CN110828268B - 离子风生成器的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够以低电力得到体积力高的离子风的离子风生成器的控制方法。本发明是第一电极层(12)与第三电极层(16)之间的距离(A)为11～35mm的离子风生成器的控制方法，将由交流电源(20)施加到第一电极层(12)的交流电压设为6～20kVpp，并且，将由直流电源(30)施加到第二电极层(14)或第三电极层(16)的直流电压设为6～20kV。

Description

离子风生成器的控制方法
技术领域
本发明涉及离子风生成器的控制方法。
背景技术
已知在金属电极/绝缘体/金属电极的构成中通过在金属电极之间施加电压而使空气带电来产生离子风。
专利文献1教导了一种气流产生装置，其特征在于，设置于面状电介体的两面的2个电极中的至少一方由具有多点的末端的电极构成，对两电极施加交流电压并使任一方接地而感应出离子风。在专利文献1中提到该气流产生装置具有如下两个作用：(1)通过对一方的电极施加高电压，而向夹着面状电介体而存在于相对向面并接地的电极感应出等离子；(2)通过对电极施加交流电压，等离子的形态稳定，同时，在面状电介体上感应出从电极朝向板状接地电极的吹力，从而在面状电介体上产生离子风。
另外，还将该离子风作为热交换手段来使用。例如，专利文献2公开了一种热交换装置，其具有电子放出元件和有孔电极，该电子放出元件具有电极基板、薄膜电极和夹在它们之间的电子加速层，该有孔电极离开薄膜电极地与薄膜电极相对向并具有至少1个贯通孔；在空气中设置电子放出元件和有孔电极，在电极基板与薄膜电极之间施加了第1电压并在薄膜电极与有孔电极之间施加了第2电压时，利用第1电压，在电极基板生成的电子被电子加速层加速而从薄膜电极放出到空气中、生成负离子，利用第2电压，生成包括负离子的离子风、使之通过贯通孔而向被热交换体放出。
另外，近年来，也提出了三电极构成的离子风产生装置。
非专利文献1公开了：在三电极构成的等离子执行器中，以频率6kHZ、7kHZ、13～18kHZ施加交流15.6kVpp、直流0～30kV施加。另外，也公开了交流电极与直流电极之间的距离为40mm、60mm、80mm。
非专利文献2公开了：在三电极构成的等离子执行器中，施加交流10.4～20.8kV、直流0～20kV。另外，也公开了交流电极与直流电极之间的距离为40mm。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-247966号公报
专利文献2：日本特开2013-077750号公报
非专利文献
非专利文献1：日本机械学会2017年度年次大会演讲论文集NO.17-1、S0530102
非专利文献2：2012-3238.6th-AIAA Flow Control Conference，25-28 2012年6月
发明内容
发明要解决的问题
关于兼顾离子风的风速(体积力)增加和离子风生成时的低电力化，尚存改善的余地。
于是，存在提供能够以低电力得到体积力高的离子风的离子风生成器的控制方法的必要性。
用于解决课题的手段
本发明者潜心研究后发现通过以下的手段能够解决上述课题，从而完成了本发明。也就是说，本发明如下：
〈方案1〉一种离子风生成器的控制方法，
所述离子风生成器具有电极体、以及交流电源和直流电源，
所述电极体具有第一电极层、第二电极层、第三电极层和电介体层；并且，
所述交流电源连接于所述第一电极层与所述第二电极层之间，由此能够在这些电极层之间施加电压，
所述直流电源连接于所述第二电极层与所述第三电极层之间，由此能够在这些电极层之间施加电压，
所述第一和第三电极层在所述电介体层的一表面的一部分大致平行地相对向配置，
所述第一电极层与所述第三电极层之间的距离为11～35mm，
所述第二电极层配置于所述电介体层的另一表面的一部分，
由此在由所述交流电源在所述第一电极层与所述第二电极层之间施加了电压且由所述直流电源在所述第二电极层与所述第三电极层之间施加了电压时，能够在离开所述电介体层的方向产生离子风；
在所述离子风生成器的控制方法中，
将由所述交流电源在所述第一电极层与所述第二电极层之间施加的交流电压设为6～20kVpp，并且，
将由所述直流电源在所述第二电极层与所述第三电极层之间施加的直流电压设为6～20kV。
〈方案2〉如方案1所述的离子风生成器的控制方法，其中，将所述交流电压设为11～20kVpp。
发明效果
根据本发明，能够提供能够以低电力得到体积力高的离子风的离子风生成器的控制方法。
附图说明
图1是离子风生成器的概略图。图1(a)表示离子风生成器的侧剖视图，图1(b)表示离子风生成器的俯视图。
图2是利用离子风生成器的离子风的产生的概念图。
图3是表示实施例1-1～1-4和比较例3-1的控制条件下的离子风的体积力与第三电极层的电位的绝对值的关系的图。
标号说明
10 电极体
12 第一电极层
14 第二电极层
16 第三电极层
18 电介体层
20 交流电源
30 直流电源
100 离子风生成器
A 第一电极层与第二电极层之间的距离
X 电场覆膜
Y 离子风
具体实施方式
《离子风生成器的控制方法》
在参照作为例示的实施方式的图1进行说明时，本发明的离子风生成器的控制方法如下：
关于离子风生成器100，
具有电极体10、以及交流电源20和直流电源30，
电极体10具有第一电极层12、第二电极层14、第三电极层16和电介体层18，并且，
交流电源20连接于第一电极层12与第二电极层14之间，由此能够在这些电极层之间施加电压，
直流电源30连接于第二电极层14与第三电极层16之间，由此能够在这些电极层之间施加电压，
第一电极层12和第三电极层16大致平行地相对向地配置于电介体层的一表面的一部分，
第一电极层12与第三电极层16之间的距离A为11～35mm，
第二电极层14配置于电介体层18的另一表面的一部分，
由此在由交流电源20在第一电极层12与第二电极层14之间施加了电压且由直流电源30在第二电极层14与第三电极层16之间施加了电压时，能够在离开电介体层18的方向产生离子风；
在离子风生成器的控制方法中，
将由交流电源20在第一电极层12与第二电极层14之间施加的交流电压设为6～20kVpp，并且
将由直流电源30在第二电极层14与第三电极层16之间施加的直流电压设为6～20kV。
本发明者发现通过上述的方法能够以低电力得到体积力高的离子风。虽然不希望被理论约束，但认为在将第一电极层与第三电极层之间的距离设为11～35mm的状态下在第一电极层与第二电极层之间施加交流电压时，如图2(a)所示，在第一电极层12与第三电极层16之间形成电场覆膜X，结果，促进空气中的分子的离子化而使得离子堆积。并认为，在该状态下在第二电极层与第三电极层之间施加直流电压时，如图2(b)所示，该离子被直流电压弹飞，即使是弱的直流电压也能够得到体积力高的离子风。
关于由交流电源在第一电极层与第二电极层之间施加的交流电压(peak topeak，峰间电压)，从利用交流电压良好地形成上述的电场覆膜的观点出发，优选为11kVpp以上、12kVpp以上或13kVpp以上，另外，从抑制能量的消耗的观点出发，优选为20kVpp以下、17kVpp以下或15kVpp以下。
关于由直流电源在第二电极层与第三电极层之间施加的直流电压，从增加离子风的体积力的观点出发，优选为6kV以上、8kV以上、9kV以上、10kV以上或11kV以上，另外，从抑制能量的消耗的观点出发，优选为20kVpp以下、17kVpp以下、15kVpp以下或13kVpp以下。
从安全性的观点出发，优选使第二电极层电接地。
第一电极层和第三电极层大致平行地相对向配置。在此，在本发明中，“大致平行”是指相对于完全平行的角度之差在10°以内、5°以内、3°以内或1°以内。
关于第一电极层与第三电极层之间的距离，从抑制施加了交流电压时的短路放电的观点出发，优选为11mm以上、13mm以上、15mm以上或18mm以上，另外，从利用交流电压良好地形成上述的电场覆膜的观点出发，优选为35mm以下、33mm以下、30mm以下、27mm以下、25mm以下或22mm以下、尤其是20mm。
第一和第三电极层的长度可以相互不同，或者也可以相互相等，但从制造上的观点出发，优选为相互相等。
从利用交流电压良好地形成上述的电场覆膜的观点出发，优选将第二电极层配置于与第一电极层与第三电极层之间的区域对应的位置。
以下，对在本发明的方法中采用的离子风生成器的各构成进行说明。
〈电极体〉
电极体具有第一电极层、第二电极层、第三电极层和电介体层。
(第一电极层)
第一电极层是与交流电源相连的电极层、例如带状的电极层。
第一电极层可以由示出导电性的材料构成，例如可以是锌、铝、金、银、铜、铂、镍铬耐热合金、铱、钨、镍、铁等金属。另外，作为第一电极层，能够采用在银膏、碳膏等导电性膏中混合了聚酯系树脂、环氧树脂、聚氨酯系树脂、聚氯乙烯系树脂、酚醛系树脂等而得的导电性墨。
(第二电极层)
第二电极层与交流电源和直流电源相连，优选是电接地的电极层、例如带状的电极层。第二电极层可以由对第一电极层而举出的材料构成。
(第三电极层)
第三电极层是与直流电源相连的电极层、例如带状的电极层。第三电极层可以由对第一电极层而举出的材料构成。
(电介体层)
作为电介体层，能够采用任意的绝缘体，例如云母、玻璃、陶瓷、树脂等。电介体层可以是例如片状的电介体层。
作为陶瓷，能够采用例如氧化铝、氧化锆氮化硅、氮化铝等。
作为树脂，能够采用例如酚醛树脂、脲树脂、聚酯、环氧树脂、硅树脂、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、软质聚氯乙烯树脂、硬质聚氯乙烯树脂、醋酸纤维素、聚对苯二甲酸乙二醇酯、特氟龙(注册商标)、生橡胶、软橡胶、硬橡胶、冻石、丁基橡胶、氯丁橡胶等。
〈交流电源〉
交流电源连接于第一电极层与第二电极层之间，由此是能够在这些电极层之间施加电压的交流电源。作为交流电源，只要是能够施加6～20kVpp的交流电压的交流电源，则能够采用任意的交流电源。
〈直流电源〉
直流电源连接于第二电极层与第三电极层之间，由此是能够在这些电极层之间施加电压的直流电源。直流电源只要是能够施加6～20kV的直流电压的直流电源，则能够采用任意的直流电源。
【实施例】
利用实施例和比较例来具体地说明本发明，但本发明不限于此。
《离子风生成器的制作》
〈实施例1〉
如图1所示，在作为电介体层18的聚四氟乙烯片(60mm×60mm、厚度1mm)的一表面，以20mm的间隔平行地配置作为第一电极层12和第三电极层16的铝带(宽度5mm、长度35mm)。在以下的表1～4中，将该第一电极层与第三电极层的间隔称为“电极间距离”。
接着，在聚四氟乙烯片的另一表面的、与第一电极层12与第三电极层16之间的区域对应的位置，配置作为第二电极层14的铝带(宽度20mm、长度35mm)。
接着，将交流电源连接于第一电极层与第二电极层之间，将直流电源连接于第二电极层与第三电极层之间，并且，使第二电极层电接地，从而制作实施例1的离子风生成器。此外，直流电源被连接成负极端子成为第三电极层侧。
〈实施例2〉
除了直流电源的正极端子成为第三电极层侧之外，与实施例1同样地，制作实施例2的离子风生成器。
〈比较例1～2〉
除了将第一电极层12与第三电极层16的间隔改变为10mm且将第二电极层14的宽度改变为10mm之外，分别与实施例1～2同样地制作比较例1～2的离子风生成器。
〈比较例3〉
除了将第一电极层12与第三电极层16的间隔改变为40～80mm且根据该间隔将第二电极层14的宽度改变为40～80mm之外，与实施例1同样地制作比较例3的离子风生成器。
《评价》
在表1所示的范围内改变第一和第三电极层的电位来测定离子风的体积力。离子风的体积力的测定是通过将各离子风生成器配置于电子天平(电子秤)上并由电子天平测定产生离子风时的反力来进行的。
表1～4和图3示出控制条件和评价结果。此外，在表1～4中，「GND」(ground)是指电接地。另外，第三电极层的电位为负的值是指直流电源的负极端子与第三电极相连。
在表1中，示出使第一和第三电极层的电位在表1所示的范围变化时的离子风的最大体积力。
在表2中，对实施例1的离子风生成器，一边将第一电极层的电位设定为11kVpp、14kVpp、17kVpp、20kVpp一边使第三电极层的电位变化来分别评价离子风的体积力，将它们分别称为实施例1-1～1-4。
在表3中，对比较例3的离子风生成器，将电极间距离固定为40mm并使第三电极层的电位变化来分别评价离子风的体积力，将其称为比较例3-1。
图3示出表2和表3所示的离子风的体积力与第三电极层的电位的绝对值的关系。
在表4中，不在第二电极层与第三电极层之间施加直流电压并使第一电极层的电位变化，分别评价此时的离子风的体积力，将其称为实施例1-5。
【表1】
Figure BDA0002155181920000091
【表2】
Figure BDA0002155181920000092
【表3】
Figure BDA0002155181920000101
【表4】
Figure BDA0002155181920000102
从表1能够理解出：与电极间距离为10mm的比较例1～2的离子风生成器和电极间距离为40mm的比较例3的离子风生成器相比，电极间距离为20mm的实施例1～2的离子风生成器的离子风的最大体积力明显变大。
另外，从表2～3和图3能够理解出：实施例1-1～1-4和比较例3-1的离子风生成器在第三电极层的电位的绝对值变大时离子风的体积力变大这一方面是相同的，但在比较例3的离子风生成器中，在第三电极的电位的绝对值为15kV以上的情况下产生离子风，而与之相对地在实施例1-1～1-4的离子风生成器中，在第三电极的电位的绝对值为6kV以上的情况下产生离子风。由此能够理解出：与比较例3的离子风生成器相比，实施例1-1～1-4的离子风生成器能够以低电力得到高离子风的体积力。
另外，虽然没有明示实施例1-1～1-4那样的各自的评价，但在实施例2的离子风生成器的情况下，与实施例1-1～1-4同样地能够得到高离子风的体积力。
另外，若比较实施例1-1～1-4的离子风生成器，则能够理解出第一电极层的电位越小则能得到离子风越高的体积力。
此外，从表4能够确认：在仅交流电压的施加下几乎不产生离子风，由此可知，交流电压和直流电压的相互作用有助于离子风的生成。

Claims (1)

1.一种离子风生成器的控制方法，
所述离子风生成器具有电极体、以及交流电源和直流电源，
所述电极体具有第一电极层、第二电极层、第三电极层和电介体层，并且，
所述交流电源连接于所述第一电极层与所述第二电极层之间，由此能够在这些电极层之间施加交流电压，
所述直流电源连接于所述第二电极层与所述第三电极层之间，由此能够在这些电极层之间施加直流电压，
所述第一电极层和所述第三电极层在所述电介体层的一表面的一部分大致平行地相对向配置，在此，大致平行是指相对于完全平行的角度之差在10°以内，
所述第一电极层与所述第三电极层之间的距离为18～22mm，
所述第二电极层配置于所述电介体层的与所述一表面相对向的另一表面的一部分，
由此在由所述交流电源在所述第一电极层与所述第二电极层之间施加了交流电压且由所述直流电源在所述第二电极层与所述第三电极层之间施加了直流电压时，能够在离开所述电介体层的方向产生离子风；
在所述离子风生成器的控制方法中，
将由所述交流电源在所述第一电极层与所述第二电极层之间施加的交流电压设为11～15kVpp，并且，
将由所述直流电源在所述第二电极层与所述第三电极层之间施加的直流电压设为11～13kV。
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