JPH05506329A - 大気中に空間電荷を発生させるための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 大気中に空間電荷を発生させるための装置本発明は、電気工学に関し、特に、本 発明は大気中に空間電荷を発生させるための装置に関する。

従来知られている大気中に空間電荷を発生させるための装置は、１つまたは複数 の先端の尖かったピンを有する垂直な柱状に作られた１個の電極で直流または脈 動電流供給（ルコムスキー、Ｈ「大気の帯電の予備研究」アクタ・ジエオフィジ 力・ボｏニカ（Ａｃｔａ　Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａ　Ｐｏ１ｏｎｉｃａ）　１９６ ０、第８巻、第２号、９４〜１０６頁、１９６０年）源に接続されているものか ら成っている。この装置は、雲に作用してそれらの電気的な作用または、沈積容 量を、雲の中へ非補償性の電気放電を人工的に導入することによって変化させる ように設計されている。

この装置は、以下の様に動作する。即ち、アース極の電位及び臨界値である電位 が電極に印加される時、コロナ放電が、先端の尖かったピンの表面に現われ、こ のピンの尖端部の近くに非補償性の空間電荷を発生させ、その放電極性は電極電 位と一致する。空間電荷イオンが、電荷自体の電気的な力の影響の下に、上昇気 流によると同じように雲へ転移する。

この様な装置の性能（空間電荷の発生速度）は、コロナ発生用ワイヤの長さ及び コロナ放電電流の大きさに比例する。先端のとがったピンの限られた長さ及び低 いコロナ放電電流から考えて、従来技術による装置は、低い効率のものであり、 大気中に吹き込まれた空間電荷によって生ずる電界は非常に弱く、装置から雲へ のイオンの転移に関して、電気的な力は、殆んど何ら役に立たないものであった 。

従って、雲に及ぼす装置の影響は、特に上昇気流が弱い乱層雲の場合には、小さ いものである。

さらに従来知られている装置は、尖かったピンとして形成されている１個または 数個の電極で直流、または脈動電圧源へ接続されているものと、航空機ジェット エンジンとを備えている。この場合、電極は、ジェットエンジンノズルの中に設 けられている（ソヴイエト特許第４４６，９５５号明細書）。

電位が電極に印加される電圧のある臨界値を超える時、コロナ放電が尖かったピ ンの表面の回りに現われ、尖かったピンの周辺の大気中に空間電荷が生じ始める 。エンジンからのガス噴流は、放電ギャップから大気へ空間電荷を転送し、それ によってコロナ放電電流が増大し、従って、性能が高まる。

しかしながら、この装置は、航空機用を使用しているのでエネルギー消費が大き いと云う欠点がある。

また別の従来の技術による大気中の空間電荷を発生させる装置は、地表面上の支 持体上に固定されたワイヤの形状をなす電極であって、地表面に関する電極と同 じ極性の電位を発生させる電圧源に接続されており、それはコロナ放電がワイヤ の周囲に生ずる臨界電圧と少なくとも等しい電圧源である。ワイヤは、６ｋｍ〜 ７ｋｍの距離に亘って直線に沿って延ばされているか、または、９０”の曲げを 有しているか、または、出来だけ大きい領域をカバーするＴ字状のものである（ ブラッドリー、　Ｗ、Ｅ、及び、セモニン　Ｒ，Ｇ、、ｒ大気の帯電に関する空 間電荷の影響Ｊ　（Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　５ｐａｃｅ　Ｃｈａｒｇｅ　ｏｎ　Ａ ｔｒｒＫ：ｌ５ｐｈｅｒｉｃ　Ｅｌｅｃｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ）A「雲 の充電及び沈積Ｊ　（Ｃ１ｏｕｄ　Ｃｈａｒｇｉｎｇ　ａｎｄ　Ｐｒｅｃｉｐｉ ｔａｔｉｏｎ）　Ｊ、ゲオフス、　Ｒｅｓ。

第７４巻、第８号、１９３０〜１９４０頁、１９６９年）。

コロナ放電が発生している非常に長いワイヤのために、従来の装置は、ワイヤの 全長に沿う高い電力の空間電荷を発生させることができる。しかしながら、この 空間電荷の密度、従って大気中に発生する電界強度は、広い領域に亘って空気中 に空間電荷が分布するように長い距離に亘って直線に沿うコロナを発生している ワイヤの吊線によって、低いものである。

低電界強度を考えて、電気的な力は、イオンを装置から雲へ転送するために大き い速度を与えるのに不適当であり、かっこの事実が装置の性能を悪くしている。

特に乱層雲に影響を与える際に性能が悪い。この従来の装置から雲までイオンが 転移するための時間は、少なくとも２．５時間から３時間であることか計算によ って得られている。

（発明の開示） 本発明の主たる目的は、大気中に空間電荷を発生するための装置であって、吹き 込まれたイオンを装置から雲へ少なくとも上昇気流と比べ得る速度で転送するよ うに、当該装置の近傍の空気中に電界を発生させるに十分な密度の空間電荷の吹 き込みを与えるものを開発することである。

この目的は、地表面の上の支持体上にワイヤ形状で作らべかっ地表の極性と一致 している電位を与え得る電圧源で少なくともワイヤの周りにコロナ放電が生ずる 臨界電圧と等しい電源と接続されている１個の電極を有している大気中に空間電 荷を発生させる装置を提供することによって、達成される。本発明によれば、半 径Ｒの円内の領域に亘って分布されている長さしのワイヤは、Ｌ））３Ｒなる割 合から選択される。

中性的な物質により静電界をスクリーングする影響を考えて、−その場合にはこ の電界は伝播することになる−、ワイヤは半径Ｒ＝Ｒ０の半径によって制限され ている領域に亘って配置されることが望ましい。ここでＲｏは、大気中の静電界 をスクリーニングする円の半径である。この様にして、ワイヤは、複数の平行線 の形状で作られた前記領域内に配分することができる。

空間電荷を付加的に増加させるために、ワイヤは、高さが１ｍから４００ｍまで 変る支持体から吊線されることが望ましい。

本発明による大気中に空間電荷を発生させるための装置は、周囲の大気中に電界 を発生させることができる。この電界は、装置から雲へ吹き出されたイオンが上 昇気流の動きと比べ得る速度で転送され得るような強さである。雲へイオンを転 送するために電界を利用することは、乱層雲および積雲に影響を与えることを可 能にし、かつ装置から雲へイオンが伝播する時間を著しく減することが可能であ る。

本発明の装置の実施例では、コロナ発生ワイヤは、Ｒ＝Ｒ，なる半径の円によっ て限定されている領域に亘る平行な線群で作られている。ここでＲｏは、大気中 の静電界をスクリーニングする円の半径であり、ワイヤの長さしは、異なる高さ の支持体を使用することによって、十分に作られている。

この装置は、比較的に小さい寸法を有しており、かつ大気中に高密度の空間電荷 を発生させ得る。地表の近くの大気に対して、Ｒｏ＝４００ｍである。

（図面の簡単な説明） 本発明は、添付図面に図示された実施例に基づく以下の説明がらより良く理解さ れるであろう。

図１は、本発明による大気中に空間電荷を発生させるための装置の概略図であ図 ２は、図１の部分Ａの拡大図であり、図３は、図２に示されているものと同じも のであり、建物の壁が支持体として使用されている図である。

Ｃ本発明の好適な実施例） 大気中に空間電荷を発生させるための装置は、互いに距離“ａ“だけ離隔して配 置された平行な線であって、地面（３）から高さＨの支持体から吊線されたワイ ヤ（１）の形状の１個の電極を備えている。ワイヤ（１）は、支持体（２）の中 の１つの頂部に設けられた高圧の直流供給電源の端子（４）へ接続されている。

ワイヤ（１）の下に支持体（２）の高さのほぼ半分の所にアース用のワイヤ（６ ）が張られており、それらは、ワイヤ（１）の吊られている線に関して横方向に 配置された平行線形状をなしている。

図２に拡大されて示されているように、ワイヤ（１）は、ブレイス（７）で支持 体（２）の頂部に固定されて設けられている高圧電源の端子へ固着されている。

図２に示されている装置と対照的に、図３では、建物の壁（８）が支持体として 使用されている実施例が示されている。この場合、電源（５）は建物の壁（８） の上に固定されており、ワイヤ（１）は、前述の実施例と同じように、この電源 の高圧の端子（４）へ接続されている。

半径Ｒの円の領域に亘って分布しているワイヤ（１）の長さしは、Ｌ＞３Ｒの関 係を満足する条件から選択された。この場合、与えられた領域に分布されたワイ ヤ（１）の長さしが大きくなればなる程、高い空間電荷電力が得られる。しかし ながら、この円の中のワイヤ（１）の長さしは、望むように大きくすることがで きない。その理由は、良く知られている法則によって、互いに近くに置かれた２ 本のコロナ放電ワイヤは、相互干渉を受け、そして、もしそれらが互いに平行に 配置され、かつそれらの間の距離“ａ”がある限定されている値より小さい場合 、全コロナ電流は降下する。与えられる領域及びコロナ放電ワイヤ（１）の吊線 の高さＨに関して、装置の効率が最大である長さ及び適当な吊り条件が設定され ている。

同時に、点電荷の静電界は、中性的な物質によってこの電界のスクリーニングに よる電荷が半径方向に移動すると劇的にその電圧を下降させる（参照、ポハメル ヌハ、Ｌ、　Ａ、著、「“地球−宇宙関係”における物質によってスクリーニン グされた電界Ｅの静電界における“地球−太陽−宇宙関係”」　（“Ｇｅｏ−５ ｏｌａｒ−Ｃｏｓｍｉｏ　Ｒｅ１ａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔ ｉｃｓ　ｗｉｔｈ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅ　５ｃｒｅｅｎｅｄ　ｂｙ　Ｍａｔ狽■秩h 　ｉｎ “Ｇｅｏ−Ｃｏ５ｍ１ｃ　Ｒｅ１ａｔｉｏｎｓ”）　：　ｒ地球及びそのマクロ −環境Ｊ　（Ｔｈｅ　Ｅａｒｔｈ　ａｎｄｉｔｓ　Ｍａｃｒｏ−Ｅｎｖｉｒｏｎ ｍｅｎｔ）　、３２７−３３５頁　ブドリ、ワシントン、オランダ）。

静電界を中性物質によるスクリーニングを考えると、大気中の電界Ｅの強度は、 距離りと等しい半径を有するボール状容積における密度勾配の空間電圧によって 規定され、それに関して均一の静電圧が空気及び時間によって、以下の関係で減 衰する。

Ｅ＝２πＲ’（４πεｏ）−’Ｐ−”ｇｒａｄ（ｇ／ｐ）　（ｉ）ここでＲ＝５ ００にψ２は、スクリーニング定数、εｏ＝８．８５１０−”Ｆ／ｍは誘電定数 、Ｐ＝１．３ｋｇ／がは、空気の密度、 ｑは、空気空間電荷の密度である。

地表に近い大気中のｅ倍で減衰する距離りだけのびている電界Ｅは、Ｄ　＝４１ ０２ｍ　（ｉｉ） に等しい値である。

式（ｉ）及び（ｉｉ）から、空間電荷により、大気中における最大強度の電界を 形成するために、半径Ｒｏ＝Ｄ＝４００ｍの円で示された大きさの領域に大気空 間電荷の最大密度を生成することで十分である。イオンの半径方向流出の条件下 に、大気空間電荷密度の最大値を得るために、半径Ｒｏ＜４００ｍの円内の領域 に高性能の空間電荷を得なくてはならない。その半径はコロナ放電ワイヤ（１） の長さに直接的に関係している。

上記の理由に関係しつつ、半径Ｒ，＝４００ｍの円により限定された領域に配置 されたワイヤ（１）の長さしは、１２００ｍ　＜　Ｌ　＜　３００００ｍの関係 を考慮に入れて選択しなくてはならない。

同一の限界領域内のワイヤの長さしは、異なる高さを有する支持体（２）からの ワイヤの垂れ下がりに基づ〈実施例を使用して増加させることが出来る。この高 さの変化は１ｍから４００ｍにわたっている。この例で、高さの最小勾配は、変 化する高さで支持体から吊り下げられたワイヤの自然のたるみにより決定され、 １ｍに等しい。

本発明によれば、大気中の空間電荷を発生するための装置は次のように操作され る。

高電圧電力からの電位がワイヤ（１）に供給され、コロナ放電が発生した後に、 空間電荷は、装置近傍で始まり、電荷極性は、電位と一致している。装置の中心 から半径方向の空間電荷密度の相違は、電荷密度の包配を決定し、それにより、 半径方向の電界は、式（ｉ）により形成される。ワイヤ（１）の長さ及び限界領 域で＜　Ｌ　＜３０，０００ｍの範囲で選択され、半径Ｒ８＝４００ｍの円に分 布された時に、大気中で空間電荷を最大密度にすることが可能である。この場合 、電界強度Ｅの理論値は、数百ｍの半径内で１０’Ｖ／ｍの値に達する。この電 界内で、はぼ１０−２〜１０−”ｃｍ２７Ｖｓの移動度を得る電荷イオンは、１ 　ｍ／ｓ以上の速度で、主に相互反発の静電力の作用の下に雲の方向へ動き、１ ０〜１５分間で雲の下限に到達する。このようにして、半径Ｒ０＝４００ｍの円 により囲まれた帯域で、各イオンは、この帯域に生じたすべての他のイオンとの 相互反発力により、ある程度影響を受ける。これにより、本発明による、本実施 例の操作効率を増大させる。半径Ｒ０の円内における領域で、３　Ｒｏ＝１２０ ０ｍよりも短かいワイヤ（１）の長さしを選択すると、装置により開始された空 間電荷の密度は、雲に侵入するイオンを動かすには不十分である。

長さＬ　＞３００００ｍのワイヤが平行線の同一領域に配置されるならば、コロ ナ放電電流は、平行に配置されたワイヤのこれらの部分の相互作用により降下す る。

異なる高さを有する支持体（２）を使用すると、ワイヤ間の平均距離は、ユニツ ト長さに対し増大し、そこでコロナ放電電流が更に増加して、大気中の空間電荷 の発生速度を増加させる。更に、電荷発生速度の増大がワイヤ長さしの成長を犠 牲にして、相互作用の減衰により増大する。

装置の電気的安全性は、平行に張られた接地ワイヤ（６）のネットワークにより 高められる。ワイヤ（６）は、ワイヤ（１）の垂れ下がり線に直交するワイヤ（ １）の下に設けられている。例えば、緊急の破壊により落下するコロナ放電ワイ ヤ（１）が人体に触れる前に、ワイヤ（１）により地面までの高電圧回路を短か くさせる。

更に半径Ｒ０＝４００ｍの半径の円内に、コロナ放電ワイヤ（１）が垂れ下がっ た時に、全システムに、住民に電気的ショックを与えるガードを設けることも出 来る。

装置の電気的安全性を高めるために、逓昇変圧器、整流器及び他の高電圧素子を 含む高電圧若しくは、パルス電圧源（５）が、支持体（２）に取り付けらね、こ の支持体（２）は３ｍ以上の高さに設けたコロナ放電ワイヤ（１）を支持してい る。その際、高電圧源（５）のハウジングは、コロナ放電ワイヤ（１）と支持体 （２）の間の連結リンクとして使用することが出来る。この場合、高電圧下の連 結リンクの長さは最小になり、電気的安全性が全体的に高められる。

本発明による、大気中に空間電荷を発生するための装置を製作して、試験をした 。

６０ＫＶの電位でコロナ放電を生成するワイヤを１５０Ｘ１００ｍ”の領域に分 布させ、Ｒ＝２００ｍの半径の円内に設けた。長さしは９００＞３Ｒに等しく、 ワイヤはＨ＝７ｍの高さで６本の平行線よりなる支持体から吊り下げられた。平 行線間の距離°ａ”は２０ｍで、各線の長さは１５０ｍだった。高電圧源は、１ 本の支持体の頂部に取り付けられ、ワイヤと支持体の間の連結リンクとして使用 された。６本の平行線よりなる接地ワイヤは、支持体の半分の高さで、コロナ放 電ワイヤ線を横切って伸ばされている。試験中に、装置の性能は４１０−”ｃｌ ／ｓであった。この装置は、乱層雲中で使用された。装置を切り換えてから３０ 分後に分散効果が観察された。

（産業上の利用性） 本発明による、大気中の空間電荷を発生するための装置は、雲や霧を分散させる べく、大気中で使用される。そこで、農地や人口密集区域における過剰の降雨、 圧力等を防止しうる。

ｎ６．２ −浄書（内容ｊζ変更なしン 大気中に空間電荷を発生させるための装置要約書 本発明は電気工学に関する。

大気中に空間電荷を発生するための装置は、地面（３）の上の支持体（２）に取 り付けられ、高電圧源に連結されたワイヤ（１）によりなる、電極を備えている 。ワイヤ（１）は、半径Ｒの円により限定された領域において、複数の平行線よ りなっている。その場合に、この領域におけるワイヤ（１）の長さしは、Ｌ＞３ Ｒを満足させる条件から選択される。

この装置は、主として雲と霧を分散させることを目的としたものである。

手続補正書（−、ｉＸ） 平成５年４月２３日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）地面（３）の上の支持体（２）に取り付けられ、電圧源に接続されたワイ ヤ（１）よりなる電極を備え、ワイヤ（１）が大地電位に対して同一の極性電位 を有し、かつコロナ放電がワイヤ（１）の回りに生じる電圧の臨界値と少なくと も等しくなっている大気中に空間電荷を発生させるための装置において、半径Ｒ の円内の領域に分布したワイヤ（１）の長さしが、Ｌ＞３Ｒを満足させる条件か ら選択されることを特徴とする装置。
2. （２）ワイヤ（１）を、半径Ｒ＝Ｒ０の円内の領域に配置し、式中Ｒ０が、大気 中の電界をスクリーニングする半径であることを特徴とする請求項（１）記載の 装置。
3. （３）ワイヤ（１）が複数の平行線の形状で張られていることを特徴とする請求 項（１）記載の装置。
4. （４）ワイヤ（１）が、異なる高さを有する支持体（２）から垂れ下がり、この 高さが１ｍから４００ｍの範囲であることを特徴とする請求項（２）若しくは（ ３）記載の装置。