ペルチェ素子を使ってみる～ by 楽拓.com

楽拓.comホーム

何でもＤＩＹ

ペルチェ素子を使ってみる

何でもＤＩＹ

ペルチェ素子を使ってみる

ＣＰＵの冷却を始め小型冷蔵庫やワインクーラーに使用されているペルチェ素子。はたしてどれほどの冷却能力があるのか？

１.ペルチェ素子って何？
　

２.実験の目的
　

３.部品の調達
　

４.実験の準備
　

５.実験方法
　

６.予想
　

７.実験開始
　

８.実験結果
　

９.考察

５.実験方法

１）温度の計測

　・ペルチェ素子にかける電圧を変化させ、高温側と低温側の温度を計測する。
　・電圧は5V～12Vまで0.5V単位で変化させる。
　　（可変電源が4Aまでしか対応していない為9V～11.5Vは計測不可、12Vは直接主電源から取る）。
　・高温側はヒートシンクの中央付近に温度計のセンサー部分を当てる。
　・低温側はアルミ版の中央付近に温度計のセンサー部を当て発泡スチロールを当てて押さえる。
　・各部分とも同じ状態を維持させ温度を十分に安定させてから測定する。

２）電圧対性能の比較

　全ての温度計測が終わったら高温部と低温部の温度から冷却温度の差を求める。
　冷却部の温度が一番低い時の電圧や温度差が一番大きい時の電圧などから、一番効率の良さそうな電圧を求める。

　実験などと大げさな事を書いているがたいした事はしていない。
　使い物になるかならないかを見てみたいだけで電圧を変えて性能をチェックする程度である。

このページの先頭へ

６.予想

　8V辺りで一番冷えそう。
　12Vだと発熱側の放熱が間に合わないだろう。
　表面には水滴が付き、しばらくすると水滴が凍結する。

このページの先頭へ

７.実験開始

・まずは5Vから試してみる

　テスターで可変電源の電圧を5Vに調整する。スイッチング方式の可変電源は負荷をかけていなくても正しい電圧が出るので調整が楽。
　ペルチェ素子に繋いでスイッチを入れてみる。
　あんまり冷えない。冷却側の温度は5.9℃。

・続いて8V

　5Vであまりに冷えないので、電圧が低すぎるのだろうと一気に8Vにしてみる。
　あんまり冷えない、冷却側の温度5.5℃。
　仕様では最大電圧16.8Vの時に発熱側と冷却側の温度差が70℃なので、8Vでもその半分の35℃位は下がると思っていたのだが・・・。
　しかし良く考えてみるとペルチェ素子と温度計のセンサーとの間には2mmのアルミ板があるのだ。
　アルミ板はヒートシンクと同じくらいの面積があるので、かなりの熱(冷)が逃げてしまっていると思われる。

・実験続行

　今更実験方法を変えるわけにはいかないので他の電圧も試してみる。
　やっぱり冷えない・・・・。9V～11.5Vは電源の都合で計測していないが、結局どの電圧でも5℃以下にはならなかった。
　

・追加実験

　ペルチェ素子の表面温度もみてみたいと思いかなり適当な形で実験をしてみた。アルミ板を外し代わりに重そうな本を何冊か乗せて押さえつけてある。間には温度計のセンサー部分を挟んだ。
　その結果表面温度がなんと-4.4℃まで下がっていることが分かった。ペルチェ素子の表面は確かに氷点下まで下がっていたのだ。
　

　実はこれ半分本当で半分嘘。
　確かにスイッチを入れてすぐのうちは冷える。しかししばらくするとヒートシンクが暖まりきってその熱が冷却側にまわってしまう。その結果冷却側温度も上昇してしまうのだ。
　しばらく放置してみると冷却側温度は氷点下2℃前後で安定した。

このページの先頭へ

８.実験結果

9V～11.5Vは電源の都合で計測不可。
その間のグラフは予想される形で線を引いてある。
グラフ内に書き忘れたが、実験時の室温は22℃前後。

このページの先頭へ

９.考察

　一番温度が下がったのは電圧が7.0Vの時で5.2℃であった。
　予想と大体同じ電圧で最低温度になったが、水滴が凍結するどころか水滴さえつかなかった。

　発熱側が熱くなって来ると発熱側の熱が冷却側に周り冷却側まで温まってしまう。そのため発熱側の熱をいかに上手く逃がしてやるかが重要になりそうだ（単純にヒートシンクを大きくすれば良さそうだが、それだと小型化できない）。
　グラスに入った液体を冷やすとなると冷却側の温度をもっと下げる必要があると思われるので、現状のままでは小型クーラーの実現は難しそうである。

　ただ、追加実験の結果を見てみると発熱側の放熱さえ上手くいけばかなり冷えそうな感じはするので、この次はペルチェ素子を２枚重ねた形でどんな結果になるか試してみたい。

このページの先頭へ

前のページへ