Smartphone laddare drivs av brand

Bärbar, kompakt och justerbar termoelektrisk nödgenerator.

Bakgrund:
Anledningen till detta projekt var att lösa ett problem jag har. Jag gör ibland flera dagars Fotvandring/backpacking i naturen och jag ta alltid med en smartphone med GPS och kanske annan elektronik. De behöver elektricitet och jag har använt reservbatterier och solar laddare för att hålla dem igång. Solen i Sverige är inte mycket tillförlitliga. När du behöver det som mest it´s antingen regnar eller andra omständigheter som gör det omöjligt att ladda med solpaneler. Även när it´s klart väder det helt enkelt ta för lång tid att ladda. Batterier är bra men tung. Jag har tittat efter alternativ men de är antingen mycket dyrt eller för stor.

En sak som jag alltid ta med mig men på en vandring är brand i någon form, vanligtvis en alkohol eller gasolbrännare. Om inte det, så åtminstone en brand stål för att göra min egen eld. Med detta i åtanke fastnade jag av tanken på att producera el från värmen. Jag vet, effektiviteten är mycket dålig men det går åtminstone! Så, med inspiration från mina tidigare projekt (Thermoelectric-Fan-Driven-by-a-Candle) jag bestämde mig att bygga min egen termoelektrisk laddare. Det finns liknande projekt men inte som uppfyller mina krav (vad jag kunde hitta).

Koncept:
I´m med en thermoelectic modul, även kallad peltier-elementet, TEC eller TEG. Du har en varm sida och en kall. Temperaturskillnaden i modulen kommer att börja producera el. Begreppet fysisk när du använder den som en generator det kallas Seebeck verkställer. Thermoelectic moduler används främst för motsatt effekt, Peltier effekten. Då du använder en elektrisk belastning och det kommer att tvinga en värmeöverföring från ena sidan till den andra. Används ofta i mindre kylskåp och kylare. Läs mer om jag här:
http://en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Mina krav:

• Så liten, lätt och bärbar som möjligt
• Robust
• Justerbar spänning (vill använda med brett spektrum av produkter)
• Minst 5V / 0.2A (1W) att ladda en iPhone 4s, 2W om möjligt
• Kompatibel med alkohol/gasbrännare, lägereld och ljus

Lösning:
Med massor av tester och experimenterar kommit jag fram till jag skulle behöva en kraftfull TEG-modul. Jag har tidigare använt en billig TEC-modul (8€) men det enda råvaror om 0.5W och för låg spänning och max temperatur. Jag skulle kunna använda flera av dem men det kommer att bli en mer komplicerad och värme begränsade konstruktion. Jag hittade en 40x40mm TEG som producerar 5.9W (4.2V/1.4A) på 180 ºC skillnaden. Den har en maximal drift temp på 350ºC (180 ºC kalla sidan), som bör vara tillräckligt. IT´s ganska dyra dock ca 50€ men det är fortfarande billigare än de flesta solar laddare och mycket billigare än andra kommersiella termoelektrisk laddare jag hittade.

För att transportera bort all värme och kyla med luft behöver du vanligtvis en stor kylfläns. Som min konstruktion måste vara kompakt och lätt, var jag därmed begränsad till mycket små kylflänsar. Jag beslutade då att "steel" en liten mängd elektricitet och kyla konstruktionen med en motor/fläkt. Som skulle leda till mindre laddning energi men det var det enda jag kunde tänka på att hålla storleken ner (och inte använder vattenkylning). Som det blir varmare, det producera mer el och också mer kyleffekt från fläkten. Om du vill hindra värmen från att överföra till kallen isolerad sidan använde jag två värme brickor för den strax fixating och även ett lager av isolering mellan metall block.

Första prioritet var att få en stadig 5V källa att köra olika USB-enheter. Modulen själv producera mindre än 5V. Jag löste att konstruera en justerbar reglerad spänning Step-up. Detaljerade specifikationer återfinns senare i detta projekt.

Resultat:
När jag började detta projekt hade jag ingen aning om det faktiskt skulle fungera. Det visade sig det fungerar även över mina förväntningar! Jag kan ladda min iPhone som var huvudmålet och det är helt själv kylas även med extrem värmekällor.
Kyla är inte optimalt på grund av it´s ringa storlek, men I´m nöjd ganska eftersom jag kan ta det med mig. Jag skulle gärna se dig bygga ännu bättre lösningar, I´m helt säker på att det skulle kunna göras ännu billigare och mer effektivt. Det finns mycket spillvärme i denna konstruktion!

För att faktiskt göra det själv, Fortsätt läsa! Mer tester och resultat i slutändan.

Funktioner:

• Justerbar utspänning
• Justerbar RPM för kylfläkt
• Justerbar temperatur monitor
• Justerbar spänning limiter
• Justerbar konstruktion höjd
• Valfri USB-kontakt
• Lätt att montera/demontera
• 400g
• 90x90x80mm

Program:
Detta kan användas med ett brett spektrum av värmekällor och driver ett brett spektrum av produkter.

• Ljus (låg uteffekt)
• Ande brännare/spis (svårt att styra)
• Gasbrännare/spis (bäst hittills)
• Vedspis (ännu inte testat)
• Lägerelden (ännu inte testat)
• Metall kan med eld (ännu inte testat)
• Grill (ännu inte testat)

• Ljus i mörkret (LED)
• USB-laddare (telefoner, batterier, etc.)
• Extern fläkt (kylning effekt, brand booster, etc.)
• USB-Prylar (musikspelare, drink svalare, etc.)
• Ladda super kondensator och effekt högintensiv SOS signaler