SE536557C2 - Elektrohydrodynamisk generator - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning avser en elektrohydrodynamisk generatorenhet med enkammare. Kammaren är försedd med åtminstone en hålelektrod med åtminstone etthål. Hàlelektroden är ansluten till en spänningskälla och är avsedd att generera ettlikspänningsfält i kammaren. Kammaren är vidare förbunden med åtminstone enreservoar som innehåller en fluid såsom vatten. Kammaren inbegriper vidareinsamlarelektrod last.elektrohydrodynamiska generatorenheten fungerat genom att nämnda reservoar är åtminstone en kopplad till en elektrisk Denkopplad till ett i kammaren anordnat elektriskt jordat fluidmatningsorgan avsett att viaåtminstone en mynning inpassad med motsvarande hål i hålelektroden, skjutadroppar av fluid från reservoaren mot hålelektroden nämnda fluiddroppar laddas uppav ett elektriskt likspänningsfält genererat av den spänningssatta hålelektroden ochaccelereras sedan igenom kammaren förbi hålen i hålelektroden och faller in påinsamlarelektroden där dropparna deponerar sin laddning. insamlarelektrod är i sintur avsedd att kopplas till en elektrisk last via det jordade fluidmatningsorganet varviden sluten krets bildas som är förmögen att driva lasten med de laddningar som deponerats på insamlarelektroden.

Description

25 30 35 536 557 ned i de olika bägarna. Även ringarna är elektriskt isolerade från omgivningen och varandra. Som framgår av figuren är den vänstra ringen elektriskt kopplad till den högra bägaren och den högra ringen till den vänstra bägaren. Initialt är hela systemet elektriskt neutralt. När systemet nu aktiveras, det vill säga, när vattnet börjar sippra ned genom hålen och ringarna till bägarna kommer det att ske ett fenomen kopplat till elektrostatisk induktion. Det är nämligen så att det vatten som sipprar ned i bägarna kommer att medföra att laddningar av motsatt polaritet byggs upp i de bägge bägarna. Anledningen till att det initialt skapas en nettopolarisering mellan bägarna är i dagsläget inte helt klarlagt, det skulle kunna bero på att vattendropparna plockar upp lite laddning genom den så kallade triboeffekten då de kommer i kontakt med mynningen på vätskebehållaren eller med luften under fallet mot bägarna. I vilket fall som helst kommer det att uppstå en momentan obalans i laddningsfördelningen mellan bägarna. Det finurliga i anordningen är nu att om den högra ringen (exempelvis) får ett överskott av positiva laddningar kommer dessa att fördelas på ringen så att mynningen närmast denna ring erhåller negativt laddade vätskedroppar. Dessa negativt laddade droppar kommer sedan att passera genom den positivt laddade ringen och landa i den högra bägaren. Detta medför att den högra bägaren blir negativt laddad. Den negativt laddade bägaren kommer i sin tur att förstärka effekten i den positivt laddade bägaren och denna process fortskrider så länge droppandet pågår. I och med att spänningsskillnaden mellan bägarna blir större och större kommer detta slutligen att medföra att vattendropparna antingen böjs av, vilket medför att uppladdningseffekten stagnerar, eller att det sker ett elektriskt överslag vilket tömmer bägarna på dess nettoladdningar.

Ytterligare känd teknik kommer att beskrivas då det givits en närmare beskrivning av uppfinningen och fysiken bakom densamma.

Figurer Utföringsformer kommer att beskrivas med hjälp av figurerna, där: Figur 1 schematiskt återger en möjlig variant av Lord Kelvins anordning.

Figur 2 återger en EHD enligt känd teknik.

Figur 3 schematiskt återger en utföringsform av EHD enligt uppfinningen, här återges en kammare med en enda elektroduppsättning, med en anod, benämnd 10 15 20 25 30 35 536 557 hålelektrod, en flytande katod, benämnd insamlarelektrod, och en fluidmatande struktur. Beteckningen z i figuren återger impedansen i lasten.

Figur 4 återger ytterligare en utföringsform av en EHD enligt uppfinningen, här återges samma hålelektrod - insamlarelektroduppsättning som i figur 3, dock är hålelektroden här försedd med ett flertal hål inpassade med ett flertal munstycken anordnade på fluidmatningsorganet.

Figur 5 återger ytterligare en utföringsform av en anordning enligt uppfinningen, där istället två hålelektroder med motsvarande katoder är symmetriskt anordnade runt fluidmatningsorganet. Fluidmatningsorganet är försett med ett flertal munstycken anordnade på de sidor som är motstående hålelektroderna. Munstyckena är inpassade med motsvarande hål på var och en av hålelektroderna.

Figur 6 återger i tvärsnitt en utföringsform av uppfinningen där ett slutet fluidsystem används i den elektrohydrodynamiska enheten. Enbart fluidsystemet är återgivet i figuren.

Figur 7 återger i tvärsnitt hur vatten leds in i fluidmatningsorganet från en reservoar.

Då kanalen in mot munstyckena enbart har en öppning kommer tryckskillnaderna att tvinga ut vätskan genom munstyckena anordnade på fluidmatningsorganet.

Figur 8 återger i tvärsnitt hur ett flertal fluidmatningsorgan kan matas med vätska från samma reservoar. Vidare återges hur fluiden som rinner av insamlarelektroden samlas upp och återleds för återanvändning.

Figur 9 återger samma princip som i figur 8. Dock skjuts vattnet i denna figur ut åt olika håll med hjälp av munstycken anordnade på vardera sida av fluidmatningsorganet.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen och föredragna utföringsformer I det som följer kommer uppfinningen att beskrivas både funktionellt och komponentvis med stöd av figurerna. Ett antal olika benämningar på komponenter kommer att användas varför vi tillhandahåller en kortare ordlista med funktionella beskrivningar. 10 15 20 25 30 35 536 557 Kammare (1) avser hela inneslutningen för anordningen. Kammaren är försedd med, eller är ansluten till, en reservoar (6) med en fluid. Syftet är att fluiden skall tas från denna reservoar och ledas in i kammaren via ett munstycke. Det är viktigt att fluiden delas upp i partiklar, eller små vätskedroppar, när den lämnar munstycket. För att uppnå denna partikeluppdelning kan man använda mekanisk eller elektrohydrodynamisk atomisering av fluiden. I det sistnämnda eftersökes den så kallade Taylorvinkeln (vilken kan hittas genom att variera högspänningsfältet i kammaren). Dessa tekniker är välkända inom teknikområdet och kommer inte att beskrivas närmare här.

Med fluidmatningsorgan (4) avses en anordning som kan jordas och som tillser att fluiden/vätskan, vanligen vatten, tas från ovan nämnda reservoar och skjuts ut från reservoaren in i kammaren via ett munstycke (9). I en utföringsform åstadkommes detta genom att ett övertryck föreligger i reservoaren, det vill säga trycket i reservoaren är avsevärt högre än det tryck som föreligger i kammaren. Kammarens tryck ligger vanligtvis vid normalt atmosfärstryck. Då munstycket skaparen öppning mot kammaren kommer vattnet, på grund av tryckutjämningen att skjutas in i kammaren. En annan möjlighet är att vattnet centrifugeras och när en tillräckligt hög rotationshastighet erhållits öppnas håligheter i centrifugen. På detta sätt kan man skjuta in vatten i kammaren. Givet här är att öppningarna i centrifugen är riktade mot kammaren. Om man använder en centrifug eller liknande anordningar för att få upp hastigheten hos vätskan krävs det att en motor driver centrifugen. I en utföringsform kan anordningen för fluidmatning utgöras av en dysa.

Nålelektrod avser en elektrod som används för att generera en koronaurladdning.

Denna typ av elektrod används inte i föreliggande uppfinning men utgör en väsentlig del av känd teknik.

Hålelektrod (2) avser ett elektrodsystem genom vilka vätskedropparna skall skjutas.

Hålektroden skall spänningsättas till en avsevärd spänning med hjälp av en DC- spänningskälla som är ansluten till hàlelektroden. Syftet med arrangemanget är att ladda upp vätskedropparna som skjuts ut ur dysan via induktionseffekten.

Hålelektroden utgörs i princip av en struktur tillverkad av ett elektrisk ledande material som är försett med ett eller flera hål av tillräcklig diameter för att släppa igenom en uppladdad vattendroppe. 10 15 20 25 30 35 536 557 lnsamlarelektrod (3) är ett elektrodsystem som i en utföringsform är anordnat vid ytterkanten av kammaren, bortanför hålelektroden sett från fluidmatningsorganet. Ett annat katodarrangemang återges i en utföringsform som schematiskt visas i figur 5.

En lnsamlarelektrod är en katodplatta avsedd att ta emot uppladdade vätskedroppar.

Katodplattan eller insamlarelektroden är vidare avsedd att kopplas till en elektrisk last med en impedans z. Benämningen lnsamlarelektrod används för att belysa att dess funktion är att fånga upp laddade fluiddroppar som först skjutits ut från fluidmatningsorganet för att sedan laddas upp och accelereras mot insamlarelektroden där de samlas in. I en föredragen utföringsform utgörs insamlarelektroden av en flytande katodplatta, det vill säga, en katodplatta med en potential som beror både av den insamlade laddningen på plattan och också på bakgrundsfältet, det vill säga spänningen på hålelektroden. I utföringsformer av denna uppfinning som beskrivs i det som följer har insamlarelektroden motsatt polaritet jämfört med hålelektroden.

Med hänvisning till figur (3) beskrivs nu en möjlig elektrodkonfiguration enligt uppfinningen. I kammaren (1) är vid ena änden en nålformad dysa (4) anordnad.

Dysan har en längd, en radie och är vidare jordad. Dysan är ansluten till en vätskebehållare, ej visad i figuren, och är anordnad för att ta vatten från vätskebehållaren och skjuta ut vattendroppar i kammaren med hög hastighet. På ett visst avstånd från dysan är en hålelektrod (2) anordnad. Hålelektroden är försedd med ett hål anordnat direkt i linje med munstycket i dysan. Syftet med hålet är att det skall släppa igenom vattendropparna utskjutna från dysan. Hålelektroden är spänningssatt till en hög spänning med hjälp av en DC-spänningskälla. Bredvid hålelektroden, mot änden av kammaren, är en lnsamlarelektrod (3) anordnad. Denna lnsamlarelektrod är en så kallad elektriskt flytande elektrod. Med detta avses att insamlarelektroden antar en potential som beror av den laddning som finns på elektroden men även av omgivande fältfördelning. lnsamlarelektroden uppvisar till skillnad från hålelektroden inget hål. Insamlarelektroden är vidare ansluten till en elektrisk last och till den jordade dysan. På detta sätt skapas en sluten elektrisk krets mellan dysa, lnsamlarelektrod och last.

Vid användning av en anordning enligt figur 3 kommer följande att ske: 10 15 20 25 30 35 536 557 En vätskemängd, vätskan kan lämpligen vara vatten, tas från behållaren och leds via dysan in i kammaren. Vattenmängden kommer att delas upp i vattendroppar vilka med hög hastighet skjuts in i kammaren. Om hålelektroden nu givits en positiv spänning kommer vattendropparna, genom elektrostatisk induktion, att erhålla en negativ laddning då de lämnar dysan. Den resulterande kraften på dropparna när de skjuts ut ur dysan kommer därför att vara väldigt stor i riktning mot hålelektroden.

Detta då krafterna som skjuter ut dropparna och den elektriska kraften på dropparna från hålelektroden ligger i samma riktning. I figuren har detta symboliserats med en pil. I och med detta ges vattendropparna en ännu högre hastighet då de lämnar dysan en vore fallet om det ej förelåg något elektriskt fall.

Då dropparna färdats i området mellan dysa och hálelektrod kommer de, då de närmar sig hålet i hålelektroden, att böjas av mot kanten på hålet. I och med att de ges en avsevärd hastighet då de skjuts ut ur munstycket kommer de dock inte att hinna böja av allt för mycket utan kommer att passera hålet. Avståndet mellan munstyckets mynning och hålet i hålelektroden får följaktligen inte heller vara för stort för att undvika att dropparna fångas upp av hålelektroden och istället tillåts passera genom hålet.

En annan fördel med att ha ett kort avstånd är att spänningen på hålelektroden inte behöver vara så hög för att erhålla en atomisering och uppladdning av fluiden.

Då väl dropparna passerat hålet i hålelektroden kommer de att uppleva ett elektriskt fält som är motriktat fältet på motsatt sida av hålelektroden. Detta medför att vattendropparna bromsas upp. I figuren har detta symboliserats med två olika pilar.

Genom att kalibrera utskjutningshastigheten hos vattendropparna och spänningen över hålelektroden är det möjligt att tillse att alla vattendroppar som skjuts ut ur dysan färdas hela vägen mellan hålelektroden och insamlarelektroden för att falla in på den senare.

När dropparna slår in på insamlarelektroden kommer de automatiskt att deponera sin laddning på insamlarelektroden och sedan rinna av densamma. Detta leder till att insamlarelektrodens laddning byggs upp ju fler droppar som faller in på den. Den laddning som byggs upp på insamlarelektroden kan sedan utvinnas genom att koppla insamlarelektroden till en last via en koppling till den jordade dysan. Detta skapar en sluten krets där elektrisk energi kan utvinnas ur den mekaniska energin från vattendropparnas rörelse. 10 15 20 25 30 35 536 557 Det huvudsakliga faktum som måste beaktas då man avser att omvandla en vätskas rörelseenergi till elektrisk energi enligt föreliggande uppfinning är att vätskan måste vara uppladdad och atomiserad. Uppfinningen fungerar inte med en kontinuerlig och neutral vätska. Så den huvudsakliga problemställningen är att erhålla en uppladdning av en vätska i rörelse. Vi skall i det som följer ge nägra exempel på hur man rent fysikaliskt kan ladda upp en vätska i rörelse.

Ett möjligt sätt är att låta vätskan strömma genom en perforerad och spänningssatt hålelektrod som givits ett tillräckligt högt elektriskt fält i varje hålighet för att därmed skapa en så kallad koronaurladdning. Koronaurladdningen kommer att deponera en del av den emitterade laddningen på den genom hålen i elektroden strömmande vätskan. Detta är ett alternativt sätt att ladda upp en vätska. För att erhålla en effektiv uppladdning av vätskan krävs det en effektiv koronaurladdning. Enligt Lord Kelvins anordning sker uppladdningen av vätskan istället genom polarisation av vätskedroppar genom induktionseffekten. Om man skulle använda en fritt strömmande vätska skulle denna anordning inte fungera då induktionseffekten inte kommer att ladda upp vätskan. Lord Kelvins anordning bygger följaktligen helt och hållet på induktionseffekten.

Det finns även möjligheter att utvinna energi ur en kontinuerligt strömmande vätska i ett elektriskt bakgrundsfält. Det krävs dock en extremt hög strömningshastighet hos vätskan så att konvektionsströmmen hos vätskan är större än ledningsströmmen. I annat fall erhålls en nettoström genom vätskan som laddar ur elektrodsystemet.

I och med att anordningen enligt uppfinningen nyttjar droppar av vatten (eller av någon annan lämplig fluid) övervinns problemen med de höga hastigheterna som krävs för en vätskeström. I jämförelse med Lord Kelvins anordning ger en anordning enligt uppfinningen även en möjlighet att välja grad av polarisation hos vattendropparna och därmed mängden laddning. Detta sker genom att det externa fältet som läggs över hålelektroden kan varieras. Ju högre spänning som uppvisas över hålelektroden desto högre blir graden uppladdning av dropparna. Därmed kan man plocka ut högre effekt i slutändan.

Innan fler utföringsformer ges kommer här kortfattat att beskrivas en EHD-generator enligt känd teknik. Vi hänvisar till figur 2 som visar en skiss för en principiell EHD- uppställning. Uppställningen består av en nålformad elektrod, en jordad attraherande 10 15 20 25 30 35 536 557 ringelektrod vid dysans smalaste område , och en insamlarelektrod. Alla dessa delar är placerade längs med ett isolerande rörsystem (här en delavaldysa). Högspänning läggs på mellan den nålformade elektroden och den attraherande ringelektroden för att därmed skapa en koronaurladdning från nålelektroden vilket frigör fria elektroner.

Dessa elektroner antas binda till den flödande gasen och driva i riktning mot insamlarelektroden. Formen hos rörsystemet är anordnat för att ge en kylning till den flödande gasen då den passerar det trånga hålet i dysan och kondenseras därmed till vätskepartiklar (aerosoler). Dessa vätskepartiklar kommer sedan att laddas upp genom att de kolliderar med de laddade gaspartiklarna och därefter kommer de att driva med i bakgrundsflödet av gas. När gasen och de laddade vätskepartiklarna passerat det trånga hålet låter man de laddade partiklarna röra sig mot ett bromsande elektriskt fält tills det att de når fram till insamlarelektroden där de deponerar laddningen. Verkningsgraden hos en EHD enligt ovan har uppskattats till maximalt 10,8%. I verkligheten når man dock aldrig upp till detta mått utan vanligtvis är verkningsgraden i storleksordning 2% (för en effekt på 400 W och ett övertryck på 30 bar). De huvudsakliga orsakerna till förluster är den elektriska hållfastheten hos elektrodsystemet och att laddningsöverföringen mellan koronaelektroden och vätskepartiklarna är långt från optimal. Det sistnämnda på grund av att de fria elektroner som skapas vid koronaurladdningen inte täcker så stor volym utan snarare är lokaliserade runt koronaelektroden. En annan begränsande faktor är att det krävs energi för att omvandla den drivande gasen (specifikt, vattenånga) till vätskepartiklar. Denna energiförlust medför en minskning av systemets tillgängliga kinetiska energi. Ytterligare en reducering av den kinetiska energin i systemet följer av att det är gaspartiklarnas kollisioner med aerosolerna som skapar drivkraften hos desamma. Denna kraftöverföring minskar systemets tillgängliga rörelseenergi.

Enligt föreliggande uppfinning övervinns flera av de problem som är relaterade till konventionell EHD-teknik. Enligt uppfinningen skjuts vätskedroppar ut från en dysa via en externt anordnad tryckkraft. I och med att vätska skjuts iväg och att gas ej används kommer man automatiskt att erhålla en högre densitet hos det flödande mediet. Detta leder till en högre energidensitet och att de energiförluster som uppkommer på grund av fasomvandlingar försvinner. Då flödet av vätskepartiklar i kammaren enligt föreliggande uppfinning också styrs av det externa trycket kommer systemet inte heller att ge några större energiförluster på grund av kollisioner mellan den drivande gasen och aerosolerna. 10 15 20 25 30 35 536 557 Enligt uppfinningen laddas vätskedropparna upp via elektrisk induktion. Detta leder till att varje vattendroppe laddas upp och kan färdas genom systemet för att deponera sin laddning på insamlarelektroden. Detta skiljer sig från konventionell EHD-teknik med koronaurladdning där den huvudsakliga uppladdningen sker hos de aeorosoler som befinner sig i direkt närhet av koronaurladdningen. Vidare kan man enligt föreliggande uppfinningen även styra graden av uppladdning genom att variera den spänning som påläggs mellan munstycket eller dysan och hålelektroden.

Laddningsöverföringen enligt uppfinningen är inte heller tidsberoende vilket är fallet med koronaurladdningsberoende anordningar. Detta leder till en i stort sett momentan laddningsöverföring som ger en kontinuerlig laddningsdeponering hos insamlarelektroden.

Enligt både den konventionella EHD-tekniken och tekniken enligt föreliggande uppfinning sker det en acceleration av de uppladdade dropparna i mellanrummet mellan hål och platta. Vidare ligger det på andra sidan av hålet även där en plattelektrod som skapar ett fält där dropparna kan bromsas upp. För att inte insamlarelektroden skall ges alltför hög laddning och därmed skapa ett så stort fält att dropparna böjs av måste hastighetsfördelningen hos de inkommande vattenpartiklarna ligga inom ett snävt intervall. Föreliggande uppfinning tillhandahåller en anordning med just dessa möjligheter. EHD enligt känd teknik ger i stället ganska fluktuerande hastigheter som beror av att området för fasomvandlingar är ganska långsträckt i en delavaldysa. Därmed blir det svårt för en anordning enligt känd teknik att välja en potential som inte böjer av partiklarna innan dessa träffar insamlarelektroden.

Ytterligare en konstruktion av en EHD-generator återfinns i US Patent nr, 4677326, uppfinnare Alvin Marks. Denna anordning bygger på att man utvinner energi från rörelsen hos aerosoler genom att utnyttja en vindkraft som driver aerosolerna i ett bakgrundsfält. Uppladdningen av aerosolerna sker genom att de tillåts passera genom nålformade dysor och en spänningssatt perforerad anod. Vindflödet passerar genom perforeringarna i samma elektrodsystem som aerosolerna skjuts ut från. En konstruktion enligt US Patent nr, 4677326 blir tämligen stor på grund av de stora avstånd som krävs mellan hålelektrod och insamlarelektrod för att det skall vara möjligt att effektivt utnyttja vindkraften för att förflytta de uppladdade aeorosolerna förbi hålelektroden och mot insamlarelektroden. Följaktligen möjliggör föreliggande 10 15 20 25 30 35 536 557 uppfinning en förbättrad anordning som genom att nyttja utskjutning av vattendropparna kan göras avsevärt mindre.

Genom att anordningen kan göras så liten jämfört med den kända tekniken tillhandahålles också en möjlighet att konstruera en elektrohydrodynamisk enhet som utgörs av ett stort antal anordningar enligt patentkrav 1. Detta ger möjligheten att mångfaldiga effektuttaget då flera insamlarelektroder kommer att träffas av stort antal vattendroppar. Det kommer att beskrivas några varianter av sådana konstruktioner nedan.

Innan utföringsformer ges kommer nu en uppskattning av olika egenskaper hos en EHD-generator enligt föreliggande uppfinning att ges. Syftet är att ge en uppskattning över den prestanda och de dimensioner som krävs för att anordningen skall fungera. För att maximera värdena hos dimensionerna är experiment nödvändiga. Givet vad som återges i denna ansökan är sådana experiment rutinmässiga och självklara för en fackman inom området.

Först ges en uppskattning av den tillgängliga kinetiska energin och effekten hos vattendropparna. En viktig storhet här är vattendropparnas hastighet i mynningen på fluidmatningsorganet. Ju högre initial hastighet dropparna har desto mer kinetisk energi finns tillgänglig i EHD-systemet. En annan viktig storhet är den elektriskt genererade energin vid inbromsning av de laddade dropparna. Denna storhet beror pà hur effektivt dropparna kan laddas upp och hur effektiv inbromsningen är. Stora droppar kommer att laddas upp mer än små droppar och följaktligen kommer dessa större droppar att kräva synnerligen höga elektriska fält för att bromsas in. Väldigt snabba droppar kommer även dessa att kräva höga elektriska fält för att bromsas in.

Allmänt sett är det inte önskvärt med alltför höga elektriska fält på grund av risken för elektriskt överslag. Därför är en balansering av storheterna vad som efterfrågas för maximal prestanda. Den troligtvis viktigaste parametern i systemet, verkningsgraden, ges av kvoten mellan kinetisk energi och den genererade elektriska energin.

En uppskattning av hur mycket kinetisk energi som finns tillgängligt i en EHD- generator med enbart ett munstycke, se figur 3, kan erhållas som följer.

Allmänt gäller för den kinetiska energin att 10 10 15 20 25 30 536 557 Et = ' <1) Där v är hastigheten och m är massan hos den flödande vätskan. Om nu uttrycket ovan deriveras med avseende på tiden erhålles dE 1 dm m d 1 dm ,=_k=-_-v2+--_(v2)=--_-v2 (2) dt 2 dt 2 dt 2 dt ett uttryck för ändringen av den kinetiska energin, det vill säga en mekanisk effekt, för en konstant flödeshastighet. Vidare gäller också, dm dV ___: ._ 3 dt p dt ( ) där dm/dt är massflödeshastigheten pär densiteten och dV/dt är volymflödeshastigheten (det vill säga, den mängd vätska som passerar en tänkt yta per tidsenhet). Om detta uttryck (3) används i uttryck (2) erhålles ett samband för den mekaniska effekt som är tillgänglig i en EHD enligt följande Pk_@_1 12,2 _ 4 dt 2pdt O Formlerna ovan gör det möjligt att uppskatta tillgänglig kinetisk energi och effekt från en behållare som skjuter ut vätska ur ett rör med radien r och längden l. Vi antar här att hastigheten hos vätskan är densamma som hastigheten hos de droppar som skjuts ut ur röret. Vidare förmodas dessa droppar ha en densitet p, vara sfäriska och ha en storlek (det vill säga, en diameter) som i stort sett motsvarar rörets diameter.

Vi erhåller för en sådan droppe följande massa 47: m=p'V=p'ïr3 Flödeshastigheten v i ekvation (1) ges i det stationära fallet av Poiseuilles ekvation: dV m4 Ap - = __, (6) dt 817 l där n avser viskositeten hos vätskan. Volymflödeshastigheten dV/dt ges i sin tur av dV _- = Av 7 dt ( ) Normalt sett kommer det inte att föreligga ett stationärt flöde i röret varför experiment kan vara nödvändiga för att maximera verkningsgraden. I stället kommer flödeshastigheten att variera längs rörets längd och bero på den exakta geometrin för rörets fäste i behållaren och rörets mynning. Om man bortser från dylika komplikationer kan man, genom att använda Poiseuilles ekvation ovan, erhålla en 11 10 15 20 25 30 35 536 557 approximation på hastigheten för droppar vid mynningen på fluidmatningsorganet. Vi antar i följande numeriska exempel att vi har en vattenbehållare med ett tryck på 5 bar (5x1O5 Pa), löpande från denna behållare är ett rör som mynnar i kammaren genom vilket rör vätska flödar. Vi antar att trycket i kammaren, det vill säga på utsidan av röret, är normalt atmosfärstryck 1 bar. Detta ger en vätsketrycksskillnad på 4 bar. Antag vidare att röret har en radie på 5 mikrometer och en längd på 25 mikrometer och att vätskan som används är vatten. Med viskositeten för vatten 1.O4x1O'3 Ns/mz, kan man ur uttrycken (6) och (7) erhålla v=ïï~50m/s (8) 817 l det vill säga v = 50 m/s. Då flödeshastigheten beror kvadratiskt av rörets radie ser vi att hastigheten blir högre om rörets diameter är större. Dock blir även vattendropparna större vilket inte alltid är önskvärt då det, som nämnts tidigare, krävs väsentliga elektriska fält för att bromsa in stora vattendroppar. Vidare är vätskans hastighet vid mynningen proportionell mot inversen av rörets längd. Detta medför att ett kortare rör ger högre hastighet. Detta är fördelaktigt då ett kortare rör möjliggör en kompaktare EHD-anordning väl lämpad för miniatyrisering. Så för att erhålla lämpliga mätt på en EHD-anordning som skall miniatyriseras bör man kompensera den korta rörlängden med en mindre radie på röret.

Slutligen kan vi numeriskt fastställa kinetiska energin för en droppe med radie 5 mikrometer, ett rör med radie 5 mikrometer och längd 25 mikrometer till Ek = 6.5 -10"1° J. För samma konstruktion blir mekaniska effektenPk = 49-10” W.

Med dessa uppskattningar gjorda skall nu uppskattningar göras för att ge ett mått pà hur mycket av den kinetiska energin som kan omvandlas till elektrisk energi i en anordning enligt föreliggande uppfinning. En viktig parameter i denna uppskattning är graden av laddning som vätskedropparna tar med sig då de lämnar mynningen till fluidmatningsorganet. Mängden laddning kommer att bero av styrkan på det elektriska fältet, elektrodkonfigurationen i kammaren och den exakta geometrin hos dropparna när de lämnar mynningen. I princip är det omöjligt att teoretiskt beräkna fallet beräkningsmetoder och framförallt upprepade försök är nödvändiga för att fastställa den inducerade laddningen för det allmänna varför numeriska optimal medtagen laddning. Dock bör det vara ett rättframt arbete för en fackman att via experiment hitta mer eller mindre optimala verkningsgrader genom att variera fältstyrka, rörgeometrin och elektrodkonfigurationerna. Det kan dock göras en väldigt 12 10 15 20 25 30 536 557 förenklad beräkning som påvisar vilken hastighet en känd laddning får då den accelereras i ett bakgrundsfält mellan en jordad dysa och en hålelektrod med en given positiv potential (D. Mynningshastigheten hos droppen antas vara given av ekvation (8) och den antas starta vid mynningen på fluidmatningsorganet. Vidare antas droppen avsluta sin färd i hålet på hàlelektroden. Vi antar som första approximation att den rör sig rakt fram mot hålet i hålelektroden, det vill såga den har ingen acceleration i någon annan riktning än rakt fram, följaktligen föreligger en endimensionell rörelse längs med axeln för EHD-anordningen.

Genom att utnyttja energins bevarande för den laddade droppen erhålles följande hastighetsekvation: m'v°2=m'Vl2-Q-® (9) 2 2 där v1 är droppens hastighet då den når centrum för hàlelektroden. Utifrån detta kan man uppskatta den potential (DI som krävs för att bromsa en droppe med laddning Q. Genom att anta att startpunkten för droppen år hålelektrodens centrum och slutpunkten är insamlarelektroden och begynnelsehastigheten v1 erhålles följande ekvation: 2 m-v, 2 Genom att lösa ekvation 10 erhåller man att potentialen på insamlarelektroden är =-Q~(<1>1-) (10) negativ, det vill säga den bromsar upp den laddade droppen. Som framgår av ekvationer (9) och (10) är den enda okända variabeln den inducerade laddningen.

Potentialen <1) på hålelektroden är en storhet som bör ansättas på ett sådant sätt att man för givna avstånd mellan dysa och hålelektrod inte erhåller elektriska överslag.

Detta är ett komplext teoretiskt problem som måste itereras fram för varje tänkt elektrodkonfiguration. Man måste därför för varje antagen elektrodkonfiguration applicera en potential på hålelektroden och sedan kontrollera att man inte erhåller ett överslag i systemet med den droppe placerad precis vid mynningen av elektrodröret.

Med en sådan iterativt funnen potential kan man sedan räkna fram den inducerade laddningen Q hos den tänkta droppen. Med det erhållna värdet på den inducerade droppladdningen insatt i ekvation (9) kan man sedan uppskatta hastigheten för droppen i gapet mellan dysa och hålelektrod. Avslutningsvis kan man sedan genom att använda ekvation (10) räkna fram den potential CDI som gör att droppen precis bromsas upp när den når insamlarelektroden. Appliceras denna framräknade potential på insamlarelektroden erhålles ett optimalt inbromsande elektriskt fält. 13 10 15 20 25 30 35 536 557 Ytterligare en utföringsform av en elektrohydrodynamisk generator, utöver den som beskrevs ovan i anslutning till figur 3, kommer nu att beskrivas med hänvisning till figur 4. I figuren innefattar den elektrohydrodynamiska generatorn en hålelektrod (2) försedd med ett antal hål (5). Vidare innefattas en platta försedd med ett antal fluidmatningsorgan (4), här i formen av dysor, där var och en av dessa dysor är försedd med ett munstycke eller mynning inpassad i linje med ett motsvarande hål i hålelektroden. Som i den tidigare beskrivna utföringsformen är avsikten att lägga ett högspänningsfält över hàlelektroden för att ladda upp vattendropparna som skjuts ut från de olika fluidmatningsorganen och låta dessa droppar accelerera genom motsvarande hål i hálelektroden för att falla in på insamlarelektroden och där deponera sin laddning. Även här är insamlarelektroden kopplad till en elektrisk last via en koppling till de elektriskt jordade fluidmatningsorganen. Det fysikaliska som sker i denna utföringsform är detsamma som beskrevs i anslutning till figur 3, den enda skillnaden är att fler vattendroppar kan skjutas ut per tidsenhet. Så på samma sätt som tidigare skapas en sluten krets som kan driva lasten. I denna utföringsform, där ett flertal fluidmatningsorgan används, kan den anordnas för att hämta sin vätska från en gemensam fluidreservoar, men det är även möjligt att var och en av dysorna hämtar vätskan från en egen reservoar. Det förstnämnda är att föredraga om man avser att skapa ett slutet fluidmatningssystem. Det vill säga när vätskan rinner av insamlarelektroden samlas det upp och återförs via en vattenledning till de olika dysorna. Mer om ett sådant slutet system kommer att beskrivas senare. Ännu en utföringsform av en elektrohydrodynamisk generator återges i figur 5. l denna figur är en platta med fluidmatningsorgan som i utföringsformen àtergiven ovan anordnad centralt i mitten av kammaren. Till skillnad från den tidigare utföringsformen är plattan i detta fall försedd med dysor eller mynningar och munstycken på båda sidor av plattan. Det blir därigenom möjligt för fluidmatningsorganet att skjuta vattendroppar åt två håll i kammaren. Följaktligen är kammaren även försedd med två hålelektroder (2, 2') försedda med hål (5, 5') linjärt inpassade med en mynning på en motsvarande dysa på fluidmatningsorganet.

Borlanför var och en av dessa hàlelektroder, mot kammarens ändar är två insamlarelektroder (3, 3") anordnade. Dessa insamlarelektroder är kopplade till en last via det jordade fluidmatningsorganet. Både insamlarelektroderna och hålelektroderna kommer att vara huvudsakligen symmetriskt anordnad runt plattan med fluidmatningsorgan. Det fysikaliska som sker i denna utföringsform är 14 10 15 20 25 30 35 536 557 detsamma som beskrevs i anslutning till figur 3, den enda skillnaden är att fler vattendroppar kan skjutas ut per tidsenhet. Vid användning kommer det därigenom att skapas en sluten krets som kan driva lasten. Det skall noteras att de elektriska lasterna kan vara olika vilket möjliggör att ena delen, till exempel den vänstra delen i kammaren, driver en specifik last emedan den högra driver en annan last. I detta fall skapas två olika slutna kretsar. En utföringsform enligt ovan är idealisk för att miniatyrisera anordningen. En av de markanta fördelarna med en elektrohydrodynamisk generator enligt föreliggande uppfinning är att den så enkelt kan miniatyriseras. Detta möjliggör att ett stort antal droppar kan deponera sin laddning på väldigt kort tid. Detta leder i sin tur till att ett stort energiuttag kan göras per tidsenhetjämfört med den kända tekniken.

En utvidgning av den senaste utföringsformen ger en elektrohydrodynamisk generatorenhet försedd med ett antal fluidmatningsplattor med tillhörande och symmetriskt anordnade hàlelektroder och insamlarelektroder. Tanken år att kammaren skall förses med ett stort antal sådana delsystem för att därmed optimera prestandan då generatorn miniatyriseras. Den uttagna effekten per tidsenhet växer med antalet delsystem.

För att förstå ovan givna utföringsform hänvisas till figur 5 respektive figur 7. I figur 7 återges en variant av ett fluidmatningsorgan lämpat att användas tillsammans med symmetriskt anordnade hàlelektroder (2,2') och insamlarelektroder (3,3), se arrangemang i figur 5.. Fluidmatningsorganet (4) i figuren utgörs av ett ihàligt ark alternativt en ihålig platta eller en rörlikande struktur. Fluidmatningsorganet är förankrat i kammarens väggar och har en sluten ände (4a) och en öppen ände (4b).

Den öppna änden är kopplad till fluidreservoaren (6) via en kanal (21). Vidare är väggarna i arket, plattan eller den rörliknande strukturen försedda med munstycken (9a) respektive (9b) anordnade på varsida av arket eller den rörliknande strukturen och mynnande i kammare (1). Även om figuren återger munstycken som rörliknande dysor som sticker ut från väggen är det även möjligt att enbart använda håligheter i väggen. Munstycken kan vara att föredraga över håligheter då det medför att lägre spänningar krävs över hålelektroderna för att ladda upp vattendropparna.. Vid användning leds nu vatten eller annan lämplig fluid från den trycksatta reservoaren (6) till det ihåliga arket, plattan eller den rörliknande strukturen (4) via kanal (21). l och med att änden (4b) ansluten till kanalen är öppen kommer den trycksatta fluiden in i håligheten med hög hastighet. Då motstående ände (4a) är sluten kommer 15 10 15 20 25 30 35 536 557 fluiden att tryckas ut via munstyckena (9,9') på grund av att trycket i kammaren (1) hålls avsevärt lägre än trycket i reservoar (6). På detta sätt skapas ett fluidmatningsorgan som kan spruta fluid i två separata riktningar i kammaren. Om nu två hålelektroder (2) respektive (2') anordnas på varsin sida av fluidmatningsorganet (4) kan munstyckena 9 respektive 9' skjuta ut fluiddroppar mot varsin hålelektrod.

Om vidare två insamlarelektroder är anordnade utanför motsvarande hålelektroder, sett från fluidmatningsorganet, kommer dessa att matas med droppar uppladdade av respektive hålelektrod. Vilka i sin tur deponerar sin laddning på sin avsedda insamlarelektrod. Därmed matar ett och samma fluidmatningsorgan två separata hål- insamlar-elektrodarrangemang, vilket dubblerar effektuttaget per tidsenhet. För att denna utföringsform skall fungera krävs det att det föreligger en tryckskillnad mellan fluidreservoaren eller kanalen 21 som leder vätska till fluidmatningsorganet och kammare(1). Ett sätt att säkerställa detta är att reservoaren eller kanalen har ett övertryck emedan kammaren (1) ligger vid atmosfärstryck. Genom att låta kammaren uppvisa en öppning mot omgivningen kan det tillses att kammaren alltid ligger vid atmosfärstryck. Övertrycket i reservoaren eller kanalen kan säkerställas medelst en externt ansluten pump. Alternativt kan självklart externa pumpar anslutas till både reservoaren/kanalen och kammaren.

När det gäller konstruktionen av den elektrohydrodynamiska generatorn, är det möjligt att fästa hålelektroder, fluidmatningorgan och insamlarelektroder i kammarens väggar så att de löper längs hela kammarens höjdled. Detta kräver en fastmontering av de ingående komponenterna och i fallet med miniatyrisering, där vi talar om enheter i storleksordning millimeter och mindre, blir detta komplicerat.

Alternativet är att vid miniatyriseringar av komponenterna i stället etsa ut komponenterna ur ett materialstycke. Därmed kommer alla delar att sitta samman, hålelektroder och insamlarelektroder utgör därmed materialark som ej etsats bort.

Fluidmatningsaorganet kommer att utgöras av en ihålig och arkliknande struktur som är försedd med håligheter eller utetsade munstycken i väggarna. Genom dessa håligheter eller munstycken kommer den trycksatta fluiden att pressas ut vid användning. Detta tillverkningssätt är väldigt praktiskt då man använder hålelektroder med många hål och fluidmatningsorgan med många munstycken.

Vidare är tillverkningsmetoden även väl lämpad då man skall tillverka ett antal enheter i rad. Man etsar då helt enkelt ut så många enheter som behövs i samma materialstycke. Dà materialet är avsett att leda elektricitet bör materialet antingen själv vara ledande, alternativt vara belagt med ett ledande material på de avsnitt där 16 10 15 20 25 30 35 536 557 spänning skall läggas och strömmar gå. Exempelvis kopparplätering av relevanta avsnitt är tillräckligt för att uppnå detta syfte.

Med hänvisning till figur 6 beskrivs i det som följer nedan en elektrohydrodynamisk anordning med ett slutet fluidsystem. Fördelen med ett slutet fluidsystem är att reservoaren kan inkorporeras i anordningen och att det därför inte krävs någon frekvent påfyllning av vätska i reservoaren. Genom att den vätska som laddats upp och deponerat sin laddning leds tillbaka till fluidmatningsorganet kan samma vätska användas gång på gång. I figur 6 ser vi en reservoar (6) delvis fylld med en fluid/trycksatt luft. Genom att bara delar av reservoaren är fylld med vätska kan resten fyllas ut av trycksatt luft. Reservoaren är vidare försedd med en ventil vid dess undre kant. Detta är en styrventil som kan anordnas för att reglera den tidpunkt och den mängd vatten som skall släppas ut från luft-vätsketanken. Ansluten till ventilen löper en kanal (21) genom vilken vätskan matas från luft-vätsketanken till munstycket eller munstyckena i fluidmatningsorganet. Dessa munstycken är ej återgivna i figuren utan representeras av kammaren (1), i vilken de är anordnade.

Figuren återger även EHD-generatorns kammare (1) i genomskärning. Lufttrycket i generatorkammaren är avsevärt lägre än lufttrycket i luft-vätskekammaren. Med fördel ligger trycket omkring normalt atmosfärstryck. För att erhålla atmosfärstryck kan kammaren vara försedd med en öppning mot omgivningen. Alternativt kopplas kammare (1) och reservoar (6) eller kanal (21) till externa pumpar som tillser att det föreligger en tryckskillnad. Hur detta àstadkommes är inte väsentligt för funktionen, då det generatorkammaren är tillräckligt stor för att vätskan skall nå den efterfrågade relevanta är att tryckskillnaden mellan luft-vätskereservoaren och hastigheten. Då vätskan som skjuts in i kammaren och deponeras på insamlarelektroden rinner av densamma samlas vätskan upp i generatorkammarens nedre del. Från Kammarens nedre del löper det därför ytterligare en kanal, en återledningskanal (22) där vätskan är avsedd att rinna ut. Denna återledningskanal (22) är sedan inkopplad till kanalen (21). Därigenom kommer vätskan på grund av den stora tryckskillnaden mellan kanal (21) och kanal (22) att återföras till kanal (21) och därmed åter kunna skjutas in i generatorkammaren. Initialt, när vätskan släpps på från luft-vätskereservoaren, kan det vara nödvändigt att kanal (22) innehåller direkt till kan man förse vätskan från (22). återledningskanal (22) med en ventil som enbart tillåter vätskeflöde i en riktning. Det vätska för att säkerställa att reservoaren går generatorkammaren och inte in i kanal Alternativt vill säga, i riktningen från återledningskanal (22) till kanal (21 ). Därmed har systemet 17 10 15 20 25 30 35 536 557 försetts med ett näst intill slutet fluidmatningssystem där samma mängd vätska kan laddas upp upprepade gånger. Detta system kan användas för alla de utföringsformer som beskrivits ovan. Speciellt är det lämpat att användas för det miniatyriserade systemet där komponenterna är etsade ur ett materialstycke. Genom att använda detta system är den enda insatsen som behöver göras under processens gång en trycksättning av luft-vätskereservoaren. Självklart är det även möjligt att förse ett sådant slutet system med en pump varvid vätskan som rinner ut ur generatorkammaren pumpas tillbaka till kanal (21). Normalt vore att tillse att kanal (21) återledningskanalen (22). kontinuerligt ges ett övertryck relativt både generatorkammaren och Ett alternativ till ovan beskrivna slutna fluidmatningssystem utgörs av en reservoar som enbart innehåller trycksatt luft. Det vill säga det ingår ingen fluid överhuvudtaget i behållaren. Syftet är att den trycksatta luften eller gasen enbart skall användas för att trycksätta kanalen mellan generatorn och reservoaren. Initialt, vid igångsättning av anordningen skall kanal (22) vara försedd med vätska. När ventilen mellan kanal (21) och reservoaren öppnas kommer luft med högt tryck att lämna reservoaren.

Denna luftrörelse kommer att dra med sig vätskemängder från kanalen som sedan kan skjutas in genom fluidmatningsorganet. När de laddade vätskedropparna sedan rinner av insamlarelektroden kommer de att rinna ut i kanal (22) för att sedan skjutas iväg igen nästa gång ventilen i reservoaren öppnas. På detta sätt kan man genom att styra att reservoarens ventil öppnas periodiskt i tiden säkerställa att samma vätskemängd kan användas många gånger. I denna utföringsform liksom i de tidigare kan det vara att föredraga om alla ventiler är backventiler som enbart tillåter rörelse i en riktning.

Med hänvisning till figurer 8 och 9 kommer nu en mer detaljerad beskrivning ges av två olika utföringsformer vilka etsats ur ett materialstycke och vilka matas med ett gemensamt fluidmatningssystem som utnyttjar återanvändning av vätskan.

I figur 8 återges en utföringsform med en uppsättning EHD-enheter enligt patentkrav 2, anordnade sida vid sida. Det är rimligt att alla ingående fluidmatningsorgan, håleelektroder och insamlarelektroder är etsade ur ett materialstycke. Nämnda materialstycke har en rand som givits beteckningen (1), vilket motsvarar kammaren i tidigare beskrivna utföringsformer. Enligt figuren återges vidare tre enheter där var och en av dessa enheter utgörs av en fluidmatningsorgan (4), en hålelektrod (2) och 18 10 15 20 25 30 35 536 557 en insamlarelektrod (3). Kammaren är i dess övre ände ansluten till en kanal (21) som tillför vatten eller fluid till enheten från reservoar (6). Som återges i figuren består den i figuren övre änden av kammaren av tre öppningar som motsvarar ände 4b i figur 7. Det vill säga de är inloppet för vatten eller fluid i fluidmatningsorganet.

Fluidmatningsorganet är i denna figur försett med två munstycken (9) som är inriktade mot två motstäende hål anordnade hålelektroden (2). Bortanför hålelektroden, sett från fluidmatningsorganets position är insamlarelektroden (3) anordnad. Vid användning tas nu fluid från den trycksatta reservoaren (6) och leds via kanal (21) in i var och en av de öppna ändarna (4b) i fluidmatningsorganet (4). I och med att den nedre änden (4a) i fluidmatningsorganet är sluten, vilket återges i figur 7, kommer det inmatade vattnet att ta vägen genom munstyckena (9), atomiseras via fältet i kammaren och skjutas ut i det öppna mellanrummet i kammaren mellan fluidmatningsorganet (4) och hälelektrod (2). Därefter tar dropparna vägen genom hålet i hålektroden för att slutligen deponera sin laddning på insamlarelektroden (3). Efter att vattendropparna deponerat sin laddning på insamlarelektroderna (3) kommer vattnet på grund av tyngdkraften att rinna av insamlarelektroden. Som framgår av figur 8 är det undre avsnittet (11) av området mellan hälelektrod och insamlarelektrod öppet. Detta för att vattnet skall rinna ned från elektroden och samlas upp i en kanal (21) anordnad på undersidan av kammaren. Denna kanal motsvarar återledningskanalen (22) beskriven i samband med figur 6. Följaktligen leds vattnet därefter tillbaka till kanal (21) för att ånyo användas för att förse fluidmatningsorganet (4) med vatten. Då denna figur återger tre stycken fluidmatningsorgan och tre insamlarelektroder är den övre kanten på kammaren (1) försedd med tre håligheter motsvarande öppningarna till fluidmatningsorganen emedan den undre kanten i figuren är försedd med tre öppningar som motsvaras av avståndet mellan hålelektroderna och insamlarelektroderna. Detta är en möjlighet att anordna ett flertal enheter enligt uppfinningen i linje för att skapa en EHD-generator med hög effektivitet per tidsenhet.

En annan utföringsform ges av figur 9. Denna utföringsform påminner i allt väsentligt om den given ovan i anslutning till figur 8. Det som skiljer sig åt är att fluidmatningsorganet här är försett med munstycken som kan skjuta vätskedroppar åt separata håll i kammaren. Fluidmatningsorganet är beskrivet ovan i anslutning till figur 7. 19 10 15 20 25 30 536 557 För att ge en uppskattning på de storleksordningar som ger goda resultat ges nedan en tabell med en uppsättning effektiva värden på de ingående storheterna. Detta är dock inte de enda möjliga värdena utan ger enbart en uppskattning över värdena i en effektiv dimensionering. För att optimera effekten hos anordningen krävs det exakta experiment där man kan utgå från approximationerna givna ovan och sedan finkalibrera uppställningen. Detta utgör traditionell experimentverksamhet inom teknikomràdet och är rättframt för en fackman. Dock ger vi nedan ett exempel på en parameterfamilj som kan användas. Dessa parametrar är enbart exempelgivna. Då parametrarna har ett inbördes beroende som är synnerligen komplext kan det vara nödvändigt att genomföra experiment om man avser att förändra parametrarna och optimera driften. De i tabellen givna värdena på parametrar är ett exempel som leder till dropphastigheter som leder till ett acceptabelt effektuttag från anordningen.

Tabell 1 Rördiameter Rörlängd Enheter/ark Antal ark (1 ark=1 kvadratmeter /kubikmeter 10|.1m 25|Jm 400 miljoner 56 Spänning Spänning Resistans last Elektrisk hálelektrod katod effekt 100V 53 kV 26Q 110 MW I tabellen ovan avses ett fluidtryck på 5 bar över givna rördimensioner, vilket ger en hastighet pà dropparna kring 50 meter per sekund. Vidare avser rördiametern diametern på röret alternativt munstycket i fluidmatningsorganet. Rörlängden avser längden på det rör eller den kanal som leder till munstycket i fluidmatningsorganet.

Enheter/ark avser det antal enheter av den elektrohydrodynamiska generatorn som används i varje ark enligt utföringsformen given ovan. På samma sätt definierar antal ark/kvadratmeter hur många ark som skall användas i den tredimensionella konstruktionen. Spänning hålelektrod och spänning insamlarelektrod avser de spänningar som läggs över hålelektroder och insamlarelektroder. Resistanslast avser resistansen på den last som drivs med hjälp av den elektriska energi som bildas i den elektrohydrodynamiska generatorn. Slutligen anger elektrisk effekt den effekt som kan plockas ur generatorn med dessa specifika parametrar. Som nämnts kräver det komplexa beroendet mellan parametrarna att experiment utförs för att optimera uttaget av elektrisk effekt. 20 10 536 557 Applikationer och användning av en EHD-generator enligt uppfinningen En elektrohydrodynamisk generator enligt föreliggande uppfinning kan användas inom en mängd olika områden. l princip kan den vara ett komplement till alla typer av ström- och spänningskällor som används för att driva en elektrisk last. Exempelvis kan en anordning enligt uppfinningen användas för att generera högspänning. Den tämligen låga spänning som används för att spänningsätta hålelektroderna omvandlas till en utmatad högspänning genom att nyttja omvandlingen av fluidens kinetiska energi till elektrisk energi. Självklart gäller detta även för strömmar.

En applikation som går att förutse är användning av uppfinningen som komplement eller ersättning för dagens turbindrivna teknik. 21

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 536 557 Patentkrav

1. Elektrohydrodynamisk generatorenhet innefattande en kammare (1), nämnda kammare försedd med åtminstone en hàlelektrod (2, 2') med åtminstone ett hål (5, 5'), nämnda hàlelektrod (2, 2') är ansluten till en spänningskälla (10) och är avsedd att generera ett likspänningsfält i kammaren, nämnda kammare är vidare förbunden med åtminstone en reservoar (6) innehållande en vätska såsom vatten, kammaren inbegriper vidare åtminstone en (15). elektrohydrodynamiska generatorenheten kännetecknas av att nämnda insamlarelektrod (3, 3') kopplad till en elektrisk last den reservoar (6) är förbunden till ett i kammaren anordnat elektriskt jordat fluidmatningsorgan (4) försett med åtminstone ett munstycke (9, 9'), inpassat med motsvarande hål (5, 5”) i hàlelektrod (2, 2'), varvid vätska kan ledas från reservoar (6) till fluidmatningsorgan (4) för att via munstycke (9, 9') skjuta droppar av vätskan från reservoaren (6) mot nämnda åtminstone en hàlelektrod (2, 2'), nämnda vätskedroppar avsedda att laddas upp av ett elektriskt likspänningsfält genererat av nämnda åtminstone en spänningsatta hålelektrod (2, 2') och accelereras genom kammaren förbi hålen (5, 5*) i nämnda åtminstone en hàlelektrod (2, 2') och falla in på insamlarelektroden (3, 3') för att där deponera laddning, nämnda insamlarelektrod (3, 3') avsedd att kopplas till en elektrisk last (15) via nämnda fluidmatningsorgan (4) varvid en sluten krets förmögen att driva lasten med de laddningar som deponerats på insamlarelektroden bildas. Elektrohydrodynamisk generatorenhet enligt patentkrav 1, kännetecknad av att den inbegriper, ett elektriskt jordat och till en reservoar (6) anslutet fluidmatningsorgan (4) med ett munstycke (9), en av en spänningskälla (10) spänningssatt hàlelektrod (2) försedd med ett hål (5) inpassat med munstycket på fluidmatningsorganet (4), en insamlarelektrod (3) anordnad bortom hålelektroden (2) och ansluten till en elektrisk last (15) via det jordade fluidmatningsorganet, varvid vätska tagen från reservoaren skjuts ut från munstycket, laddas upp av det elektriska fältet genererat av spänningen över hàlelektrod (2), accelereras genom hålet (5) på hålelektroden för att falla in på insamlarelektroden (3) för att där deponera sin laddning varvid en sluten 22 10 15 20 25 30 35 536 557 krets skapas över den elektriska lasten (15) och det jordade fluidmatningsorganet (4). . Elektrohydrodynamisk generatorenhet enligt patentkrav 1, kännetecknad av att den inbegriper, ett elektriskt jordat och till en reservoar (6) anslutet fluidmatningsorgan (4) med tvà munstycken (9, 9') riktade åt varsitt håll, två från en spänningskälla (10) spänningssatta hàlelektroder (2, 2') försedda med varsitt hål (5, 5') inpassade med varsitt munstycke (9,9') på fluidmatningsorganet (4), två insamlarelektroder (3,3') anordnade bortom motsvarande hålelektrod (2, 2') och var och en anslutna till en elektrisk last (10, 10') via det jordade fluidmatningsorganet, varvid vätska tagen från reservoaren skjuts ut från mynningarna (9, 9'), laddas upp av det elektriska fältet genererat av spänningen över hàlelektroder (2, 2'), och accelereras genom hålen (5, 5') på motsvarande hàlelektroder (2, 2”) för att falla in pà motsvarande insamlarelektrod (3, 3") för att där deponera sin laddning varvid slutna kretsar skapas över den elektriska lasten (15) och det jordade fluidmatningsorganet (4). Elektrohydrodynamisk generatorenhet enligt patentkrav 2, kännetecknad av att nämnda munstycke (9) utgörs av en uppsättning munstycken (9), och att nämnda hål (5) utgörs av en uppsättning hål (5), vart och ett av nämnda hål inpassat med motsvarande munstycke (9) i uppsättningen av munstycken. Elektrohydrodynamisk generatorenhet enligt patentkraven 3, kännetecknad av att nämnda munstycken (9, 9') utgörs av en uppsättning munstycken (9, 9'), och att nämnda hål (5, 5') utgörs av en uppsättning hål (5 5”), vart och ett av nämnda hål (5, 5') inpassat med motsvarande munstycke (9, 9') i uppsättningen av munstycken. Elektrohydrodynamisk generatorenhet enligt något av patentkrav 1 - 5, kännetecknad av att fluidmatningsorganet är försett med en sluten ände (4a) och en öppen ände (4b) för intag av vätska från en trycksatt reservoar (6), vidare är fluidmatningsorganet fast anordnat i kammaren (1) och försett med första och andra munstycken (9, 9'), riktade åt varsitt håll, varvid vätskan vid användning leds in via den öppna änden i fluidmatningsorganet (4) och 23 10 15 20 25 536 557 via tryckskillnaden mellan kammaren och reservoaren forceras ut genom munstyckena (9, 9'). . Elektrohydrodynamisk generatorenhet enligt patentkrav 5 eller 6, kännetecknad av att både hålelektroder (2,2') och insamlarelektroderna (3,3') är anordnade att löpa genom hela kammaren (1) på var sida av fluidmatningsorganet (4), varvid munstyckena (9, 9') anordnade på fluidmatningsorganet (4) är inpassade med håligheterna i motsvarande hålelektrod (2,2'). Elektrohydrodynamisk generatorenhet enligt patentkrav 1-7, kännetecknad av att hålelektroderna (2,2'), insamlarelektroderna (3,3') samt den ihåliga rörstruktur som utgör fluidmatningsanordningen (4) är etsade ur ett homogent materialstycke. Elektrohydrodynamisk generator kännetecknad av att den utgörs av ett antal generatorenheter enligt något av patentkraven 1-7, anordnade sida vid sida. 24