簡単に作れる冷蔵庫を紹介する
動機
冷蔵庫について
ペルシェ素子はある方向に直流電流を流すと、素子の上面で吸熱（冷却）し、下面で発熱（加熱）する、ペルチェ効果を用いた板状の半導体熱電素子の一種です。
その特性を利用し、フロンガスを使わないクーラーを作ろうと思ったわけです。
仕組み
ペルチェ素子とは？
ペルティエ素子（ペルティエそし、英: Peltier device）とは、電子部品のひとつで、熱電素子の一種である。各種の冷却装置に使用されている。サーモ・モジュール、ペルチエ素子、ペルチェ素子と表記することもある。
2種類の金属の接合部に電流を流すと、片方の金属からもう片方へ熱が移動するというペルティエ効果を利用した板状の半導体素子。直流電流を流すと、一方の面が吸熱し、反対面に発熱が起こる。電流の極性を逆転させるとその関係が反転する。また温度制御が可能なばかりでなく、温度差を与えることで電圧を生じさせることもでき、これをゼーベック効果という。
吸熱量Qcは次式で表される[1]：
ここで、πc = (αp-αn)Tcはペルティエ係数、αp, αnはゼーベック係数、Tcは素子の低温側温度、Rは抵抗、Iは電流、Kは熱コンダクタンス、ΔTは高温側と低温側の温度差である。
ペルティエ素子の性能は最大吸熱量Qmax、最大電流Amax、最大電圧Vmaxで表される。印加電圧が大きくなると発熱量が増えて冷却効率が悪くなるため、最大電圧の50-60%が最適電圧といわれる。
材料としてはp型およびn型のビスマステルル系半導体などが用いられる[1]。
複数重ねることで熱の移動量を増やせる。
コンピュータのCPU冷却、車などに乗せる小型冷温庫、医療用冷却装置などに使用されている。通常使われる素子の占有面積は0.1-100 mm2、吸熱量は0.5-1000 W程度である[1]。
利点[編集]
家庭用の電気冷蔵庫やエアコンに使用される逆カルノーサイクルを使う冷却方法と比較して、以下の特長がある[1]。
- 装置の体積が小さく装置の小型化が容易
- 騒音・振動を発生しない
- 電流の制御により吸熱をコントロールでき、高精度・高応答性の温度制御に適している（半導体レーザーの精密温度調など）
- 極性を変えることで加熱にも使用可能
欠点[編集]
引用 Wikipedia ペルティエ素子 - Wikipedia
誰でもかんたんに環境にやさしい冷蔵庫が作れる！
よくネットで見る記事ではペルチェ素子の発熱面にCPUクーラー、吸熱面にアルミ板やファン付きの小型ヒートシンクでサンドして作っていることが多いですが
アルミに穴をあけたりペルチェ素子がしっかりサンドされるように固定したり面倒。
僕も一回CPUクーラーとペルチェ素子、アルミ板で作りましたがアルミ板は冷えるものの放熱がうまくいってないようでしばらくするとアルミ板も熱くなってしまいました。
そこでキットを使うのを勧めます。
↓市販のキット
キットを利用した作り方
1. 発泡スチロールに65mm×50mmの穴を開ける
2. 外側からユニットを乗せる。
3. ユニットから出ている配線を赤黒で別々にまとめ、はんだ付けでまとめてしまう。
4.束ねた配線を電源アダプタコネクターに挿入し、ねじで止める
5.PC用12v電源につなげる
完成！
このキットを利用する場合、65×50の穴でぴったしはまります。
性能
検証時気温21.5度
1分後 16.4℃
30分後 9.6℃
120分後 9.9℃
室温マイナス10度を達成しました！
冷蔵庫よりは温度が下がりずらいですが十分ですね！
ペルチェ素子でクーラーは作れないの？
欠点にあるようにヒートポンプに比べて冷却効率が劣り、移動させる熱以上に素子自体の放熱量が大きいため、冷却メカニズムとしては電力効率が悪い。
吸熱側で吸収した熱と消費電力分の熱が放熱側で発熱するため、他の熱交換機を使用し放熱する必要がある、などがあります。
適切なつかいわけがひつようですね。
注意
ペルチェ素子を利用する際は発熱面は場合によって100℃を超えるので
非接触型温度計を利用して常に温度を観測し、電圧を調整しましょう。
