專利名稱：控制流體流動的靜電流體加速器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及產(chǎn)生電暈放電的方法和裝置，具體來說，涉及用于流體加速的方法和裝置，以便利用離子和用于運動的此類電場來提供一流體(尤其是空氣)的速度和動量，以及對這樣的流體的控制。
背景技術(shù)：
許多專利(例如，見授予Siannon等人的美國專利Nos. 4，210, 847和Spurgin的 4，231，766)已經(jīng)認識到這樣的事實電暈放電可用來產(chǎn)生離子和帶電粒子。這樣的方法廣泛地用于靜電除塵器和電風機，如由Chapman&Hal 1(1997)出版的“實用靜電除塵器”一書中所述。電暈放電裝置可在成對的電極(例如，一電暈放電電極和一吸引電極)上施加一高電壓來形成。其中，一高壓電源施加到成對的電極上，由此產(chǎn)生電暈放電。諸電極構(gòu)造和布置成在其中一個電極(稱之為電暈放電電極)附近產(chǎn)生一不均勻的電場，于是，產(chǎn)生一電暈和朝向附近的互補的電極(稱之為收集或吸引電極)的合成的電暈電流。電暈放電電極需要的幾何形通常要求一尖端或鋒口朝向電暈電流流動方向，例如，面向收集或吸引電極。因此，至少電暈放電電極應(yīng)該小或包括尖端或鋒口，以便在電極附近產(chǎn)生需要的電場梯度。電暈放電發(fā)生在相對狹窄的電壓范圍內(nèi)，介于一電暈發(fā)作的下限電壓和一較高的擊穿(或火花)電壓之間。在電暈開始電壓以下，沒有離子從電暈放電電極中發(fā)射，因此， 沒有產(chǎn)生空氣的加速。另一方面，如果施加的電壓接近介電擊穿或電火花電平，則可造成火花和電弧，其中斷電暈放電過程和形成不愉快的電弧聲音。因此，一般有利的是，在這些值之間保持高電壓，具體來說，接近但略微低于火花電平，這樣，流體加速是最有效的。有許多專利著力于解決靜電裝置中產(chǎn)生火花的問題。例如，Baker的美國專利 No. 4，061，961描述了一用來控制兩級靜電除塵器電源的工作循環(huán)的電路。該電路包括一與電源變壓器的初級繞組串聯(lián)連接的開關(guān)器件以及一可工作來控制開關(guān)器件的電路。設(shè)置一適于監(jiān)控電源變壓器的初級繞組中電流的電容性網(wǎng)絡(luò)來操作該控制電路。在正常的工作工況下，即，當電源變壓器的初級繞組中的電流在標稱的限制內(nèi)時，電容性網(wǎng)絡(luò)操作該控制電路，以允許電流流過電源變壓器的初級繞組。然而，一檢測到與起弧產(chǎn)生的高的瞬時電壓相關(guān)的增加的初級電流，電弧發(fā)生在除塵器的部件之間并由電源變壓器的次級繞組反映到電源變壓器的初級繞組，此時，電容性網(wǎng)絡(luò)操作該控制電路。與此相呼應(yīng)，控制電路致使開關(guān)器件抑制電流流過變壓器的初級繞組，直到與高的瞬時電壓相關(guān)的起弧工況被壓制或其它方式抑制。在高瞬時電壓終止之后的一定時間間隔后，開關(guān)器件對初級繞組自動地重新建立起電源，由此，恢復(fù)靜電除塵器電源的正常工作。Baker等人的美國專利No. 4，156，885描述了一用于靜電除塵器電源的自動電流過載保護電路，其在檢測到一持續(xù)的過載之后進行工作。Weber的美國專利No. 4，335，414描述了一用于靜電除塵器空氣清潔器電源的自動電子恢復(fù)電流切斷。一保護電路利用一鐵諧振變壓器來保護電源，所述變壓器具有一初級電源繞組、一提供相對高電壓的次級繞組以及一提供相對低電壓的第三繞組。在離子發(fā)生器或集電器單元中如果發(fā)生過載，則保護電路通過檢測來自高電壓的一電壓并將檢測到的電壓與固定參考值比較，以此操作保護電路來抑制電源的工作。當檢測電壓下跌到低于一預(yù)定值時，通過變壓器初級的電流被抑制一預(yù)定的時間。電流自動地恢復(fù)，而電路將循環(huán)地致使電源關(guān)閉，直到故障被清除為止。參考電壓取自第三繞組電壓，導致提高電路的靈敏度縮短過載工況的時間。如現(xiàn)有技術(shù)所認識的，任何高電壓的施加會呈現(xiàn)放電的危險。對于某些應(yīng)用放電是理想的。對許多其它高電壓的應(yīng)用，電火花是一應(yīng)該避免或防止的不理想的事情。在高電壓保持到接近一火花電平(即，介電擊穿電壓)的應(yīng)用中，這種情況尤其如此。例如，靜電除塵器以可能的最高壓電平工作，這樣，不可避免地產(chǎn)生電火花。靜電除塵器通常保持火花發(fā)生率在每分鐘50-100次。當一火花發(fā)生時，電源輸出通常跌到零伏，僅在經(jīng)過稱為“電離時間”的預(yù)定時間段之后，才恢復(fù)工作，在所述的“電離時間”過程中，空氣放電并重新建立火花前電阻。每一火花事件降低高電壓裝置的總效率，并且是電極變劣和老化的主要原因之一?；鸹ǖ漠a(chǎn)生還形成一種在許多環(huán)境和相關(guān)的應(yīng)用中不能接受的不愉快的聲音，例如，家庭使用的靜電空氣加速器、過濾器和各種用具。除了由火花產(chǎn)生的不希望的噪音之外，其它的無效也煩擾現(xiàn)有技術(shù)。例如，成對的電暈放電和吸引電極應(yīng)該構(gòu)造和布置成產(chǎn)生一非均勻的電場，至少一個電極，即，電暈放電電極，通常是相對小和/或包括尖端或鋒口，以便在電極附近提供一合適的電場梯度。有好幾種已知的結(jié)構(gòu)用來在電極之間施加電壓，以便為離子的產(chǎn)生有效地發(fā)生需要的電場。Lee 的美國專利No. 4，789，801和Taylor等人的專利Nos. 6，152，146描述了施加一脈沖電壓波形橫貫成對電極，該波形具有10%和100%之間的工作循環(huán)。這些專利描述了通過生成的電暈放電裝置，與穩(wěn)態(tài)的D. C.電源的應(yīng)用相比，這樣的電壓發(fā)生減小了臭氧的發(fā)生。不管為減小臭氧發(fā)生的該種電壓發(fā)生的實際利益如何，通過使用小于100%的工作循環(huán)顯著地減小空氣流的發(fā)生，而合成的脈動的空氣流被認為是不愉快的。Sherman等人的美國專利No. 6，200, 539描述了使用高頻的高壓電源來產(chǎn)生頻率約20kHz的交變電壓。這樣的高頻高電壓產(chǎn)生要求一大量的相當昂貴的電源，這樣的電源通常招致高的能量損失。Weinberg的美國專利No. 5，814，135描述了一種高壓電源，它產(chǎn)生非常窄(即，陡、短的持續(xù)時間)的電壓脈沖。這樣的電壓發(fā)生可產(chǎn)生僅相對小量和小比率的空氣流，且不適于高的空氣流的加速或運動。
Lee 的美國專利 No. 4，789，80Uffeinberg 的 5，667，564,Taylor 等人的 6，176，977 和Mkakihra等人的4，643，745還描述了空氣運動裝置，它們使用一靜電場來加速空氣。 在這些裝置中達到的空氣速度非常低，對于商業(yè)的或工業(yè)的應(yīng)用并不實用。Edwards的美國專利Nos. 3，699，387和3，751，715描述了使用接連放置的多級靜電空氣加速器(EFA)來提高空氣的流動。這些裝置使用一導電網(wǎng)作為吸引(收集)電極， 該網(wǎng)分離附近的電暈電極。網(wǎng)呈現(xiàn)一相當大的空氣阻力和減緩空氣流動，由此，阻止EFA達到要求的較高的流率。遺憾的是，這些裝置沒有能夠產(chǎn)生商業(yè)上可行的氣流量。提供多級傳統(tǒng)的空氣運動裝置本身不能提供一答案。例如，接連放置的五個串連級的靜電流體加速器僅比單獨一級的加速器多供應(yīng)17%的氣流。例如，參見Spurgin的美國專利No. 4，231，766。同樣地， 電極相對于彼此變化相對位置，對EFA的性能和流體速度僅提供有限的改進。例如，美國專利No. 4，812，711報告了產(chǎn)生僅0. 5m/s的空氣速度，遠低于商用風扇和鼓風機可望達到和可提供的速度。因此，需要有一實用的靜電流體加速器，其能產(chǎn)生商用上有用的流率，同時，將諸如火花之類的不希望的和寄生的效應(yīng)減到最小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括涉及離子發(fā)生裝置和過程的諸特征，以提供高效率、高輸出，以及減少或消除諸如減少的火花和臭氧發(fā)生之類的寄生效應(yīng)。業(yè)已發(fā)現(xiàn)火花開始電壓電平即使對相同組的電極也不具有一恒定值。火花是不能有把握預(yù)言的突發(fā)事件。電火花的發(fā)生通常是一可由多種原因造成的不可預(yù)測的事件，如果不是全部如此，則許多情形是瞬時的情況。火花的開始趨于隨諸如濕度、溫度、沾污等的流體(即，介電的)條件而變化。對于同一組電極，火花電壓可具有大至10%或以上的開始裕度的變化。本行業(yè)中已知的高電壓應(yīng)用和裝置通常處理僅在火花發(fā)生以后的火花。如果要避免所有火花，則工作電壓必須保持在相對低的電平。必要減小的電壓電平降低了空氣的流率，也降低諸如靜電流體加速器和除塵器之類的相關(guān)裝置的裝置性能。如上所指出的，現(xiàn)有技術(shù)和裝置僅處理火花開始之后的火花事件；還沒有商業(yè)上實用的技術(shù)方案來阻止火花的發(fā)生。提供一動態(tài)機構(gòu)來避免火花發(fā)生(而不是僅熄滅一現(xiàn)存的電弧)，同時，將電壓電平保持在火花可能產(chǎn)生的范圍之內(nèi)，這將導致一更加有效的裝置工作，同時，避免伴隨火花發(fā)生的電弧聲音。本發(fā)明的一個特征是為諸如(但不限于)電暈放電系統(tǒng)之類的裝置提供高電壓的發(fā)生。本發(fā)明提供在全部的介電擊穿和火花放電之前的一定時間內(nèi)探測火花的開始。使用 “無慣性的”高壓電源，本發(fā)明的一特征可控制與火花相關(guān)的電氣放電。因此，實際的做法是，使用這樣一高壓電平，其大致上更靠近火花開始電平，同時又防止火花發(fā)生。本發(fā)明的諸多特征和方面還涉及在下面情形中的火花控制，例如，不要求絕對的火花抑制，或甚至可以是不要求的情形。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一火花控制裝置包括高電源和一構(gòu)造來監(jiān)視提供給一負載裝置的電流的參數(shù)的探測器。響應(yīng)于這些參數(shù)來識別火花前的條件。一開關(guān)電路響應(yīng)于火花前的條件的識別，以便控制提供給負載裝置的電流。根據(jù)本發(fā)明的一特征，高壓電源可包括這樣一高壓電源，其構(gòu)造成將一初級電源變換成一高壓功率饋送，以供應(yīng)電流。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，高壓電源可包括一遞升的電源變壓器，而高壓電源包括一交流電(ac)脈沖發(fā)生器，其具有一連接到遞升電源變壓器的初級繞組的輸出。一整流電路連接到遞升電源變壓器的次級繞組，以提供高壓電平的電流。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，高壓電源可包括一具有低慣性輸出電路的高壓電源。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，高壓電源可包括一可工作來監(jiān)視電流的控制電路。響應(yīng)于探測到的火花前的條件，電流的電壓降低到一不引導火花發(fā)生的電平(例如，低于火花的電平)。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，負載電路可連接到高壓電源上，以便響應(yīng)于識別的火花前的條件來有選擇地接受電流的一相當?shù)牟糠帧Ｘ撦d電路可以是一用來耗散電能的電氣裝置(例如，將電能轉(zhuǎn)換成熱能的電阻器)或一用來儲存電能的電氣裝置(例如，電容器或電感器)。負載裝置還可包括某些工作裝置，例如，不同級的電暈放電裝置，其包括多個電極構(gòu)造來接受電流而形成一電暈放電。電暈放電裝置可以是呈靜電空氣加速裝置、靜電空氣清潔器和/或靜電除塵器的形式。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，開關(guān)電路可包括電路，除了由電源供電初級負載裝置之外，所述電路還用來有選擇地向輔助裝置供電。因此，如果探測到一初始的火花，則響應(yīng)于識別到的火花前的條件，將有規(guī)律地供應(yīng)到初級裝置的功率的至少一部分可分流到輔助裝置，由此，降低初級裝置內(nèi)的電壓并避免火花發(fā)生。一個或兩個初級負載裝置可以是靜電空氣處理裝置，其構(gòu)造成在由電暈放電結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的靜電力的影響下加速流體。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，探測器對以下的現(xiàn)象敏感包括電流電平或波形的變化、 電壓電平或波形的變化，或與火花前的條件相關(guān)的磁的、電的或光的事件。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，控制火花的方法可包括對裝置供應(yīng)一高壓電流，并監(jiān)視高壓電流以探測該裝置的火花前的條件。響應(yīng)于火花前的條件來控制高壓電流，以便控制與火花前的條件相關(guān)的火花事件的發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，監(jiān)視的步驟可包括檢測高壓電流中的電流尖峰。根據(jù)本發(fā)明的一特征，供應(yīng)一高壓電流的步驟可包括將一電源從一初級電壓電平變換到一高于初級電壓電平的次級電壓電平。然后，次級電壓電平的電源進行整流而將高壓電流供應(yīng)到裝置。這可包括減小輸出電壓或裝置處的電壓，例如，在一電暈放電的空氣加速器的電暈放電電極上的電壓電平。電壓可減小到不引導火花發(fā)生的電平。控制也可通過安排高壓電流的至少一部分到輔助的負載裝置來實現(xiàn)。可通過將一電阻器切換到供應(yīng)高壓電流的高壓電源的一輸出電路中來實施上述安排。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，附加的步驟包括引導流體到一電暈放電電極，用高壓電流對電暈放電電極通電，產(chǎn)生一電暈放電進入到流體中，并在電暈放電的影響下加速流體。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，靜電流體加速器可包括陣列電暈放電和收集器電極，以及電氣上連接到陣列的高壓電源，以便對電暈放電電極供應(yīng)高壓電流。一探測器可構(gòu)造來監(jiān)視高壓電流的電流電平，并響應(yīng)地識別出火花前的條件。一開關(guān)電路可響應(yīng)于識別的火花前的條件而控制高壓電流。
根據(jù)本發(fā)明的一特征，開關(guān)電路可構(gòu)造成通過響應(yīng)于火花前的條件由高壓電源來抑制高壓電流供應(yīng)到電暈放電電極。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，開關(guān)電路可包括一泄放電阻，其構(gòu)造成響應(yīng)于識別的火花前的條件接受至少一部分高壓電流。業(yè)已發(fā)現(xiàn)電暈放電火花之前先有某種可觀察到的暴露一火花事件即將發(fā)生的電氣事件，并可監(jiān)視來預(yù)言介電擊穿何時即將發(fā)生?；鸹ǖ闹甘绢A(yù)兆可以是一電流的增加，或電暈放電附近的磁場的改變或變化(例如，一遞增)，或在電路或電極環(huán)境內(nèi)的其它可監(jiān)視的情況。尤其是，通過試驗方法已經(jīng)確定，火花事件發(fā)生之前通常先有電暈電流的增加。該電流的增加發(fā)生在火花事件之前的一短時間內(nèi)(即，0.1-1.0毫秒)。電流的增加可以呈一短時間的電流尖峰的形式，其在相關(guān)的電氣放電之前顯現(xiàn)約0. 1-1. 0毫秒(msec)。該電流的增加基本上與電壓變化無關(guān)。為了防止火花事件，必須探測初始的電流尖峰事件，并急劇地將施加到和/或在電暈放電電極的電壓電平下降到火花電平之下。兩種條件應(yīng)該得到滿足，以便能控制這樣的火花。首先，高壓電源應(yīng)能在火花事件發(fā)生之前，即，在從事件探測直到火花事件開始的時間段之內(nèi)，快速地下降輸出電壓。第二， 電暈放電裝置應(yīng)能放電和儲存電能，即，火花前的放電。電暈電流增加和火花之間的時間在0. 1-1. Omsec的量級上。因此，儲存在電暈放電裝置(包括電源和通電的電暈放電電極)內(nèi)的電能應(yīng)能在較短時間，即，在亞毫秒范圍的時間內(nèi)耗散儲存的能量。此外，高壓電源應(yīng)具有“低慣性”特性(即，能夠在其輸出上快速地變化一電壓電平)和中斷電壓發(fā)生的電路，較佳地在亞毫秒或毫秒范圍內(nèi)。這樣一快速電壓下降是實際可行的，這可使用一高頻切換的高壓電源工作，工作范圍在IOOkHz至IMHz 內(nèi)，其具有低的儲存能和快速地下降或關(guān)閉輸出電壓的電路。為了提供這樣的能力，電源應(yīng)該在一“關(guān)閉”周期(即，不連續(xù)高電壓輸出所需要的時間)在高電壓開關(guān)頻率下工作，所述“關(guān)閉”周期小于電暈電流尖峰探測和任何生成的火花事件之間的時間。由于本技術(shù)行業(yè)的技術(shù)狀態(tài)的電源可在高達IMHz的開關(guān)頻率下工作，具體來說，一合適設(shè)計(例如，無慣性)的電源可以在需要的亞毫秒范圍中斷電流的發(fā)生。即，能夠關(guān)閉電源，并將輸出電壓顯著地降低到安全的電平，即，降到遠低于呈火花形式的電氣放電開始的電平之下。 有不同的技術(shù)用來探測在電火花之前的電氣事件。一電流傳感器可用來測量峰值或平均值，或RMA (均方根)，或任何其它輸出電流的數(shù)量或值，以及電流的變化率，即，dl/ dt?；蛘?，可使用一電壓傳感器來探測電源的電壓電平或一 AC分量的電壓電平?？梢杂脕肀O(jiān)視識別即將來臨的火花事件的另一參數(shù)是輸出電壓的下跌，或輸出電壓的交流分量的電壓對時間的一階導數(shù)(即，dV/dt)。還可探測電場或磁場強度或在呈火花形式的電氣放電前的電暈放電內(nèi)的其它變化。這些技術(shù)的一個共同特征在于，電暈電流尖峰的增加不伴隨有輸出電壓的增加或任何顯著的電源波動。 可采用不同的技術(shù)來快速地降低由電源產(chǎn)生的輸出電壓。一較佳的方法是關(guān)閉功率晶體管，或SCR，或電源的任何其它開關(guān)部件，它們形成供應(yīng)給遞升變壓器的初級的脈動的高頻ac電，以便中斷電功率產(chǎn)生的過程。在此情形中，開關(guān)部件變得非工作的，且沒有電功率產(chǎn)生或供應(yīng)到負載上。該方法的缺點在于，積累在電源部件內(nèi)殘余能量，尤其是，在諸如電容器和電感器(包括雜散電容和漏電感)的輸出濾波階段中的能量必須釋放到某些地方去，即，排放到一合適的散能裝置，通常稱之為“接地”。如果沒有某種快速的排放機構(gòu)，則由電源儲存的殘余能量就可能釋放到負載內(nèi)，因此，使輸出電壓下降(即，“跌落”)的速率減慢下來。或者，一較佳的結(jié)構(gòu)和方法在電氣上“短路”磁性部件(變壓器和/或多匝電感器)的初級繞組(即，互連繞組的接線端)，以耗散磁場擊穿所儲存的任何能量，由此確保沒有能量傳輸?shù)截撦d上。其它更基本的方法短路電源的輸出，達到一比較低值的電阻。然而，該電阻應(yīng)比火花電阻高得多，同時，應(yīng)小于待供電的電暈放電裝置的工作電阻，就在火花事件發(fā)生之前的時刻所出現(xiàn)的那樣。例如，如果一高電壓電暈裝置(例如，一靜電流體加速器)就在火花探測之前消耗ImA電流，且在一火花事件過程中(或，其它短路情況)通過一限流裝置(例如，串連的限流電阻)來限制來自電源的輸出電流至1A，則橫貫負載(即， 電暈放電裝置的電暈放電電極和吸引器電極之間)施加的“泄放”電阻應(yīng)逐步進展到大于 ImA(即，提供一較低的電阻和由此傳導大于正常工作負載電流的電流)，但小于1A( S卩，小于最大短路電流所限制的電流)。該附加的泄放電阻可以通過一高電壓簧片型繼電器或其它高電壓高速繼電器或開關(guān)部件(例如，SCR、晶體管等)連接到電源輸出。無慣性的高壓電源的共同的和極為重要的特征在于，它可在短時間和某時刻中斷電功率的發(fā)生，所述短時間小于從電氣事件前起和指示一初始的火花事件之間的時間，所述時刻是在沒有一定干預(yù)情況下火花實際地已經(jīng)發(fā)生的時候，即，通常是亞毫秒或毫秒范圍。這樣一無慣性電源的另一重要特征在于，任何積累和儲存在電源部件內(nèi)的殘余能量不應(yīng)顯著地減慢下來，或其它方式阻礙負載內(nèi)，例如電暈放電裝置內(nèi)的放電過程。例如， 如果電暈放電裝置排放其自己的電能在50毫秒內(nèi)，且到火花事件前的最小期望時間是100 毫秒，則，電源不應(yīng)添加大于50毫秒到排放時間，這樣，實際排放時間不超過100毫秒。因此，高壓電源不應(yīng)使用任何像電容器或電感器之類的儲能部件，它們會在諸如功率晶體管之類的有源部件關(guān)閉之后排放其能量到電暈放電裝置內(nèi)。為了提供該能力和功能，任何高電壓變壓器應(yīng)具有一相對小的漏電感和或者小或者沒有輸出濾波電容。業(yè)已發(fā)現(xiàn)包括電壓放大器和回掃電感器的傳統(tǒng)的高壓電源的布局一般不適合這樣的火花控制或預(yù)防。本發(fā)明還著力解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，以認識或評價這樣的事實離子發(fā)生過程比僅將一電壓施加到兩個電極來得復(fù)雜。相反，現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)和方法一般不能產(chǎn)生相當?shù)臍饬?，同時不能限制臭氧的發(fā)生。與電暈相關(guān)的過程具有三個共同的方面。第一方面是流體介質(zhì)內(nèi)的離子的發(fā)生。 第二方面是通過發(fā)射的離子放出流體分子和外界粒子。第三方面是放出粒子朝向一相對 (收集器)電極的加速(即，沿電力線)。由離子造成的空氣或其它流體加速取決于離子的數(shù)量(即，數(shù)目)和其在流體離子附近和因此排斥流體離子朝向相對電極的感應(yīng)電荷的能力。同時，臭氧的發(fā)生基本上正比于施加到電極上的功率。當離子被感應(yīng)進入到流體中時，它們趨于將本身附連到粒子和電荷中性的流體分子上。各粒子可接受取決于特殊粒子大小的僅有限量的電荷。根據(jù)以下的公式，最大電荷量(于是稱之為飽和電荷)可表達如下% = {(l+2X/dp)2+〔 1/(1+2 λ/dp)〕*〔(εΓ-1)/(εΓ+2)〕ε 0dp2E，其中，dp = 粒子大小，ε ^是電極對之間的介電材料的介電常數(shù)，而ε。是真空中介電常數(shù)。從此方程式可見，它遵從這樣的規(guī)律引入到流體內(nèi)的一定量離子將使附近分子和周圍粒子帶電到某種最大的電平。該離子的數(shù)量代表從一個電極流到另一電極的電荷數(shù)量，并確定兩個電極之間流動的電暈電流。
一旦帶電，流體分子沿電場的方向被吸引到相對的收集器電極。電場力F施加在其上的該有方向的空間移動具有電荷Q的分子，電荷Q依賴于電場強度E，即，其又正比于施加到電極上的電壓F = -Q*ERr如果最大數(shù)量的離子被電暈電流引入到流體內(nèi)，且生成的電荷被單獨施加的電壓加速，則產(chǎn)生一相當?shù)臍饬?，而平均功率消耗顯著地下降。這可以這樣來實現(xiàn)控制電暈電流的數(shù)值如何從某個最小值變化到某個最大值，同時，電極之間的電壓基本上保持恒定。 換句話說，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，最大程度地減小施加到電極(作為施加的平均高電壓的部分)的電源電壓的高電壓波紋(或，交變分量)，同時，與電流的總平均或RNS幅值相比，保持電流波紋相當高和理想化，這是有益的。(除非另有指出或在使用中已有暗示，如本文中所使用的，術(shù)語“波紋”和詞組“交變分量”是指信號的時間變化分量，包括諸如正弦波、方波、鋸齒波、不規(guī)則波、復(fù)合波等的所有的時間變化信號波形，還包括雙向波形(也稱之為“交變電流”或 "ac")和諸如脈動的直流電或“脈動的dc”的單向波形。此外，除非文中另有指出，結(jié)合包括 (但不限于)“波紋”、“ac分量”、“交變分量”等的這樣術(shù)語一起使用的諸如“小”、“大”等的形容詞，描述了特殊參數(shù)的相對的或絕對的幅值，特殊參數(shù)諸如信號電勢(或“電壓”)和信號流率(或“電流”)。)因為電暈和吸引器電極的電暈發(fā)生陣列的反應(yīng)性(電容性)的分量，所以，電壓和電流波形之間的這樣的區(qū)別在有關(guān)電暈的技術(shù)和裝置中是可能的。電容性分量導致相對低幅值的電壓交變分量，產(chǎn)生相對大的對應(yīng)電流的交變分量。例如，在電暈放電裝置中可使用一產(chǎn)生帶有小波紋的高電壓的電源。這些波紋應(yīng)是相對高的頻率“f”(即， 大于IkHz)。電極(即，電暈電極和收集器電極)設(shè)計成當高頻電壓施加時，它們的交互電容C足夠高而呈現(xiàn)相對小的阻抗X。，其表示如下Xc = 1/2 π fC電極可代表或可看作非反應(yīng)性的dc電阻和反應(yīng)性的ac容性阻抗的并聯(lián)。歐姆電阻致使電暈電流從一個電極流到另一電極。該電流幅值近似正比于施加的電壓幅值，且基本上恒定不變(dc)。容性阻抗負責兩個電極之間的電流的ac部分。該部分正比于施加的電壓的ac分量(“波紋”)的幅值，而反比于電壓交變分量的頻率。根據(jù)波紋電壓的幅值及其頻率，兩個電極之間的電流的ac分量的幅值可小于或大于電流的dc分量。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，能夠產(chǎn)生帶有小幅值波紋的高電壓(即，過濾的dc電壓)但提供橫貫電極的帶有相對大ac分量(即，大幅值電流波紋)的電流的電源，可提供提高的離子發(fā)生和流體加速，同時，在空氣的情形中，顯著地減小或最大程度地減小臭氧的發(fā)生。因此，電流波紋表達為一比例或分數(shù)，其定義為電暈電流的ac分量的幅值除以電暈電流的dc分量的幅值(即，Iac/Idc)，電流波紋應(yīng)相當?shù)卮笥陔妷翰y(即，至少2倍)，較佳地至少10倍、100 倍，甚至更加較佳地為1000倍，電壓波紋類似地定義為施加到電暈放電電極上的電壓的隨時間變化的分量或ac分量的幅值除以dc分量的幅值(即，Va。/Vd。)。另外還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在下列情形中電暈放電裝置可達到最佳性能輸出電壓具有相對于平均電壓幅值的小幅值電壓的交變分量，而通過電極和介入的介電物質(zhì)(即，被加速的流體)的電流是大于電壓的交變分量(相對于dc電壓)的至少2倍，較佳地是10倍(相對于一 dc電流分量)，S卩，電流的ac/dc比遠大于因子2、10，或甚至大于施加電壓的ac/dc 比。即，較佳地是橫貫電暈放電電極產(chǎn)生一電壓，以使生成的電流滿足以下的關(guān)系
Vac << Vdc 且 Iac Idc或Vac/Vdc<< Iac/Idc或Vac < Vdc 且 Iac > Idc或Vffls ^ Vmean 且 IKMS > IMEAN如果上述要求中的任何一個得到滿足，則與電流和電壓的ac/dc比近似相等的電源相比，生成的電暈放電裝置在每立方英尺移動流體上消耗較小的功率，并產(chǎn)生較少的臭氧(在空氣的情形中)。為了滿足這些要求，電源和電暈發(fā)生裝置應(yīng)進行合適地設(shè)計和構(gòu)造。尤其是，電源應(yīng)產(chǎn)生一高的電壓輸出，其帶有只是最小的且同時相對高的頻率波紋。電暈發(fā)生裝置本身應(yīng)具有所設(shè)計的雜散或寄生電容預(yù)定值，所述電容提供通過電極(即，從一個電極到另一電極)提供相當高頻的電流。如果電源產(chǎn)生低頻波紋，則X。將相當大，且交變分量電流的幅值不能與電流的直流分量的幅值相比。如果電源產(chǎn)生非常小波紋或沒有波紋，則交變電流不能與直流電相比。如果電暈發(fā)生裝置(即，電極陣列)具有一低的電容(包括電極之間的寄生和/或雜散電容)，則交流電在幅值上將再次不能與直流電相比。如果在電源和電極陣列之間安裝一大的電阻(例如，參見Lee的美國專利No. 4，789，801中的

圖1和2)， 則ac電流波紋的幅值將被抑制(即，下降)，并在幅值上不能與電流的dc( S卩，恒定的)分量的波紋相比。因此，只有如果某種的條件得到滿足，以使預(yù)定的電壓和電流關(guān)系存在，則電暈發(fā)生裝置才能最佳地發(fā)揮功能來提供足夠的空氣流動，提高工作效率和要求的臭氧電平。生成的電源成本也較低。尤其是，一產(chǎn)生波形的電源不要求相當?shù)妮敵鲞^濾，否則的話，過濾的提供相當昂貴，并在電源輸出處連接物理上大的高電壓電容器。單就這一點使得電源變得較便宜。此外，這樣一電源具有較小的“慣性”，即，趨于降低輸出內(nèi)幅值變化的儲存能較少，因此，其比沒有或可忽略波紋的高慣性電源，能夠快速地變化輸出電壓。本發(fā)明還著力于現(xiàn)有技術(shù)中的若干不足，其局限性在于空氣流和通常無力達到理論最佳特性。這些不足之一包括對于多級EFA裝置的過分的尺寸要求，因為若干級的EFA 連續(xù)地放置，所以，沿空氣通道(即，沿空氣流動方向)需要相當?shù)拈L度。該較長的通道還呈現(xiàn)對空氣流動的較大的阻力。當多級彼此靠近放置時，還引起其它的問題。減小級之間的間距可在一級的一吸引器電極和一鄰近下一級的電暈放電電極之間產(chǎn)生“背電暈”，其導致反向的空氣流。此外， 由于相鄰級之間的電容，在相鄰級之間存在有寄生的電流。該電流由相鄰級之間的非同步的高電壓波紋或高電壓脈沖造成。使用大的或多級EFA，以致各個分離的(或成組)的級設(shè)置有其自己的高壓電源 (HVPS)，則還會產(chǎn)生其它的問題。在此情形中，形成電暈放電所需要的高電壓可導致在諸電極之間產(chǎn)生的火花達到一不可接受的電平。當一火花發(fā)生時，HVPS必須完全地關(guān)閉一段時間，該時間是恢復(fù)工作之前消電離和熄滅火花所需要的。當電極數(shù)量增加時，則火花的發(fā)生比用一組電極更加頻繁。如果一 HVPS饋送若干組電極(S卩，若干級)，則必須更頻繁地關(guān)閉以熄滅發(fā)生的增加次數(shù)的火花。這對于整個系統(tǒng)來說，導致不理想地增加電源的中斷。為了解決該問題，有利的是，從其自己專用的HVPS中饋送到各級。然而，使用單獨的HVPS要求連續(xù)級間隔得更寬，以避免由相鄰級的電極之間的雜散電容造成的不理想的電氣互相作用，并避免產(chǎn)生背電暈。本發(fā)明提出一創(chuàng)新的解決方案，通過靠近間隔的EFA的諸級來增加空氣流，同時， 最大程度地減小或避免引入不理想的效應(yīng)。本發(fā)明實施包括電極幾何、互相的位置和施加到電極的電壓的組合，以提供提高的性能。根據(jù)本發(fā)明的特征，多個電暈電極和收集電極彼此平行地定位，或垂直于空氣流方向在對應(yīng)平面之間延伸。相鄰級的所有電極彼此平行，使相同類型的所有電極(即，電暈放電電極或收集電極)放置在相同的平行平面內(nèi)，諸平行平而正交于相同類型的電極或電極邊緣定位在其中的諸平面。根據(jù)另一特征，多級靠近地間隔，以避免或最大程度減小相鄰級的多極之間的任何的電暈放電。如果相鄰電極之間的最靠近間距是“a”，則施加到第一電極的電壓Vl和施加到最靠近的第二電極的電壓V2之間的電勢差(V1-V2)，與諸電極之間的距離之比，是一歸一化的距離“aN”，則aN= (Vl_V2)/a。一級的電暈放電線與相鄰級的最靠近部分之間的歸一化距離，應(yīng)超過這些電極之間施加的電暈發(fā)作電壓，在實踐中，這意味著電暈發(fā)作電壓應(yīng)不小于歸一化距離的1. 2至2. 0倍，所述歸一化距離是從電暈放電電極到對應(yīng)相關(guān)(即，最靠近)的吸引電極，由此防止背電暈的形成。最后，施加到相鄰級的電壓應(yīng)是同步的和同相的。即，施加到相鄰級的電極的電壓的ac分量應(yīng)同時地升和降，并基本上具有相同的波形和量級和/或幅值。本發(fā)明增加EFA電極密度(通常在每單位長度級內(nèi)測量)，并消除或顯著地減小電極之間的寄生電流。此時，本發(fā)明消除相鄰級的電極之間的電暈放電(例如，背電暈)。這一點的實施部分地通過以基本上相同的電壓波形對相鄰EFA級供電，即，相鄰電極上的電勢具有相同或非常相似的交變分量，以便消除或減小級之間任何ac的差分電壓。以這樣一同步方式在級間進行工作，則相鄰EFA分量的相鄰電極之間的電勢差保持恒定不變，從一個電極到另一電極的任何生成的寄生電流減到最小或完全避免。同步可通過不同的方法來實施，但最容易的方法是用從對應(yīng)的電源的對應(yīng)的同步的和同相的電壓對相鄰的EFA分量供電，或用同步的電源來提供對應(yīng)施加的電壓的相似幅值的ac分量。這可用連接到相鄰EFA 分量的相同的電源來實現(xiàn)，或用產(chǎn)生施加的電壓的同步的和同相的ac分量的不同的(較佳地是匹配的)電源來實現(xiàn)。本發(fā)明還解決現(xiàn)有技術(shù)中的其它的不足，其包括氣流的限制和通常不能達到理論的最佳特性。這些不足的另外方面包括產(chǎn)生用于商業(yè)用途的大量流體流動的有限能力。還有其它的不足在于，必須用大的電極結(jié)構(gòu)(電暈電極之外)來避免產(chǎn)生高強度的電場。使用物理上大的電極還增加流體流動阻力和限制EFA容量和效率。當一 EFA鄰近最大容量或在最大容量處工作時，還引起其它的問題，S卩，某種最大的施加電壓和功耗。在此情形中，施加的工作電壓特征地保持在介電擊穿電壓附近，以致會發(fā)生諸如火花和/或電弧之類的不希望的電氣事件。如果無意地接觸其中一個電極，則可產(chǎn)生還有其它的缺點，可能產(chǎn)生一大的電流流過人身，這既不愉快還通常是危險的。通常地使用細線來用作電暈電極還會引起其它的問題。這樣的線必須相當?shù)丶?(通常約為0. 004”直徑)且易碎，因此，難于清洗或其它的工作。當必須或要求一更強的流體流(例如，較高的流體流率)時，還會發(fā)生其它的問題。傳統(tǒng)的多極布置導致一相對低的多極密度(因此，不足以最大地可達到的電功率)，因為電暈電極必須彼此位于最小的距離，以便避免對其對應(yīng)的電場發(fā)生互相干擾。間距要求增加體積和限制電極密度。本發(fā)明的一特征提供一創(chuàng)新的解決方案，在加速電極的構(gòu)造和加工中利用高阻材料，通過使用一創(chuàng)新的電極幾何和優(yōu)化的彼此電極位置(即，極間幾何)來提高流體的流動。根據(jù)本發(fā)明的特征，多個電暈電極和加速電極彼此平行地定位，某些電極在垂直于氣流的方向的對應(yīng)平面之間延伸。電暈電極由導電材料制成，例如，金屬或?qū)щ娞沾?。電暈電極可以呈細線、刀片或帶的形狀。應(yīng)該指出的是，電暈放電發(fā)生在電暈電極的狹窄的區(qū)域上，這些狹窄區(qū)域這里稱之為“電離邊緣”。這些邊緣通常位于相對于要求的流體流動方向的電暈電極的下游側(cè)。其它的電極(例如，加速電極)呈桿或細帶的形狀，細帶沿流體流動的主要方向延伸。一般來說，電暈電極的數(shù)量等于加速電極的數(shù)量+1。即，各個電暈電極位于相對于和平行于一個或兩個鄰近的加速電極。加速電極由提供高阻路徑的高阻材料制成，S卩，由高阻率的材料制成，該材料易于傳導電暈電流，而橫貫電極不招致顯著的電壓下跌。例如，加速電極由相對高電阻的材料制成，例如，填充碳的塑料、硅、砷化鎵、磷化銦、氮化硼、碳化硅、硒化鎘等。這些材料通常應(yīng)具有的電阻率P在103至109 Ω-cm的范圍內(nèi)，較佳地在105至108 Ω-cm之間，更為較佳的范圍是在106和107 Ω-cm之間。此時，電極的幾何這樣進行選擇，以使諸如火花或電弧之類的局部事件或擾動可被終止，而沒有顯著電流增加或產(chǎn)生噪音。本發(fā)明增加EFA電極密度(通常用每體積的‘電極長度’測量)，并顯著地降低由涉及到電極物理厚度的電極造成的空氣動力學的流體阻力。本發(fā)明的另外的優(yōu)點在于， 不管施加到電極的工作電壓如何近地接近一介電擊穿的限值，它總提供實際的無火花的工作。本發(fā)明的還有另外的優(yōu)點在于，提供一更加結(jié)實的電暈電極形狀，使得電極更加穩(wěn)固和可靠。電極的設(shè)計使得它能形成“無故障”的EFA，例如，如果有人無意觸及，則不會存在安全性的危害。本發(fā)明的還有另外的優(yōu)點在于，使用除固體材料之外的電極來提供電暈放電。例如，一導電流體可有效地用于電暈放電的發(fā)射，支持更大的電功率處理的能力，因此，增加流體的速度。此外，流體可在電暈放電的護套附近變化電化學過程，例如，產(chǎn)生的臭氧(在空氣的情形中)比由固體電暈材料產(chǎn)生的臭氧少，或提供通過流體的化學變化(瞬間的有害的氣體毀滅)。附圖的簡要說明圖1是帶有低慣性輸出電路的高壓電源(HVPS)的示意的電路圖，所述輸出電路可被控制而快速地將一電壓輸出電平降低到低于介電擊穿啟動電平的某裕度的電平，該擊穿啟動電平也產(chǎn)生一高幅值的dc電壓，其具有低幅值高頻電壓波紋；圖2是另一高壓電源的示意的電路圖，其構(gòu)造成防止在諸如電暈放電裝置的高電壓裝置內(nèi)的火花事件；圖3是另一高壓電源的示意的電路圖，其構(gòu)造成防止在高電壓裝置內(nèi)發(fā)生火花事件；圖4是一高壓電源的示意的電路圖，其構(gòu)造成防止在高電壓裝置內(nèi)發(fā)生火花事件；
圖5是靜電流體加速器的電暈放電電極處的一輸出電暈電流和輸出電壓的示波器描跡，靜電流體加速器從構(gòu)造來期待和避免火花事件的HVPS中接受電能；圖6是連接到供給一靜電裝置的HV電源的HVPS的圖形；圖7A是產(chǎn)生dc電壓和dc+ac電流的電源的示意圖；圖7B是分別示出電壓和電流幅值對時間的電源輸出的波形；圖8A是具有不充分極間電容的電暈放電裝置的示意圖，以便(i)優(yōu)化空氣流， (ii)減小功耗和/或(iii)最大程度地減小臭氧發(fā)生；圖8B是一電暈放電裝置的示意圖，其優(yōu)化來從諸如圖1所示的電源中獲益并與所述電源合作；圖9是施加到電暈放電裝置的高電壓和合成的電暈電流的示波器描跡；圖IOA是靜電流體加速器(FFA)組件的示意圖，其帶有饋送鄰近電暈放電級的單一高壓電源；圖IOB是一 EFA組件的示意圖，其帶有一對饋送各個鄰近電暈放電級的同步電源；圖IlA是相鄰EPA級的電極之間的電壓和電流的計時圖表，在級之間沒有ac差分電壓分量；圖1IB是相鄰EPA級的電極之間的電壓和電流的計時圖表，其中，級之間存在小的電壓波紋；圖12是一電源單元的示意圖，該電源單元包括一對具有同步輸出電壓的高壓電源副組件；圖13A是實施一第一電極布置幾何的兩級EFA組件的示意的俯視圖；圖1 是實施一第二電極布置幾何的兩級EFA組件的示意的俯視圖；圖14是帶有形成為細線的電暈電極的EFA組件的示意圖，諸細線在電氣上與相對的高電阻加速電極間隔開；圖15是帶有形成為細線的電暈電極和形成為高電阻棒的加速電極的EFA組件的示意圖，后者的導電部分完全封閉在外殼內(nèi)；圖16是帶有形成為細線的電暈電極和形成為高電阻棒的加速電極的EFA組件的示意圖，其帶有沿加速電極的寬度變化的或階躍的導電性的相鄰的分段；圖17是帶有呈細帶形狀的電暈電極的EFA組件的示意圖，所述細帶位于電氣上相對的高電阻加速電極之間；圖18A是示出流體內(nèi)和對應(yīng)加速電極的本體內(nèi)的電暈電流分布的圖表；圖18B是示出由火花或電弧事件產(chǎn)生的電流的路徑的圖表；圖19是一梳形加速電極的示意圖；以及圖20是填充有一導電流體并插入在高電阻加速電極之間的中空的點滴形電暈電極的示意圖。
具體實施例方式圖1是高壓電源(HVPS) 100的示意的電路圖，其構(gòu)造來防止在諸如靜電流體加速器之類的高電壓裝置內(nèi)發(fā)生火花事件。HVPS 100包括帶有初級繞組107和次級繞組108的高電壓升壓變壓器106。初級繞組107連接到一 ac電壓，ac電壓由DC電壓源101通過半橋變換器(功率晶體管104、103和電容器105、114)提供。門信號控制器111在晶體管 104,113的門處產(chǎn)生控制脈沖，其頻率由形成RC時間電路的電阻器110和電容器116的值確定。次級繞組108連接到電壓整流器109，其包括四個高電壓(HV)，高頻二極管構(gòu)造成一全波電橋整流器電路。HVPS 100在接線端120和接地之間產(chǎn)生一高電壓，接線端120和接地連接到一 HV裝置或電極(例如，電暈放電裝置)。施加到HV裝置(例如，橫貫一陣列的電暈放電電極)的電壓的AC分量由高電壓電容器119檢測，而被檢測的電壓由齊納二極管 122限制。當輸出電壓顯示火花前的電壓波動特性時，特征的AC波動分量導致橫貫電阻器 121 —相當大的信號級，從而打開晶體管115。晶體管115接地于信號控制器111的針銷3， 并中斷橫貫功率晶體管104和113的門的電壓。使晶體管104和113不導通，則一幾乎瞬時的電壓中斷影響到初級繞組107，因此，傳遞到緊偶合的次級繞組108。由于一類似的快速電壓下跌在電暈放電裝置處導致低于一火花開始電平，所以，可避免任何即將來臨的電弧或介電材料的擊穿?；鸹ǚ乐辜夹g(shù)包括兩個步驟或階段。首先，儲存在電暈放電裝置的雜散電容內(nèi)的能量通過電暈電流放電下降到電暈開始電壓。該電壓總是遠在火花開始電壓的下面。如果該放電發(fā)生在短于約0. lmSec( S卩，小于lOOmksec)的時間周期內(nèi)，則電壓的下落將有效地防止火花事件發(fā)生。用試驗方法已經(jīng)確定，電壓從較高的火花開始電壓電平下落到電暈開始電平，可以較佳地在約50mksec內(nèi)實現(xiàn)。在電源電壓達到電暈開始電平和電暈電流停止之后，放電過程變得緩慢得多，且電壓在若干個毫秒的時間上下落到零。在由電阻器121和晶體管115的門源的固有電容限定的相同的預(yù)定的時間之后，電源100恢復(fù)電壓發(fā)生。預(yù)定的時間通常在幾個毫秒的量級上，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，這樣的預(yù)定時間對于電離過程和正常工作恢復(fù)是足夠的。響應(yīng)于電源重新施加到變壓器106，提供到電暈放電裝置的電壓在幾個毫秒時間內(nèi)約從電暈電源開始電平上升到正常工作電平。采用這樣一結(jié)構(gòu)，即使當輸出電壓超過某值時，也不會發(fā)生火花事件， 否則所述超過的電壓值會橫貫同一電暈放電布置和結(jié)構(gòu)造成頻繁的火花。電源100可使用提供的電子部件來形成；不需特殊的部件。圖2是一變化的電源200的示意的電路圖，其帶有簧片觸頭222和附加的載荷 223。電源200包括帶有初級繞組210和次級繞組211的高電壓兩繞組電感器209。初級繞組210通過功率晶體管208連接到接地，并連接到設(shè)置在接線端201的dc電源。PWM控制器205 (例如，一 UC3843電流型PWM控制器)在晶體管208的門處產(chǎn)生控制脈沖，它的工作頻率由包括電阻器202和電容器204的RC電路確定。典型的頻率可以是IOOkHz或更高。 次級繞組211連接到電壓倍增器電路，其包括HV電容器215和218，以及高頻HV 二極管216 和217。電源200在連接到一 HV裝置或電極(S卩，載荷)的輸出接線端219和220之間，產(chǎn)生HV dc電，其介于10和25kV之間，且通常為18kV。當通過分路電阻器212的電流超過一預(yù)設(shè)的電平并允許一電流流過一包括簧片觸頭222的簧片型繼電器的控制線圈221時，控制晶體管203打開。當電流通過線圈221時，在由電阻器207和電容器206確定的一定時間內(nèi)，簧片觸頭222關(guān)閉，分路HV輸出到HV泄放電阻器223，加載輸出和降低輸出電壓電平。使用該火花控制電路并組合各種EFA部件和/或裝置可導致在正常工作過程中實際地消除所有的火花?；善^電器203/222可以是由臺灣的Ge-Ding Information Inc.出品的 ZP-3。圖3是類似于圖2所示的結(jié)構(gòu)的另一 HVPS結(jié)構(gòu)的示意的電路圖。然而，在HVPS 300包括簧片觸頭322和直接地連接到HVPS的輸出接線端的附加的載荷323的情況下， HVPS 300包括一帶有初級繞組310和次級繞組311的高電壓變壓器309。初級繞組310通過功率晶體管308連接到接地，并連接到一連接在功率輸入接線端301的DC源。PWM控制器305(例如，一 UC384!3)在晶體管308的門處產(chǎn)生控制脈沖。這些控制脈沖的工作頻率由電阻器302和電容器304確定。次級繞組311連接到一電壓倍增器電路，它包括HV電容器 315和318和高頻HV 二極管316和317。HVPS300在連接到HV裝置或電極(載荷)的輸出接線端319和320處產(chǎn)生約ISkV的高電壓輸出。當通過分路電阻器312的電流超過某個預(yù)定的預(yù)設(shè)電平并允許電流流過控制線圈321時，火花控制晶體管303接通。當電流流過線圈321時，簧片觸頭322關(guān)閉而分路HVPS的HV輸出到HV泄放電阻器323，由此，在由電阻器307和電容器306確定的一時間段內(nèi)減小輸出電壓電平。使用該初始的火花探測和減緩結(jié)構(gòu)，導致在延長的工作時間內(nèi)實際上沒有火花發(fā)生。圖4示出一類似于圖2所示的結(jié)構(gòu)的電源結(jié)構(gòu)，HVPS400還包括繼電器和功率泄放載荷423，所述繼電器包括常開觸頭422和線圈421。HVPS400包括一帶有初級繞組410 和次級繞組411的電源變壓器409。初級繞組410通過功率晶體管408連接到接地，并連接到接線端401處的dc電源。PWM控制器405(例如，一 UC3843)在晶體管408的門處產(chǎn)生一串控制脈沖。這些控制脈沖的工作頻率由電阻器402和電容器404設(shè)定。次級繞組411 連接到一電壓倍增器電路以供應(yīng)一高電壓(例如，9kV)，倍增器電路包括HV電容器415和 418和高頻HV 二極管416和417。電源400在連接到HV裝置或電暈電極(載荷)的接線端419和420處產(chǎn)生高電壓輸出。當通過分路電阻器412的電流超過某個預(yù)定為初始火花事件的特征的預(yù)設(shè)電平并允許電流流過線圈421時，火花控制晶體管403接通。當電流流過線圈421時，繼電器觸頭422關(guān)閉，通過泄放電阻器423使初級繞組410短路。由泄放電阻器423提供的附加載荷在由電阻器407和電容器406確定的一時間段內(nèi)快速地減小輸出電壓電平。圖5是一示波器的顯示，其包括以電暈電流501和輸出電壓502表示的電源輸出的兩個掃描跡線。如圖中可見，電暈電流具有特征的窄的尖峰503，其表示在約0. 1至 1. Omsce的時間內(nèi)的初始的火花事件，這里顯示為電流尖峰后的約2. 2msce0探測電暈放電或類似的HV裝置內(nèi)的電流尖峰503，可激發(fā)控制電路，斷開HVPS，并較佳地泄放任何需要的儲存能量，以將一電極電勢下降到或低于介電擊穿的安全電平。因此，除了通過例如，阻止一高頻脈沖發(fā)生器(例如，PWM控制器20 的工作來中斷到HVPS的初級電源之外，還可采取其它的步驟來快速地將施加到HV裝置的電壓降低到低于火花啟動或介電擊穿電勢電平。這些步驟和支持電路可以包括將任何儲存的電荷“泄放”到一合適的“接受器”內(nèi)，例如，一電阻器、電容器、電感器，或它們的某種組合。接受器可以位于HVPS的物理界圍內(nèi)，和 /或位于通電的裝置處，即，HV裝置或載荷。如果位于載荷處，則接受器可以更快地接受儲存在載荷內(nèi)的電荷，而一位于HVPS處的接受器可被引導來降低HVPS輸出的電壓電平。應(yīng)該指出的是，使用HV電阻器，接受器可以耗散功率來降低施加到載荷處或位于載荷處的電壓電平。或者，在火花事件已經(jīng)解決而快速地將裝置返回到最佳工作之后，能量可以被儲存和重新施加。此外，沒有必要在任何情況下將電壓降低到零電勢電平，但將電壓電平降低到某已知的或預(yù)定的值，以避免火花事件，這是令人滿意的。根據(jù)一實施例，HVPS包括處理和記憶能力來將特定的火花前指示器(例如，電流尖峰強度、波形、時間等)的特征與合適的響應(yīng)相聯(lián)系，以在某個預(yù)設(shè)的電平上避免或最大程度地減小火花事件的幾率。例如，HVPS可以響應(yīng)于一絕對幅值或在一電流尖峰下的面積(即，/ tlt2(it_iavCTage)dt)，用來有選擇地插入多個先前確定的載荷，以提供一要求的火花事件控制量，例如，避免一火花事件，延遲或減小火花事件的強度，提供火花事件等要求的數(shù)量或速率。再次參照圖5，如果HVPS的輸出全部被中斷，沒有電流流入電暈放電裝置，則橫貫電暈放電裝置的電壓如圖5所示和如上所述地快速下降。在某個短時間后，可觀察到電流尖峰504，其指示出實際火花事件已發(fā)生的時刻沒有采取行動來減小施加到HV裝置的電壓電平。幸運的是，由于輸出電壓遠低于火花電平，所以，沒有火花或電弧產(chǎn)生。相反，僅可見一中等的電流尖峰，其足夠小而不導致任何的擾動或不理想的電弧噪音。在探測電流尖峰 504之后的2-lOmsec量級上的一定時間段后，或在電流尖峰503之后的l-9mSec后，HVPS 接通并恢復(fù)正常工作。圖6是根據(jù)本發(fā)明的HVPS601的圖，其連接而將HV電供應(yīng)到一靜電裝置602，例如，一電暈放電流體加速器。靜電裝置602可包括多個電暈放電電極603，它們通過公共連接604連接到HVPS601。吸引器或收集器電極605通過連接606連接到互補的HVPS601的 HV輸出。在HV電勢施加到電暈放電電極603后，對應(yīng)的電暈放電電子云形成在電極附近， 對于介入的流體(例如，空氣)分子進行充電，所述流體分子起作一介于電暈放電電極603 和相對的充電的吸引器或收集器電極605之間的介電物質(zhì)。電離的流體分子被加速朝向收集器/吸引器電極605的相對的電荷，導致一理想的流體運動。然而，由于各種環(huán)境的和其它的擾動，流體的介電特性會變化。該種變化可以是充分的，以使介電擊穿電壓可以下降到某一點，此時，電弧可發(fā)生在多組的電暈放電和吸引器電極603、605之間。例如，灰塵、潮氣和/或流體密度的變化可將介電擊穿電平降低到低于施加到裝置的工作電壓的一點上。通過監(jiān)視對于火花前信號事件的電源信號的電氣特征(例如，電流尖峰或脈沖等)，可實施合適的步驟來控制事件發(fā)生，例如，降低這些情形中的工作電壓，其中要求避免火花發(fā)生。盡管上述的本發(fā)明針對消除或減小多個火花事件和/或火花事件強度，但其它的實施例也可提供其它的火花控制設(shè)施的能力和功能。例如，根據(jù)本發(fā)明的一實施例的方法可控制火花事件，其快速地改變電壓電平(例如，改變PWM控制器的工作循環(huán)周數(shù))來使火花放電更加均勻，提供一要求的火花強度和/或速率，或用于任何其它的目的。因此，本發(fā)明的實施例的其它的應(yīng)用和實施包括火花前的探測和電壓快速地變化到一特殊的電平以獲得以要求的結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的上述的和其它的特征，三個特征提供來有效地控制火花事件。首先， 電源應(yīng)是無慣性的。這意味著電源應(yīng)能在小于火花前指示器和火花事件發(fā)生之間的時間段的時間內(nèi)快速地變化一輸出電壓。該時間通常為一個毫秒或不到。第二，一有效的和快速的火花前探測的方法應(yīng)包括到電源關(guān)閉電路內(nèi)。第三，負載裝置(例如，電暈放電裝置)應(yīng)具有低的固有電容，其能在小于火花前信號和實際火花事件之間的時間段的時間內(nèi)進行放 H1^ ο圖7A是一與本發(fā)明的實施例相一致的適于對電暈放電裝置供電的電源的方框圖。高壓電源(HVPS) 705產(chǎn)生可變化幅值Vac+dc的電源電壓701 (圖7B)。電壓701已經(jīng)在Vdc的平均dc電壓上疊加一 ac或幅值Vac的交變分量，所述Vac具有一由距離703代表的瞬時值(即，電壓的交變分量)。電壓701的典型的平均dc分量(Vdc)在IOkV至25kV 范圍內(nèi)，較佳地是等于18kV。波紋頻率“f”通常是約100kHz。應(yīng)該指出的是，低頻的諧波， 例如，多種的60Hz的市電頻率包括120Hz可以呈現(xiàn)在電壓的波形中。以下的計算僅考慮最重要的諧波，即，最高頻諧波，在此情形中為IOOkHz。波紋的峰對峰幅值703 (Vac是電壓701 的ac分量)可以在0至2000伏峰對峰的范圍內(nèi)，較佳地小于或等于900V，其RMS值近似為640V。電壓701施加到成對的電極(即，電暈放電電極和吸引器電極)。電阻器706代表HVPS705的內(nèi)部電阻和將HVPS705連接到電極的電線的電阻，該電阻通常具有一相對小的值。電容707代表兩個電極之間的雜散電容。應(yīng)注意到，電容707的值不是恒定的，但可以大致地估計為約IOpF級。電阻708代表電暈放電電極和吸引器電極之間的空氣間隙的非阻抗的dc歐姆載荷電阻器R的特征。該電阻器R取決于施加的電壓，通常具有IOM Ω的典型值。dc分量從HVPS705流過電阻器708，而ac分量主要流過電容器707，其在IOOkHz 的工作范圍比電阻器708呈現(xiàn)相當?shù)偷淖杩?。尤其是，電容?07的阻抗k是波紋頻率的函數(shù)。在此情形中，它近似地等于Xc = 1/(2 π fC) = 1/(2*3. 14*100，000*10*1(T12) = 160k Ω流過電容器707的電流的ac分量Ia。等于Iac = YjXc = 640/160，000 = 0. 004A = 4mA。流過電阻器708的電流的dc分量Ide等于Idc = Vdc/R = 18kV/10MQ = 1. 8mA。因此，電極之間合成電流的ac分量大約是合成電流的dc分量的2. 2倍。裝置700的工作可參照圖7B的定時圖表來描述。當電離的電流到達一定的最大幅值(Imax)時，離子從電暈放電電極發(fā)射，以對流體的周圍的分子和顆粒(即，空氣分子) 充電。此時，產(chǎn)生最大功率并發(fā)生最大的臭氧產(chǎn)生(在空氣或氧氣中)。當電流減小到Imin 時，產(chǎn)生較小的功率，實際上沒有臭氧發(fā)生。此時，充電的分子和顆粒以與最大電流情況中相同的力(由于電壓保持基本不變)被加速朝向相對的電極(吸引器電極)。因此，流體加速率基本上不受影響，且沒有達到如減小臭氧發(fā)生那樣的程度。周圍流體的加速由形成電暈放電電極到吸引器電極的離子的力矩產(chǎn)生。這是因為在電壓701的影響下離子從電暈放電電極發(fā)射而形成包圍電暈放電電極的“離子云”。該離子云響應(yīng)于電場強度朝向相對的吸引器電極移動，電場的強度正比于施加的電壓701的值。由電源705施加的電流近似地正比于輸出電流702(假定電壓701保持基本不變)。因此，電流702的脈動特性導致能耗比相同幅值的純dc電流更低。這樣的電流波形及電流的ac和dc分量之間的關(guān)系通過具有一低的內(nèi)部電阻706和小幅值的輸出電壓的交變分量703得以保證。通過試驗的方法已經(jīng)確定，當電流702的交變分量的相對幅值(S卩，Iac/ Idc)大于電壓701的交變分量的相對幅值(即，Vac/Vdc)時，可達到最有效的靜電流體加速。此外，由于這些比值變化，所以，要實現(xiàn)另外的改進。因此，如果Vac/Vdc相當?shù)匦∮?Iac/Idc (即，不大于一半)，且較佳地不大于Iac/Idc的1/10、1/100，或甚至較佳地不大于 1/1000 (其中，Vac和Iac類似地進行測量，例如，都是RMS、峰對峰，或類似值)，則可達到流體加速的另外的效率。用數(shù)學方法換另外的方式來表述，電暈電流的常量分量和施加電壓的隨時間變化的分量兩者的乘積，除以電暈電流的隨時間變化的分量和施加的電壓的常量的分量兩種的乘積，所得商應(yīng)該最小，對于某些初始的步驟，各個離散的步驟在數(shù)量方面提供顯著的改進圖8A示出不滿足上述方程的電暈放電裝置。它包括呈針形的電暈放電電極800， 它的尖銳的幾何形提供必要的電場以在針尖端附近產(chǎn)生一電暈放電。相對的收集器電極 801大得多，其呈一光滑桿的形式。高壓電源802通過高電壓供應(yīng)電線803和804連接到兩個電極。然而，因為放電電極垂直于收集器電極801的中心軸線的相對定向，所以，該結(jié)構(gòu)在電極800和801之間不形成任何顯著的電容。一般來說，任何電容正比于電極之間面向的有效面積。在圖8A所示的裝置中該面積非常小，因為其中一個電極呈具有最小橫截面面積的針尖的形狀。因此，從電極800流到電極801的電流將不具有顯著的ac分量。類似于圖8A所示結(jié)構(gòu)的電暈放電裝置的結(jié)構(gòu)顯示非常低的空氣加速能力和相對顯著量的臭氧發(fā)生。圖8B示出另一種電暈放電裝置。多個電暈放電電極呈長而細的電暈放電線805 的形狀，其相對的收集器電極806呈厚得多的棒的形狀，它們平行于電暈線805。高壓電源 807通過對應(yīng)的高壓電流線809和810連接到電暈放電線805和收集器電極806。該結(jié)構(gòu)在電極之間提供大得多的面積，因此，在其間形成大得多的電容。因此，從電暈線805流到收集器電極806的電流將具有顯著的ac分量，如果高壓電源807具有足夠的電流供應(yīng)能力。 當用具有顯著的高頻電流波紋、但較小的電壓波紋(即，交變分量)的高壓電源供電時，如圖8B所示的電暈放電裝置的結(jié)構(gòu)提供更大的空氣加速能力和較少的臭氧發(fā)生。再次參照圖1，高壓電源電路100可構(gòu)造成能發(fā)生具有小的高頻波紋的高電壓。如上所述，電源100包括帶有初級繞組107和次級繞組108的高電壓的雙繞組的變壓器106。 初級繞組107通過一半橋變換器(功率晶體管104、113和電容器105、114)連接到一 dc電壓源101。門信號控制器111在晶體管104、113的門處通過電阻器103和117產(chǎn)生控制脈沖。這些脈沖的工作頻率由選定的電阻器110和電容器116的值確定。變壓器106的次級繞組108連接到橋式電壓整流器109，其包括四個高電壓高頻功率二極管。電源100在接線端120和接地之間產(chǎn)生一高電壓輸出，接地連接到電暈放電裝置的電極。圖9示出如下所述的示波器掃描跡線輸出電流和電壓的波形、電暈放電裝置處的高電壓901連同產(chǎn)生的和流過陣列電極的合成的電流902。由此可見，電壓901具有約 15，300V的相對恒定的幅值，且具有極小或沒有交變分量。另一方面，電流902具有超過2mA 的相對大的電流交變分量(波紋)，遠超過電流平均值(1. 189mA)。因此，除了上述的特征之外，本發(fā)明還包括諸實施例，其中，低慣性的電源組合一陣列的電暈放電元件，它們對電源呈現(xiàn)一高的阻抗載荷。即，陣列的電容載荷大大地超過電源輸出內(nèi)的任何阻抗分量。這種關(guān)系提供一恒定的、低波紋的電壓和高波紋的電流。該結(jié)果在于，高效的靜電流體加速器和減小的臭氧的發(fā)生。圖IOA是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的靜電流體加速器(EFA)裝置1000的示意圖， 其包括兩個EFA級1014和1015。第一 EFA級1014包括電暈放電電極1006和相關(guān)的加速電極1012 ；第二 EFA級1015包括電暈放電電極1013和相關(guān)的加速電極1011。兩個EFA級和所有的電極都在圖中示意地示出。只有一組電暈放電電極和收集器電極對每一級顯示，以便于圖示，但可望各級可包括大量的成陣列對的電暈電極和加速電極。EFA1000的一重要的特征在于，電暈放電電極1006和收集器電極1012之間的距離Cl1可比擬于后級1015的收集器電極1012和其電暈放電電極1013之間的距離d2，即相鄰級的元件之間的最靠近的距離不太大于同一級內(nèi)的電極之間的距離。通常地，收集器電極1012和相鄰級的電暈放電電極1013之間的級間距離d2是同級內(nèi)電暈放電電極1006和收集器電極1012之間的級間間距Cl1 (或電暈放電電極1013和收集器電極1011之間的間距)的1.2和2.0倍。因為該一致的間距，所以，電極1006和1012之間及1006和1013之間的電容是相同的量級。應(yīng)注意到，在此結(jié)構(gòu)中，偶聯(lián)在電暈放電電極1006和1013之間的電容可允許某些雜散電流在電極之間流動。該雜散電流是與電極對1006和1012之間的容性電流的幅值相同的量級。為了在電極1013和1006之間減少不必要的電流，各電極應(yīng)供應(yīng)有同步的高電壓波形。在圖IOA 所示的實施例中，兩個EFA級由共同的電源1005供電，S卩，饋送平行的兩級的具有單一電壓轉(zhuǎn)換電路(例如，電流變壓器、整流器和過濾電路等)的電源。這確保電極1006和1013之間的電壓差相對于電極1006和1011保持恒定不變，這樣，沒有電流或僅有非常小的電流流過電極1006和1013之間。圖IOB示出一 EFA1001的另一種的結(jié)構(gòu)，其包括一對分別由分開的電源1002和 1003供電的EFA級1016和1017。第一 EFA級1016包括電暈放電1007和收集器電極1008， 它們在級1016內(nèi)形成一對互補的電極。第二 EFA級1017包括電暈放電電極1009和收集器電極1010，它們形成一第二對互補的電極。兩個EFA級1016、1017和所有的電極1007-1010
示意地示出在圖中。第一 EFA級1016由電源1002供電，而第二 EFA級1017由電源1003供電。兩個 EFA級以及兩個電源1002和1003可以是相同的設(shè)計，以簡化同步，但不同的設(shè)計可用作合適地容納另種的布置。電源1002和1003通過控制電路1004實現(xiàn)同步以提供同步的輸出。 控制電路確保兩個電源1002和1003產(chǎn)生同步的和基本上相等的同相的輸出電壓，以使電極1007和1009之間的電勢差保持基本恒定(例如，沒有或具有非常小的ac電壓分量)。 (注意盡管術(shù)語“同步”一般地包括信號之間的頻率和相位的一致，但通過使用術(shù)語“同相”來進一步強調(diào)相位對齊的要求，其要求信號在對應(yīng)的部位處彼此同相，例如，如施加到和存在于各級中。)保持該電勢差為恒定(即，最大程度地減小或消除任何ac電壓分量) 可限制或消除電極1007和1009之間的任何容性電流的流動，以達到一可接受的值，例如， 通常小于1mA，且較佳地小于100 μ A。參照如圖IlA和IlB所示的波形，可以看到鄰近EFA級的電極之間的寄生容性電流的減少。如圖IlA所示，呈現(xiàn)在電極1007上的電壓Vl (圖10Β)和呈現(xiàn)在電極1009上的電壓V2是同步且同相的，但在dc幅值上不必相等。因為完全的同步，所以，呈現(xiàn)在電極 1007和1009上的電壓之間的差Vl — V2接近恒定，表示在信號之間僅一 dc偏離值(S卩，沒有ac分量)。流過電極1007和電極1009之間的容性偶聯(lián)的電流Ic正比于橫貫電容的電壓的時間變化率(dV/dt)Ic = C*〔d(Vl_V2)/dt〕。從該關(guān)系式可直接得出，如果橫貫任何電容的電壓保持恒定(即，沒有ac分量)， 則沒有電流流過該路徑。另一方面，如果電壓快速地變化(即，d(Vl-V2)/dt大)，則甚至小的電壓變化可形成大的容性電流。為了避免從相鄰EFA級的不同的電極流出過度的電流，施加到這些相鄰級的電極的電壓應(yīng)該同步和同相。例如，參照圖11B，電暈電壓Vl和V2略微地不同步，導致在差d(Vl-M)/dt中小的ac電壓分量。該小的ac電壓分量導致一顯著的流過相鄰EFA級之間的寄生電流Ic。本發(fā)明的一實施例包括施加到所有級的功率的同步，以避免電流流過級間。相鄰EFA的電極的最靠近的間距可近似如下。注意到，典型的EFA在一頗為狹窄的電壓范圍上有效地工作。施加在電暈放電電極和同級的收集電極之間的電壓V。應(yīng)超過所謂的電暈開始電壓Vonset,以便進行合適的工作。即，當電壓V。小于v。nsrt時，沒有電暈放電發(fā)生且沒有空氣運動發(fā)生。此時，V。應(yīng)不超過介電擊穿電壓vb，以避免電弧。根據(jù)電極的幾何和其它的條件，Vb可以是V。nset的兩倍。對于典型的電極結(jié)構(gòu)，Vb/Vonset的比約為1. 4-1. 8， 這樣，任何特殊的電暈放電電極不應(yīng)位于可能發(fā)生一“背電暈”的離相鄰收集電極的一距離處。因此，相鄰級的最靠近電極之間的歸一化距離aNn應(yīng)至少是，電暈放電電極和同一級的收集電極之間的歸一化距離“aNc”的1. 2倍，較佳地不大于距離“aNc”的2倍。S卩，相鄰級的電極應(yīng)間隔開，以確保電極之間的電壓差小于相鄰級的任何電極之間的電暈開始電壓。如果上述條件得不到滿足，則必要的結(jié)果是，相鄰級必須進一步和比其它情形更寬地彼此間隔開。這樣增加級間的間距導致不利地影響空氣運動的幾種情況。例如，相鄰級之間的增加的間距導致較長的管道，因此，導致對氣流更大的阻力。EFA的全部的體積和重量也增加。對于同步的和同相的HVPS，通過HFA級之間減小間距而不降低效率或提高火花的發(fā)生，由此可避免這些負面的方面。參照圖12，一兩級的EFA1200包括一對HVPS1201和1202，它們與對應(yīng)的第一和第二級1212和1213相關(guān)。兩級基本上相同，并由相同的HVPS1201和1202供應(yīng)電功率。 HVPS 1201和1202包括各自的脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器1204和1205，功率晶體管1206 和1207，高電壓電感器1208和1209(即，過濾扼流圈)，以及電壓倍增器1201和1202。 HVPS1220和1221對級1212和1213的對應(yīng)的EFA電暈放電電極提供功率。如上所述，盡管級1212和1213的EFA電極示意地表示為單對的一個電暈放電電極和一個加速(或吸引器)電極，但各級將通常包括多對的電極，它們構(gòu)造成二維的陣列。PWM控制器1204、1205 產(chǎn)生(和提供在針銷7)高頻脈沖到各自的過濾晶體管1206和1207的門。這些脈沖的頻率由包括電阻器1216和電容器1217以及電阻器1218和電容器1219的對應(yīng)的RC計時電路確定。一般來說，級間的這些分量值之間的略微的差可導致兩個HVPS級的略微不同的工作頻率。然而，頻率的甚至一略微的變化也會導致EFA1200的級1212和1213的不同步的工作。因此，為了確保電源1201和1202同步的和同相的(即，零相移或相差)工作，連接控制器1205通過一包括電阻器1215和電容器1214的同步輸入電路，來從PWM控制器1204 的針銷1接受一同步信號脈沖。該結(jié)構(gòu)將PWM控制器1205同步到PWM控制器1204，以使兩個PWM控制器輸出既同步(同頻率)又同相(同相位)的電壓脈沖。圖13A和1 是兩級EFA裝置的兩個不同結(jié)構(gòu)的截面圖。盡管僅示出兩級，但原理和結(jié)構(gòu)方面的細節(jié)是相同的。參照圖13A，第一 EFA裝置1311由兩個系列或一前一后級 1314和1315組成。第一級1314包含多個對齊在第一垂直柱的平行的電暈放電電極1301， 以及對齊在平行于電暈放電電極1301的柱的第二柱的收集電極1302。所有電極顯示在沿縱向進出紙面延伸的截面內(nèi)。電暈放電電極1301可以呈如圖所示的導線的形式，但也可使用其它的結(jié)構(gòu)。收集電極1302顯示為水平延長為導電桿。再者，為了說明起見，可以實施與本發(fā)明的各種實施例一致的其它的幾何和結(jié)構(gòu)。第二級1315類似地包含一對齊的電暈放電電極1303(也顯示為垂直于紙面延伸的細導線)，以及收集電極1304(也為桿)。所有電極安裝在空氣管道1305內(nèi)。EFA1311的第一和第二級1314和1315由對應(yīng)的單獨的 HVPS(未示出)供電。HVPS是同步和同相的，于是，第二級1315的電暈放電電極1303可放置在離第一級1314的收集電極1302最靠近的可能的歸一化距離處，而不會不利地互相作用和降低EPA特性。為了說明起見，我們假定施加到相鄰級1314和1315的電極上的所有電壓和其分量(例如，ac和dc)相等。還進一步假定高電壓施加到電暈放電電極1301和1303，而收集電極1302和1304接地，即，相對于施加到電暈放電電極1301和1303的高電壓保持在公共的接地電勢。所有的電極布置在平行的垂直柱內(nèi)，使不同級的對應(yīng)電極水平地對齊，并垂直地偏離其自己級內(nèi)錯列柱的互補的電極。電暈放電電極1301和垂直地最靠近鄰近收集電極1302前導邊緣之間的歸一化距離1310等于aNl。第二級的電暈放電電極1303和第一級的收集電極1302的尾部邊緣之間的歸一化距離aN2(1313)應(yīng)稍大于aNl，實際距離取決于施加到電暈放電電極的具體的電壓。在任何情形下，aN2應(yīng)剛好大于aNl，即，在距離aNl 的1至1. 2倍范圍內(nèi)，較佳地為aNl的1. 1至1. 65倍，甚至更為較佳地是近似為aNl的1. 4 倍。尤其是，如圖13A所示，距離aN2剛好大于所必須的距離，以避免形成一電流流過其間的電暈開始電壓之間的電壓。讓我們假定該歸一化“stant”距離aN2等于1.4XaNl。然后， 相鄰級之間的水平距離1312小于距離aN2(1313)。如圖所示，當相鄰級的同類型電極位于一平面1320內(nèi)(如圖13A所示)時，級間間距最小化。平面1314可以定義為正交于包含電暈放電電極的邊緣的平面的一平面(圖13A中的平面1317)。如果相鄰級的同類型電極位于不同的但平行的平面內(nèi)，例如，平面1321和1322(如圖1 所示)，則相鄰EFA級的諸電極之間的合成的最小間距等于用線1319所示的aN2。應(yīng)注意到，線1319的長度與距離 1313 (aN2)相同，且大于距離1312，這樣級間間距增加。因此，本發(fā)明的這些特征包括滿足各種實施例中的三種條件中的一個或多個條件的結(jié)構(gòu)相鄰EFA級的電極用基本上相同電壓波形供電，即，相鄰電極上的電勢應(yīng)具有基本上相同的交變分量。這些交變分量在數(shù)量和相位上應(yīng)接近或相同。相鄰EFA級應(yīng)靠近地間隔，相鄰級之間的間距由這樣的距離限定和確定，該距離剛好足以避免或最大程度地減小相鄰級電極之間的任何的電暈放電。相鄰級的同類型電極應(yīng)位于相同的平面內(nèi)，該平面正交于電極(或電極前導邊緣)定位的平面。圖14是EFA裝置1400的示意圖，其包括線狀的電暈電極1402 (為本實例起見，示出三個，但也可包括其它的數(shù)量，一典型的裝置在合適的陣列中具有成十或成百個電極，以提供一要求的特性)以及加速電極1409(在本簡化實例中為兩個)。各個加速電極1409 包括一相對高電阻部分1403和一低電阻部分1408。高電阻部分1403具有的電阻率P在 IO1至109Q-cm的范圍內(nèi)，較佳地在IO5和IO8 Ω-cm之間的范圍內(nèi)，更加較佳地是在IO6至 IO7Q-Cm的范圍內(nèi)。所有電極顯示在截面內(nèi)。因此，電暈放電電極1402呈細導線的形式和形狀，而加速電極1409顯示為桿和板的形狀。最靠近加速電極1409的電暈電極1403的“下游”部分形成電離邊緣1410。電暈電極1402以及加速電極1409的低電阻部分1408通過線導體1404 和1405連接到高壓電源(HVPS) 1401的相對極性的接線端。低電阻部分1408具有的電阻率P ^ IO4 Ω -cm,且較佳地不大于1 Ω -cm,甚至更加較佳地不大于0. 1 Ω -cm。EFA1400沿箭頭1407所示的要求的流體流動方向產(chǎn)生一流體流動。HVPS1401構(gòu)造成在電極1402和收集電極1409之間產(chǎn)生一預(yù)定的電壓，以便在電極之間形成一電場。該電場用點狀流動線1406表示。當電壓超過一所謂的“電暈開始電壓”時，一電暈放電活動開始在電暈電極1402的附近，導致從電暈電極1402對應(yīng)地發(fā)射離子的過程。電暈放電過程致使流體離子從電暈電極1402發(fā)射并沿著和跟隨電力線1406加速朝向加速電極1409。呈自由離子和其它帶電粒子形式的電暈電流接近加速電極1409的最近端。然后，電暈電流沿著最低電阻的路徑通過與周圍流體的一些高電阻路徑相對的電極流動。由于加速電極1409的高電阻部分1403具有包圍電離流體的較低的電阻，所以，電暈電流的主要部分流過加速電極1409的本體，即，流過高電阻部分1403到低電阻部分1408， 到HVPS 1401的返回路徑通過連接導線1405而完成。由于電流沿高電阻部分1403的寬度 (見圖14)流動(平行于空氣流動1407的主方向，一電壓下降Vd沿電流路徑形成)。該電壓降正比于電暈電流Ic乘以高電阻部分1403的電阻R之積(此刻略去低電阻部分1408 和連接線的電阻)。然后，電暈線102和加速電極1409的對應(yīng)的最近端之間施加的實際電壓Va，由于電阻引起的電壓降，施加的實際電壓Va小于HVPS1401的輸出電壓V。ut，即，Va = Vout-Vd = Vout-Ic^R (1)。注意到，電暈電流是非線性地比例于電暈電極1402和加速電極1409的端部之間的電壓Va，S卩，電流比電壓增加得更快。電壓-電流關(guān)系可近似地表示為如下的經(jīng)驗表達式Ic = M(Va-V0)1'5, (2)其中，V。=電暈開始電壓，而經(jīng)驗確定的系數(shù)。該非線性關(guān)系提供一理想的反饋，事實上，它自動地控制橫貫電極出現(xiàn)的合成的電壓值Va，并防止、最大程度地減小、減緩或減輕電暈放電的擾動和不規(guī)則性。注意到，電暈放電過程因其特性(即，“不可預(yù)見的”) 而被認為“不規(guī)則”，電暈電流值取決于經(jīng)受變化的多種環(huán)境因素，例如，溫度、沾污、濕度、 異物等。如果對于某些原因電暈電流在電極間空間的一個位置比某些其它位置變得更大， 則沿對應(yīng)的高電阻部分1403的電壓降Vd將變大，因此，在此位置的實際電壓Va將變低。這又限制此位置的電暈電流并防止或最大程度地減小火花或電弧的發(fā)生。以下的實例用于說明的目的，其使用如在本發(fā)明的一實施例中使用的典型的分量值。在如圖14示意地所示的EFA1400的一實施例中，一電暈開始電壓假定為等于8. 6kV，以在電暈電極1402的附近達到30kV/cm的最小電場強度。該值可由計算、測量或其它方法確定，并對于IOmm的電暈/加速電極間距和0. Imm的電暈電極直徑，該值通常是一電暈開始值。用于加速電極1409的高電阻部分103的總電阻Rt。tal等于0. 5ΜΩ，而高電阻部分1403 沿氣流方向1407的寬度(見圖14)等于1英寸。橫向于氣流方向(即，進入附圖平面內(nèi)的方向)的加速電極1409的長度等于M英寸。因此，對于每一英寸的加速電極1409具有電阻率I in。h是Rinch = Rtotal*24 = 12ΜΩ
用于該特定設(shè)計的經(jīng)驗系數(shù)Ic1等于22*10_6。在等于12. 5kV的施加的電壓Va處， 電暈電流Ic等于Ic = 4. 6 X 1(Γ9* (12，500V—8, 600V) L 5 = 1. 12mA。然而，流過每一英寸的半導體部分103的電暈電流I。/in。h等于1. 12mA/24inches = 47 μ A/inch。因此，橫貫半導體部分103的該一英寸長度的電壓降Vd等于Vd = 47*1(Γ6Α*12*106Ω = 564V。來自HVPS1401的V。ut等于施加到電極的電壓Va和橫貫加速電極1409的半導體部分1403的電壓降Vd之和，表達如下Vout = 12，500+564 = 13，064V由于某種原因，如在某局部區(qū)域的電暈電流增加到47 μ A/inch的全部分布值的兩倍，這樣，它在某點處等于94 μ A，合成電壓降Vd將反映該變化并等于1，128V( BP, Vd = 94Χ1(Γ6μΑ*12Χ106Ω)。然后，Va = Vout-Vd = 13，064-1，128 = 11，936V。因此，增加的電壓降Vd減緩局部區(qū)域處的實際電壓電平，并限制該區(qū)域的電暈電流。根據(jù)公式0)，通過該一英寸的長度的電暈電流I?？梢员磉_為4. 6*1(Γ9(11，936-8，600V)L5/24inch = 0. 886mA, 相對于1. 12mA。即使如果某些局部不規(guī)則性，由此該“負反饋”效果工作來恢復(fù)正常的EFA 工作。在由進入級間空間內(nèi)的異物(例如，灰塵等)引起短路的極端的情形中，通過電路的最大電流有效地受到異物接觸電極的局部區(qū)域的電阻的限制。讓我們考慮像手指或螺絲刀之類的異物將兩個電極短路在一起，S卩，在電暈電極 1402和加速電極1409之間提供一相對低的電阻(比較于插入的流體的電阻)的電氣路徑。 可以合理地假定，電流將流過寬度近似等于高電阻率部分1403的寬度(即，1英寸)的區(qū)域。因此，異物可造成最大電流Imax，其等于Ifflax = VoutAtotal = 13，064ν/12*106Ω = 1. 2mA其剛好略微大于標稱工作電流1. 12mA。這樣一小的電流增加不應(yīng)造成任何電擊的危險或產(chǎn)生任何不愉快的噪音(例如，電弧和爆音)。此時，全部EFA的最大工作電流限制到Imax = 13，064V/0. 5ΜΩ = 26mA該值足以產(chǎn)生一大的流體流動，例如，至少100ft7min。如果加速電極由金屬或具有相對低的電阻率(例如，P彡104Q-cm，較佳地，ρ彡ΙΩ-cm，且更為較佳地 P ( IO-1Q-Cm,)的其它材料制成，則短路電流將只受限于HVPS 1401的最大電流(即，最大電流能力)，和/或受限于儲存在其輸出濾波器(例如，濾波電容器)內(nèi)的任何能量上，由此，對使用者提供一顯著的電擊危險，產(chǎn)生一由火花造成的不愉快的“咔噠”或“爆音”聲， 和/或產(chǎn)生電磁擾動(例如，無線電頻率干擾或射頻干擾)。一般來說，選擇高電阻率區(qū)域 103的電阻率特征和幾何(長度對寬度比)，以便提供無妨礙的工作，同時，不對EFA工作賦予電流的限值。這可通過在下列兩者之間提供一相對大的比(較佳地如果至少為10)米實現(xiàn)(i)加速電極的總長度(橫向于流體主流動方向的尺寸)以及(ii)對其寬度的加速電極(沿流體流動方向的尺寸)。一般來說，電極的長度應(yīng)大于電極的寬度。最佳結(jié)果可通過提供多個加速電極來實現(xiàn)，較佳地，多個加速電極等于電暈電極數(shù)加1或減1的范圍內(nèi)，視電極位置和結(jié)構(gòu)而定。應(yīng)注意到，盡管為圖示的目的圖14示出兩個加速電極和三個電暈電極，但其它的電極結(jié)構(gòu)也可包括面向相同三個電暈電極的四個加速電極中的三個，或者，包括另種電極結(jié)構(gòu)的其它數(shù)量和結(jié)構(gòu)。還應(yīng)考慮到，局部過度電流可導致高電阻率材料變劣。如果一異物在某個延長的時間段(例如，在清潔前的幾個毫秒以上)內(nèi)留駐在電極之間，則這種情況尤其如此。為了防止電極損壞和因過電流情況引起的相關(guān)的失敗，HVPS可裝備有一電流傳感器或其它的裝置，其能探測這樣一過電流事件并迅速地中斷功率產(chǎn)生或其它方法阻止電流流動。在一預(yù)定的重設(shè)或靜止時間T。ff之后，的產(chǎn)生可恢復(fù)持續(xù)某個最小的預(yù)定時間T。n，該時間足以探測任何留下的或殘余的短路條件。如果短路條件持續(xù)，則HVPS可關(guān)閉或其它方式停止，再次持續(xù)至少時間段T。ff。因此，如果過電流問題繼續(xù)存在，則為了確保EFA的安全工作和電極的壽命，HVPS 1401可繼續(xù)該開-關(guān)循環(huán)工作數(shù)次(例如，十次或更多)使T。ff足以大于 T0no應(yīng)注意到，在某些情形中，循環(huán)將具有清除某些短路條件的效果，而無需人工干預(yù)。圖15示出EFA的另一實施例，其帶有具有高電阻率部分的加速電極。圖14中所示的EFA1400與EFA1500的主要區(qū)別在于，在后者中，低電阻率部分1505完全地包含在加速電極1509的高電阻率部分1503內(nèi)(即，完全地被周圍的高電阻率材料封裝)。該改型對本發(fā)明的該實施例提供至少兩個優(yōu)點。第一，將低電阻率部分1508完全地封裝在高電阻率部分1503內(nèi)，因可防止無意地或偶然地與HVPS1501的高電壓“熱”接線端直接接觸，而提高EFA安全性。第二，結(jié)構(gòu)強迫電暈電流流過高電阻率部分1503的較大的部分或體積，而不是僅一個表面區(qū)域。盡管對大部分高電阻率材料(例如，塑料或橡膠)表面導電率與體積(即，內(nèi)部)導電率是相同的量級，但由于表面逐漸地污染和變劣，表面導電率可很大地不同(例如，隨時間的變化可能增加若干個數(shù)量級)。EFA具有在加速電極的表面處收集流體中存在的顆粒的固有的能力。當收集到一定量的顆?；蚱渌绞椒e累在加速電極上時，顆粒可以毗鄰的污染物固體層(例如，一連續(xù)膜)覆蓋電極的表面。該污染物層的導電率可能高于高電阻率材料本身的導電率。在這樣一情形中，電暈電流可流過該污染層，并有損高電阻率材料提供的優(yōu)點。通過將低電阻率部分1508完全地封裝在高電阻率部分1503內(nèi)，圖15的EFA1500可避免該問題。應(yīng)注意，低電阻率部分1508不需是連續(xù)的，或具有任何點直接接觸HVPS1501的供應(yīng)接線端或從 HVPS1501提供功率的導線1505。應(yīng)該認識到這些導電部分的主要功能是沿加速電極1509 的長度平衡電勢，即，分布電流以使接觸低電阻率部分1508的高電阻率部分1503保持在一定的等電勢上。此外，如果電暈電極1502(包括電離邊緣1510)接地，則基本上減少或不存在無意地或偶然地暴露到危險的電流電平的機會，危險的電流電平可因高工作電壓而導致傷害和/或電死，這是因為沒有“熱”電勢來接觸全部的結(jié)構(gòu)。圖16是一 EFA組件1600的示意圖，其帶有電暈電極1602 (較佳地形成為具有電離邊緣1610的沿縱向定向?qū)Ь€)和由多個水平堆疊的高電阻率的桿組成的加速電極1603， 諸桿各帶有不同的電阻值沿加速電極的寬度而降低。加速電極1603由若干個分段1608至 1612制成，各與其緊鄰的鄰近分段緊密地接觸。各個這些分段由一材料制成，或以其它方式精心安排而具有不同的電阻率值Pn。業(yè)已確定，當電阻率沿朝著HVPS 1601接端連接方向逐漸地減小時(即，從分段1608至1609、1611和1612遞減)，合成的電場相對于流體流動的主方向在線性方面變得更均勻。注意到，在圖14和16中，示于電暈電極1402/1502和加速電極1403/1503之間的電場線較佳地不平行于流體流動的主方向，但是弧形的。該弧形致使離子和其它帶電顆粒在方向的范圍上被加速，由此，降低EFA的效率。通過加速電極電阻值逐漸遞進，業(yè)已發(fā)現(xiàn)當電暈電流達到一定的最大值時，離子的軌跡與流體流動的主方向?qū)R。還應(yīng)注意到，為顯示的目的，盡管加速電極1603顯示為包括多個電阻率值為Pn 的離散的分段，電阻率值可在電極的寬度上連續(xù)地變化。在寬度上電阻率的逐漸的變化可通過多種過程來達到，例如，包括合適的雜質(zhì)材料在合適的變化濃度電平上的離子植入，以便達到電阻率逐漸地增加或減小。圖17A和17B是EFA1700的還有另一實施例的示意圖，其中，加速電極1703由高電阻率材料制成。盡管為了圖示的目的，圖17A和17B分布示出一特定數(shù)量的電暈電極1702 和加速電極1703，但也可使用與本發(fā)明的各種實施例一致的其它的數(shù)量和結(jié)構(gòu)。加速電極1703由一個或多個高電阻率材料的細帶或?qū)又瞥?。電暈電極1702由諸如金屬或?qū)щ娞沾芍惖牡碗娮杪实牟牧现瞥?。HVPS1701通過導線1704和1705連接到電暈電極1702和加速電極1703。電暈電極1702的幾何形對照于電極形成為針或細線的幾何形，所述針或銷固有地較難保持和安裝，并在EFA的正常工作過程中易于損壞。各電暈電極1702的下游邊緣包括一電離邊緣1710。如同其它小物件那樣，通常用作電暈電極的細線易碎，因此顯得不可靠。相反，示于圖17A和17B中的本實施例提供呈相對寬的金屬帶的形狀的電暈電極。而這些金屬帶在電暈放電端必須細，以便容易沿其“下游”邊緣發(fā)生電暈放電，但帶相對地較寬(沿氣流方向)，由此，其比對應(yīng)的細線不易破碎。如圖17A所示的EFA1700的另一優(yōu)點包括加速電極1703基本上比現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)所使用的電極為細。即，現(xiàn)有的加速電極通常遠厚于相關(guān)的電暈電極，以避免圍繞加速電極和加速電極的邊緣產(chǎn)生一電場。通過相反或?qū)χ铀匐姌O1703的平的表面放置電暈電極1702的邊緣(在本說明中，電暈電極的右“下降”邊緣)，圖17A所示的結(jié)構(gòu)最大程度地減小或消除由加速電極1703產(chǎn)生的任何電場。即，電暈電極1702的主體的至少一部分沿要求的流體流動方向通過加速電極1703的前導邊緣下降地延伸，由此，電暈電極1702的一工作部分沿其尾部邊緣在加速電極1703的延伸的平表面之間并接近該表面產(chǎn)生一電暈放電。該定向和結(jié)構(gòu)在這樣的平表面附近提供一電場強度，其基本上低于圍繞電暈電極1702 的尾部邊緣形成的對應(yīng)的電場強度。因此，一電暈放電形成在電暈電極1702的尾部邊緣附近，而不在加速電極1703的表面處。就在電暈放電起始時，通過在流體內(nèi)離子和帶電顆粒的發(fā)生，以及這樣的電荷通過導線1705沿著加速電極1703傳遞到HVPS1701，電暈電流流過位于電暈電極1702和加速電極1703之間的被加速的流體(例如，空氣、絕緣液體等)。由于沒有電流沿相對方向 (即，從加速電極1703通過流體到電暈電極170 流動，所以不產(chǎn)生背電暈。還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)， 該結(jié)構(gòu)導致電場(由線1706表示)，其相對于要求的流體流動的方向(用箭頭1707示出) 比其它方式提供的電場更加線性。電場的提高的線性由橫貫加速電極1703的電壓降造成， 該加速電極產(chǎn)生橫向于流體流動的主方向的電場的等電勢線。由于電場線正交于這樣的等電勢線，所以，電場線更加平行于流體流動的主方向。如圖17A所示的EFA1700的另一的優(yōu)點通過插入加速電極1703的結(jié)構(gòu)，由隔絕電暈電極1702彼此的活動部分(即，如圖所示的右邊緣)提供。因此，電暈電極彼此“見不到”，因此，與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，電暈電極1702可彼此緊密靠近地定位(即，沿如圖17A所示的垂直方向)。通過使用如圖17A所示的設(shè)計特征，可避免出現(xiàn)的相當大的流體流動的兩個主要障礙。這些障礙中的第一障礙在于，通常的加速電極的相對厚的前部造成的高的空氣阻力。本結(jié)構(gòu)提供的電暈電極和加速電極均具有低的拖曳幾何形，即，形成在空氣動力學中的“友好”的形狀。例如，這些幾何形提供一用于空氣的阻力系數(shù)Cd不大于1較佳地小于 0. 1，更加較佳地小于0. 01。實際的幾何形或形狀必須取決于要求的流體的流動和被加速的流體的粘度，這些因素在各設(shè)計之間是不同的。由本發(fā)明的本實施例克服的第二障礙在于，由于根據(jù)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)所必須的和由現(xiàn)有結(jié)構(gòu)觀察到的傳統(tǒng)的極間間距要求，合成的低密度的電極是可能的。例如，US專利 No. 4，812，711示出彼此間隔開50mm距離的四個電暈電極，本文援引該專利全文以供參考。 沒有出人意料的是，該相對低密度和小量的電極僅可容納非常低的功率電平，帶有一合成的低電平的流體流動。相反，本實施例容納電暈電極到吸引器電極間的間距小于10mm，較佳地小于1mm。電極的還有另一結(jié)構(gòu)示于圖17B的EFA1700。在此情形中，電暈電極1702沿如箭頭1707所示的要求的流體流動方向，放置在離加速電極1703 —預(yù)定的距離。再者，合成的電場基本上呈線性，如虛線所示，從電暈電極1702出發(fā)朝向加速電極1703。然而，應(yīng)注意到，有關(guān)要求的流體流動方向，電暈電極1702不放置在加速電極1703 “其中”。如圖17A所示的本發(fā)明的各種實施例的目的在于，與其它可能的或由其它EFA裝置實施的技術(shù)相比，實現(xiàn)與當今制造技術(shù)一致的更緊密間距的電暈電極(即，較高密度的電極)。即，極端薄和短的電極可容易地進行制造，其通過一單一制造過程或步驟，例如，所述過程或步驟與現(xiàn)代微電子機械系統(tǒng)(MEMQ以及相關(guān)的半導體技術(shù)和能力相一致。再次參照圖17A，從圖中可見，相鄰的電暈電極1702可垂直地彼此間隔開小于Imm的距離，或甚至彼此僅幾個μπι。最后造成的電極密度的增加提供了提高的流體的加速和流率。例如，美國專利No. 4，812，711描述了一能夠產(chǎn)生空氣速度僅為每秒0. 5米(m/sec)的裝置。相反， 如果電極間距為1mm，則可達到50倍增加的電極密度和提高的電流能力，以提供對應(yīng)增加的空氣速度，即，達到約25m/sec或5，OOOft/min。此外，若干EFA級可連續(xù)地放置，或沿要求的流體流動的水平方向一前一后地放置，當流體流過連續(xù)的多級時，各級還加速流體。各級位于離開就近的級一預(yù)定的距離，該距離由施加到各級的相對電極的最大電壓確定。尤其是，當某一級的電暈放電電極和加速電極更靠近地放置在一起時，要求較低的電壓來起動和保持電暈放電。因此，鑒于低的工作電壓用于該各級之內(nèi)，全部級的EFA可類似地彼此更靠近地放置。該關(guān)系導致沿水平方向的級的密度近似地正比于級內(nèi)的電極密度(例如， 沿垂直方向)。因此，可以期望電極“垂直”密度的增加將在“水平”密度上提供類似的增加， 以使流體流動加速度反比于極間距離的平方。由本發(fā)明的各種實施例獲得的諸優(yōu)點至少部分地歸功于使用一高電阻率材料作為加速電極的部分。高電阻率材料可包括相對高電阻的材料，例如，填充碳粉的塑料或橡膠、硅、鍺、錫、砷化鎵、磷化銦、氮化硼、碳化硅、硒化鎘等。這些材料具有的電阻率應(yīng)在IO1 至101° Ω-cm范圍內(nèi)，較佳地應(yīng)在IO4至IO9 Ω-cm之間，更加較佳地應(yīng)在IO6至IO7 Ω-cm之間。使用高電阻率的材料支持電極密度的提高。例如，緊密間距的金屬加速電極顯示出產(chǎn)生高頻火花事件的不穩(wěn)定的工作特性。相比之下，根據(jù)本發(fā)明的實施例的高電阻率的電極產(chǎn)生一更加線性化的電場，由此，最大程度地減小火花的發(fā)生和減小從加速電極的尖邊緣發(fā)出背電暈。參照圖17a可以理解消除背電暈。
再次參照圖17A，圖中示出電暈放電事件在電暈電極1702的尾部或右邊緣處或沿著其尾部或右邊緣發(fā)生，但不沿著加速電極1703的前導或左邊緣發(fā)生。這是因為由電暈放電過程產(chǎn)生了電壓和電場的分布。例如，加速電極1703的左邊緣至少略微厚于電暈電極 1702的右邊緣，而電暈電極1702的右邊緣既細又尖銳。因為靠近一電極的電場近似地正比于電極的厚度，所以，電暈放電開始在電暈電極1702的尾部邊緣處。然后，合成的電暈電流通過兩個路徑從電暈電極1702的尾部邊緣流到HVPS1701的高電壓接線端。第一路徑是沿線1706所示的電場通過的流體的電離部分。第二路徑是通過加速電極1703的本體。流過加速電極1703的本體的電暈電流導致沿該本體的電壓降。該電壓降從施加到加速電極 1703的右邊緣的高電壓接線端朝向電極的左邊緣前進。隨著電暈電流增加，對應(yīng)的增加顯示在該電壓降內(nèi)。當HVPS1701dd的輸出電壓達到一足以沿加速電極1703的左邊緣起動電暈放電的電平時，在這些邊緣處的電壓降足夠高來減緩任何電壓的增加，并防止沿加速電極的邊緣電暈放電。本發(fā)明的其它的實施例可將極間間距減小到幾個微米的量級。在這樣的間距下， 一電暈放電條件可以相對低的電壓起動，電暈放電的形成不是由電壓本身造成，而是由電壓產(chǎn)生的高強度電場造成。該電場強度近似地正比于施加的電壓，而反比于相對電極之間的距離。例如，大約8kV的電壓足以在近似為Icm的極間間距下起動電暈放電。極間間距減小10分之一至1mm，可將電暈放電起動所要求的電壓降低到近似為800V。極間間距進一步減小到0. Imm可將要求的電暈起動電壓降到80V，而10微米的間距僅需要8V來起動電暈放電。這些低電壓提供極間更靠近的間距和各級之間更近的間距，由此，增加總的流體加速度好幾倍。如上所述，該增加量近似地反比于諸極之間的距離的平方，與Icm間距相比，在空氣流中導致100、10000和1000000的總的增加。使用一高電阻率電極結(jié)構(gòu)的益處，可參照圖18A和18B作進一步解釋。參照圖18A， EFA1800包括電暈電極1802和加速電極1803。加速電極1803又包括一低電阻率部分1804 和一高電阻率部分1806。一電暈電流在箭頭1805所示的電流路徑上，流過存在于電暈電極1802和加速電極503之間的電離的流體(即，通過極間空間)，該路徑繼續(xù)通過如箭頭所示的加速電極1803的高電阻率部分1806。局部的擾動一發(fā)生，例如一火花事件，則合成的放電電流引導至通過由圖18B的箭頭1807所示的狹窄路徑。然后，電流沿一橫貫高電阻率部分1806的較寬的路徑1808前進。因為從加速電極1803的一小區(qū)域發(fā)出的增加的電流， 僅在路徑1808上逐漸地向外擴展，路徑1808上合成的電阻基本上比這樣的電流分布在全部的高電阻率部分1806上時高。因此，由增加的電流流動為信號的火花或火花前事件受到沿路徑1808的電阻限制，由此，限制住電流。如果選擇高電阻率部分1806而具有一電阻率和寬度對長度的比，則可避免或減緩任何顯著的電流的增加。這樣的電流增加可由多個事件造成，包括上述的放電或火花、在電極上或電極之間存在異物(例如，灰塵、昆蟲等)螺絲刀，或甚至手指放置在電極之間和與電極發(fā)生接觸。本發(fā)明的另一實施例示于圖19中。如圖所示，EFA1900包括加速電極1903的一梳形的高電阻率部分1906。諸如火花之類的任何局部的事件顯然限制成在吸引電極1903 的一小部分上流動，例如，在單一的或靠近事件的少數(shù)的齒上。與正常工作條件相關(guān)的電暈電流用箭頭1905顯示。例如，顯示在箭頭1907和1908處的諸如一火花的事件被限制在沿手指或齒1906流動。該路徑上的電阻足夠高來調(diào)制由事件造成的任何的電流的增加。應(yīng)注意到，性能的提高是通過增加齒數(shù)，而不是選擇寬度對長度之比。一為1對0. 1的典型的寬度對長度之比可以是合適的，較佳地是0. 05對1之比或更小。如上所述，本發(fā)明的各種特征使得本發(fā)明能使用固體之外的材料來產(chǎn)生一電暈放電或離子發(fā)射。一般來說，固體材料僅是“勉強地”放出，并產(chǎn)生離子，由此，限制流體的EFA 加速。此時，如果定位和成形來產(chǎn)生電暈放電，則諸如水之類的許多流體可釋放更多的離子。例如，使用一導電流體作為電暈發(fā)射材料可見美國專利No. 3，751，715中的描述。其中， 描述一淚滴形的容器用作容納導電流體的槽。例如，導電流體可以是自來水，較佳地是一包括強的電解液的水溶液，例如，NaCl, HN03、NaOH等。圖20示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例的一 EFA的工作，其中，EFA2000包括五個加速電極2003和四個電暈電極2002。所有這些電極顯示為截面圖。電暈電極各包括由諸如塑料或硅之類的絕緣制成的狹窄細長的非導電殼 2009，并有形成在殼體尾部邊緣或右側(cè)內(nèi)的電離邊緣2010處的狹槽2011。電暈電極2002 的殼體2009通過一合適的供應(yīng)管連接到一導電流體供應(yīng)源或容器(未示出)。形成在電暈電極2002的尾部邊緣內(nèi)的狹槽2011足夠地狹窄，以使流體通過流體分子張力包含在殼體2009之內(nèi)。狹槽2011可裝備有海綿狀的“阻塞”或噴嘴部分，以便提供一恒定緩慢地通過槽釋放的導電流體。HVPS 2001產(chǎn)生一電壓足以發(fā)生電暈放電，這樣，導電流體2008起作一尖銳邊緣的導體，并從槽2011處的電暈電極2002的尾部邊緣在槽2011處發(fā)射離子。 導電流體2008生成的離子從槽2001沿著由線2006代表的電場朝向加速的高電阻率的電極2003遷移。隨著流體在產(chǎn)生的電暈放電中被消耗，流體通過殼體2009從合適的流體源或容器(未示出)進行補充。應(yīng)該指出和理解的是，在本說明書內(nèi)提及的所有的出版物、專利和專利申請是用來表明本發(fā)明所涉及的本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)水平。本文援引所有的出版物、專利和專利申請以供參考，其引用的程度雷同于各出版物、專利和專利申請被全文地具體地和個別地指明以供參考的程度。
權(quán)利要求
1.一種靜電流體加速器包括電暈電極；與所述電暈電極間隔的加速電極；以及電源，將工作電壓連接到所述電暈電極和所述加速電極，以在所述電暈電極和所述加速電極之間的極間空間內(nèi)形成一高強度的電場，所述加速電極包括高電阻率部分，各個所述加速電極具有橫向于要求的流體流動方向定向且相互垂直的長度和高度尺寸、以及平行于所述要求的流體流動方向定向的寬度尺寸，其中所述高電阻率部分的電阻率沿所述加速電極的寬度而降低。
2.如權(quán)利要求1所述的靜電流體加速器，其特征在于，橫過所述加速電極的電壓降Vd 不大于由所述電源供應(yīng)的所述工作電壓的50%。
3.如權(quán)利要求1所述的靜電流體加速器，其特征在于，橫過所述加速電極的電壓降Vd 不大于由所述電源供應(yīng)的所述工作電壓的10%。
4.如權(quán)利要求1所述的靜電流體加速器，其特征在于，各個所述加速電極包括多個具有不同電阻率的分段。
5.如權(quán)利要求4所述的靜電流體加速器，其特征在于，所述加速電極的所述分段中各個分段的電阻率，隨離所述電暈電極的距離而減小。
6.如權(quán)利要求5所述的靜電流體加速器，其特征在于，具有最低電阻率的、最遠離所述電暈電極的所述分段之一，具有一連接到所述電源的輸出接端的電氣觸頭。
7.如權(quán)利要求4所述的靜電流體加速器，其特征在于，所述加速電極的所述分段的鄰近的分段的諸部分彼此間隔，并且彼此緊密接觸。
8.如權(quán)利要求1所述的靜電流體加速器，其特征在于，所述加速電極的至少一低電阻率部分被封裝在所述加速電極的較高電阻率部分內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的靜電流體加速器，其特征在于，所述電暈電極工作在接地電勢。
10.如權(quán)利要求1所述的靜電流體加速器，其特征在于，所述加速電極包括在變化濃度水平的雜質(zhì)材料，以便達到電阻率變化。
11.一種靜電流體加速器包括電暈電極；與所述電暈電極間隔的且具有高電阻率部分的鄰近的加速電極，各個所述加速電極基本上平行于所述電暈電極且從所述電暈電極增加距離時呈現(xiàn)電阻率減小，所述電暈電極定位在加速電極的相鄰的電極之間；以及連接到所述電暈電極和所述加速電極的電源，以在極間空間產(chǎn)生電場，由此沿一要求的流體流動方向在所述極間空間內(nèi)加速流體。
12.如權(quán)利要求11所述的靜電流體加速器，其特征在于，所述加速電極包括高電阻率的材料，其具有的電阻率P至少為10_3Q-cm。
13.如權(quán)利要求11所述的靜電加速器，其特征在于，所述加速電極包括一高電阻率的材料，其具有的電阻率P至少為IO3 Ω-cm。
14.如權(quán)利要求11所述的靜電流體加速器，其特征在于，所述加速電極包括在變化濃度水平的雜質(zhì)材料，以便達到電阻率變化。
15.如權(quán)利要求11所述的靜電流體加速器，其特征在于，橫過所述加速電極的電壓降Vd不大于由所述電源產(chǎn)生的輸出電壓的50%。
16.如權(quán)利要求11所述的靜電流體加速器，其特征在于，橫過所述加速電極的電壓降 Vd不大于由所述電源產(chǎn)生的輸出電壓的10%。
17.如權(quán)利要求11所述的靜電流體加速器，其特征在于，所述加速電極包括多個分段， 各個所述分段具有不同的電阻率，各個所述分段基本上平行于所述電暈電極。
18.如權(quán)利要求17所述的靜電流體加速器，其特征在于，最靠近所述電暈電極的所述分段之一的電阻率具有最高值，各個所述分段的電阻率沿逐漸遠離所述電暈電極的方向減
19.如權(quán)利要求18所述的靜電流體加速器，其特征在于，帶有最低電阻率的所述分段在連接到所述電源的輸出接端的電氣觸頭附近。
20.如權(quán)利要求17所述的靜電流體加速器，其特征在于，所述加速電極的所述分段的鄰近的分段的諸部分彼此間隔，并且彼此緊密接觸。
21.如權(quán)利要求17所述的靜電流體加速器，其特征在于，所述加速電極的低電阻率部分被封裝在所述加速電極的所述較高電阻率部分內(nèi)。
22.如權(quán)利要求11所述的靜電流體加速器，其特征在于，所述加速電極具有一梳形結(jié)構(gòu)，其帶有的齒朝向電暈電極，并帶有一遠離電暈電極定位的底部。
23.如權(quán)利要求11所述的靜電流體加速器，其特征在于，所述電暈電極工作在接地電勢。
24.如權(quán)利要求11所述的靜電流體加速器，其特征在于，所述加速電極的電阻率在所述加速電極的寬度上變化。
全文摘要
控制流體流動的靜電流體加速器和方法。一用于處理流體的裝置包括一電暈放電裝置(602)和一電源(601)。電暈放電裝置(602)包括至少一個電暈放電電極(603)和至少一個收集器電極(605)，它們彼此靠近定位，以便提供在預(yù)定范圍內(nèi)的總的極間電容。電源(601)加以連接而將一電功率信號供應(yīng)到電暈放電電極和收集器電極(603、605)，以便造成電暈電流流過電暈放電電極和收集器電極(603、605)之間。發(fā)生的電功率信號的電壓的交變分量的幅值不大于電功率信號的電壓的常量分量的幅值的1/10。電壓的交變分量是這樣的幅值和頻率電壓的最高諧波的交變分量的幅值除以電壓的常量分量的幅值獲得的比，相當?shù)匦∮陔姇炿娏鞯淖罡咧C波的交變分量的幅值除以電暈電流的常量分量的幅值獲得的比，即，(Vac/Vdc)＜(Iac/Idc)。
文檔編號H05H1/24GK102151611SQ201010582430
公開日2011年8月17日 申請日期2003年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月21日
發(fā)明者I·A·克里克塔弗維奇, V·L·格羅伯特斯 申請人:德塞拉股份有限公司