ダブル ペルチェ冷却装置を作って水槽の水を冷やす

今年は7月でも涼しいので冷夏の年と思いましたが、7月下旬になって気温が30度を超えてきたので水耕栽培の水温が上がってしまって植物が枯れてしまいそう。

水耕栽培はクーラーの効いた部屋で育てているのですが、やはり窓際だと水温がどうしても30度近くになってしまうので、ペルチェ冷却装置を作って水を冷やすことにしました。

ペルティ(ペルチェ)素子とは?

電流を流して熱を発生させる電子部品。

ペルティエ素子

原理

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、その関係が反転し高精度の温度制御に適している。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、ゼーベック効果という。

実際には表面(文字がプリントしてある面)が冷えて、裏面は熱くなる。

このペルティエ効果を利用して表面で水を冷却して、熱くなった裏面をCPUクーラーで冷やすことにします。

車で使う携帯冷蔵庫や寝室などに置く小型冷蔵庫などもこのペルチェ素子を使って冷却しているようですね。

このペルティエ効果を利用して水を冷やしていきます。

ダブル ペルチェ冷却装置のようす

完成したペルチェ冷却装置はこちら↓真ん中の水を循環させるアルミ水冷却ブロックにペルチェ素子をサンドして熱くなるほうの面をCPUクーラーでサンドして冷やすようにしました。

水耕栽培の一番下の段の水をためておく水槽を冷やします。水槽を冷やしてから栽培容器に水を送れば冷えた水が循環するようにする。

ペルチェ冷却装置

ペルチェ冷却装置に必要なもの

今回は真ん中にアルミ水冷却ブロックでその両側にペルチェ素子をダブルで使って、そのまた両側にCPUクーラーを付けて熱が出たペルチェ素子を冷やします。

  • アルミ水冷却ブロック(水を通してCPUを冷却するためのもの)
  • ペルチェ素子 2枚(表面が冷えて裏面が熱くなる特徴のある素子)
  • CPUクーラー2個(熱くなったペルチェ素子を冷やす)
  • チューブ(水循環用)
  • ポンプ(水循環用)

材料はメインの電子部品のペルチェ素子と、主にパソコンのCPUを冷やすのに使う水冷却ブロックやCPUクーラー、それと水を循環させるためのチューブと水槽から水を送るポンプが必要です。

主に安価で送料無料で買えるebay.comで買いました。電子部品など中国から送られてくる細かいパーツはebay.comか海外通販Banggoodが一番安いようです。Aliexpressもありますが、ショップによってはかなりいい加減で壊れたものなど平気で送ってくるので・・・同じ業者から買うにしてもやはりebay.comが一番かなと思います。

アルミニウム合金水冷却ブロック40x40mm

CPUの上にくっつけて水で冷やすための水を循環させる金属の水冷却ブロック。コレの両面にペルチェ素子をはさんで流れてきた水を冷却するようにします。

CPUクーラー 2個

ペルチェ素子を2枚使って水冷却ブロックを挟んで冷却、ペルチェ素子の反対面の外側が熱くなるので適当な安いCPUクーラーを2個買って冷やすために使います。

別途シリコングリス↓も必要かと思って買いましたが、今回買ったCPUクーラー白虎弐 SCBYK-2000Iの付属品に少ないけどシリコングリスが同梱されていたので必要なかった。

CPUクーラーに同梱されていたシリコングリス↓1回使い切りなので今回はこちらを使う。

ペルチェ冷却装置

CPUクーラーとCPUクーラーを合体する時にM5の20mm~25mmほどのボルトとナットも必要になります。以下のようなセットでも売ってますが、ホームセンターで買うのが手っ取り早かった。

ペルチェ素子

ポンプ

ポンプは少量の水を給水するのに適していそうなポンプを買ってみましたが、音がうるさい。

このポンプを使って実験してみたところ↓キャリキャリキャリというような音がしたので使うのをやめて違うポンプを使います。(気になる方は以下の動画で音を確認してみてください。)

結局はこちら↓の熱帯魚用?のポンプのほうが音が静かでパワーがあるので結局はこちらを使った。

細かいパーツ

その他、12Vの電源やプラグやコネクターなどが必要になります。

上のパーツで基盤にハンダゴテで並列接続して下の12V10AのACアダプターに接続しました。

その他に、ペルチェ冷却装置を棚の上に磁石で固定しておくためのパーツを3Dプリンターで作りました。

ダブル ペルチェ冷却装置 制作

それでは材料も揃ったので作ってみましょう。といってもシリコングリスでくっつけてビスで固定するだけなので工作という程ではありません。

12Vの電源がCPUクーラーのファン2つとペルチェ素子の2つ分で合計4つ必要になるので基盤にコネクタやピンのハンダ付けがメインの工作です。

ペルチェ素子

白い石のような質感のペルチェ素子に黒と赤の電線がでてます。

ペルチェ冷却装置

1年ほどで壊れる?ようなので予備でいくつか買っておきました。安いしね。

ペルチェ冷却装置

CPUクーラー

3000円弱のCPUクーラーが2台・ペルチェ素子・ポンプが届いた。

ペルチェ冷却装置

CPUクーラーのマザーボードに固定するピンをばらして外す。

ペルチェ冷却装置

黒い部分をひねって外して白い部分を回して引っこ抜く。

ペルチェ冷却装置

こんな感じ↓にペルチェとCPUクーラーをサンドします。

ペルチェ冷却装置

CPUクーラーとペルチェ素子をつける

CPUクーラーのCPUがあたるキレイな面にシリコングリスを塗ってペルチェ素子をくっつけていきます。

ペルチェ冷却装置

シリコングリスは間に空気が入らないように真ん中にもるようにして塗ってペルチェ素子を押し込むと空気の隙間なく塗布できます。

空気が入ると冷却効果が薄れるので、CPUを冷やす用に使う場合は特に注意する必要がありますが、今回はペルチェ素子の熱を冷やすだけなので、あまり気を使わずに塗布しました。

ペルチェ冷却装置

アルミ水冷却ブロックとペルチェ素子をつける

続いてペルチェ素子と、中心で水を循環させるアルミ水冷却ブロックもシリコングリスを塗布して付けていきます。こちらもシリコングリスを付けてサンドしていきます。

ペルチェ冷却装置

CPUクーラー・ペルチェ素子・水冷却ブロック 合体完了

それぞれシリコングリスを塗布して合体させて、最後にCPUクーラー同士をボルトで締めました。

ペルチェ冷却装置

シリコングリスがはみでてペルチェ素子が動いたりして安定しないのでナットをキツめに締めました。

ペルチェ冷却装置 完成

いきなり完成してしまいましたが、ペルチェ冷却装置は3Dプリンターで固定するパーツを作って中に磁石を仕込んで

3Dデータは以下のページからダウンロードできますので良かったらつかってください。といってもうまく組み立てられないかもしれない・・・未完成品(ところどころ切ったりしてます。)ので参考程度にどうぞ。

3D design 'Peltier_fan' created by Bey.jp with Tinkercad.

以下のように水槽の上の棚の裏に磁石てくっつけました。

ペルチェ冷却装置

ダブル ペルチェ冷却装置での冷却結果

ペルチェ冷却装置の効果を検証してみました。

水槽内 8Lで1時間 約5度前後冷却

水槽内に8Lほどある水を冷やします。最初は27度ほどで、1時間ほど冷却すると5度下がりました。

水槽全体が26度前後に落ち着いたので栽培容器に水を循環させると、栽培容器の水温も下がって26度平均まで下がってきた。

水が冷えるのに時間がかかりますが、予想通りに水が冷えたので水を循環させる1~2時間前にペルチェ冷却装置を点けておいて水槽が冷えてきたら水を循環させるのに使えそうです♪

5時間ほどやったらかなり冷たくなって15度ほどになるので、水を冷やすのにも使えそうです。

数時間冷やしていると、ペルチェ冷却装置から結露した水滴が落ちますので下に雑巾などをおいておく。

スマホで操作できるようにスイッチも作ってみたので後日書いていきます。

ちなみに最近の水耕栽培は、窓際水耕栽培なので徒長しまくりで・・・ベビーリーフ状態になったら収穫して食べています。↓

窓際水耕栽培 徒長

サニーレタスは↓こんなふうに上へ伸びていって途中で倒れてしまう・・・

窓際水耕栽培 徒長

コーンサラダも徒長するけど若い葉を取ってサラダにして食べました。

窓際水耕栽培 徒長

続く、

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