用于在电‑流体动力应用中控制电场的系统和方法技术方案

本申请涉及用于在电‑流体动力应用中控制电场的系统和方法。从气体流提取能量的电‑流体力学系统包括：将具有相同极性的第一种类的粒子注入气体流中的注射器，其中随着气体流的粒子运动由第一电场阻止；电场发生器，其产生与第一电场相反的第二电场，使得在注射器的下游的预定距离处的净电场近似为零；收集具有与第一种类的粒子相反的极性的第二种类的粒子的上游收集器；收集带电粒子的下游收集器；和耦合在下游收集器和上游收集器之间的负载，其中负载将气体流的动能转换成电力。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2011年10月18日，申请号为201180040994.4，专利技术名称为“用于在电-流体动力应用中控制电场的系统和方法”的申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求在2010年10月18日提交的标题为“ASystemAndMethodForControllingElectricFieldsInElectro-HydrodynamicApplications”的美国临时申请号61/394,298和在2011年8月29日提交的标题为“ASystemAndMethodForControllingElectricFieldsInElectro-HydrodynamicApplications”的美国临时申请号61/528,440的利益，这两个申请通过引用被全部并入。本申请涉及2009年1月22日提交的标题为“Electro-HydrodynamicWindEnergySystem”的在先申请号12/357,862和2009年1月22日提交的标题为“Electro-HydrodynamicWindEnergySystem”的PCT在先申请号PCT/US09/31682，这两个申请通过引用被全部并入。
本专利技术通常涉及电-流体动力风能转换领域，且更具体地涉及在电-流体动力风能转换领域中的新的和有用的系统和方法。背景电-流体动力(EHD)风能转换是电能直接从风能中被提取的过程。EHD系统一般是使用风能来对抗静电场的固态装置，使带电元件与充电的源分离。在概念上，该系统可以将风动能转换成以在非常高的电压处收集的电荷的形式的电位能。然而，该领域中的过去的调查伴随着许多问题，当与用于操作EHD系统的能量输入相比时，这些问题使能量收集变得不足。特别是，当EHD系统从带电粒子的分离收集电荷时，系统产生阻止电荷的运动的电场(也称为系统场120)。系统场可以抵消和甚至控制用于使EHD系统中的粒子带电的电场。作为结果，提供到带电元件的电荷(例如，带电液雾中的液滴)由于系统场对充电场的干扰而减少。这降低了整个系统的工作电流和功率输出。此外，被发射到风流的带电粒子遇到由从注射器出口顺风的先前释放的带电粒子的云所产生的非常大的相反的静电力(也称为空间电荷122，图1中所示)，其促进液滴短路到充电元件或其他组件，而不是夹带在风流中，其中带电粒子可有助于如在图2中所示的能量获取。因此，在电-流体动力风能转换领域中需要创建用于控制电-流体动力应用中的电场的幅度和方向的新的和有用的系统和方法。本专利技术提供了这样的新的和有用的系统和方法。
技术实现思路
在一种实施方式中，本申请提供一种电-流体力学系统，其从气体流提取能量，所述系统包括：-注射器，其将具有相同极性的第一种类的粒子注入所述气体流中，其中随着所述气体流的粒子运动由第一电场阻止；-电场发生器，其产生与所述第一电场相反的第二电场，使得在所述注射器的下游的预定距离处的净电场近似为零；-上游收集器，其收集具有与所述第一种类的粒子相反的极性的第二种类的粒子；-下游收集器，其收集带电粒子；以及-负载，其耦合在所述下游收集器和所述上游收集器之间，其中所述负载将所述气体流的动能转换成电力。在一个实施方案中，所述第一种类的粒子注射自注射器出口，其中所述电场发生器的一部分位于所述注射器出口的上游。在一个实施方案中，所述电场发生器至少部分地围绕所述注射器。在一个实施方案中，所述电场发生器是环形的，并实质上与所述注射器同心。在一个实施方案中，所述电场发生器是电极。在一个实施方案中，所述电场发生器还包括使所述第二电场成形的场成形器。在一个实施方案中，所述场成形器是与所述电场发生器实质上共面并沿所述电场发生器的中心轴线定位的电极。在一个实施方案中，所述电场发生器位于所述注射器的下游。在一个实施方案中，所述电场发生器吸引所述第一种类的粒子。在一个实施方案中，所述电场发生器包括被保持在与所述第一种类的粒子相同的极性处的第一电极和被保持在与所述第一种类的粒子的极性相反的极性处的第二电极，其中所述第一电极实质上沿着所述气体流与所述第二电极对齐，其中第一电极接近所述注射器，并且所述第二电极远离所述注射器。在一个实施方案中，所述第一电极的电位的幅度比所述第二电极的电位的幅度小。在一个实施方案中，所述预定距离是在所述注射器的下游的5-10mm。在一个实施方案中，所述粒子为液滴。在一个实施方案中，所述注射器包括将所述第一种类的粒子注入到所述气体流中的多个喷嘴。在另一种实施方式中，本申请提供一种电-流体力学系统，其从气体流提取能量，所述系统包括：-注射器，其将具有相同极性的第一种类的粒子注入所述气体流中，其中随着所述气体流的粒子运动由第一电场阻止；-电场发生器，其产生与所述第一电场相反的第二电场，其中所述第二电场反转在所述注射器下游的预定距离处的净电场，所述第二电场在远离所述电场发生器的点处比接近所述电场发生器的点具有更高的强度；-上游收集器，其收集具有与所述第一种类的粒子相反的极性的第二种类的粒子；-下游收集器，其收集带电粒子；以及-负载，其耦合在所述下游收集器和所述上游收集器之间，其中所述负载将所述气体流的动能转换成电力。在一个实施方案中，所述电场发生器为电极。在一个实施方案中，所述电场发生器的一部分位于所述注射器的上游。在一个实施方案中，所述电场发生器为实质上与所述注射器同心和共面的环形电极。在一个实施方案中，所述电场发生器改变所述气体流的一部分的速度。在一个实施方案中，所述电场发生器包括收敛形喷嘴，其中所述注射器实质上位于所述喷嘴的喉部中。在另外一个实施方式中，本申请提供一种电-流体力学系统，其从气体流中提取能量，所述系统包括：-注射器，其将具有相同极性的第一种类的粒子注入所述气体流中，其中随着所述气体流的粒子运动由第一电场阻止；-环形电极，其与所述注射器共面且同心，产生与所述第一电场相反的第二电场，使得在所述注射器下游的预定距离处的净电场近似为零；-上游收集器，其收集具有与所述第一种类的粒子相反的极性的第二种类的粒子；-下游收集器，其收集带电粒子；以及-负载，其耦合在所述下游收集器和所述上游收集器之间，其中所述负载将所述气体流的动能转换成电力。附图的简要说明图1是具有空间电荷的现有技术的电-流体动力能量提取系统的示意性表示。图2是指示不令人满意的电场特性的现有技术的曲线图。图3A和3B分别是本专利技术的优选的实施方案的示意性表示和本专利技术的优选的实施方案的电场的示意性表示。图4是本专利技术的优选的实施方案的电场特性的示例性曲线图。图5是本专利技术的优选的实施方案的注射器的示意性表示。图6是本专利技术的第一实施方案的示意性表示。图7是本专利技术的第二实施方案的示意性表示。图8是本专利技术的包括空气动力电场发生器的实施方案的示意性表示。优选实施方案的描述本专利技术的优选实施方案的下面的描述并不是用来将专利技术限制到这些优选的实施方案，而是使本领域的任何技术人员能够进行和使用本专利技术。1.用于在HD应用中的场成形的系统如图3中所示，用于在优选的实施方案的电-流体动力(EHD)应用中控制电场(即，场成形)的系统100包括注射器200和电场发生器300。注射器200(或“电荷发生器”)优选地包括至少一个电极220和喷嘴240，以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从风提取能量的系统，所述系统包括：上游收集器，其被偏置在一电位，所述上游收集器引起第一电场；电场发生器，其产生与所述第一电场相反的第二电场；注射器，其将粒子引入所述第一电场，所述粒子上的风拖动至少部分地被所述粒子上的第一电场的力阻止并且被所述粒子上的所述第二电场的力协助；传感器，其监测操作参数；控制器，其响应于所述操作参数的改变而改变所述系统的参数，以提高能量提取效率；以及场校平器，其使所述第二电场沿由所述电场发生器定义的区域实质上均匀。

【技术特征摘要】
2010.10.18 US 61/394,298;2011.08.29 US 61/528,4401.一种用于从风提取能量的系统，所述系统包括：上游收集器，其被偏置在一电位，所述上游收集器引起第一电场；电场发生器，其产生与所述第一电场相反的第二电场；注射器，其将粒子引入所述第一电场，所述粒子上的风拖动至少部分地被所述粒子上的第一电场的力阻止并且被所述粒子上的所述第二电场的力协助；传感器，其监测操作参数；控制器，其响应于所述操作参数的改变而改变所述系统的参数，以提高能量提取效率；以及场校平器，其使所述第二电场沿由所述电场发生器定义的区域实质上均匀。2.如权利要求1所述的系统，还包括负载，所述负载电连接在所述上游收...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维德·卡梅因，道恩·怀特，兰迪·C·史蒂文森，
申请(专利权)人：阿齐欧能源公司，
类型：发明
国别省市：美国;US