Hälsa

Ficklampan drivs av din handvärme. Uppfinnaren laddar en ficklampa med hennes kroppsvärme Ficklampa baserad på ett Peltier-element.

Här är en intressant uppfinning från en tonåring i Victoria, British Columbia, Kanada.
Ann Makosinski, som bara är 15 år gammal, visade världen sin uppfinning – en ficklampa som använder värmen från människokroppen. På hennes skola var det en tävling om vetenskapliga projekt, och för den skapade flickan en sådan innovation.

Hur ficklampan fungerar

Ann sa att Peltier-element användes, och fenomenet temperaturskillnad mellan luften och den mänskliga handflatan användes också. Resultatet är en ficklampa som fungerar utan några batterier. För att ljus ska dyka upp krävs endast 5 graders skillnad mellan luft- och kroppstemperatur.

Hur mirakellyktan skapades

Först monterades förstås en prototyp. För att skapa det gjorde Anne de nödvändiga beräkningarna för att ta reda på om kroppsvärme (eller, mer exakt, handflatan) kunde bli en konstant källa till elektricitet för ficklampan. Övning bekräftade flickans beräkningar. Det visade sig att den mänskliga handen kan producera tillräckligt med värme för att omvandla den till elektricitet. Och då kommer ficklampan att fungera utan några batterier eller andra källor, men bara från värmen från människokroppen.

Element från vilka ficklampan är sammansatt

Sekvensen för att montera den innovativa ficklampan var som följer: Ann tog ett ihåligt aluminiumrör och Peltier-element monterades i det. Sedan placerade tjejen röret med elementen i ett annat, nu polyvinylkloridrör med ett litet hål. Detta tillät luft att cirkulera och kyla enheten. Och allt fungerade: ficklampan började lysa starkt när temperaturskillnaden bara var fem grader Celsius.

Ekonomisk del av uppfinningen

Totalt 2 prototyper skapades, och båda fungerade framgångsrikt. Det är konstigt att denna produkt är väldigt billig, kostnaden för komponenterna i dessa 2 prover var bara 26 dollar. Och som ett resultat av sitt kreativa arbete deltog Anne Makosinski och blev en av 15 finalister i den prestigefyllda GoogleScienceFairs vetenskapliga uppfinningstävling bland tonåringar i åldrarna 15-16 år.

Denna publikation innehåller en idé som implementerar en praktisk design av en LED-ficklampa baserad på ett enda Peltier-element. Källan till termisk energi är ett vanligt tumrör till en värmeradiator. Temperaturerna varierar från 60 till 65 grader. På så sätt kan du göra en bordslampa och hitta många användningsområden. Från en enkel nattlampa i huset till nödbelysning i entrén. Denna ficklampa består av endast 5 delar. Värmerör, Peltier generator, kylskåp, boost DC-omvandlare. Belastning i form av lysdioder. Se videon av Igor Beletsky.

Du kan köpa denna TEC1-12706-modul och omvandlare i denna kinesiska butik.

Vad behövs en värmekanal till?

För att effektivt överföra värme till Peltiers termoelektriska omvandlare anpassade författaren en U-formad aluminiumprofil. Mellanrummen mellan värmeröret och profilen ska vara tätt fyllda med tunn aluminiumfolie. Som ett resultat säkerställs tät kontakt mellan röret och insidan av profilen. Mastern använde den vanligaste och billigaste TEC1-12706. Storlek 40 x 40 millimeter. Väldigt lätt att köpa. Den elgenererande modulen kläms fast mellan ett värmeledande rör och en datorkylfläns. Du kan hitta den på den nedmonterade radiomarknaden för slantar. Gärna stor storlek.

Anslutningen måste vara tät mot väggen. Vi använder bultar och klämmor. Det är inte lika vackert under en plastavjämning, men resultatet är detsamma.

Huvuddelen, utan vilken det inte kommer att fungera. Detta är en spänningsförstärkningsomvandlare. Vid en så svag temperaturskillnad på 30 grader kommer gjutgodset inte att producera mer än 0,5 volt. Omvandlaren höjer spänningen till 3-5 volt. LED-lampan måste vara tänd. Du kan göra det själv det finns många diagram på Internet. Men deras effektivitet är långt ifrån den för en mikrokrets här är den mer än 90%. Det finns en bekväm USB-utgång för att ansluta en last. Vilken LED-ficklam som helst duger, så länge den har 3 volts glödlampor.
Mästaren har hittat en användbar användning för en ficklampa hemma. Det går en lång och smal korridor genom hela lägenheten. Det är svårt att gå längs den utan att krascha in i något. Du kan tända ljuset, men här är problemet: strömbrytaren är i mitten av korridoren och du måste gå och känna på den. Det här problemet är över. Jag var tvungen att mixtra med kablarna. Det viktigaste är att du får ljus från värmebatteriet för praktiskt taget ingenting. När allt kommer omkring avleds all värme som passerar genom Peltier-elementet i lägenheten.

Som ni vet är Peltier-element termoelektriska omvandlare. När spänning appliceras värms ena sidan av elementet upp och den andra svalnar. Omvänt, när ett element värms upp, producerar det energi. Vid kontakt med mänsklig hud genereras endast 0,1 V. Detta komplicerar uppgiften, eftersom den blå lysdioden som används av författaren kräver en spänning på 3,5 V. Men även här hittade författaren en väg ut. Så låt oss börja.

Verktyg och material:
-Peltierelement;
- Koppartråd;
-Blå LED;
- Toroid;
-Bipolär transistor;
-4,7 Ohm motstånd;
-Plaströr;
-Färga;
-Kartong;
-Folie;
-Scotch;
-Sax;
-Lödkolv;
-Linjal;
- Limpistol;

Steg 1: Gör fallet
Först skär författaren av 10 cm rör. Längs omkretsen, närmare ena kanten, gör markeringar för Peltier-element. Det blir tre av dem totalt. Skär ut fönster.

Målar tuben med svart färg.

Klipp ut en cirkel från kartong med en diameter som är lika med diametern på röret.

Skär kartongen på båda sidor mitt emot varandra. Limmar fast den i änden av röret som är närmare skårorna.

Steg 2: Installera element i huset
Seriekopplar Peltier-element. Mittändarna är förkortade och lödda. Löd trådar till de yttersta ändarna.

Monterar element på kroppen, installerar dem i utskurna fönster.

Ändarna på trådarna dras in i ett hål i kartongen, inuti fodralet.

Steg 3: Toroid
Eftersom lysdioden arbetar på en spänning på 3,5 V, och elementen bara kan producera 0,3 V, monterar författaren en så kallad "joule-tjuv". För att göra detta behöver han en toroid.
För att göra det lättare att särskilja trådarna tog författaren dem i olika färger. Väver samman trådar. Sedan passerar han änden genom ferritkärnans ring och lindar dem runt kärnan. Den slingrar sig tills den helt täcker kärnan. Rensar ändarna. Tar två ändar av olika färg från olika sidor av ringen och vrider dem. Sedan löder han den. Detta är den allmänna poängen.

Steg 4: Kontrollera kretsens funktionalitet
Kontrollerar kretsens funktionalitet genom att ansluta kretsen som visas på bilden. Kretsen är som följer: slutet av toroid - motstånd - mittben av transistorn - höger ben av transistor + LED-katod + negativ batterikontakt - transistorns vänstra ben; batterier - lödda ändar av toroid.
Den använder ett 1,5 V-batteri som strömkälla. Författaren använde en NPN-transistor, oavsett märkning. Om allt är korrekt monterat ska lysdioden lysa.

Steg 5: Slutlig montering av ficklampa
Lödar kretsarna med vissa modifieringar. Ett motstånd löds fast i en av ändarna av toroid. Löd byglar till sidobenen på transistorn och den fria änden av motståndet till mitten. Den andra änden av toroid är lödd till höger terminal på transistorn och katoden på lysdioden till den. Anoden är fastlödd till vänster ben.

Negativet av Peltier-elementet löds fast på transistorns högra ben. Plus lödningar till två toroidtrådar lödda ihop.

Vilken typ av mänsklig energi används inte för att omvandla den till elektricitet. Nu kom vi till den termiska. Jag ska visa dig hur man gör en evig elektrisk LED-ficklampa som använder värmen från vår kropp.
Ett av de västerländska företagen tillverkar liknande nyckelringar med ficklampor som använder värmen från ditt finger. Det är bara lysdioder som lyser där. Jag bestämde mig för att öka storleken på lyktan och göra en fullfjädrad evig lykta.

Det finns tillräckligt med el för att lysa upp LED-panelen starkt från den gamla batterificklampan.

Vad behöver du för att göra denna eviga lykta?

Peltier element – 4 stycken, köp här –
En bit aluminium.
Boost Converter –
LED-panel från en gammal lykta.

Jag pratade om elementets funktion i föregående artikel - vi kommer inte att uppehålla oss vid detta.

Lykta diagram

Kretsen är så här - alla 4 Peltier-element är anslutna i serie: plus till minus, och sedan är denna krets ansluten till en boost-omvandlare.

Förkontroll

Vi tar ut en stor radiator och kontrollerar kretsens funktionalitet. Kylaren kyler elementen från botten, och jag värmer dem med handen från toppen. En spänning på ungefär en halv volt uppträder vid elementens utgång. Detta räcker för att köra boost-omvandlaren. Lysdioden som är ansluten till utgången på omvandlaren lyser starkt, vilket indikerar dess funktion.

Att göra en lykta med Peltier-element

Nu ska vi väcka allt till liv. Ta en aluminiumplåt och skär en remsa. Ju tjockare aluminium desto bättre. 1-3 millimeter räcker.
Vi skär ut ämnen som skulderblad. Det kommer att finnas Peltier-element i mitten, och de breda ändarna kommer att fungera som radiatorer.
Vi böjer ämnen för att få det att se ut som ett rymdskepp från science fiction-filmer om rymden. Det ska finnas utrymme mellan dem. Ledningarna kommer att löpa i mitten. Plastkåpor döljer kylaren helt inuti handtaget och förhindrar att värmen från dina händer överförs till kylaren. På så sätt rör vi bara termoelementen.
Vi vrider plattorna, installerar elementen, trycker på dem med plastkuddar och passerar ledningarna. Vi fäster omvandlaren på en av plattorna.
Låt oss göra små öron för att fästa lyktan. Du kan använda tunnare aluminium för detta. Vi ansluter och löder allt.

Det är allt.

Den bästa tiden att använda denna ficklampa är förstås vintern. När det är noll eller minus ute är dina händer inte särskilt kalla ännu, och det är fullt möjligt att använda en sådan ficklampa. För bättre effekt kan händer bytas med jämna mellanrum.
Försök att göra något liknande själv. Det är inte så mycket svårt och dyrt som det är spektakulärt och spännande.

Hej, jag heter Danil och jag är paranoid. Min paranoia ligger i det faktum att jag är övertygad om den förestående ankomsten av den stora polarräven. Det spelar ingen roll i vilken skepnad samma fjällräv kommer - om vi förblir vid liv, då måste vi troligen börja leva från grunden. Och livet är mycket roligare när du har något att ladda batterierna i din ficklampa och dosimeter. För er som tycker likadant (samt alla som är nyfikna) ber jag er att klippa nedan (var försiktig, tunga bilder).

Forskningsdelen

Egentligen, varför Peltier-elementet? Det är mycket mer logiskt att köpa en ficklampa med muskeldrivning ("malbagge"), solpaneler eller i värsta fall bygga en väderkvarn. Tidigare trodde jag också att det var fullt möjligt att klara sig med malda skalbaggar. Men den har många rörliga delar, som är gjorda av farbror Liao av billig plast. Det första haveriet i förhållandena för den stora polarräven - och du blir utan elektricitet.

Tja, du frågar, varför inte solpaneler? Det finns inga rörliga delar. Jag håller med, jag ska svara, men under förhållanden med en kärnkrafts- eller vulkanvinter eller under ett två meter långt betongtak på ett skydd är det inte så lätt att fånga solen.

Väderkvarn? Vilket område ska dess blad vara så att det kan snurra även i svag vind? Rörliga delar, igen. Väderkvarnen lämpar sig för permanent installation vid utrustning av ett långsiktigt skydd.

Efter att ha övervägt dessa argument blev jag förtvivlad. Men snart kom jag av misstag över webbplatsen nepropadu.ru (ingen reklam, bara en länk till källmaterialet). Jag satt på den oavbrutet i två dagar, och i processen stötte jag på en mycket intressant artikel om en flisugn gjord av en datorströmförsörjningsenhet med ett Peltier-element på sidan (länk i slutet av inlägget). Det var många skeptiker i kommentarerna, men författaren skrev att han lugnt laddade telefonen från en ansluten kinesisk DC-DC-omvandlare... Jag var fast.

Design del

Till att börja med beställde jag samma Peltier-element från kineserna på e-Bay (tillräckligt för experiment). Det kostade mig 320 rubel. Det som gladde mig var den snabba, spårande men gratis leveransen. Dessutom skickades varorna bokstavligen en timme efter betalning (och det var på söndagen).

Medan Peltier-elementet reste, tänkte jag igenom designen av den framtida termoelektriska generatorn, hittade en lämplig radiator med en fläkt (en gammal processorradiator fungerade perfekt), och grävde även upp på Internet en krets för en DC-DC-omvandlare med en maximal utström på 1 ampere vid en spänning på 5 volt.

Jag ansåg inte att det var tillrådligt att göra en flisugn efter exemplet från den artikeln. Metallen som datorhårdvaran är gjord av är mycket mjuk den kommer att "sjunka" när den utsätts för höga temperaturer, och den brinner ut snabbt. Därför bestämde man sig för att göra en "borttagbar version" av generatorn, som kunde monteras på sidan av en stationär spis eller lutas mot en gryta som står på en eld. Och för att slippa steka Peltier-elementet över öppen eld under sådana förhållanden behövdes en värmetålig men värmeledande packning. För att göra detta lyckades jag få fram en bit tjock aluminiumplåt som mätte 100x120x5 millimeter.

För att pressa Peltier-elementet till aluminiumsubstratet och i sin tur trycka på kylaren till det, bestämde jag mig för att använda en metallkonstruktionsset för barn som jag en gång köpte för robotbehov.

Men Peltier-elementet kom och det var dags för montering.

Teknologisk del

Vi hade en kylare, en aluminiumplatta, ett Peltier-element, en handfull radiokomponenter, en bit folie-PCB och en mängd olika skruvar och muttrar. Jag minns inte mer.

Så, alla komponenter är monterade, du kan börja montera.

Jag ber om ursäkt för plåten som var märkt och borrad på två ställen – det kom upp för mig först senare att det skulle vara trevligt att fotografera hela monteringsprocessen från första början.

Det första problemet som väntade mig var 12-volts standardfläkten på kylaren. Eftersom jag bara ska producera 5 volt, och även vid en ganska liten maxström, kan detta skapa problem.

Först kastade jag mitt bete i alla radio- och datoraffärer i Perm, men ingenstans fanns det en 5-volts 80x80 millimeter fläkt. Och om det fanns, var de mindre i storlek och med en ström på mer än 200 mA, vilket var för mycket.

Sedan grävde jag lite på eBay och upptäckte att fläkten jag behövde kostade från 300 rubel. Men det var meningslöst att hoppas på snabb leverans, så jag lämnade det här alternativet som en backup.

Och först efter allt letande gissade jag att jag skulle ansluta den vanliga 12-voltsfläkten till en 5-volts spänningskälla. Det visade sig att det blåser ganska bra, och samtidigt inte drar särskilt mycket ström. Därför bestämde jag mig för att lämna den för nu, och efter att ha testat, om det behövs, beställa en fläkt på eBay.

Jag märkte en aluminiumplatta och borrade två hål i den för montering av kylaren och två för spänningsomvandlarkortet. Jag gjorde hålen med en diameter på 4 millimeter (för skruvarna från designern), och på utsidan breddade jag dem till 7,5 millimeter för att dölja skruvhuvudena. Efter det rundade jag de vassa hörnen med en fil och gick med grovt sandpapper över plåtens alla ytor, och fint sandpapper där Peltierelementet pressades.

Vid det här laget ansåg jag att bearbetningen av substratet var avslutad och började tillverka spänningsomvandlaren.
Pulsboost-spänningsomvandlaren är monterad på L6920 IC, som börjar arbeta vid en inspänning på 0,8 volt och låter dig ta bort en fast spänning på 3,3 eller 5 volt, eller variabel från 1,8 till 5,5 volt, från dess utgång.

Det schematiska diagrammet för omvandlaren är typiskt och hämtat från databladet.

För att erhålla 5 volt vid utgången av kretsen är ben 1 anslutet till den gemensamma ledningen. Den är också konfigurerad att mata ut en låg nivå på stift 3 när inspänningen sjunker under 1,5 volt.

För kretsen lades ett tryckt kretskort ut, på vilket fäste till bassubstratet gjordes med samma delar från designsetet för barn. Jag är inte orolig för att kortet överhettas, eftersom det har tvingat kyla av ett luftflöde som blåses från kylaren.

Jag var tvungen att mixtra med makrot i fodralet som innehöll mikrokretsen jag köpte. På butikens hemsida stod det att det var i SSOP-8-fallet. Som det visar sig finns det inget sådant fall i standarduppsättningen av Sprint Layout-makron. Jag hittade en ritning av SSOP-8-fallet och gjorde ett makro, varefter jag dirigerade brädan. Efter ett provtryck visade det sig att mikrokretsen är något bredare och inte passar på dess kontaktdynor. Att googla på en specifik chipmodell (L6920D) ledde mig till Chip-Dip-webbplatsen, där jag fick veta att IC:n med index D är tillverkad i ett TSSOP-8-paket. Jag kliade mig i huvudet och hittade en ritning av det här fallet, skapade ett makro och dirigerade om brädan. Nu visade sig allt stämma.

Skivan tillverkades med LUT och monterades. Det visade sig att det är mycket obekvämt att löda TSSOP-8-fodralet utan hårtork. Men vi är rutinerade människor, vi lödde FTDI-mikrokretsar med en stiftdelning på 0,4 millimeter.

Nu kan du börja installera Peltier-elementet och kylaren. Jag belade substratet och kylaren vid kontaktpunkterna med elementet med termisk pasta. Sedan drog han åt den resulterande "smörgåsen" med nötter.

Det visade sig att omvandlarkortet inte passar, ingångskontakten vilar på kylaren, jag räknade lite fel. Jag vände på monteringsfästena, hängde brädan utanför och lade till ytterligare två fästen för att skydda elementen från mekanisk skada. Här är vad vi slutade med:

Nu kan du kontrollera generatorns funktionalitet. Jag värmde den på en gasolbrännare. Jag bestämde mig för att inte installera en fläkt för nu.

Till att börja med visade det sig att jag blandade ihop polariteten för att koppla elementet till omvandlaren. Även om allt verkade vara korrekt - den svarta ledningen är för minus, den röda ledningen är för positiv. Generatorn ville dock inte fungera. Sedan ändrade jag polariteten på elementanslutningen.

Generatorn började fungera - först tändes båda lysdioderna, vilket signalerade närvaron av 5 volt vid utgången och låg spänning vid ingången, sedan slocknade den röda lysdioden - spänningen steg över en och en halv volt.

Till mitt missnöje visade det sig att utan en fläkt, efter ett par minuters drift av systemet, blev kylaren märkbart varm. Det kommer inte att fungera så.

Dagen efter gick jag runt på metallmarknaden och flera datorloppisar, men när jag frågade om 5-voltsfläktar slängde de upp händerna överallt och rådde mig att gå "till det där stället där borta" som jag redan varit på för ett par minuter sedan. Som ett resultat gick jag hem tomhänt.

Hemma genomförde jag ett experiment med att driva en vanlig 12-voltsfläkt från 5-voltsutgången på omvandlaren. Resultaten behagade mig inte - omvandlaren stängde med uppenbar motvilja av den röda lysdioden och fläkten ryckte svagt i flera sekunder och försökte starta. Luftflödet från fläkten som gick på halv effekt räckte inte för normal kylning - kylaren värmdes upp lika snabbt, även om det inte längre brände mina fingrar. Till slut bestämde jag mig för att beställa fläkten från Ebay.

Resultat

Trots Peltier-elementets låga verkningsgrad i genereringsläget fick jag ändå ett mellanresultat - vid anslutning av ett bärbart batteri med en angiven laddningsström på 1000 mA till omvandlarens utgång kunde generatorn producera en ström på ca. 600 mA. Jag tror att den här strömmen är tillräckligt för att ladda de flesta prylar i förhållandena för den stora polarräven.

När fläkten kommer (Ibay lovar mitten av mars till början av april) ska jag kolla kylningen. Dessutom måste du testa generatorns funktion under "stridsförhållanden" - vid en brand.

Jag ber om ursäkt för kvaliteten på bilderna - jag är inte mycket av en fotograf. Länk till artikeln som inspirerade mig: tyts.