MXPA06006757A - Metodo y aparato de control electrostatico de aceleracion de fluido de un flujo de fluido - Google Patents

Abstract

Un dispositivo para el manejo de un fluido incluye un dispositivo de descarga en corona y una alimentación de energía eléctrica. El dispositivo de descarga en corona incluye al menos un electrodo de descarga en corona y por lo menos un electrodo colector situados próximos entre sípara asíproporcionar una capacitancia total entre electrodos dentro de un intervalo predeterminado. La alimentación de energía eléctrica es conectada al suministro de una señal de energía eléctrica con los electrodos de descarga en corona y colector provocando que una corriente corona fluya entre los electrodos de descarga en corona y colector. Una amplitud de un componente alternante de la tensión de la señal de energía eléctrica generad no es más grande de un décimo que la amplitud de un componente constante de la tensión de la señal de energía eléctrica. El componente alternante de la tensión es de tal amplitud y frecuencia que una relación de la amplitud del componente alternante de la armónica más alta de la tensión divida entre la amplitud del componente constante de la tensión es considerablemente menor que una relación de la amplitud de la armónica más alta del componte alternante de la corriente corona dividida entre la amplitud del componte constante de la corriente corona, es decir, (Vac/Vdc)=(Iac/Idc).

Description

MÉTODO Y APARATO DE CONTROL ELECTROSTÁTICO DE ACELERACIÓN DE FLUIDO DE UN FLUJO DE FLUIDO Descripción de la Invención La invención se refiere a dispositivos eléctricos de descarga en corona y en particular, a métodos y dispositivos para la aceleración de fluido que proporcionan la velocidad y el momento a un fluido, sobre todo al aire, a través del uso de iones y de campos eléctricos .

Descripción de la Técnica Relacionada La técnica anterior como se describe en un número de patentes (véase por ejemplo, las Patentes de los Estados Unidos Nos. 4,210,847 de Spurgin y 4,231,766 de Shannon et al . ) , ha reconocido que el dispositivo de descarga en corona podría ser utilizado para generar iones y acelerar fluidos. Estos métodos son ampliamente utilizados en precipitadores electrostáticos y máquinas eólicas eléctricas como se describe en el documento Applied Electrost&tic Precipi tation publicado por Chap an & Hall (1997) . El dispositivo de descarga en corona podría ser generado mediante la aplicación de una alta tensión a pares de electrodos, por ejemplo, un electrodo de descarga en corona y un electrodo atrayente . Los electrodos deben ser configurados y situados para producir la generación de un campo eléctrico no uniforme, normalmente, los electrodos de descarga en corona tienen bordes filosos o de otro modo son de un tamaño pequeño . Para iniciar y sostener el dispositivo de descarga en corona, tiene que aplicarse una alta tensión entre el par de electrodos, por ejemplo, el electrodo de descarga en corona y el electrodo atrayente próximo (también denominado como electrodo colector) . Al menos un electrodo, es decir, el electrodo de descarga en corona, tiene que ser físicamente pequeño o incluir puntos de filo o bordes a fin de proporcionar un gradiente adecuado de campo eléctrico en la proximidad del electrodo. Existen varias configuraciones conocidas que son empleadas para aplicar tensión entre los electrodos para generar, de manera eficiente, el campo eléctrico requerido para la producción de iones. La Patente de los Estados Unidos No. 4,789,801 de Lee y las Patentes de los Estados Unidos Nos. 6,152,146 y 6,176,977 de Taylor et al., describen la aplicación de la forma de onda de tensión de impulsos a través de pares de los electrodos, la forma de onda tiene un ciclo de trabajo entre el 10 y el 100%. Estas patentes describen que esta generación de tensión disminuye la generación de ozono mediante el dispositivo resultante de descarga en corona en comparación con la aplicación de la energía de corriente directa (D.C., por sus siglas en inglés) de estado continuo . Sin considerar el beneficio actual de esta generación de tensión para la reducción de la producción de ozono, la generación de flujo de aire es disminuida, de manera sustancial, mediante la utilización de un ciclo de trabajo menor del 100%, mientras que el flujo pulsátil de aire que se origina es considerado desagradable. La Patente de los Estados Unidos No. 6,200,539 de Sherman et al . , describe el uso de una alimentación de energía de alta tensión y alta frecuencia para generar una tensión alternante con una frecuencia aproximadamente de 20 kHz. Esta generación de alta tensión y alta frecuencia requieren una alimentación voluminosa de energía y relativamente costosa que normalmente incurre en altas pérdidas de energía. La Patente de los Estados Unidos No. 5, 814,135 de Weinberg describe una alimentación de energía de alta tensión que genera impulsos de tensión muy angostos (es decir, de duración corta, escalonada) . Esta generación de tensión solamente puede crear un volumen relativamente bajo de velocidad de flujo de aire y no es adecuada para la aceleración o el movimiento de altas corrientes de aire . Todas las soluciones técnicas anteriores se enfocan en la generación específica de la forma de onda de tensión. En consecuencia, existe la necesidad de un sistema y método de optimización de la aceleración de fluido inducida por iones tomando en consideración todos los componentes y las etapas de aceleración.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La técnica anterior falla en reconocer o apreciar el hecho que el proceso de generación de iones sea más complicado simplemente que la aplicación de una tensión en dos electrodos. En su lugar, los sistemas y métodos de la técnica anterior son generalmente incapaces de producir un flujo sustancial de aire y, al mismo tiempo, tampoco limitan la producción de ozono. Los procesos relacionados con el efecto corona tienen tres aspectos comunes . Un primer aspecto es la generación de iones en un medio de fluido . Un segundo aspecto es la carga de las moléculas de fluido y de partículas extrañas mediante los iones emitidos . Un tercer aspecto es la aceleración de las partículas cargadas hacia un electrodo opuesto (electrodo colector) (es decir, a lo largo de las líneas del campo eléctrico) . La aceleración del aire u otro fluido, que es provocada por los iones, está en función, tanto de la cantidad de iones (es decir, el número) como de su capacidad para inducir una carga en las partículas próximas del fluido y por lo tanto, impulsar las partículas de fluido hacia el electrodo opuesto. Al mismo tiempo, la generación de ozono es sustancialmente proporcional a la energía aplicada a los electrodos. Cuando los iones son introducidos en el fluido, éstos tienden a unirse por sí mismos con las partículas y con las moléculas de fluido neutralmente cargadas . Cada partícula solamente podría aceptar una' cantidad limitada de carga en función del tamaño de una partícula particular. De acuerdo con la siguiente fórmula, la cantidad máxima de carga (la así llamada carga de saturación) podría ser expresada co o: Qp = {(1 + 2?/dp)2 + [1/(1 + 2?/dp)] * [(er - l)/(er + 2)] *' p e0 dp2 E, en donde dp = al tamaño de la partícula, er es la constante dieléctrica del material dieléctrico entre los pares de electrodos y e0 es la constante dieléctrica en el vacío . A partir de esta ecuación, se continúa que un cierto número de iones introducidos en el fluido serán cargados a las moléculas próximas y las partículas ambientales hasta algún nivel máximo. Este número de iones representa el número de cargas que fluyen desde un electrodo a otro y determina la corriente corona que fluye entre los dos electrodos . Una vez cargadas, las moléculas de fluido son atraídas hacia el electrodo colector opuesto en la dirección del campo eléctrico. Este espacio dirigido sobre el cual es ejercida una fuerza F, mueve las moléculas que tienen una carga Q que está en función de la intensidad del campo eléctrico E, es decir, a su vez es proporcional con la tensión aplicada a los electrodos: F = - Q * E. Si un número máximo de iones fuera introducido en el fluido mediante la corriente corona y las cargas resultantes fueran aceleradas mediante la tensión aplicada sola, una corriente sustancial de aire sería generada mientras el consumo promedio de energía sería sustancialmente disminuido. Esto podría ser implementado controlando como la corriente corona cambia de valor a partir de algún valor mínimo hasta algún valor máximo mientras que la tensión entre los electrodos es sustancialmente constante. En otras palabras, se ha encontrado que es benéfico minimizar la fluctuación o variación de alta tensión (o el componente alternante) de la tensión de energía aplicada a los electrodos (como una proporción de la alta tensión promedio aplicada) mientras se mantienen las fluctuaciones de corriente sustancialmente altas y pueden ser comparadas en forma ideal con la amplitud media total o RMS de la corriente . (A menos que sea observado de otro modo o que sea implicado por el uso, como se emplea en la presente, el término "fluctuaciones" y la frase "componente alternante" se refieren a un componente variable de tiempo de una señal que incluye todas las formas de onda de señales variables de tiempo tales como las formas sinusoidal, cuadrada, de dientes de sierra, irregular, compuesta, etc., y además incluyen tanto las formas de onda bidireccional conocidas de otro modo como "corriente alterna" o "a.c." y las formas de onda unidireccional tales como la corriente directa de impulsos o la "d.c. de impulsos". Además, a menos que sea indicado de otro modo por el contexto, los adjetivos tales como "pequeño", "grande", etc., utilizados en conjunto con estos términos que incluyen, aunque no se limitan a, "fluctuación", "componente de a.c.", "componente alternante", etc., describen la amplitud relativa o absoluta de un parámetro particular tal como un potencial de señal (o "tensión") y una velocidad de flujo de la señal (o "corriente") . Esta distinción entre las formas de onda de tensión y corriente es posible en las tecnologías y dispositivos relacionados con el efecto corona debido a que el componente reactivo (capacitivo) de la serie de generación en corona de los electrodos de descarga en corona y atrayente . El componente capacitivo origina un componente alternante de tensión de una amplitud relativamente baja que produce un correspondiente componente alternante de corriente relativamente grande. Por ejemplo, es posible en los dispositivos de descarga en corona la utilización de una alimentación de energía que genere una alta tensión con fluctuaciones o variaciones pequeñas . Estas fluctuaciones deben ser de una frecuencia comparativamente alta "f" (es decir, más grandes de 1 kHz) . Los electrodos (es decir, el electrodo de descarga en corona y el electrodo colector) son diseñados, de manera que su capacitancia mutua C sea lo suficientemente alta para presentar una impedancia comparativamente pequeña Xc cuando sea aplicada una tensión de alta frecuencia, como sigue: c 2pfC Los electrodos representan o podrían ser observados como una conexión paralela de la resistencia d.c. no reactiva y de la impedancia capacitiva a.c. reactiva. La resistencia ohmica provoca que la corriente corona fluya de un electrodo a otro. Esta amplitud de corriente es aproximadamente proporcional a la amplitud aplicada de tensión y es sustancialmente constante (d.c.) . La impedancia capacitiva es responsable de la porción de a.c. de la corriente entre los electrodos. Esta porción es proporcional a la amplitud del componente de a.c. de la tensión aplicada (las "fluctuaciones") y es inversamente proporcional a la frecuencia del componente alternante de tensión. En función de la amplitud de la tensión de fluctuación y su frecuencia, la amplitud del componente de a.c. de la corriente entre los electrodos podría ser menor o más grande que el componente de d.c. de la corriente. Se ha encontrado que el suministro de energía eléctrica que es capaz de generar una alta tensión con pequeñas fluctuaciones de amplitud (es decir, la tensión filtrada d.c.) aunque proporciona una corriente con un componente a.c. relativamente grande (es decir, fluctuaciones de corriente de gran amplitud) a través de los electrodos suministra una generación mejorada de iones y la aceleración del fluido mientras, en el caso del aire, reduce o minimiza de manera sustancial la producción de ozono. De esta manera, las variaciones o fluctuaciones de corriente, expresadas como una relación o una fracción definida como la amplitud de un componente de a.c. de la corriente corona dividida entre la amplitud de un componente de d.c. de la corriente corona (es decix", Ia.c./ld.c.) tiene que ser considerablemente más grande (es decir, al menos dos veces) que, y de preferencia, al menos 10, 100 y, todavía de manera más preferible, 1000 veces tan grande como las fluctuaciones de tensión, la última similarmente definida como la amplitud de la variación de tiempo o componente de a.c. de la tensión aplicada al electrodo de descarga en corona dividida entre la amplitud del componente de d.c. (es decir, Va.c./Vd.c.) . Se ha encontrado, de manera adicional, que el funcionamiento óptimo del dispositivo de descarga en corona es conseguido cuando la tensión de salida tiene un componente alternante de tensión de amplitud pequeña con relación a la amplitud de tensión promedio y la corriente a través de los electrodos y el dieléctrico intermedio (es decir, el fluido que será acelerado) es al menos 2, y de manera más preferible, 10 veces más grande (con relación al componente de corriente d.c.), que el componente alternante de tensión (con relación a la tensión d.c.), es decir, la relación a.c. /d.c. de la corriente es mucho más grande por un factor de 2, 10 o incluso mayor que la relación a.c. /d.c. de la tensión aplicada. Es decir, en donde la energía eléctrica aplicada a un dispositivo de descarga en corona, tal como un acelerador de fluido electrostático, está compuesta de un componente constante de tensión/corriente (por ejemplo, una corriente directa o un componente d.c. sin variación en el tiempo) expresado como Vt - Vd.cp Va.c. e Jt = Id.c. + Ia.c. i es preferible para generar una tensión a través de los electrodos de descarga en corona, de manera que la corriente resultante satisfaga las siguientes relaciones: Va « Vd.c. e Ia ~ Id. c.

Va.c Vd,c,<< Ia.c./Id.c. o Va.c.<Vd.c. y Ja.c> Id.c. o VR S 2: MEDIA y I MS >• IMEDIA Si cualquiera de los requerimientos anteriores fueron satisfechos, entonces, el dispositivo resultante de descarga en corona consumiría menos energía por pie cúbico de fluido movido y produciría menos ozono (en el caso del aire) si se compara con la alimentación de energía, en donde las relaciones a.c. /d.c. de corriente y tensión son aproximadamente las mismas. Para satisfacer estos requerimientos, la alimentación de energía eléctrica y el dispositivo de generación en corona tienen que ser adecuadamente diseñados y configurados. En particular, la alimentación de energía tiene que generar una salida de alta tensión solamente con una fluctuación mínima y al mismo tiempo, con fluctuaciones de frecuencia relativamente alta. El dispositivo de generación en corona por sí mismo debe tener un valor predeterminado de diseño, una capacitancia dispersa o parásita que proporciona un flujo de corriente de una alta frecuencia sustancial a través de los electrodos, es decir, de un electrodo a otro. La alimentación de energía eléctrica debe generar bajas fluctuaciones de frecuencia, posteriormente, Xc será relativamente grande y la amplitud de la corriente del componente alternante no será comparable con la amplitud del componente de corriente directa de la corriente. La alimentación de energía eléctrica debe generar muy poca o ninguna fluctuación o variación, entonces, la corriente alternante no será comparable con la corriente directa. El dispositivo de generación en corona (es decir, la serie de electrodos) tiene una baja capacitancia (que incluye la capacitancia parásita y/o dispersa entre los electrodos) , entonces, la corriente alterna una vez más no será comparable en amplitud con la corriente directa. Si fuera instalada una gran resistencia entre la alimentación de corriente y la serie de electrodos (véase, por ejemplo, la Patente de los Estados Unidos No. 4,789,801 de Lee, Figuras 1 y 2) , entonces, la amplitud de las fluctuaciones de corriente a.c., será amortiguada (es decir, disminuirá) y no será comparable en amplitud con la del componente d.c. (es decir, constante) de la corriente. De esta manera, solamente si fueran satisfechas ciertas condiciones, de manera que existieran las relaciones predeterminadas de tensión y corriente, el dispositivo de generación en corona funcionará, de manera óptima, para proporcionar un flujo suficiente de aire, además de una eficiencia mejorada de operación y niveles deseables de ozono. La alimentación resultante de energía eléctrica también es menos costosa. En particular, una alimentación de energía que genera fluctuaciones no requiere el filtrado sustancial de salida que es proporcionado de otro modo a través de un capacitor de alta tensión relativamente costoso y físicamente grande conectado en la salida de la alimentación de energía eléctrica. Esto sólo hace que la alimentación de energía sea menos costosa. Además, esta alimentación de energía tiene menos "inercia", es decir, una menor energía almacenada que tiende a amortiguar las variaciones de amplitud en la salida y por lo tanto, es capaz de cambiar con rapidez la tensión de salida que se encuentra en una alimentación de energía de alta inercia con ninguna o con fluctuaciones imperceptibles.

Breve Descripción de las Figuras La Figura ÍA es un diagrama esquemático de una alimentación de energía que produce una tensión d.c. y una corriente d. c . +a . c . ; La Figura IB es una forma de onda de una salida de alimentación de energía que representa por separado las amplitudes de tensión y corriente con respecto al tiempo; La Figura 2A es un diagrama esquemático de un dispositivo de descarga en corona que tiene una capacitancia insuficiente entre electrodos para (i) optimizar el flujo de aire, (ii) reducir el consumo de energía y/o (iii) minimizar la producción de ozono; La Figura 2B es un diagrama esquemático de un dispositivo de descarga en corona optimizado para beneficiar y cooperar con una alimentación de energía tal como el que se representa en la Figura 3 ; La Figura 3 es un diagrama esquemático de una alimentación de energía que produce una tensión d.c. de alta amplitud que tiene fluctuaciones de tensión de alta frecuencia de baja amplitud; y La Figura 4 es una traza de osciloscopio de una alta tensión aplicada en un dispositivo de descarga en corona y la corriente corona resultante .

Descripción de la Modalidad Preferida La Figura ÍA es un diagrama de bloque de una alimentación de energía adecuada para energizar un dispositivo de descarga en corona consistente con una modalidad de la invención. La alimentación de energía de alta tensión (HVPS) 105 genera una tensión de alimentación de energía 101 (Figura IB) de amplitud variable Vac+dc- La tensión 101 tiene superpuesta sobre una tensión promedio d.c. una a.c. o componente alternante de amplitud Vac que tiene un valor instantáneo representado por la distancia 103 (es decir, un componente alternante de la tensión) . Un componente promedio común d.c. de la tensión 101 (Vdc) se encuentra en el intervalo de 10 a 25 kV y de manera más preferible, es igual a 18 kV. La frecuencia de fluctuación "f" se encuentra normalmente alrededor de 100 kHz. Debe observarse que las armónicas (componentes) de baja frecuencia, tales como los múltiplos de la frecuencia de línea de energía comercial de 60 Hz que incluyen 120 Hz podrían estar presentes en la forma de onda de tensión. El siguiente cálculo solamente considera la armónica más significante, es decir, la armónica más alta, en este caso, de 100 kHz. La amplitud de pico-a-pico 103 de las fluctuaciones (Vac es el componente a.c. de la tensión 101) podría estar en el intervalo de 0 a 200 voltios de picoa-pico y de preferencia, menor o igual a 900 V, con un valor RMS aproximadamente de 640 V. La tensión 101 es aplicada en el par de electrodos (es decir, el electrodo de descarga en corona y el electrodo atrayente) . El resistor 106 representa la resistencia interna de HVPS 105 y la resistencia de los alambres que conectan HVPS 105 con el electrodo, comúnmente, esta resistencia tiene un valor relativamente pequeño. El capacitor 107 representa la capacitancia parásita entre los dos electrodos. Se observa que el valor del capacitor 107 no es constante, sino que podría ser aproximadamente estimado en el nivel aproximado de 10 pF. El resistor 108 representa la característica de la resistencia de carga ohmica d.c. no reactiva R del espacio de aire entre los electrodos de descarga en corona y atrayente. Esta resistencia R está en función de la tensión aplicada, normalmente tiene un valor común de 10 mega-Ohmios . El componente d.c. del HVPS 105 fluye a través del resistor 108 mientras que el componente a.c. fluye principalmente a través de la capacitancia 107 que representa una impedancia sustancialmente más baja en el intervalo de operación de 100 kHz que la que representa el resistor 108. En particular, la impedancia Xc del capacitor 107 es una función de la frecuencia de fluctuación. En este caso, es aproximadamente igual a: Xc= l/(2pfC)= 1/(2 * 3.14 * 100,000 * 10 * 10-12)= 160 O El componente a.c. Ia.c. de la corriente que fluye a través de la capacitancia 107 es igual a lac =Vac / c =640/ 160,000 =0.004A =4mA.

El componente d.c. Idc de la corriente que fluye a través del resistor 108 es igual a Idc=Vdc/R= 18kV/10MO=1.8mA.

Por lo tanto, el componente a.c. Idc de la corriente resultante entre los electrodos es aproximadamente de 2.2 veces más grande que el componente d.c. Idc de la corriente resultante . La operación del dispositivo 100 podría ser descrita con referencia al diagrama de sincronización de la Figura IB. Cuando la corriente de ionización alcanza alguna amplitud máxima (Imax) los iones son emitidos a partir del electrodo de descarga en corona para así cargar las moléculas ambientales y las partículas del fluido (es decir, las moléculas de aire) . En este momento, la energía máxima es generada y se presenta la máxima producción de ozono (en el aire u oxígeno) . Cuando la corriente disminuye hasta Imin, una menor energía es generada y virtualmente no es producido el ozono . Al mismo tiempo, las moléculas y partículas cargadas son aceleradas hacia el electrodo opuesto (el electrodo atrayente) con la misma fuerza (debido a que la tensión permanece esencialmente constante) como en la condición de corriente máxima. Por lo tanto, la velocidad de la aceleración del fluido no es sustancialmente afectada y no hasta el mismo grado que es reducida la producción de ozono. La aceleración del fluido ambiental se origina a partir del momento de los iones que forman los electrodos de descarga en corona hasta el electrodo atrayente. Esto es debido a que de acuerdo con la influencia de la tensión 101, los iones son emitidos a partir del electrodo de descarga en corona y crean una "nube de iones" que rodea el electrodo de descarga en corona. Esta nube de iones se mueve hacia el electrodo atrayente opuesto en respuesta a la intensidad del campo eléctrico, la intensidad del cual es proporcional al valor de la tensión aplicada 101. La energía suministrada por la alimentación de energía 105 es aproximadamente proporcional a la corriente de salida 102 (suponiendo que la tensión 101 sea mantenida constante en forma sustancial) . De esta manera, la naturaleza punzante de la corriente 102 origina un menor consumo de energía que una corriente pura d.c. de la misma amplitud. Esta forma de onda de la corriente y la relación entre los componentes a.c. y d.c. de la corriente es asegurada al tener una baja resistencia interna 106 y un componente alternante de amplitud pequeña 103 de la tensión de salida. Se ha determinado en forma experimental que la aceleración del fluido electrostático mas eficiente es conseguida cuando la amplitud relativa de la corriente 102 que alterna el componente (es decir, Iac/ldc) es más grande que la amplitud relativa de la tensión 101 que alterna el componente (es decir, Vac/Vdc) . Además, a medida que divergen estas relaciones, es realizada la mejora adicional. De esta manera, si Vac/Vdc fuera considerablemente menor que (es decir, no mayor de la mitad) y, de preferencia, no mayor de 1/10, 1/100, o, incluso de manera más preferible, 1/1000 que de Iac/Iac/ (en donde Vac e Iac son similarmente medidas, por ejemplo, ambas son valores de RMS, de pico-a-pico, o valores similares) la eficiencia adicional de la aceleración del fluido es conseguida. Indicado en forma matemática en un modo distinto, el producto del componente constante de la corriente corona y el componente de la variación de tiempo de la tensión aplicada que es dividida entre el producto del componente de variación de tiempo de la corriente corona y el componente constante de la tensión aplicada deben ser minimizados, cada etapa discreta en magnitud para algunas etapas iniciales que proporcionan mejoras significantes: tdc.* Kc = 1; .01; .001; .0001; ? La Figura 2A muestra el dispositivo de descarga en corona que no satisface las ecuaciones anteriores. Esta incluye el electrodo de descarga en corona 200 en la forma de una aguja, la geometría de filo de la cual proporciona el campo eléctrico necesario para producir una descarga en corona en la proximidad del extremo señalado de la aguja. El electrodo colector opuesto 201 es mucho más grande, en la forma de una barra lisa. La alimentación de energía de alta tensión 202 se conecta con ambos de los electrodos a través de los alambres de alimentación de alta tensión 203 y 204. Sin embargo, debido a la orientación relativa del electrodo de descarga 200 perpendicular al eje central del electrodo colector 201, este arreglo no crea ninguna capacitancia significante entre los electrodos 200 y 201. De manera general, cualquier capacitancia es directamente proporcional al área efectiva de orientación entre los electrodos. Esta área es muy pequeña en el dispositivo mostrado en la Figura 2A debido a que uno de los electrodos tiene la forma de una punta de aguja que posee un área mínima de sección transversal. Por lo tanto, la corriente que fluye del electrodo 200 al electrodo 201 no tendrá un componente a.c. significante. Los arreglos de dispositivos de descarga en corona similares a los representados en la Figura 2A demuestran una muy baja capacidad de aceleración de aire y una cantidad comparativamente sustancial de producción de ozono . La Figura 2B muestra un dispositivo alternativo de descarga en corona. Una pluralidad de electrodos de descarga en corona tiene la forma de alambres delgados y largos de descarga en corona 205 con los electrodos opuestos colectores 206 en la forma de barras mucho más gruesas que son paralelas a los alambres corona 205. La alimentación de energía de alta tensión 207 se conecta con los alambres de descarga en corona 205 y el electrodo colector 206 a través de los respectivos alambres de alimentación de alta tensión 209 y 210. Este arreglo proporciona un área mucho más grande entre los electrodos y, por lo tanto, crea una capacitancia mucho más grande entre los mismos. Por lo tanto, la corriente que fluye de los alambres corona 205 hacia los electrodos colectores 206 tendrá un componente a.c. significante, con la condición que la alimentación de energía de alta tensión 207 tenga una capacidad suficiente de alimentación de corriente . Los arreglos de dispositivos de descarga en corona como se muestran en la Figura 2B proporcionan una capacidad más grande de aceleración de aire y una producción de ozono comparativamente pequeña cuando son energizados a través de una alimentación de energía de alta tensión con fluctuaciones sustanciales de corriente de alta frecuencia aunque con variaciones o fluctuaciones pequeñas de tensión (es decir, componentes alternantes) . La Figura 3 es un diagrama esquemático de un circuito de alimentación de energía de alta tensión 300 capaz de generar una alta tensión que tiene pequeñas variaciones o fluctuaciones de alta frecuencia. La alimentación de energía 300 incluye un transformador de doble arrollamiento de alta tensión 306 con un arrollamiento primario 307 y un arrollamiento secundario 308. El arrollamiento primario 307 es conectado con una fuente de tensión d.c. 301 a través de un inversor de medio-puente (los transistores de potencia 304, 313 y los capacitores 305, 314) . El controlador de señal de retardo 311 produce los impulsos de control en las entradas de los transistores 304, 313 a través de los resistores 303 y 317. Una frecuencia de operación de estos impulsos es determinada por los valores seleccionados para el resistor 310 y el capacitor 316. El arrollamiento secundario 308 del transformador 306 es conectado con el rectificador de tensión de derivación 309 que incluye cuatro diodos de energía de alta frecuencia y alta tensión. La alimentación de energía 300 genera una salida de alta tensión entre la terminal 320 y la conexión a tierra que es acoplada con los electrodos del dispositivo de descarga en corona. La Figura 4 representa las trazas de osciloscopio de la corriente de salida y la forma de onda de tensión, la alta tensión 401 en el dispositivo de descarga en corona y junto con la corriente resultante 402 producida y que fluye a través de la serie de electrodos. Puede observarse que la tensión 401 tiene una amplitud relativamente constante aproximadamente de 15,300 V con poco o ningún componente alternante. Por otro lado, la corriente 402 tiene un componente de corriente alternante relativamente grande (variaciones o fluctuaciones) en exceso de 2 mA, que excede el valor medio de la corriente (1.189 mA) . Las mediciones del desempeño del sistema verifican la eficiencia mejorada y el aumento en la remoción y eliminación de partículas presentes en el aire procesado a través del sistema. En particular, se ha encontrado que los sistemas que emplean varias modalidades de la invención presentan una eficiencia de colección de polvo que excede el 99. 97% para la remoción de las partículas de polvo de 0.1 µm y más grandes. De esta manera, el sistema asegura que la mayoría de las partículas alcancen alguna carga máxima, es decir, que ninguna carga adicional (por ejemplo, iones) pudiera ser asociada con cada partícula. Esto conduce a la conclusión que la tecnología de efecto corona de acuerdo con las modalidades de la invención es funcional para cargar por completo toda las partículas de interés, de manera que cualquier incremento en la corriente no aumentaría adicionalmente el desempeño del sistema, en particular, cuando el sistema sea principalmente utilizado para la limpieza del aire contra la aceleración y control general del fluido. Además se ha determinado que varias modalidades de la invención operan, de manera eficiente, sin considerar la relación de la alta tensión aplicada con la conexión a tierra. Por ejemplo, en un caso los electrodos de descarga en corona podrían ser conectados, por ejemplo, con un potencial positivo de alta tensión mientras que los correspondientes electrodos colectores son conectados a tierra. En otra modalidad, los electrodos de descarga en corona podrían ser conectados a tierra mientras los electrodos de colección son conectados con un alto potencial negativo sin afectar la eficiencia del dispositivo resultante. De esta manera, por ejemplo, la modalidad que se representa en la Figura IB incluye electrodos de descarga en corona conectados con una alta tensión positiva mientras que los electrodos de descarga en corona de la modalidad representada en la Figura 3 son conectados con una tensión negativa. Por lo tanto, la consideración relevante es la diferencia relativa de potencial aplicada entre los electrodos de descarga en corona y colectores en lugar de la diferencia de tensión de cualquiera con relación a un potencial arbitrario o fijo a tierra. Varias modalidades de la invención incluyen configuraciones en donde el electrodo de descarga en corona, el electrodo colector o cualquier electrodo es mantenido en o cercano al potencial de tierra (es decir, dentro de ±50 V, de preferencia, dentro de ±10 V y de manera más preferible, dentro de ±5 V de un potencial de tierra, el potencial de tierra es una referencia que normalmente se considera que es de 0 V) . Se ha encontrado que las modalidades preferidas de la invención presentan una eficiencia mejorada cuando las fluctuaciones de alta tensión y corriente se encuentran al menos en la frecuencia ultrasónica, es decir, cuando la frecuencia de los componentes alternantes (es decir, a.c.) de la tensión ( Va.c. ) y la corriente (Ja.c. ) de efecto corona también se encuentran en un exceso de 20 kHz. Las ventajas incluyen al menos dos factores . Un primer factor toma en consideración el ruido acústico generado por los dispositivos que operan a frecuencias audibles o casi audibles. Es decir, incluso las frecuencias ultrasónicas pueden perturbar y afligir a las mascotas, las cuales a menudo son capaces de escuchar sonidos de alta frecuencia (es decir, sonidos supersónicos para los humanos) . Un segundo factor considera la frecuencia de operación en comparación con la distancia desplazada por las partículas que pasan a través de un dispositivo electrostático de limpieza de aire de acuerdo con las modalidades de la invención. Es decir, en base a una velocidad de fluido relativamente alta (por ejemplo, el aire) , las moléculas y las partículas del fluido (por ejemplo, aire) presentes podrían pasar la mayoría o todas las porciones importantes de los elementos de colección (por ejemplo, las partes frontales o los bordes delanteros de los electrodos colectores) sin que sean cargados por completo si fuera baja la frecuencia de las fluctuaciones. En consecuencia, esto impone una vez más el uso de alguna frecuencia mínima para los componentes de variación de tensión o corriente (por ejemplo, alternante o por pulsos) del dispositivo que opera la tensión y la corriente. En particular, se ha determinado que estos componentes variables (por ejemplo, a.c.) deben tener una frecuencia que sea al menos ultrasónica, y en particular, por encima de 20-25 kHz y de manera más preferible, que tengan una frecuencia en el intervalo de 50+ kHz. La característica de frecuencia también podría ser definida, de manera que una combinación de la frecuencia principal y el nivel de amplitud de la misma disminuyen la generación de sonidos indeseables hasta un nivel imperceptible, por ejemplo, que sea inaudible para los humanos y/o los animales, es decir, se requiere que el componente alternante de la tensión Va.c. tenga una frecuencia principal en exceso del nivel de sonido audible . En resumen, la presente invención incluye modalidades en las cuales una alimentación de energía de baja inercia es combinada con una serie de elementos de descarga en corona que presentan una carga altamente reactiva para la alimentación de energía. Es decir, la carga capacitiva de la serie excede en gran medida cualquier componente reactivo en la salida de la alimentación de energía. Esta relación proporciona una tensión constante de baja fluctuación y una corriente de alta fluctuación. El resultado es sobre un acelerador de fluido electrostático altamente eficiente con una producción reducida de ozono. Debe observarse y entenderse que todas las publicaciones, patentes y solicitudes de patente mencionadas en esta especificación son indicativas del nivel de experiencia en la técnica a la cual se refiere la invención. Todas las publicaciones, patentes y solicitudes de patente en la presente son incorporadas como referencia hasta algún alcance como si cada publicación individual, patente o solicitud de patente fuera indicada, específica e individualmente, para ser incorporada como referencia en su totalidad.

Claims (47)

1. REIVINDICACIONES 1. Un dispositivo para el manejo de un fluido, caracterizado porque comprende: un dispositivo de descarga en corona que incluye al menos un electrodo de descarga en corona y al menos un electrodo colector; y una alimentación de energía eléctrica conectada con los electrodos de descarga en corona y colector para alimentar una señal de energía eléctrica mediante la aplicación de una tensión Vt entre los electrodos para así provocar que la corriente corona Jt fluya entre los electrodos de descarga en corona y colector, de cada una de ambas de la tensión Vt y la corriente corona Jt es una suma de los respectivos componentes, constante d.c. y alternante a.c. superpuestos entre sí, por medio de lo cual, Vt = Vd.c. + Va.c. e Jt = Id.c. + la.a el valor de fluctuación de corriente la. c. /I. d.c. es relacionado con el valor de fluctuación de tensión Va.c./Vd.c. como en donde C > 2.
2. 2. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque C > 10.
3. 3. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque C > 100.
4. 4. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque C > 1000.
5. 5. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la frecuencia del componente alternante de la tensión Va.c. también tiene una frecuencia principal en exceso de un nivel de sonido audible .
6. 6. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la frecuencia del componente alternante de la tensión Va.c. se encuentra en el intervalo por encima de 30 kHz.
7. 7. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la frecuencia del componente alternante de la tensión Va.c. se encuentra en el intervalo de 50 kHz a 1 MHz.
8. 8. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la frecuencia del componente alternante de la tensión Va.c. es aproximadamente de 100 kHz.
9. 9. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la amplitud del componente constante de la tensión de la señal de energía eléctrica se encuentra dentro del intervalo de 10 a 25 kV.
10. 10. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la amplitud del componente constante de la tensión Vd.c. es más grande de 1 kV.
11. 11. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la amplitud del componente constante de la tensión Vd.c. de la señal de energía eléctrica es aproximadamente de 18 kV.
12. 12. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: la amplitud del componente alternante de la corriente corona Ia.c. de la señal de energía eléctrica no es más que 10 veces más grande que la amplitud del componente de corriente constante Id.c. de la señal de energía eléctrica; y la amplitud del componente de corriente constante Id.c. de la señal de energía eléctrica no es más que 10 veces más grande que la amplitud del componente alternante Ia.c. de la corriente corona de la señal de energía eléctrica.
13. 13. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la amplitud de un componente alternante de la tensión Va.c. de la señal de energía eléctrica no es mayor que un décimo de la amplitud del componente constante de la tensión Vd.c.
14. 14. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la amplitud del componente alternante de la tensión de la señal de energía eléctrica Va.c. no es mayor que 1 kV.
15. 15. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente constante de la corriente corona Id.c. es al menos de 100 µA.
16. 16. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente constante de la corriente corona Id.c. es al menos de 1 mA.
17. 17. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la capacitancia reactiva entre los electrodos de descarga en corona tiene una impedancia capacitiva que corresponde con una armónica más alta de una frecuencia del componente alternante de la tensión que no es mayor de 10 MO.
18. 18. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el potencial del electrodo de descarga en corona se encuentra cercano a un potencial de tierra.
19. 19. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el potencial del electrodo de descarga en corona se encuentra dentro de ±50 V del potencial de tierra.
20. 20. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el potencial del electrodo colector se encuentra cerca del potencial de tierra.
21. 21. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el potencial del electrodo colector se encuentra dentro de ±50 V de un potencial de tierra.
22. 22. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque ni el potencial del electrodo de descarga en corona y ni tampoco del electrodo colector se encuentran cerca al potencial de tierra. 5
23. 23. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque los potenciales de ambos del electrodo de descarga en corona y el electrodo colector son al menos de 10 V diferentes del potencial de tierra. 10
24. 24. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque los potenciales de ambos del electrodo de descarga en corona y el electrodo colector son al menos de 50 V diferentes del potencial de tierra. 15
25. 25. Un dispositivo para el manejo de un fluido, caracterizado porque comprende: un dispositivo de descarga en corona que incluye al menos un electrodo de descarga en corona y al menos un electrodo colector; y una alimentación de energía eléctrica conectada con los electrodos de descarga 20 en corona y colector para suministrar una señal de energía eléctrica mediante la aplicación de una tensión Vt entre los electrodos para así provocar que la corriente corona It fluya entre los electrodos de descarga en corona y colector, ambas de cada una de la tensión Vt y la corriente corona Jt son la •25 suma de los respectivos componentes, constante d.c. y alternante a.c. superpuestos entre sí, por medio de lo cual Vt = Vd. c. + Va. c. e Jt = Id. c. + Ia.c. ? en donde Va.c. << Vd. c. e J-a. c. ~ J-d. c.
26. 26. Un dispositivo para el manejo de un fluido, caracterizado porque comprende: un dispositivo de descarga en corona que incluye al menos un electrodo de descarga en corona y al menos un electrodo colector; y una alimentación de energía eléctrica conectada con los electrodos de descarga en corona y colector para suministrar una señal de energía eléctrica mediante la aplicación de una tensión Vt entre los electrodos para así provocar que la corriente corona Jt fluya entre los electrodos de descarga en corona y colector, ambas de cada una de la tensión Vt y la corriente corona Jt son la suma de los respectivos componentes, constante d.c. y alternante a.c. superpuestos entre sí, por medio de lo cual Vt = Vd.c. + Va.c. e Jt = Jd.c. + Ja.c. en donde Va.c. < Vd.c. e Ja.c. > Jd.c.
27. 27. Un dispositivo para el manejo de un fluido, caracterizado porque comprende: un dispositivo de descarga en corona que incluye al menos un electrodo de descarga en corona y al menos un electrodo colector; y una alimentación de energía eléctrica conectada con los electrodos de descarga en corona y colector para suministrar una señal de energía eléctrica mediante la aplicación de una tensión Vt entre los electrodos para así provocar que la corriente corona Jt fluya entre los electrodos de descarga en corona y colector, ambas de cada una de la tensión Vt y la corriente corona Jt son la suma de los respectivos componentes, constante d.c. y alternante a.c. superpuestos entre sí, por medio de lo cual Vt = Vd.c. + Va.c. e It = Id.c. + la.c. en donde RMS = VMEDIA e IR S > IMEDIA.
28. 28. Un método de manejo de un fluido, caracterizado porque comprende : introducir el fluido en un dispositivo de descarga en corona que incluye al menos un electrodo de descarga en corona y al menos un electrodo colector situado próximo al electrodo de descarga en corona para así proporcionar una capacitancia total entre electrodos dentro de un intervalo predeterminado; y suministrar una señal de energía eléctrica al dispositivo de descarga en corona mediante la aplicación de una tensión Vt entre los electrodos de descarga en corona y colector para así inducir a que la corriente corona Jt fluya entre los electrodos, cada una de ambas de la tensión Vt y la corriente corona Jt es la suma de los respectivos componentes, constante d.c. y alternante a.c. superpuestos entre sí, por medio de lo cual, Vt = Vd.c. + Va.c. e Jt = Jd.c. + Ja.c./ el valor de fluctuación de corriente la. c. /I. d.c. es relacionado con el valor de fluctuación de tensión Va.c./Vd.c. como ,. _ c- ,. Id.c. Vd.c. en donde C > 2.
29. 29. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque C = 10.
30. 30. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque C > 100.
31. 31. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque C > 1000.
32. 32. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque comprende la etapa de suministrar la señal de energía para tener un componente alternante de la tensión Va.c. con una frecuencia principal también en exceso del nivel de sonido audible .
33. 33. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque comprende la etapa de suministrar la señal de energía para tener una frecuencia del componente alternante de la corriente corona que se encuentre en el intervalo por encima de 30 kHz.
34. 34. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la frecuencia del componente alternante de la tensión se encuentra en el intervalo de 50 kHz a 1 MHz.
35. 35. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la frecuencia del componente alternante de la tensión es aproximadamente de 100 kHz.
36. 36. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la amplitud del componente constante de la tensión Vd.c. s encuentra dentro del intervalo de 10 a 25 kV.
37. 37. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la amplitud del componente constante de la tensión Vd.c. es más grande de 1 kV.
38. 38. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la amplitud del componente constante de la tensión Vd.c. es aproximadamente de 18 kV.
39. 39. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque: la amplitud del componente alternante de la corriente corona Ja.c. no es más que 10 veces más grande que la amplitud del componente constante de la corriente corona Jd.c.; y la amplitud del componente constante de corriente corona Jd.c. no es más que 10 veces más grande que la amplitud del componente alternante de la corriente corona Ja.c.
40. 40. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la amplitud del componente alternante de la tensión Va.c. no es más grande de un décimo de la amplitud del componente constante de la tensión Vd.c.
41. 41. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la amplitud del componente alternante de la tensión Va.c. de la señal de energía eléctrica no es mayor de 1 kV.
42. 42. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el componente constante de la corriente corona Jd.c. es al menos de 100 µA.
43. 43. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el componente constante de la corriente corona Jd.c. es al menos de 1 mA.
44. 44. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la capacitancia reactiva entre los electrodos de descarga en corona y los electrodos colectores tiene una impedancia capacitiva que corresponde con una armónica más alta de una frecuencia del componente alternante de la tensión y no es mayor de 10 MO.
45. 45. Un método de manejo de un fluido, caracterizado porque comprende: introducir el fluido en un dispositivo de descarga en corona que incluye al menos un electrodo de descarga en corona y al menos un electrodo colector situado próximo al electrodo de descarga en corona para así proporcionar una capacitancia total entre electrodos dentro de un intervalo predeterminado; y suministrar una señal de energía eléctrica al dispositivo de descarga en corona mediante la aplicación de una tensión Vt entre los electrodos de descarga en corona y colector para así inducir a que la corriente corona Jt fluya entre los electrodos, cada una de ambas de la tensión Vt y la corriente corona Jt es la suma de los respectivos componentes, constante d.c. y alternante a.c. superpuestos entre sí, por medio de lo cual, Vt = Vd.c. + Va.c. e Jt = Jd.c. + la. o Y en donde Va.c. << Vd.c. e Ja.c. ~ Jd.c.
46. 46. Un método de manejo de un fluido, caracterizado porque comprende: introducir el fluido en un dispositivo de descarga en corona que incluye al menos un electrodo de descarga en corona y al menos un electrodo colector situado próximo al electrodo de descarga en corona para así proporcionar una capacitancia total entre electrodos dentro de un intervalo predeterminado; y suministrar una señal de energía eléctrica al dispositivo de descarga en corona mediante la aplicación de una tensión V entre los electrodos de descarga en corona y colector para así inducir a que la corriente corona Jt fluya entre los electrodos, cada una de ambas de la tensión Vt y la corriente corona Jt es la suma de los respectivos componentes, constante d.c. y alternante a.c. superpuestos entre sí, por medio de lo cual, Vc = Vd.c. + Va.c. e Jt = Jd.c. + Ja.s. , y en donde Va.c. < Vd.c. e Ja.c. > Jd.c.
47. 47. Un método de manejo de un fluido, caracterizado porque comprende: introducir el fluido en un dispositivo de descarga en corona que incluye al menos un electrodo de descarga en corona y al menos un electrodo colector situado próximo al electrodo de descarga en corona para así proporcionar una capacitancia total entre electrodos dentro de un intervalo predeterminado; y suministrar una señal de energía eléctrica al dispositivo de descarga en corona mediante la aplicación de una tensión Vt entre los electrodos de descarga en corona y colector para así inducir a que la corriente corona Jt fluya entre los electrodos, cada una de ambas de la tensión Vt y la corriente corona Jt es la suma de los respectivos componentes, constante d.c. y alternante a.c. superpuestos entre sí, por medio de lo cual, Vt = Vd.c. + Va.c. e It = Id.c. + Ia.c./ Y en donde VRMS = VMEDIA e IRMS > IMEDIA.