专利名称：一种基于高压静电的无接触式清洗装置及方法
技术领域：
本发明属于清洗技术领域，具体涉及基于高压静电的无接触式清洗方法与装置。
背景技术：
在各种工业应用与实验研究中，需要使用到各种油液、溶液、试剂等，因此会产生各种油污、残液和表面浮层污染等。这些污染以及残余物对于装置都会产生影响，如引起物质变性、工艺破坏等，并最终影响产品质量或研究效果。因此，需要对仪器设备进行适时清洗。现有的清洗方法包括机械摩擦清洗、化学腐蚀清洗、液体固体强力冲击清洗、高频超声清洗、激光清洗、紫外光清洗等。其中机械摩擦清洗、化学腐蚀清洗、液体固体强力冲击清洗、高频超声清洗(CN200710123603. 0，CN201010624388. 4)属于接触式清洗， 清洗效果显著并是现在最主要的清洗手段；激光清洗(CN200810134880. 6)、紫外光清洗 (CN200610126514. 7)为无接触式清洗，利用污染物对光能的吸收从而达到清洗的目的。对于接触清洗，其成本低，但对精密仪器和软性表面清洗时，会损坏物体表面；对于分接触式清洗，其成本高，对被清洗污物有特殊要求，适用范围有限。
发明内容
本发明的目的之一在于，提供一种基于高压静电的无接触式清洗装置，能够对金属表面上的液态或半液态污染物，或者湿润后的杂质、尘埃等进行无接触清洗。为实现该发明目的所采用的技术方案如下一种基于高压静电的无接触式清洗装置，用于对待清洗的金属板表面的污染液进行清洗，其包括高压电源，用以产生脉冲电压；电极板，与所述待清洗的金属板分别连接到高压电源的两极，以形成电场，且该电极板面对污染液的一面上设置有阵列布置的尖端凸起；收集板，紧贴着电极板尖端设置在电极板与所述待清洁的金属板之间，用以收集污染液；金属板表面的污染液在所述电场作用下形成射流，并通过所述尖端凸起导引，射到所述收集板上，完成污染液的收集。本发明所述的收集板为介电常数较小的绝缘体。高压电源发生器可以产生脉冲电压，电压范围值在l-40kV。电极板上附有若干阵列的尖端凸起，可使电场在该处集中，成为液体污染物射流时的导引。收集板为介电常数较小的绝缘体，紧贴在电极板尖端上方，并可方便拆卸以便及时清洗。当金属表面上的污染物为非液态时，需要对其进行预湿润处理，使其形成液态层。
本发明的另一目的在于提供一种金属板表面清洗的方法，通过收集金属板表面的污染液，实现对金属板表面的清洗，具体包括如下步骤(1)将金属板和一电极板分别连接到高压电源的负极和正极，使两板之间形成电场，其中，该金属板待清洗表面面向所述电极板，该电极板在面向金属板的表面上设置有阵列布置的多个尖端凸起；(2)在金属板和电极板之间设置收集板，且该收集板紧贴于电极板尖端凸起；(3)开启电源，在金属板和电极板之间施加脉冲电压，金属板表面的污染液在所述电场作用下形成射流，并通过所述尖端凸起导引射到所述收集板上，完成污染液的收集。当金属表面上的污染物为非液态时，需要对其进行预湿润处理，使其形成液态薄层。两电极板间施加脉冲电压，在脉冲电压的峰值处将触发射流，在脉冲电压的最小值处将维持射流，从而将污染物吸入收集板。本方法中可以多次重复上述清洗步骤，直至清洗干净。与现有的接触式清洗方法相比，该清洗方法可对污染表面进行无接触清洗。与激光清洗、紫外光清洗等无接触式清洗方法相比，该方法成本低，设备简单，不会对物体表面产生损伤。此外，该清洗方法还具有以下优点可对大型不易拆装设备进行局部清洗；可对微小结构进行清洗。
图1是该清洗装置的总结构图。图2是该清洗装置的清洗原理示意图。图3是该清洗装置的施加电压示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行具体说明。本发明的装置主要由高压电源、金属电极板11、绝缘收集板13等组成，金属电极板11与污染金属表面2间通过导线连接到高压电源两极上，在两极板之间形成电场。金属电极板11上附有多个尖端12，两金属板被连接在高压电源两极上，其中一金属板上有尖端，可视为清洗装置的电极板11 ；另一金属板上有液体薄层22，可视为污染金属表面2。在两金属板间施加了高压后，所形成的强电场将使得液体污染物薄层产生感应， 薄层外表面将聚集自由电子，同时薄层也将被极化。最终在电场力的作用下，形成锥形向外凸出，形成泰勒锥(Taylor-Cone)，继而产生射流(jet)，射向正电极的尖端。位于两电极板间的污染物收集板13将收集到液体污染物。正极金属电极板上的尖端12将使局部电场增强，以增强清洗效果。本实施例中的清洗方法可分为如下几步1、器件金属(如不锈钢)表面上粘有溶液(实验中采用PEO溶液)，使之形成液体薄层；并使不锈钢基板与高压电源的负极相连。2、高压电源的正极连接上另一金属板，其上带有类似针头的尖端，使之靠近液体薄层。3、接通高压电源，在尖端与液体薄层之间将产生电场，使液体薄层收电场力的作用，产生射流，射向尖端。若在尖端前方另附加一绝缘且易吸附液体的收集板，则可使液体薄层被清洗干净。基于高压静电的无接触式清洗方法的实现原理(如图2所示)为将液体污染物 22视为漏电介质(leaky-dielectric)或半绝缘体(semi-insulator)薄层(film)；在液体污染物薄层之上覆盖清洗装置后，清洗装置的金属电极板11与污染金属表面21可以视为一个平板电容器。当液体污染物22与收集板13之间施加一个高压静电场时，由于液体污染物可视为半导电性物质，将在电场中产生极化并受到电场力的作用而从原表面脱离，射向收集板， 并最终滴落在收集板上。
权利要求
1.一种基于高压静电的无接触式清洗装置，用于对待清洗的金属板表面的污染液进行清洗，其包括高压电源，用以产生脉冲电压；电极板(11)，与所述待清洗的金属板⑵分别连接到高压电源的两极，以形成电场，且该电极板(11)面对污染液的表面上设置有阵列布置的尖端凸起(12)；收集板(13)，紧贴所述尖端凸起(1 设置在电极板(11)与所述待清洁的金属板(2) 之间，用以收集污染液；金属板( 表面的污染液在所述电场作用下形成射流，并通过所述尖端凸起(12)导引，射到所述收集板(1 上，完成污染液的收集。
2.根据权利要求1所述的无接触式清洗装置，其特征在于，当金属板00)表面上的污染物为非液态时，对其进行预湿润处理，使其形成液态层或半液态层。
3.根据权利要求1或2所述的无接触式清洗装置，其特征在于，所述收集板(1 为绝缘板。
4.根据权利要求1-3之一所述的无接触式清洗装置，其特征在于，所述高压电源的电压范围值在l_40kV。
5.一种清洗金属板表面的方法，通过收集金属板表面的污染液，实现对金属板表面的清洗，具体包括如下步骤(1)将金属板和一电极板分别连接到高压电源的负极和正极，使两板之间形成电场，其中，该金属板的待清洗表面面对所述电极板，该电极板在面向金属板的表面上设置有阵列布置的多个尖端凸起；(2)在金属板和电极板之间设置收集板，且该收集板紧贴于电极板尖端凸起；(3)开启电源，在金属板和电极板之间施加脉冲电压，金属板表面的污染液在所述电场作用下形成射流，并通过所述尖端凸起导引射到所述收集板上，完成污染液的收集。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当金属表面上的污染物为非液态时，对其进行预湿润处理，使其形成液态薄层。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述收集板为绝缘板。
全文摘要
本发明公开了一种基于高压静电的无接触式清洗装置，包括高压电源，用以产生脉冲电压；电极板(11)，与所述待清洗的金属板(2)分别连接到高压电源的两极，以形成电场，且该电极板(11)面对污染液的表面上设置有阵列布置的尖端凸起(12)；收集板(13)，紧贴所述尖端凸起(12)设置在电极板(11)与所述待清洁的金属板(2)之间，用以收集污染液；金属板(2)表面的污染液在所述电场作用下形成射流，并通过所述尖端凸起(12)导引，射到所述收集板(13)上，完成污染液的收集。本发明还公开了一种清洗金属板表面的方法。本发明可以进行无接触的清洗，不会对物体表面产生损伤。
文档编号B08B6/00GK102527672SQ20121001067
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者刘慧敏, 尹周平, 布宁斌, 邓辉旭, 黄永安 申请人:华中科技大学