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。

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