Thermoelektrisches Drehornament - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Hintergrund:

Dies ist ein weiteres thermoelektrisches Experiment / Ornament, bei dem sich die gesamte Konstruktion (Kerze, heiße Seite, Modul und kühle Seite) dreht und sich sowohl heizt als auch kühlt mit einem perfekten Gleichgewicht zwischen Modulausgangsleistung, Motordrehmoment und Drehzahl, Kerzeneffizienz, Wärmeübertragung, Kühlleistung, Luftstrom und Reibung. Hier passiert viel Physik, aber mit einem sehr einfachen Aufbau. Ich hoffe, Sie genießen dieses Projekt!

Siehe Videos für das Endergebnis:Youtube Video 1Youtube Video 2Youtube Video 3

Einige andere meiner thermoelektrischen Projekte finden Sie hier:

Thermoelektrischer LüfterSmartphone-LadegerätNotfall-LEDKonzept:

Das Herzstück der Konstruktion, das thermoelektrische Modul, wird auch Peltier-Element genannt, bei der Verwendung als Generator spricht man von Seebeck-Effekt. Es hat eine heiße Seite und eine kalte. Das Modul erzeugt Strom, um einen Motor anzutreiben, dessen Achse an der Basis befestigt ist. Alles dreht sich und der Luftstrom kühlt den oberen Kühlkörper schneller ab als die darunter liegende Aluminiumplatte. Höhere Temperaturdifferenz => erhöhte Ausgangsleistung => erhöhte Motordrehzahl => erhöhter Luftstrom => erhöhte Temperaturdifferenz, aber verringerte Kerzenleistung. Da die Kerze auch der Rotation folgt, wird die Hitze mit zunehmender Geschwindigkeit weniger effizient und dies wird die Drehzahl auf eine schöne langsame Rotation ausbalancieren. Es kann nicht zu schnell gehen, um das Feuer selbst zu löschen, und es kann nicht aufhören, bis der Kerze der Brennstoff ausgeht.

en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Ergebnis:

Mein ursprünglicher Plan war es, stationäre Kerzen zu haben (siehe Video), aber ich fand diese Konstruktion sowohl fortgeschrittener als auch unterhaltsamer. Sie könnten dies mit stationären Kerzen betreiben, aber es werden 4 davon benötigt, wenn Sie nicht zwei Module oder eine größere Aluminiumheizfläche verwenden.

Die Geschwindigkeit liegt zwischen 0,25 und 1 Umdrehung pro Sekunde. Nicht zu langsam und nicht zu schnell. Es wird nie aufhören und das Feuer wird brennen, bis die Kerze leer ist. Der Kühlkörper wird mit der Zeit ziemlich heiß. Ich habe dafür ein Hochtemperatur-TEG-Modul verwendet und kann nicht versprechen, dass es ein billigeres TEC (Peltier-Modul) schaffen wird. Bitte beachten Sie, wenn die Temperatur die Spezifikation des Moduls überschreitet, wird es beschädigt! Ich weiß nicht, wie man die Temperatur misst, aber ich kann sie nicht mit meinen Fingern berühren, also schätze ich, sie liegt irgendwo zwischen 50-100 ° C (auf der kalten Seite).

Schritt 1: Materialien und Werkzeuge

Materialien:

• Aluminiumplatte: 140x45x5mm
• Kunststoffstab: 60x8mm [aus einer Jalousie]
• Elektromotor: Tamiya 76005 Solar Motor 02 (Mabuchi RF-500TB). [Ebay].
• Thermoelektrisches Modul (Hochtemperatur-TEG): TEP1-1264-1.5 [aus meinem anderen Projekt, siehe unten]
• Kühlkörper: Aluminium 42x42x30mm (eingerichtete Luftkanäle) [von einem alten Computer]
• 2x Schrauben + 4 Unterlegscheiben für Motor: 10x2,5mm (nicht sicher über Gewinde)
• 2x Nägel für Kühlkörperbefestigung: 2x14mm (geschnitten)
• 2x Federn für Kühlkörperbefestigung
• Gegengewicht: M10 Schraube + 2 Muttern + 2 Unterlegscheiben + Magnet zur Feineinstellung
• Wärmeleitpaste: KERATHERM KP92 (10 W/mK, 200C max. Temperatur) [conrad.com]
• Stahldraht: 0,5 mm
• Holz (Birke) (endgültige Basis ist 90x45x25mm)

TEG-Spezifikation:

Ich habe den TEP1-1264-1.5 bei https://termo-gen.com/ gekauft. Getestet bei 230ºC (heiße Seite) und 50ºC (kalte Seite) mit:

Uoc: 8,7V Ri: 3Ω U (Last): 4,2V I (Last): 1,4A P (Match): 5,9W Wärme: 8,8W/cm2 Größe: 40x40mm

Werkzeuge:

• Bohrer: 1,5, 2, 2,5, 6, 8 und 8,5 mm
• Säge
• Feile (Metall+Holz)
• Drahtbürste
• Stahlwolle
• Schraubenzieher
• Schleifpapier
• (Lötkolben)

Schritt 2: Konstruktion (Platte)

Siehe Zeichnungen für alle Maße.

1. Zeichnen Sie auf die Aluminiumplatte oder verwenden Sie eine Schablone.
2. Verwenden Sie eine Bügelsäge, um das Stück auszuschneiden.
3. Verwenden Sie die Datei zur Feineinstellung
4. Bohren Sie zwei 2,5 mm Löcher für den Motor (22 mm dazwischen) plus 6 mm Loch für die Motormitte
5. Bohren Sie zwei 2 mm Löcher, wo die Nägel sein werden (für die Befestigung des Kühlkörpers)
6. Bohren Sie ein 8,5-mm-Loch für das Gegengewicht (wird als M10-Gewinde verwendet)
7. Finish der Oberflächen mit Drahtbürste und Wolle

Schritt 3: Konstruktion (Basis)

Ich habe ein halbiertes Brennholz verwendet.

1. Verwenden Sie vor dem Schneiden Feilen und Schleifpapier (einfacher zu fixieren)
2. Bohren Sie ein 8 mm Loch in der oberen Mitte für die Stange (20 mm Tiefe, nicht ganz durch)
3. Schneiden Sie das Stück auf 90 mm Länge
4. Beenden Sie die Oberfläche
5. Verwenden Sie Öl oder Holzlasur für eine schöne Oberflächenfarbe (ich habe nach allen Fotos dunkle Holzlasur aufgetragen, um ein besseres Aussehen zu erzielen)

Schritt 4: Konstruktion (Kerzenaufhänger)

Dies ist der schwierigste Teil, denke ich. Vielleicht einfacher, wenn Sie dies am Ende tun, wenn alles fertig ist und funktioniert. Ich benutzte einen dünnen Draht, um es mit nur zwei Stücken zu biegen. Es war schwierig, alle Winkel zu fotografieren. Dieser Teil hält die Kerze unter dem thermoelektrischen Modul auf Abstand, damit die Flamme die Aluminiumplatte nicht berührt.

1. Biegen Sie zwei identische Teile, um die Kerze zu passen
2. Kleben Sie die beiden Teile zusammen

Schritt 5: Zusammenbauen (Motor)

1. Verwenden Sie auf jeder Seite der Platte eine Unterlegscheibe
2. Stellen Sie sicher, dass die Schrauben die richtige Länge haben (zu lang wird der Motor beschädigt)
3. Schrauben Sie den Motor

Die Unterlegscheiben trennen den Motor ein wenig von der Platte und sorgen dafür, dass er später nicht überhitzt.

Schritt 6: Zusammenbauen (TEG-Modul)

Es ist ein kritischer Teil, Wärmeleitpaste zu verwenden, um eine gute Wärmeübertragung zwischen den Teilen zu erzielen. Ich habe Wärmeleitpaste mit hoher Temperatur (200 ° C) verwendet, aber es "könnte" mit normaler CPU-Wärmeleitpaste funktionieren. Sie können normalerweise zwischen 100 und 150 ° C vertragen.

1. Stellen Sie sicher, dass die Oberflächen der Platte, des Moduls und des Kühlkörpers frei von Schmutz sind (muss guten Kontakt haben)
2. Wärmeleitpaste auf die "heiße Seite" des Moduls auftragen
3. Befestigen Sie die heiße Seite des Moduls an der Platte
4. Wärmeleitpaste auf die "kalte Seite" des Moduls auftragen
5. Kühlkörper oben auf dem Modul anbringen
6. Bringen Sie Federn an, um den Kühlkörper stabil zu halten (hoher Druck führt zu einer besseren Wärmeübertragung)

Schritt 7: Zusammenbauen (Stange und Grundplatte)

1. Bohren Sie ein 1,5-mm-Loch in die Stange (3 mm Tiefe)
2. Befestigen Sie die Motorachse an der Stange
3. Befestigen Sie die Stange am Basisholz

Schritt 8: Zusammenbauen (Motor, Kerzenaufhänger und Gegengewicht)

1. Modulkabel am Motor befestigen (Lötkolben ist gut)
2. Befestigen Sie den Kerzenaufhänger an den gleichen Nägeln, an denen die Kühlkörperfedern befestigt sind
3. Stelle eine Kerze in den Kleiderbügel
4. Montieren Sie das Gegengewicht und neigen Sie die Konstruktion, um sicherzustellen, dass Sie das richtige Gleichgewicht haben

Schritt 9: Finale

Bitte beachten Sie, dass die Hitze der Kerze Ihr Modul beschädigen kann, wenn die Spezifikation eine niedrige maximale Temperatur hat. Sogar die kalte Seite wird ziemlich heiß! Ein weiterer Schritt, den Sie möglicherweise ausführen möchten, besteht darin, den Kühlkörper mit Isolierband vorzubereiten und mit Wasser zu füllen. Stellen Sie sicher, dass die kalte Seite nie über 100 ° C erreicht! Mein Plan war, dies zu tun, aber ich brauchte es nicht.

1. Zünde die Kerze an (freistehend)
2. Platziere die Kerze
3. Warten Sie 10 Sekunden und versuchen Sie vielleicht, ihm zu helfen, sich zu drehen, um ihn zu starten, bevor die kalte Seite überhitzt wird
4. Genießen!

Hauptformel: Energie=Energie+Spaß

Detaillierte Formel: RPM=mF(tegP)-A*(RPM^2)

RPM="Motorumdrehungen pro Minute" mF()="Motorkennlinienformel" tegP="Modulleistung" A="Luftwiderstand + Motorreibungskonstante"

tegP=mod(Tdiff) mod()="Formel für thermoelektrische Moduleigenschaften" Tdiff="Temperaturdifferenz"

Tdiff=sink(RPM)-fire(RPM) sink()="Formel für Kühlkörpereigenschaften basierend auf der Luftgeschwindigkeit" fire()="Kerzenfeuereffizienzformel basierend auf der Luftgeschwindigkeit"

Schließlich: RPM=mF(mod(sink(RPM)-fire(RPM)))-A*(RPM^2)Alternative Lösungen (Bitte Vorschläge machen):

1. Zwei Module und Kühlkörper (symmetrisch) auf jeder Seite des Motors für mehr Leistung

   Verbinden Sie die Module parallel oder in Reihe mit dem Motor (stärker vs. schneller)

2. Verwenden Sie stationäre Kerzen am Boden oder im Sockel befestigt

   • Ich musste 4 Kerzen verwenden, um genügend Leistung zu bekommen
   • Siehe Video