钟南山创新奖·轻松发明100例
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案例12 零耗能雾霾净化机

袁铭希

零耗能雾霾净化机由袁铭希同学发明。袁铭希同学荣获第15届中国青少年创造力大赛银奖(参赛编号201903466),参赛时就读于河北省衡水第一中学,现就读于天津大学电气自动化与信息工程学院。发明指导教师:罗凡华。

一、轻松发明方案

(一)发明名称:零耗能雾霾净化机

(二)发明方案附图

(三)发明方案附图各组成部分说明

各组成部分名称:1.电动机;2.电解池;3.催化极板;4.二极管;5.雾霾传感器;6.硝酸电解液;7.硫酸电解液;8.烃类电解液;9.接触网;10.导风管。

补充说明:零耗能雾霾净化器的工作原理为通过燃料电池、电解池的混合使用,实现无外加能源供给的供能效果,能源提供完全依靠烃类污染物及氮、硫氧化物。

本设备工作时,电动机将污浊气流供入导风管,烃类、硫氧化物类、氮氧化物类会在各自区域被转化为CO2、H2SO4和HNO3,转化时释放的能量通过燃料电池转变为电能供入电解池并以化学能形成储存,同时电解池可充当电池为电动机供电,以此充分利用污染物中的能量,同时达到清除污染物的目的。

当传感器感受到大气污染严重时会接通电动机电路,设备开始工作。此设备可有效清除空气中的多环芳烃、稠环芳烃等有害有机物质,同时可生产化工产品硝酸和硫酸,一举两得。

二、轻松发明方法

(一)创造法名称:节约创造法

(二)节约创造法原理

绝大多数机械设备均会有所消耗,如能源、材料等。节约创造法的入手点是探求将损耗降至最小的方式,或从其工作过程中寻找出可以进行回收或利用的资源的途径。通过节约创造法改进的产品,大多具有耗能少、维修率低等特点,经济而实惠。

(三)节约创造法应用要领

①探求产品有消耗的方面,思考如何减少消耗;②打破“这种方法就应当有所损耗”的思维定式,看一看已经很成功的事物在节约层面有无改进之处;③表达式为,A表示器械,e表示可节约的资源,催化剂为改进方法。

三、轻松发明思想

(一)发明家的思维模式

发明家会透过某一现象观察事物本质,并考虑如何进行改进或处理,从而形成发明构想。发明家的思维需发散且系统,举一反三的同时还要学会借鉴,以完成自己的作品。

(二)发明家的行为模式

发明家在发明时,思考应有广度和深度,在具体实现自己的发明创作时应兼顾理论、误差及实际问题。

(三)参赛者的发明梦想

我曾利用虹吸原理制造出一个鱼缸清理装置,即将灌满水的皮管一端伸至鱼缸底部,另一端搭在鱼缸外,管口低于缸底,如此将底部的水通过虹吸吸出,同时带出缸底污物,十分实用。我梦想能发明出清理海洋污物的装置。

(四)罗老师点评

发明创造重在创意创新思维,袁铭希同学发明的这种使用电解池及燃料电池的方式进行空气净化的装置,提供了一种新的净化空气的思路。

目前市面上的空气净化器多使用滤芯的形式对空气进行过滤,虽然可以过滤掉空气中的颗粒及微尘,却不能有效地过滤掉其他有害物质,并且需要经常更换滤芯。

袁铭希同学提供的这个思路,非常适合在工业场所使用,既能快速去除空气中的有害物质,还不消耗更多的能源。在设计上,由于我们常看到的雾霾中的有害物质其实大多是粉尘、颗粒等,这种颗粒、粉尘大量地进入装置,很有可能会造成装置的故障,因此应该在第一步先对空气进行物理过滤,第二步再进行化学转化,这样可以在保护装置的同时提高空气净化率。在该设计中,还有一点值得注意,由于化学反应的发生过程往往比较复杂,如果空气中含有其他物质,可能会引发其他化学反应,这种反应往往是不可控的,有时也会产生危害,所以需要在设计中进行全面考虑,保障安全。

希望袁铭希同学在以后的学习中进一步加强相关领域的专业知识,进一步完善此项发明。