Фонарик на элементах пельтье своими руками

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 18.09.2024

Это изобретение под точным названием - Hollow Flashlight, уникально ещё и тем, что принадлежит 15-летней школьнице из Канады. Девушка, которую зовут Анни Макосински (Annie), и которая скрывает от общественности свои более подробные личные данные, известна в Сети под рабочим псевдонимом-ником своего Ютьюб-аккаунта: Queenie Andini.

LED-фонарик, который работает от тепла рук Hollow Flashlight, который изобрела канадка Queenie Andini, заслужил признание на ежегодной ярмарке детских талантов, которую проводит Google.

Повторим, эта ярмарка, которую каждый год проводит Гугл, называется Google Science Fair.

Свой тренинговый центр за 69 000 руб. Можно вести бизнес онлайн!

В стоимость входят комплект материалов для очного проведения всех программ + 2 дня живого обучения онлайн. Бессрочное право проведения 10 программ. Никаких дополнительных отчислений и платежей. Запуск за 2 дня.

Мощность LED-фонарика Hollow Flashlight - 5 миливатт. Эта мощность образуется в результате разницы температур между человеческим телом и температурой атмосферы в окружающей среде.

Достаточно всего-то разницы в 5 градусов между телом и воздухом в Природе, чтобы возникла мощность равная 5-ти миливаттам.

Именно его, эффект Пельтье использовала 15-летняя школьница, когда думала об изобретении своего экологичного гаджета - фонарика без батареек.

Исходя из логики физического эффекта, можно сделать вывод о том, что LED-фонарик будет светить тем ярче, чем холоднее на улице - ведь тогда разница температур между телом и воздухом на улице будет ещё больше.

Правда, та же логика эффекта Пельтье говорит и о другом: с ледяными, замёрзшими ладонями рук - фонарик вы светить не заставите.

Да и в сорокаградусную летнюю жару фонарик не загорится. Разве что руки у вас будут тогда, наоборот, ледяные.

Исходя из всего вышеописанного, можно сделать вывод, что LED-фонарик Hollow Flashlight идеален для использования летней ночью или поздним вечером (когда температура воздуха падает по сравнению с дневными температурами) или в северных регионах.

И конечно же - у вас не должны хронически мёрзнуть руки!

Так что - улучшайте свой жизненный тонус и своё кровообращение. Иначе пользоваться современными экологичными гаджетами и вносить свой вклад в развитие альтернативной энергетики у вас не выйдет.

Данный элемент представляет собой небольшую пластину, при подачи на неё электрического тока одна сторона пластины нагревается, а другая охлаждается .

Модуль рассчитан на напряжение 12 В, максимально потребляемый ток 6.5 А

Что же можно из него сделать?

Помимо холодильника можно сделать экстремальное охлаждение для любителей разгона процессоров ПК.

Тут также нужен хороший радиатор с принудительным охлаждением, но главная проблема это возможный образующийся конденсат который может загубить электронику.

Вот пример заводского исполнения…

Элемент Пельтье умеет не только охлаждать под действием электричества, но выступать в роли генератора электрического тока.

Достаточно охлаждать одну из сторон, а противоположную нагревать. Элемент способен отдать до 600 мА.

Исходя из этого можно попытаться сделать походную печку с возможностью зарядки так как тока в 600мА достаточно для зарядки гаджетов.

Устанавливаем элемент к стенке печки с другой стороны вешаем радиатор. Самое главное это не перегреть устройство так как внутри находится полупроводники спаянные между собой.

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 генератор 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.

Если радиатор вынести на улицу, особенно в морозную погоду, мощность поднимется в разы.

Холодильное оборудование настолько прочно вошло в нашу жизнь, что даже трудно представить, как можно было без него обходиться. Но классические конструкции на хладагентах не подходят для мобильного использования, например, в качестве походной сумки-холодильника.

Сумка-холодильник на элементах Пельтье, нет компрессора, не нуждается во фреоне или других хладагентах

Для этой цели используются установки, в которых принцип работы построен на эффекте Пельтье. Кратко расскажем об этом явлении.

Что это такое?

Под данным термином подразумевают термоэлектрическое явление, открытое в 1834 году французским естествоиспытателем Жаном-Шарлем Пельтье. Суть эффекта заключается в выделении или поглощении тепла в зоне, где контактируют разнородные проводники, по которым проходит электрический ток.

В соответствии с классической теорией существует следующее объяснение явления: электрический ток переносит между металлами электроны, которые могут ускорять или замедлять свое движение, в зависимости от контактной разности потенциалов в проводниках, сделанных из различных материалов. Соответственно, при увеличении кинетической энергии, происходит ее превращение в тепловую.

На втором проводнике наблюдается обратный процесс, требующий пополнения энергии, в соответствии с фундаментальным законом физики. Это происходит за счет теплового колебания, что вызывает охлаждение металла, из которого изготовлен второй проводник.

Современные технологии позволяют изготовить полупроводниковые элементы-модули с максимальным термоэлектрическим эффектом. Имеет смысл кратко рассказать об их конструкции.

Устройство и принцип работы

Современные модули представляет собой конструкцию, состоящую из двух пластин-изоляторов (как правило, керамических), с расположенными между ними последовательно соединенными термопарами. С упрощенной схемой такого элемента можно ознакомиться на представленном ниже рисунке.

Устройство модульного элемента Пельтье

Обозначения:

А – контакты для подключения к источнику питания;
B – горячая поверхность элемента;
С – холодная сторона;
D – медные проводники;
E – полупроводник на основе р-перехода;
F – полупроводник n-типа.

Конструкция выполнена таким образом, что каждая из сторон модуля контактирует либо p-n, либо n-p переходами (в зависимости от полярности). Контакты p-n нагреваются, n-p – охлаждаются (см. рис.3). Соответственно, возникает разность температур (DT) на сторонах элемента. Для наблюдателя этот эффект будет выглядеть, как перенос тепловой энергии между сторонами модуля. Примечательно, что изменение полярности питания приводит к смене горячей и холодной поверхности.

Рис. 3. А – горячая сторона термоэлемента, В – холодная

Технические характеристики

Характеристики термоэлектрических модулей описываются следующими параметрами:

холодопроизводительностью (Q_max), эта характеристика определяется на основе максимально допустимого тока и разности температуры между сторонами модуля, измеряется в Ваттах;
максимальным температурным перепадом между сторонами элемента (DT_max), параметр приводится для идеальных условий, единица измерения — градусы;
допустимая сила тока, необходимая для обеспечения максимального температурного перепада – I_max;
максимальным напряжением U_max, необходимым для тока I_max, чтобы достигнуть пиковой разницы DT_max;
внутренним сопротивлением модуля – Resistance, указывается в Омах;
коэффициентом эффективности – СОР (аббревиатура от английского — coefficient of performance), по сути это КПД устройства, показывающее отношение охлаждающей к потребляемой мощности. У недорогих элементов этот параметр находится в пределах 0,3-0,35, у более дорогих моделей приближается к 0,5.

Маркировка

Рассмотрим, как расшифровывается типовая маркировка модулей на примере рисунка 4.

Рис 4. Модуль Пельтье с маркировкой ТЕС1-12706

Маркировка разбивается на три значащих группы:

Таким же образом читается маркировка и других моделей серии ТЕС1, например: 12703, 12705, 12710 и т.д.

Применение

Несмотря на довольно низкий КПД, термоэлектрические элементы нашли широкое применение в измерительной, вычислительной, а также бытовой технике. Модули являются важным рабочим элементом следующих устройств:

мобильных холодильных установок;
небольших генераторов для выработки электричества;
систем охлаждения в персональных компьютерах;
кулеры для охлаждения и нагрева воды;
осушители воздуха и т.д.

Приведем детальные примеры использования термоэлектрических модулей.

Холодильник на элементах Пельтье

Термоэлектрические холодильные установки значительно уступают по производительности компрессорным и абсорбционным аналогам. Но они имеют весомые достоинства, что делает целесообразным их использование при определенных условиях. К таким преимуществам можно отнести:

простота конструкции;
устойчивость к вибрации;
отсутствие движущихся элементов (за исключением вентилятора, обдувающего радиатор);
низкий уровень шума;
небольшие габариты;
возможность работы в любом положении;
длительный срок службы;
небольшое потребление энергии.

Такие характеристики идеально подходят для мобильных установок.

Термоэлектрический автохолодильник установленный в салоне автомобиля

Элемент Пельтье как генератор электроэнергии

Термоэлектрические модули могут работать в качестве генераторов электроэнергии, если одну из их сторон подвергнуть принудительному нагреву. Чем больше разница температур между сторонами, тем выше сила тока, вырабатываемая источником. К сожалению, максимальная температура для термогенератора ограничена, она не может быть выше точки плавления припоя, используемого в модуле. Нарушение этого условия приведет к выходу элемента из строя.

Для серийного производства термогенераторов используют специальные модули с тугоплавким припоем, их можно нагревать до температуры 300°С. В обычных элементах, например, ТЕС1 12715, ограничение – 150 градусов.

Поскольку КПД таких устройств невысокий, их применяют только в тех случаях, когда нет возможности использовать более эффективный источник электрической энергии. Тем не менее, термогенераторы на 5-10 Вт пользуются спросом у туристов, геологов и жителей отдаленных районов. Большие и мощные стационарные установки, работающие от высокотемпературного топлива, используют для питания приборов газораспределительных узлов, аппаратуры метеорологических станций и т.д.

Термоэлектрический генератор B25-12 (М) на 12 вольт, мощностью 25 ватт

Для охлаждения процессора

Относительно недавно данные модули стали использовать в системах охлаждения CPU персональных компьютеров. Учитывая низкую эффективность термоэлементов, польза от таких конструкций довольно сомнительна. Например, чтобы охладить источник тепла мощностью 100-170 Вт (соответствует большинству современных моделей CPU), потребуется потратить 400-680 Вт, что требует установки мощного блока питания.

Второй подводный камень – незагруженный процессор будет меньше выделять тепловой энергии, и модуль может охладить его меньше точки росы. В результате начнет образовываться конденсат, что, гарантировано, выведет электронику из строя.

Тем, кто решиться создать такую систему самостоятельно, потребуется провести серию расчетов по подбору мощности модуля под определенную модель процессора.

Исходя из выше сказанного, использовать данные модули в качестве системы охлаждения CPU не рентабельно, помимо этого они могут стать причиной выхода компьютерной техники из строя.

Совсем иначе обстоит дело с гибридными устройствами, где термомодули используются совместно с водяным или воздушным охлаждением.

Термоэлектрический кулер Армада

Гибридные системы охлаждения доказали свою эффективность, но высокая стоимость ограничивает круг их почитателей.

Кондиционер на элементах Пельтье

Теоретически такое устройство конструктивно будет значительно проще классических систем климат-контроля, но все упирается в низкую производительность. Одно дело — охладить небольшой объем холодильной камеры, другое — помещение или салон автомобиля. Кондиционеры на термоэлектрических модулях будут больше (в 3-4 раза) потреблять электроэнергии, чем оборудование, работающее на хладагенте.

Что касается использования в качестве автомобильной системы климат-контроля, то для работы такого устройства мощности штатного генератора будет недостаточно. Замена его на более производительное оборудование приведет к существенному расходу топлива, что не рентабельно.

В тематических форумах периодически возникают дискуссии на эту тему и рассматриваются различные самодельные конструкции, но полноценного рабочего прототипа пока не создано (не считая кондиционера для хомячка). Вполне возможно, ситуация измениться, когда появятся в широком доступе модули с более приемлемым КПД.

Для охлаждения воды

Термоэлектрический элемент часто используют как охладитель для кулеров воды. Конструкция включает в себя: охлаждающий модуль, контролер, управляемый термостатом и обогреватель. Такая реализация значительно проще и дешевле компрессорной схемы, помимо этого, она надежней и проще в эксплуатации. Но есть и определенные недостатки:

вода не охлаждается ниже 10-12°С;
на охлаждение требуется дольше времени, чем компрессорному аналогу, следовательно, такой кулер не подойдет для офиса с большим количеством работников;
устройство чувствительно к внешней температуре, в теплом помещении вода не будет охлаждаться до минимальной температуры;
не рекомендуется установка в запыленных комнатах, поскольку может забиться вентилятор и охлаждающий модуль выйдет из строя.

Осушитель воздуха на элементах Пельтье

В отличие от кондиционера, реализация осушителя воздуха на термоэлектрических элементах вполне возможна. Конструкция получается довольно простой и недорогой. Охлаждающий модуль понижает температуру радиатора ниже точки росы, в результате на нем оседает влага, содержащаяся в воздухе, проходящем через устройство. Осевшая вода отводится в специальный накопитель.

Простой и недорогой китайский осушитель воздуха на элементах Пельтье

Несмотря на низкий КПД, в данном случае эффективность устройства вполне удовлетворительная.

Как подключить?

С подключением модуля проблем не возникнет, на провода выходов необходимо подать постоянное напряжение, его величина указанна в даташит элемента. Красный провод необходимо подключить к плюсу, черный — к минусу. Внимание! Смена полярности меняет местами охлаждаемую и нагреваемую поверхности.

Как проверить элемент Пельтье на работоспособность?

Самый простой и надежный способ – тактильный. Необходимо подключить модуль к соответствующему источнику напряжения и дотронуться до его разных сторон. У работоспособного элемента одна из них будет теплее, другая – холоднее.

Если подходящего источника под рукой нет, потребуется мультиметр и зажигалка. Процесс проверки довольно прост:

подключаем щупы к выводам модуля;
подносим зажженную зажигалку к одной из сторон;
наблюдаем за показаниями прибора.

В рабочем модуле при нагреве одной из сторон генерируется электрический ток, что отобразится на табло прибора.

Как сделать элемент Пельтье своими руками?

Сделать самодельный модуль в домашних условиях практически невозможно, тем более в этом нет смысла, учитывая их относительно невысокую стоимость (порядка $4-$10). Но можно собрать устройство, которое будет полезным в походе, например, термоэлектрический генератор.

Схема подключения самодельного термогенератора

Для стабилизации напряжения необходимо собрать простой преобразователь на микросхеме ИМС L6920.

Принципиальная схема преобразователя напряжения

Читайте также: