ペルチェ素子2段で−4℃まで行く空冷ファンを探せ!

先日に続き、ダストクーラーボックスの修理をやっています。前回は、ジャンクの8cmファン付きヒートシンクに2段のペルチェ素子を12Vと5Vで駆動させ −1℃ を達成できました。

次なる作業は、仮組みするため電源を周りの収まりをなんとかします。

スクリーンショット_2020_08_08_1_02

ダストボックスにこの1Uサーバ電源を入れるためには、長さを3.5cm切り詰める必要があります。一度、電源をバラして詰められそうな部分を短くします。

IMG_20200804_165709_8

AC電源入力部分をざっくりと外だしにしてケースを切りました。これで3.5cm以上は短くなったので、ダストボックスに横置きできるようになりました。

IMG_20200805_021441_8

配線周りをやって、この状態で中がどのくらい冷えるか確認しました。すると、写真はないですが約16℃くらいです。前回は22度だったのでだいぶ前進しましたが、10度くらいにはなって欲しいのでさらなる検討が必要です。

空白_Skitch_キャンバス

さらに冷やすためには、冷却側の金属接地面積を増やすのと、発熱側をさらに冷やすことの2つの戦略がありそうですね。冷却側は明らかに、接地面積が足りず結露の氷がペルチェ素子側にあります。

発熱側は、もう少し高性能なヒートシンクがあれば理論的に、もっと冷やせるはずです。そういえば、JunkなiMacG5があるのを思い出して引っ張り出してきました。

IMG_20200806_130357_3

このヒートシンクはたぶん、銅製だったはずです。中を開けて確認。

空白_Skitch_キャンバス

はい! 銅製で、かなり重いです。このヒートシンクのほうが熱が伝わりやすいので今のジャンクファンより、このiMacG5のジャンクファンのが冷えるはず。

空白_Skitch_キャンバス

ということで、実験してみましょう。前回と同じ環境で、ヒートシンクだけ変えています。表面温度が安定する温度を計測します。

IMG_20200808_005211_4

!! 前回は、−1℃で安定していたのが、今回は−5度くらいで安定しています。さすが、銅製ですね。発熱側の熱を効率よく解放することでここまで下がるんですね!

では、実際に仮組みして、ダストボックスの中がどのくらい冷えるか確認してみます。

スクリーンショット_2020_08_08_1_18

ファンはシロッコファンみたいなのでヒートシンクにカバーをしたほうが良さそうですが、まずはざっくりこの状態で。ダストボックスの中の温度は少し見えにくいですが約10℃になっています。家庭用冷蔵庫とほぼ同じ温度です。銅製のヒートシンクに変えることで 6℃ 下がりました。

次は、冷却面を考えることにします。まずは、ペルチェ素子の面を全部金属に接地させるために、今まで使っていたジャンクのヒートシンクをバラして銅部分だけ使うことにしてみます。

IMG_20200808_013254_4

まだ加工は途中ですが、銅のヒートパイプ部分をアルミブロックの脇を通りダストボックスの中まで貫通させるイメージです。表面温度は0度で凍結していますね。

IMG_20200808_015644_3

ヒートパイプもペルチェ素子付近は凍結していますが、パイプの先までは冷気が逃げるようで無理でした。冷却面をシリコンシーラントで断熱すれば良いのかもしれません。銅ブロックをアルミブロックの代わりに使えばもっと効率がいいのかもしれません。要課題です。

冷却側はいかに、熱を逃さないようにするか断熱が課題ですね。こうして作ってみると、冷凍庫の冷却システムってすごいですね!

ダストボックスとしては実用温度に達しているので、そろそろ実験も終えて運用できるように組み付けを考えないとですね。ちなみに、この構成の消費電力は、約80Wです。

17939

1ヶ月の電気代は、約1500円

78W_23時間x30日_1kWh単価27円_で電気料金を計算

生ゴミを臭わなくする価値が1ヶ月1500円に見合うかどうかですね。50Wくらいだと嬉しいんですが、2段にしているので今のシステムだと仕方ないですかね。

次回は、冷却面を完成させて組み込み実運用できればと思います。ダストボックスはそろそろ限界が見えてきたので、バイクの色を塗りたいです。

 

ペルチェ素子2段でマイナス温度を実現! 効率的に冷やす方法とは?

先日、ダストクーラーの修理をしました。しかし実際に運用してみると、あまり冷えないことに気がつきました。100円均一で、温度計(目安計で正確ではありません)をゲットしてきて測ってみると23度くらいです。(室温28度)

IMG_20200801_152308_7

考えられる原因としては、以下が挙げられます。

・ペルチェ素子の冷える面に対して、アルミブロックの設置面積が足りない
・冷える面と、温まる面の防壁がない(熱が逃げる)
・温まる面にヒートシンクがついていて、間接的にケースの外側にファンがついている
→ 熱が効率的に冷えない → 冷える面もそれに準じ、さほど冷えない

つまり、改造したので構造的な部分の欠点、熱交換の部分の欠点などが考えられそうです。

スクリーンショット_2020_08_04_0_48

ちなみに、冷蔵庫は10度くらい、冷凍庫は−10度〜18度くらいのようでした。

生ゴミ保管庫としては、0度くらいを保ってくれると嬉しいのですが、もう少し改善できない実験してみることに。

まず、構造的な部分は次回考えるとして、今回はペルチェ素子を2段3段と重ねたらどうなるか実験してみました。まず、電源をJunkBoxから調達です。

スクリーンショット_2020_08_04_0_56

1Uサーバ用の250W電源です。中は少し改造してありますが、12Vと5Vが取り出せるようになっています。この電源なら60Wのペルチェ素子を3、4段重ねて駆動させられます。

IMG_20200803_213232_0

実験用の設備は、ファン付きのヒートシンクにペルチェ素子を付けて、表面温度を計測します。ファンは5Vに接続してあり、ほぼ音はならない回転数です。12Vにファンを接続すると爆音でファンが回ります。

IMG_20200803_214039_6

ペルチェ素子が1枚(12V)のときは、おおよそ9度でした。ファンは5Vに接続してあります。

スクリーンショット_2020_08_04_1_02

では、2枚に重ねてみるとどうなるでしょうか? ペルチェ素子が2枚(12V)のときは一旦、1度付近まで下がりましたが、2、3分すると温度が上昇し、結局下の写真のように8度〜9度付近で安定しました。

IMG_20200803_232802_8

ペルチェ素子が3枚(12V)(3段)のとき、写真を撮り忘れましたが、今度は逆に温度が上がっていく現象になりました。一瞬、何が起きたのかパニックになりました。そうそうに電源を切ったので写真がなくてすみません・・・・うーむ(笑)
冷静になって考えてみると、12V定格で3枚を密着させて動作させたときの熱を吸収できなったのでしょう。

IMG_20200804_002621_1

今度は1枚に戻して、ファンを12Vに接続して実験。すると、0度付近で安定しました。でもファンが煩さすぎて運用する気にはなれません。しかし、発生する熱をうまく逃すことができれば、冷える面も下がるということはわかりました。熱を逃がせないと前回3段の時のように、ペルチェ素子自体が発熱してくることもわかりました。

IMG_20200804_003744_8

最後に、2枚接続し、下段は12V、上段は5Vに接続、ファンは5Vで回します。すると、マイナス4度まで一旦下がりました! 5分以上、稼働させ安定するポイントは−1度くらいでした。

IMG_20200804_012210_8

つまり今回の実験では、一番効率がいいのは、2枚の組み合わせです。CPUヒートシンク(ファン付き)側に接続するペルチェ素子は12Vで定格駆動させ、上段は5Vで運用。これが今の所、最適のようです。

3段でも、電圧を調整して熱量をうまく逃すことができれば同じように効率的に冷えると思いますが、2段でマイナスまで行ってくれれば今回は良しとします。ブログを書いているとペルチェ素子が結露して凍結していました! 記念に、-1℃ とドライバーで書いてみましたよ!

IMG_20200804_012347_0

次回は構造的な部分にメスを入れてみたいと思います。なんとか、使えるダストボックスにしないとですね!

 

DW1820A WiFi、Bluetoothとアンテナを取り付け

ちょっと間が空きましたが、無事にアリエクから購入した品が届きましたので、取り付けてみました。

WiFiとアンテナを調達!
https://junkhack.gpl.jp/2020/03/29/wifi-dw1820a-bcm94350zae/

実際のカードはこんな感じです。このカードは、WiFiとBluetoothのコンボカードです。

14765.jpgちゃんと、技適のシールもあるようですね。14764.jpgWiFiカードは、HDDマウンターの下にあります。14763.jpgこんな感じでアンテナを取り回してみました。アンテナコネクタが取り付けにくかったので、取り付けてからねじ止めしました。14762.jpg2本あるので、上段のは穴を開けています。14761.jpgちなみに、こういうのがあると、便利に穴が開けられます。上段スロットの蓋をとりはずして穴あけておきました。とりあえずは、ここがベストかな。3pc_Hss_step_drill_bit_set_cone_hole_cutter_Taper_metric_4_12___20___32mm_1___4__titanium_coated_metal_hex_core_drill_bits_Drill_Bits__-_AliExpress.png

あとは、BIOSでEnabledになっているのを確認後、Win起動。14759.jpg14760.jpgドライバーがまだ入っていないので、BCM2045A0の不明なデバイスになっています。2020-05-08__1__png_-_OneDrive.png

ドライバはこれで行けるようです。

Broadcom 4356 Bluetooth ドライバー (Windows 10 64bit) – ThinkPad L460
https://support.lenovo.com/jp/ja/downloads/ds111952

2020-05-08__3__png_-_OneDrive.png

当初、懸念していたベンダーIDとかいじらなくても特に認識した感じです。Windows機として使う場合は、無線はやっぱり便利ですね。Bluetooth4.1 LEです。1600円くらいで、WiFiとBluetoothがつけられるので、純正より安いですね。

このマシン、将来的にはサーバ機になるんですが現在はフォートナイト専用マシンとして遊んでいます。画質は全部、低にしてだいたい50FPS くらいでますんでビギナーにはちょうどいい感じ。