Termoelektrisk rotationspynt: 9 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Baggrund:

Dette er et andet termoelektrisk eksperiment/ornament, hvor hele konstruktionen (stearinlys, varm side, modul og kølig side) roterer og både opvarmer og køler sig selv med en perfekt balance mellem modulets udgangseffekt, motormoment og omdr./min., Effektivitet af stearinlys, varmeoverførsel, køleeffektivitet, luftstrøm og friktion. Der foregår en masse fysik her, men med en meget enkel konstruktion. Jeg håber du nyder dette projekt!

Se videoer for det endelige resultat: Youtube Video 1Youtube Video 2Youtube Video 3

Nogle andre af mine termoelektriske projekter kan findes her:

Termoelektrisk blæserSmartphone opladerNød -LEDKoncept:

Hjertet i konstruktionen, det termoelektriske modul, kaldes også et peltierelement, og når du bruger det som en generator, kaldes det seebeck -effekt. Den har en varm side og en kold. Modulet genererer strøm til at drive en motor, hvilken akse er fastgjort til basen. Alt vil dreje, og luftstrømmen vil afkøle den øvre kølelegeme hurtigere end aluminiumspladen herunder. Højere temperaturforskel => øget udgangseffekt => øget motoromdrejningstal => øget luftgennemstrømning => øget temperaturforskel, men reduceret lysstyrke. Da lyset også følger rotationen, vil varmen være mindre effektiv med øget hastighed, og dette vil afbalancere omdrejningstallet til en dejlig langsom rotation. Det kan ikke gå for hurtigt at slukke selve ilden, og det kan ikke stoppe, før lyset løber tør for brændstof.

en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Resultat:

Min oprindelige plan var at have stationære stearinlys (se video), men jeg fandt ud af, at denne konstruktion var både mere avanceret og sjov. Du kan køre dette med stationære stearinlys, men det kræver 4 af dem, hvis du ikke bruger to moduler eller større varmeområde i aluminium.

Hastigheden er mellem 0,25 og 1 omdrejning pr. Sekund. Ikke for langsomt og ikke for hurtigt. Det vil aldrig stoppe, og ilden vil brænde, indtil lyset er tomt. Kølelegemet vil være ret varmt over tid. Jeg brugte et høj temperatur TEG modul til dette, og jeg kan ikke love en billigere TEC (peltier modul) vil gøre det. Vær opmærksom på, at hvis temperaturen overstiger specifikationen for modulet, vil det blive beskadiget! Jeg ved ikke, hvordan jeg skal måle temperaturen, men jeg kan ikke røre den med fingrene, så jeg gætter på, at den er et sted mellem 50-100C (på den kolde side).

Trin 1: Materialer og værktøjer

Materialer:

• Aluminiumsplade: 140x45x5mm
• Plaststang: 60x8mm [fra persienner]
• Elmotor: Tamiya 76005 Solar Motor 02 (Mabuchi RF-500TB). [Ebay].
• Termoelektrisk modul (høj temperatur TEG): TEP1-1264-1.5 [fra mit andet projekt, se nedenfor]
• Køleribbe: Aluminium 42x42x30mm (enkeltretningskanaler) [fra en gammel computer]
• 2x skruer + 4 skiver til motor: 10x2,5 mm (ved ikke om gevind)
• 2x søm til kølelegeme: 2x14mm (snit)
• 2x fjedre til fastgørelse af kølelegeme
• Modvægt: M10 bolt+2 møtrikker+2 skiver+magnet til finjustering
• Termisk pasta: KERATHERM KP92 (10 W/mK, 200C max temp) [conrad.com]
• Ståltråd: 0,5 mm
• Træ (birk) (sidste base er 90x45x25mm)

TEG spec:

Jeg købte TEP1-1264-1.5 på https://termo-gen.com/ Testet ved 230ºC (varm side) og 50ºC (kold side) med:

Uoc: 8,7V Ri: 3Ω U (belastning): 4,2V I (belastning): 1,4A P (match): 5,9W varme: 8,8W/cm2 Størrelse: 40x40mm

Værktøjer:

• Bor: 1,5, 2, 2,5, 6, 8 og 8,5 mm
• Hacksav
• Fil (metal+træ)
• Stålbørste
• Ståluld
• Skruetrækker
• Slibepapir
• (Loddekolbe)

Trin 2: Konstruktion (plade)

Se tegninger for alle mål.

1. Tegn på aluminiumspladen eller brug en skabelon.
2. Brug hacksav til at skære stykket ud.
3. Brug filen til at finjustere
4. Bor to 2,5 mm huller til motor (22 mm mellem) plus 6 mm hul til motorcenter
5. Bor to 2 mm huller, hvor neglene vil være (til fastgørelse af kølelegemet)
6. Bor et 8,5 mm hul til modvægt (vil blive gevind som M10)
7. Afslut overfladerne med stålbørste og uld

Trin 3: Konstruktion (base)

Jeg brugte et snit i halvt træ.

1. Brug fil og slibepapir, før du skærer det (lettere at reparere)
2. Bor et 8 mm hul i det øverste center for stangen (20 mm dybde, ikke hele vejen igennem)
3. Skær stykket i 90 mm længde
4. Afslut overfladen
5. Brug olie eller bejdse til en flot overfladefarve (jeg påførte mørkt træklæder efter alle fotografier for et bedre udseende)

Trin 4: Konstruktion (lysbøjle)

Dette er den mest vanskelige del, tror jeg. Måske lettere, hvis du gør dette i slutningen, når alt er færdigt og fungerer. Jeg brugte en tynd tråd til at bøje den ved kun at bruge to stykker. Det var svært at fotografere alle vinkler. Denne del holder lyset under det termoelektriske modul i en afstand, så flammen ikke rører aluminiumpladen.

1. Bøj to identiske dele, så de passer til lyset
2. Lim de to dele sammen

Trin 5: Saml (motor)

1. Brug en skive på hver side af pladen
2. Sørg for, at skruerne har den korrekte længde (for længe vil beskadige motoren)
3. Skru motoren fast

Skiverne adskiller motoren lidt fra pladen og sørger for, at den ikke bliver overophedet senere.

Trin 6: Saml (TEG -modul)

Det er en kritisk del at bruge termisk pasta for at få en god varmeoverførsel mellem delene. Jeg brugte høj temperatur (200C) termisk pasta, men det "kunne" fungere med almindelig CPU termisk pasta. De kan normalt tage mellem 100-150C.

1. Sørg for, at pladens, modulets og kølelegemets overflader er rene for snavs (skal have god kontakt)
2. Påfør termisk pasta på modulets "varme side"
3. Fastgør modulets varme side til pladen
4. Påfør termisk pasta på modulets "kolde side"
5. Sæt kølepladen oven på modulet
6. Fastgør fjedre for at holde kølepladen stabil (højt tryk resulterer i bedre varmeoverførsel)

Trin 7: Saml (stang og bundplade)

1. Bor 1,5 mm hul i stangen (3 mm dybde)
2. Fastgør motoraksen til stangen
3. Fastgør stangen til bundtræet

Trin 8: Saml (motor, lysestage og modvægt)

1. Fastgør modulkabler til motoren (loddejern er godt)
2. Fastgør lysbøjlen til de samme søm, som kølelegemets fjedre er fastgjort til
3. Læg et lys i bøjlen
4. Monter modvægt, og vipp konstruktionen for at sikre, at du har den rette balance

Trin 9: Endelig

Vær opmærksom på, at varmen fra lyset kan beskadige dit modul, hvis specifikationen har lav maks. Temp. Selv den kolde side vil være temmelig varm! Et andet trin, du måske vil gøre, er at forberede kølelegemet med elektrisk tape og fylde det med vand. Det sørger for, at den kolde side aldrig når over 100C! Min planB var at gøre dette, men jeg havde ikke brug for det.

1. Tænd lyset (løsrevet)
2. Placer lyset
3. Vent 10 sekunder og prøv måske at hjælpe den med at dreje for at komme i gang, før den kolde side bliver overophedet
4. God fornøjelse!

Hovedformel: Energi = Energi+sjov

Detaljeret formel: RPM = mF (tegP) -A*(RPM^2)

RPM = "motoromdrejninger i minuttet" mF () = "motorkarakteristik formel" tegP = "moduleffekt" A = "luftmodstand + motorfriktionskonstant"

tegP = mod (Tdiff) mod () = "termoelektrisk modul karakteristika formel" Tdiff = "temp forskel"

Tdiff = sink (RPM) -fire (RPM) sink () = "kølelegemets egenskabsformel baseret på lufthastighed" fire () = "brandeffektivitetsformel for stearinlys baseret på lufthastighed"

Endelig: RPM = mF (mod (sink (RPM) -fire (RPM)))-A*(RPM^2) Alternative løsninger (Kom gerne med forslag):

1. To moduler og kølelegemer (symetrisk) på hver side af motoren for mere effekt

   Tilslut modulerne parallelt eller i serie med motoren (stærkere vs. hurtigere)

2. Brug stationære stearinlys på jorden eller fastgjort i basen

   • Jeg var nødt til at bruge 4 lys for at få tilstrækkelig strøm
   • Se vid