Жылу энергиясының жарығы 5 доллардан төмен: 7 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:27

Біз Нидерландыда өнеркәсіптік дизайн бойынша екі студентпіз, және бұл технологияның тұжырымдамалық дизайнының қосалқы курсының бөлігі ретінде жылдам технологиялық зерттеу. Өнеркәсіптік дизайнер ретінде технологияларды әдістемелік түрде талдай білу және оларды тереңірек түсіну белгілі бір технологияларды тұжырымдамаларға енгізу үшін негізделген дәлелді шешім қабылдау үшін пайдалы.

Бұл нұсқаулық болған жағдайда, біз TEG модульдерінің қаншалықты тиімді және арзан болатынын көруге қызығушылық танытамыз, егер олар сыртқы банк аксессуарлары немесе фонарьлар сияқты сыртқы аксессуарларды, мысалы, отпен, қайта зарядтауға болатын болса. Батарея қуатынан айырмашылығы, оттың жылу энергиясы - біз шөл даланың кез келген жерінде жасай алатын нәрсе.

Практикалық қолдану

Біз аккумуляторларды зарядтау және жарықдиодты шамдарды қосу үшін TEG -ді қолдануды зерттедік. Біз TEG модульдерін қолдануды болжаймыз, мысалы, оттықта фонарьды электр энергиясынан тәуелсіз болу үшін зарядтау.

Біздің тергеу қытайлық онлайн-сатушылардан тапқан арзан шешімдерге бағытталған. Қазіргі уақытта TEG модульдерін практикалық қолдану ұсыну қиын, себебі олардың қуаты аз. Бүгінде нарықта жоғары тиімді TEG модульдері бар болғанымен, олардың бағасы шамдар сияқты шағын тұтынушылық өнімдерге мүмкіндік бермейді.

1 -қадам: Бөлшектер мен құралдар

Бөлшектер

-Термоэлектрлік модуль (TEG) 40x40mm (SP1848 27145 SA) https://www.banggood.com/40x40mm-Thermoelectric-Power-Generator-Peltier-Module-TEG-High-Temperature-150-Degree-p-1005052.html? rmmds = іздеу және cur_warehouse = CN

-Ұзындықтар

-Нан тақтасы

-Қызыл жарық диоды

-Кейбір сымдар

-Жылытқыш гипс/ термиялық паста

-металл сынықтары/жылу қабылдағыш (алюминий)

Құралдар

-қандай да бір термометр

-дәнекерлеу темірі

-(сандық) мультиметр

-Жеңіл

-Кіші Висе (немесе оның астына шәйнек қоюға мүмкіндік беретін басқа объект)

2 -қадам: жұмыс принципі мен гипотеза

Бұл қалай жұмыс істейді?

Қарапайым тілмен айтқанда, TEG (термоэлектрлік генератор) жылуды электр шығысына айналдырады. Бір жағын қыздырып, екінші жағын салқындату керек (біздің жағдайда мәтіні бар жағын суыту керек). Үстіңгі және астыңғы жағындағы температураның айырмашылығы екі пластинадағы электрондардың энергия деңгейінің әр түрлі болуына әкеледі (потенциалдар айырмасы), бұл өз кезегінде электр тогын жасайды. Бұл құбылыс Зебек эффектісімен сипатталады. Бұл сонымен қатар екі жақтың температурасы тең болған кезде электр тогы болмайтынын білдіреді.

Жоғарыда айтылғандай, термоэлектрлік генераторлар зерттеу үшін таңдалды. Біз SP1848-27145 түрін қолданамыз, оның бағасы бір еуроға үш евродан аспайды (жеткізуді қосқанда). Біз нарықта қымбат және тиімді шешімдер бар екенін білеміз, бірақ біз оларды «арзан» ТЭГ -тің әлеуеті қызықтырды.

Гипотеза

TEG модульдерін сататын веб -сайтта электр энергиясын түрлендірудің тиімділігі туралы батыл пікірлер болды. Біз бұл шағымдарды зерттегеннен кейін кішкене айналып өтеміз.

3 -қадам: Дайындық және құрастыру

1 -қадам: Цехтан табылған алюминий бөлшектерінің көмегімен қарапайым салқындатқыш жасалған, олар TEG модуліне термиялық паста арқылы бекітілген. Сонымен қатар, мыс, жез немесе шатастыру сияқты басқа металдар да осы қондырғы үшін жеткілікті түрде жұмыс істейді.

2 -қадам: Келесі қадам бірінші ТЭГ -нің теріс сымын екінші ТЭГ -тің оң сымына дәнекерлеуді қамтиды, бұл электр тогының тізбектей болуын қамтамасыз етеді (яғни екі ТЭГ шығысы қосылады). Біздің баптаумен біз тек TEG үшін шамамен 1,1 вольтты өндіре алдық. Бұл қызыл жарықдиодты жандыру үшін қажетті 1,8 вольтке жету үшін екінші TEG қосылғанын білдіреді.

3 -қадам: Бірінші ТЭГ қызыл (оң) сымын және екінші ТЭГ қара (теріс) сымын тиісті орындарға нан тақтасына қосыңыз.

4 -қадам: қызыл жарық диодты тақтаға қойыңыз (есіңізде болсын: ұзын аяқ - оң жағы).

5 -қадам: Соңғы қадам қарапайым*, шамдарды жағыңыз және жалынның үстіне TEG модульдерін қойыңыз. Сіз TEG -ті үстіне қою үшін берік нәрсені қолданғыңыз келеді. Бұл оларды жалынмен тікелей байланыста ұстамайды, бұл жағдайда виска қолданылды.

Бұл қарапайым сынақ болғандықтан, біз дұрыс қоршау жасауға немесе салқындатуға көп уақыт жұмсамадық. Сәйкес нәтижелерге қол жеткізу үшін біз TEG -тің сынақтан өту үшін жарықтан бірдей қашықтықта екеніне көз жеткіздік.

*Экспериментті қайталауға тырысқанда, оны салқындату үшін тоңазытқышқа немесе мұздатқышқа салқындатқышы бар ТЭГ қою ұсынылады. Мұны жасамас бұрын оларды тақтадан алып тастауды ұмытпаңыз.

4 -қадам: Орнату

Алғашқы тестілеу

Біздің алғашқы тест тез және лас болды. Біз TEG модулін шай шамының үстіне қойдық және шайдың алюминий корпусы мен мұз текшесінің көмегімен TEG -тің «суық ұшын» салқындаттық. Біздің термометр (сол жақта) TEG жоғарғы бөлігінің температурасын өлшеу үшін кішкене қысқышқа (жоғарғы оң жақта) қойылды.

Қорытынды тестке қайталау

Соңғы тест үшін біз сенімді нәтиже алу үшін қондырғыға бірнеше өзгерістер енгіздік. Алдымен біз мұзды суды пассивті салқындату үшін алюминийдің үлкен блогын қолдана отырып өзгерттік, бұл оның іске асуының ықтималдығын көрсетеді. Қажетті нәтижеге жету үшін екінші ТЭГ қосылды, ол қызыл жарық диодты жарықтандырды.

5 -қадам: Нәтижелер

Сипатталған параметрді пайдалану қызыл жарық диодты жанып тұрады!

Бір TEG қаншалықты күшті?

Өндіруші TEG температураның 100 градус айырмашылығына ұшыраған кезде 669мА ток кезінде 4,8В дейінгі ашық тізбекті кернеуді шығара алады деп мәлімдейді. P = I * V қуат формуласын қолдана отырып, бұл шамамен 3,2 ватт болатыны есептеледі.

Біз бұл талаптарға қаншалықты жақындай алатынымызды білуге бет алдық. ТЭГ -тің төменгі жағында шамамен 250 градус Цельсий мен жоғарғы жағында 100 градусқа жуық өлшеу эксперимент өндірушінің талаптарына қарағанда айтарлықтай айырмашылықты көрсетеді. Кернеу шамамен 0,9 вольт пен 150 мА құрайды, бұл 0,135 ваттқа тең.

6 -қадам: талқылау

Біздің эксперимент бізге осы ТЭГ -тің потенциалы туралы жақсы әсер береді, өйткені біз олардың шығуы біршама көңілді және эксперименттерге лайықты деп айта аламыз, бірақ бұл жүйелерді дұрыс салқындатып, энергияның тұрақты көзін құруға қатысатын физика. Күн энергиясы сияқты басқа мүмкін болатын желіден тыс шешімдермен салыстырғанда, нақты әлемде жүзеге асыру мүмкін емес.

Әрине, ТЭГ үшін орын бар, және шамды қосу үшін отты қолдану идеясы қол жетімді болып көрінеді; біз термодинамика заңдарына байланысты шектеулі. Температураның айырмашылығына қол жеткізу керек болғандықтан, TEG -тің бір жағы (белсенді) салқындатуды қажет етеді, ал екіншісі тұрақты жылу көзін қажет етеді. Соңғысы от жағу кезінде маңызды емес, бірақ салқындатудың тиімділігі соншалықты қажет, сондықтан белсенді салқындату шешімі қажет болады және оған қол жеткізу қиын. Бұл шешімдердің жұмыс істеуі үшін қажетті көлемді қарастырғанда, қолданыстағы аккумуляторлық технологиямен салыстырғанда, шамдарды қуаттандыратын батареяны таңдау әлдеқайда қисынды.

Жақсартулар

Болашақта жүргізілетін эксперименттер үшін тиісті салқындатқыштарды (мысалы, сынған компьютерден) сатып алып, оларды TEG -тің ыстық және суық жағына қолдану ұсынылады. Бұл жылуды дұрыс бөлуге мүмкіндік береді және алюминийдің қатты блогынан гөрі салқын жағындағы жылудың таралуын жеңілдетеді.

Бұл технологияның келешекте қолданылуы Қазіргі уақытта ТЭГ қалдықтардың жылуын энергияға жұмсау құралы ретінде (экологиялық таза) техникалық өнімдерде кездеседі. Болашақта бұл технологияның одан да көп мүмкіндіктері бар. Жарықтандыру өнімдерін жобалаудың бір қызықты бағыты - бұл киілетін бұйымдар. Дененің жылуын пайдалану киімсіз немесе денеге оңай орнатылатын батареясыз шамдарға әкелуі мүмкін. Бұл технология фитнес мониторингі өнімдеріне бұрынғыдан да әмбебап пакеттерде мүмкіндік беретін өздігінен жұмыс істейтін сенсорларда қолданылуы мүмкін. (Айқын термоэлектриктер, 2016 ж.).

7 -қадам: Қорытынды

Қорытындылай келе, технология перспективалы болып көрінетін сияқты, жүйе электр зарядының біркелкі ағынын қамтамасыз ету үшін белсенді салқындатуды және тұрақты жылу көзін қажет етеді (біздің жағдайда тұрақты жарық). Біздің қондырғы тоңазытқышты қолдана отырып, салқындатқыштарды тез салқындатуға мүмкіндік бергенімен, бұл экспериментті сыртқы электр энергиясынсыз ойнату өте қиын болар еді; оң және теріс жақтары бірдей температураға жеткенде жарық өлі болар еді. Технология қазіргі кезде өте қолайлы болмаса да, жаңа және инновациялық технологиялар мен материалдардың үздіксіз ағынын ескере отырып, оның қайда кететінін білу қызықты.