TWI845308B - 渦流管的電荷收集裝置 - Google Patents
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Abstract
一種渦流管的電荷收集裝置包括一管體，該管體具有一熱風出口，且該管體具有一管壁和一內部空間；該管壁為一介電材，且內部設有一第一金屬單元；該熱風出口設有一熱風噴嘴，其外部設有一第二金屬單元；當一壓縮氣體輸入該管體內時，該壓縮氣體通過該管壁形成一旋風，使該旋風和該管壁分別受到極化而分別產生至少一電荷，且受極化的該旋風噴出該熱風噴嘴而觸及該第二金屬單元；一電荷收集器電連接該第一金屬單元和該第二金屬單元以透過該第一金屬單元收集該管壁中的該至少一電荷和透過該第二金屬單元收集該旋風中的該至少一電荷而產生電力。
Description
一種流管的電荷收集裝置，尤指一種渦流管的電荷收集裝置。
渦流管為工業上常見將壓縮氣體做冷氣和熱氣分離的裝置。一渦流管具有位於一管壁的一進風口和分別位於前後相對兩端的一熱風出口和一冷風出口。該進風口內具有一旋風通道，且該熱風出口處具有一噴嘴。該噴嘴具有使沿著該管壁流動的風體噴出之通道。
該渦流管運作的原理係將壓縮的一氣體輸入於該進風口後，氣體進入到較低壓的一旋風通道而膨脹沿著該旋風通道流入該渦流管中。流入該渦流管中的該氣體將氣旋於該管壁的內側，且氣體分子因為和該管壁的內側摩擦而產生提高溫度。當升溫的該氣體氣旋至該噴嘴時，一熱空氣自該噴嘴噴出，即升溫的部分該氣體自該熱風出口噴出。而未自該熱風出口噴出的部分該氣體，因為未完全沿著該管壁的內側移動，故未受到摩擦升溫且未自該噴嘴噴出。此部分的該氣體會氣旋於該渦流管的一中心軸，並且由和該熱風出口相反之該冷風出口噴出一降溫剩餘該氣體，如此以達到冷氣和熱氣分離之功效。
習知該渦流管的管壁通常為一金屬管壁，因為大多的金屬均能承受該氣體的摩擦升溫之溫度。不過，這也意味著，一般帶有中性電荷的空氣粒子，當其和金屬表面接觸時，並無法和金屬表面產生放電之現象，故也無法達到收集電力之目的。
有鑑於上述問題，本發明提供一種渦流管的電荷收集裝置，能夠透過氣體流動於渦流管的介電材管壁摩擦生電，並且收集介電材管壁上與極化的氣體分子上靜電之電荷，以達到收集電力之目的。
本發明渦流管的電荷收集裝置，包括：
一管體，具有一熱風出口，且具有一管壁和一內部空間；其中，該管壁為一介電材；
一進風口，設置於該管壁上，連通該內部空間，且具有一弧形通道；其中，該弧形通道指向該熱風出口；
一熱風噴嘴，設置於該管體的該熱風出口；
一第一金屬單元，設置於該管壁內；
一第二金屬單元，設置於該熱風噴嘴外；
一電荷收集器，分別電性連接該第一金屬單元和該第二金屬單元；
其中，當一壓縮氣體自該進風口輸入該管體的該內部空間時，該壓縮氣體膨脹而沿著該進風口的該弧形通道形成一旋風；
其中，當該旋風通過該管壁時，該旋風和該管壁分別受到極化而分別產生至少一電荷；受到極化的該旋風噴出該熱風噴嘴並且觸及該第二金屬單元；
其中，該電荷收集器係透過該第一金屬單元收集該管壁中的該至少一電荷，和透過該第二金屬單元收集該旋風中的該至少一電荷，以產生一電力。
本發明該渦流管的電荷收集裝置，透過該壓縮氣體於該管體內的流動，使該旋風和該管壁分別受到極化而分別產生至少一電荷，且透過該第二金屬單元承接自該熱風噴嘴噴出的該旋風，以利碰觸和接收受到極化的該旋風。如此，該電荷收集器即可透過該第一金屬單元收集該管壁中的該至少一電荷，和透過該第二金屬單元收集該旋風中的該至少一電荷。該電荷收集器透過收集電荷進而存有一電力，使本發明達到產生電力之效用。
請參閱圖1和圖2所示，本發明提供一渦流管的電荷收集裝置1。在本發明的一實施例中，該渦流管的電荷收集裝置1包括一管體10、一進風口20、一熱風噴嘴30、一冷風噴嘴40、一第一金屬單元51、一第二金屬單元52和一電荷收集器60。
該管體10具有分別位於該管體10前端和該管體10後端，也就是該管體10相對的兩端，的一熱風出口11和一冷風出口12。並且，該管體10具有一管壁13和一內部空間14。該管壁13為一介電材，且該管壁13內部設有該第一金屬單元51。
該進風口20設置於該管壁13上，且該進風口20連通該內部空間14。進一步，該進風口20具有一弧形通道21，且該弧形通道21指向該熱風出口11。該熱風噴嘴30設置於該管體10的該熱風出口11，而該熱風噴嘴30外設有該第二金屬單元52。該熱風噴嘴30之物理結構僅允許流動於該管體10的該內部空間14中貼近該管壁13的氣體自該熱風噴嘴30離開該內部空間14。流動於該管體10的該內部空間14中，但未貼近該管壁13的氣體，則因無法自該熱風噴嘴30離開該內部空間14而反向朝向該冷風出口12流動。該冷風噴嘴40設置於該管體10的該冷風出口12，且相對於該熱風噴嘴30噴出該熱風72，該冷風噴嘴40於反方向噴出一冷風73。
該第二金屬單元52面向該熱風噴嘴30設置，以利該第二金屬單元52接觸到自該熱風噴嘴30吹出之氣體。該電荷收集器60具有一第一埠口61和一第二埠口62，該第一埠口61電性連接該第一金屬單元51，而該第二埠口62電性連接該第二金屬單元52。
當一壓縮氣體70自該進風口20輸入該管體10的該內部空間14時，該壓縮氣體70膨脹而沿著該進風口20的該弧形通道21形成一旋風71。如此，部分的該旋風71摩擦該管壁13而升溫，並且成為自該熱風噴嘴30噴出的一熱風72，而其餘部分的該旋風71成為自該冷風出口12噴出的該冷風73。而當該旋風71通過該管壁13時，該旋風71和該管壁13分別受到極化而分別產生至少一電荷，且受到極化的該旋風71噴出該熱風噴嘴30並且觸及該第二金屬單元52。換言之，當部分的該旋風71摩擦該管壁13時，該管壁13與該旋風71中的一氣體粒子摩擦生電而分別產生至少一電荷。舉例來說，該至少一電荷即為該管壁13與該旋風71因為摩擦而產生的靜電電荷。受到極化的該管壁13和該管壁13內的該第一金屬單元51之間進而產生庫侖(Coulomb)靜電力，而受到極化的該旋風71帶有受到極化的該氣體粒子，隨著該熱風72噴出該熱風噴嘴30並且觸及該第二金屬單元52。
如此，該電荷收集器60即可透過該第一金屬單元51收集該管壁13中的該至少一電荷，和透過該第二金屬單元52收集該旋風71中的該至少一電荷。該電荷收集器60係透過收集電荷進而存有一電力，使本發明達到產生電力之效用。請注意，在圖1中，該旋風71受到升溫的部分以實線箭頭表示該熱風72流動之方向，該旋風71受到降溫的部分以有撒點之虛線箭頭表示該冷風73流動之方向，而關於該旋風71的流向與溫度變化之技術內容已應用於渦流管之習知技術之中，故在此不做贅述。而前述之庫侖(Coulomb)靜電力即根據庫侖定律(Coulomb's law)所產生同極相斥和異極相吸的靜電力，在此不進一步贅述。
透過該壓縮氣體70於該管體10內的流動，該管壁13與該旋風71的該氣體粒子之間因摩擦而產生靜電。產生靜電的結果有兩種可能，一種是受到極化的該氣體粒子帶有正電，而另一種是受到極化的該氣體粒子帶有負電。
請參閱圖3和圖4所示，圖3和圖4為本發明該渦流管的電荷收集裝置收集電力的兩個示意圖，用以說明該電荷收集器60如何受到充電。
如圖3所示，當受到極化的該氣體粒子80帶有負電時，這代表了為介電材的該管壁13失去了至少一電子e
-至該氣體粒子80中，如此使該氣體粒子80受到極化，也使該管壁13受到極化而帶有正電。帶有正電的該管壁13會吸引負電，進而使該管壁13中的該第一金屬單元51集結負電荷，這即意味著至少一電子e
-係自該電荷收集器60的該第一埠口61流動至該第一金屬單元51。並且，當帶有負電的該氣體粒子80觸及該第二金屬單元52時，該第二金屬單元52將獲得該氣體粒子80帶有的至少一電子e
-，並使該第二金屬單元52獲得至少一電子e
-，因為該第一金屬單元51和該第二金屬單元52之間的壓差，流往該第一金屬單元51的方向而流往該電荷收集器60的該第二埠口62。
如圖4所示，反之，當受到極化的該氣體粒子80帶有正電時，這代表了為介電材的該管壁13從該氣體粒子80中獲得了至少一電子e
-，如此使該氣體粒子80受到極化，也使該管壁13受到極化而帶有負電。帶有負電的該管壁13會排斥負電，進而使該管壁13中的該第一金屬單元51集結正電荷，這即意味著至少一電子e
-係自該第一金屬單元51流動至該電荷收集器60的該第一埠口61。並且，當帶有正電的該氣體粒子80觸及該第二金屬單元52時，該第二金屬單元52將失去至少一電子e
-去中和該氣體粒子80帶有的正電，此該第二金屬單元52至少一電子e
-的空缺，將使至少一電子e
-自該電荷收集器60的該第二埠口62流往該第二金屬單元52的方向。
無論是上述的哪一種狀況，本發明都係透過該第二金屬單元52承接自該熱風噴嘴30噴出的該熱風72，以利碰觸和接收受到極化的該氣體粒子80。如此一來，該第一金屬單元51和該第二金屬單元52之間即會形成壓差，而串聯於該第一金屬單元51和該第二金屬單元52之間的該電荷收集器60即可透過汲取此一壓差所形成的一直流電而達到收集電力之目的。該直流電的電流流向即為前面圖3和圖4所述電子流的相反流向。
如前述圖3和圖4所示，在本實施例中，該電荷收集器60為一電池，且該電池具有一正極和一負極。當受到極化的該氣體粒子80帶有負電時，該電荷收集器60的該第一埠口61為該正極，該電荷收集器60的該第二埠口62為該負極，且該電池的該正極係設置電連接該第一金屬單元51，而該電池的該負極係設置電連接該第二金屬單元52。而受到極化的該氣體粒子80帶有正電時，該電荷收集器60的該第一埠口61為該負極，該電荷收集器60的該第二埠口62為該正極，且該電池的該負極係設置電連接該第一金屬單元51，而該電池的該正極係設置電連接該第二金屬單元52。如此，無論該壓縮氣體70的種類或是受到極化的該氣體粒子80為何，本發明均能收集電荷至該電荷收集器60而對該電荷收集器60進行充電，達到收集電力之效果。在其他實施例中，該電荷收集器60也可為一電力分析裝置，例如一多功能電表，而該電荷收集器60的該第一埠口61和該第二埠口62為該多功能電表量測直流電電壓或是直流電電流的輸入埠口和輸出埠口。在另一實施例中，該電力分析裝置為一示波器。
在本實施例中，該壓縮氣體70為一空氣及粉塵，該空氣中具有79％的氮氣、21％的氧氣。因為氮氣為惰性氣體而不意受到極化，而此實施例中，該空氣中受到極化的該氣體粒子為一空氣粒子，例如一氧氣粒子。該壓縮氣體70中的該粉塵為一般空氣中之懸浮塵埃，且該粉塵中的一粉塵粒子同該氣體粒子受到本發明該管壁13的極化。該管壁13的材料為一玻璃纖維或是一塑膠材料。該管壁13的該塑膠材料為較耐熱之塑膠材質，例如高密度聚乙烯(High Density Polyethylene；HDPE)、聚丙烯(Polypropylene；PP)或是聚碳酸酯(Polycarbonate；PC)。
如前述圖1所示，本發明之該進風口20係供連接一高壓氣瓶(未示)，以自該高壓氣瓶輸入該壓縮氣體70至該管體10的該內部空間14。該高壓氣瓶的接頭與該進風口20相接以傳輸高壓的該壓縮氣體70，並且該高壓氣瓶的型號與該進風口20相接該高壓氣瓶之結構不做限制。在另一實施例中，該進風口20係供連接一高壓管線(未示)，該高壓管線和該進風口20相接之結構不做限制。
進一步，該第二金屬單元52呈一碗狀，且該碗狀的一開口面對該熱風噴嘴30，以利承接自該熱風噴嘴30噴出的該熱風72，以增加碰觸受到極化的該氣體粒子80或是該粉塵粒子之機會，即增加收集電力之效率。當該第二金屬單元52於該熱風噴嘴30外接觸受到極化的該空氣粒子及該粉塵粒子而收集該旋風71中的該至少一電荷時，受到極化的該空氣粒子及該粉塵粒子即分別還原形成該空氣粒子及該粉塵粒子。此離子還原的過程係根據離子的特性獲得電子或是失去電子而完成還原，例如帶負電的一負離子接觸該第二金屬單元52喪失電子而還原成中性原子，或是帶正電的一正離子接觸該第二金屬單元52獲得電子而還原成中性原子。在其他實施例中，該第二金屬單元52也可呈不同之形狀用以承接自該熱風噴嘴30噴出的該熱風72。
如前述圖1和圖2所示，在本實施例中，該管壁13內進一步設有多個該第一金屬單元51。各該第一金屬單元51各為一金屬環之金屬面，而各該金屬環之該第一金屬單元51於該管壁13內環繞該管體10的該內部空間14。進一步，各該金屬環互相間隔設置於該管壁13內，且各該金屬環並聯後，連接至該電荷收集器60的該第一埠口61。換言之，各該第一金屬單元51也互相間隔設置於該管壁內13，且各該第一金屬單元51並聯後，連接至該電荷收集器60的該第一埠口61。
如此，該管體10的多處均能提供電力，即為介電材的該管壁13多處能以更多的反應表面積提高靜電反應的機會，進而有更多的機會極化更多的該氣體粒子80與收集電力。於該管壁13多處表面所產生的靜電電荷將與多個該第一金屬單元51產生庫侖靜電力，並與受到該第二金屬單元52收集的極化的該氣體粒子80形成壓差而帶動該直流電的流動。該電荷收集器60因串聯於該第一金屬單元51和該第二金屬單元52之間而可受益於該直流電所帶來的電力，使為電池的該電荷收集器60受到充電。
1:渦流管的電荷收集裝置
10:管體
11:熱風出口
12:冷風出口
13:管壁
14:內部空間
20:進風口
21:弧形通道
30:熱風噴嘴
40:冷風噴嘴
51:第一金屬單元
52:第二金屬單元
60:電荷收集器
61:第一埠口
62:第二埠口
70:壓縮氣體
71:旋風
72:熱風
73:冷風
80:氣體粒子
e
-:電子
圖1為本發明一渦流管的電荷收集裝置的剖面示意圖。
圖2為本發明該渦流管的電荷收集裝置一管壁的放大示意圖。
圖3為本發明該渦流管的電荷收集裝置收集電力的一示意圖。
圖4為本發明該渦流管的電荷收集裝置收集電力的另一示意圖。
1:渦流管的電荷收集裝置
10:管體
11:熱風出口
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70:壓縮氣體
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Claims (10)
- 一種渦流管的電荷收集裝置，包括： 一管體，具有一熱風出口，且具有一管壁和一內部空間；其中，該管壁為一介電材； 一進風口，設置於該管壁上，連通該內部空間，且具有一弧形通道；其中，該弧形通道指向該熱風出口； 一熱風噴嘴，設置於該管體的該熱風出口； 一第一金屬單元，設置於該管壁內； 一第二金屬單元，設置於該熱風噴嘴外； 一電荷收集器，分別電性連接該第一金屬單元和該第二金屬單元； 其中，當一壓縮氣體自該進風口輸入該管體的該內部空間時，該壓縮氣體膨脹而沿著該進風口的該弧形通道形成一旋風； 其中，當該旋風通過該管壁時，該旋風和該管壁分別受到極化而分別產生至少一電荷；受到極化的該旋風噴出該熱風噴嘴並且觸及該第二金屬單元； 其中，該電荷收集器係透過該第一金屬單元收集該管壁中的該至少一電荷，和透過該第二金屬單元收集該旋風中的該至少一電荷，以產生一電力。
- 如請求項1所述之渦流管的電荷收集裝置，其中該壓縮氣體為一空氣及粉塵，而受到極化的該旋風為該空氣中受到極化的一空氣粒子及一粉塵粒子； 其中，當該第二金屬單元於該熱風噴嘴外接觸受到極化的該空氣粒子及該粉塵粒子而收集該旋風中的該至少一電荷時，受到極化的該空氣粒子及該粉塵粒子即分別還原形成該空氣粒子及該粉塵粒子。
- 如請求項1所述之渦流管的電荷收集裝置，其中該管壁的材料為一玻璃纖維或是一塑膠材料。
- 如請求項1所述之渦流管的電荷收集裝置，其中該第一金屬單元於該管壁內環繞該管體的該內部空間。
- 如請求項1所述之渦流管的電荷收集裝置，進一步包括多個該第一金屬單元；其中，各該第一金屬單元互相間隔設置於該管壁內，且各該第一金屬單元並聯後，連接至該電荷收集器。
- 如請求項1所述之渦流管的電荷收集裝置，其中該第二金屬單元呈一碗狀，且該碗狀的一開口面對該熱風噴嘴。
- 如請求項1所述之渦流管的電荷收集裝置，其中該電荷收集器為一電池，且該電池具有一正極和一負極； 當受到極化的該旋風帶有負電時，該電池的該正極係設置電連接該第一金屬單元，而該電池的該負極係設置電連接該第二金屬單元。
- 如請求項1所述之渦流管的電荷收集裝置，其中該電荷收集器為一電池，且該電池具有一正極和一負極； 當受到極化的該旋風帶有正電時，該電池的該負極係設置電連接該第一金屬單元，而該電池的該正極係設置電連接該第二金屬單元。
- 如請求項1所述之渦流管的電荷收集裝置，其中該進風口係供連接一高壓氣瓶或是一高壓管線，以自該高壓氣瓶或是一高壓管線輸入該壓縮氣體至該管體的該內部空間。
- 如請求項1至9中任一項所述之渦流管的電荷收集裝置，其中該管體另具有相對於該熱風出口的一冷風出口； 其中，受到極化的該旋風為摩擦該管壁而升溫自該熱風噴嘴噴出的一熱風，而未摩擦該管壁而升溫的部分該旋風為自該冷風出口噴出的一冷風。
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI845308B true TWI845308B (zh) | 2024-06-11 |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202137051U (zh) | 2011-06-08 | 2012-02-08 | 鞍山市新科环保机械设备厂 | 一种提高收尘效率的静电除尘器出口槽形板结构 |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202137051U (zh) | 2011-06-08 | 2012-02-08 | 鞍山市新科环保机械设备厂 | 一种提高收尘效率的静电除尘器出口槽形板结构 |
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