DIY ペルチェベースのミニ冷蔵庫を構築する方法

2022/12/23

夏の外出中に水、飲み物、ジュースを冷やすための小さなポータブル冷蔵庫を持っていることを考えたことはありますか?

AC 冷凍は、冷蔵庫や部屋で冷却するための最も一般的な方法です。しかし、これは負荷の高いプロセスであり、このタスクを実行するには大量の電力とかさばる電気ハードウェアが必要です。

幸いなことに、ポータブル DC バッテリーとペルチェ効果と呼ばれるものを使用して、食品を冷たく保つ冷蔵庫を作ることができます。

ペルチェ効果とは

熱電冷却器またはペルチェ効果デバイスは、冷却または加熱に使用される比較的小型のデバイスです。ペルチェ素子は、従来の冷蔵庫やエアコンが交流で冷却するのに対し、直流（直流）で冷却します。ペルチェ効果とは、材質の異なる 2 つの導体をもつ回路に DC 電流を流すと、一方の接合部から熱が奪われて低温になり、もう一方の接合部が熱を吸収して高温になるプロセスです。

また、電流の極性が逆になると、以前は冷たかった接合部が熱くなることも観察できます。一方、電流の極性を反転する前に熱くなっていたジャンクションは冷たくなります。

温度制御のための熱電ペルチェデバイスの使用

上記の現象は、熱を抽出および除去できるデバイスを設計する機会を生み出します。熱を取り出す必要がある高温の表面またはデバイスに低温の接合部を配置し、高温の接合部をヒートシンクに配置すると、表面またはデバイスを低温に保つことができます。それだけでなく、継続的に最適な温度を維持してパフォーマンスを向上させることができます。

ミニ DC 冷蔵庫の作り方

上記の概念を使用して、DC 冷凍機を設計します。ミニ冷蔵庫が対象ですが、同じ手法で複数のペルチェ効果素子を使って中型冷蔵庫までスケールアップできます。

必要なもの

必要な機器は次のとおりです。

ワイヤーが取り付けられたペルチェモジュール (TEC1-12706)。
2 つのヒートシンク。
12 V DC バッテリーまたは DC 電源。
箱 (内部は、木材、段ボール、発泡スチロールなどの熱伝導性のない素材である必要があります)
強制対流用ヒートシンクフィン上の 2 つのファン Delta エレクトロニクス FFB0412HN
サーマルペースト
電線

ここで使用している熱電冷却ペルチェデバイスは、最適動作電圧が 12VDC で、ほぼ 6A の電流 (72W) を消費する DC 動作デバイスです。動作電圧は 15 VDC を超えないようにしてください。ヒートシンクなしでペルチェデバイスの電源を入れないでください。たとえ一瞬でも使用すると、デバイス接合部の最大動作温度を超え、デバイスの性能低下または完全な故障につながる可能性があります。

ステップ 1: ボックスを準備する

次に、断熱材の空の箱を用意します。このデモンストレーションでは、厚紙を使用しました。ミニ冷蔵庫設計用のペルチェ素子 TEC1-12706 (つまり 40mm x 40mm) の寸法に従って穴またはキャビティを作成します。ボックスに作成したキャビティにペルチェデバイスを配置します。

ステップ 2: ペルチェデバイスにヒートシンクを配置する

次に、ペルチェデバイスの両方の接合部にヒートシンクを配置します。ペルチェデバイスの各ジャンクションは、伝導性の高いサーマルペーストを使用してヒートシンクに取り付けられています。サーマルペーストは、各ペルチェジャンクションとヒートシンクベースプレートの間のスムーズな熱の流れを確保すると同時に、ホットジャンクションが過熱し、コールドジャンクションが冷たくなりすぎていずれかのジャンクションに損傷を与えないようにします。

ヒートシンクは定期的に空気の流れを維持することにより、ペルチェデバイスの効率を高めます。これは、内部ジャンクションからの熱抽出と外部ジャンクションからの熱除去のためにヒートシンクによって提供される大きな表面積により、周囲空気とペルチェデバイス間の熱交換が増加するためです。優れた設計のために、より大きなフィンとより大きな表面積を持つヒートシンクをお勧めします。

ステップ 3: ファンを取り付ける

次に、選択したファンを各ヒートシンクフィンに取り付けます。ファンによる強制対流により、ヒートシンクフィンを通過する空気流の速度が向上し、より多くの熱を抽出することが可能になります。

このプロジェクトで使用されるファンは、10.6 cfm のエアフローを備えた 12VDC ブラシレス (デルタエレクトロニクス FFB0412HN) です。各ファンがバッテリーから消費する電力は 1 ワット未満です。ただし、パフォーマンスを向上させるために、より多くのエアフローを備えたファンを使用できます。

サーマルジャンクションの短絡を避けるため、ヒートシンクに取り付けられたネジなどの金属インターフェースを介してデバイスジャンクションを接続しないように注意してください。これにより、熱の流れが金属ネジなどを介して最短経路になる可能性があるため、ペルチェ素子冷凍機の性能が大幅に低下する可能性があります。

2 つのヒートシンク間の熱短絡のためにネジを取り付けることができない場合は、接着剤を使用してヒートシンクをボックスに取り付けることができます。ただし、ヒートシンクとペルチェデバイスの間にヒートシンクペーストを使用することは必須です。

ステップ 4: 12 VDC を使用して電源を入れる

次に、ペルチェデバイスのジャンクションとファンのワイヤを 12 VDC バッテリーに接続します。バッテリには、7A DC 電流を供給する電流容量が必要です。このファン付きペルチェモジュール 1 台には、10Ah 以上のバッテリで十分です。ボックスの内側が冷たくなり、外側が熱くなり、ボックスから熱を奪って冷却するように、デバイスのジャンクションの電圧極性を設定します。

デバイスが電流を流せるように、ワイヤーをバッテリーに接続します。バッテリーから引き出される電流を注意深く観察してください。ペルチェデバイスの製造元が指定した制限内である必要があります。システムにしばらく電流を流し、電圧と電流を観察して安全な限界を確認します。

しばらくすると、箱の中の冷たい空気を感じるでしょう。水のボトルやジュースを追加して、涼しく保つことができます。ミニ冷蔵庫として使用するために箱に蓋をします。動作の信頼性を高めるために、温度コントローラを追加して、ペルチェデバイスが動作限界を超えないように保護することができます。

あなた自身のDIYミニ冷蔵庫を作りました

これで、ペルチェデバイスと他のいくつかの単純なコンポーネントを使用して、ミニ冷蔵庫を自作できます。ペルチェ効果モジュールは、低予算で軽量の冷却システムが必要な電子デバイス、回路、およびシステムの冷却などのアプリケーションの温度制御にも使用できます。