разрешением, для создания многослойных систем с упорядоченнойструктурой светочувствительных гранул,Известно устройство для диспергации, 10состоящее из резервуара с жидкостью, сопла, подложки в аиде металлического электрода и источника постоянного напряжения.Его недостатком является неоднородность распределения капель по размерам и 5низкая надежность работы при малых диаметрах сопла из-за возможности его засорения,Известно также устройство для диспергации, состоящее из резервуара с жидкостью, 20сопла (Фильеры), кольцевого металлическогоэлектрода и источника переменного напряжения.Недостатком этого устройства являетсянизкая надежность работы при малых диаметрах сопла из-за возможности его засорения.Наиболее близким. к изобрЪтения потехнической сущности и достигаемому результату является устройство для диспергации, содержащее корпус, имеющий полостьс выходным соплом и эластичной стенкой,емкость для диспергируемой жидкости, сообщенную с выходным соплом, пьезоэлектрический преобразователь, установленный 35на эластичной стенке полости, и блок управления с усилителем; выход которого подключен к пьезоэлектрическому преобразователю,и генератором импульсов, подключенным квходу усилителя. Недостатком данного устройства является низкая надежность работы при малых диаметрах сопла из-завозможности его засорения.Цель изобретения - повышение надежности устройства с сохранением качества 45диспергирования.Поставленная цель достигается тем, чтоустройство для диспергации, содержащеекорпус, имеющий полость с выходным соплом и эластичной стенкой, емкость для 50, диспергируемой жидкости, сообщенную свыходным соплом, пьезоэлектрическийпреобразователь, установленный на эластичной стенке полости, и блок управленияс усилителем, выход которого подключен к 55пьезоэлектрическому преобразователю, и генераторьм импульсов, подключенным ко входу усилителя, согласно изобретению, снабжено средством подачи жидкости, соединенным с емкостью для диспергируемой жидкости, электродом в виде тонкого стержня, размещенного в выходном сопле,вдоль его оси симметрии, проводящей подложкой, перпендикулярной к соплу, и последовательно соединенным в блокеуправления средством синхронизации идополнительными генератором импульсов иусилителем, Вход средств синхронизацииподключен к выходу основного генератораимпульсов, а выход дополнительного усилителя - к электроду и проводящей подложке.Отношение расстояния от конца электродав сопле до выходного сечения сопла к егодиаметру выбрано равным от 1,5 ао 2, отношение диаметра электрода в сопле к диаметру сопла выбрано не большим 0,1; аотношение расстояния от выходного сечения сопла до проводящей подложки к диаметру сопла выбрано не большим 10.На фиг;1 представлена принципиальнаясхема устройства для диспергации; на фиг,2 временные диаграммы электрических сигналов, управляющих. работой устройства; нафиг.3 - 7 последовательные стадии образования капель.Устройство для диспергации содержиткорпус 1 из диэлектрического материала,имеющий полость 2 с выходным соплом 3 иэластичной стенкой, емкость 4 для диспергируемой жидкости, сообщенную с выходным соплом 3 через канал 5 подачи текущейсреды, пьезоэлектрический преобразователь в виде пластины 6 из пьезоэлектрического материала, которая зажата и связанас парой электродов 7 и 8, причем электрод 7связан с эластичной стенкой, образованнойтонкой гибкой мембраной 9, герметичноприкрепленной к корпусу 1,Устройство также содержит блок 10 управления с усилителем 11, выход которогоподключен к пьезоэлектрическому преобразователю, к его электродам 7 и 8, и генератором 12 импульсов с выходом, подключеннымк входу усилителя 11.Кроме того, устройство снабжено средством 13 подачи жидкости, соединенным семкостью 4 для диспергируемой жидкости,электродом 14 в виде топкого стержня, размещенного в выходном сопле 3, вдоль егооси симметрии, проводящей подложкой 15,перпендикулярной к соплу 3, и последовательно соединенными в блоке 10 управления средством 16 синхронизации идополнительными генератором 17 импульсов и усилителем 18.Вход средства 16 синхронизации подключен к выходу основного генератора 12импульсов, а выход дополнительного усилителя 18 к электроду 14 и проводящей подложке 15.. Отношение расстояния Н от конца электрода 14 в сопле 3 до выходного сечения сопла 3 к диаметру О с последнего выбрано равным 1,5 - 2.Отношение диаметра О электрода 14 в сопле 3 к диаметру Ос сопла 3 выбрано не большим 0,1.Отношение расстояния В от выходного сечения сопла 3 до проводящей подложки 15 к диаметру Ос сопла 3 выбрано не меньшим 10.Точность установки электрода 14 по оси сопла 3, а также точность установки проводящей подложки 15 перпендикулярно оси сопла 3 не оказывают существенного вливния на работу устройства для диспергации.Работает устройство следующим образом, В исходном состоянии, соответствующим моменту времени с = 0 на фиг,2, поверхность мениска 19 должна быть недеформирована (см,фиг.З). Этого достигают с помощью средства 13 подачи жидкости путем увеличения или уменьшения давления в жидкости, в зависимости от положения проводящейй подложки 15 и выходного сопла 3. Например, если подложка 15 расположена горизонтально, а выходное сопла 3 над подложкой 15, то давление в жидкости уменьшают до тех пор. пока прекратится вытекание жидкости из сопла 3, и поверхностьменйска 19 станет недеформированной, Если подложка 15 расположена горизонтально, а выходное сопла 3 - под подложкой 15 (распыливание вверх)., то давление в жидкости увеличивают до тех пор, пока мениск 19 не поднимется до внешнего отверстия выходного сопла 3, и его поверхность станет деформированной, Аналогично осуществляют выравнивание поверхности мениска 19 и при других положениях подложки 15 и сопла 3, Для нормальной работы устройства достаточна точность установки мениска 19, достигае- мая при визуальном контроле(с применением увеличивающих оптических устройств), Причем регулировку давления в жидкости производят перед началом диспергирования, т.е, до включения основного генератора 12 импульсов. Из физических соображений следует, что выравнивание поверхности мениска 19 путем регулировки давления в жидкости можно осуществить только в том случае, если жидкость смачивает внутреннюю поверхность выходного сопла 3. При воздействии на пьезоэлектрическую пластину 6 импульса напряжения 01 (см,фиг,2) от основного генератора импульсов 12 она сокращается в плоскости, параллельной плоскости мембрань 9, Вследстви этого мембрана 9 прогибается и создает увеличение давления в жидкости, По окончании импульса 01 пьезоэлектрическая пластина б и мембрана 9 возвращается в исходное положение, и даь."ение в жидкости около мембраны 9 принимает прежнее значение, Есди длительность импульса г 1 (фиг.2) достаточно мала, то область сжатия жидкости 20 имеет вид тонкого слоя, толщина которого д намного меньше его поперечного размера (фиг.За) и который распространяется со скоростью звука Ч от мембраны 9 к отверстию сопла 3, Таким образом, д = Чзв т 1 .Импульс напряжения 02 от дополнительнго генератора 17 импульсов появляется в тот момент, когда область сжатия жидкости 20 достаточно близко подойдет к внешнему отверстию выходного сопла. 3 (см.фиг,З), Боемя эалержки 1 з импульса Ог относительно импульса 01 (фиг.2) должно равняться: где 1 - расстояние от мембраны 9 до поверхности мениска 19;= 1 - 2 ммрасстояние от области сжатия 20 жидкости от .1 оверхности мениска 19 к моменту возникновения импульса.При включении импульса напряжения 02 на границе раздела сред жидкость - гаэ, образованной мениском 19,вследствие различия диэлектрических проницаемостей сред и влияния натекающего на границу раздела заряда (в случае проводящей или слзбопроводящей жидкости) возникают пондеромоторные силы, Эти силы выталкивают мениск 19 из сопла 3 наружу, в сторону подложки 15 (независимо от знака Ор). Так как период собственных колебаний мениска 19 составляет сотни тысячи микросекунд и более, то смещение мениска 19 под действием пондеромоторных сил за время Л т =/Ч.,1 мкс будет пренебрежимо мало. Следовательно, к тому времени, когда область жидкости 20 подойдет к выходному отверстию внешнего сопла 3, положение мениска 19 будет практически таким же, как и до подачи импульса 02 (см.фиг.4). При этом область сжатия жидкости 20 оказывается с одной стороны огранйченной поверхностью мениска 19, а с другой стороны - жидкостью с намного меньшим давлением (фиг.4). Вследствие высокого давления и действия пондеромоторных сил этот слой жидкости открывается от края мениска 19, одновре 2002518менно распадаясь на отдельные капли 21 (см,фиг,5, 6, 7).Решением цикла краевых задач математической физики можно показать, что поверхность слоя жидкости конечной глубины, находящегося в сильном однородном электрическом поле, неустойчива. Если напряженность однородного поля на границе раздела составляет несколько.кВ/см, то под действием пондеромоторных сил поверхчость деформиоуется. Причем в спектре пространственных частот деформации существует резонансная частота Ро, для которой амплитуда деформации максимальна, Резонансная частота равна ,оо =л/б, где б - толщина слоя,В рассматриваемой системе область сжатия жидкости 20 у поверхности мениска 19 (фиг.з, б) эквивалента слою жидкости конечной толщины б = б, вследствие того, что давление в этой области намного больше давления в прилегающей в ней жйдкости. Так ка В/10 Рто поле на поверхности мениска 19 приближенно однородно. Поэтому при распаде области сжатия 20 на капли 21 наибольший темп развития неустойчивости соответствует резонансной пространственной частоте Ро Так как пространственная длина волны о =2 д/3 о =2 б, то медианный диаметр спектра распыливания будет примерно в 2 раза больше толщины слоя высокого давления 20, Таким образом, средний размер капель 21 зависит только от длительности импульсов 0 и не зависит от диаметра выходного сопла 3. Это позволяет использовать сопло 3 с диаметром, на один-два порядка превышающим средний диаметр капель 21, что повышает надежность работы устройства, предотвращая его от засорения, Отношение диаметров сопла 3 и капель 21 ограничено сверху как максимальным диаметром сопла 3, так и минимальным диаметром капель 21, Максимальный диаметр сопла 3 составляет 1,5 - 2 мм и обусловлен тем, что при больших диаметрах невозможно вследствие действия силы тяжести выровнять поверхность мениска 19 путем изменения давления в жидкости при произвольном положении подложки 15 и сопла 3. Минимальный диаметр капель 21 составпяет 5 - 10 мкм и обусловлен ростом сил поверхностного натяжения. препятствующих образованию капель 21, с увеличением пространственной частоты деформации мени.ска 19.Дисперсия распределения капель по размерам тем меньше, чем больше пондемоторные силы, т.е, чем больше амплитуда импульсов 02 (фиг,2). При достаточно больших амплитудах импульсов 02 дисперсия определяется практически лищь отношением д числакапель 21, образующихся у края мениска 19, к общему числу капель 21,2 кйс М о дЯ Йс10где Вс = Рс/2 - радиус сопла 3;ЬЙ " Яо - эффективная ширина кольцау края мениска 19, где нарушается однородность процесса образования капель.Таким образом, увеличивая Яс можносделать однородность (т.е. качество) измельчения сколько угодно высокой.Так как Рэ0,1 Рс, и Н = (1,5 - 2) Рс б,то электрод 14 не оказывает существенногомеханического влияния на распространение области сжатия жидкости 20 вдоль сопла 3 и на процесс образования капель 21.Верхний предел для Н обусловлен тем, чтос увеличением Н уменьшается поле на поверхности мениска 19,Длительность импульса 02 составляетх 2 - 5: 1 = мкс, Это время достаточно длятого, чтобы область сжатия жидкости 20 дошла до мениска 10 и образовались капли 21.30 По окончании импульса 02 поверхность мениска 19 совершает колебания, которыеспустя время т=Т - тз -т 2 =Тмс, т,е. кмоменту прихода следующего импульса 01(фиг,2), практически полностью затухают35 (фиг,З,Д)Дополнительно накачивают жидкостьсредством 13 подачи жидкости, обеспечивающим скорорсть поступление жидкости0 = Зб/Т, где 3 = л й с - площадь поперечгного сечения выходного сопла 3, Т - периодследования импульсов (фиг,2);Например, при т 1 = 10 нс и Оз, = 1 - 2км/с размер образующихся капель 21 составляет 20 - 40 мкм. Если взять српло 345 диаметром 1 мм, то неоднородность распределения капель 21 по размерам составитд 4 - 80, величину того же порядка,что и в устройстве-прототипе.Устройство мажет быть реализовано50 следующим образом,Средство 16 синхронизации может бытьвыполнено из последовательно соединенных ждущего блокинг-генератора, вход которого подключен к выходу основногогенератора 12 импульсов, дифференцирующей цепочки, ограничителя и усилителя.При этом дополнительный генератор 17 импульсов представляет собой ждущий блокинг-генератор, Остальные устройства блока 10 управления выполнены на стан 2002518 10дартных элементах, Пьезоэлектрическая пластина 6 может быть сделана из кварца, причем таким образом, цтобы она сокращалась в плоскости, параллельной плоскости мембраны 9. В качестве электрода 14 можно взять тонкую медную проволоку, а а качестве устройства подачи жидкости 18 - стандартное устройство для накачки жидкости поршневого типа, Остальные части устройФормула изобретения. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСПЕРГАЦИИ, содержащее корпус, имеющий полость с выходным соплом и эластичной стенкой, емкость для диспергируемой жидкости, сообщенную с выходным соплом, пьезоэлектрический преобразователь установленный на эластичной стенке полости, и блок управления с усилителем, выход которого подключен к пьезоэлектрическому преобразователю, и генератором импульсов, подключенным к входу усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе с сохранением качества диспергирования, оно снабжено средством подачи жидкости, соединенным с емкостью для диспергируемой жидкости, электродом в виде тонкого ства для диспергации также выполнены на стандартных элементах.(5 б) Авторское свидетельство СССР М 142553, кл. В 05 В 5/00, Е 04 Е 21/02, 5 1961.Авторское свидетельствг СССР .М 1047525, кл, В 05 8 500, 19 Ь .Патент СССР М 680620. кл. В 05 8 5/00,6 06 К 15/14, 1979.10стержня, размещенного в выходном сопле вдоль его оси симметрии, проводящей подложкой, перпендикулярной к соплу, и последовательно соединенными в блоке 15 управления средством синхронизации идополнительными генератором импульсов и усилителем, при этом вход средства синхронизации подключен к выходу основного генератора импульсов, а выход дополни тельного усилителя - к электроду и проводящей подложке, причем отношение расстояния от конца электрода в сопле до выходного сечения сопла к его диаметру выбрано равным от 1,5 до 2, отношение 25 диаметра электрода в сопле к диаметру сопла выбрано не большим 0,1, а отношение расстояния от выходного сечения сопла до проводящей подложки к диаметру сопла выбрано не меньшим 10.2002518 Составитель М.КалугиТехред М.Моргентал орректор М, Тк Редактор Заказ 32 Тираж НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж, Раушская наб Подписно роизводственно-издательский коМбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1