Termoelektrický rotační ornament: 9 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Pozadí:

Toto je další termoelektrický experiment/ozdoba, kde se celá konstrukce (svíčka, horká strana, modul a chladná strana) otáčí a jak samotné vytápění, tak chlazení s dokonalou rovnováhou mezi výstupním výkonem modulu, točivým momentem a otáčkami motoru, účinností svíčky, přenosem tepla, účinnost chlazení, proudění vzduchu a tření. Probíhá zde mnoho fyziky, ale s velmi jednoduchou konstrukcí. Doufám, že se vám tento projekt bude líbit!

Podívejte se na videa s konečným výsledkem: Youtube Video 1Youtube Video 2Youtube Video 3

Některé další z mých termoelektrických projektů najdete zde:

Termoelektrický ventilátor Nouzová LED nabíječka Nouzová LED Koncept:

Srdce stavby, termoelektrický modul, se také nazývá Peltierův prvek, a když ho používáte jako generátor, nazývá se to Seebeckův efekt. Má jednu horkou stranu a jednu studenou. Modul generuje energii k pohonu motoru, jehož osa je připevněna k základně. Všechno se otočí a proud vzduchu ochladí horní chladič rychleji než hliníková deska níže. Vyšší teplotní rozdíl => zvýšený výstupní výkon => zvýšené otáčky motoru => zvýšený průtok vzduchu => zvýšený teplotní rozdíl, ale snížený výkon svíčky. Vzhledem k tomu, že svíčka také sleduje rotaci, bude teplo se zvýšenou rychlostí méně účinné, a to vyváží otáčky na pěkné pomalé otáčení. Nemůže jít příliš rychle na uhasení samotného ohně a nemůže se zastavit, dokud svíčce nedojde palivo.

en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Výsledek:

Můj původní plán byl mít stacionární svíčky (viz video), ale zjistil jsem, že tato konstrukce je pokročilejší a zábavnější. Dalo by se to spustit se stacionárními svíčkami, ale bude to vyžadovat 4 z nich, pokud nepoužíváte dva moduly nebo větší hliníkovou tepelnou plochu.

Rychlost se pohybuje mezi 0,25 a 1 otáčkou za sekundu. Ne příliš pomalu a ne příliš rychle. Nikdy se nezastaví a oheň bude hořet, dokud svíčka nedojde prázdná. Chladič bude časem docela horký. K tomu jsem použil vysokoteplotní modul TEG a nemohu slíbit, že levnější TEC (peltierův modul) to zvládne. Mějte na paměti, že pokud teplota překročí specifikaci modulu, dojde k jeho poškození! Nevím, jak měřit teplotu, ale nemohu se jí dotknout prsty, takže se domnívám, že je někde mezi 50-100 ° C (na studené straně).

Krok 1: Materiály a nástroje

Materiály:

• Hliníkový plech: 140x45x5mm
• Plastová tyč: 60x8 mm [od žaluzie]
• Elektromotor: Solární motor Tamiya 76005 02 (Mabuchi RF-500TB). [Ebay].
• Termoelektrický modul (vysoká teplota TEG): TEP1-1264-1,5 [z mého jiného projektu, viz níže]
• Chladič: hliník 42 x 42 x 30 mm (jednosměrné vzduchové kanály) [ze starého počítače]
• 2x šrouby + 4 podložky pro motor: 10x2,5 mm (nejste si jisti závitem)
• 2x hřebíky pro připevnění chladiče: 2x14 mm (řezané)
• 2x pružiny pro uchycení chladiče
• Protizávaží: šroub M10+2 matice+2 podložky+magnet pro jemné nastavení
• Tepelná pasta: KERATHERM KP92 (10 W/mK, maximální teplota 200 ° C) [conrad.com]
• Ocelový drát: 0,5 mm
• Dřevo (bříza) (konečná základna je 90x45x25mm)

Specifikace TEG:

Koupil jsem TEP1-1264-1.5 na adrese https://termo-gen.com/ Testováno při 230ºC (horká strana) a 50ºC (studená strana) s:

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

Nástroje:

• Vrtáky: 1,5, 2, 2,5, 6, 8 a 8,5 mm
• Pilka na kov
• Pilník (kov+dřevo)
• Drátěný kartáč
• Ocelová vlna
• Šroubovák
• Brusný papír
• (Páječka)

Krok 2: Konstrukce (deska)

Všechna měření viz výkresy.

1. Nakreslete na hliníkovou desku nebo použijte šablonu.
2. Pomocí pily vyřízněte kus.
3. K jemnému nastavení použijte soubor
4. Vyvrtejte dva 2,5 mm otvory pro motor (mezi 22 mm) plus 6 mm otvor pro střed motoru
5. V místech, kde budou hřebíky, vyvrtejte dva 2 mm otvory (pro připevnění chladiče)
6. Vyvrtejte jeden otvor 8,5 mm pro protizávaží (bude se závitem jako M10)
7. Dokončete povrchy drátěným kartáčem a vlnou

Krok 3: Konstrukce (základna)

Použil jsem řez na poloviční palivové dřevo.

1. Před řezáním použijte pilník a brusný papír (snadnější fixace)
2. Vyvrtejte 8 mm otvor ve středu nahoře pro tyč (hloubka 20 mm, ne úplně skrz)
3. Odřízněte kus o délce 90 mm
4. Dokončete povrch
5. Pro pěknou barvu povrchu použijte mořidlo nebo lazuru na dřevo (pro lepší vzhled jsem po všech fotografiích použil tmavou lazuru)

Krok 4: Stavba (závěs na svíčku)

To je podle mě nejsložitější část. Možná je to jednodušší, když to uděláte na konci, když je vše hotové a funkční. K ohnutí jsem použil tenký drát pomocí pouhých dvou kusů. Bylo těžké vyfotit všechny úhly. Tato část udrží svíčku pod termoelektrickým modulem v takové vzdálenosti, aby se plamen nedotýkal hliníkové desky.

1. Ohněte dvě stejné části, aby se vešly na svíčku
2. Obě části slepte dohromady

Krok 5: Sestavení (motor)

1. Použijte jednu podložku na každé straně desky
2. Ujistěte se, že šrouby mají správnou délku (příliš dlouhé poškodí motor)
3. Zašroubujte motor

Podložky trochu oddělí motor od desky a zajistí, aby se později nepřehřál.

Krok 6: Sestavení (modul TEG)

Je velmi důležité používat tepelnou pastu, aby byl mezi částmi dobrý přenos tepla. Použil jsem vysokoteplotní (200 ° C) tepelnou pastu, ale „mohla by“fungovat s běžnou tepelnou pastou CPU. Obvykle mohou mít mezi 100-150 ° C.

1. Ujistěte se, že jsou povrchy desky, modulu a chladiče čisté od nečistot (musí být v dobrém kontaktu)
2. Na „horkou stranu“modulu naneste tepelnou pastu
3. Připojte horkou stranu modulu k desce
4. Naneste tepelnou pastu na „studenou stranu“modulu
5. Na horní část modulu připevněte chladič
6. Připojte pružiny, aby chladič stál stabilně (vysoký tlak vede k lepšímu přenosu tepla)

Krok 7: Sestavení (tyč a základní deska)

1. Do tyče vyvrtejte 1,5 mm otvor (hloubka 3 mm)
2. Připojte osu motoru k tyči
3. Připojte tyč k základnímu dřevu

Krok 8: Sestavení (motor, závěs na svíčku a protizávaží)

1. Připojte kabely modulu k motoru (páječka je dobrá)
2. Připevněte věšák na svíčku ke stejným hřebíkům, ke kterým jsou připevněny pružiny chladiče
3. Umístěte svíčku do závěsu
4. Namontujte protizávaží a nakloňte konstrukci, abyste se ujistili, že máte správné vyvážení

Krok 9: Konečný

Mějte prosím na paměti, že teplo ze svíčky může poškodit váš modul, pokud má specifikace nízkou maximální teplotu. I studená strana bude pěkně horká! Dalším krokem, který možná budete chtít udělat, je připravit chladič elektrickou páskou a naplnit jej vodou. Tím zajistíte, že studená strana nikdy nepřekročí 100 ° C! Mým plánem bylo udělat to, ale nepotřeboval jsem to.

1. Zapálená svíčka (odpojená)
2. Umístěte svíčku
3. Počkejte 10 sekund a možná se pokuste pomoci roztočit, aby se spustilo, než se studená strana přehřeje
4. Užívat si!

Hlavní vzorec: Energie = Energie+zábava

Podrobný vzorec: RPM = mF (tegP) -A*(RPM^2)

RPM = "otáčky motoru za minutu" mF () = "vzorec charakteristik motoru" tegP = "výkon modulu" A = "odpor vzduchu + konstanta tření motoru"

tegP = mod (Tdiff) mod () = "vzorec charakteristik termoelektrických modulů" Tdiff = "teplotní rozdíl"

Tdiff = jímka (RPM) -fire (RPM) jímka () = "vzorec charakteristik chladiče na základě rychlosti vzduchu" fire () = "vzorec účinnosti svíčky na základě rychlosti vzduchu"

Nakonec: RPM = mF (mod (sink (RPM) -fire (RPM)))-A*(RPM^2) Alternativní řešení (Neváhejte podávat návrhy):

1. Dva moduly a chladiče (symetricky) na každé straně motoru pro větší výkon

   Spojte moduly paralelně nebo sériově s motorem (silnější vs. rychlejší)

2. Použijte stacionární svíčky na zemi nebo upevněné v základně

   • Abych získal dostatečný výkon, musel jsem použít 4 svíčky
   • Viz vid