FR2693923A1

FR2693923A1 - Electrostatic powder projector with air=swept shielded electrodes - uses compressed air flow within suitably shaped electrode shields to prevent powder deposition on electrodes

Info

Publication number: FR2693923A1
Application number: FR9209139A
Authority: FR
Inventors: Buquet Thierry; Bonal Stephane
Original assignee: Sames SA
Current assignee: Sames SA
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1992-07-24
Publication date: 1994-01-28

Abstract

The ionising electrode (16), running within an insulating conduit (18,15) supplied with compressed air, emits ions on the axis of the duct (12) carrying the air/powder stream (arrowed) to the ejection point (14). These travel a short way upstream to the other electrode (24), a flat annulus within a closed cylindrical box (22) around the duct, also supplied with compressed air (26). Duct and box are of insulating material. Several peripheral holes (28), angled to suit the ion trajectories, in the duct wall, - here reduced in thickness, - allow ions to pass. The electrodes (16,24) are connected across a high-voltage generator (20). A variant places the ionising electrode beyond the ejection point (14), in a tubular particle stream. USE/ADVANTAGE - Powder-coating e.g. painting, processes. Stable ionic current readily achieved and maintained.

Description

"Dispositif de projection électrostatique de
produit pulvérulent"
L'invention se rapporte à un dispositif de projection électrostatique de produit pulvérulent, notamment un produit de revêtement en poudre tel qu'une peinture thermofusible; elle concerne plus particulièrement un perfectionnement d'un tel dispositif, permettant d'améliorer le rendement de charge électrostatique de la poudre."Electrostatic projection device of
powdery product "
The invention relates to a device for electrostatic spraying of powdery product, in particular a powder coating product such as a hot-melt paint; it relates more particularly to an improvement of such a device, making it possible to improve the yield of electrostatic charge of the powder.

Dans un dispositif de projection électrostatique du genre indiqué ci-dessus, il est connu de charger les particules de poudre par bombardement ionique, en établissant un champ électrique sur le trajet du mélange air-poudre, au moyen de deux électrodes, respectivement une électrode d'ionisation portée à une haute tension et une contre-électrode portée à un potentiel différent, par exemple le potentiel de la terre. Les ions émis par l'électrode sont attirés par la contre-électrode et, sur leur trajet, certains d'entre eux chargent les particules de poudre. In an electrostatic projection device of the type indicated above, it is known to charge the powder particles by ion bombardment, by establishing an electric field on the path of the air-powder mixture, by means of two electrodes, respectively an electrode of ionization brought to a high voltage and a counter-electrode brought to a different potential, for example the earth potential. The ions emitted by the electrode are attracted to the counter electrode and, on their way, some of them charge the powder particles.

L'un des problèmes à résoudre est d'éviter que la contre-électrode ne se recouvre de poudre. Pour cela, il est connu de faire en sorte que cette dernière soit constamment nettoyée par un courant d'air empêchant le dépôt de poudre. A titre d'exemple, le brevet américain NO 4 289 278 décrit plusieurs dispositifs de ce genre où la contre-électrode est située au fond d'une cavité séparée du conduit de circulation du mélange air-poudre par un canal annulaire étroit relativement long. Les parois de la cavité dudit canal annulaire et du conduit de circulation sont en matériau isolant. De l'air est injecté en permanence dans la cavité et s'évacue dans le conduit de circulation du mélange air-poudre. En principe, les ions libres "remontent" par ledit canal annulaire jusqu'à la contreélectrode tandis que les particules de poudre sont repoussées par le courant d'air.On a constaté que ce type de dispositif ne donnait pas entièrement satisfaction et que le courant ionique entre l'électrode et la contreélectrode avait des difficultés à s'établir. L'invention résulte de l'analyse de ce problème. One of the problems to be solved is to prevent the counter-electrode from becoming covered with powder. For this, it is known to ensure that the latter is constantly cleaned by a current of air preventing the deposition of powder. For example, US Patent No. 4,289,278 describes several such devices where the counter electrode is located at the bottom of a cavity separated from the air-powder mixture circulation conduit by a relatively long narrow annular channel. The walls of the cavity of said annular channel and of the circulation duct are made of insulating material. Air is constantly injected into the cavity and is evacuated in the air-powder mixture circulation duct. In principle, the free ions "rise" through said annular channel to the counterelectrode while the powder particles are repelled by the air stream. It has been found that this type of device was not entirely satisfactory and that the current ion between the electrode and the counterelectrode had difficulty establishing. The invention results from the analysis of this problem.

Plus précisément, l'invention concerne donc un dispositif de projection électrostatique de produit pulvérulent, par exemple un produit de revêtement en poudre, du type comprenant un conduit de circulation d'un mélange air-poudre, en matériau isolant, muni d'un orifice d'éjection dudit mélange, une électrode d'ionisation portée à une haute tension et placée sur le trajet dudit mélange air-poudre et une contre-électrode portée à un potentiel prédéterminé différent, située à l'extérieur dudit conduit et décalée axialement de ladite électrode d'ionisation, ladite contre-électrode étant logée dans un cavité en matériau isolant connectée à des moyens d'alimentation d'air et comportant au moins une ouverture orientée de façon à permettre le passage d'ions émis par ladite électrode, caractérisé en ce que ladite ouverture est pratiquée dans une paroi mince de ladite cavité et que ladite contre-électrode se trouve à proximité immédiate de la face interne de cette paroi. More specifically, the invention therefore relates to a device for electrostatic projection of a powdery product, for example a powder coating product, of the type comprising a duct for circulation of an air-powder mixture, of insulating material, provided with an orifice. for ejecting said mixture, an ionization electrode brought to a high voltage and placed on the path of said air-powder mixture and a counter electrode brought to a different predetermined potential, located outside said conduit and axially offset from said ionization electrode, said counter electrode being housed in a cavity made of insulating material connected to air supply means and comprising at least one opening oriented so as to allow the passage of ions emitted by said electrode, characterized in that said opening is made in a thin wall of said cavity and that said counter-electrode is in close proximity to the face in dull of this wall.

On peut raisonnablement supposer que dans les dispositifs antérieurs où la cavité abritant la contreélectrode se trouve relativement éloignée de l'orifice par lequel les ions "remontent" jusqu'à elle (c'est-à-dire lorsque la contre-électrode se trouve séparée dudit orifice par une certaine surface de paroi isolante), des ions, voire des particules de poudre chargées, finissent par se déposer sur les parois isolantes et former une barrière de potentiel supprimant le courant d'ions. It can reasonably be assumed that in prior devices where the cavity housing the counterelectrode is relatively distant from the orifice through which the ions "go up" to it (that is to say when the counterelectrode is separated of said orifice by a certain insulating wall surface), ions, or even charged powder particles, end up depositing on the insulating walls and forming a potential barrier suppressing the ion current.

L'invention propose une structure minimisant la surface sur laquelle les ions ou particules ionisées peuvent se déposer tandis que la faible distance entre la contre-électrode et cette ouverture permettrait une décharge des ions sur la contre-électrode (par effluve ou micro-étincelles non dangereuses) avant que la barrière de potentiel ne devienne gênante. The invention proposes a structure minimizing the surface on which the ions or ionized particles can deposit while the short distance between the counter-electrode and this opening would allow a discharge of the ions on the counter-electrode (by effluvium or micro-sparks not dangerous) before the potential barrier becomes troublesome.

Le principe de l'invention s'applique aussi bien à un dispositif de projection à charge interne dans lequel l'électrode d'ionisation se trouve placée dans le conduit de circulation du mélange air-poudre, qu'à un dispositif de projection à charge externe dans lequel l'électrode d'ionisation se trouve placée à l'extérieur du conduit de circulation du mélange air-poudre, en avant de l'orifice d'éjection de celui-ci. The principle of the invention applies as well to a projection device with internal charge in which the ionization electrode is placed in the duct for circulation of the air-powder mixture, as to a projection device with charge external in which the ionization electrode is placed outside the air-powder mixture circulation conduit, in front of the ejection orifice thereof.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'un dispositif de projection électrostatique de produit pulvérulent conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 est une vue partielle schématique en coupe axiale d'un dispositif de projection électrostatique de produit pulvérulent, à charge interne, conforme à l'invention;
- la figure 2 est une vue de détail à plus grande échelle de l'encadré II de la figure 1; et
- la figure 3 est une vue partielle schématique en coupe axiale d'un autre dispositif de projection électrostatique de produit pulvérulent, à charge externe, conforme à l'invention.The invention will be better understood and other advantages thereof will appear more clearly in the light of the description which follows of two embodiments of an electrostatic spraying device for powdery product in accordance with its principle, given only at as an example and made with reference to the accompanying drawings in which:
- Figure 1 is a schematic partial view in axial section of an electrostatic spraying device of powdered product, with internal charge, according to the invention;
- Figure 2 is a detail view on a larger scale of Box II of Figure 1; and
- Figure 3 is a schematic partial view in axial section of another device for electrostatic projection of powdered product, with external charge, according to the invention.

En se reportant plus particulièrement aux figures 1 et 2, on a représenté un dispositif de projection électrostatique 11 d'un produit de revêtement en poudre et notamment un conduit de circulation 12 d'un mélange airpoudre, en matériau isolant muni d'un orifice d'éjection 14 dudit mélange. A l'intérieur de ce conduit, se trouve agencé un support 15, également en matériau isolant, renfermant une électrode d'ionisation 16. Cette dernière se trouve disposée axialement à l'intérieur d'un conduit 18 dudit support relié à une source d'air comprimé non représentée. L'électrode 16 est quant à elle connectée à un générateur haute tension 20. De cette façon, de l'air circule en permanence tout autour de l'électrode avant de se diluer dans le mélange air-poudre, ce qui empêche les particules de poudre de venir se déposer sur l'électrode d'ionisation. Referring more particularly to Figures 1 and 2, there is shown an electrostatic spraying device 11 of a powder coating product and in particular a circulation conduit 12 of an airpowder mixture, of insulating material provided with an orifice ejection 14 of said mixture. Inside this conduit, there is arranged a support 15, also made of insulating material, containing an ionization electrode 16. The latter is located axially inside a conduit 18 of said support connected to a source of compressed air not shown. The electrode 16 is in turn connected to a high voltage generator 20. In this way, air circulates continuously around the electrode before being diluted in the air-powder mixture, which prevents the particles from powder to settle on the ionization electrode.

A l'extérieur du conduit de circulation 12 du mélange air-poudre, se trouve définie une cavité 22 annulaire renfermant une contre-électrode 24 également annulaire, ici sensiblement cylindrique. Cette contre-électrode 24 est portée à un potentiel prédéterminé différent de celui de l'électrode d'ionisation, par exemple le potentiel de la terre ou un potentiel voisin. Les parois de la cavité sont en matériau isolant et la face cylindrique externe du conduit de circulation 12 délimite en partie cette cavité. Outside the circulation duct 12 of the air-powder mixture, there is defined an annular cavity 22 enclosing a counter-electrode 24 also annular, here substantially cylindrical. This counter-electrode 24 is brought to a predetermined potential different from that of the ionization electrode, for example the earth potential or a neighboring potential. The walls of the cavity are made of insulating material and the external cylindrical face of the circulation duct 12 partially delimits this cavity.

Elle est connectée par un tuyau 26 à des moyens d'alimentation en air comprimé, non représentés. De plus, cette cavité 22 comporte au moins une ouverture orientée de façon à permettre le passage d'ions émis par l'électrode.It is connected by a hose 26 to compressed air supply means, not shown. In addition, this cavity 22 has at least one opening oriented so as to allow the passage of ions emitted by the electrode.

Dans le cas du dispositif des figures 1 et 2, cette ouverture est constituée par au moins un trou 28 pratiqué au travers d'une paroi mince de la cavité.In the case of the device of Figures 1 and 2, this opening is constituted by at least one hole 28 made through a thin wall of the cavity.

Dans l'exemple représenté, cette ouverture est en fait constituée par plusieurs trous 28 pratiqués dans la paroi mince de la cavité, c'est-à-dire au travers de la paroi du conduit de circulation 12 du mélange air-poudre, puisque le dispositif est du type à charge interne. En outre, comme représenté, la contre-électrode 24 se trouve à proximité immédiate de la face interne de la paroi de la cavité qui comporte ladite ouverture (les trous 28). Plus précisément, la paroi en question présente une épaisseur inférieure à 7 mm, au moins à l'emplacement où se trouve pratiquée ladite ouverture. Cette épaisseur est de préférence comprise entre 1 et 5 mm. Par ailleurs, la distance e (voir figure 2) entre la face interne 30 de la cavité où débouche l'ouverture (les trous 28) et la contre-électrode 24 est inférieure à 5 mm et de préférence comprise entre 0,2 et 1 mm. Cette distance e est suffisante pour permettre à l'air injecté dans la cavité de s'écouler le long de la surface de la contre-électrode en la nettoyant avant de se diluer dans le mélange air-poudre, en traversant les trous 28. In the example shown, this opening is in fact constituted by several holes 28 made in the thin wall of the cavity, that is to say through the wall of the circulation duct 12 of the air-powder mixture, since the device is of the internal charge type. In addition, as shown, the counter electrode 24 is located in the immediate vicinity of the internal face of the wall of the cavity which comprises said opening (the holes 28). More specifically, the wall in question has a thickness of less than 7 mm, at least at the location where said opening is made. This thickness is preferably between 1 and 5 mm. Furthermore, the distance e (see FIG. 2) between the internal face 30 of the cavity where the opening opens (the holes 28) and the counter-electrode 24 is less than 5 mm and preferably between 0.2 and 1 mm. This distance e is sufficient to allow the air injected into the cavity to flow along the surface of the counter-electrode by cleaning it before being diluted in the air-powder mixture, passing through the holes 28.

Comme représenté, ladite ouverture, (c'est-à-dire les trous 28) est pratiquée dans une partie amincie 32 de la paroi du conduit de circulation 12 du mélange air-poudre. As shown, said opening (that is to say the holes 28) is made in a thinned part 32 of the wall of the circulation duct 12 of the air-powder mixture.

Comme le montre la figure 2, les trous 28 sont inclinés au travers de la paroi du conduit de circulation du mélange air-poudre pour converger sensiblement en direction de l'électrode d'ionisation 16. La pointe de cette dernière est décalée axialement de la contreélectrode d'une distance notable, par exemple de l'ordre de 50 mm, afin de disposer d'un temps suffisant pour charger le plus efficacement possible les particules de poudre lorsque celles-ci traversent le tronçon du conduit de circulation 12, (entre l'électrode d'ionisation et la contre-électrode), où s'établit le champ électrique. On obtient une bonne charge de la poudre avec un faible courant généré par l'électrode.Dans un mode de réalisation actuellement préféré, les trous 28 sont de petit diamètre, par exemple inférieur à 1 mm et un nombre limité de trous (au moins trois trous et de préférence entre neuf et douze) donne les meilleurs résultats. Dans ces conditions, la pression d'air dans la cavité abritant la contre-électrode est avantageusement établie entre 0,1 et 0,2 bar, pour que la vitesse d'air au travers des trous soit suffisante (supérieure à 15 m/s) pour repousser les particules de poudre. Malgré cette vitesse, le débit d'air reste faible et ne vient pas perturber la composition et l'homogénéité du mélange air-poudre, dans le conduit de circulation 12. As shown in FIG. 2, the holes 28 are inclined through the wall of the air-powder mixture circulation duct to converge substantially in the direction of the ionization electrode 16. The point of the latter is offset axially from the counterelectrode of a significant distance, for example of the order of 50 mm, in order to have sufficient time to charge the powder particles as efficiently as possible when these cross the section of the circulation duct 12, (between the ionization electrode and the counter electrode), where the electric field is established. A good charge of the powder is obtained with a low current generated by the electrode. In a currently preferred embodiment, the holes 28 are of small diameter, for example less than 1 mm and a limited number of holes (at least three holes and preferably between nine and twelve) gives the best results. Under these conditions, the air pressure in the cavity housing the counter-electrode is advantageously established between 0.1 and 0.2 bar, so that the air speed through the holes is sufficient (greater than 15 m / s ) to repel powder particles. Despite this speed, the air flow rate remains low and does not disturb the composition and the homogeneity of the air-powder mixture in the circulation duct 12.

Dans le mode de réalisation de la figure 3, le dispositif de projection électrostatique lla est du type à charge externe. L'électrode d'ionisation 16a, annulaire, est portée par un noyau 40 globalement cylindrique, en matériau isolant, faisant saillie axialement au-delà de l'orifice d'éjection 14a du conduit de circulation 12a du mélange air-poudre. Ce noyau est élargi à son extrémité pour former un déflecteur. L'électrode se trouve à quelques centimètres au-delà de l'orifice. Elle est reliée par un conducteur 41 s'étendant dans le noyau 40, à une source de haute tension 20a. Une contre-électrode 24a, ici en matériau poreux, se trouve agencée à l'extérieur du conduit de circulation 12a, en amont de l'électrode d'ionisation 16a en considérant le sens de propagation du mélange airpoudre.Cette contre-électrode 24a, annulaire et plate, est placée à l'extrémité d'un conduit de soufflage d'air 44, coaxial au conduit de circulation du mélange air-poudre et défini par un tronçon tubulaire 46 entourant le conduit de circulation 12a. Ce conduit de soufflage est relié à une source d'air comprimé non représentée. La contre-électrode 24a est appliquée contre deux épaulements du tronçon 46 et du conduit de circulation 12, par un capuchon d'extrémité 50 muni d'une jupe 51 taraudée intérieurement et vissée à l'extrémité filetée du tronçon 46. Ce capuchon comporte une paroi annulaire frontale 54, ici perpendiculaire à l'axe du dispositif, cette paroi est mince et percée de trous 28a situés immédiatement en regard de la contre-électrode 24a. In the embodiment of Figure 3, the electrostatic projection device 11a is of the external charge type. The ionization electrode 16a, annular, is carried by a generally cylindrical core 40, of insulating material, projecting axially beyond the ejection orifice 14a of the circulation conduit 12a of the air-powder mixture. This core is widened at its end to form a deflector. The electrode is located a few centimeters beyond the opening. It is connected by a conductor 41 extending in the core 40, to a high voltage source 20a. A counter-electrode 24a, here made of porous material, is arranged outside of the circulation duct 12a, upstream of the ionization electrode 16a by considering the direction of propagation of the airpowder mixture. This counter-electrode 24a, annular and flat, is placed at the end of an air blowing conduit 44, coaxial with the air-powder mixture circulation conduit and defined by a tubular section 46 surrounding the circulation conduit 12a. This blowing duct is connected to a source of compressed air, not shown. The counter electrode 24a is applied against two shoulders of the section 46 and of the circulation duct 12, by an end cap 50 provided with a skirt 51 internally threaded and screwed to the threaded end of the section 46. This cap comprises a front annular wall 54, here perpendicular to the axis of the device, this wall is thin and pierced with holes 28a situated immediately opposite the counter-electrode 24a.

Le tronçon tubulaire 46 et le capuchon 50 sont en matériau isolant. Ainsi, une cavité 22a telle que définie ci-dessus et qui abrite la contre-électrode, est limitée par le conduit de circulation 12a, le tronçon 46 et ledit capuchon 50. La distance entre la face avant de la contre-électrode 24a et la face interne de la paroi frontale 54 du capuchon est faible et du même ordre de grandeur que celle qui est indiquée ci-dessus en référence aux figures 1 et 2. De même, la partie de la paroi frontale du capuchon où des trous 28a sont pratiqués, est mince ou amincie de sorte que l'épaisseur de cette paroi au voisinage des trous soit du même ordre de grandeur que celle qui est indiquée cidessus. La distance séparant la contre-électrode 22a et la face interne de la paroi frontale 54 du capuchon, est déterminée par un épaulement pratiqué dans la paroi du capuchon. La contre-électrode 24a est reliée à la terre, ici par une résistance 56 de limitation de courant. L'air introduit dans la cavité 22a est évacué pour partie par les trous 28a et pour partie par le passage annulaire défini entre le conduit de circulation 12a du mélange air-poudre et un manchon central 58 dudit capuchon.The tubular section 46 and the cap 50 are made of insulating material. Thus, a cavity 22a as defined above and which houses the counter electrode, is limited by the circulation duct 12a, the section 46 and said cap 50. The distance between the front face of the counter electrode 24a and the internal face of the front wall 54 of the cap is small and of the same order of magnitude as that indicated above with reference to FIGS. 1 and 2. Likewise, the part of the front wall of the cap where holes 28a are made , is thin or thinned so that the thickness of this wall in the vicinity of the holes is of the same order of magnitude as that indicated above. The distance separating the counter-electrode 22a and the internal face of the front wall 54 of the cap is determined by a shoulder formed in the wall of the cap. The counter electrode 24a is connected to earth, here by a current limiting resistor 56. The air introduced into the cavity 22a is evacuated partly by the holes 28a and partly by the annular passage defined between the circulation duct 12a of the air-powder mixture and a central sleeve 58 of said cap.

Les trous 28a pratiqués dans le capuchon peuvent avoir des caractéristiques semblables à ceux du mode de réalisation de la figure 1. La faible épaisseur de la paroi frontale dans laquelle sont pratiqués les trous ainsi que la faible distance séparant cette paroi frontale de la contre-électrode constituent des caractéristiques distinctives de l'invention, pour ce mode de réalisation. The holes 28a made in the cap can have characteristics similar to those of the embodiment of FIG. 1. The small thickness of the front wall in which the holes are made as well as the short distance separating this front wall from the counter-electrode constitute distinctive features of the invention, for this embodiment.

Dans tous les modes de réalisation, l'ouverture 28 pourrait être annulaire. In all the embodiments, the opening 28 could be annular.

Claims

1- Device for electrostatic projection of powdery product, for example a powder coating product, of the type comprising a circulation duct (12) of an air-powder mixture, made of insulating material, provided with an ejection orifice ( 14) of said mixture, an ionization electrode (16) brought to a high voltage and placed on the path of said air-powder mixture and a counter electrode (24) brought to a different predetermined potential, located outside of said conduit and offset axially from said ionization electrode, said counter electrode being housed in a cavity (22) of insulating material connected to air supply means and comprising at least one opening oriented so as to allow the passage of ions emitted by said electrode, characterized in that said opening (28) is formed in a thin wall of said cavity and that said counter-electrode (24) is located in the immediate vicinity of the internal face of this head wall.

2- Device according to claim 1, characterized in that said wall has a thickness less than 7 mm at least at the location where is located said opening (28), preferably between 1 and 5 mm.

3- Device according to claim 1 or 2, characterized in that the distance (e) between said counterelectrode (24) and the internal face (30) of the cavity (22) where opens said opening is less than 5 mm, preferably between 0.2 and 1 mm.

4- Device according to one of the preceding claims, of the type with internal charge in which said ionization electrode (16) is located inside said circulation conduit (12), characterized in that said cavity (22) is arranged annularly around said duct and that said opening (28) is made through the wall of this duct.

5- Device according to claim 4, characterized in that said opening (28) is formed in a thinned part (32) of said wall of said conduit.

6- Device according to one of the preceding claims, characterized in that said opening consists of a plurality of holes (28) formed in said thin wall.

7- Device according to claim 6, characterized in that these holes (28) are inclined to converge substantially in the direction of said electrode.

8- Device according to one of claims 1 to 3, of the type with external charge in which said ionization electrode (16a) is located outside of said circulation conduit (12a), characterized in that said opening (28a ) is formed in a front wall (54) of an element delimiting said cavity (22a), said counterelectrode being opposite the internal face of this front wall.

9- Device according to claim 8, characterized in that said counter-electrode is made of porous material.

10- Device according to claim 8 or 9, characterized in that said opening consists of a plurality of holes (28a) formed in said front wall.