青少年科技创新大赛创新发明作品《基于塞贝克效应的超级蜡烛》

基于塞贝克效应的超级蜡烛
一、研究背景
农村地区供电线路乱，不够规范，每逢阴天下雨，经常停电；为了照明，每家都会有蜡烛。

蜡烛照明不够亮，还晃动。

于是设计一种能够高效发光的蜡烛显得很有必要。

二、研究过程
（一）设计过程
从书本中我知道，能量可以转换，热能可以转换成电能，于是我想手机蜡烛的热量发电，让蜡烛成为一个小电厂。

我研究了热电厂的发电原理，发现蜡烛发电不现实，但是我们没有放弃，继续从网上搜集资料，看有没有小型的热回收装置。

终于，功夫不负苦心人，我找到了解决方案。

采用温差发电技术，温差发电技术具有无运动部件、无噪声、无污染等优点，因此在各类高温窑和汽车尾气的废热回收、热电制冷、太空探测器的电源等领域得到广泛应用。

此技术基于塞贝克效应，将P型和N型两种不同类型的半导体材料相连形成一个回路，若两个接头处存在温差，则回路中会产生电流。

温差发电片的发电功率取决于正反面的温差，蜡烛火焰会带出大量的热，经查阅数据发现蜡烛外焰温度在500摄氏度左右。

蜡烛火焰形成的气流，距离蜡烛火焰15CM厘米处温度大约120摄氏度。

另外采用LED作为光源，功率小、节能环保，3V电压可以顺利驱动。

将1片温差发电装置的电流收集后，可以满足3个高亮LED灯珠使用。

在上述的设计过程中，我的思路越来越清晰，采用温差发电片作为能量来源，驱动LED发光。

设计图如图1：
图1
图3
（二）制作过程
1.温差发电片及散热片的选择。

温差发电片是一种半导体材料，只要真反面
有温度差，就会产生电流。

我们在实验中发现，温差达到20度，电压能达到1V ，
温差60度，电压能达到3.5V ，完全可以驱动小型的LED 灯泡。

温差发电片如.
从网查到，温差发电片的发电功率关系为：
温差20度：开路电压0.97V,发电电流：225MA
温差40度：开路电压1.8V,发电电流：368MA
温差60度：开路电压2.4V,发电电流：469MA
温差80度：开路电压3.6V,发电电流：558MA
温差100度：开路电压4.8V,发电电流：669MA
散热采用，3D 打印机散热片，尺寸大小为40*40mm 。

2.升压板的选择。

温差发电的电压很低，接上LED 灯不会点亮，
需要用到增压设备，我从网搜集了一款可以0.9V 转5V 的增压设备。

如图3
3.LED 灯的选择。

选择USB 接口LED 灯，可以直接连接升压板上，此USB 灯采用3颗高亮 高
效LED 灯珠发光，电流420MA 左右，功耗约2.3W ，每个灯珠并联独立设计，即
使坏一颗也不影响另外2颗灯正常使用。

并配合透明罩保护灯珠和电路板子，外
观精致美观，方便携带。

如图4
经过两周的不断尝试，我们的第一个作品终于成型了。

将散
热片涂抹硅胶后黏到发电片上，温差发电片连接到升压电路，
然后把USB 灯泡插到升压模块上；最后把升压模块和温差发电
片按照图1固定到灯罩上就可以了。

（三）使用方法
1.安装如图5所示的方法组装
2.再发电片有字的一面安装黑色散热片。

3.第二次使用无须重复步骤1、2；点燃蜡
烛，将上述装置罩在蜡烛上。

图2 图4
图5
三、技术创新点
1.充分利用蜡烛的热量，节能环保，LED亮度高。

2.采用透明灯罩，不浪费蜡烛的光亮。

3.小巧灵活，可以长时间持续发光，可以作为应急照明灯具使用。

4.采用USB接口，可供其他USB设备使用，如手机充电，扩展性更好。