上の写真は、もともとのペルチェ素子が付いていたアルミブロックですが、４cm四方の汎用ペルチェ素子の接地面積が少ないので、この飛び出たアルミ部分を削り、銅を貼り付けることにします。

銅板は、これまたJunkな iMac G5があるのでこの中から取り出します。マザーボードの裏側には3mm厚の銅板があります。

まずは、これをヒートシンク大に切り取り、アルミブロックにねじ止めします。

銅板なんで、ハンドツールで切ってみましたが、かなり切り取るのに時間がかかりました。やっぱり、金属加工やるならバンドソーが欲しいですね。

アルミブロックの余分な部分は、グラインダーで削り取り、オイルストーンで平面出し。

完全に平面出すのは疲れたので、このあたりで妥協です。平面が出せるベルトサンダーがほしいですね。タップを切って、銅板を固定します。

銅板固定にさほどトルクは必要なにので、プラスティックのアンカーに皿ネジを固定する方法にしました。銅板２枚には、銅グリスを塗っておきました。コパスリップっていうグリスですが熱伝導用としてではなく、これは錆びやすいボルトを経年しても取りやすくするもので、焼きつきやすいプラグとか、マフラーのネジとかに使ったりするものです。ティッシュに含ませてグリース部分を落とし、なるべく固形状にして塗っておきました。普通のCPUグリスでもいいんですが、なんとなく銅なので良いかなと。

で、ダストボックスの穴を開けて、銅のヒートパイプを中に貫通させておきました。クリアランスがなかったので、ケースは少し削ってあります。これで完全にペルチェ素子は全面が金属に接地します。

ヒートパイプを中に貫通させたのは、まぁ、多少は冷却速度が速くなるかもくらいですがあわよくば、このあたりが凍結しないかなと思って加工してみました。

隙間部分には、シリコンシーラントを充填し保冷。CPUグリスで、ペルチェ素子を２つ重ねてつけます。黒いのは最初からあったスポンジ材です。

ペルチェ素子は、つける前に温度を測定しておきました。個体差があるようで、５枚のうち一番冷えるものを選別しておきました。

外気温、31度くらいで２段のペルチェ素子表面温度は、−8度で安定しました。（銅ヒートシンク、空冷）

背面のケースは熱がこもるので、取っ払いむき出し状態です。２、３時間くらい経過すると室温27度くらいで、ダストボックス内部は約10℃で安定していました。

もともとの純正ユニットでどのくらい冷えるのかは不明ですが、冷蔵庫と同じ温度ならまぁOKでしょう。水もいい感じで冷えていました。

冷却側をシーリングして、保冷し、銅ヒートパイプを中まで貫通させましたが、さほど効果はなかったようです。前回、ざっくり仮付した状態でも11℃くらいでした。アルミブロックに接触させず、銅を結露する状態で中まで貫通させたほうが中は冷えたのかもしれません。または、水冷にしてラジエターで発熱側をもっと冷やすとかすれば、もう少し下がるのかもしれません。やりたいことはいろいろあるんですが、今回は実用温度まで達したのでこれで終了にします。夏場ですが、冬とかどのくらいまで下がるんでしょうかね。気が向いたらレポートしてみます。

これで、いつ壊れても汎用の１枚200円のペルチェ素子で修理できますのでこれからずっと使えそうです。どのくらい壊れずに使えるか楽しみですね。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

！！　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。

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。

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。

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。

1ヶ月の電気代は、約1500円

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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！

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！

WiFiとアンテナを調達！
/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。

ちゃんと、技適のシールもあるようですね。WiFiカードは、HDDマウンターの下にあります。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。２本あるので、上段のは穴を開けています。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。

あとは、BIOSでEnabledになっているのを確認後、Win起動。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。

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

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。