Термоелектрически ротационен орнамент: 9 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Заден план:

Това е друг термоелектрически експеримент/украшение, където цялата конструкция (свещ, гореща страна, модул и хладна страна) се върти и едновременно се отоплява и охлажда с перфектен баланс между изходната мощност на модула, въртящия момент на двигателя и оборотите в минута, ефективността на свещта, топлопредаването, ефективност на охлаждане, въздушен поток и триене. Тук се случва много физика, но с много проста конструкция. Надявам се този проект да ви хареса!

Вижте видеоклипове за краен резултат: Youtube Video 1Youtube Video 2Youtube Video 3

Някои други мои термоелектрически проекти можете да намерите тук:

Термоелектрически вентилатор Зарядно устройство за смартфон Авариен светодиод Концепция:

Сърцето на конструкцията, термоелектрическият модул, също се нарича елемент на Пелтие и когато го използвате като генератор, той се нарича ефект на Seebeck. Има една гореща страна и една студена. Модулът генерира енергия за задвижване на мотор, чиято ос е прикрепена към основата. Всичко ще се обърне и въздушният поток ще охлади горния радиатор по -бързо от алуминиевата плоча отдолу. По -висока температурна разлика => увеличена изходна мощност => увеличена честота на въртене на двигателя => увеличен въздушен поток => повишена температурна разлика, но намалена мощност на свещта. Тъй като свещта също следва въртенето, топлината ще бъде по -малко ефективна с увеличена скорост и това ще балансира оборотите до хубаво бавно въртене. Не може да мине твърде бързо, за да потуши самия огън и не може да спре, докато свещта не свърши гориво.

en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Резултат:

Първоначалният ми план беше да има стационарни свещи (вижте видеото), но открих, че тази конструкция е едновременно по -напреднала и забавна. Можете да стартирате това със стационарни свещи, но ще са необходими 4 от тях, ако не използвате два модула или по -голяма алуминиева топлинна площ.

Скоростта е между 0,25 и 1 оборот в секунда. Не твърде бавно и не твърде бързо. Той никога няма да спре и огънят ще гори, докато свещта не се изтощи. Радиаторът ще бъде доста горещ с течение на времето. Използвах високотемпературен TEG модул за това и не мога да обещая, че по -евтин TEC (peltier module) ще го направи. Моля, имайте предвид, че ако температурата надвиши спецификацията на модула, тя ще се повреди! Не знам как да измервам температурата, но не мога да я докосна с пръсти, така че предполагам, че е някъде между 50-100C (от студената страна).

Стъпка 1: Материали и инструменти

Материали:

• Алуминиева плоча: 140x45x5mm
• Пластмасова пръчка: 60x8 мм [от венецианска щора]
• Електрически двигател: Tamiya 76005 Слънчев двигател 02 (Mabuchi RF-500TB). [Ebay].
• Термоелектрически модул (висока температура TEG): TEP1-1264-1.5 [от другия ми проект, вижте по-долу]
• Радиатор: Алуминий 42x42x30mm (еднопосочни въздушни канали) [от стар компютър]
• 2x винтове + 4 шайби за мотор: 10x2.5mm (не съм сигурен за резба)
• 2x пирони за закрепване на радиатор: 2x14 мм (изрязани)
• 2x пружини за закрепване на радиатор
• Тегло на брояча: болт M10+2 гайки+2 шайби+магнит за фина настройка
• Термична паста: KERATHERM KP92 (10 W/mK, 200C макс. Температура) [conrad.com]
• Стоманена тел: 0,5 мм
• Дърво (бреза) (крайната основа е 90x45x25mm)

Спецификации на TEG:

Купих TEP1-1264-1.5 на https://termo-gen.com/ Тествано при 230ºC (гореща страна) и 50ºC (студена страна) с:

Uoc: 8.7V Ri: 3Ω U (натоварване): 4.2V I (натоварване): 1.4A P (съвпадение): 5.9W Топлина: 8.8W/cm2 Размер: 40x40mm

Инструменти:

• Свредла: 1,5, 2, 2,5, 6, 8 и 8,5 мм
• Ножовка
• Пила (метал+дърво)
• Телена четка
• Стоманена вата
• Отвертка
• Абразивна хартия
• (Поялник)

Стъпка 2: Конструкция (плоча)

Вижте чертежите за всички измервания.

1. Начертайте върху алуминиевата плоча или използвайте шаблон.
2. Използвайте ножовка, за да изрежете парчето.
3. Използвайте файла за фина настройка
4. Пробийте два 2,5 мм отвора за двигателя (22 мм между тях) плюс 6 мм отвор за центъра на двигателя
5. Пробийте две 2 мм отвори, където ще бъдат гвоздеите (за закрепване на радиатора)
6. Пробийте един 8,5 мм отвор за противотежест (ще бъде с резба като M10)
7. Завършете повърхностите с телена четка и вълна

Стъпка 3: Строителство (база)

Използвах нарязани наполовина дърва за огрев.

1. Използвайте пила и абразивна хартия, преди да я изрежете (по -лесно за фиксиране)
2. Пробийте 8 мм отвор в горния център за пръта (20 мм дълбочина, не докрай)
3. Нарежете парчето с дължина 90 мм
4. Завършете повърхността
5. Използвайте петно от масло или дърво за хубав цвят на повърхността (нанесох петно от тъмно дърво след всички снимки за по -добър външен вид)

Стъпка 4: Конструкция (закачалка за свещи)

Това е най -сложната част според мен. Може би по -лесно, ако направите това в края, когато всичко приключи и работи. Използвах тънка жица, за да я огъна, като използвах само две парчета. Беше трудно да се снима всички ъгли. Тази част ще държи свещта под термоелектрическия модул на разстояние, така че пламъкът да не докосва алуминиевата плоча.

1. Огънете две еднакви части, за да пасне на свещта
2. Залепете двете части заедно

Стъпка 5: Сглобете (мотор)

1. Използвайте по една шайба от всяка страна на чинията
2. Уверете се, че винтовете са с правилна дължина (дългите ще повредят двигателя)
3. Завийте двигателя

Шайбите ще отделят двигателя малко от плочата и ще се уверят, че по -късно той не се прегрява.

Стъпка 6: Сглобяване (TEG модул)

Важно е да използвате термична паста, за да постигнете добър топлопренос между частите. Използвах термопаста с висока температура (200C), но тя "може" да работи с обикновена термопаста на процесора. Обикновено те могат да издържат между 100-150C.

1. Уверете се, че повърхностите на плочата, модула и радиатора са чисти от замърсявания (трябва да са в добър контакт)
2. Нанесете термопаста върху "горещата страна" на модула
3. Прикрепете модула с гореща страна към плочата
4. Нанесете термопаста върху "студената страна" на модула
5. Прикрепете радиатора отгоре на модула
6. Прикрепете пружини, за да поддържате радиатора стабилно (високото налягане води до по -добър топлопренос)

Стъпка 7: Сглобете (пръчка и основна плоча)

1. Пробийте 1,5 мм отвор в пръта (дълбочина 3 мм)
2. Прикрепете оста на двигателя към пръта
3. Прикрепете пръта към основната дървесина

Стъпка 8: Сглобете (мотор, закачалка за свещи и тежест на брояча)

1. Прикрепете кабелите на модула към двигателя (поялникът е добър)
2. Прикрепете закачалката за свещи към същите пирони, към които са прикрепени пружините на радиатора
3. Поставете свещ в закачалката
4. Монтирайте противотежестта и наклонете конструкцията, за да сте сигурни, че имате правилния баланс

Стъпка 9: Последна

Моля, имайте предвид, че топлината от свещта може да повреди вашия модул, ако спецификацията има ниска максимална температура. Дори студената страна ще бъде доста гореща! Друга стъпка, която може да искате да направите, е да подготвите радиатора с електрическа лента и да го напълните с вода. Това гарантира, че студената страна никога няма да достигне над 100C! Моят план Б беше да направя това, но нямах нужда от това.

1. Запали свещта (отделена)
2. Поставете свещта
3. Изчакайте 10 секунди и може би се опитайте да го помогнете да започне, преди студената страна да се прегрее
4. Наслади се!

Основна формула: Енергия = Енергия+забавление

Подробна формула: RPM = mF (tegP) -A*(RPM^2)

RPM = "обороти на двигателя в минута" mF () = "формула на характеристиките на двигателя" tegP = "мощност на модула" A = "въздушно съпротивление + константа на триене на двигателя"

tegP = mod (Tdiff) mod () = "формула за характеристики на термоелектрическия модул" Tdiff = "разлика в температурата"

Tdiff = мивка (RPM) -fire (RPM) sink () = "формула на характеристиките на радиатора въз основа на скоростта на въздуха" fire () = "формула за ефективност на огъня на свещта въз основа на скоростта на въздуха"

И накрая: RPM = mF (mod (мивка (RPM) -fire (RPM)))-A*(RPM^2) Алтернативни решения (Чувствайте се свободни да правите предложения):

1. Два модула и радиатори (симетрично) от всяка страна на двигателя за повече мощност

   Свържете модулите паралелно или последователно с двигателя (по -силен спрямо по -бърз)

2. Използвайте стационарни свещи на земята или фиксирани в основата

   • Трябваше да използвам 4 свещи, за да получа достатъчно енергия
   • Вижте vid