Fény a hőenergiától 5 dollár alatt: 7 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

Két ipari formatervezéssel foglalkozó hallgató vagyunk Hollandiában, és ez egy gyors technológiafeltárás a Technology for Concept Design résztanfolyam részeként. Ipari tervezőként hasznos, ha módszeresen elemezheti a technológiákat, és mélyebben megismerheti azokat, hogy jól megalapozott döntést hozzon egy adott technológia koncepciókban történő megvalósításáról.

Ennek az oktathatónak az esetére kíváncsiak vagyunk, hogy mennyire hatékonyak és olcsóak lehetnek a TEG-modulok, és alkalmasak-e a kültéri kiegészítők, például tápegységek vagy zseblámpák újratöltésére, például tábortűzzel. Az akkumulátorral ellentétben a tűzi hőenergiát bárhol a vadonban el tudjuk készíteni.

Praktikus alkalmazás

Vizsgáltuk a TEG -k használatát akkumulátorok töltésére és LED -es lámpák táplálására. Elképzeljük TEG modulok használatát például zseblámpa feltöltésére a tábortűznél, hogy az független legyen a hálózati energiától.

Vizsgálatunk a kínai online kiskereskedőknél talált olcsó megoldásokra összpontosít. Jelenleg nehéz ilyen gyakorlati alkalmazásban TEG modulokat ajánlani, mivel egyszerűen túl kicsi a teljesítményük. Bár ma nagyon hatékony TEG modulok vannak a piacon, ára nem igazán teszi őket választhatóvá a kis fogyasztási cikkekhez, például zseblámpához.

1. lépés: Alkatrészek és eszközök

Alkatrészek

-Termoelektromos modul (TEG) 40x40mm (SP1848 27145 SA) https://www.banggood.com/40x40mm-Termoelektromos- Teljesítmény- generátor-Peltier-Module-TEG-High-Temperature-150-Degree-p-1005052.html? rmmds = keresés & cur_warehouse = CN

-Tealights

-Kenyértábla

-Piros LED

-Néhány vezeték

-Hűtővakolat gipsz/ hőpaszta

-Fémhulladék/hűtőborda (alumínium)

Eszközök

-Valamilyen hőmérő

-Forrasztópáka

-(digitális multiméter

-Öngyújtó

-Kis Vise (vagy más tárgy, amely lehetővé teszi, hogy teázókat helyezzen alá)

2. lépés: Működési elv és hipotézis

Hogyan működik?

Egyszerűen fogalmazva, a TEG (termoelektromos generátor) a hőt elektromos kimenetmé alakítja. Az egyik oldalt fel kell melegíteni, a másikat le kell hűteni (esetünkben a szöveges oldalt le kell hűteni). A hőmérsékletkülönbség a felső és az alsó oldalon mindkét lemez elektronjainak eltérő energiaszintjét eredményezi (potenciális különbség), ami elektromos áramot hoz létre. Ezt a jelenséget a Seebeck -effektus írja le. Ez azt is jelenti, hogy amikor a hőmérséklet mindkét oldalon egyenlő lesz, nem lesz elektromos áram.

Mint már említettük, termoelektromos generátorokat választottak a felfedezéshez. SP1848-27145 típusú típust használunk, melynek költsége három euró alatt van (szállítással együtt). Tisztában vagyunk azzal, hogy vannak drágább és hatékonyabb megoldások a piacon, de érdekelt bennünket ezek az „olcsó” TEG -k.

Hipotézis

A TEG -modulokat árusító weboldal merész állításokat fogalmazott meg az elektromos energia átalakításának hatékonyságáról. Később teszünk egy kis kitérőt ezen állítások feltárása során.

3. lépés: Előkészítés és összeszerelés

1. lépés: Egy egyszerű hűtőborda készült a műhelyben talált alumíniumhulladék -alkatrészek felhasználásával, ezeket a TEG modulhoz hőpasztával rögzítették. Azonban más fémek, például réz, sárgaréz vagy mész is megfelelően működnek ehhez a beállításhoz.

2. lépés: A következő lépés az első TEG negatív vezetékének forrasztása a második TEG pozitív vezetékéhez, ez biztosítja, hogy az elektromos áram sorba kerül (vagyis a két TEG kimenete összeadódik). Beállításunkkal csak körülbelül 1,1 voltot tudtunk generálni TEG -enként. Ez azt jelenti, hogy a piros LED kigyulladásához szükséges 1,8 volt eléréséhez egy második TEG -t adtak hozzá.

3. lépés: Csatlakoztassa az első TEG piros (pozitív) vezetékét és a második TEG fekete (negatív) vezetékét a megfelelő helyen lévő kenyérlaphoz.

4. lépés: Helyezzen egy piros LED -et a kenyértáblára (ne feledje: a hosszabb láb a pozitív oldal).

5. lépés: Az utolsó lépés egyszerű*, gyújtsa meg a gyertyákat, és helyezze a TEG modulokat a láng tetejére. Valami masszív anyagot szeretne használni a TEG -k tetejére. Ez távol tartja őket a láng közvetlen érintkezésétől, ebben az esetben satut használtak.

Mivel ez egy egyszerű teszt, nem töltöttünk sok időt a megfelelő burkolatok vagy hűtés elkészítésére. A következetes eredmények biztosítása érdekében megbizonyosodtunk arról, hogy a TEG azonos távolságra van a mécsestől a teszteléshez.

*Amikor megpróbálja megismételni a kísérletet, tanácsos a hűtőbordával ellátott TEG -ket hűtőszekrénybe vagy fagyasztóba tenni, hogy lehűljenek. Mielőtt ezt megtenné, távolítsa el őket a kenyértábláról.

4. lépés: Beállítás

Kezdeti tesztelés

Az első tesztünk gyors és piszkos volt. A TEG modult egy teafény fölé helyeztük, és egy teafény és egy jégkocka alumínium burkolatával lehűtöttük a TEG „hideg végét”. Hőmérőnket (balra) egy kis bilincsbe helyeztük (jobbra fent), hogy megmérjük a TEG tetejének hőmérsékletét.

Ismétlés a végső teszthez

Utolsó tesztünk során számos változtatást hajtottunk végre a beállításokon, hogy megbízhatóbb eredményt érjünk el. Először is a jéghideg vizet passzív hűtésre cseréltük egy nagyobb alumínium tömb használatával, ami jobban tükrözi a lehetséges megvalósítást. A kívánt eredmény elérése érdekében egy második TEG -t is hozzáadtak, amely a piros LED világítása volt.

5. lépés: Eredmények

A leírt beállítás használatával piros LED világít!

Mennyire erős egy TEG?

A gyártó azt állítja, hogy a TEG akár 4,8 V nyitott áramköri feszültséget is képes előállítani 669 mA áram mellett, ha 100 fokos hőmérséklet -különbségnek van kitéve. A P = I * V teljesítményképletet használva számítások szerint ez nagyjából 3,2 watt lenne.

Elhatároztuk, hogy milyen közel kerülhetünk ezekhez az állításokhoz. A TEG alján 250 Celsius fok körül, a felső végén pedig közel 100 fokon mérve a kísérlet elég nagy különbséget mutat a gyártó állításaihoz képest. A feszültség 0,9 volt és 150 mA körül stagnál, ami 0,135 wattnak felel meg.

6. lépés: Vita

Kísérletünk jó benyomást kelt bennünk ezekben a TEG -ekben rejlő lehetőségekben, mivel teljesen kijelenthetjük, hogy a teljesítményük megfelelő egy kis szórakozáshoz és kísérletezéshez, de a fizika e rendszerek megfelelő hűtésére és állandó energiaforrás előállítására messze nem valósítható meg a valós megvalósításban, összehasonlítva más lehetséges hálózaton kívüli megoldásokkal, például a napenergiával.

Mindenképpen van helye a TEG -knek, és az ötlet, hogy tábortüzet használnak zseblámpa működtetéséhez, megvalósíthatónak tűnik; csak erősen korlátozottak vagyunk a termodinamika törvényei miatt. Mivel hőmérsékletkülönbséget kell elérni, a TEG egyik oldala (aktív) hűtést, a másik pedig állandó hőforrást igényel. Ez utóbbi nem kérdés tábortűz esetén, azonban a hűtésnek olyan hatékonynak kell lennie, hogy aktív hűtési megoldásra lesz szükség, és ezt nehéz elérni. Ha figyelembe vesszük az ezekhez a megoldásokhoz szükséges hangerőt, a meglévő akkumulátor -technológiához képest sokkal logikusabb a lámpák áramellátását biztosító akkumulátor kiválasztása.

Fejlesztések

A jövőbeni kísérletekhez tanácsos megfelelő hűtőbordákat beszerezni (például egy törött számítógépről), és alkalmazni őket a TEG forró és hideg oldalán. Ez lehetővé teszi a hő megfelelőbb elosztását, és megkönnyíti a hulladékhő elvezetését a hűvös oldalon, mint egy szilárd alumíniumtömb

Ennek a technológiának a jövőbeni alkalmazásai Jelenleg a TEG -k elsősorban a (környezetbarát) műszaki termékekben találhatók, mint a hulladékhő energiaként való hasznosításának eszközei. A jövőben ez a technológia sokkal több lehetőséget rejt magában. A világítási termékek tervezésének egyik érdekes iránya a hordható eszközök iránya. A testhő kihasználása akkumulátor nélküli lámpákhoz vezethet, amelyek könnyen felszerelhetők ruházatra vagy a testre. Ezt a technológiát önellátó érzékelőkben is alkalmazni lehetne, hogy minden eddiginél sokoldalúbb csomagokban lehessen fitneszfelügyeleti termékeket készíteni. (Evident Thermoelectrics, 2016).

7. lépés: Következtetés

Összefoglalva, amilyen ígéretesnek tűnik a technológia, a rendszer aktív hűtést és állandó hőforrást igényel az egyenletes elektromos töltés (esetünkben a folyamatos fény) biztosításához. Míg a mi beállításunk lehetővé tette a hűtőbordák gyors hűtését hűtőszekrény használatával, ezt a kísérletet meglehetősen nehéz lett volna reprodukálni minden külső áram nélkül; a fény kialudt volna, mire a pozitív és a negatív oldal ugyanazt a hőmérsékletet éri el. Bár a technológia jelenleg nem igazán alkalmazható, érdekes látni, hogy hová fog eljutni, tekintettel az új és innovatív technológiák és anyagok folyamatos áramlására.