Преподобным именуется святой, который при жизни был монахом и не имел...
Какую только энергию человека не используют, чтобы преобразовать её в электрическую. Вот добрались и до тепловой. Я покажу вам как сделать вечный электрический светодиодный фонарик, использующий тепло нашего организма.
Одна из западных фирм выпускает подобные брелки-фонарики, использующие тепло вашего пальца. Светит там одни светодиод. Я решил увеличить размеры фонаря, сделав полноценный вечный фонарик.
Электричества его вполне хватит чтобы ярко засветила светодиодная панель от старого аккумуляторного фонаря.
Что понадобиться для того чтобы сделать этот вечный фонарь?
- Элементы Пельтье – 4 штуки, купим тут –
- Кусок алюминия.
- Повышающий преобразователь –
- Светодиодная панель от старого фонаря.
Про работу элемента я рассказывал в прошлой статье - , на этом мы не будем останавливаться.
Схема фонаря
Схема такая – все 4 элемента Пельтье подключены последовательно: плюс к минусу, а потом эта цепь подключается к повышающему преобразователю.
Предварительная проверка
Достаем большой радиатор и проверяем работоспособность схемы. Радиатор охлаждает элементы с низу, а я нагреваю их рукой с верху. На выходе элементов появляется напряжение около полвольта. Этого хватит чтобы запустить повышающий преобразователь. Светодиод, подключенный на выход преобразователя, светиться ярко – свидетельствую о его работе.
Изготовление фонаря на элементах Пельтье
Теперь будем воплощать все в жизнь. Возьмем алюминиевый лист и отрежем полоску. Чем толще алюминий, тем лучше. 1-3 миллиметра будет вполне достаточно.Вырезаем такие заготовки, как лопатки. В центре будут элементы Пельтье, а широкие концы будут служить радиаторами.
Сгибаем заготовки, чтобы получилось подобие космического корабля из фантастических фильмов про космос. Между ними должно быть пространство. В центре будут проходить провода. Пластиковые накладки полностью скрывают радиатор внутри рукоятки, не дают передавать тепло рук на радиатор. Таким образом мы прикасаемся только к термоэлементам.
Скручиваем пластины, устанавливаем элементы, прижимаем пластиковыми накладками, пропускаем провода. На одном из пластин крепим преобразователь.
Сделаем небольшие уши, для крепления фонаря. Для этого можно использовать более тонкий алюминий. Все соединяем и припаиваем.
Вот и все.
Самое лучшее время для работы этого фонарика конечно зима. Когда на улице ноль или минус руки ещё не сильно мёрзнут, и пользоваться таким фонариком вполне реально. Для лучшего эффекта руки можно периодически менять.
Попробуйте сделать нечто подобное сами. Это не на столько сложно и дорого, на сколько зрелищно и увлекательно.
Вот интересное изобретение от подростка из города Виктория в Британской Колумбии, Канада.
Энн Макосински, которой всего 15 лет, показала всему миру своё изобретение – фонарик, который работает с помощью тепла человеческого тела. В её школе проходил конкурс по научным проектам, и для него девочка создала такое новшество.
Принцип работы фонарика
Энн рассказала, что были применены элементы Пельтье, а также использовано явление разницы температур между воздухом и человеческой ладонью. В результате появился фонарик, работающий без всяких батареек. Для возникновения света требуется всего лишь разница в 5 градусов между температурой воздуха и тела.
Как создавался чудо фонарик
Сначала, конечно, был собран опытный экземпляр. Для его создания Энн произвела необходимые вычисления, чтобы выяснить, может ли тепло тела (а, точнее, ладони) стать постоянным источником электроэнергии для фонарика. Практика подтвердила расчёты девушки. Оказалось, что рука человека может производить достаточное количество тепла, чтобыпреобразовать его в электричество. И тогда фонарь будет работать без каких-либо батареек или других источников, а только от тепла тела человека.
Элементы из которых собран фонарик
Последовательность сборки инновационного фонарика была такова: Энн взяла полую алюминиевую трубку, в неё были вмонтированы элементы Пельтье. Затем трубку с элементами девушка поместила в другую, теперь уже поливинилхлоридную трубку с небольшим отверстием. Это позволило воздуху циркулировать и охлаждать устройство. И всё заработало: фонарик начал светить ярко, когда разница температур была всего пять градусов Цельсия.
Экономическая составляющая изобретения
Всего было создано 2 опытных экземпляра, и оба успешно работали. Любопытно, что данное изделие стоит совсем дёшево, стоимость компонентов этих 2 образцов составила всего 26 долларов. И в результате творческой работы Энн Макосински приняла участие и стала одной из 15 финалистов престижного конкурса научных изобретений GoogleScienceFair среди подростков в возрасте 15-16 лет.
Здравствуйте, меня зовут Данил, и я параноик. Паранойя моя заключается в том, что я убежден в неминуемом приходе Большого Песца. В каком обличье этот самый песец придет, не важно – если останемся в живых, то, скорее всего, придется начинать жить с нуля. А жить гораздо веселее, когда у тебя есть, от чего зарядить аккумуляторы в фонарике и дозиметре. Тех, кто считает так же (а также и всех любопытствующих), прошу под кат (осторожно, тяжелые фотки).
Исследовательская часть
Собственно, почему элемент Пельтье? Гораздо логичнее приобрести фонарик с мышечным приводом («жужелицу»), солнечными батареями, или, на худой конец, построить ветряк. Раньше я тоже думал, что вполне можно обойтись «жужелицей». Но в ней очень много движущихся деталей, которые сделаны дядюшкой Ляо из дешевого пластика. Первая поломка в условиях Большого Песца – и ты остаешься без электричества.Хорошо, спросите вы, почему не солнечные батареи? Там нет движущихся частей. Согласен, отвечу я, но в условиях ядерной или вулканической зимы или под двухметровым бетонным перекрытием убежища солнышко не так-то легко поймать.
Ветряк? А какой площади должны быть его лопасти для того, чтобы он мог крутиться даже от слабого ветра? Движущиеся детали, опять же. Ветряк годится для стационарной установки при оборудовании долговременного укрытия.
Обмозговав эти доводы, я приуныл. Но вскоре случайно наткнулся на сайт nepropadu.ru (никакой рекламы, исключительно ссылка на исходный материал). Я просидел на нем безвылазно двое суток, и в процессе наткнулся на прелюбопытную статью про печку-щепочницу из корпуса от компьютерного БП с элементом Пельтье на боку (ссылка в конце поста). В комментариях было много скептики, но автор писал, что спокойно заряжал телефон от подключенного китайского DC-DC преобразователя… Я загорелся.
Конструкторская часть
Для начала я заказал у китайцев на e-Bay такой же элемент Пельтье (на эксперименты хватит). Обошелся он мне в 320 рублей. Что порадовало, так это ускоренная, с отслеживанием, но бесплатная доставка. Плюс товар отправили буквально через час после оплаты (а дело было в воскресенье).Пока элемент Пельтье ехал, я продумал конструкцию будущего термоэлектрического генератора, нашел подходящий радиатор с вентилятором (прекрасно подошел древний процессорный радиатор), а также откопал на просторах Интернета схему DC-DC преобразователя с максимальным выходным током 1 ампер при напряжении 5 вольт.
Делать печку-щепочницу по примеру из той статьи я посчитал не целесообразным. Металл, из которого делают компьютерное железо, очень мягкий, от воздействия высоких температур его «поведет», да и прогорит он быстро. Поэтому было решено сделать «съемный вариант» генератора, который можно было бы закрепить на боку стационарной печки или прислонить к стоящему на костре котелку. А чтобы в таких условиях не поджарить элемент Пельтье на открытом огне, нужна была термостойкая, но теплопроводящая прокладка. Для этого мне удалось раздобыть кусок толстой алюминиевой пластины размерами 100х120х5 миллиметров.
Чтобы прижать элемент Пельтье к алюминиевой подложке, а к нему, в свою очередь, прижать радиатор, я решил использовать детский металлический конструктор, который я когда-то покупал для нужд робототехники.
Но вот элемент Пельтье приехал, и настало время для сборки.
Технологическая часть
У нас был радиатор, алюминиевая пластина, элемент Пельтье, горстка радиодеталей, кусок фольгированного текстолита и самые разные винтики и гайки. Дальше не помню.Итак, все компоненты собраны, можно приступать к сборке.
Прошу прощения за размеченную и просверленную в двух местах пластину – до меня только после дошло, что неплохо бы фотографировать весь процесс сборки с самого начала.
Первая неприятность, которая меня подстерегала – это 12-вольтовый штатный вентилятор на радиаторе. Так как я собираюсь добывать всего 5 вольт, да еще и при довольно небольшом максимальном токе, то это могло создать проблему.
Сначала я закинул удочки во все радио- и компьютерные магазины Перми, однако нигде не нашлось вентилятора 80х80 миллиметров на 5 вольт. А если и были, то меньших размеров и на ток более 200 мА, что было слишком много.
Затем я покопался на Ибее и обнаружил, что нужный мне вентилятор стоит от 300 рублей. Но надеяться на скорую доставку было бессмысленно, и поэтому я оставил этот вариант как резервный.
И только после всех поисков я догадался включить штатный 12-вольтовый вентилятор к 5-вольтовому источнику напряжения. Оказалось, что он вполне неплохо дует, и при этом потребляет не очень большой ток. Поэтому я решил пока оставить его, а после проведения испытаний при необходимости заказать вентилятор на Ибее.
Я разметил алюминиевую пластину и просверлил в ней два отверстия для крепления радиатора и два – для платы преобразователя напряжения. Отверстия я сделал диаметром 4 миллиметра (под винты из конструктора), а с внешней стороны расширил их до 7,5 миллиметров, чтобы скрыть шляпки винтов. После этого я скруглил напильником острые углы и прошелся крупной наждачкой по всем поверхностям пластины, и мелкой – по месту прижатия элемента Пельтье.
На этом обработку подложки я посчитал завершенной и приступил к изготовлению преобразователя напряжения.
Импульсный повышающий преобразователь напряжения собран на ИМС L6920, которая начинает работать при входном напряжении 0,8 вольт и позволяет снять со своего выхода фиксированное напряжение 3,3 или 5 вольт, или изменяемое от 1,8 до 5,5 вольт.
Принципиальная схема преобразователя является типовой и взята из даташита.
Для получения 5 вольт на выходе схемы ножка 1 соединена с общим проводом. Также настроена выдача низкого уровня на ножке 3 при падении входного напряжения ниже 1,5 вольт.
Для схемы была разведена печатная плата, на которой предусмотрено крепление к основанию-подложке с помощью все тех же деталей от детского конструктора. За перегрев платы я не беспокоюсь, так как она имеет принудительное охлаждение потоком воздуха, выдуваемым из радиатора.
Пришлось повозиться с макросом корпуса, в котором была купленная мной микросхема. На сайте магазина значилось, что она в корпусе SSOP-8. Как оказалось, в стандартном наборе макросов Sprint Layout нет такого корпуса. Я нашел чертеж корпуса SSOP-8 и сделал макрос, после чего развел плату. После пробной печати выяснилось, что микросхема несколько шире, и на свои контактные площадки не помещается. Гугление конкретной модели микросхемы (L6920D) привело меня на сайт Чип-Дипа, где я узнал, что ИМС с индексом D изготавливается в корпусе TSSOP-8. Почесав затылок, я нашел чертеж этого корпуса, создал макрос и переразвел плату. Теперь все оказалось правильно.
Плата изготовлена при помощи ЛУТа и собрана. Оказалось, что корпус TSSOP-8 паять без фена очень неудобно. Но мы люди тертые, FTDI-микросхемы с шагом ножек 0,4 миллиметра паяли.
Теперь можно заняться установкой элемента Пельтье и радиатора. Подложку и радиатор в местах контакта с элементом я намазал термопастой. Затем стянул получившийся «бутерброд» гайками.
Оказалось, что плата преобразователя не влезает, упирается входным разъемом в радиатор, слегка не рассчитал. Перевернул крепежные скобы, плату вывесил наружу, а для защиты элементов от механических повреждений добавил еще две скобы. Вот что в итоге получилось:
Теперь можно проверить работоспособность генератора. Я нагревал его на газовой горелке. Вентилятор решил пока не ставить.
Для начала оказалось, что я перепутал полярность подключения элемента к преобразователю. Хотя вроде бы все было правильно – черный провод – к минусу, красный – к плюсу. Однако работать генератор не хотел. Тогда я изменил полярность подключения элемента.
Генератор заработал – сначала загорелись оба светодиода, сигнализируя о наличии 5 вольт на выходе и низком напряжении на входе, затем красный светодиод погас – напряжение поднялось выше полутора вольт.
К моему неудовольствию оказалось, что без вентилятора через пару минут работы системы радиатор ощутимо нагрелся. Так дело не пойдет.
На следующий день я прогулялся по металлорынку и нескольким компьютерным барахолкам, но на мой вопрос о 5-вольтовых вентиляторах везде разводили руками и советовали сходить «еще вон в то место», в котором я уже был пару минут назад. В итоге я поехал домой не солоно хлебавши.
Дома я провел эксперимент по запитке штатного 12-вольтового вентилятора от выходных 5 вольт преобразователя. Результаты меня не порадовали – преобразователь с явной неохотой погасил красный светодиод, а вентилятор несколько секунд слабо подергивался, пытаясь запуститься. Воздушного потока от работающего в полсилы вентилятора оказалось недостаточно для нормального охлаждения – радиатор так же быстро нагрелся, хоть и не обжигал теперь пальцы. В итоге вентилятор я решил все же заказать с Ибея.
Результат
Несмотря на низкий КПД элемента Пельтье в режиме генерации, промежуточный результат я все же получил – при подключении к выходу преобразователя портативного аккумулятора с заявленным током заряда 1000 мА генератор смог дать ток около 600 мА. Думаю, для зарядки большинства гаджетов в условиях Большого Песца этого тока вполне хватит.По приезду вентилятора (Ибей обещает середину марта-начало апреля) проверю охлаждение. Плюс нужно будет протестировать работу генератора в «боевых» условиях – на костре.
За качество фотографий извиняюсь - фотограф из меня никакой. Ссылка на вдохновившую меня статью: тыц .
В этой публикации идея, в которой реализовано практичное исполнение светодиодного фонарика на одном элементе Пельтье. В качестве источника тепловой энергии – обычная дюймовая труба батареи отопления. Температура в пределах от 60 до 65 градусов. Таким образом можно сделать настольную лампу найти массу применений. От простого ночника в доме до дежурного освещения в подъезде. Такой фонарик состоит всего из 5 частей. Теплопровод, генератор Пельтье, холодильник, повышающий dc преобразователь. Нагрузка в виде светодиодов. Смотрите видео Игоря Белецкого.
Купить этот модуль TEC1-12706 и преобразователь можно в этом китайском магазине .
Для чего нужен теплопровод?
Чтобы эффективно передавать тепло термоэлектрическому преобразователю Пельтье, автор приспособил п-образный алюминиевый профиль. Зазоры между трубой отопления и профилем следует плотно набить тонкой алюминиевой фольгой. В результате обеспечивается плотный контакт между трубой и внутренней частью профиля. Мастер использовал самый распространенный и дешёвый TEC1-12706. Размер 40 x 40 миллиметров. Очень легко купить. Генерирующий электричество модуль зажимается между теплопроводный трубой и радиатором компьютера. На радио рынке на разборке его можно найти за копейки. Желательно большого размера.
Соединение необходимо плотно стену. Используем болты и хомуты. Под пластиковую стяжку не так красиво, но результат тот же.
Главная деталь, без которой работать не будет. Это преобразователь для поднятия напряжения. На таком слабом перепаде температур 30 градусов литье не выдаст более 0,5 вольта. Преобразователь поднимает напряжение до 3- 5 вольт. Необходимо, чтобы светодиодный фонарь светился. Можно изготовить самому, в интернете много схем. Но их кпд далек от микросхемы, здесь же составляет более 90%. Имеется удобный USB выход для подсоединения нагрузки. Подойдет любой светодиодный фонарик, главное, чтобы в нём были 3 вольтовые лампочки.
Мастер нашел полезное применение фонарика дома. Через всю квартиру длинный и узкий коридор. По нему трудно пойти и никуда не врезаться. Можно включить свет, но вот беда: выключатель находится посередине коридора и нужно дойти и нащупать. С этой проблемой покончено. Пришлось повозиться с проводкой. Самое главное, – вы получаете свет из батареи отопления практически даром. Ведь всё тепло, проходящее через элемент пельтье, рассеивается в квартире.
