ペルチェ素子 + DC/DC + ATiny13Aでラーメンタイマー(試作)

ペルチェ効果、ゼーベック効果、ペルチェ素子

2種類の金属の境界に電流を流すと片方の金属からもう片方の金属へ熱が移動する。これを「ペルチェ効果」と呼び、それを利用した素子を「ペルチェ素子」という。この板状の素子に電流を流すと片方の面は熱を奪われて冷え、もう片方はその熱が移動して温まる。

Amazonで適当に買ったペルチェ素子

そして面白いのは、逆にこの素子に温度差を与えると、「ゼーベック効果」により起電力が生じるということだ。つまり、温度差で発電ができる。
以前からこのペルチェ素子を使ってラーメンタイマーが作れないかと思っていた。カップ麺のフタの熱と室温の温度差で発電し、3分測ってアラームを鳴らすというものだ。ニコニコ動画には既に作例もあったが、自分でも作ってみることにした。

マグカップの上で動かすことには成功

上記「Amazonで適当に買ったペルチェ素子」の片面にヒートシンクとファンを取り付け、もう片面に手を置いてみると、140mVほどの電圧が得られた。
これではタイマー回路は動かせないので、部品箱から出てきたHT7733AでステップアップDC/DCコンバータを組んだ。時間の計測と3分経過のアラーム演奏には1.8Vから動作可能なATtiny13Aを使用した。試行錯誤の末、カップラーメンに見立てたマグカップにお湯を張り、その上に装置を置いて、乗せてから3分後にアラームを鳴らすことができた(下記ツイートでは「10秒」と言っているが、後に3分でも成功している)。
ポイントとしては、マグカップの上に乗せた直後にいかに素早くマイコンを立ち上げられるか、というところのようだ。乗せた直後は大きな温度差が得られるものの、しばらくするとヒートシンクを含めた装置全体が温まってしまい、十分な起電力が得られなくなる。したがって、電圧を安定させようとして大きなコンデンサを付けたりすると、コンデンサを充電している間にヒートシンクが温まってしまう。一度起動できてしまえば、起電力が減衰してもそれなりに頑張れる。

カップヌードルでは音は鳴らず…

本物のカップヌードルに入れた容器では成功率がとても低くなってしまった。原因は以下のようなものを考えている。
  • フタが分厚く、熱が伝わりにくい
  • 麺と具によって熱湯が冷めてしまう
    (実際に中身が入ったカップヌードルでの実験は1度しかできていないが、十分な起電力が得られず、マイコンを起動させることすらできなかった。特に麺は表面積が大きいため、熱湯を注いだ時点でかなり冷めてしまうのではないかと思われる)。
どちらも起電力が足りないことによるので、解決案としては、まずはヒートシンクを大きくすることを考えている。あるいは、もっと性能の良いDC/DCコンバータをに変える必要があるかもしれない。アリモノの部品ではこんなところだろうか。続きはまたいつか。

コメント

コメントを投稿

このブログの人気の投稿

CW回路で「10まんボルト（100kV）」を撃つ

イメージ
ご注意言うまでもないですが、感電すると非常に危険です。電気について知識の無い方はやらないでください。実践される場合は自己責任でお願いします。安全対策についても記載しておりますが、筆者は所詮素人なのでこれで正しいかは保証できません。よく勉強して十分な安全対策を施してください。固定の配線や設備を敷設したり弄ったりせず、持ち運び可能な機材を用いて自宅等で個人的に実験する限りは法的な問題は無いと思われますが、この範囲を超える場合、電気工事士の資格や消防への届け出が必要となる場合があります。ご自身でよく確認してください。100kVレベルのスパークは爆竹のような大きな音がします。近隣の迷惑にならないよう注意して下さい。 背景 始まりはこのツイートでした。
空中放電が見たい — シャポコ🌵 (@shapoco) 2018年5月11日 始めはただ小さなスパークを見て面白がっていたんですが、そのうちエスカレートして「10まんボルト」を超えるのが目標の1つになっていました。詳細を追いたい方は Twitterモーメント を御覧ください。
10万ボルトを作る方法 さて、10万ボルトを作る方法はいくつかあるわけですが、比較的簡単にやれる方法としては「テスラコイル」「マルクスジェネレータ」「コッククロフト・ウォルトン回路」あたりでしょうか。
テスラコイル テスラコイルは空芯式の共振変圧器です。回転式のスパークギャップや半導体を用いて1次コイルを駆動し、2次コイルと浮遊容量で共振を起こすことで、高周波・高電圧が得られます。製作にはノウハウが必要となりますが、放電は派手で、様々なパフォーマンスにも用いられます。 マルクスジェネレータ マルクスジェネレータは、高圧直流電源に抵抗・コンデンサ・スパークギャップをハシゴ状に繋いだ回路を接続するものです。抵抗を介してコンデンサが充電されていき、一定の電圧を超えるとスパークギャップを介して全てのコンデンサが直列に繋がって高電圧が生まれます。高圧直流電源にはCRT用のFBTなどを流用することができます。コンデンサの充電に時間がかかるため、スパークは散発的になります。実施例としては YouTubeにたくさん動画があります。
コッククロフト・ウォルトン回路（CW回路） CW回路は交流電源にダイオードとコンデンサをハシゴ状に繋いだ回路を接続するものです。交流…
続きを読む

油入式フライバックトランスの製作

イメージ
ご注意 フライバックトランス（以下FBT）から得られる高電圧は非常に強力かつ危険なものです。感電した場合、命に関わる深刻な事態に陥る可能性があります。そうならないよう、絶縁手袋を着用したり、ヒューズやブレーカーを挿入する等の安全対策をとってください。 概要 ネットの情報を参考に、CRT用のFBTのコアを利用して高周波・高電圧の交流電流が取り出せるFBTを製作しました。10kV以上の電圧を得ることができ、強力なアーク放電をしたり、真空放電したり、CW回路をドライブしたり、色々なもの焼いたりできます。乾式のものは結構見かけますが、油で絶縁するものはあまり見かけなかったので作り方を紹介します。
参考にした動画・サイトHow to Make a Super High Power Fly Back Transformer - YouTube霧積工作室: 部屋は汚いんじゃない、私が美しいのだ 使用したもの 材料 ネットで購入したものはリンクを貼っています CRT用フライバックトランス（コアのみ使用。できるだけ大きいもの）PEW 1.6mm（1次巻線用）UEW 0.29mm（2次巻線用）シリコーンオイル KF-96-50cs （エンジンオイル等、電気絶縁性のある鉱物油なら大体何でもいいと思う）クリアファイル（コイルの層間の絶縁用）容器の材料（アクリル容器・アクリル板等、必要に応じて）エポキシ接着剤（今回は『ボンド エポクリヤー』を使用） 道具真空ポンプ真空脱泡器（自作）その他各種工具 実験用機材スライダック（5A）ZVS Flyback Driver（後述） 構造・作り方 今回は手元に真空ポンプがあったので、参考として挙げた動画のようにコイルの層間に絶縁体を挟んで油に沈め、脱ガスすることにしました。層ごとの絶縁が簡単かつ確実に行えるメリットがありますが、油漏れに気を遣うなど、やや扱いにくくなります。動画では層間を新聞紙で絶縁していますが、燃えてしまったようです。厚手のクラフト紙で実験したところ 脱ガスしても5kVで20秒ほどしか耐えられなかった ため、もうひとつ紹介したブログ記事を参考にクリアファイルで絶縁をすることにしました。

コア コアはCRT用のFBTから取り出したものです。モノによるかもしれませんが、コアに付いているコの字型のバネを外してペンチでグイグイ引っ張ると分解す…
続きを読む

WindowsのIMEの状態をLEDで表示するガジェット

イメージ
動機 WindowsのIMEは半角/全角キーを押すたびにOn/Offがトグルするようになっており、今どちらの状態なのかが分かりにくくなっています。特定のキーでOn/Offする設定にしたり、カーソルの近くにマークを表示してくれるツールを試したりしましたが、どの方法もしっくり来ませんでした。
LEDに表示してみる モニタのそばにLEDを置いてその色で状態を表せば、画面を注視していても視界の端にうつるLEDの光で認識できて分かりやすいのではと考えて、試してみることにしました。LEDを点灯/消灯するだけなので今回はRS232CのDTR/RTS信号で制御することにしました。
ハードウェア 小さなLEDを1個ずつ駆動するだけなら、シリアルモジュール、LED、抵抗を用意して👇のように接続すれば制御できます。ただし、シリアルモジュールはDTRとRTS信号が引き出せるものを用意する必要があります。今回は 秋月電子さんのFT232RL搭載のモジュール を使用しました。
明るさが必要な場合 今回はちょっとシャレオツな感じにしたくてモニタの裏側から広い範囲を照らすことにしたので、高輝度なLEDを5個並列にしてパワーMOS-FETで駆動する👇のような回路を構成しました。VCCも5Vに設定。パワーMOS-FETは部品箱に余っていたものから適当に選びました。

RTS信号が使えない場合 シリアルモジュールには、DTR信号しか引き出せないものが多いです。一応、👇のような接続でも似たような動きはできると思いますが、この場合は常にどちらか一方のLEDが点灯した状態になります。サスペンド状態などでUSBの電源供給が止まらない場合でも点きっぱなしになってしまうので、そういう場面でちょっと格好悪くなります。

ソフトウェア IMEの状態を読み取りDTS/RTS端子に反映するWindows用の常駐アプリを組みました。上記以外の接続以外にも対応できるよう、割り当てを変更できるようにしました。

2018/9/23 : LEDの点滅機能を追加しました。

IMEの状態をCOMポートに出力する奴 ver.0.1.1.0

完成 👇のような動作風景になりました。慣れればなかなか使えるのではないでしょうか。シリアルモジュールとLEDと抵抗があればすぐに作れるので試してみてはどうでしょう。
IMEの状態をLEDに表示するやつ…
続きを読む