Termoelektrický rotačný ornament: 9 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Pozadie:

Toto je ďalší termoelektrický experiment/ozdoba, kde sa celá konštrukcia (sviečka, horúca strana, modul a chladná strana) otáča a samotné zahrievanie aj chladenie má dokonalú rovnováhu medzi výstupným výkonom modulu, krútiacim momentom a otáčkami motora, účinnosťou sviečky, prenosom tepla, účinnosť chladenia, prúdenie vzduchu a trenie. Odohráva sa tu veľa fyziky, ale s veľmi jednoduchou konštrukciou. Dúfam, že sa vám tento projekt bude páčiť!

Pozrite si videá s konečným výsledkom: Video na YouTube 1, Video na YouTube, 2 na YouTube, 3

Niektoré ďalšie z mojich termoelektrických projektov nájdete tu:

Termoelektrický ventilátorSmartphone nabíjačka Núdzové LED Koncept:

Srdce stavby, termoelektrický modul, sa nazýva aj Peltierov prvok a keď ho použijete ako generátor, nazýva sa to efekt Seebeck. Má jednu horúcu stranu a jednu studenú. Modul generuje energiu na pohon motora, ktorého os je pripevnená k základni. Všetko sa otočí a prúdenie vzduchu ochladí horný chladič rýchlejšie ako hliníkový plech nižšie. Vyšší teplotný rozdiel => zvýšený výstupný výkon => zvýšené otáčky motora => zvýšený prietok vzduchu => zvýšený teplotný rozdiel, ale znížený výkon sviečky. Keďže sviečka tiež sleduje rotáciu, teplo bude pri zvýšenej rýchlosti menej účinné, a tým sa otáčky vyvažujú na pekné pomalé otáčanie. Nemôže ísť príliš rýchlo na uhasenie samotného ohňa a nemôže sa zastaviť, kým sviečke nedôjde palivo.

en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Výsledok:

Môj pôvodný plán bol mať stacionárne sviečky (pozri video), ale zistil som, že táto konštrukcia je pokročilejšia a zábavnejšia. Môžete to spustiť so stacionárnymi sviečkami, ale ak nepoužívate dva moduly alebo väčšiu hliníkovú tepelnú plochu, budú to vyžadovať 4 z nich.

Rýchlosť sa pohybuje medzi 0,25 a 1 otáčkou za sekundu. Nie príliš pomaly a nie príliš rýchlo. Nikdy sa nezastaví a oheň bude horieť, kým sviečka nezačne prázdna. Chladič bude časom celkom horúci. Použil som na to vysokoteplotný modul TEG a nemôžem sľúbiť, že ho vyrobí lacnejší TEC (modul Peltier). Upozorňujeme, že ak teplota prekročí špecifikáciu modulu, poškodí sa! Neviem, ako zmerať teplotu, ale nemôžem sa jej dotknúť prstami, takže sa domnievam, že je niekde medzi 50-100 ° C (na studenej strane).

Krok 1: Materiály a nástroje

Materiály:

• Hliníkový plech: 140 x 45 x 5 mm
• Plastová tyč: 60 x 8 mm [od žalúzie]
• Elektromotor: Solárny motor Tamiya 76005 02 (Mabuchi RF-500TB). [Ebay].
• Termoelektrický modul (vysoká teplota TEG): TEP1-1264-1,5 [z môjho iného projektu, pozri nižšie]
• Chladič: hliník 42 x 42 x 30 mm (jednosmerné vzduchové kanály) [zo starého počítača]
• 2x skrutky + 4 podložky pre motor: 10x2,5 mm (nie ste si istí závitom)
• 2x klince na uchytenie chladiča: 2x14 mm (strih)
• 2x pružiny na uchytenie chladiča
• Protizávažie: skrutka M10+2 matice+2 podložky+magnet na jemné nastavenie
• Tepelná pasta: KERATHERM KP92 (10 W/mK, max. Teplota 200 ° C) [conrad.com]
• Oceľový drôt: 0,5 mm
• Drevo (breza) (konečný základ je 90x45x25mm)

Špecifikácia TEG:

Kúpil som TEP1-1264-1.5 na adrese https://termo-gen.com/ Testované pri 230 ° C (horúca strana) a 50 ° C (studená strana) s:

Uoc: 8,7 V Ri: 3Ω U (záťaž): 4,2 V I (záťaž): 1,4 A P (zhoda): 5,9 W Teplo: 8,8 W/cm2 Rozmer: 40 x 40 mm

Náradie:

• Vrtáky: 1,5, 2, 2,5, 6, 8 a 8,5 mm
• Pílka na drevo
• Pilník (kov+drevo)
• Drôtená kefa
• Oceľová vlna
• Skrutkovač
• Brúsny papier
• (Spájkovačka)

Krok 2: Konštrukcia (doska)

Všetky merania nájdete na výkresoch.

1. Nakreslite na hliníkový plech alebo použite šablónu.
2. Na rezanie dielu použite pílu.
3. Na jemné doladenie použite súbor
4. Vyvŕtajte dva 2,5 mm otvory pre motor (22 mm medzi nimi) plus 6 mm otvor pre stred motora
5. Vyvŕtajte dva 2 mm otvory, kde budú klince (na prichytenie chladiča)
6. Vyvŕtajte jeden otvor 8,5 mm na protizávažie (bude navlečený ako M10)
7. Dokončite povrchy drôtenou kefou a vlnou

Krok 3: Konštrukcia (základňa)

Použil som rez do polovice palivového dreva.

1. Pred rezaním použite pilník a brúsny papier (ľahšie sa fixuje)
2. V strede vyvŕtajte 8 mm otvor pre tyč (20 mm hĺbka, nie celkom)
3. Odrežte kus na 90 mm
4. Dokončite povrch
5. Na dosiahnutie peknej farby povrchu použite lazúru na olej alebo drevo (tmavší lak na drevo som po všetkých fotografiách použil pre lepší vzhľad)

Krok 4: Konštrukcia (vešiak na sviečku)

Toto je podľa mňa najzložitejšia časť. Možno je to jednoduchšie, ak to urobíte na konci, keď je všetko hotové a funguje. Na ohnutie som použil tenký drôt pomocou iba dvoch kusov. Bolo ťažké odfotiť všetky uhly. Táto časť udrží sviečku pod termoelektrickým modulom tak, aby sa plameň nedotýkal hliníkovej platne.

1. Ohnite dve identické časti, aby sa zmestili do sviečky
2. Prilepte dve časti k sebe

Krok 5: Zostavte (motor)

1. Na každú stranu taniera použite jednu podložku
2. Uistite sa, že skrutky majú správnu dĺžku (príliš dlhé poškodia motor)
3. Zaskrutkujte motor

Podložky trochu oddelia motor od dosky a zaistia, aby sa neskôr neprehrial.

Krok 6: Zostavte (modul TEG)

Je veľmi dôležité používať tepelnú pastu, aby sa medzi časťami dosiahol dobrý prenos tepla. Použil som vysokoteplotnú (200 ° C) tepelnú pastu, ale „mohla by“fungovať s bežnou tepelnou pastou CPU. Obvykle môžu mať teplotu od 100 do 150 ° C.

1. Uistite sa, že povrchy dosky, modulu a chladiča sú očistené od nečistôt (musí byť v dobrom kontakte)
2. Na „horúcu stranu“modulu naneste tepelnú pastu
3. Pripojte modul horúcou stranou k doske
4. Na "studenú stranu" modulu naneste tepelnú pastu
5. Na vrch modulu pripevnite chladič
6. Pripojte pružiny, aby držali chladič stabilne (vysoký tlak má za následok lepší prenos tepla)

Krok 7: Zostavte (tyč a základnú dosku)

1. Do tyče vyvŕtajte 1,5 mm otvor (hĺbka 3 mm)
2. Pripojte os motora k tyči
3. Pripevnite tyč k základnému drevu

Krok 8: Zostavte (motor, vešiak na sviečku a protizávažie)

1. Pripojte k modulu káble modulu (spájkovačka je dobrá)
2. Vešiak na sviečky pripevnite na rovnaké klince, ako sú pripevnené pružiny chladiča
3. Do vešiaka umiestnite sviečku
4. Namontujte protizávažie a sklopte konštrukciu, aby ste zaistili správne vyváženie

Krok 9: Finále

Uvedomte si, že teplo zo sviečky môže poškodiť váš modul, ak má špecifikácia nízku maximálnu teplotu. Aj studená strana bude poriadne horúca! Ďalším krokom, ktorý možno budete chcieť urobiť, je pripraviť chladič elektrickou páskou a naplniť ho vodou. Zaistite, aby studená strana nikdy nedosiahla 100 ° C! Mojím plánom bolo urobiť to, ale nepotreboval som to.

1. Zapáliť sviečku (odpojenú)
2. Umiestnite sviečku
3. Počkajte 10 sekúnd a možno sa ho pokúsite roztočiť, aby sa naštartoval, kým sa studená strana prehrieva
4. Užite si to!

Hlavný vzorec: Energia = Energia+zábava

Podrobný vzorec: ot / min = mF (tegP) -A*(ot / min^2)

RPM = "otáčky motora za minútu" mF () = "vzorec charakteristík motora" tegP = "výkon modulu" A = "odpor vzduchu + konštanta trenia motora"

tegP = mod (Tdiff) mod () = "vzorec charakteristík termoelektrických modulov" Tdiff = "teplotný rozdiel"

Tdiff = drez (RPM)-požiar (RPM) drez () = "vzorec charakteristík chladiča na základe rýchlosti vzduchu" fire () = "vzorec účinnosti požiaru sviečky na základe rýchlosti vzduchu"

Nakoniec: RPM = mF (mod (sink (RPM) -fire (RPM)))-A*(RPM^2) Alternatívne riešenia (Neváhajte predložiť návrhy):

1. Dva moduly a chladiče (symetricky) na každej strane motora pre väčší výkon

   Pripojte moduly paralelne alebo sériovo k motoru (silnejšie vs. rýchlejšie)

2. Používajte stacionárne sviečky na zemi alebo upevnené v základni

   • Na získanie dostatočného výkonu som musel použiť 4 sviečky
   • Viď vid