Интересно, что Энн всего 15 лет, но тем не менее она смогла создать крайне полезное устройство, что было отмечено специальным призом на научной ярмарке Google. Канадская изобретательница попыталась использовать то, чего в рукавицах в избытке у любого человека – тепло тела. Она разработала фонарик, который заряжается от термоэлектрической пары – устройства, вырабатывающего ток из разности температур. В качестве основного элемента фонарика применяется обыкновенный доступный элемент Пельте, который используется для охлаждения микросхем в компьютере. Особенностью элемента Пельтье является выработка электричества при нагреве одной стороны и охлаждении другой.

15-летняя Энн Макосински теперь может экономить на батарейках – она сделала фонарик, работающий от тепла ладоней

«С помощью четырех элементов Пельтье и разницы температур между ладонью и окружающим воздухом, я обеспечила питанием фонарик, который в итоге дает яркий свет без батарей и движущихся частей, – рассказывает Энн Макосински. – Фонарик удобен в обращении и требуется всего 5 градусов в разнице температур, чтобы устройство выдавало мощность до 5,4 мВт и могло освещать с яркостью свечи пространство в радиусе 1,5 м».

Как это ни странно, но идея посчитать мощность, которую может выдать рука человека, пришла в голову 15-летнему подростку, а не инженеру крупной компании, производящей источники света. Энн Макосински рассчитала, что при полезной площади ладони в 10 см2 с помощью элемента Пельтье (КПД 10%) можно получить до 57 мВт мощности. В качестве источника для фонарика света были выбраны обычные 12-В 5-мм светодиоды, которые, однако, потребляли слишком большое напряжение (2500 мВ) – фонарик на элементах Пельтье не светил.

После длительных поисков, Энн решила усложнить конструкцию фонарика и добавила преобразователь питания - интегральную микросхему LTC31088 с КПД в 50% при 100 мВ. В итоге фонарь состоит всего из 4 компонентов: повышающий трансформатор, микросхема, конденсатор 47μF и светодиод.

Изобретательница сделала 2 фонарика, F1 и F2,с элементами Пельтье разной площади: 16 кв. см. и 5,4 кв. см соответственно. Оба фонарика имеют диаметр 25 мм и длину 125 мм и представляют собой простейшую, но эффективную конструкцию. Для создания разности температур на элементах Пельтье, Энн использовала алюминиевую и полихлорвиниловую трубы с прорезями для четырех элементов Пельтье. ПВХ создает теплоизоляцию, не позволяя руке нагревать алюминиевую трубу, которая в свою очередь охлаждается циркулирующим в ней воздухом. Вся конструкция обошлась всего в $26, что для «вечного» фонарика, которому не нужны батарейки, не так уж и много. При разности температур в 5 градусов, F1 дает свет яркостью 32 люмена на кв. м, а F2 – 43 люмена на кв. м. Естественно, чем выше разница температур, тем ярче свет.

Энн Макосински смотрит дальше. Она подсчитала, что в среднем человек «бесполезно» рассеивает в виде тепла около 97 Вт в час или 5,7 мВт на 1 кв. см тела. Это большое количество полезной энергии, которую можно использовать для освещения, питания датчиков, зарядки мобильных устройств и т.д.

Как известно элементы Пельтье это термоэлектрический преобразователь. При подачи напряжения одна сторона элемента нагревается, а другая охлаждается. И, наоборот, при нагревании элемента он вырабатывает энергию. При соприкосновении с кожей человека вырабатывается всего 0,1 В. Это усложняет задачу, так как для голубого светодиода, используемого автором, нужно напряжение 3,5 В. Но и здесь автор нашел выход. Итак, приступим.

Инструменты и материалы:
-элементы Пельтье;
-Медный провод;
-Голубой светодиод;
-Тороид;
-Биполярный транзистор;
-Резистор на 4.7 Ом;
-Пластиковая трубка;
-Краска;
-Картон;
-Фольга;
-Скотч;
-Ножницы;
-Паяльник;
-Линейка;
-Клеевой пистолет;

Шаг 1: Изготовление корпуса
Сначала автор отрезает 10 см трубки. По окружности, ближе к одному краю, делает разметку под элементы Пельтье. Всего их будет три штуки. Вырезает окна.

Окрашивает трубку черной краской.

Из картона вырезает круг диаметром равный диаметру трубки.

Подрезает картон с двух сторон напротив друг друга. Приклеивает к тому концу трубы, который ближе к прорезям.

Шаг 2: Установка элементов в корпус
Последовательно соединяет элементы Пельтье. Средние концы укорачивает и спаивает. К крайним концам припаивает провода.

Монтирует элементы на корпусе, установив их в вырезанные окна.

Концы проводов протягивает, в отверстие в картонке, внутрь корпуса.

Шаг 3: Тороид
Так как светодиод работает от напряжения 3,5 В, а элементы могут выдать только 0,3 автор собирает так называемый «похититель джоулей». Для этого ему необходим тороид.
Для того что бы легче было отличить провода автор взял их разного цвета. Сплетает провода, между собой. Затем, пропустив конец через кольцо ферритового сердечника, наматывает их на сердечник. Наматывает, пока полностью не покроет сердечник. Зачищает концы. Берет два конца разного цвета, с разных сторон кольца и скручивает их. Затем спаивает. Это общая точка.

Шаг 4: Проверка работоспособности схемы
Проверяет работоспособность схемы, соединив цепь, как указано на фото. Схема такая: конец тороида-резистор-резистор-средняя нога транзистора;второй конец тороида-правая нога транзистора+катод светодиода+отрицательный контакт батареи;анод светодиода-левая нога транзистора;минус батарейки-спаянные концы тороида.
В качестве источника питания использует батарейку на 1,5 В.. Транзистор автор использовал NPN, любой маркировки. Если все собрано правильно, то светодиод должен загореться.

Шаг 5: Окончательная сборка фонарика
Спаивает схемы с некоторыми изменениями.К одному из концов тороида припаивает резистор. К боковым ногам транзистора припаивает перемычки, а к средней свободный конец резистора. Второй конец тороида припаивает к правому выводу транзистора и к нему же катод светодиода. Анод припаивается к левой ноге.

Минус элемента Пельтье припаивает к правой ноге транзистора. Плюс припаивает к двум спаянным между собой проводам тороида.

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.

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.