Self Powerless Heat Detection Using Thermoelectrical Energy Harvesting Technique

Abstract

Thermoelectrical energy from a thermoelectric generator is one of many phenomena energies in nature that can be a power supply for electronic devices due to losing electricity in the fluctuated situation. Specifically, in a fire hazard situation thermoelectric can be a sensor for sensing and converting the heat from a fire into electricity for supplying an alarm circuit. However, the significant temperature from a fire could haul an ambient temperature and anything in the vicinity into heat. Mainly, it will cause the temperatures between the hot and the cold side of the thermoelectric device to be equal. Therefore no electricity is being generated.

Natural rubber mainly becomes popular in various commercial and residential applications. Generally, it is considered to be an electrical and thermal insulator because they have excellent thermal conductivity and insulation properties which are preferred for electronics. The value of thermal conductivity of natural rubber is 0.35 W/mk that could recover electronic products that operated at high temperatures for long-term stability. Considering, thermoelectric having natural rubber as cooling substrate at the cold side while insulation at the outer side at the same time was obviously preferred in a fire hazard.

In this article, another thermoelectrical energy harvesting technique was proposed which potentially improved the differential temperature gap and stabilized the cold side of thermoelectric. The proposed system was based on the use of natural rubber which was coated on the fins of the heat sink, to keep the cold side temperature steadily. The experimental results illustrated that the improvements of this technique achieved the maximum differential temperature and the voltage which were 15.9 °C and 0.18 V, respectively.

พลังงานเทอร์โมอิเล็กทริก เป็นพลังงานที่มีอยู่ในธรรมชาติสามารถเป็นพลังงานสำคัญต่อการขับเคลื่อนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ในกรณีไม่มีพลังงานฟ้า หรือไม่สามารถใช้พลังงานไฟฟ้าจากภายนอกได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์เกิดอัคคีภัย เทอร์โมอิเล็กทริกสามารถเป็นเซนเซอร์และแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ในสถานการณ์ดังกล่าว อย่างไรก็ตามอุณหภูมิสูงมากจากอัคคีภัยสามารถทำให้อุณหภูมิโดยรอบสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว เมื่อพิจารณาอุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริกซึ่งมีฝั่งรับความร้อนและฝั่งระบายความร้อน ความร้อนจากอัคคีภัยจะทำให้อุณหภูมิทั้งสองฝั่งนี้เท่ากันอย่างรวดเร็วและไม่สามารถกำเนิดพลังงานไฟฟ้าขับเคลื่อนอุปกรณ์แจ้งเติอนอัคคีภัย

ยางธรรมชาติเป็นวัสดุที่มีบทบาทสำคัญและถูกพิจารณาเป็นฉนวนไฟฟ้าและความร้อนเนื่องจากมีคุณสมบัติการนำความร้อนและฉนวนความร้อนที่ดี ยางธรรมชาติมีค่าการนำความร้อนเท่ากับ 0.35 W/mk เมื่อนำไปใช้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ตรวจจับอัคคีภัย ยางสามารถป้องกันความร้อนจากภายนอกเนื่องจากคุณสมบัติฉนวนความร้อน และสามารถนำความร้อนที่ฝั่งระบายความร้อนของเทอร์โมอิเล็กทริกในขณะเดียวกัน

ดังนั้นงานวิจัยนี้เสนอเทคนิคเก็บเกี่ยวพลังงานด้วยเทอร์โมอิเล็กทริกสำหรับการตรวจจับความร้อนแบบไม่ใช้พลังงาน โดยใช้ยางธรรมชาติเป็นวัสดุระบายความร้อนเคลือบบนครีบของฮีตซิงก์ จากการทดลองพบว่าสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริกในส่วนของความแตกต่างของอุณหภูมิฝั่งร้อนและเย็น และแรงดันไฟฟ้า มีค่าสูงสุด 15.9 °C และ 0.18 V ตามลำดับ