控制流體流量用靜電流體加速器以及控制流體流量的方法

專利名稱：控制流體流量用靜電流體加速器以及控制流體流量的方法
技術領域：
本發明涉及一種加速從而傳遞速度和動量給流體的裝置和方法，更具體而言，涉及電暈放電技術來產生離子和電場的利用，尤其是通過用于例如空氣的流體的移動和控制的離子和電場的利用。
背景技術：
諸多專利(參見例如Shannon等人的美國專利4,210,847，以及Spurgin的美國專利4,231,766)描述了離子的產生，利用電極(稱為“電暈電極”)，吸引，并因此向另一個電極(稱為“集電”和/或“吸引”電極)加速所述離子，從而朝向該吸引電極的方向將動量傳遞給離子。離子和流體之間的碰撞，例如包圍的空氣分子，將離子的動量傳遞給流體，從而促使流體進行相應運動。
Lee的美國專利4,789,801、Weinberg的美國專利5,667,564、Taylor等人的美國專利6,176,977以及Sakakibara等人的美國專利4,643,745也描述了利用靜電場來加速空氣的空氣運動裝置。在這些裝置中獲得的空氣速度非常低，并且對于商業或工業應用沒有實際價值。
Edwards的美國專利3,699,387和3,751,715描述了利用連續設置的多級靜電空氣加速器(EFA)來增強空氣流。這些裝置采用導電網作為吸引(集電)電極，該導電網隔離相鄰的電暈電極。該導電網具有很強的空氣阻力從而削弱空氣流，從而防止EFA獲得所需的較高流速。
不幸的是，這些裝置都不能產生商業可行的空氣流的量。在裝置本身設置多級傳統空氣運動裝置不能解決上述問題。例如，連續設置的五個串聯級靜電流體加速器僅比單一一級多傳送17％的空氣流。例如，參見Spurgin的專利號為4,231,766的美國專利。
因此，需要提供一種能夠產生可作商用的流速的實際靜電流體加速器。

發明內容
本發明提出了在現有技術中對于空氣流的限制以及總體上不能獲得理論最佳性能的若干缺陷。其中一個缺陷是，由于采用連續設置的多級EFA需要沿空氣通道(也就是，沿空氣流方向)具有很大的長度，從而對于多級EFA裝置而言具有很大的尺寸需求。該長形通道還會對空氣流施加更大阻力。
其它問題出現在當這些級相互靠近設置的時候。各級之間間隔的減小會在一個級的吸引電極和相鄰下一級的電暈放電電極之間產生“負效電暈”，從而導致產生反向空氣流。導致該現象是因為在下一級的電暈電極和前一(上風)級的集電(吸引)電極之間存在很大的電位差。此外，因為相鄰級之間存在電容，所以在相鄰級之間存在寄生電流。該電流由相鄰級之間的非同步高壓波動或者高壓脈沖所引發。
另一個問題源自采用大級或多級，從而每個單獨級(或級組)具有自己的高壓電源(HVPS)。在這種情況下，產生電暈放電所需的高壓會導致在電極之間產生不可接受的瞬間放電電平。當產生瞬間放電時，HVPS必須完全關斷某時間段，以便在重新運行之前進行去電離和電火花淬火。隨著電極數量增加，產生的瞬間放電比一組電極的情況要更為頻繁。如果一個HVPS向多組電極(也就是多級)饋電，則需要更為頻繁的進行關斷操作，以便壓制所產生的瞬間放電的增長量。這就導致了對整個系統進行電源中斷操作次數增加，這是不希望看到的。為了解決該問題，從各自指定的HVPS對每個級進行饋電是有益的。然而，利用單獨的HVPS要求相鄰級之間的間距拉大，以避免相鄰級的電極之間的寄生電容導致的不期望的電串擾，以及避免產生負效電暈。
本發明通過緊密地間隔EFA級并同時最小化或避免引入不期望的效果提供了一種創新的技術方案來增加空氣流。本發明結合電極幾何結構、相互位置以及施加到電極的電壓來提供增強的性能。
根據本發明的實施例，多個電暈電極和集電電極相互平行設置，或者在垂直于氣流方向的各個平面之間延伸。相鄰級的所有電極相互平行，相同類型的所有電極(也就是，電暈放電電極或者集電電極)位于相同平行平面，該相同平行平面正交于相同類型的電極或者電極邊緣所處的平面。根據另一個特征，各級緊密地間隔，以避免或最小化相鄰級的電極之間的所有電暈放電。如果相鄰電極之間的最小間隔為“a”，施加到第一電極的電壓V1和施加到最靠近的第二電極的電壓V2之間的電位差(V1-V2)和電極之間的距離的比值是標準化距離“aN”，則aN＝(V1-V2)/a。一個級的電暈放電線和相鄰級的最接近部分之間的標準化距離應當超過施加到這些電極之間的電暈啟動電壓，這實際上意味著它應當不低于從電暈放電到對應相關(即，最接近的)吸引電極之間的標準化距離的1.2到2.0倍，以便防止產生負效電暈。
最后，施加到相鄰級的電壓應當同步并且同相。也就是，施加到相鄰級的電極的電壓的交流分量應當同步地升高和降低，并且具有基本上相同的波形和幅值以及/或者振幅。
本發明增加EFA電極密度(典型地每單元長度的級數進行衡量)并且消除或大大降低電極之間的寄生電流。同時，本發明消除相鄰級的電極之間的電暈放電(例如，負效電暈)。這一部分是通過利用基本上相同的電壓波形對相鄰EFA級進行供電來實現的，也就是，相鄰電極上的電位具有相同或者非常相似的交流分量，從而消除或減小各級之間的所有交流差分電壓，并且最小化相鄰級之間緊挨的相鄰電極之間的瞬時電壓差。在各級之間以這種同步方式進行操作，從而使得相鄰EFA部件的相鄰電極之間的電位差保持恒定，并且最小化或者完全避免所導致的電極和其它電極之間的任何合成雜散電流。可以通過多種不同方式來實現同步，但是最簡便的是從對應電源施加各個同步且同相電壓到相鄰EFA部件，或者利用同步電源來提供各個施加電壓的類似振幅交流分量。這可以通過連接到相鄰EFA部件的相同電源來實現，或者利用產生施加電壓的同步且同相交流分量的不同，且優選匹配的電源來實現。通過將電暈電極和集電電極設置為相反極性來設置相鄰(也就是，緊挨的)級，也就是，具有相同或相似(也就是，“接近”)電位的相鄰級的電極相互之間的間距最小，從而可以進一步增大電極的密度(也就是，“電極密度”)。


圖1A是靜電流體加速器(EFA)組件的示意圖，具有單個高壓電源向相鄰電暈放電級饋電；圖1B是EFA組件的示意圖，具有一對同步電源向各個相鄰電暈放電級饋電；圖2A是相鄰EPA級的電極之間的電壓和電流的定時圖，在各級之間沒有交流差分電壓分量；圖2B是相鄰EFA級的電極之間的電壓和電流的定時圖，在各級之間存在小電壓波動；圖3是電源單元的示意圖，該電源單元包括一對具有同步輸出電壓的高壓電源子組件；圖4A是采用第一電極位置幾何布局的兩級EFA組件的示意性俯視圖；
圖4B是采用第二電極位置幾何布局的兩級EFA組件的示意性俯視圖；圖5是EFA組件的示意圖，該EFA組件具有一對向各個相鄰電暈放電級饋電的同步電源，其中最接近的電極具有相同或接近的電位；圖6是當信號間的相位差在0到20度之間變化時，被提供有某些恒定電位差的信號的兩個電極電壓之間的最大瞬時電位差的曲線圖；以及圖6A是當信號間的相位差在0到1度之間變化時，被提供有某些恒定電位差的信號的兩個電極電壓之間的最大瞬時電位差的曲線圖。
具體實施例方式
圖1A是包括兩個EFA級114和115的靜電流體加速器(EFA)裝置100的示意圖。第一EFA級114包括電暈放電電極106和關聯的加速電極112；第二EFA級115包括電暈放電電極113和關聯的加速電極111。兩個EFA級和所有電極都是示意性地被示出。為了便于說明，對于每一級都僅示出一組電暈放電和集電電極，但是可以預料到每個級還可以包括許多個陣列對電暈和加速電極。EFA100的一個重要特征是，電暈放電電極106和集電電極112之間的距離d1和下一級115的集電電極112和電暈放電電極113之間的距離d2相當，也就是，相鄰級的元件之間的最短距離并不比相同級內的電極之間的距離大很多。通常，相鄰級的集電電極112和電暈放電電極113之間的級間距離d2應當是相同級內的電暈放電電極106和集電電極112之間的級內間距距離d1(或者是電暈放電電極113和集電電極111之間的間距)的1.2至2.0倍。因為所述一致的間距，所以電極106和112之間的電容和電極106和113之間電容為同一數量級。注意到，在這種結構中，電暈放電電極106和113之間的電容耦合使得某些寄生電流可以在電極之間流動。該寄生電流和電極對106和112之間的電容性電流的振幅為同一數量級。為了減小電極113和106之間的不必要電流，每個電極均應供以同步高壓波形。在圖1A所示的該實施例中，兩個EFA級都由公共的電源105來供電，也就是具有單個電壓轉換電路或者“轉換器”(例如，電源變壓器、整流器以及濾波電路等等)的電源同時對兩個級進行供電。這確保了電極106和113之間的電壓差相對于電極106和111保持恒定，以使得在電極106和113之間沒有電流流過或者僅有非常小的電流流過。
圖1B示出EFA 101的一種可選結構，EFA 101包括一對EFA級116和117，其分別由電源102和103形式的分離的變換器進行供電。第一EFA級116包括形成級116內的一對補充電極的電暈放電電極107和集電電極108。第EFA級117包括形成級116內的第二對補充電極的電暈放電電極109和集電電極110。兩個EFA級116、117和所有電極107～110都采用示意性方式示出。
第一EFA級116由電源102供電，而第二EFA級117由電源103供電。雖然采用不同的結構適合用來適應可選擇的結構，但是兩個EFA級和所有電源102和103都也可以采用相同的設計以簡化同步。電源102和103由控制電路104來控制同步，以提供同步的電力輸出。控制電路確保兩個電源102和103產生基本上相同的同步同相輸出電壓，以使得電極107和109之間的電位差基本上保持恒定(例如，沒有交流電壓分量或僅有非常小的交流電壓分量)。(注意盡管術語“同步的”通常包括信號間的頻率和相位一致，但是通過術語“同相”進一步強調了相位校準要求，其中“同相”要求信號在相關位置相互同相，該相關位置例如是應用到和出現在每個級的位置)。保持該電位差恒定(也就是，最小化或消除所有交流電壓分量)限制或消除電極107和109之間的所有電容性電流到可接受的值，例如，通常小于1毫安，優選小于100微安。
可以參照圖2A和2B中所示的波形來看到相鄰EPA級的電極之間的寄生電容性電流的減小情況。如圖2A所示，電極107上的電壓V1(圖1B)和電極109上的電壓V2同步且同相，但是直流振幅未必相同。因為完全同步，所以電極107和109上的電壓之間的差值V1-V2幾乎恒定，這表示信號間僅有直流偏置值(也就是，沒有交流分量)。流過耦合在電極107和電極109之間的電容的電流Ic和通過該電容的電壓隨時間變化率(dV/dt)成比例Ic＝C*[d(V1-V2)/dt]。
從該關系式可以直接得出，如果通過所有電容的電壓都保持恒定(也就是，沒有交流分量)，則沒有電流流過該路徑。另一方面，如果電壓變化快的話(也就是，d(V1-V2)/dt很大)，即使很小的電壓變化也會產生較大的電容性電流。為了避免過量電流流過相鄰EFA級的不同電極，施加到這些相鄰級的電極的電壓應當同步且同相。例如，參照圖2B，電暈電壓V1和V2略微有些不同步，從而導致在差值中出現小的交流電壓分量，d(V1-V2)/dt。該小的交流電壓分量導致相鄰EFA級之間流過很大的寄生電流Ic。本發明的一個實施例包括對施加到所有級的電力進行同步以避免級間出現電流。
相鄰EFA級的電極之間的最短間距可以大約如下估計。注意到，典型的EFA在相當窄的電壓范圍內進行有效操作。施加到相同級的電暈放電和集電電極之間的電壓Vc應當超過所謂的用于準確操作的電暈啟動電壓Vonset。也就是，當電壓Vc小于Vonset時，不會出現電暈放電，并且不會產生空氣運動。同時，Vc不應當超過介電擊穿電壓Vb，以避免放電。根據電極幾何設計和其它條件，Vb可以比Vonset的兩倍還大。對于典型的電極結構，Vb/Vonset的比率大約是1.4～1.8，以使得所有特定電暈放電電極距離相鄰集電電極的距離都不應當處于會產生“負效電暈”的位置。因此，相鄰級的最接近電極之間的標準化距離aNn應當比相同級的電暈放電和集電電極之間的標準化距離“aNc”大至少1.2倍且優選比距離“aNc”大不超過2倍。也就是，相鄰級的電極的間距應當設置成確保電極之間的電壓差小于相鄰級的所有電極的電暈啟動電壓。
如果未滿足上述條件，則所需的結論是相鄰級要比滿足上述條件的情況相互相距更遠更寬。級間增加的間距會導致嚴重影響空氣運動的一些條件。例如，相鄰級之間增加的間距會導致更長的通道，因此導致對空氣流的阻力變大。EFA的總體尺寸和重量也會增加。利用同步且同相的HVPS，因為允許HFA級之間的間距減小而不會減小效率或者增加產生瞬間放電，從而可以避免這些消極因素。
參照圖3，兩個級EFA300包括一對變換器，該變換器采用關聯到對應的第一和第二級312和313的HVPS301和302的形式。兩個級基本上相同，且通過相同HVPS301和302來供以電源。HVPS301和302包括各自的脈寬調制(PWM)控制器304和305、功率晶體管306和307、高壓電感器308和309(也就是，變壓器或者濾波扼流圈)和倍壓器320和321，每個倍壓器包括整流器電路310和311。HVPS301和302提供電源給級312和313的對應EFA電暈放電電極。如前所述，盡管示意性示出級312和313的EFA電極為單對的一個電暈放電電極和一個加速器(或吸引器)電極，但是每個級通常可以包括多對構造成二維陣列的電極。PWM控制器304和305產生(并在引腳7提供)高頻脈沖給對應功率晶體管306和307的門極。這些脈沖的頻率由對應RC定時電路來確定，其中RC定時電路包括電阻器316和電容器317，以及電阻器318和電容器319。通常而言，級之間的這些部件的參數值的微小差別導致兩個HVPS級的操作頻率略有不同，其中HVPS級通常提供的輸出電壓在50赫茲至1000干赫茲范圍內。然而，僅是很小的頻率變化也會導致EFA300的級312和313出現不同步操作。因此，為了確保電源301和302可以同步且同相(也就是，零相移或差)操作，控制器305經包括電阻器315和電容器314的同步輸入電路從PWM控制器304的引腳1進行連接以接收同步信號脈沖。該結構使得PWM控制器305和PWM控制器304同步，以使兩個PWM控制器輸出電壓脈沖同步(相同頻率)且同相(相同相位)。
圖4A和4B是兩級EFA裝置的兩種不同結構的橫截面圖。雖然僅示出兩個級，但是詳細示出的原理和結構都是等同的。參照圖4A，第一EFA裝置411包括兩個串聯或串列級414和415。第一級414包含在第一垂直列中對齊的多個平行的電暈放電電極401以及在第二列中對齊的集電電極402，其中第二列平行于電暈放電電極401的列。橫截面示出的所有電極都是縱向延伸進入該頁面以及從該頁面延伸而出。電暈放電電極401可以是所示的導電導線的形式，但是還可以采用其它結構。集電電極402示出的為水平拉長的導電棒。這再次是為了說明的目的；可以采用其它幾何設計和結構來匹配本發明的多個實施例。第二級415類似地包含一列對齊的電暈放電電極403(也是示出為垂直于該頁面延伸的細導電導線)和集電電極404(再次示出為棒)。所有電極都安裝在空氣通道405內。EFA411的第一和第二級414和415由分別單獨的HVPS(未示出)來供電。這些HVPS同步且同相，從而第二級415的電暈放電電極403可以以離第一級414的集電電極402盡可能最靠近的標準化距離設置，而不會不利地影響和降低EPA性能。
為了說明的目的，我們假設施加到相鄰級的電極414和415的所有電壓和電壓分量(例如，交流和直流)都是相等的。還假設高壓施加到電暈放電電極401和403，以及集電電極402和404接地，也就是，相對于施加到電暈放電電極401和403的高壓，(電極402和404)保持在普通接地電位。所有電極都設置成平行垂直列，不同級的對應電極水平對齊，并且從交錯列的本自身級的補充電極垂直偏置。電暈放電電極401和最接近的垂直相鄰集電電極402的引導邊緣之間的標準化距離410等于aN1。第二級的電暈電極403和第一級的集電電極402的后面邊緣之間的標準化距離aN2(413)應當比aN1大一些距離aN2，實際距離要依賴于施加到電暈放電電極的具體電壓。無論如何，aN2都應當比aN1要大，也就是，在1至2倍距離aN1的范圍內，更優選為1.1至1.65倍aN1，進一步更為優選為大約1.4倍aN1。特別是，如圖4A所示，距離aN2大出的距離只要能夠避免在電暈驅動電壓之間的電壓產生電流流過其中即可。讓我們假設該標準化“stant”距離aN2等于1.4×aN1。然后相鄰級之間的水平距離412小于距離aN2(413)。如圖所示，當相鄰級的相同類型的電極設置在在一個平面420中時，級間間距得以最小化(如圖4A所示)。平面420可以限定為正交于包含了電暈放電電極邊緣平面(平面417也基本上正交于圖4A所示的氣流方向)的平面。如果相鄰級的相同類型的電極位于不同但平行的平面中，例如平面421和422(如圖4B所示)，則獲得的相鄰EFA級的電極之間的最小間距等于aN2，如線419所示。注意到，線419的長度和距離413(aN2)相同，且大于距離412，以增大級間間距。
圖5示出EFA501的結構，其包括一對分別由單獨的電源502和503供電的EFA級516和517。第一EFA級516包括形成級516內的一對補充電極的電暈放電電極507和集電電極508。第二EFA級517包括形成第二對補充電極的電暈放電電極509和集電電極510。兩個EFA級516、517和所有電極507～510都以示意性方式示出。根據一種實施方式，EFA級516和517以串列方式設置，其中級517沿所需氣流方向設置在級516的正后方。集電電極508的后面邊緣(或者集電電極陣列的后面邊緣)隔離于電暈放電電極509的引導邊緣(或者電暈放電電極陣列的引導邊緣)，隔離間距在1至10厘米之間，具體間距要依賴于操作電壓。
第一EFA級516由電源502供電，而緊隨其后的(或者沿氣流方向的下一個)第二EFA級517由相反極性的電源503來供電。也就是，當電暈放電電極507相對于集電電極508供以“正”電壓，則第二EFA級517的電暈放電電極509供以“負”電壓(也就是，對于時變信號，例如和提供到集電電極508的電壓同相且和電暈放電電極507反相或失相的電壓)。相反，集電電極510供以“正”電壓，也就是，該電壓和提供到電暈放電電極507的電壓同相。(注意到，短語“正電壓”和“負電壓”用于對兩個電源端進行相對指定而不是絕對的。)重要的是，電極508和509的電壓電位在所有特定時刻都是相互相同的或者相近的。兩個EFA級和兩個電源502和503都是相同的設計，以便簡化同步，雖然采用不同的結構適合用來適應可選擇的結構。電源502和503由控制電路504來控制同步，以提供同步的電力輸出。控制電路確保兩個電源502和503產生基本上相同的同步同相輸出電壓，以使得電極508和509之間的電位差基本上保持恒定(例如，交流電壓分量為零或僅有非常小的交流電壓分量，優選為小于100v rms，更優選為小于10v rms)。通過保持該電位差恒定(也就是，最小化或消除所有交流電壓分量)來限制或消除電極508和509之間的所有電容性電流到可接受的值，例如，通常小于1毫安，優選小于100微安。也就是，由于Ic＝C*[d(V1-V2)/dt]以及由于dV/dt＝V1sinθ-V2sin(θ+)(其中是信號間的相位差)我們可以通過最小化信號間的所有電位差(V1-V2)和相位差的組合來最小化Ic。例如，由于V1和V2應當在相互的100伏特以內，更優選為10伏特以內，并且它們應當同相，從而所有相位差都應當保持在5度以內，更優選為2度以內，甚至更優選為1度以內。
圖6和6A示出當信號間的相位差在0至20度范圍內變化時(圖6)，被提供某些恒定電位差的兩個電極之間(在這種情況下，一個電極保持在1000伏特rms，而另一個電極保持在1000加0、10、25、50、100和200伏特)的以伏特計數的最大瞬時電位差的曲線圖，其中零至一度相位差之間的變化細節示出在圖6A中。如圖所示，在這種高壓下，即使很小的相位差也會導致在電極之間產生大幅度的最大瞬時電壓電平。在零度加上相位差的一半(也就是，/2)的相位，以及在180度相位(也就是，180°+/2)之后沿相反極性方向，會出現最大瞬時電位差。
應當注意到，關于對應集電電極的不同級的電暈電極的極性可以相同(也就是，正極性)或者交替變化(例如，在第一級為正極性，在第二級為負極性，在第三級為正極性，依此類推)。
總之，本發明的實施例在多種結合中采納了滿足以下三個條件中的一個或多個條件的結構1.相鄰EFA級的電極被提供基本相同的電壓波形，也就是，相鄰電極上的電位應當具有基本相同的交流分量。那些交流分量的振幅和相位應當接近或者相同。
2.相鄰EFA級應當緊密靠近，相鄰級之間的間距受到限制，并且由正好足以避免或最小化相鄰級的電極之間的所有電暈放電的距離來決定。
3.相鄰級的相同類型的電極應當位于相同平面，該平面正交于設置電極(或者電極引導邊緣)的平面。
應當注意和理解的是，本說明書中提及的所有公開物、專利和專利申請都表示本發明所屬的技術領域的現有技術水平。所有公開物、專利和專利申請都在此被結合，從某種程度上講，每個單獨的公開物、專利或專利申請都特定地且單獨地表示為整體結合作為參考。
權利要求
1.一種靜電流體加速器，包括高壓電源，其提供特定輸出電壓和電流的高壓電力，所述電壓和電流波形均包括恒定和交變分量；以及靜電流體加速器單元，包括多個電極級，每個所述電極級包括至少一個電暈放電電極和至少一個補充電極，所述電極級串列設置以連續加速通過其中的流體，所述電極連接到所述高壓電源，以接收所述高壓電力，所述高壓電力具有與所述輸出電壓的所述交變分量基本相同波形，所述級之一的所述補充電極和所述級之一的緊隨級的所述電暈放電電極保持在基本上相同的同相操作電壓。
2.根據權利要求1所述的靜電流體加速器，其中所述一個級的所述補充電極和所述緊隨級的所述電暈放電電極保持在相互的100伏特rms之內的同相操作電壓。
3.根據權利要求2所述的靜電流體加速器，其中所述一個級的所述補充電極和所述緊隨級的所述電暈放電電極保持在相互的10伏特rms之內的同相操作電壓。
4.根據權利要求1所述的靜電流體加速器，其中所述一個級的所述補充電極和所述緊隨級的所述電暈放電電極保持在同相操作電壓，以使得流過其中的電流小于1毫安。
5.根據權利要求4所述的靜電流體加速器，其中所述一個級的所述補充電極和所述緊隨級的所述電暈放電電極保持在同相操作電壓，以使流過其中的所述電流小于100微安。
6.根據權利要求1所述的靜電流體加速器，其中所述高壓電力基本同相地被提供到靜電放電元件的所述多個級的每個級，并且具有所述輸出電壓的交流分量基本相同的電平。
7.根據權利要求1所述的靜電流體加速器，其中所述高壓電力同相地被提供到電極的所述多個級的每個級，并且具有所述輸出電流的所述部分基本相同的電平。
8.根據權利要求1所述的靜電流體加速器，其中所述高壓電源包括用于變壓的多個變換器和所述高壓電力的主電源，每個所述變換器獨立連接到各自一個所述級，用于向其提供所述高壓電力，所述高壓電源還包括連接到所述變換器的控制器，用于使由所述變換器提供的所述高壓電能的所述交變分量同步。
9.根據權利要求8所述的靜電流體加速器，其中所述變換器均包括變壓器和整流器電路。
10.根據權利要求1所述的靜電流體加速器，其中所述輸出電壓的所述交流分量的頻率范圍在50赫茲至1000千赫茲之間，每個靜電放電元件的所述級同相地接收所述交變電壓部分且與其具有基本相同的振幅。
11.根據權利要求1所述的靜電流體加速器，其中所述電流的所述交流分量的頻率范圍為50赫茲至1000千赫茲之間，每個電極的所述級相互同相地接收所述交變電流部分且與其具有基本相同的振幅。
12.根據權利要求1所述的靜電流體加速器，其中每個所述電極的所述級包括電暈放電電極的第一規則陣列和加速電極的第二規則陣列，所述電暈放電電極和加速電極相互互相平行設置，電暈放電電極的每個所述陣列與相同級的所述加速電極的每個所述陣列相隔開，所述級中的不同級的所述電極的相應電極相互平行并平行于最接近級的電極。
13.根據權利要求12所述的靜電流體加速器，其中所述級中各自緊鄰級的電暈放電電極和加速電極以距離d隔開，所述距離d比每個所述級的所述電暈放電電極和緊鄰電極之間的最近距離大1至2倍。
14.根據權利要求1所述的靜電流體加速器，其中每個所述級包括設置在共同的橫向平面中的多個電暈放電電極，每個所述橫向平面基本上正交于氣流方向，并且所述級中的相鄰級的所述電暈放電電極位于正交于所述橫向平面的各個共同的平面。
15.根據權利要求1所述的靜電流體加速器，其中每個所述級包括設置在第一平面中的多個平行電暈放電導線以及多個平行加速電極，該多個平行加速電極的邊緣最靠近對應第二平面中對齊的電暈放電電極，所述第一和第二平面相互平行并且垂直于通過所述級的共同的平均氣流方向。
16.一種靜電流體加速器，包括高壓電源，其提供高壓電力，包括多個輸出電路，每個輸出電路獨立地提供基本上相互同相的各個電輸出功率信號；以及靜電流體空氣加速器單元，包括多個級，每個所述級包括電暈放電電極的第一陣列和沿空氣流方向與所述第一陣列隔離開的吸引電極的第二陣列，每個所述級連接到對應的所述輸出電路中的一個上，用于將相應的所述電輸出功率信號中的一個提供給所述第一和第二陣列的所述電暈放電和吸引電極，所述級之一的所述吸引電極第二陣列和所述級之一的緊隨級的所述電暈放電電極的第一陣列保持在基本相同的同相操作電壓。
17.根據權利要求16所述的靜電流體加速器，其中所述一個級的所述補充電極和所述緊隨級的所述電暈放電電極保持在相互100伏特rms之內的同相操作電壓。
18.根據權利要求17所述的靜電流體加速器，其中所述一個級的所述補充電極和所述緊隨級的所述電暈放電電極保持在相互相互10伏特rms之內的同相操作電壓。
19.根據權利要求16所述的靜電流體加速器，其中所述一個級的所述補充電極和所述緊隨級的所述電暈放電電極保持在同相操作電壓，以使得流過其間的電流小于1毫安。
20.根據權利要求19所述的靜電流體加速器，其中所述一個級的所述吸引電極和所述緊隨級的所述電暈放電電極保持在同相操作電壓，以使得流過其中的所述電流小于100微安。
21.根據權利要求16所述的靜電流體加速器，其中所述高壓電源還包括連接到所述輸出電路中對應的輸出電路的多個變壓器、整流器電路和控制器，每個所述控制器連接到所述控制器中的至少一個其它控制器上，以使所述電輸出功率信號同步。
22.根據權利要求16所述的靜電流體加速器，其中每個所述電輸出功率信號具有交流分量，該交流分量的基本操作頻率在50赫茲至1000千赫茲的范圍內。
23.一種加速流體的方法，包括以下步驟將主電力信號變換成多個獨立電壓，每個所述電壓包括獨立高頻電力信號；將所述多個獨立高頻電力信號同步為共同的頻率和相位；利用對應的所述高壓信號對電暈放電陣列供電以及加速電極，所述高壓信號包括保持在基本相同的同相操作電壓，(i)所述電暈放電電極的所述陣列之一由所述高壓信號之一來供電，以及(ii)所述加速電極陣列的緊鄰陣列之一由另一個所述高壓信號來供電；以及加速流體按序通過每個所述陣列。
24.根據權利要求23所述的方法，其中所述變壓步驟包括增加所述主電力信號的電壓以提供多個高壓交變第二電力信號以及獨立整流所述多個高壓交變第二電力信號以提供多個高壓輸出電力信號的步驟。
25.一種靜電流體加速器，包括設置在第一平面中的電暈放電電極第一陣列；設置在第二平面中的電暈放電電極第二陣列，所述第二平面與所述第一平面平行于且間隔開；以及設置在第三平面中的加速電極第三陣列，其保持在和所述電暈電極第二陣列基本相同的同相操作電壓，所述第三平面平行于所述第一和第二平面并且設置在其中，其中所述第三陣列的每個加速電極相對于所述第一陣列的所述電暈放電電極而設置成交錯式結構。
26.根據權利要求25所述的靜電流體加速器，其中根據權利要求1所限定的靜電流體加速器中的所述第二和第三陣列相互保持在100伏特rms以內的同相操作電壓。
27.根據權利要求25所述的靜電流體加速器，其中根據權利要求1所限定的靜電流體加速器中的所述第二和第三陣列相互保持在10伏特rms以內的同相操作電壓。
28.根據權利要求25所述的靜電流體加速器，其中根據權利要求1所限定的靜電流體加速器中的所述第二和第三陣列相互保持在同相操作電壓，以使得流過其間的電流小于1毫安。
29.根據權利要求25所述的靜電流體加速器，其中根據權利要求1所限定的靜電流體加速器中的所述第二和第三陣列相互保持在同相操作電壓，以使得流過其中的電流小于100微安。
30.根據權利要求25所述的靜電流體加速器，其中所述第三陣列的每個加速電極相對于所述第二陣列的所述電暈放電電極而設置成交錯式結構。
31.根據權利要求25所述的靜電流體加速器，其中所述第一陣列的所述電暈放電電極設置成相對于所述第二陣列的所述電暈放電電極的對齊方位中。
32.根據權利要求25所述的靜電流體加速器，其中所述第二陣列的每個電暈放電電極和所述第三陣列的最接近加速電極之間的間距在所述第一陣列的每個電暈放電電極與所述第三陣列的最接近加速電極之間的間距的1.2至2倍范圍內。
33.根據權利要求32所述的靜電流體加速器，其中所述第二陣列的每個電暈放電電極和所述第三陣列的最接近加速電極之間的間距是所述第一陣列的每個電暈放電電極和所述第三陣列的最接近加速電極之間的間距的1.2至1.65倍范圍內。
34.根據權利要求32所述的靜電流體加速器，其中所述第二陣列的每個電暈放電電極和所述第三陣列的最接近加速電極之間的間距是所述第一陣列的每個電暈放電電極和所述第三陣列的最接近加速電極之間的間距的大約1.4倍。
35.根據權利要求25所述的靜電流體加速器，還包括縱向設置在第四平面中的加速電極第四陣列，所述第四平面平行于所述第一、第二和第三平面，并且設置在相對所述第三平面所述第二陣列相反的那一側，其中所述第四陣列的每個加速電極相對于所述第二陣列的所述電暈放電電極設置成交錯式方位。
36.根據權利要求25所述的靜電流體加速器，還包括耦聯到所述第一和第三陣列的高壓電源電路，其中提供到所述第一陣列的電暈放電電極的高壓波形和提供到所述第二陣列的電暈放電電極的高壓波形同步。
37.根據權利要求36所述的靜電流體加速器，其中所述高壓電力電路包括耦聯到所述第一陣列的第一高壓電源；耦聯到所述第二陣列的第二高壓電源；以及耦聯到所述第一和第二高壓電源的控制電路，該控制電路用于控制每個所述高壓電源，以使得產生同步且同相的高壓波形。
38.一種具有多個緊密地隔開的靜電加速器級的靜電流體加速器系統，所述系統包括第一靜電加速器級，具有設置在第一平面中的電暈放電電極第一陣列和設置在第二平面中的加速電極第一陣列；以及第二靜電加速器級，具有設置在第三平面中的電暈放電電極第二陣列和設置在第四平面中的加速電極第二陣列，其中所述電暈放電電極第二陣列的每個電暈放電電極是(i)設置成偏離所述加速電極第一陣列的每個加速電極；以及(ii)保持在和加速電極的所述第一陣列基本相同的同相電壓。
39.根據權利要求38所述的系統，其中所述第一、第二、第三和第四平面均相互平行。
40.根據權利要求38所述的系統，還包括耦聯到所述電暈放電電極第一和第二陣列的高壓電源電路，其中提供給所述電暈放電電極第一陣列的高壓波形和提供給所述電暈放電電極第二陣列的高壓波形同步。
41.根據權利要求40所述的系統，其中提供給電暈放電電極的所述第一陣列的所述高壓波形和提供給電暈放電電極的所述第二陣列的所述高壓波形同相。
42.根據權利要求40所述的系統，其中所述高壓電源電路包括耦聯到電暈放電電極的所述第一陣列的第一高壓電源；耦聯到電暈放電電極的所述第二陣列的第二高壓電源；以及耦聯到所述第一和第二高壓電源的控制電路，該控制電路可操作用于控制每個所述高壓電源以產生同步高壓波形。
43.根據權利要求38所述的系統，其中所述加速電極第一陣列的每個加速電極設置成偏離電暈放電電極的所述第一陣列的每個電暈放電電極。
44.根據權利要求43所述的系統，其中加速電極的所述第二陣列的每個加速電極設置成偏離電暈放電電極的所述第二陣列的每個電暈放電電極。
45.根據權利要求43所述的系統，其中電暈放電電極的所述第一陣列的電暈放電電極設置成與電暈放電電極的所述第二陣列的電暈放電電極對齊。
46.根據權利要求43所述的系統，其中電暈放電電極的所述第一陣列的所述電暈放電電極和加速電極的所述第一陣列的所述加速電極之間的間距為第一距離，所述第一距離大于沿第一和第二平面法線測量的級間電極間距。
47.根據權利要求46所述的系統，其中電暈放電電極的所述第二陣列的每個電暈放電電極和加速電極的所述第一陣列的所述加速電極之間的間距為第二距離，所述第二距離大于沿所述第二和第三平面法線測量的級間電極間距，所述第二距離大于所述第一距離。
48.根據權利要求47所述的系統，其中所述第二距離是所述第一距離的1.2至2倍。
49.根據權利要求47所述的系統，其中所述第一距離被選為電暈放電電極的所述第一陣列的所述電暈放電電極和加速電極的所述第一陣列的所述加速電極之間的電暈啟動電壓的函數。
50.根據權利要求47所述的系統，其中所述第二距離被選擇用來防止在所述第二靜電加速器級和所述第一靜電加速器級之間出現負效電暈。51.一種用于提供靜電流體加速器的方法，所述方法包括確定級內間距，以利于靜電流體加速器的電暈放電電極和加速電極之間的電暈啟動電壓，同時最小化所述電暈放電電極和所述加速電極之間的瞬間放電；確定級間間距，以防止在第一靜電加速器級的加速電極和第二靜電加速器級的電暈放電電極之間形成負效電暈，所述級間間距是所述級內間距的1.2至2.0倍；將所述第一靜電加速器級的所述加速電極設置在第一平面中；將所述第二靜電加速器級的所述電暈放電電極設置在第二平面中，其中所述第一和第二平面相互平行，以及其中所述第一和第二平面之間的間距小于所述級間間距；以及利用基本相同電位的同步高壓波形來激勵第一靜電加速器級的所述加速電極和第二靜電加速器級的電暈放電電極。
52.根據權利要求51所述的方法，其中所述將所述第二靜電加速器級的所述電暈放電電極設置在所述第二平面中的步驟包括將所述電暈放電電極設置成平行于并且并行于具有所述加速電極的偏離結構。
53.根據權利要求51所述的方法，還包括將所述第一靜電加速器級的電暈放電電極設置在第三平面中，其中所述第一、第二和第三平面相互平行，以及其中所述第一和第三平面之間的間距小于所述級內間距。
54.根據權利要求53所述的方法，其中將所述第一靜電加速器級的電暈放電電極設置在所述第三平面中的步驟包括將所述第一靜電加速器級的所述電暈放電電極設置成平行于所述第二靜電加速器級的所述電暈放電電極且和所述第二靜電加速器級的所述電暈放電電極成一條直線，以及平行于并且并行于具有所述第一靜電加速器級的所述加速電極的偏離結構。
55.根據權利要求51所述的方法，還包括提供所述第一靜電加速器級，所述第一靜電加速器級具有電暈放電電極第一陣列和加速電極第一陣列，所述加速電極包括所述第一靜電加速器級的所述加速電極，其中所述提供所述第一靜電加速器級的步驟包括將所述電暈放電電極第一陣列的每個電暈放電電極與所述加速電極第一陣列的所述加速電極隔離開所述級內間距；提供所述第二靜電加速器級，所述第二靜電加速器級具有加速電極第二陣列和電暈放電電極第二陣列，所述電暈放電電極包括所述第二靜電加速器級的所述加速電極，其中所述提供所述第二靜電加速器級的步驟包括將所述電暈放電電極的所述第二陣列的每個電暈放電電極與所述加速電極的所述第二陣列的所述加速電極隔離開所述級內間距。
56.根據權利要求55所述的方法，還包括利用同步高壓波形激勵所述第一靜電加速器級和所述第二靜電加速器級。
57.根據權利要求56所述的方法，還包括同相所述高壓波形，以使得電暈放電電極的所述第一陣列和電暈放電電極的所述第二陣列之間的電位差保持為基本恒定。
全文摘要
本發明涉及一種靜電流體加速器及其操作方法，包括至少兩個同步供電的級，其中一級的最后或最末電極的瞬時電壓保持為和沿空氣流方向下一級的緊鄰初始或最前端電極的瞬時電壓基本上相同。單個電源或同步且相位受控的電源提供高壓電力到每個級，以使得提供到對應電極的電源的相位和振幅在時間上對準。頻率和相位控制使得相鄰級緊密靠近的距離是級內的電極間距離的1至2倍，以及，無論如何，最小化或避免從一個級的電暈放電電極至相鄰級的電極之間產生負效電暈電流。相鄰級的電暈放電電極可以水平對齊，所有級的補充集電電極都在其中類似地水平對齊以及水平偏離于電暈放電電極。
文檔編號B03C3/68GK1993796SQ200580024277
公開日2007年7月4日 申請日期2005年5月18日 優先權日2004年5月18日
發明者伊格爾·A·克里希塔福維奇, 弗拉基米爾·L·戈羅別茨 申請人:克羅諾斯先進技術有限公司