Електростатичний прискорювач та спосіб прискорення текучого середовища, спосіб компонування електростатичного прискорювача та електростатична система текучого середовища

1. Електростатичний прискорювач текучого середовища, який включає: високовольтне джерело електроживлення для подання енергії високої напруги при конкретній вихідній напрузі та струмі, причому і форма хвилі напруги, і форма хвилі струму включають постійний і змінний компоненти; і блок електростатичного прискорення текучого середовища, який включає ряд ступенів з електродами, причому кожний ступінь включає принаймні один коронуючий електрод і принаймні один прискорювальний електрод, при цьому ступені з електродами розміщені один за одним для послідовного прискорювання текучого середовища, що проходить через них, причому електроди з'єднані з високовольтним джерелом електроживлення для приймання високої напруги з практично ідентичними формами хвилі змінного компонента вихідної напруги, при цьому прискорювальний електрод одного зі ступенів і коронуючий електрод найближчого наступного ступеня підтримуються на рівні практично однакових синфазних робочих напруг. 2. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 1, в якому прискорювальний електрод одного ступеня і коронуючий електрод найближчого наступного ступеня підтримуються на 2 (19) 1 3 9. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 8, в якому кожний конвертор включає перетворювач і випрямляч. 10. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 1, в якому змінний компонент вихідної напруги має частотний діапазон 50 Гц 1000 кГц, причому кожний ступінь з елементами електростатичного розряду приймає змінний компонент напруги синфазно і з практично однаковою амплітудою. 11. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 1, в якому змінний компонент струму має частотний діапазон 50 Гц - 1000 кГц, причому кожний ступінь з електродами приймає змінний компонент струму синфазно і практично з однаковою амплітудою. 12. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 1, в якому кожний ступінь з електродом включає першу регулярно розташовану сукупність коронуючих електродів і другу регулярно розташовану сукупність взаємодіючих з ними прискорювальних електродів, причому коронуючі електроди і прискорювальні електроди орієнтовані паралельно один одному, а кожна із згаданих сукупностей коронуючих електродів розташована на відстані від кожної сукупності прискорювальних електродів того самого ступеня, та відповідні електроди в кожному ступені розташовані паралельно один одному і паралельно електродам найближчого ступеня. 13. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 12, в якому коронуючі електроди і прискорювальні електроди відповідних сусідніх ступенів рознесені на відстань d, що в 1, 2 рази більша за найменшу відстань між коронуючими електродами і найближчими сусідніми електродами кожного ступеня. 14. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 1, в якому кожний ступінь включає ряд коронуючих електродів, розміщених в спільній поперечній площині, причому кожна з цих поперечних площин практично перпендикулярна напрямку повітряного потоку, а коронуючі електроди різних ступенів розташовані у відповідних спільних площинах, які перпендикулярні до згаданих поперечних площин. 15. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 1, в якому кожний ступінь включає ряд паралельних коронуючих електродів, розміщених у першій площині, і ряд паралельних прискорювальних електродів, розташованих у відповідній другій площині, причому перша і друга площини паралельні одна одній і перпендикулярні спільному напрямку усередненого повітряного потоку, що проходить через ступені. 16. Електростатичний прискорювач текучого середовища, що включає: високовольтне джерело електроживлення, яке включає ряд вихідних схем, кожна з яких незалежно подає відповідний вихідний електричний сигнал практично синфазно з кожним іншим; і блок електростатичного прискорення текучого середовища, який включає ряд ступенів, кожний з яких включає першу сукупність 81092 4 коронуючих електродів і другу сукупність прискорювальних електродів, розташовану на відстані від першої сукупності уздовж напрямку повітряного потоку, причому кожний ступінь з'єднаний з однією відповідною вихідною схемою для подання відповідних вихідних електричних сигналів на коронуючі та притягувальні електроди першої і другої сукупностей, при цьому друга сукупність прискорювальних електродів одного ступеня і перша сукупність коронуючих електродів найближчого наступного ступеня підтримуються на рівні практично синфазних робочих напруг. 17. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 16, в якому прискорювальні електроди одного ступеня і коронуючі електроди найближчого наступного ступеня підтримуються на рівні практично синфазних робочих напруг з різницею 100 вольт за середньоквадратичним значенням. 18. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 17, в якому прискорювальні електроди одного ступеня і коронуючі електроди найближчого наступного ступеня підтримуються на рівні практично синфазних робочих напруг з різницею 10 вольт за середньоквадратичним значенням. 19. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 16, в якому притягувальні електроди одного ступеня і коронуючі електроди найближчого наступного ступеня підтримуються на рівні практично синфазних робочих напруг таким чином, що потік струму між ними становить менше 1 мА. 20. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 19, в якому прискорювальні електроди одного ступеня і коронуючі електроди найближчого наступного ступеня підтримуються на рівні практично синфазних робочих напруг таким чином, що потік струму між ними становить менше 100 мкА. 21. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 16, в якому високовольтне джерело електроживлення додатково включає ряд перетворювачів, випрямлячів і регуляторів, з'єднаних з відповідними вихідними схемами, причому кожний регулятор з'єднаний принаймні з одним іншим регулятором для синхронізації вихідних електричних сигналів. 22. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 16, в якому кожний вихідний електричний сигнал має компонент змінного струму з діапазоном основної робочої частоти 50 Гц - 1000 кГц. 23. Спосіб прискорення текучого середовища, що включає етапи: перетворення первинного сигналу на ряд незалежних напруг, кожна з яких включає незалежні високочастотні електричні сигнали; синхронізації ряду незалежних високочастотних сигналів до однакової частоти і фази; подання на сукупності коронуючих і прискорювальних електродів відповідних високовольтних сигналів, підтримуючи практично однакові синфазні робочі напруги на одній з сукупностей коронуючих електродів, на яку подають одні високовольтні 5 сигнали, та на найближчій сукупності прискорювальних електродів, на яку подають інші високовольтні сигнали; прискорення текучого середовища за допомогою послідовно розташованих сукупностей електродів. 24. Спосіб за п. 23, в якому етап перетворення включає етапи збільшення напруги первинного електричного сигналу для генерування ряду високовольтних змінних вторинних електричних сигналів і незалежного випрямляння згаданих високовольтних змінних вторинних електричних сигналів для генерування ряду високовольтних вихідних сигналів. 25. Електростатичний прискорювач текучого середовища, що включає: першу сукупність коронуючих електродів, розміщених в першій площині; другу сукупність коронуючих електродів, розміщених в другій площині, причому друга площина паралельна першій площині і знаходиться на відстані від неї; і третю сукупність прискорювальних електродів, розміщених в третій площині і підтримуваних практично на однаковій синфазній робочій напрузі з другою сукупністю коронуючих електродів, при цьому третя площина паралельна першій і другій площинам і розташована між ними, причому кожний прискорювальний електрод третьої сукупності розташований зі зміщенням відносно коронуючих електродів першої сукупності. 26. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 25, в якому друга і третя сукупності підтримуються на рівні синфазних робочих напруг з різницею 100 вольт за середньоквадратичним значенням. 27. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 25, в якому друга і третя сукупності підтримуються на рівні синфазних робочих напруг з різницею 10 вольт за середньоквадратичним значенням. 28. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 25, в якому друга і третя сукупності підтримуються на рівні синфазних робочих напруг таким чином, що струм, що тече між ними, становить менше 1 мА. 29. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 25, в якому друга і третя сукупності підтримуються на рівні синфазних робочих напруг таким чином, що струм, що тече між ними, становить менше 100 мкА. 30. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 25, в якому кожний прискорювальний електрод третьої сукупності розташований зі зміщенням відносно коронуючих електродів другої сукупності. 31. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 25, в якому коронуючі електроди першої сукупності розміщені на одному рівні з коронуючими електродами другої сукупності. 32. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 25, в якому відстань між кожним коронуючим електродом другої сукупності та найближчим прискорювальним електродом третьої сукупності в 1,2-2 рази перевищує відстань між кожним коронуючим електродом першої 81092 6 сукупності та найближчим прискорювальним електродом третьої сукупності. 33. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 32, в якому відстань між кожним коронуючим електродом другої сукупності та найближчим прискорювальним електродом третьої сукупності в 1,2-1,65 разу перевищує відстань між кожним коронуючим електродом першої сукупності та найближчим прискорювальним електродом третьої сукупності. 34. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 32, в якому відстань між кожним коронуючим електродом другої сукупності та найближчим прискорювальним електродом третьої сукупності в 1,4 разу перевищує відстань між кожним коронуючим електродом першої сукупності та найближчим прискорювальним електродом третьої сукупності. 35. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 25, що додатково включає четверту сукупність прискорювальних електродів, розміщених в четвертій площині, паралельній першій, другій і третій площинам і розташованій, по відношенню до другої площини, на протилежній стороні до тієї, в якій розміщена третя площина, причому кожний прискорювальний електрод четвертої сукупності розміщений зі зміщенням відносно коронуючих електродів другої сукупності. 36. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 25, що додатково включає схему живлення високою напругою, з'єднану з першою і третьою сукупностями, причому форма хвилі високої напруги, яка подається на коронуючі електроди першої сукупності, синхронізована з формою хвилі високої напруги, яка подається на коронуючі електроди другої сукупності. 37. Електростатичний прискорювач текучого середовища за п. 36, в якому схема живлення високою напругою включає: перший блок електроживлення високою напругою, з'єднаний з першою сукупністю електродів; другий блок електроживлення високою напругою, з'єднаний з другою сукупністю електродів; і схему регулювання, з'єднану з першим і другим блоками електроживлення високою напругою, для регулювання кожного із згаданих блоків і генерування синхронізованих і синфазних форм хвилі високої напруги. 38. Система електростатичного прискорення текучого середовища, що має ряд близько розташованих ступенів електростатичного прискорювача, яка включає: перший ступінь електростатичного прискорювача, що має першу сукупність коронуючих електродів, розміщених у першій площині, і першу сукупність прискорювальних електродів, розміщених в другій площині; і другий ступінь електростатичного прискорювача, що має другу сукупність коронуючих електродів, розміщених у третій площині, і другу сукупність прискорювальних електродів, розміщених у четвертій площині, причому кожний коронуючий електрод другої сукупності коронуючих електродів розташований зі зміщенням відносно кожного прискорювального електрода першої сукупності прискорювальних 7 електродів і на нього подається практично така ж синфазна напруга, що і на першу сукупність прискорювальних електродів. 39. Система за п. 38, в якій перша, друга, третя і четверта площини паралельні. 40. Система за п. 38, що додатково включає схему живлення високою напругою, з'єднану з першою і другою сукупностями коронуючих електродів, причому форма хвилі високої напруги, що подається на першу сукупність коронуючих електродів, синхронізована з формою хвилі високої напруги, що подається на другу сукупність коронуючих електродів. 41. Система за п. 40, в якій форма хвилі високої напруги, що подається на першу сукупність коронуючих електродів, є синфазною з формою хвилі високої напруги, що подається на другу сукупність коронуючих електродів. 42. Система за п. 40, в якій схема живлення високою напругою включає: перший блок електроживлення високою напругою, з'єднаний з першою сукупністю коронуючих електродів; другий блок електроживлення високою напругою, з'єднаний з другою сукупністю коронуючих електродів; схему регулювання, з'єднану з першим і другим блоками електроживлення високою напругою, для регулювання кожного із згаданих блоків і генерування синхронізованих і синфазних форм хвилі високої напруги. 43. Система за п. 38, в якій кожний прискорювальний електрод першої сукупності прискорювальних електродів розташований зі зміщенням відносно кожного коронуючого електрода першої сукупності коронуючих електродів. 44. Система за п. 43, в якій кожний прискорювальний електрод другої сукупності прискорювальних електродів розташований зі зміщенням відносно кожного коронуючого електрода другої сукупності коронуючих електродів. 45. Система за п. 43, в якій коронуючі електроди першої сукупності коронуючих електродів розташовані на одному рівні з коронуючими електродами другої сукупності коронуючих електродів. 46. Система за п. 43, в якій відстань між коронуючими електродами першої сукупності коронуючих електродів і прискорювальними електродами першої сукупності прискорювальних електродів є першою відстанню, яка більша, ніж внутрішньоступенева міжелектродна відстань, виміряна уздовж лінії, яка перпендикулярна і першій, і другій згаданим площинам. 47. Система за п. 46, в якій відстань між кожним коронуючим електродом другої сукупності коронуючих електродів і прискорювальними електродами першої сукупності прискорювальних електродів є другою відстанню, яка більша, ніж міжступенева міжелектродна відстань, виміряна уздовж лінії, яка перпендикулярна і другій, і третій площинам, причому ця друга відстань є більшою, ніж перша відстань. 81092 8 48. Система за п. 47, в якій друга відстань у 1,2-2 рази більша за першу відстань. 49. Система за п. 47, в якій перша відстань вибрана в залежності від напруги початку коронування між коронуючими електродами першої сукупності коронуючих електродів і прискорювальними електродами першої сукупності прискорювальних електродів. 50. Система за п. 47, в якій другу відстань вибирають такою, щоб запобігти виникненню зворотного коронного розряду між другим ступенем електростатичного прискорювача і першим ступенем електростатичного прискорювача. 51. Спосіб компонування електростатичного прискорювача текучого середовища, який передбачає: визначення внутрішньоступеневої відстані для полегшення виникнення напруги початку коронування між коронуючими електродами та прискорювальними електродами, зводячи до мінімуму іскріння між коронуючими та прискорювальними електродами; визначення міжступеневої відстані для запобігання утворенню зворотного коронного розряду між прискорювальними електродами першого ступеня електростатичного прискорювача і коронуючими електродами другого ступеня, причому міжступенева відстань у 1,2-2,0 рази перевищує внутрішньоступеневу відстань; розміщення прискорювальних електродів першого ступеня у першій площині; розміщення коронуючих електродів другого ступеня в другій площині, причому перша і друга площини є паралельними, і відстань між ними є меншою або рівною міжступеневій відстані; і збудження прискорювальних електродів першого ступеня і коронуючих електродів другого ступеня за допомогою практично рівної за потенціалом синхронізованої форми хвилі високої напруги. 52. Спосіб за п. 51, в якому розміщення коронуючих електродів другого ступеня в другій площині включає розміщення коронуючих електродів зі зміщенням відносно прискорювальних електродів першого ступеня. 53. Спосіб за п. 51, який додатково передбачає розміщення коронуючих електродів першого ступеня в третій площині, причому перша, друга і третя площини є паралельними, і відстань між першою і третьою площинами є меншою за внутрішньоступеневу відстань. 54. Спосіб за п. 53, в якому розміщення коронуючих електродів першого ступеня в третій площині передбачає розміщення коронуючих електродів першого ступеня на одному рівні з коронуючими електродами другого ступеня і паралельно зі зміщенням відносно прискорювальних електродів першого ступеня. 55. Спосіб за п. 51, що додатково передбачає: компонування першого ступеня електростатичного прискорювача, який має першу сукупність коронуючих електродів і першу сукупність прискорювальних електродів, причому компонування першого ступеня включає розміщення кожного коронуючого електрода першої сукупності коронуючих електродів на 9 81092 10 внутрішньоступеневій відстані від прискорювальних електродів першої сукупності прискорювальних електродів, компонування другого ступеня електростатично прискорювача, що має другу сукупність прискорювальних електродів і другу сукупність коронуючих електродів, причому компонування другого ступеня включає розміщення кожного коронуючого електрода другої сукупності коронуючих електродів на внутрішньоступеневій відстані від прискорювальних електродів другої сукупності прискорювальних електродів. 56. Спосіб за п. 55, що додатково передбачає збудження першого і другого ступенів електростатичного прискорювача за допомогою синхронізованої форми хвилі високої напруги. 57. Спосіб за п. 56, що додатково передбачає фазову синхронізацію форми хвилі високої напруги таким чином, що різниця потенціалів між першою сукупністю коронуючих електродів і другою сукупністю коронуючих електродів підтримується практично постійною. Споріднені заявки Дана заявка є частковим продовженням [патентної заявки США №10/188069 «Електростатичний прискорювач текучого середовища для регулювання потоку текучого середовища і спосіб регулювання», поданої 3 липня 2002 року; заявки США №10/806473 з тією ж назвою, поданої 23 березня 2004 року; і має відношення до заявки США №09/419720 «Електростатичний прискорювач текучого середовища», поданої 14 жовтня 1999 року, тепер патент США №6504308; заявки США №10/175947 «Спосіб і пристрій регулювання потоку текучого середовища електростатичним прискоренням текучого середовища», поданої 21 червня 2002 року, тепер патент США №6664741; заявки США №10/187983 «Спосіб і пристрій керування системою запалювання», поданої 3 липня 2002 року; заявки США №10/295869 «Електростатичний прискорювач текучого середовища», поданої 18 листопада 2002 року, яка є продовженням попередньої патентної заявки США №60/104573, поданої 16 жовтня 1998 року; заявки США №10/724707 «Коронуючий електрод і спосіб його застосування», поданої 2 грудня 2003 року; заявки США №10/735302 «Спосіб і пристрій регулювання електростатичного прискорення текучого середовища», поданої 15 грудня 2003 року; і заявки США №10/752530 «Пристрій електростатичного очищення повітря», поданої 8 січня 2004 року], які всі наведені тут як посилання. Передумови створення винаходу Винахід належить до пристрою і способу прискорення текучого середовища, отже і надання йому швидкості та імпульсу, і, зокрема, до застосування методу коронного розряду для генерування іонів та електричних полів, особливо іонів та електричних полів для переміщення та регулювання текучих середовищ, наприклад повітря. В ряді патентів [див., наприклад, патенти США №4210847, автори Shannon et al, та №4231766 автор Spurgin] описане генерування іонів за допомогою електрода (іменованого «коронуючим електродом»), що притягує і, таким чином, прискорює іони в напрямку до іншого електрода (іменованого «збиральним» та/або «притягувальним» електродом), в результаті чого іонам надається імпульс в напрямку до притягувального електрода. Зіткнення між іонами і текучим середовищем, наприклад молекулами оточуючого повітря, передають імпульс іонів текучому середовищу, викликаючи відповідне переміщення останнього. У хпатентах США № 4789801 (Lee), № 5667564 (Weinberg), № 6176977 (Taylor et al) та № 4643745 (Sakakibara et al)ї також описані пристрої для переміщення повітря, які прискорюють повітря за допомогою електростатичного поля. Швидкість повітря, якої досягають в цих пристроях, дуже низька і практично непридатна для комерційного або промислового застосування. У [патентах США №№ 3699387 та 3751715 (Edwards)] описане використання ряду ступенів електростатичних прискорювачів повітря (ЕПП), розміщених послідовно для підсилення потоку повітря. В цих пристроях як притягувальний (збиральний) електрод використовується електропровідна сітка, яка розділяє сусідні коронуючі електроди. Сітка створює значний опір повітрю і послаблює повітряний потік, і, отже, не дає можливості ЕПП досягати очікуваних більш високих швидкостей потоку. На жаль, жоден з цих пристроїв не здатен забезпечувати ефективну інтенсивність повітряного потоку. Застосування ряду ступенів відомих пристроїв переміщення повітря не може вирішити проблему. Наприклад, пять послідовно розміщених ступенів електростатичних прискорювачів текучого середовища дають повітряний потік, лише на 17% інтенсивніший, ніж дає один ступінь. Див., наприклад, [пат. США №4231766 (Spurgin)]. Таким чином, існує потреба у практичному електростатичному прискорювачі текучого середовища, здатному забезпечувати швидкості потоку, придатні у промисловому значенні. Даний винахід вирішує декілька проблем, що полягають у відомих обмеженнях повітряного потоку і загальній нездатності досягти теоретичної оптимальної ефективності. Одна з таких проблем полягає у надмірних розмірах багатоступеневих ЕПП, оскільки декілька ступенів ЕПП, розміщених послідовно, потребують значної довжини уздовж повітропроводу (тобто уздовж напрямку повітряного потоку). Цей довгий повітропровід у подальшому створює більший опір повітряному потоку. 11 При розміщенні ступенів ближче один до одного виникають інші проблеми. Зменшена відстань між ступенями може створювати "зворотний коронний розряд" між притягувальним електродом одного ступеня і коронуючим електродом наступного, сусіднього ступеня, в результаті чого виникає зворотний повітряний потік. Це може статися через велику різницю електричних потенціалів між коронуючим електродом сусіднього ступеня і збиральним (притягувальним) електродом попереднього (протипотокового) ступеня. Більш того, через електроємність між сусідніми ступенями між ними виникає потік паразитного струму. Цей струм спричиняють несинхронні коливання або імпульси високої напруги між сусідніми ступенями. Проблема виникає і при використанні великих або багатьох ступенів, оскільки кожний окремий ступінь або група ступенів має своє власне високовольтне джерело електроживлення (ВДЕ). В цьому випадку висока напруга, необхідна для створення коронного розряду, може призвести до неприйнятного рівня іскріння між електродами. При виникненні іскріння ВДЕ треба повністю відключати на певний період часу, необхідний для деіонізацій та іскрогасіння, перед поновленням дії. При збільшенні кількості електродів іскри утворюються частіше, ніж при використанні одного комплекту електродів. Якщо одне ВДЕ живить декілька комплектів електродів (тобто декілька ступенів), тоді виключати треба буде частіше, щоб гасити більшу кількість утворюваних іскор. Це призводить до небажаного збільшення переривання живлення системи в цілому. Для вирішення цієї проблеми вигідним може виявитись живлення кожного ступеня від свого власного ВДЕ. Однак використання окремих ВДЕ потребує послідовного розміщення ступенів з більш широким інтервалом між ними для уникнення небажаних електричних взаємодій, викликаних паразитною ємністю між електродами сусідніх ступенів і для уникнення створення зворотного коронного розряду. Даний винахід пропонує нове вирішення для збільшення повітряного потоку шляхом близького розміщення ступенів ЕПП при мінімізації або уникненні небажаних явищ. Для підвищення ефективності винахід поєднує геометрію електродів, взаємне розміщення та електричну напругу, прикладену до електродів. Згідно з одним варіантом винаходу ряд коронуючих електродів і прискорювальних електродів розміщують паралельно один одному або між відповідними площинами, перпендикулярними напрямку повітряного потоку. Всі електроди сусідніх ступенів паралельні один одному, і всі електроди одного типу (тобто коронуючі електроди або збиральні електроди) розміщені в однакових паралельних площинах, перпендикулярних площинам, де розміщені електроди одного виду або краї електродів. Згідно з іншим варіантом ступені розміщують близько, щоб уникнути або мінімізувати будь-які коронні розряди між електродами сусідніх ступенів. Якщо найменша міжелектродна відстань становить "а", 81092 12 співвідношення різниці потенціалів (П - VI) між напругою VI, прикладеною до першого електрода, і напругою VI, прикладеною до найближчого другого електрода, і відстанню між цими електродами є нормалізованою відстанню "aN", тоді aN=(VI-V2)/a. Нормалізована відстань між дротяним коронуючим електродом одного ступеня та найближчою частиною сусіднього ступеня повинна перевищувати напругу початку коронування, прикладену між цими електродами, що фактично означає, що вона не менш ніж в 1,2-2,0 рази повинна перевищувати нормалізовану відстань від коронуючого до відповідного взаємодіючого (тобто найближчого) притягувального електрода (електродів) для запобігання виникненню зворотного коронного розряду. І нарешті, напруги, що їх прикладають до сусідніх ступенів, повинні бути синхронізованими та синфазними. Тобто компоненти змінного струму напруг, прикладених до електродів сусідніх ступенів, повинні підвищуватись і спадати одночасно і мати практично однакову форму хвилі, величину та/або амплітуду. Даний винахід збільшує густоту електродів ЕПП (зазвичай вимірювану в ступенях на одиницю довжини) та виключає або значно зменшує паразитні струми між електродами. В той же час винахід виключає виникнення коронного розряду між електродами сусідніх ступенів (наприклад, зворотного коронного розряду). Цього досягають, частково, шляхом приведення в дію сусідніх ступенів ЕПП за допомогою однаково ї форми хвилі напруги, тобто потенціали на сусідніх електродах мають однакові або дуже схожі змінні компоненти, щоб виключити або зменшити будь-яку диференціальну напругу змінного струму між ступенями та мінімізувати миттєву напругу між найближчими електродами сусідніх ступенів. При такій синхронній дії між ступенями різниця електричних потенціалів між найближчими електродами сусідніх компонентів ЕПП залишається постійною, і будь-який виникаючий паразитний струм від одного електрода до іншого мінімізується або повністю виключається. Синхронізацію можна забезпечувати різними способами, але найлегшим є приведення в дію сусідніх компонентів ЕПП відповідними синхронними та синфазними напругами від відповідних джерел електроживлення або за допомогою джерел електроживлення, синхронізованих для створення компонентів змінного струму з аналогічними амплітудами відповідних прикладених напруг. Цього можна досягти за допомогою одного джерела електроживлення, під'єднаного до сусідніх компонентів ЕПП, або за допомого інших, у кращому випадку узгоджених, джерел електроживлення, які створюють синхронний та синфазний компонент змінного струму прикладеної напруги. Подальшого збільшення густоти електродів (тобто "електродної густоти") можна досягти, розміщуючи найближчі (тобто сусідні) ступені з коронуючими та збиральними електродами протилежної полярності, тобто 13 найближчі один до одного електроди сусідніх ступенів мають такі самі або аналогічні (тобто "близькі") електричні потенціали. Стислий опис креслень Фіг.1А - схема з'єднань електростатичного прискорювача потоку (ЕПП) з одним джерелом високої напруги, що живить сусідні коронуючі ступені. Фіг.ЇВ - схема з'єднань ЕПП з парою синхронізованих джерел електроживлення, що живлять відповідні сусідні коронуючі ступені. Фіг.2А - часова діаграма напруг і струмів між електродами сусідніх ступенів ЕПП без компонента змінного струму диференціальної напруги між ступенями. Фіг.2В - часова діаграма напруг і струмів між електродами сусідніх ступенів ЕПП , де існує мала пульсація напруги між ступенями. Фіг.3 схема з'єднань джерела електроживлення, що включає пару підсистем джерела високої напруги з синхронізованими вихідними напругами. Фіг.4А схематичний вигляд зверху двоступеневого ЕПП з першою геометрією розміщення електродів. Фіг.4В схематичний вигляд зверху двоступеневого ЕПП з другою геометрією розміщення електродів. Фіг.5 - схема з'єднань ЕПП з парою синхронізованих джерел електроживлення, що живлять відповідні сусідні коронуючі ступені, де найближчі електроди мають однакові або близькі електричні потенціали. Фіг.6 - графік, що показує максимальну миттєву різницю потенціалів у вольтах між двома електродами, живленими сигналами певної постійної різниці потенціалів, коли фазова різниця між сигналами коливається в межах 0-20 градусів. Фіг.6А - графік, що показує максимальну миттєву різницю потенціалів у вольтах між двома електродами, живленими сигналами певної постійної різниці потенціалів, коли фазова різниця між сигналами коливається в межах 0-1 градусів. Опис кращого варіанту На фіг.1А показана схема з'єднань електростатичного іірискорювача потоку (ЕПП) 100 з двома ступенями, 114 та 115. Перший ступінь ЕПП 114 включає коронуючий електрод 106 і взаємодіючий прискорювальний електрод 112; другий ступінь ЕПП 115 включає коронуючий електрод 113 і взаємодіючий прискорювальний електрод 111. Обидва ступені ЕПП і всі електроди показані схематично. Для спрощення ілюстрації показаний лише один комплект коронуючого та збирального електродів на ступінь, хоча передбачається, що кожний ступінь може включати велику кількість розміщених парами коронуючих та прискорювальних електродів. Важливою особливістю ЕПП 100 є те, що відстань d1 між коронуючим електродом 106 та збиральним електродом 112 є порівнюваною з відстанню d2 між збиральним електродом 112 та коронуючим електродом 113 наступного ступеня 115, тобто найближча відстань між елементами сусідніх ступенів є не набагато більшою, ніж відстань між 81092 14 електродами на одному ступені. Як правило, міжступенева відстань d2 між збиральним електродом 112 та коронуючим електродом 113 сусіднього ступеня повинна бути в 1,2 - 2,0 рази більшою, ніж внутрішньоступенева відстань d1 між коронуючим електродом 106 та збиральним електродом 112 (або відстань між коронуючим електродом 113 та збиральним електродом 111) в межах одного ступеня. Завдяки цій узгодженій відстані ємність між електродами 106 і 112 та між 106 і 113 є одного порядку. Слід звернути увагу на те, що при такому розташуванні ємнісний зв'язок між коронуючими електродами 106 та 113 може допускати певний паразитний струм, що тече між цими електродами. Цей паразитний струм має такий самий порядок амплітуди, що і ємнісний струм між електродною парою 106 і 112. Для зменшення небажаного струму між електродами 113 та 106 на кожний треба подати синхронізований сигнал високої напруги. У варіанті, зображеному на фіг.1А, обидва ступеня ЕПП приводяться в дію спільним джерелом електроживлення 105, тобто джерелом електроживлення, що має єдину схему перетворення напруги, або "перетворювач" (наприклад, силовий трансформатор, випрямляч, схему фільтрації тощо), яке живить обидва ступені паралельно. Це гарантує, що різню** потенціалів між електродами 106 та 113 підтримується постійною відносно електродів 106 та 111, так що між електродами 106 та 113 струм взагалі не протікає або протікає дуже невеликий. На фіг.1В показана інша компоновка ЕПП 101, яка включає пару ступенів ЕПП, 116 та 117, що приводяться в дію окремими перетворювачами у вигляді джерел електроживлення 102 і 103 відповідно. Перший ступінь ЕПП 116 включає коронуючий електрод 107 та збиральний електрод 108, що утворюють пару взаємодіючих електродів в межах одного ступеня 116. Другий ступінь ЕПП 117 включає коронуючий електрод 109 та збиральний електрод 110, що утворюють другу пару взаємодіючих електродів. Обидва ступені ЕПП, 116 та 117, і всі електроди 107-110 показані схематично. Перший ступінь ЕПП 116 приводиться в дію джерелом електроживлення 102, а другий ступінь ЕПП 117 - джерелом електроживлення 103. Обидва ступені ЕПП, а також обидва джерела електроживлення 102 та 103 можуть мати однакову конструкцію для спрощення синхронізації, хоча можна застосовувати і різні конструкції в залежності від інших схем розташування. Для забезпечення синхронізованих вихідних потужностей джерела електрожислення 102 і 103 синхронізуються схемою керування 104 Схема керування гарантує, що обидва джерела електроживлення, 102 і 103, генеруватимуть синхронізовані та синфазні вихідні напруги, практично рівні, так що різниця потенціалів між електродами 107 і 109 підтримується практично постійною (наприклад, не має або має дуже невеликий компонент напруги змінного струму). (Примітка: хоча термін "синхронізований" взагалі включає і частотний, і фазовий збіг між сигналами, 15 вимога до фазового вирівнення крім того підсилюється терміном "синфазний", вимагаючим, щоб сигнали були синфазными відносно один одного у відповідних положеннях, наприклад стосовно кожного ступеня, як це і є. Підтримання цієї різниці потенціалів постійною (тобто мінімізація або виключення будь-якого компонента змінного струму напруги) обмежує будь-який ємнісний струм між електродами 107 та 109 до прийнятної величини, наприклад, як правило, менше 1 мА, а краще менше 100мкА, або зовсім виключає такий струм. Зменшення паразитного ємнісного струму між електродами сусідніх ступенів ЕПП можна бачити по сигналах на фіг.2А і 2В. Як видно на фіг.2А, напруга VI на електроді 107 (фіг.1В) і напруга VI на електроді 109 синхронізовані та синфазні, але необов'язково рівні за амплітудою постійного струму. Завдяки повній синхронізації різниця V\ VI між напругами на електродах 107 та 109 майже постійна і показує лише зсув постійного струму між сигналами (тобто не компонент змінного струму). Струм Іс, що тече через ємнісний зв'язок між електродом 107 та електродом 109, є пропорційним швидкості змінення з часом (dV/dt) напруги в цій ємності: Іс=С*[d)V1-V2)/dt]. З цього співвідношення безпосередньо витікає, що, якщо напруга в будь-якій ємності утримується постійною (тобто немає компонента змінного струму), струм не тече по цьому шляху. З одного боку, навіть невеликі зміни напруги можуть створювати великі потоки ємнісного струму, якщо напруга буде змінюватись швидко (тобто велика різниця d(V1V2)/dt). Щоб уникнути надмірного струму, що тече від різних електродів сусідніх ступенів ЕПП, напруги, прикладені до електродів цих· сусідніх ступенів, повинні бути синхронізованими та синфазними. Наприклад, як видно на фіг.2В, напруги V1 і V2 корони трохи несинхронізовані, що дає в результаті невеликий компонент змінного струму в різниці d(V1-V2)/dt. Цей маленький компонент змінного струму напруги дає в результаті значний паразитний струм Іс, що тече між сусідніми ступенями ЕПП. Запропонований даним винаходом варіант включає синхронізацію живлення, яке підводять до всіх ступенів, для запобігання виникненню потоку струму між ступенями. Найближче рознесення електродів сусідніх ступенів ЕПП можна наближено виразити наступним чином. Відмітимо, що типовий ЕПП працює ефективно в досить вузькому діапазоні напруг. Для належної роботи напруга Vc, прикладена між коронуючим та збиральним електродами одного ступеня, повинна перевищувати так звану напругу початку коронування Vonset. Тобто, якщо напруга Vc менша, ніж Vonset, коронного розряду не виникає і переміщення повітря не відбувається. В той же час Vc не повинна перевищувати пробивної напруги діелектрика Vb, щоб уникнути утворення дуги. В залежності від геометрії електродів та інших умов Vb може бути більш ніж удвічі більшою за Vonset. Для типових електродних конфігурацій співвідношення Vb/Vonset становить приблизно 1,4 81092 16 1,8, так що будь-який конкретний коронуючий електрод не повинен бути розташований на відстані від сусіднього збирального електрода, де він може генерувати "зворотний коронний розряд". Тому Нормалізована відстань aNn між найближчими електродами сусідніх ступенів повинна принаймні у 1,2 раза перевищувати нормалізовану відстань aNc між коронуючим і збиральним електродами одного ступеня, у кращому варіанті - перевищувати відстань aNc не більше, ніж у 2 рази. Тобто електроди сусідніх ступенів повинні бути рознесеш таким чином, щоб різниця потенціалів між цими електродами була меншою, ніж напруга початку коронування між будь-якими електродами сусідніх ступенів. Якщо вищезазначені умови не дотримані, вимушеним наслідком є рознесення сусідніх ступенів один від одного далі і ширше, ніж в інших випадках. Таке збільшене рознесення ступенів дає в результаті декілька обставин, що шкідливо впливають на переміщення повітря. Наприклад, збільшене рознесення сусідніх ступенів веде до збільшення повітропроводу, отже і до більшого опору повітряному потоку. Також збільшуються загальний розмір і вага ЕПП. При застосуванні синхронізованих і синфазних високовольтних джерел електроживлення (ВДЕ) згадані негативні впливи виключаються завдяки зменшеній відстані між ступенями ЕПП без зниження ефективності або збільшення іскріння. На фіг.3 зображений двоступеневий ЕПП 300, що включає пару конверторів у вигляді ВДЕ 301 і 302, зв'язаних з відповідно з першим і другим ступенями 312 і 313. Обидва ступені фактично ідентичні і живляться електроенергією від ідентичних ВДЕ 301 і 302. ВДЕ 301 і 302 включають відповідні регулятори 304 і 305 широтно-імпульсної модуляції (ІШМ), потужні транзистори 306 і 307, високовольтні індуктори 308 і 309 (тобто перетворювачі або фільтрувальні реактори) та подвоювачі напруги 320 і 321, причому кожний подвоювач напруги включає випрямлячі 310 і 311. ВДЕ 301 і 302 забезпечують живленням відповідні коронуючі електроди ступенів 312 і 313 ЕПП. Як вже зазначалось, хоча електроди ступенів 312 і 313 схематично зображені як окремі пари, що складаються з одного коронуючого електрода та одного прискорювального (або притягувального) електрода, кожний ступінь, як правило, включає ряд пар електродів, скомпонованих у двомірну сукупність. Регулятори ГШМ 304, 305 генерують (і подають на контакт 7) високочастотні імпульси на затвори відповідних потужних транзисторів 306 і 307. Частота цих імпульсів визначається відповідними резистивно-ємнісними схемами синхронізації, що включають резистор 316 і конденсатор 317 та резистор 318 і конденсатор 319. Як правило, невеликі відмінності в значеннях цих компонентів між ступенями призводять до трохи відмінних робочих частот двох згаданих ступенів ВДЕ, які зазвичай дають вихідну напругу в діапазоні 50 Гц - 1000кГц. Однак навіть невелике коливання частоти призводить до несинхронно! дії ступенів 312 і 313 ЕПП 300. Таким чином, для 17 забезпечення синхронної та синфазноі (тобто з нульовим зсувом фаз або нульовою фазовою різницею) дії джерел електроживлення 301 і 302 під'єднують регулятор 305 для приймання імпульсного сигналу синхронізації від контакту 1 регулятора ШІМ 304 через схему входу синхронізації, що включає резистор 315 і конденсатор 314. Така компоновка синхронізує регулятор ШІМ 305 з регулятором ШІМ 304, так що імпульси вихідної напруги обох цих регуляторів ШІМ є синхронними (однакова частота) і синфазними (однакова фаза). Фіг.4А і 4В представляють у поперечному розрізі дві різні компоновки двоступеневих ЕПП. Хоча показані лише два ступені, принципи і вся конструкція є аналогічними. На фіг.4А показаний перший ЕПП 411, що включає два послідовні або каскадні ступені 414 і 415. Перший ступінь 414 містить ряд паралельних коронуючих електродів 401, вирівнених в першу вертикальну колону, і збиральних електродів 402, вирівнених в другу колону, паралельну колоні коронуючих електродів 401. Всі електроди показані у поперечному розрізі, що поздовжньо входить в сторінку і виходить з неї. Коронуючі електроди 401 можуть бути у вигляді монтажних дротів, як показано, хоча можна використовувати інші конфігурації. Збиральні електроди 402 показані горизонтально витягнутими у вигляді струмопровідних пластинок Знов-таки, це лише ілюстрація, і можна застосовувати інші геометрії та конфігурації згідно з різними варіантами винаходу. Другий ступінь 415 аналогічним чином містить колону вирівнених коронуючих електродів 403 (також показаних у вигляді тонких монтажних дротів, перпендикулярних сторінці) і колону збиральних електродів 404 (також у вигляді пластинок). Всі електроди встановлені всередині повітропровода 405. Перший 414 і другий 415 ступені ЕПП 411 живляться від відповідних окремих В ДЕ (не показані). Ці ВДЕ синхронізовані та синфазні, так що коронуючі електроди 403 другого ступеня 415 можна розміщувати на максимально можливій близькій нормалізованій відстані від збиральних електродів 402 першого ступеня 414 без шкідливої взаємодії та зниження ефективності ЕПП. З метою ілюстрації автори припускають, що всі напруги та їхні компоненти (наприклад, змінний струм та постійний струм), прикладеш до електродів сусідніх ступенів 414 і 415, є рівними. Крім того, припускають, що до коронуючих електродів 401 і 403 прикладені високі напруги, а збиральні електроди 402 і 404 заземлені, тобто підтримуються на звичайному потенціалі Землі відносно високих напруг, прикладених до коронуючих електродів 401 і 403. Всі електроди розташовані паралельними вертикальними колонами відносно відповідних електродів різних ступенів, горизонтально вирівнених і вертикально зміщених відносно взаємодіючого електрода його власного ступеня у вигляді колон, розташованих зі зміщенням. Нормалізована відстань 410 між коронуючими електродами 401 і передніми кромками найближчих вертикально сусідніх збиральних електродів 402 дорівнює aN1. 81092 18 Нормалізована відстань aN2 (413) між коронуючими електродами 403 другого ступеня та задніми кромками збиральних електродів 402 першого ступеня повинна бути деякою відстанню aN2, більшою за aN1, фактична ж відстань залежить від конкретної напруги, прикладеної до коронуючих електродів. У будь-якому випадку aN2 повинна бути більшою, ніж aN1, тобто приблизно в 1 - 2 рази більшою за aN1, краще в 1,1 - 1 65 раза, а найкраще - приблизно в 1,4 раза. Зокрема, як показано на фіг.4А, відстань aN2-повинна бути просто більшою, ніж необхідно для виключення напруги початку коронування, яка створює потік струму між сусідніми ступенями. Припустімо, що ця нормалізована відстань aN2 дорівнює 1,4хaN1. Тоді горизонтальна відстань 412 між сусідніми ступенями є меншою, ніж відстань aN2 (413). Як показано, внутрішньоступенева відстань мінімізується, коли однотипні електроди сусідніх ступенів розміщені в одній площині 420 (фіг 4А) Площину 420 можна визначити як площину, перпендикулярну площині, що містить краї коронуючих електродів (площина 417, яка теж практично перпендикулярна напрямку повітряного потоку, як показано на фіг.4А). Якщо однотипні електроди сусідніх ступенів розміщені в різних, але паралельних площинах, наприклад площинах 421 і 422 (фіг.4В), результуюча мінімальна відстань між електродами сусідніх ступенів ЕПП дорівнює aN2, як показано лінією 419. Зверніть увагу, що довжина лінії 419 дорівнює відстані 413 (aN2) і більша завідстань 412, так що міжступенева відстань збільшується. На фіг.5 показана компоновка ЕПП 501, що включає пару ступенів ЕПП 516 і 517, що живляться окремими джерелами електроживлення 502 і 503 відповідно. Перший ступінь ЕПП 516 включає коронуючий електрод 507 та збиральний електрод 508, що утворюють пару взаємодіючих електродів в межах ступеня 516. Другий ступінь ЕПП 517 включає коронуючий електрод 509 та збиральний електрод 510, що утворюють другу пару взаємодіючих електродів. Обидва ступені ЕПП, 516 і 517, і всі електроди 507-510 показані схематично. Згідно з одним варіантом ступені ЕПП 516 і 517 розташовані каскадом, причому ступінь 517 розташований безпосередньо за ступенем 516 в заданому напрямку повітряного потоку. Задня кромка збирального електрода 508 (або задня кромка сукупності збиральних електродів) віднесена від передньої кромки коронуючого електрода 509 (або передньої кромки сукупності коронуючих електродів) на відстань 1-Ю см в залежності від, зокрема, робочих напруг. Перший ступінь ЕПП 516 живиться від джерела електроживлення 502, а наступний (або наступний в напрямку повітряного потоку) другий ступінь ЕПП 517 живиться від джерела електроживлення 503 зворотної полярності. Тобто, поки коронуючий електрод 507 живиться "позитивною" напругою відносно збирального електрода 508, коронуючий електрод 509 другого ступеня ЕПП 517 живиться "негативною" напругою (тобто протягом змінного у часі сигналу, наприклад змінного струму, напругою, яка є синфазною з 19 напругою, що подається на збиральний електрод 508, і протилежною або неспівпадаючою за фазою з коронуючим електродом 507). І навпаки, збиральний електрод 510 живиться "позитивною" напругою, тобто напругою, що є синфазною з напругою, що подається на коронуючий електрод 507. (Зверніть увагу, що вирази "позитивна напруга" і "негативна напруга" слід розуміти як відносні позначення будь-якого з двох полюсів джерел електроживлення, а не як абсолютні). Важливо, що електричні потенціали електродів 508 і 509 є однаковими або аналогічними у будь-який конкретний момент. Обидва ступені ЕПП, а також обидва джерела електроживлення 502 і 503 можуть бути однакової конструкції для спрощення синхронізації, хоча можна застосовувати різні конструкції в залежності від різних схем розташування. Для забезпечення синхронізованих вихідних напруг джерела електроживлення 502 і 503 синхронізуються схемою керування 504. Схема керування гарантує, що обидва джерела електроживлення, 502 і 503, генеруватимуть синхронізовані та синфазні вихідні напруги, практично рівні, так що різниця потенціалів між електродами 508 і 509 підтримується практично постійною (наприклад, не має або має дуже невеликий компонент змінного струму напруги, краще менше 100 вольт (середньоквадратичне значення), а ще краще менше 10 вольт (середньоквадратичне значення)). Підтримання цієї різниці потенціалів постійною (тобто мінімізація або виключення будь-якого компонента змінного струму напруги) обмежує будь-який потік ємнісного струму між електродами 508 і 509 до прийнятної величини, наприклад, як правило, менш ніж 1 мА, у кращому випадку менш ніж 100 мкА, або виключає його. Тобто, оскільки Іс=С*[d)V1-V2)/dt]. і оскільки dV/dt = V1 sinq - V2 sin (q+φ) (де φ - фазова різниця між сигналами), можна мінімізувати Іс поєднуючи мінімізацію будь-якої різниці потенціалів (V1-V2) і фазову різницю φ між сигналами Наприклад, якщо V1 і V2 повинні мати різницю 100 вольт, а краще 10 вольт, і бути синфазними, то будь-яку фазову різницю слід підтримувати в межах 5 градусів, краще - в межах 2 градусів, а ще краще - в межах 1 градуса. На фіг.6 і 6А представлені графіки, що показують максимальну миттєву різницю потенціалів у вольтах між двома електродами, на які подаються сигнали деякої постійної різниці потенціалів (в цьому випадку один електрод утримують під напругою 1000 вольт (середньоквадратичне значення), а інший - 1000 плюс 0, 10,25, 50, 100 і 200 вольт), оскільки фазова різниця між сигналами коливається між 0 і 20 градусами (фіг.6), причому частина змін відбувається між нульовою фазовою різницею і фазовою різницею в 1 градус, як показано на фіг.6А. Як видно, при таких високих напругах навіть маленька фазова різниця призводить до значного максимального миттєвого рівня напруги, що утворюється між електродами. Максимальна миттєва різниця потенціалів виникає при фазовій 81092 20 різниці 0° +1 /2 (тобто φ/2) і знову через 180° (тобто 180°+ φ/2) у протилежному напрямку полярності. Слід зазначити, що полярність коронуючого електрода різних ступенів відносно відповідного збирального електрода може бути такою самою (тобто позитивною) або змінною (скажімо, позитивною на першому ступені, негативною на другому ступені, позитивною на третьому ступені і т.д.). Стисло, варіанти винаходу включають компоновки, що відповідають одній або більше з трьох умов в різних комбінаціях: 1. Електроди сусідніх ступенів ЕПП приводяться в дію практично однаковими сигналами напруги, тобто потенціали на сусідніх електродах повинні мати практично однакові змінні компоненти. Ці змінні компоненти повинні бути близькими або ідентичними і за величиною, і за фазою. 2. Сусідні ступені ЕПП повинні бути близько розташовані, відстань між ними обмежується і визначається відстанню, яка є просто достатньою для виключення або мінімізації будь-якого коронного розряду між електродами сусідніх ступенів. 3. Однотипні електроди сусідніх ступенів слід розміщувати в одній і тій самій площині, перпендикулярній площині, на якій розміщені ці електроди (або передні кромки електродів). Слід розуміти, що всі публікації, патенти і патентні заявки, згадані в даному описі, свідчать про рівень компетентності в галузі, до якої відноситься даний винахід. Всі ці публікації, патенти і патентні заявки включені тут як посилання в тій мірі, ніби кожна окрема публікація, патент або патентна заявка була конкретно і окремо наведена як посилання у всій повноті. 21 81092 22