^ laii * I POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 47806 KI. 21 d\ 14 KI. internat. H 02 n Stefan Grudziecki Gdansk, Polska Generator pojemnosciowy wysokiego napiecia Patent trwa od dnia 29 wrzesnia 1962 r.Znane sa generatory i silnika wysokiego na¬ piecia [typu elekitaiostatycznego przeznaczone do celów laboratoryjnych. Moc tych maszyn jest mala. Generatory tego typu sa napedzane ptrzy pomocy silników, przy czym dostarczana ener¬ gia mechaniczna zamieniana jest na energie elektryczna.Generator pojemnosciowy wysokiego napie¬ cia wedlug wynalazku posiada znaczna moc i moze sluzyc zarówno celom laboratoryjnym jak tez do prodiukcji energii elektrycznej.Wewnatrz nieruchomego zbiornika 1 {fig. 1 — 2) znajduje sie obracajacy sie wirnik 2 wyko¬ nany z materialu izolacyjnego pod wzgledem elektrycznym. Przestrzen miedzy zbiornikiem 1 i wirnikiem 2 wypelniona jest jednym lub wieksza iloscia róznych dielektryków. Miedzy zewnetrzna powierzchnia 7 wirnika 2 i po¬ wierzchnia 6 nieruchomego dielektryka stalego, na której umieszczone $a elektrody 4 i 5, istnieje szczelina 3 wyipelnioma odpowiednim gazem o odpowiednio dobranym cisnieniu. Mie¬ dzy elektrode 4 i metalowy zbiornik 1 przykla¬ da sie stale napiecie Eu W poblizu elektrody 4 istnieja takie warunki, ze tworza sie czasteczki elektrycznie naladowane 8 o znaku odpowiada¬ jacym znakowi tej elektrody. Do tego celu mo¬ ga byc wykorzystane znane zjawiska ulotu, emisji elektronowej lub jonowej, jonizacji po¬ wierzchniowej, piixmieniotwóriczosci itp. Poci wplywem pola elektrycznego od zródla Ei cza¬ steczki naladowane 8 zliizaja sie dio powierzchni 6 starajac sie zajac itakie polozenie , aby ich energia potencjalna byla jak najmniejsza. Po¬ wierzchnie 6 i 7 miusza posiadac (taikie wlasnosci, aby czasteczki naladowane (np. jony) nie mogly im przekazywac swych ladunków elektrycznych i aby czasteczki «te nie mogly byc pircez nie wiazane, lecz aby mialy swjobode ruchlu co naj¬ mniej w kierunku stycznym do obwodu wirni¬ ka. Uzyskac ito mozna przez odpowiednia pola¬ ryzacje powierzchni wykorzystujac takie np. zjawiska jak polaryzacja w warstewkach gra¬ nicznych, piezoelektrycznosc, piUoelektrycznosc, ferroelektrycznosc itp. Dokalne pola elektrycz¬ ne powstale przy zastosowaniu naprezen me-chanicznych w odpowiednio spolaryzowanej warstewce: z (pieaoelektryków moga odsuwac czasteczki naladowane na pewna odleglosc od powierzchni, podobnie jak w generatorze we- 3* dlug opisu patentowego nr 44634. Przez zasto¬ sowanie zmiennych naprezen mechanicznych w takiej warstewce mozna uzyskac zmienne pole elektryczne, a zatem i ruch poprzeczny czastek naladowanych, podobnie jak w generatorze we¬ dlug opisu patentowego nr 44634, ze szczelina o dowolnym ksztalcie przekroju poprzecznego (pierscieniowym, kolowym itd.). Jest tez mozli¬ we zastosowanie nia wspomnianych powierzch¬ niach warstewek z substancji niepolarnyich, któ¬ re nie wiaza silnie ladunków elektrycznych. Po¬ slugujac sie odpowiednimi metodami fizyko¬ chemicznymi mozna stosowac jednoczesnie róz¬ ne sposoby zapobiegaj ace silniejszemu wiazaniu jonów "na powierzchniach dielektryków sta¬ lych .Powierzchnia 7 jesit tak uksztaltowana, ze lo- kame pola elektryczne tworza rodzaj mikrosko¬ pijnych zebów (fig. 2), co jest tu bardzo istotne.Podobne pola mozna równiez uzyskac'przez ge¬ ste naniesienie ma odpowiednio uksztaltowana powierzchnie wirnika bardzo cienkich odizolo¬ wanych od siebie przewodników równoleglych do osi wirnika, ladujacych sie od elektrody 4.Ladunki z przewodników moga byc odprowa¬ dzane do elektrody 5.Ksztalt lokalnych pól elektrycznych na po¬ wierzchni 6 jest przedstawiony na fig. 2. W rzeczywistosci lokalne pola nie sa tak ostro za¬ rysowane jak pokazuje rysunek. Wlasnosci po¬ wierzchni 6 i 7 odgrywaja tu duza role.Obracajacy sie wirnik 2 porywa naladowane czastki 8, które sa uiwliezione miedzy jego zeba¬ mi i powierzchniami 6 i 7. Poniewaz osie zbior¬ nika 1 i wirnika 2 nie pokrywaja sie (fig. 1), naladowane czastki oddalaja sie od metalowego zbiornika I. Zminiejisza sie pojemnosc elektrycz¬ na miedzy zbiornikiem 1. sitoanowiacyim jedna okladzine „kondensatora" i naladowanymi czasteczkami 8, stanowiacymi druga jego „okla¬ dzine". Wlkutek tego naatejpiuje wzrost^potencja¬ lni czastek 8 w stosunku do zbiornika 1. Czast¬ ki 8 oddaja swój ladunek elektryczny elektro¬ dzie zbiorczej 5, której potencjal E2 wzgledem zbiornika 1 Jest wyzszy od potencjalu Et elek- ktrody L Napiecie E2 moze byc przylozone do odbiornika 9.Natezenie pola: elektrycznego K w dielektry¬ ku nieruchomym moze leta^ryjc ten .posiada wysokie wartosci wspól¬ czynnika przeniikalnosai dielektrycznej e, to gestosc ladunku na powierzchni 6 moze byc du¬ za. Przy odpowiednio 'duzej predkosci obwodo¬ wej wirnika 2 uzyskac mozna znaczne wartosci pradu, co przy odpowiednich wartosciach skla¬ dowej stycznej pola (Kf) moze prowadzic do uzyskania znacznych mocy. W szczelinie 3, której przeniikalnosc dielektryczna e jest zbli¬ zona do jednosci, nie wystepuja duze natezenia poda elektrycznego, gdyz czasteczki 8 znajduja sie blisko powierzchni 6 'dzieki skladowej nor¬ malnej pola Kn. Nie ma wiec niebezpieczenstwa zwierania szczeliny przez wyladowania elek¬ tryczne. Znaczniejsze natezenia pola elektrycz¬ nego wystepuja tu jedynie w bardzo cienkiej warstewce przy powierzchni 6, co jest dopusz¬ czalne. Przez stosowanie znanych srodków jak odpowiednie krzywizny czesci przewodzacych, warstewki pólprzewodzace itd., mozna uniknac zbyt duzych natezen pola elektrycznego w ge¬ neratorze.Wzrost energii potencjalnej czastekmalaidiowa- nych odbywa sie kosztem energii mechanicznej doprowadzanej do wirnika 2. Moze sie on rów¬ niez o'dbywac kosztem energii cieplnej dopro¬ wadzanej np, ipoprzez nieruchomy dielektryk.Dzieki bowiem energii kinetycznej ruchu cie¬ plnego czasteczka naladowana moze przebyc pewna droge przeciw skladowej pola Kv Wobec tego, ze zeby wirnika podazaja za ta czasteczka, nie moze ona opasc na pierwotne polozenie o nizszej energii potencjalnej. Natomiast ruchowi cieplnemu czastek 8 skierowanemu zgodnie ze skladowa K{ przecfiwstawfiaja (sie zeby wirnika biegnace w przeciwnym kierunku. Czasteczki 8 maja moznosc ciaglego pobierania energii cie- pUnej z otoczenia, Wfaiik jest tu zatem nie tyl¬ ko czynnikiem napedowym lecz równiez orga¬ nizacyjnym w zachodzacych procesach energe¬ tycznych. Zachodzace tu zjawiska fizyczne sa podobne do procesu ,,schpdkowego" z opisu pa¬ tentowego nr 44634.Wzrost energii potencjalnej czastek kosztem energii cieplnej moze wystepowac równiez bez obrotu wirnika 2, podobnie jak w generatorze w przytoczonym opisie patentowym, frez prze* plywu strumienia gazów* jesli istnieje róznica temperatur miedzy eleMinoclami 4 i 5.Czasteozjci naladowane moga sie tez znajdo¬ wac ma powierzchni wewnetrznej, wirnika 2.Wówczas elektrody 4 i 5 winny sie równiez znajdowac po stronie wewnetrznej. Naladowa¬ ne czasteczki znajduja sie tu blisko powierzch¬ ni wirnika dzieki skladowej normalnej'.. pola elektrycznego Kn.Jesli zastosowany nieruchomy dielektryk po¬ siada dostateczna wytrzymalosc mechaniczna, to metalowy zbiornik 1 nie jest konieczny. Wystar¬ cza wówczas zastosowanie jedynie przewodzacej okladziny na calym obwoclzie lub na jego czes¬ ci. Niekiedy tez staly dielektryk nieruchomy moze obejmowac tylko czesc obwodu wirnika.Do przesuwania czastek 8 mozna tez stoso¬ wac wirnik cylindryczny, tairczowy lub tasmo¬ wy uzyty w innych ukladach maszyn pojemno¬ sciowych o róznych sposobach ladowania wstep¬ nego, róznym charakterze pola i róznym spo¬ sobie wzbudzenia.Wazna role odgrywaja straty na tarcie, które sa zalezne od takich czynników jak wlasnosci powierzchni 6 i 7, rodzaj i cisnienie gazu w szczelinie 3, predkosc obwodowa wirnika itp.Nalezy zapewnic takie warunki, aby straty te. byly mozliwie male. Straty na tarcie odgrywaja zasadnicza role przy wyborze sroclków napedza¬ jacych czasteczki elektrycznie naladowane w generatorach tego typu (np. strumien gazu lub inne).Jak wynika z powyzszego, podany sposób przenoszenia ladunków na wyzszy potencjal od¬ róznia w sposób zasadniczy przedstawione urza¬ dzenie od wspomnianych na wstepie znanych generatorów' typu elektrostatycznego, gdzie ladunki elektryczne sa silnie zwiazane na po¬ wierzchni wirnika zawierajacego segmenty prze¬ wodzace lub na powierzchni izolacyjnej.Generator moze byc typu laboratoryjnego lub energetycznego. Jako odbiorcy energii elektry¬ cznej dostarczanej przez opisany generator mo¬ ga sluzyc, podobnie jak w przypadku genera¬ tora wedlug wspomnianegio opilsu patentowego, silniki wysokiego napiecia, w których ladunki elektryczne przyspieszane sa przez sily pola elektrycznego (np. silniki pojemnosciowe), przy czym cisnienie i rodzaj gazu (niekiedy próznia) w szczelinach silnika, jak równiez wlasnosci po¬ wierzchni scianek winny byc takie, aby straty na tarcie byly jak najmniejsze. Silniki takie moga miec wspólna z generatorem obudowe i stanowic jeden wspólny z nim zespól. Gene¬ rator moze tez zasilac inne odbiory wysokiego napiecia. Przy zastosowianiiu odpowiednich me¬ tod mozna równiez uzyskac prad zmienny. PL