เครื่องประดับหมุนด้วยเทอร์โมอิเล็กทริก: 9 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

พื้นหลัง:

นี่เป็นการทดลอง/เครื่องประดับเทอร์โมอิเล็กทริกอีกรูปแบบหนึ่งที่โครงสร้างทั้งหมด (เทียน ด้านร้อน โมดูล และด้านเย็น) กำลังหมุนและทั้งการทำความร้อนและความเย็นด้วยความสมดุลที่สมบูรณ์แบบระหว่างกำลังขับของโมดูล แรงบิดของมอเตอร์ & รอบต่อนาที ประสิทธิภาพของเทียน การถ่ายเทความร้อน ประสิทธิภาพการทำความเย็น การไหลของอากาศ และแรงเสียดทาน ฟิสิกส์จำนวนมากกำลังเกิดขึ้นที่นี่ แต่มีโครงสร้างที่เรียบง่ายมาก ฉันหวังว่าคุณจะสนุกกับโครงการนี้!

ดูวิดีโอสำหรับผลลัพธ์สุดท้าย:วิดีโอ Youtube 1วิดีโอ Youtube 2วิดีโอ Youtube 3

โครงการเทอร์โมอิเล็กทริกอื่น ๆ ของฉันสามารถพบได้ที่นี่:

เทอร์โมอิเล็กทริก FanSmarthphone ChargerEmergency LEDConcept:

หัวใจของการก่อสร้าง โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกนั้นเรียกอีกอย่างว่าองค์ประกอบเพลเทียร์ และเมื่อคุณใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จะเรียกว่าเอฟเฟกต์ซีเบ็ค มีด้านร้อนและด้านเย็น โมดูลนี้สร้างกำลังในการขับเคลื่อนมอเตอร์ซึ่งแกนยึดกับฐาน ทุกอย่างจะหมุนและการไหลของอากาศจะทำให้ฮีทซิงค์ด้านบนเย็นลงได้เร็วกว่าแผ่นอะลูมิเนียมด้านล่าง ความแตกต่างของอุณหภูมิที่สูงขึ้น => กำลังขับที่เพิ่มขึ้น => RPM ของมอเตอร์ที่เพิ่มขึ้น => การไหลของอากาศที่เพิ่มขึ้น => ความแตกต่างของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น แต่กำลังเทียนลดลง เนื่องจากแท่งเทียนหมุนตามการหมุนด้วย ความร้อนจะมีประสิทธิภาพน้อยลงด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้น และจะทำให้ RPM สมดุลกับการหมุนช้าที่ดี ไม่สามารถดับไฟได้เร็วเกินไป และไม่สามารถหยุดได้จนกว่าเทียนจะหมดเชื้อเพลิง

en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

ผลลัพธ์:

แผนเดิมของฉันคือการมีเทียนที่อยู่กับที่ (ดูวิดีโอ) แต่ฉันพบว่าการก่อสร้างนี้ทั้งก้าวหน้าและสนุกกว่า คุณสามารถใช้เทียนแบบอยู่กับที่ได้ แต่จะต้องใช้ 4 แท่งหากคุณไม่ใช้สองโมดูลหรือพื้นที่ให้ความร้อนอะลูมิเนียมที่ใหญ่กว่า

ความเร็วอยู่ระหว่าง 0.25 ถึง 1 รอบต่อวินาที ไม่ช้าเกินไปและไม่เร็วเกินไป มันจะไม่หยุดและไฟจะแผดเผาจนเทียนหมด ฮีตซิงก์จะค่อนข้างร้อนเมื่อเวลาผ่านไป ฉันใช้โมดูล TEG ที่มีอุณหภูมิสูงสำหรับสิ่งนี้ และฉันไม่สามารถสัญญาว่า TEC ที่ถูกกว่า (โมดูล peltier) จะสร้างมันขึ้นมา โปรดทราบว่าหากอุณหภูมิเกินข้อกำหนดของโมดูลจะเสียหาย! ฉันไม่รู้วิธีวัดอุณหภูมิแต่ฉันไม่สามารถสัมผัสมันด้วยนิ้วของฉันได้ ดังนั้นฉันเดาว่ามันน่าจะอยู่ระหว่าง 50-100C (ด้านที่เย็น)

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุและเครื่องมือ

วัสดุ:

• แผ่นอลูมิเนียม: 140x45x5mm
• แท่งพลาสติก: 60x8mm [จากมู่ลี่]
• มอเตอร์ไฟฟ้า: Tamiya 76005 Solar Motor 02 (Mabuchi RF-500TB) [อีเบย์].
• โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริก (TEG อุณหภูมิสูง): TEP1-1264-1.5 [จากโครงการอื่นของฉัน ดูด้านล่าง]
• ฮีตซิงก์ อะลูมิเนียม 42x42x30 มม. (ช่องแอร์ทิศทางเดียว) [จากคอมเครื่องเก่า]
• สกรู 2x + แหวนรอง 4 ตัวสำหรับมอเตอร์: 10x2.5 มม. (ไม่แน่ใจเกี่ยวกับเกลียว)
• 2x ตะปูสำหรับติดตั้งฮีทซิงค์: 2x14 มม. (ตัด)
• สปริง 2x สำหรับติดตั้งฮีตซิงก์
• น้ำหนักตัวนับ: สลักเกลียว M10 + น็อต 2 อัน + แหวนรอง 2 อัน + แม่เหล็กสำหรับการปรับอย่างละเอียด
• แผ่นแปะกันความร้อน: KERATHERM KP92 (10 W/mK, 200C อุณหภูมิสูงสุด) [conrad.com]
• ลวดเหล็ก: 0.5mm
• ไม้ (เบิร์ช) (ฐานสุดท้าย 90x45x25mm)

ข้อมูลจำเพาะ TEG:

ฉันซื้อ TEP1-1264-1.5 ที่ https://termo-gen.com/ ทดสอบที่230ºC (ด้านร้อน) และ50ºC (ด้านเย็น) ด้วย:

Uoc: 8.7V Ri: 3Ω U (โหลด): 4.2V I (โหลด): 1.4A P (จับคู่): 5.9W ความร้อน: 8.8W/cm2 ขนาด: 40x40mm

เครื่องมือ:

• ดอกสว่าน: 1.5, 2, 2.5, 6, 8 และ 8.5mm
• เลื่อยวงเดือน
• ตะไบ (โลหะ+ไม้)
• แปรงลวด
• ขนเหล็ก
• ไขควง
• กระดาษทราย
• (หัวแร้ง)

ขั้นตอนที่ 2: การก่อสร้าง (จาน)

ดูภาพวาดสำหรับการวัดทั้งหมด

1. วาดบนแผ่นอลูมิเนียมหรือใช้แม่แบบ
2. ใช้เลื่อยเลือยตัดโลหะออก
3. ใช้ไฟล์เพื่อปรับละเอียด
4. เจาะรู 2.5 มม. สองรูสำหรับมอเตอร์ (ระหว่าง 22 มม.) บวกรู 6 มม. สำหรับศูนย์มอเตอร์
5. เจาะรู 2 มม. สองรูในตำแหน่งที่จะตอกตะปู (สำหรับติดฮีทซิงค์)
6. เจาะรู 8.5 มม. หนึ่งรูสำหรับน้ำหนักตัวนับ (จะทำเกลียวเป็น M10)
7. เสร็จสิ้นพื้นผิวด้วยแปรงลวดและผ้าขนสัตว์

ขั้นตอนที่ 3: การก่อสร้าง (ฐาน)

ฉันใช้ไม้ฟืนผ่าครึ่ง

1. ใช้ตะไบและกระดาษทรายก่อนตัด (ติดง่ายกว่า)
2. เจาะรู 8 มม. ที่กึ่งกลางด้านบนสำหรับแกน (ความลึก 20 มม. ไม่จนสุด)
3. ตัดชิ้นงานที่ความยาว 90 มม.
4. เสร็จสิ้นพื้นผิว
5. ใช้น้ำมันหรือคราบไม้เพื่อให้สีพื้นผิวสวยงาม (ผมใช้คราบไม้สีเข้มหลังจากภาพทั้งหมดเพื่อให้ดูดีขึ้น)

ขั้นตอนที่ 4: การก่อสร้าง (ไม้แขวนเทียน)

นี่เป็นส่วนที่ยากที่สุดที่ฉันเดา อาจจะง่ายกว่าถ้าคุณทำสิ่งนี้ในตอนท้ายเมื่อทุกอย่างเสร็จสิ้นและทำงานได้ ฉันใช้ลวดเส้นเล็กดัดมันโดยใช้เพียงสองชิ้น ถ่ายทุกมุมยาก ส่วนนี้จะถือเทียนไว้ใต้โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกในระยะไกลเพื่อไม่ให้เปลวไฟสัมผัสกับแผ่นอลูมิเนียม

1. งอสองส่วนที่เหมือนกันให้พอดีกับเทียน
2. กาวทั้งสองส่วนเข้าด้วยกัน

ขั้นตอนที่ 5: ประกอบ (มอเตอร์)

1. ใช้แหวนรองข้างละแผ่น
2. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสกรูมีความยาวที่ถูกต้อง (หากยาวเกินไปจะทำให้มอเตอร์เสียหายได้)
3. ขันมอเตอร์

เครื่องซักผ้าจะแยกมอเตอร์ออกจากเพลทเล็กน้อย และทำให้แน่ใจว่าจะไม่ทำให้ร้อนเกินไปในภายหลัง

ขั้นตอนที่ 6: ประกอบ (โมดูล TEG)

เป็นส่วนสำคัญที่จะใช้แผ่นแปะความร้อนเพื่อให้มีการถ่ายเทความร้อนที่ดีระหว่างชิ้นส่วนต่างๆ ฉันใช้แผ่นแปะระบายความร้อนที่อุณหภูมิสูง (200C) แต่ "อาจ" ใช้งานได้กับตัวระบายความร้อนของ CPU ปกติ โดยปกติจะใช้เวลาระหว่าง 100-150C

1. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นผิวของเพลท โมดูล และฮีตซิงก์ และทำความสะอาดจากสิ่งสกปรก (ต้องสัมผัสอย่างดี)
2. ใช้แผ่นแปะระบายความร้อนที่ "ด้านร้อน" ของโมดูล
3. ติดโมดูลด้านร้อนเข้ากับเพลต
4. ใช้แผ่นแปะระบายความร้อนที่ "ด้านเย็น" ของโมดูล
5. ติดตั้งแผ่นระบายความร้อนที่ด้านบนของโมดูล
6. ติดสปริงเพื่อยึดตัวระบายความร้อนให้คงที่ (แรงดันสูงส่งผลให้ถ่ายเทความร้อนได้ดีขึ้น)

ขั้นตอนที่ 7: ประกอบ (คันและแผ่นฐาน)

1. เจาะรูในแกน 1.5 มม. (ความลึก 3 มม.)
2. ติดแกนมอเตอร์เข้ากับแกน
3. ติดก้านไม้ฐาน

ขั้นตอนที่ 8: ประกอบ (มอเตอร์ เชิงเทียน และน้ำหนักตัวนับ)

1. ต่อสายโมดูลเข้ากับมอเตอร์ (หัวแร้งใช้ได้ดี)
2. ติดที่แขวนเทียนเข้ากับตะปูตัวเดียวกันเมื่อติดสปริงตัวระบายความร้อน
3. วางเทียนในไม้แขวน
4. ติดตั้งน้ำหนักเคาน์เตอร์และเอียงโครงสร้างเพื่อให้แน่ใจว่าคุณมีความสมดุลที่เหมาะสม

ขั้นตอนที่ 9: รอบชิงชนะเลิศ

โปรดทราบว่าความร้อนจากเทียนอาจทำให้โมดูลของคุณเสียหายได้หากข้อกำหนดมีอุณหภูมิสูงสุดต่ำ หน้าหนาวก็ยังร้อนอยู่ดี! อีกขั้นตอนหนึ่งที่คุณอาจต้องการทำคือเตรียมฮีตซิงก์ด้วยเทปพันสายไฟและเติมน้ำ ที่ทำให้แน่ใจว่าด้านที่เย็นจะไม่ถึง 100C! แผน B ของฉันคือการทำเช่นนี้ แต่ฉันไม่ต้องการมัน

1. จุดเทียน (แยกออก)
2. วางเทียน
3. รอ 10 วินาทีและอาจพยายามช่วยให้หมุนเพื่อเริ่มต้นก่อนที่ด้านที่เย็นจะร้อนเกินไป
4. สนุก!

สูตรหลัก: พลังงาน=พลังงาน+ความสนุก

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

RPM="รอบมอเตอร์ต่อนาที" mF()="สูตรคุณลักษณะของมอเตอร์" tegP="กำลังของโมดูล" A="ความต้านทานอากาศ + ค่าคงที่แรงเสียดทานของมอเตอร์"

tegP=mod(Tdiff) mod()="สูตรคุณสมบัติโมดูลเทอร์โมอิเล็กทริก" Tdiff="ความแตกต่างของอุณหภูมิ"

Tdiff=sink(RPM)-fire(RPM) sink()="heat sinkลักษณะตามความเร็วลม" fire()="เทียนสูตรประสิทธิภาพไฟตามความเร็วลม"

สุดท้าย: RPM=mF(mod(sink(RPM)-fire(RPM)))-A*(RPM^2)Alternative Solutions (อย่าลังเลที่จะให้คำแนะนำ):

1. สองโมดูลและฮีตซิงก์ (สมมาตร) ที่แต่ละด้านของมอเตอร์เพื่อพลังที่มากขึ้น

   เชื่อมต่อโมดูลแบบขนานหรือแบบอนุกรมกับมอเตอร์ (แรงกว่าเทียบกับเร็วกว่า)

2. ใช้เทียนอยู่กับที่บนพื้นหรือยึดในฐาน

   • ฉันต้องใช้เทียน 4 เล่มเพื่อให้ได้พลังงานเพียงพอ
   • ดูวิดีโอ