JP2007513765A - 流体流れの静電流体加速制御の方法および静電流体加速制御のための装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、2002年6月21日に出願された米国特許出願連続番号第10/175,947号、つまり、2003年12月16日に発行された現在の米国特許第6,664,741号の一部継続出願(CIP)であり、1999年10月14日に出願された米国特許出願番号第09/419,720号、つまり、2003年1月7日に発行された現在の米国特許第6,504,308号に関連し、これらは引用によって全文が本明細書に援用される。
発明の分野
この発明は電気コロナ放電装置に関し、特に、イオンおよび電場の使用によって流体、特に空気に速度および運動量を与えるための流体加速の方法および流体加速のための装置に関する。
いくつかの特許(たとえば、スパージン(Spurgin)の米国特許第4,210,847号およびシャノン(Shannon)らの第4,231,766号を参照)に記載される先行技術は、コロナ放電装置がイオンを発生させ、流体を加速させるために使用され得ることを認識してきた。このような方法は、チャップマン・アンド・ホール(Chapman & Hall)によって出版された「応用静電集塵(Applied Electrostatic Precipitation)」(1997)に記載される静電集塵器および対流放電機械において広く使用される。コロナ放電装置は、高電圧を電極の対、たとえばコロナ放電電極および吸引電極に印加することによって生み出され得る。電極は不均一な電場の発生を引起すように構成および配置されるべきであり、コロナ電極は典型的には鋭い端縁を有するか、またはそうでなければ大きさが小さい。
を必要とする。ウェインバーグ(Weinberg)の米国特許第5,814,135号は、非常に狭い(つまり、急で、短い持続時間の)電圧パルスを発生させる高電圧電源を記載する。このような電圧発生は、比較的低容量および低速度の気流のみを発生させることができ、高い気流の加速または移動に好適ではない。
先行技術は、イオン発生プロセスが2つの電極に電圧を単に印加することよりも複雑であるという事実を認識または理解していない。それどころか、先行技術のシステムおよび方法は概して、相当な気流を生成することができず、同時にオゾン生成を制限することができない。
た。したがって、電流リップルは、コロナ電流のd.c.成分の振幅によって除算されるコロナ電流のa.c.成分の振幅として規定される比率または分数(つまり、Ia.c./Id.c.)として表わされるが、電圧リップルよりも相当に大きい(つまり、少なくとも2倍である)はずであり、好ましくは電圧リップルの少なくとも10倍、100倍の大きさであるはずであり、さらにより好ましくは電圧リップルの1000倍の大きさであるはずであり、後者は同様に、d.c.成分の振幅によって除算される、コロナ放電電極に印加された電圧の時間で変動するまたはa.c.成分の振幅(つまり、Va.c./Vd.c.)として規定される。
成分の振幅と同程度ではなくなる。電源が非常に小さいリップルを発生させるかまたはリップルを全く発生させない場合、交流は直流と同程度ではなくなる。コロナ発生装置(つまり、電極アレイ)が低いキャパシタンス(電極間の寄生および/または浮遊キャパシタンスを含む)を有する場合、交流は再び振幅の点で直流と同程度ではなくなる。大きな抵抗が電源と電極アレイとの間に設置される場合(たとえば、リーの米国特許第4,789,801号の図1および図2を参照)、a.c.電流リップルの振幅は減衰され(つまり減少され)、電流のd.c.(つまり、一定の)成分の振幅と振幅の点で同程度ではなくなる。したがって、ある一定の条件が満たされ、そのため予め定められた電圧および電流の関係が存在する場合に限り、コロナ発生装置は十分な気流、動作効率の向上、および望ましいオゾンレベルをもたらすように最適に機能することになる。結果として生じる電源のコストもより低くなる。
図1Aは、この発明の実施例と一致する、コロナ放電装置に電力を供給するのに好適な電源のブロック図である。高電圧電源(HVPS)105は、振幅が変動する電源電圧101(図1B)Vac+dcを発生させる。電圧101は、距離103によって表わされる瞬時値を有する振幅のa.c.または交流成分Vac(つまり、電圧の交流成分)をVdcの平均d.c.電圧に重畳した。電圧101の典型的な平均d.c.成分(Vdc)は、10kVから25kVの範囲であり、より好ましくは18kVに等しい。リップル周波数「f」は、典型的には、約100kHzである。120Hzを含む60Hz商用電力線周波数の倍数などの低周波数高調波が電圧波形に存在し得ることが注目されるべきである。以下の計算は、最も重要な高調波、つまり最も高い高調波、この場合には100kHzのみを考慮に入れる。リップルのピークトゥピーク振幅103(Vacは電圧101のa.c.成分である)は、0から2000ボルトのピークトゥピークの範囲であってもよく、より好ましくは900V未満であるかまたは900Vと等しくてもよく、RMS値は約640Vである。電圧101は、電極の対(つまり、コロナ放電電極および吸引電極)に印加される。レジスタ106は、HVPS105の内部抵抗およびHVPS105を電極に接続するワイヤの抵抗を表わし、この抵抗の値は典型的には比較的小さい。キャパシタ107は、2つの電極間の寄生キャパシタンスを表わす。キャパシタ107の値は一定ではないが、約10pFのレベルであるとおよそ推定され得ることに注目されたい。
加された電圧の一定の成分との積によって除算される、コロナ電流の一定の成分と印加された電圧の時間で変動する成分との積は最小限にされるべきであり、いくつかの最初のステップのための各々の別個のステップは、大きさの点で、大幅な向上をもたらす。
流402は、電流の平均値(1.189mA)をはるかに超える、2mAを超える比較的大きな交流成分(リップル)を有する。
素のアレイと組合せられる実施例を含む。つまり、アレイの容量性負荷は電源の出力におけるいずれの無効成分もはるかに上回る。この関係は、一定の低リップル電圧および高リップル電流をもたらす。これは、結果として、オゾン生成が低減された高効率の静電流体加速器をもたらす。
Claims (47)
- 流体を扱うための装置であって、
少なくとも1つのコロナ放電電極および少なくとも1つのコレクタ電極を含むコロナ放電装置と、
コロナ電流Itが前記コロナ放電電極とコレクタ電極との間を流れるようにするために前記電極間に電圧Vtを印加することによって電力信号を供給するように前記コロナ放電電極およびコレクタ電極に接続される電源とを含み、前記電圧Vtおよびコロナ電流Itの両方は各々が、互いに重畳されるそれぞれの一定d.c.および交流a.c.成分の和であって、それによってVt=Vd.c.+Va.c.およびIt=Id.c.+Ia.c.であって、
- C≧10である、請求項1に記載の装置。
- C≧100である、請求項1に記載の装置。
- C≧1000である、請求項1に記載の装置。
- 前記電圧の前記交流成分Va.c.の周波数は、可聴音レベルを十分に超える主周波数を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記電圧の前記交流成分Va.c.の周波数は30kHzを超える範囲である、請求項1に記載の装置。
- 前記電圧の前記交流成分Va.c.の周波数は50kHzから1MHzの範囲である、請求項1に記載の装置。
- 前記電圧の前記交流成分Va.c.の周波数は約100kHzである、請求項1に記載の装置。
- 前記電力信号の前記電圧の前記一定の成分の前記振幅は、10kVから25kVの範囲内である、請求項1に記載の装置。
- 前記電圧の前記一定の成分Vd.c.の前記振幅は1kVより大きい、請求項1に記載の装置。
- 前記電力信号の前記電圧の前記一定の成分Vd.c.の前記振幅は約18kVである、請求項1に記載の装置。
- 前記電力信号の前記コロナ電流の前記交流成分Ia.c.の前記振幅は、前記電力信号の前記一定の電流成分Id.c.の前記振幅の10倍以下であって、
前記電力信号の前記一定の電流成分Id.c.の前記振幅は、前記電力信号の前記コロナ電流の前記交流成分Ia.c.の前記振幅の10倍以下である、請求項1に記載の装置。 - 前記電力信号の前記電圧の交流成分Va.c.の前記振幅は、前記電圧の前記一定の成分Vd.c.の前記振幅の10分の1以下である、請求項1に記載の装置。
- 前記電力信号の前記電圧の前記交流成分Va.c.の前記振幅は1kV以下である、請求項1に記載の装置。
- 前記コロナ電流の前記一定の成分Id.c.は少なくとも100μAである、請求項1に記載の装置。
- 前記コロナ電流の前記一定の成分Id.c.は少なくとも1mAである、請求項1に記載の装置。
- 前記コロナ放電電極間の無効キャパシタンスは、10MΩ以下である、前記電圧の前記交流成分の周波数の最も高い高調波に対応する容量性インピーダンスを有する、請求項1に記載の装置。
- コロナ電極の電位は接地電位に近い、請求項1に記載の装置。
- コロナ放電電極の電位は前記接地電位の±50V以内である、請求項18に記載の装置。
- コレクタ電極の電位は接地電位に近い、請求項1に記載の装置。
- コレクタ電極の電位は前記接地電位の±50V以内である、請求項20に記載の装置。
- 前記コロナ放電電極または前記コレクタ電極のいずれの電位も接地電位に近くない、請求項1に記載の装置。
- 前記コロナ放電電極および前記コレクタ電極の両方の電位は、前記接地電位とは異なって、少なくとも10Vである、請求項22に記載の装置。
- 前記コロナ放電電極および前記コレクタ電極の両方の電位は、前記接地電位とは異なって、少なくとも50Vである、請求項23に記載の装置。
- 流体を扱うための装置であって、
少なくとも1つのコロナ放電電極および少なくとも1つのコレクタ電極を含むコロナ放電装置と、
コロナ電流Itが前記コロナ放電電極とコレクタ電極との間を流れるようにするために前記電極間に電圧Vtを印加することによって電力信号を供給するように前記コロナ放電電極およびコレクタ電極に接続される電源とを含み、前記電圧Vtおよびコロナ電流Itの両方は各々が、互いに重畳されるそれぞれの一定d.c.および交流a.c.成分の和であって、それによってVt=Vd.c.+Va.c.およびIt=Id.c.+Ia.c.であって、Va.c.<<Vd.c.およびIa.c.〜Id.c.である、装置。 - 流体を扱うための装置であって、
少なくとも1つのコロナ放電電極および少なくとも1つのコレクタ電極を含むコロナ放電装置と、
コロナ電流Itが前記コロナ放電電極とコレクタ電極との間を流れるようにするために前記電極間に電圧Vtを印加することによって電力信号を供給するように前記コロナ放電
電極およびコレクタ電極に接続される電源とを含み、前記電圧Vtおよびコロナ電流Itの両方は各々が、互いに重畳されるそれぞれの一定d.c.および交流a.c.成分の和であって、それによってVt=Vd.c.+Va.c.およびIt=Id.c.+Ia.c.であって、Va.c.<Vd.c.およびIa.c.>Id.c.である、装置。 - 流体を扱う方法であって、
予め定められた範囲内の電極間キャパシタンス合計をもたらすために、少なくとも1つのコロナ放電電極と、前記コロナ放電電極に近接して位置決めされる少なくとも1つのコレクタ電極とを含むコロナ放電装置に流体を導入することと、
前記電極間を流れるようにコロナ電流Itを誘導するように前記コロナ放電電極とコレクタ電極との間に電圧Vtを印加することによって前記コロナ放電装置に電力信号を供給することとを含み、前記電圧Vtおよびコロナ電流Itの両方は各々が、互いに重畳されるそれぞれの一定d.c.および交流a.c.成分の和であって、それによってVt=Vd.c.+Va.c.およびIt=Id.c.+Ia.c.であって、
- C≧10である、請求項28に記載の装置。
- C≧100である、請求項28に記載の装置。
- C≧1000である、請求項28に記載の装置。
- 可聴音レベルを十分に超える主周波数を有する前記電圧の交流成分Va.c.を有するように前記電力信号を供給するステップをさらに含む、請求項28に記載の方法。
- 30kHzを超える範囲の前記コロナ電流の前記交流成分の周波数を有するように前記電力信号を供給するステップをさらに含む、請求項28に記載の方法。
- 前記電圧の前記交流成分の周波数は50kHzから1MHzの範囲である、請求項28
に記載の方法。 - 前記電圧の前記交流成分の周波数は約100kHzである、請求項28に記載の方法。
- 前記電圧の前記一定の成分Vd.c.の前記振幅は、10kVから25kVの範囲内である、請求項28に記載の方法。
- 前記電圧の前記一定の成分Vd.c.の前記振幅は1kVより大きい、請求項28に記載の方法。
- 前記電圧の前記一定の成分Vd.c.の前記振幅は約18kVである、請求項28に記載の方法。
- 前記コロナ電流の前記交流成分Ia.c.の前記振幅は、前記コロナ電流の前記一定の成分Id.c.の前記振幅の10倍以下であって、
前記コロナ電流の前記一定の成分Id.c.の前記振幅は、前記コロナ電流の前記交流成分Ia.c.の前記振幅の10倍以下である、請求項28に記載の方法。 - 前記電圧の前記交流成分Va.c.の前記振幅は、前記電圧の前記一定の成分Vd.c.の前記振幅の10分の1以下である、請求項28に記載の方法。
- 前記電力信号の前記電圧の前記交流成分Va.c.の前記振幅は、1kV以下である、請求項28に記載の方法。
- 前記コロナ電流の前記一定の成分Id.c.は少なくとも100μAである、請求項28に記載の方法。
- 前記コロナ電流の前記一定の成分Id.c.は少なくとも1mAである、請求項28に記載の方法。
- 前記コロナ放電電極と前記コレクタ電極との間の無効キャパシタンスは、前記電圧の前記交流成分の周波数の最も高い高調波に対応し、10MΩ以下である容量性インピーダンスを有する、請求項28に記載の方法。
- 流体を扱う方法であって、
予め定められた範囲内の電極間キャパシタンス合計をもたらすために、少なくとも1つのコロナ放電電極と、前記コロナ放電電極に近接して位置決めされる少なくとも1つのコレクタ電極とを含むコロナ放電装置に流体を導入することと、
前記電極間を流れるようにコロナ電流Itを誘導するように前記コロナ放電電極とコレクタ電極との間に電圧Vtを印加することによって前記コロナ放電装置に電力信号を供給することとを含み、前記電圧Vtおよびコロナ電流Itの両方は各々が、互いに重畳されるそれぞれの一定d.c.および交流a.c.成分の和であって、それによってVt=Vd.c.+Va.c.およびIt=Id.c.+Ia.c.であって、Va.c.<<Vd.c.およびIa.c.〜Id.c.である、方法。 - 流体を扱う方法であって、
予め定められた範囲内の電極間キャパシタンス合計をもたらすために、少なくとも1つのコロナ放電電極と、前記コロナ放電電極に近接して位置決めされる少なくとも1つのコレクタ電極とを含むコロナ放電装置に流体を導入することと、
前記電極間を流れるようにコロナ電流Itを誘導するように前記コロナ放電電極とコレ
クタ電極との間に電圧Vtを印加することによって前記コロナ放電装置に電力信号を供給することとを含み、前記電圧Vtおよびコロナ電流Itの両方は各々が、互いに重畳されるそれぞれの一定d.c.および交流a.c.成分の和であって、それによってVt=Vd.c.+Va.c.およびIt=Id.c.+Ia.c.であって、Va.c.<Vd.c.およびIa.c.>Id.c.である、方法。 - 流体を扱う方法であって、
予め定められた範囲内の電極間キャパシタンス合計をもたらすために、少なくとも1つのコロナ放電電極と、前記コロナ放電電極に近接して位置決めされる少なくとも1つのコレクタ電極とを含むコロナ放電装置に流体を導入することと、
前記電極間を流れるようにコロナ電流Itを誘導するように前記コロナ放電電極とコレクタ電極との間に電圧Vtを印加することによって前記コロナ放電装置に電力信号を供給することとを含み、前記電圧Vtおよびコロナ電流Itの両方は各々が、互いに重畳されるそれぞれの一定d.c.および交流a.c.成分の和であって、それによってVt=Vd.c.+Va.c.およびIt=Id.c.+Ia.c.であって、
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