Θερμοηλεκτρικό περιστροφικό στολίδι: 9 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Ιστορικό:

Αυτό είναι ένα άλλο θερμοηλεκτρικό πείραμα/στολίδι όπου ολόκληρη η κατασκευή (κερί, καυτή πλευρά, μονάδα και δροσερή πλευρά) περιστρέφεται και η ίδια θέρμανση και ψύξη με τέλεια ισορροπία μεταξύ ισχύος εξόδου μονάδας, ροπής & στροφών κινητήρα, αποδοτικότητα κεριού, μεταφορά θερμότητας, απόδοση ψύξης, ροή αέρα και τριβή. Γίνεται πολλή φυσική εδώ αλλά με μια πολύ απλή κατασκευή. Ελπίζω να σας άρεσε αυτό το έργο!

Δείτε βίντεο για το τελικό αποτέλεσμα: Βίντεο Youtube 1Youtube Video 2Youtube Video 3

Κάποια άλλα θερμοηλεκτρικά έργα μου μπορείτε να τα βρείτε εδώ:

Θερμοηλεκτρικός ανεμιστήρας Φορτιστής τηλεφώνου Έκτακτης ανάγκης LED Έννοια:

Η καρδιά της κατασκευής, η θερμοηλεκτρική μονάδα, ονομάζεται επίσης ένα στοιχείο peltier και όταν το χρησιμοποιείτε ως γεννήτρια ονομάζεται εφέ seebeck. Έχει μια ζεστή πλευρά και μια κρύα. Η μονάδα παράγει ισχύ για την οδήγηση ενός κινητήρα ο άξονας του οποίου είναι προσαρτημένος στη βάση. Όλα θα γυρίσουν και η ροή του αέρα θα κρυώσει την άνω ψύκτρα γρηγορότερα από την πλάκα αλουμινίου παρακάτω. Υψηλότερη διαφορά θερμοκρασίας => αυξημένη ισχύ εξόδου => αυξημένη στροφές κινητήρα => αυξημένη ροή αέρα => αυξημένη διαφορά θερμοκρασίας αλλά μειωμένη ισχύς κεριών. Καθώς το κερί ακολουθεί επίσης την περιστροφή, η θερμότητα θα είναι λιγότερο αποδοτική με αυξημένη ταχύτητα και αυτό θα εξισορροπήσει το RPM σε μια ωραία αργή περιστροφή. Δεν μπορεί να πάει πολύ γρήγορα για να σβήσει τη φωτιά και δεν μπορεί να σταματήσει μέχρι να τελειώσει το καύσιμο του κεριού.

en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Αποτέλεσμα:

Το αρχικό μου σχέδιο ήταν να έχω σταθερά κεριά (δείτε βίντεο), αλλά διαπίστωσα ότι αυτή η κατασκευή ήταν και πιο προηγμένη και διασκεδαστική. Θα μπορούσατε να το τρέξετε με σταθερά κεριά, αλλά θα απαιτήσει 4 από αυτά αν δεν χρησιμοποιήσετε δύο μονάδες ή μεγαλύτερη περιοχή θερμότητας αλουμινίου.

Η ταχύτητα κυμαίνεται μεταξύ 0,25 και 1 περιστροφής ανά δευτερόλεπτο. Όχι πολύ αργά και όχι πολύ γρήγορα. Δεν θα σταματήσει ποτέ και η φωτιά θα ανάψει μέχρι το κερί να αδειάσει. Η ψύκτρα θα είναι αρκετά ζεστή με την πάροδο του χρόνου. Χρησιμοποίησα μονάδα TEG υψηλής θερμοκρασίας για αυτό και δεν μπορώ να υποσχεθώ ότι ένα φθηνότερο TEC (μονάδα peltier) θα το καταφέρει. Λάβετε υπόψη εάν η θερμοκρασία υπερβαίνει τις προδιαγραφές της μονάδας, θα καταστραφεί! Δεν ξέρω πώς να μετρήσω τη θερμοκρασία, αλλά δεν μπορώ να την αγγίξω με τα δάχτυλά μου, οπότε υποθέτω ότι είναι κάπου μεταξύ 50-100C (στην κρύα πλευρά).

Βήμα 1: Υλικά και εργαλεία

Υλικά:

• Πλάκα αλουμινίου: 140x45x5mm
• Πλαστική ράβδος: 60x8mm [από βενετσιάνικη περσίδα]
• Ηλεκτρικός κινητήρας: Tamiya 76005 Solar Motor 02 (Mabuchi RF-500TB). [Ebay].
• Θερμοηλεκτρική μονάδα (υψηλή θερμοκρασία TEG): TEP1-1264-1.5 [από το άλλο μου έργο, δείτε παρακάτω]
• Θερμοσίφωνας: Αλουμίνιο 42x42x30mm (μονοκατευθυντικά κανάλια αέρα) [από έναν παλιό υπολογιστή]
• 2x Βίδες + 4 ροδέλες για κινητήρα: 10x2.5mm (δεν είμαι σίγουρος για το σπείρωμα)
• 2x καρφιά για προσάρτηση ψύκτρας: 2x14mm (κοπή)
• 2x ελατήρια για προσάρτηση ψύκτρας
• Βάρος μετρητή: Μπουλόνι M10+2 παξιμάδια+2 ροδέλες+μαγνήτης για λεπτή ρύθμιση
• Θερμική πάστα: KERATHERM KP92 (10 W/mK, μέγιστη θερμοκρασία 200C) [conrad.com]
• Χαλύβδινο σύρμα: 0,5mm
• Ξύλο (σημύδα) (η τελική βάση είναι 90x45x25mm)

Προδιαγραφές TEG:

Αγόρασα το TEP1-1264-1.5 στη διεύθυνση https://termo-gen.com/ Δοκιμασμένο στους 230ºC (θερμή πλευρά) και 50ºC (ψυχρή πλευρά) με:

Uoc: 8.7V Ri: 3Ω U (φορτίο): 4.2V I (φορτίο): 1.4A P (ταίριασμα): 5.9W Θερμότητα: 8.8W/cm2 Μέγεθος: 40x40mm

Εργαλεία:

• Τρυπάνια: 1,5, 2, 2,5, 6, 8 και 8,5mm
• Σιδηροπρίονο
• Αρχείο (μέταλλο+ξύλο)
• Συρματόβουρτσα
• Σύρμα καθαρισμού
• Κατσαβίδι
• Λειαντικό χαρτί
• (Συγκολλητικό σίδερο)

Βήμα 2: Κατασκευή (Πιάτο)

Δείτε σχέδια για όλες τις μετρήσεις.

1. Σχεδιάστε στην πλάκα αλουμινίου ή χρησιμοποιήστε ένα πρότυπο.
2. Χρησιμοποιήστε πριόνι για να κόψετε το κομμάτι.
3. Χρησιμοποιήστε το αρχείο για να ρυθμίσετε καλά
4. Τρυπήστε δύο τρύπες 2,5mm για τον κινητήρα (22mm μεταξύ τους) και τρύπα 6mm για το κέντρο του κινητήρα
5. Τρυπήστε δύο τρύπες 2 χιλιοστών όπου θα βρίσκονται τα καρφιά (για προσάρτηση ψύκτρας)
6. Τρυπήστε μία τρύπα 8,5 χιλιοστών για το αντίμετρο (θα βιδωθεί ως M10)
7. Τελειώστε τις επιφάνειες με συρματόβουρτσα και μαλλί

Βήμα 3: Κατασκευή (Βάση)

Χρησιμοποίησα μια κοπή σε μισό καυσόξυλο.

1. Χρησιμοποιήστε το αρχείο και το λειαντικό χαρτί πριν το κόψετε (πιο εύκολο να στερεωθεί)
2. Τρυπήστε μια τρύπα 8 mm στο επάνω κέντρο για τη ράβδο (βάθος 20 mm, όχι μέχρι το τέλος)
3. Κόψτε το κομμάτι σε μήκος 90mm
4. Τελειώστε την επιφάνεια
5. Χρησιμοποιήστε λεκέ από λάδι ή ξύλο για ωραίο χρώμα επιφάνειας (έβαλα λεκέ από σκούρο ξύλο μετά από όλες τις φωτογραφίες για καλύτερη εμφάνιση)

Βήμα 4: Κατασκευή (κρεμάστρα κεριών)

Αυτό είναι το πιο δύσκολο κομμάτι υποθέτω. Easierσως πιο εύκολο αν το κάνετε στο τέλος όταν όλα έχουν τελειώσει και λειτουργούν. Χρησιμοποίησα ένα λεπτό σύρμα για να το λυγίσω χρησιμοποιώντας μόνο δύο κομμάτια. Difficultταν δύσκολο να φωτογραφίσω όλες τις γωνίες. Αυτό το μέρος θα κρατήσει το κερί κάτω από τη θερμοηλεκτρική μονάδα σε απόσταση, ώστε η φλόγα να μην αγγίζει την πλάκα αλουμινίου.

1. Λυγίστε δύο πανομοιότυπα μέρη για να χωρέσει το κερί
2. Κολλήστε τα δύο μέρη μαζί

Βήμα 5: Συναρμολόγηση (μοτέρ)

1. Χρησιμοποιήστε ένα πλυντήριο σε κάθε πλευρά της πλάκας
2. Βεβαιωθείτε ότι οι βίδες είναι σωστού μήκους (έως πολύ θα προκαλέσει ζημιά στον κινητήρα)
3. Βιδώστε τον κινητήρα

Οι ροδέλες θα διαχωρίσουν τον κινητήρα λίγο από την πλάκα και θα βεβαιωθούν ότι δεν θα υπερθερμανθεί αργότερα.

Βήμα 6: Συναρμολόγηση (μονάδα TEG)

Είναι ένα κρίσιμο μέρος για να χρησιμοποιήσετε θερμική πάστα για να έχετε μια καλή μεταφορά θερμότητας μεταξύ των τμημάτων. Χρησιμοποίησα θερμική πάστα υψηλής θερμοκρασίας (200C) αλλά "μπορεί" να λειτουργήσει με κανονική θερμική πάστα CPU. Συνήθως μπορούν να πάρουν μεταξύ 100-150C.

1. Βεβαιωθείτε ότι οι επιφάνειες της πλάκας, της μονάδας και της ψύκτρας και καθαρίστε από τη βρωμιά (πρέπει να έχουν καλή επαφή)
2. Εφαρμόστε θερμική πάστα στη "καυτή πλευρά" της μονάδας
3. Συνδέστε την καυτή πλευρά της μονάδας στην πλάκα
4. Εφαρμόστε θερμική πάστα στην "κρύα πλευρά" της μονάδας
5. Συνδέστε την ψύκτρα στο πάνω μέρος της μονάδας
6. Συνδέστε ελατήρια για να διατηρήσετε τη ψύκτρα σταθερή (η υψηλή πίεση έχει ως αποτέλεσμα καλύτερη μεταφορά θερμότητας)

Βήμα 7: Συναρμολόγηση (ράβδος και πλάκα βάσης)

1. Τρυπήστε τρύπα 1,5mm στη ράβδο (βάθος 3mm)
2. Συνδέστε τον άξονα του κινητήρα στη ράβδο
3. Συνδέστε τη ράβδο στο ξύλο βάσης

Βήμα 8: Συναρμολόγηση (μοτέρ, κρεμάστρα κεριών και αντίβαρο)

1. Συνδέστε καλώδια μονάδας στον κινητήρα (το κολλητήρι είναι καλό)
2. Συνδέστε την κρεμάστρα κεριών στα ίδια καρφιά με τα οποία είναι προσαρτημένα τα ελατήρια ψύκτρας
3. Τοποθετήστε ένα κερί στην κρεμάστρα
4. Τοποθετήστε το αντίθετο βάρος και γείρετε την κατασκευή για να βεβαιωθείτε ότι έχετε τη σωστή ισορροπία

Βήμα 9: Τελικό

Λάβετε υπόψη ότι η θερμότητα από το κερί μπορεί να βλάψει τη μονάδα σας εάν οι προδιαγραφές έχουν χαμηλή μέγιστη θερμοκρασία. Ακόμα και η κρύα πλευρά θα είναι αρκετά ζεστή! Ένα άλλο βήμα που μπορεί να θέλετε να κάνετε είναι να προετοιμάσετε την ψύκτρα με ηλεκτρική ταινία και να την γεμίσετε με νερό. Αυτό βεβαιωθείτε ότι η κρύα πλευρά δεν θα φτάσει ποτέ τους 100 C! Το σχέδιό μου ήταν να το κάνω αυτό, αλλά δεν το χρειαζόμουν.

1. Ανάψτε το κερί (αποσπασμένο)
2. Τοποθετήστε το κερί
3. Περιμένετε 10 δευτερόλεπτα και ίσως προσπαθήσετε να το βοηθήσετε να γυρίσει για να ξεκινήσει πριν υπερθερμανθεί η κρύα πλευρά
4. Απολαμβάνω!

Κύριος τύπος: Ενέργεια = Ενέργεια+διασκέδαση

Λεπτομερής τύπος: RPM = mF (tegP) -A*(RPM^2)

RPM = "περιστροφές κινητήρα ανά λεπτό" mF () = "τύπος χαρακτηριστικών κινητήρα" tegP = "ισχύς μονάδας" A = "αντίσταση αέρα + σταθερά τριβής κινητήρα"

tegP = mod (Tdiff) mod () = "τύπος χαρακτηριστικών θερμοηλεκτρικών μονάδων" Tdiff = "διαφορά θερμοκρασίας"

Tdiff = νεροχύτης (RPM)-πυρκαγιά (RPM) νεροχύτης () = "τύπος χαρακτηριστικών ψύκτρας με βάση την ταχύτητα του αέρα" φωτιά () = "τύπος απόδοσης φωτιάς κεριών με βάση την ταχύτητα του αέρα"

Τέλος: RPM = mF (mod (νεροχύτης (RPM) -fire) (RPM)))-A*(RPM^2) Εναλλακτικές λύσεις (μη διστάσετε να κάνετε προτάσεις):

1. Δύο μονάδες και απορροφητήρες θερμότητας (συμμετρικά) σε κάθε πλευρά του κινητήρα για περισσότερη ισχύ

   Συνδέστε τις μονάδες παράλληλα ή σε σειρά με τον κινητήρα (ισχυρότερο έναντι ταχύτερου)

2. Χρησιμοποιήστε σταθερά κεριά στο έδαφος ή σταθερά στη βάση

   • Έπρεπε να χρησιμοποιήσω 4 κεριά για να πάρω επαρκή ισχύ
   • Δείτε το βίντεο