CN110103617A - 一种能够回收能量的静电除尘黑板擦 - Google Patents

一种能够回收能量的静电除尘黑板擦 Download PDF

Info

Publication number
CN110103617A
CN110103617A CN201910307344.XA CN201910307344A CN110103617A CN 110103617 A CN110103617 A CN 110103617A CN 201910307344 A CN201910307344 A CN 201910307344A CN 110103617 A CN110103617 A CN 110103617A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrostatic
energy
electrode layer
board
blackboard eraser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910307344.XA
Other languages
English (en)
Inventor
程广贵
曹杰
丁建宁
张忠强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN201910307344.XA priority Critical patent/CN110103617A/zh
Publication of CN110103617A publication Critical patent/CN110103617A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B43—WRITING OR DRAWING IMPLEMENTS; BUREAU ACCESSORIES
    • B43L—ARTICLES FOR WRITING OR DRAWING UPON; WRITING OR DRAWING AIDS; ACCESSORIES FOR WRITING OR DRAWING
    • B43L21/00—Blackboard or slate cleaning devices
    • B43L21/02—Blackboard or slate cleaning devices with means for absorbing the chalk dust
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/32—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from a charging set comprising a non-electric prime mover rotating at constant speed

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electrostatic Separation (AREA)

Abstract

本发明涉及黑板擦，特指一种能够实现能量回收的静电除尘黑板擦。根据静电除尘原理，利用摩擦产生的静电吸附粉尘，然后通过抽气装置将粉尘吸至集灰盒，实现从源头上有效吸除黑板上的粉尘，利用摩擦生电、静电感应和压电效应的复合原理，通过收集擦黑板时的摩擦力以及手部对黑板擦的压力，经由发电装置中的混合纳米发电机将其转化为电能，通过外加整流电路为储能装置充电，进而为抽气装置提供电能，实现对机械能的回收利用。

Description

一种能够回收能量的静电除尘黑板擦
技术领域
本发明涉及黑板擦，特指一种能够实现能量回收的静电除尘黑板擦。
背景技术
黑板擦是一种必备的教学工具,常规的黑板擦对粉尘的吸附作用小，使得黑板擦拭不干净，还容易造成教室空气中粉尘飞扬，影响师生的健康；申请号为201820584616.1的中国专利申请公开的一种基于集尘极板和电晕电极板通电产生的高压静电场的静电除尘黑板擦，该黑板擦需要干电池为其提供电能；申请号为201320858988.7的中国专利申请公开了一种静电黑板擦，该黑板擦通过抽气装置将利用静电吸附的粉尘吸到集灰盒中，利用干电池为抽气装置提供电能；这些黑板擦都需要及时的更换电池，而且电池的使用周期很短，影响使用，同时造成极大的资源浪费；众所周知，粉笔灰的粉尘在教室扩散会对老师和学生的身体健康造成伤害，干电池的使用周期短，大量使用会对资源产生浪费，废电池处理不当也会对环境产生很大的危害。而基于摩擦电效应以及静电感应原理的静电摩擦发电机在王中林团队等众多科学团队不断努力下取得了大量的研究成果，生活中微小能源的利用与收集受到越来越多研究者的关注。
发明内容
本发明是一种可以自供电的静电除尘黑板擦，根据静电除尘原理，利用摩擦产生的静电吸附粉尘，然后通过抽气装置将粉尘吸至集灰盒，实现从源头上有效吸除黑板上的粉尘，利用摩擦生电、静电感应和压电效应的复合原理，通过收集擦黑板时的摩擦力以及手部对黑板擦的压力，经由发电装置中的混合纳米发电机将其转化为电能，通过外加整流电路为储能装置充电，进而为抽气装置提供电能，实现对机械能的回收利用。
本发明提供的一种能够回收能量的静电除尘黑板擦，其特征在于，所述静电除尘黑板擦包括壳体、擦板、集灰盒、抽气装置、静电摩擦体、弹性连接件、亚克力板、开关、发电装置、储能装置、整流电路。其中集灰盒设置于壳体内，通过轨道与壳体固定连接，集灰盒上具有抽气孔；抽气装置设置于壳体外，位于集灰盒的右侧，且抽气装置与抽气孔相连。发电装置在壳体内部，位于集灰盒的上方，由混合纳米发电机组成；储能装置位于抽气装置上方，并且与发电装置和抽气装置电性相连，储能装置内有可充电锂电池；静电摩擦体设置于壳体的底部外，且静电摩擦体上具有通气孔，使得擦板部分与集灰盒连通；弹性连接件连接擦板和静电摩擦体。
根据当下静电除尘的研究结果，粉尘浓度在7.07g/N m3的情况下，当静电电压达到3KV时，静电的除尘效率可以达到90％，由实验得，在上述条件下的摩擦运动产生的静电电压可达到5KV,故可以起到显著的除尘效果。
所述抽气装置由抽气泵组成，其依靠储能装置为其提供电能进行工作，通过抽气孔将静电摩擦体吸附的粉尘吸至集灰盒。
所述发电装置由混合纳米发电机组成,该混合纳米发电机包括一个摩擦电发电单元和一个压电发电单元。所述的摩擦电发电单元与压电发电单元通过外部整流电路与储能装置相连。其中所述摩擦电发电单元进一步包括第一电极层，位于第一电极层上方并与其面对面设置的摩擦层以及位于摩擦层上方的第二电极层，所述第一电极层和摩擦层之间通过弹性连接件相连；摩擦电发电单元与压电发电单元中间放置一块亚克力板，所述压电发电单元包括置于亚克力板上的第三电极层，垂直生长在所述第三电极层上方的压电纳米线阵列，位于压电纳米线阵列上方的第一高分子聚合物绝缘层和位于所述第一高分子聚合物绝缘层上方的第四电极层；其中,所述第一电极层和所述第二电极层是所述摩擦电发电单元的输出电极,所述第三电极层和第四电极层是所述压电发电单元的输出电极。
优选的，所述擦板部分使用位于摩擦序列表末端的材料制作，如PTFE、PDMS材料等；所述静电摩擦体部分采用位于摩擦序列表首端的材料制作，如PA材料等，又现如今市面上的黑板均为彩涂钢板板面，在进行擦黑板动作过程中，擦板部分与黑板面接触并摩擦，静电摩擦体与擦板部分接触并摩擦，由此产生大量的静电荷，可有效地从源头上吸附粉尘。
优选的,四个电极层选用束缚电子能力较弱的金属导电材料，如Cu、Al或其合金等，摩擦层选用束缚电子能力较强的非金属绝缘材料，如PTFE、PVDF等，摩擦层与电极层的厚度均为50μm-1㎜。
优选的,摩擦电发电单元和压电发电单元分别设置于亚克力板的两面,且接触面积相等,压电纳米线阵列选用ZnO材料。
本发明中的混合纳米发电机在进行黑板擦拭的往复运动作用下，压电纳米线阵列不断弯曲恢复产生电能，第一电极层和摩擦层不断接触分离产生电能,实现了将机械能转换为电能。最后,将混合纳米发电机产生的电能经过整流电路导出并储存在储能装置中，实现对储能装置的充电。
所述储能装置内有可充电锂电池，一方面其可以接收发电装置产生的电能为自身充电，另一方面可以为抽气装置提供电能。
本发明提出的是一种能够回收能量的静电除尘黑板擦，不仅实现了从源头上吸附粉尘避免了粉尘飞扬的情况，同时也能够为自身提供电能，生产成本低，实用价值高，有效的保护了教学环境，降低能耗，节约资源，综合效益显著。
附图说明
图1为本发明的能够回收能量的静电除尘黑板擦结构示意图；
图2为本发明的发电装置中混合纳米发电机的局部放大图；
图3为本发明的整流电路示意图。
图中：1、壳体 2、擦板 3、集灰盒 4、抽气装置、5静电摩擦体 6、弹性连接件 7、发电装置 8、储能装置 9、开关 10、亚克力板 11、第一电极层 12、摩擦层 13、第二电极层14、第三电极层 15、压电纳米线阵列 16、第一高分子聚合物 17、第四电极层 501、通气孔701、摩擦电发电单元 702、压电发电单元
具体实施方式
如图1所示，一种自供电的静电除尘黑板擦，包括壳体1、擦板2、集灰盒3、抽气装置4、静电摩擦体5、弹性连接件6、发电装置7、储能装置8、开关9、亚克力板10以及外部整流电路。
在擦黑板过程中，弹性连接件6受到来自手部的压力而收缩，往复的擦黑板动作使得擦板2在与黑板面进行摩擦的同时，擦板2也与静电摩擦体5相互接触并发生摩擦运动。基于摩擦起电和静电除尘原理，黑板面上的粉尘由摩擦产生的静电吸附，经由通气孔501被抽气装置4吸到集灰盒3中，达到吸附除尘的效果。进一步的，为防止粉尘从弹性连接6的侧边飞扬，可在弹性连接6的侧壁增加可伸缩的海绵进行阻挡。
在擦黑板过程中，往复的擦黑板运动使得发电装置7中的混合纳米发电机工作，实现将机械能转化为电能加以回收利用。首先，在进行往复的擦黑板动作时，黑板擦受到来自手部的压力使得压电发电单元702中的压电纳米线阵列15不断弯曲恢复，在第三电极层14与第四电极层17之间形成电势差，根据压电效应，压电纳米发电单元产生电能。再者，擦黑板的往复动作使得摩擦电发电单元701中的第一电极层11和摩擦层12不断地接触分离，第一电极层选用电负性较低的Cu、Al等金属材料，既充当摩擦层又充当电极层，第一电极层与摩擦层之间由于材料电负性悬殊产生电子的得失进而形成电势差，根据摩擦生电和静电感应原理，摩擦纳米发电单元产生电能。然后，经由外部整流电路，将发电装置7产生的电能储存到储能装置8中，为抽气装置4提供电能，实现将机械能转化为电能回收利用。
综上所述，该可以回收能量的静电除尘黑板擦，基于擦板2与静电摩擦体5的摩擦产生的静电吸附粉尘，利用静电除尘原理实现从源头上吸附粉尘，实验黑板擦的除尘功能；基于压电效应、摩擦生电和静电感应的复合原理制作的混合纳米发电机，为储能装置8充电，进而为抽气装置4提供电能，实现将机械能转化为电能回收利用。该黑板擦解决了在擦黑板时粉尘飞扬的问题，实现有效除尘，营造了良好的教学环境，同时实现将机械能转化为电能回收利用，节约了能源，保护了环境，有很大的实用价值。

Claims (9)

1.一种能够回收能量的静电除尘黑板擦，其特征在于，所述静电除尘黑板擦包括壳体、擦板、集灰盒、抽气装置、静电摩擦体、弹性连接件、亚克力板、开关、发电装置、储能装置、整流电路；其中集灰盒设置于壳体内，通过轨道与壳体固定连接，集灰盒上具有抽气孔；抽气装置设置于壳体外，位于集灰盒的右侧，且抽气装置与抽气孔相连；发电装置在壳体内部，位于集灰盒的上方，由混合纳米发电机组成；储能装置位于抽气装置上方，并且与发电装置和抽气装置电性相连，储能装置内有可充电锂电池；静电摩擦体设置于壳体的底部外，且静电摩擦体上具有通气孔，使得擦板部分与集灰盒连通；弹性连接件连接擦板和静电摩擦体。
2.如权利要求1所述的一种能够回收能量的静电除尘黑板擦，其特征在于，所述抽气装置由抽气泵组成，其依靠储能装置为其提供电能进行工作，通过抽气孔将静电摩擦体吸附的粉尘吸至集灰盒。
3.如权利要求1所述的一种能够回收能量的静电除尘黑板擦，其特征在于，所述发电装置由混合纳米发电机组成，该混合纳米发电机包括一个摩擦电发电单元和一个压电发电单元；所述的摩擦电发电单元与压电发电单元通过外部整流电路与储能装置相连；其中所述摩擦电发电单元包括第一电极层，位于第一电极层上方并与其面对面设置的摩擦层以及位于摩擦层上方的第二电极层，所述第一电极层和摩擦层之间通过弹性连接件相连；摩擦电发电单元与压电发电单元中间放置一块亚克力板，所述压电发电单元包括置于亚克力板上的第三电极层，垂直生长在所述第三电极层上方的压电纳米线阵列，位于压电纳米线阵列上方的第一高分子聚合物绝缘层和位于所述第一高分子聚合物绝缘层上方的第四电极层；其中,所述第一电极层和所述第二电极层是所述摩擦电发电单元的输出电极,所述第三电极层和第四电极层是所述压电发电单元的输出电极。
4.如权利要求1所述的一种能够回收能量的静电除尘黑板擦，其特征在于，所述擦板部分使用位于摩擦序列表末端的材料制作；所述静电摩擦体部分采用位于摩擦序列表首端的材料制作；在进行擦黑板动作过程中，擦板部分与黑板面接触并摩擦，静电摩擦体与擦板部分接触并摩擦，由此产生大量的静电荷，可有效地从源头上吸附粉尘。
5.如权利要求1所述的一种能够回收能量的静电除尘黑板擦，其特征在于，四个电极层选用束缚电子能力较弱的金属导电材料，为Cu、Al或其合金，摩擦层选用束缚电子能力较强的非金属绝缘材料，为PTFE或PVDF，摩擦层与电极层的厚度均为50μm-1mm。
6.如权利要求1所述的一种能够回收能量的静电除尘黑板擦，其特征在于，摩擦电发电单元和压电发电单元分别设置于亚克力板的两面，且接触面积相等，压电纳米线阵列选用ZnO材料。
7.如权利要求1所述的一种能够回收能量的静电除尘黑板擦，其特征在于，为防止粉尘从弹性连接的侧边飞扬，可在弹性连接的侧壁增加可伸缩的海绵进行阻挡。
8.如权利要求1所述的一种能够回收能量的静电除尘黑板擦，其特征在于，在擦黑板过程中，弹性连接件受到来自手部的压力而收缩，往复的擦黑板动作使得擦板在与黑板面进行摩擦的同时，擦板也与静电摩擦体相互接触并发生摩擦运动；基于摩擦起电和静电除尘原理，黑板面上的粉尘由摩擦产生的静电吸附，经由通气孔被抽气装置吸到集灰盒中，达到吸附除尘的效果。
9.如权利要求1所述的一种能够回收能量的静电除尘黑板擦，其特征在于，在擦黑板过程中，往复的擦黑板运动使得发电装置中的混合纳米发电机工作，实现将机械能转化为电能加以回收利用；首先，在进行往复的擦黑板动作时，黑板擦受到来自手部的压力使得压电发电单元中的压电纳米线阵列不断弯曲恢复，在第三电极层与第四电极层之间形成电势差，根据压电效应，压电纳米发电单元产生电能；再者，擦黑板的往复动作使得摩擦电发电单元中的第一电极层和摩擦层不断地接触分离，第一电极层既充当摩擦层又充当电极层，第一电极层与摩擦层之间由于材料电负性悬殊产生电子的得失进而形成电势差，根据摩擦生电和静电感应原理，摩擦纳米发电单元产生电能；然后，经由外部整流电路，将发电装置产生的电能储存到储能装置中，为抽气装置提供电能，实现将机械能转化为电能回收利用。
CN201910307344.XA 2019-04-17 2019-04-17 一种能够回收能量的静电除尘黑板擦 Pending CN110103617A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910307344.XA CN110103617A (zh) 2019-04-17 2019-04-17 一种能够回收能量的静电除尘黑板擦

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910307344.XA CN110103617A (zh) 2019-04-17 2019-04-17 一种能够回收能量的静电除尘黑板擦

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110103617A true CN110103617A (zh) 2019-08-09

Family

ID=67485674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910307344.XA Pending CN110103617A (zh) 2019-04-17 2019-04-17 一种能够回收能量的静电除尘黑板擦

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110103617A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113071253A (zh) * 2021-03-09 2021-07-06 苏晓青 一种自动吸尘的教学用黑板擦
CN116651164A (zh) * 2023-07-18 2023-08-29 临沂市凯特莱机械制造有限责任公司 一种果蔬冻干挑选车间漂浮粉尘的回收装置

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10203089A (ja) * 1997-01-21 1998-08-04 Fuoresuta:Kk 白板消し
CN102390203A (zh) * 2011-09-23 2012-03-28 山东理工大学 一种自动充电吸尘黑板擦
CN102689555A (zh) * 2012-06-18 2012-09-26 南京工业职业技术学院 静电除尘黑板擦
CN203267590U (zh) * 2013-04-23 2013-11-06 大连职业技术学院 自发电吸尘黑板擦
CN203666211U (zh) * 2013-12-20 2014-06-25 余雯霞 静电黑板檫
CN104104122A (zh) * 2013-04-12 2014-10-15 纳米新能源（唐山）有限责任公司 发电***
CN104283456A (zh) * 2013-07-04 2015-01-14 纳米新能源（唐山）有限责任公司 自充电储能装置
CN204216409U (zh) * 2014-10-30 2015-03-18 纳米新能源（唐山）有限责任公司 混合式发电机
CN204659940U (zh) * 2015-05-22 2015-09-23 北京微能高芯科技有限公司 一种自行车发电把套
CN205432371U (zh) * 2016-03-23 2016-08-10 纳智源科技（唐山）有限责任公司 自发电发热鞋垫
CN109130426A (zh) * 2017-06-27 2019-01-04 北京纳米能源与***研究所 一种发电单元、复合纳米发电机、***、传感器和纸张

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10203089A (ja) * 1997-01-21 1998-08-04 Fuoresuta:Kk 白板消し
CN102390203A (zh) * 2011-09-23 2012-03-28 山东理工大学 一种自动充电吸尘黑板擦
CN102689555A (zh) * 2012-06-18 2012-09-26 南京工业职业技术学院 静电除尘黑板擦
CN104104122A (zh) * 2013-04-12 2014-10-15 纳米新能源（唐山）有限责任公司 发电***
CN203267590U (zh) * 2013-04-23 2013-11-06 大连职业技术学院 自发电吸尘黑板擦
CN104283456A (zh) * 2013-07-04 2015-01-14 纳米新能源（唐山）有限责任公司 自充电储能装置
CN203666211U (zh) * 2013-12-20 2014-06-25 余雯霞 静电黑板檫
CN204216409U (zh) * 2014-10-30 2015-03-18 纳米新能源（唐山）有限责任公司 混合式发电机
CN204659940U (zh) * 2015-05-22 2015-09-23 北京微能高芯科技有限公司 一种自行车发电把套
CN205432371U (zh) * 2016-03-23 2016-08-10 纳智源科技（唐山）有限责任公司 自发电发热鞋垫
CN109130426A (zh) * 2017-06-27 2019-01-04 北京纳米能源与***研究所 一种发电单元、复合纳米发电机、***、传感器和纸张

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113071253A (zh) * 2021-03-09 2021-07-06 苏晓青 一种自动吸尘的教学用黑板擦
CN116651164A (zh) * 2023-07-18 2023-08-29 临沂市凯特莱机械制造有限责任公司 一种果蔬冻干挑选车间漂浮粉尘的回收装置
CN116651164B (zh) * 2023-07-18 2024-02-20 临沂市凯特莱机械制造有限责任公司 一种果蔬冻干挑选车间漂浮粉尘的回收装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110103617A (zh) 一种能够回收能量的静电除尘黑板擦
CN204605329U (zh) 静电除尘黑板擦
CN109039144A (zh) 一种基于3d打印技术的柔性摩擦发电装置
CN102431364A (zh) 无尘黑板擦
CN206870699U (zh) 一种静音无尘可充电黑板擦
CN106004184B (zh) 一种预防粉尘污染的环保型黑板
CN203381404U (zh) 静电除尘新型板擦
CN209037258U (zh) 一种静电除尘板擦
CN202911408U (zh) 静电除尘黑板擦
CN110303805A (zh) 一种自动吸尘的黑板擦
CN106042737A (zh) 一种静电吸尘黑板擦
CN201437306U (zh) 静电防尘装置
CN202862950U (zh) 一种静电吸尘式黑板擦
CN213891975U (zh) 新型静电环保擦黑板装置
CN206826265U (zh) 滚轮式无尘黑板檫
CN2496674Y (zh) 一种静电黑板擦
CN216184095U (zh) 一种吸尘黑板擦
CN203666211U (zh) 静电黑板檫
CN206030899U (zh) 一种预防粉尘污染的环保型黑板
CN206154979U (zh) 一种新型静电辊式黑板刷
CN211016138U (zh) 一种静电除尘教学演示装置
CN109910482A (zh) 一种磁力可控的全自动黑板擦及教学***
CN112123978A (zh) 新型静电环保擦黑板装置
CN207510076U (zh) 一种教学用具有粉笔灰收集功能的教学黑板
CN205601463U (zh) 一种静电吸附式黑板粉笔灰收集装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190809