Termoelektryczna ozdoba obrotowa: 9 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Tło:

Jest to kolejny eksperyment/ozdoba termoelektryczna, w której cała konstrukcja (świeca, gorąca strona, moduł i chłodna strona) obraca się i zarówno samo się ogrzewa, jak i chłodzi z idealną równowagą między mocą wyjściową modułu, momentem obrotowym silnika i prędkością obrotową, wydajnością świecy, przenoszeniem ciepła, wydajność chłodzenia, przepływ powietrza i tarcie. Dużo tu się dzieje, ale z bardzo prostą konstrukcją. Mam nadzieję, że spodoba Ci się ten projekt!

Zobacz filmy, aby uzyskać efekt końcowy: Wideo z YouTube 1 Wideo z YouTube 2 Wideo z YouTube 3

Kilka innych moich projektów termoelektrycznych można znaleźć tutaj:

Wentylator termoelektrycznyŁadowarka do smartfonaEmergency LED Concept:

Serce konstrukcji, moduł termoelektryczny, jest również nazywany elementem Peltiera, a gdy używa się go jako generatora, nazywa się to efektem Seebecka. Ma jedną gorącą stronę i jedną zimną. Moduł generuje energię do napędzania silnika, którego oś jest przymocowana do podstawy. Wszystko się obróci, a przepływ powietrza ochłodzi górny radiator szybciej niż aluminiowa płytka poniżej. Wyższa różnica temperatur => zwiększona moc wyjściowa => zwiększone obroty silnika => zwiększony przepływ powietrza => zwiększona różnica temperatur, ale zmniejszona moc świecy. Ponieważ świeca również podąża za obrotem, ciepło będzie mniej wydajne przy zwiększonej prędkości, co zrównoważy prędkość obrotową do przyjemnego wolnego obrotu. Nie może jechać zbyt szybko, aby sam ugasić ogień i nie może się zatrzymać, dopóki w świecy nie zabraknie paliwa.

en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Wynik:

Moim pierwotnym planem było posiadanie stacjonarnych świec (zobacz wideo), ale stwierdziłem, że ta konstrukcja była zarówno bardziej zaawansowana, jak i zabawna. Możesz uruchomić to ze świecami stacjonarnymi, ale będzie wymagało ich 4, jeśli nie używasz dwóch modułów lub większej aluminiowej powierzchni grzewczej.

Prędkość wynosi od 0,25 do 1 obrotu na sekundę. Nie za wolno i nie za szybko. Nigdy się nie zatrzyma, a ogień będzie płonął, dopóki świeca nie będzie pusta. Radiator będzie z czasem dość gorący. Użyłem do tego wysokotemperaturowego modułu TEG i nie mogę obiecać, że tańszy TEC (moduł Peltiera) to zrobi. Należy pamiętać, że jeśli temperatura przekroczy specyfikację modułu, ulegnie on uszkodzeniu! Nie wiem, jak zmierzyć temperaturę, ale nie mogę jej dotknąć palcami, więc myślę, że jest gdzieś między 50-100C (po zimnej stronie).

Krok 1: Materiały i narzędzia

Materiały:

• Płyta aluminiowa: 140x45x5mm
• Pręt plastikowy: 60x8mm [z żaluzji]
• Silnik elektryczny: Tamiya 76005 Solar Motor 02 (Mabuchi RF-500TB). [Ebay].
• Moduł termoelektryczny (wysoka temperatura TEG): TEP1-1264-1.5 [z mojego innego projektu, patrz poniżej]
• Radiator: Aluminium 42x42x30mm (jednokierunkowe kanały powietrzne) [ze starego komputera]
• 2x śruby + 4 podkładki do silnika: 10x2,5mm (nie jestem pewien co do gwintowania)
• 2x gwoździe do mocowania radiatora: 2x14mm (nacięcie)
• 2x sprężyny do mocowania radiatora
• Przeciwwaga: śruba M10 + 2 nakrętki + 2 podkładki + magnes do precyzyjnej regulacji;
• Pasta termiczna: KERATHERM KP92 (10 W/mK, max temp 200C) [zamów w Conrad.pl]
• Drut stalowy: 0,5 mm
• Drewno (brzoza) (ostateczna podstawa to 90x45x25mm)

Specyfikacja TEG:

Kupiłem TEP1-1264-1.5 na https://termo-gen.com/ Testowany w 230ºC (gorąca strona) i 50ºC (zimna strona) z:

Uoc: 8,7 V Ri: 3 Ω U (obciążenie): 4,2 V I (obciążenie): 1,4 A P (dopasowanie): 5,9 W Ciepło: 8,8 W/cm2 Rozmiar: 40 x 40 mm

Narzędzia:

• Wiertła: 1,5, 2, 2,5, 6, 8 i 8,5 mm
• Brzeszczot
• Pilnik (metal+drewno)
• Szczotka druciana
• Wełna stalowa
• Śrubokręt
• Papier ścierny
• (lutownica)

Krok 2: Konstrukcja (płyta)

Zobacz rysunki dla wszystkich pomiarów.

1. Narysuj na aluminiowej płytce lub użyj szablonu.
2. Użyj piły do metalu, aby wyciąć kawałek.
3. Użyj pliku, aby dostroić
4. Wywierć dwa otwory 2,5 mm na silnik (od 22 mm) oraz otwór 6 mm na środek silnika
5. Wywierć dwa 2mm otwory w miejscu gwoździ (do mocowania radiatora)
6. Wywierć jeden otwór 8,5 mm na przeciwwagę (będzie gwintowany jako M10)
7. Wykończ powierzchnie szczotką drucianą i wełną

Krok 3: Budowa (podstawa)

Użyłem cięcia na pół drewna na opał.

1. Użyj pilnika i papieru ściernego przed cięciem (łatwiejszy do utrwalenia)
2. Wywierć otwór 8 mm w górnym środku na pręt (głębokość 20 mm, nie na wylot)
3. Wytnij kawałek na długości 90mm
4. Wykończ powierzchnię
5. Użyj oleju lub bejcy do drewna, aby uzyskać ładny kolor powierzchni (po wszystkich zdjęciach nałożyłem ciemną bejcę dla lepszego wyglądu)

Krok 4: Budowa (wieszak na świecę)

To chyba najtrudniejsza część. Może łatwiej, jeśli zrobisz to na końcu, kiedy wszystko jest gotowe i działa. Do wygięcia użyłem cienkiego drutu, używając tylko dwóch kawałków. Trudno było sfotografować wszystkie kąty. Ta część utrzyma świecę pod modułem termoelektrycznym w pewnej odległości, aby płomień nie dotykał aluminiowej płyty.

1. Zegnij dwie identyczne części, aby pasowały do świecy
2. Sklej dwie części razem

Krok 5: Montaż (silnik)

1. Użyj jednej podkładki z każdej strony płyty
2. Upewnij się, że śruby mają odpowiednią długość (zbyt długie spowoduje uszkodzenie silnika)
3. Przykręć silnik

Podkładki nieco oddzielą silnik od płyty i zapewnią, że nie będzie się on później przegrzewał.

Krok 6: Montaż (moduł TEG)

Bardzo ważnym elementem jest użycie pasty termicznej, aby zapewnić dobre przenoszenie ciepła między częściami. Użyłem pasty termicznej o wysokiej temperaturze (200C), ale "może" działać ze zwykłą pastą termiczną do procesora. Zwykle mogą trwać od 100 do 150 stopni Celsjusza.

1. Upewnij się, że powierzchnie płyty, modułu i radiatora są czyste i czyste (musi być dobry kontakt)
2. Nałożyć pastę termiczną na „gorącą stronę” modułu
3. Przymocuj gorącą stronę modułu do płyty
4. Nałóż pastę termiczną na „zimną stronę” modułu
5. Zamocuj radiator na górze modułu
6. Zamocuj sprężyny, aby utrzymać radiator stabilnie (wysokie ciśnienie zapewnia lepszy transfer ciepła)

Krok 7: Montaż (pręt i płyta podstawowa)

1. Wywierć otwór 1,5 mm w pręcie (głębokość 3 mm)
2. Przymocuj oś silnika do pręta
3. Przymocuj pręt do drewna bazowego

Krok 8: Montaż (silnik, wieszak na świecę i przeciwwaga)

1. Podłącz kable modułu do silnika (lutownica jest dobra)
2. Przymocuj wieszak na świecę do tych samych gwoździ, do których przymocowane są sprężyny radiatora
3. Umieść świecę w wieszaku
4. Zamontuj przeciwwagę i przechyl konstrukcję, aby upewnić się, że masz odpowiednią równowagę

Krok 9: Finał

Należy pamiętać, że ciepło ze świecy może uszkodzić moduł, jeśli specyfikacja ma niską temperaturę maksymalną. Nawet zimna strona będzie bardzo gorąca! Kolejnym krokiem, który możesz wykonać, jest przygotowanie radiatora taśmą elektryczną i napełnienie go wodą. Dzięki temu zimna strona nigdy nie przekroczy 100C! Moim planem B było zrobienie tego, ale nie potrzebowałem tego.

1. Zapal świecę (odłączona)
2. Umieść świecę
3. Poczekaj 10 sekund i może spróbuj pomóc mu się kręcić, aby zacząć, zanim zimna strona się przegrzeje
4. Cieszyć się!

Główna formuła: energia = energia + zabawa

Wzór szczegółowy: RPM=mF(tegP)-A*(RPM^2)

RPM="obroty silnika na minutę" mF()="wzór charakterystyki silnika" tegP="moc modułu" A="opór powietrza + stała tarcia silnika"

tegP=mod(Tdiff) mod()="wzór charakterystyki modułu termoelektrycznego" Tdiff="różnica temp"

Tdiff=sink(RPM)-fire(RPM) sink()="wzór charakterystyki radiatora oparty na prędkości powietrza" fire()="wzór skuteczności ognia świecy oparty na prędkości powietrza"

Wreszcie: RPM=mF(mod(sink(RPM)-fire(RPM)))-A*(RPM^2)Alternatywne rozwiązania (Prosimy o sugestie):

1. Dwa moduły i radiatory (symetrycznie) po każdej stronie silnika dla większej mocy

   Połącz moduły równolegle lub szeregowo z silnikiem (silniejsze vs szybsze)

2. Stosuj świece stacjonarne na ziemi lub zamocowane w podstawie

   • Musiałem użyć 4 świec, aby uzyskać wystarczającą moc
   • Zobacz vid