Термоэлектрический вращающийся орнамент: 9 ступеней (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Фон:

Это еще один термоэлектрический эксперимент / украшение, в котором вся конструкция (свеча, горячая сторона, модуль и холодная сторона) вращается и одновременно нагревается и охлаждается с идеальным балансом между выходной мощностью модуля, крутящим моментом двигателя и частотой вращения, эффективностью свечи, теплопередачей, эффективность охлаждения, воздушный поток и трение. Здесь происходит много физики, но с очень простой конструкцией. Надеюсь, вам понравится этот проект!

Смотрите видео для окончательного результата: Youtube Video 1Youtube Video 2Youtube Video 3

Некоторые другие мои термоэлектрические проекты можно найти здесь:

Термоэлектрический вентилятор Зарядное устройство для смартфона Аварийный светодиод Концепция:

Сердце конструкции, термоэлектрический модуль, также называют элементом Пельтье, а когда вы используете его в качестве генератора, это называется эффектом Зеебека. У него одна горячая сторона и одна холодная. Модуль генерирует мощность для привода двигателя, ось которого прикреплена к основанию. Все будет вращаться, и поток воздуха охладит верхний радиатор быстрее, чем алюминиевая пластина внизу. Более высокая разница температур => увеличенная выходная мощность => увеличенные обороты двигателя => увеличенный воздушный поток => увеличенная разница температур, но уменьшенная мощность свечи. Поскольку свеча также следует за вращением, нагрев будет менее эффективным при увеличении скорости, и это уравновесит число оборотов в минуту до приятного медленного вращения. Он не может действовать слишком быстро, чтобы потушить сам огонь, и он не может остановиться, пока в свече не закончится топливо.

en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Результат:

Мой первоначальный план состоял в том, чтобы установить стационарные свечи (см. Видео), но я обнаружил, что эта конструкция была более сложной и интересной. Вы можете запустить это со стационарными свечами, но для этого потребуется 4 из них, если вы не используете два модуля или большую алюминиевую зону нагрева.

Скорость составляет от 0,25 до 1 оборота в секунду. Не слишком медленно и не слишком быстро. Он никогда не прекратится, и огонь будет гореть, пока свеча не опустеет. Радиатор со временем сильно нагревается. Я использовал для этого модуль высокотемпературного ТЭГ, и я не могу обещать, что более дешевый ТЕС (модуль Пельтье) сделает его. Имейте в виду, что если температура превысит спецификацию модуля, он будет поврежден! Я не знаю, как измерить температуру, но я не могу прикоснуться к ней пальцами, поэтому я предполагаю, что она где-то между 50-100C (на холодной стороне).

Шаг 1. Материалы и инструменты

Материалы:

• Алюминиевая пластина: 140x45x5 мм
• Пластиковый стержень: 60х8мм [от жалюзи]
• Электродвигатель: Tamiya 76005 Solar Motor 02 (Mabuchi RF-500TB). [Ebay].
• Термоэлектрический модуль (высокотемпературный ТЭГ): ТЭП1-1264-1.5 [из другого моего проекта, см. Ниже]
• Радиатор: алюминий 42x42x30 мм (однонаправленные воздушные каналы) [от старого компьютера]
• 2x винта + 4 шайбы для двигателя: 10x2,5 мм (не уверен насчет резьбы)
• 2 гвоздя для крепления радиатора: 2x14 мм (отрезанные)
• 2 пружины для крепления радиатора
• Противовес: болт M10 + 2 гайки + 2 шайбы + магнит для точной регулировки
• Термопаста: KERATHERM KP92 (10 Вт / мК, макс. Температура 200C) [conrad.com]
• Стальная проволока: 0,5 мм
• Дерево (береза) (конечная база 90х45х25мм)

Спецификация ТЭГ:

Я купил TEP1-1264-1.5 на https://termo-gen.com/ Протестировано при 230ºC (горячая сторона) и 50ºC (холодная сторона) с:

Uoc: 8,7 В Ri: 3 Ом U (нагрузка): 4,2 В I (нагрузка): 1,4 A P (согласование): 5,9 Вт Тепло: 8,8 Вт / см2 Размер: 40x40 мм

Инструменты:

• Сверла: 1,5, 2, 2,5, 6, 8 и 8,5 мм
• Ножовка
• Напильник (металл + дерево)
• Металличесая щетка
• Стальная вата
• Отвертка
• Наждачная бумага
• (Паяльник)

Шаг 2: Строительство (плита)

См. Чертежи для всех размеров.

1. Нарисуйте на алюминиевой пластине или воспользуйтесь шаблоном.
2. Используйте ножовку, чтобы вырезать кусок.
3. Используйте файл для точной настройки
4. Просверлите два отверстия 2,5 мм для двигателя (22 мм между ними) плюс отверстие 6 мм для центра двигателя.
5. Просверлите два отверстия диаметром 2 мм там, где будут гвозди (для крепления радиатора).
6. Просверлите одно отверстие 8,5 мм для противовеса (с резьбой M10).
7. Обработайте поверхности металлической щеткой и шерстью.

Шаг 3: Строительство (База)

Я использовал разрезанные пополам дрова.

1. Перед резкой используйте напильник и наждачную бумагу (легче исправить)
2. Просверлите отверстие 8 мм в центре вверху для стержня (глубиной 20 мм, не насквозь).
3. Отрежьте кусок длиной 90 мм.
4. Обработайте поверхность
5. Используйте масло или морилку для хорошего цвета поверхности (я применил морилку по темному дереву после всех фотографий, чтобы лучше выглядеть).

Шаг 4: Строительство (вешалка для свечей)

Думаю, это самая сложная часть. Может быть, будет проще, если вы сделаете это в конце, когда все будет готово и заработает. Я согнул его тонкой проволокой, используя всего два куска. Сложно было сфотографировать все ракурсы. Эта часть будет удерживать свечу под термоэлектрическим модулем на таком расстоянии, чтобы пламя не касалось алюминиевой пластины.

1. Согните две одинаковые детали по размеру свечи
2. Склейте две части вместе

Шаг 5: Соберите (двигатель)

1. Используйте по одной шайбе с каждой стороны пластины.
2. Убедитесь, что винты имеют правильную длину (слишком большая длина приведет к повреждению двигателя).
3. Прикрутите мотор

Шайбы немного отделят двигатель от пластины и предотвратят его перегрев в дальнейшем.

Шаг 6: Соберите (модуль ТЭГ)

Очень важно использовать термопасту, чтобы обеспечить хорошую теплопередачу между частями. Я использовал высокотемпературную (200C) термопасту, но она «может» работать с обычной термопастой для процессора. Обычно они могут выдерживать температуру от 100 до 150 ° C.

1. Убедитесь, что поверхности пластины, модуля и радиатора очищены от грязи (должен быть хороший контакт)
2. Нанесите термопасту на «горячую сторону» модуля.
3. Присоедините модуль горячей стороной к пластине
4. Нанесите термопасту на «холодную сторону» модуля.
5. Прикрепите радиатор к верхней части модуля.
6. Прикрепите пружины, чтобы устойчиво удерживать радиатор (высокое давление улучшает передачу тепла)

Шаг 7: Соберите (стержень и опорную пластину)

1. Просверлите отверстие 1,5 мм в стержне (глубина 3 мм).
2. Прикрепите ось двигателя к штанге
3. Прикрепите стержень к основанию из дерева.

Шаг 8: Сборка (двигатель, вешалка для свечей и противовес)

1. Присоедините кабели модуля к мотору (паяльник хороший)
2. Прикрепите подвеску для свечей к тем же гвоздям, к которым прикреплены пружины радиатора.
3. Поместите свечу в вешалку
4. Установите противовес и наклоните конструкцию, чтобы убедиться в правильном балансе

Шаг 9: финал

Имейте в виду, что тепло от свечи может повредить ваш модуль, если в спецификации указана низкая максимальная температура. Даже холодная сторона будет довольно горячей! Еще один шаг, который вы, возможно, захотите сделать, - это подготовить радиатор изолентой и заполнить его водой. Это гарантирует, что холодная сторона никогда не достигнет температуры выше 100C! Я планировал сделать это, но мне это было не нужно.

1. Зажигаем свечу (отдельно)
2. Поместите свечу
3. Подождите 10 секунд и, возможно, попытайтесь помочь ему вращаться, чтобы он заработал, пока холодная сторона не перегрелась.
4. Наслаждаться!

Основная формула: Энергия = Энергия + веселье.

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

RPM = "оборотов двигателя в минуту" mF () = "формула характеристик двигателя" tegP = "мощность модуля" A = "сопротивление воздуха + постоянная трения двигателя"

tegP = mod (Tdiff) mod () = "формула характеристик термоэлектрического модуля" Tdiff = "разница температур"

Tdiff = раковина (об / мин) - огонь (об / мин) сток () = «формула характеристик радиатора на основе скорости воздуха» fire () = «формула эффективности возгорания свечи на основе скорости воздуха»

Наконец: RPM = mF (mod (ink (RPM) -fire (RPM))) - A * (RPM ^ 2) Альтернативные решения (не стесняйтесь вносить предложения):

1. Два модуля и радиаторы (симметрично) на каждой стороне двигателя для большей мощности

   Подключите модули параллельно или последовательно к двигателю (сильнее или быстрее)

2. Используйте стационарные свечи на земле или закрепленные в основании

   • Мне пришлось использовать 4 свечи, чтобы получить достаточную мощность
   • Смотреть видео