Termoelektrisk rotationsprydnad: 9 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Bakgrund:

Detta är ett annat termoelektriskt experiment/prydnad där hela konstruktionen (ljus, het sida, modul och sval sida) roterar och både värmer och kyler sig med en perfekt balans mellan modulens uteffekt, motorns vridmoment och varvtal, ljuseffektivitet, värmeöverföring, kyleffektivitet, luftflöde och friktion. Mycket fysik pågår här men med en mycket enkel konstruktion. Jag hoppas att du gillar det här projektet!

Se videor för slutresultat: Youtube Video 1Youtube Video 2Youtube Video 3

Några andra av mina termoelektriska projekt hittar du här:

Termoelektrisk fläkt Smartphone laddare Nödlampa Koncept:

Hjärtat i konstruktionen, den termoelektriska modulen, kallas också ett peltierelement och när du använder det som en generator kallas det seebeck -effekt. Den har en varm sida och en kall. Modulen genererar kraft för att driva en motor, vilken axel är ansluten till basen. Allt kommer att vända och luftflödet kyler det övre kylflänsen snabbare än aluminiumplattan nedan. Högre temperaturskillnad => ökad uteffekt => ökad motorvarvtal => ökat luftflöde => ökad temperaturskillnad men minskad ljuseffekt. Eftersom ljuset också följer rotationen blir värmen mindre effektiv med ökad hastighet och detta kommer att balansera varvtalet till en trevlig långsam rotation. Det kan inte gå för fort att släcka själva elden och det kan inte stanna förrän ljuset tar slut på bränsle.

en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Resultat:

Min ursprungliga plan var att ha stillastående ljus (se video) men jag tyckte att denna konstruktion var både mer avancerad och rolig. Du kan köra detta med stillastående ljus, men det kommer att krävas fyra av dem om du inte använder två moduler eller större aluminiumvärmeområde.

Hastigheten ligger mellan 0,25 och 1 varv per sekund. Inte för långsamt och inte för snabbt. Det kommer aldrig att sluta och elden kommer att brinna tills ljuset går tomt. Kylflänsen kommer att bli ganska varm med tiden. Jag använde en högtemperatur TEG -modul för detta och jag kan inte lova att en billigare TEC (peltiermodul) kommer att klara det. Observera att om temperaturen överskrider modulens specifikation kommer den att skadas! Jag vet inte hur jag ska mäta tempen men jag kan inte röra den med fingrarna så jag antar att det är någonstans mellan 50-100C (på den kalla sidan).

Steg 1: Material och verktyg

Material:

• Aluminiumplatta: 140x45x5mm
• Plaststav: 60x8mm [från persienner]
• Elmotor: Tamiya 76005 Solar Motor 02 (Mabuchi RF-500TB). [Ebay].
• Termoelektrisk modul (hög temp TEG): TEP1-1264-1.5 [från mitt andra projekt, se nedan]
• Kylfläns: Aluminium 42x42x30mm (enkelriktade luftkanaler) [från en gammal dator]
• 2x skruvar + 4 brickor för motor: 10x2,5 mm (vet inte om gängning)
• 2x spikar för kylflänsfäste: 2x14mm (snitt)
• 2x fjädrar för kylflänsfäste
• Motvikt: M10 bult+2 muttrar+2 brickor+magnet för finjustering
• Termisk pasta: KERATHERM KP92 (10 W/mK, 200C max temp) [conrad.com]
• Ståltråd: 0,5 mm
• Trä (björk) (sista basen är 90x45x25mm)

TEG -specifikation:

Jag köpte TEP1-1264-1.5 på https://termo-gen.com/ Testad vid 230ºC (het sida) och 50ºC (kall sida) med:

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

Verktyg:

• Borrar: 1,5, 2, 2,5, 6, 8 och 8,5 mm
• Bågfil
• Fil (metall+trä)
• Stålborste
• Stålull
• Skruvmejsel
• Slipande papper
• (Lödkolv)

Steg 2: Konstruktion (platta)

Se ritningar för alla mått.

1. Rita på aluminiumplattan eller använd en mall.
2. Skär ut biten med en bågfil.
3. Använd filen för att finjustera
4. Borra två 2,5 mm hål för motorn (22 mm mellan) plus 6 mm hål för motorns centrum
5. Borra två 2 mm hål där spikarna kommer att vara (för kylflänsfäste)
6. Borra ett 8,5 mm hål för motvikt (kommer att gängas som M10)
7. Avsluta ytorna med stålborste och ull

Steg 3: Konstruktion (bas)

Jag använde ett snitt i halv eldved.

1. Använd fil och slippapper innan du skär det (lättare att fixa)
2. Borra ett 8 mm hål i toppens mitt för stången (20 mm djup, inte hela vägen)
3. Skär arbetet med en längd på 90 mm
4. Avsluta ytan
5. Använd olja eller träfläck för fin ytfärg (jag applicerade mörk träfärg efter alla fotografier för bättre utseende)

Steg 4: Konstruktion (ljushängare)

Detta är den mest knepiga delen antar jag. Kanske lättare om du gör detta i slutet när allt är klart och fungerar. Jag använde en tunn tråd för att böja den med bara två bitar. Det var svårt att fotografera alla vinklar. Denna del kommer att hålla ljuset under den termoelektriska modulen på ett avstånd så att lågan inte vidrör aluminiumplattan.

1. Böj två identiska delar för att passa ljuset
2. Limma ihop de två delarna

Steg 5: Montera (motor)

1. Använd en bricka på varje sida av plattan
2. Se till att skruvarna har rätt längd (för länge skadar motorn)
3. Skruva på motorn

Brickorna separerar motorn lite från plattan och ser till att den inte blir överhettad senare.

Steg 6: Montera (TEG -modul)

Det är en kritisk del att använda termisk pasta för att få en bra värmeöverföring mellan delarna. Jag använde hög temperatur (200C) termisk pasta men det "kan" fungera med vanlig CPU termisk pasta. De kan vanligtvis ta mellan 100-150C.

1. Se till att plattans, modulens och kylflänsens ytor är rena från smuts (måste ha god kontakt)
2. Applicera termisk pasta på modulens "heta sida"
3. Fäst modulens heta sida på plattan
4. Applicera termisk pasta på modulens "kalla sida"
5. Fäst kylflänsen ovanpå modulen
6. Fäst fjädrar för att hålla kylflänsen stabil (högt tryck ger bättre värmeöverföring)

Steg 7: Montera (stång och basplatta)

1. Borra 1,5 mm hål i stången (3 mm djup)
2. Fäst motoraxeln på stången
3. Fäst stången på basvirket

Steg 8: Montera (motor, ljushängare och motvikt)

1. Anslut modulkablar till motorn (lödkolv är bra)
2. Fäst ljushängaren på samma spik som kylflänsens fjädrar är fästa vid
3. Ställ ett ljus i hängaren
4. Montera motvikten och luta konstruktionen för att se till att du har rätt balans

Steg 9: Slutlig

Tänk på att värmen från ljuset kan skada din modul om specifikationen har låg max temperatur. Även den kalla sidan kommer att bli ganska varm! Ett annat steg som du kanske vill göra är att förbereda kylflänsen med eltejp och fylla den med vatten. Det ser till att den kalla sidan aldrig når över 100C! Min planB var att göra detta men jag behövde det inte.

1. Tända ljuset (fristående)
2. Placera ljuset
3. Vänta 10 sekunder och kanske försöka hjälpa den att snurra för att komma igång innan den kalla sidan blir överhettad
4. Njut av!

Huvudformel: Energi = Energi+kul

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

RPM = "motorvarv per minut" mF () = "motoregenskaper formel" tegP = "moduleffekt" A = "luftmotstånd + motorfriktionskonstant"

tegP = mod (Tdiff) mod () = "termoelektriska modulegenskaper formel" Tdiff = "temp differens"

Tdiff = sink (RPM) -fire (RPM) sink () = "kylflänsens egenskaper formel baserat på lufthastighet" fire () = "ljus brand effektivitet formel baserad på lufthastighet"

Slutligen: RPM = mF (mod (sink (RPM) -fire (RPM)))-A*(RPM^2) Alternativa lösningar (kom gärna med förslag):

1. Två moduler och kylflänsar (symetriskt) på varje sida av motorn för mer effekt

   Anslut modulerna parallellt eller i serie med motorn (starkare vs. snabbare)

2. Använd stillastående ljus på marken eller fast i basen

   • Jag var tvungen att använda 4 ljus för att få tillräckligt med ström
   • Se vid