アクセスカウンター
ペルチェ素子冷蔵庫の自作で低消費電力化 (3号機)       ja8oxy@yahoo.co.jp 川染利夫   
高断熱にして、冷却、保温、省エネを目指す

 2021/08/17 更新
省エネを目指して、5A素子1と4A素子の直列接続に変更、故障連発
5A素子2枚を直列にして動作させる、元の方法にもどした。

4A素子はロットの不良かもしれない。4−5時間使用後に、導通無しになる。4枚購入した全て破損

1センチ厚の銅板を2枚使っていたのを1枚に変更して、ペルチェの位置をより内側へ移動
外側の5mm厚アルミ板も放熱に利用した。冷却側はよりクーラーの内部へ放熱側は銅板で、クーラーの壁内を
熱移動させた。軽量化と放熱効率を上がるように考えてみました。

 MyLink
 
電動自転車改造   冷蔵庫製作   アウディTT   旅行記
 
パイナップルライブカメラ   納豆製作   APM2.8ドローン

ペルチェ素子を使うと、外気温が低いと、よく冷えて、
暑い日には冷えないというとんでもない特性があります

素子の裏表で20℃くらいの温度差しか出ないのです。もっと、根性のあるペルチェがあると良いのですけどね。

2021/09/13 一号冷蔵庫のメンテナンス

この冷蔵庫に使っているクーラーボックスはうまく分解出来なかったので、断熱剤は
そのままなので、冷やしていると、底の方が冷たくなってくる。
 今回は、冷却ファンの直ぐ下にある、6センチ*10センチ、厚さ1センチの銅板
の温度計側を手で触ると、けっこう暖かい。冷却器の吸熱部が小さいので、どうしても
全面を冷却出来ない。ヒートパイプ部分がCPUサイズ程度なので仕方ない。
そこで、アルミのヒートシンクをタップを立てて取り付けた。また、冷却ファンを10センチ
サイズから12センチのものに交換予定だ。
取り外したら、熱伝導グリースが硬くなっていたので、掃除して新たに塗り直した。
1時間で5度まで冷えた。ボックスが小さいので冷えやすいようだ。9リットルだと思った。


2021/08/03
昨晩、5Aと4A直列接続の突然4Aペルチェ素子が壊れました。この4Aは前回も1個突然壊れた。
どうも、あやしいロットの様な気がします。総稼働時間20時間ほどでした。
分解したら、ペルチェ素子はべっとりと銅板に張り付いてましたので、加熱破損では無いようです。

結局、元の5A+5Aの直列接続に戻し、下記は軽量化と効率化の改造をした結果です。
  


2021/08/06
5A2枚を直列にし元の状態に交換しました。1センチ厚の銅板を1枚取り除き、軽量化、クーラーボックスからの
貫通ボルトはゴムのワッシャーを使い断熱を図る。ペルチェの取り付け位置を変更して、冷却、放熱の効率が良くなったかも。
内側の10mm厚の銅板を撤去してペルチェを内側に移動、高熱側に10mmと3mmの銅板で冷却ファンへ導く
室温29.4度で5.9度までさがりました。消費電力は2.2A/13.8V

温度制御装置の省エネ効果
設定温度 6.0度でOFF 6. 2でONにすると、20−25秒間停止 次に温度が下がりOFFになるのは100秒後でした。
2割ほど節約できるようなので、再度取り付けました。10時間使えるのが12時間になるのはありがたい。


写真上は100%充電後 7度設定で3時間経過後 26W 残り8.3時間使える 現在ON/OFFを繰り返して居る
室温は26度弱です
リン酸鉄リチュームイオンポータブル電源で、動作テスト中 容量300Wものなので、10時間使えるとでていた。
今回はスペースの関係で温度コントローラはファンの下に取り付けた。めったに触らないので問題無いと思う。
写真は8.3時間使えることを意味している。すでに3時間以上稼働している。26Wで動作しています。
温度が下がると消費電力も下がる。起動時は36W

 リン酸鉄電源は2000回の充放電、10年間の耐久性があるとのこと。
リチュームイオンは耐久性が無いのはドローンの経験で理解している。リチュームイオンは定格電圧までの使用が、寿命を
伸ばすこつらしい。(最新のメーカーの使用範囲に書いてあった)1セルあたり4.2−3.7Vの範囲で使うことらしい。
これで寿命がどの程度なのか? 保管も60%程度 使用直前に満充電が良いみたい。満充電で3年保管で完全に劣化する。

室温23.5度 30分で8.0まで下がった。2021/08/17:07


折りたたみソーラーパネルを購入 2021/07/08

 
雨降りだけど、とりあえずの動作確認。この後、コネクタを合わせて 冷蔵庫に
接続出来るようにした。コントローラにはUSB充電ポートが付いていた。
晴れた日に、接続してテストする予定。       13V  6.4度にて 1.9A弱で動作している。
50Wなのでそこそこ晴れていれば30Wくらい   室温25度にて5.3度まで冷えたが、バッテリーだと
2A前後はとれるかも。             電圧が低いので1.8A以下になるかもしれない。(冷えないかも)


2021/07/17   AM7:15 朝日時の実験
 
 50W折りたたみソーラーパネル  とコントローラ 冷蔵庫 テスター    ソーラー出力が不足しているので
 バッテリーから0.2Aを消費している
 
;冷蔵庫のプラグを外すと 1.6Aがバッテリーに入る。   AM7:40 日差しUPで バッテリーからは50mAに


 




今回は30Wのソーラーパネルが使えるようになったので、バッテリーなしで使ってみた。

若干パワーが足りないようだけど、冷却ファンはまわり、温度も下がっていった。小型バッテリーがあれば

日が出ているうちはバッテリーの消費がほとんどなしで使えそうでした。 

この冷蔵庫には温度制御がないので、夜間はどんどん冷えてしまう。

サーモスタットICによる電源の停止機能をつければ、バッテリーの消費は抑えられるね。


右の写真は、今年の2泊3日のキャンプで使ったときの写真です。             2016/08/07キャンプにて

8月7日の12時から翌朝7時ころまで使えた。このときは外気温が下がっていたので、温度計は−1.7度を表示していた。

ここで、劣化の大きい同じバッテリーに交換したが1時間ほどで、温度が下がらなくなった。ふたたび、元のバッテリーに交換して

使い続けた。結局、3日目の朝にはほとんど冷えなくなったが、内部の缶ジュースは冷たく飲むことが出来た。

地震停電時に30Wくらいのソーラーで使ってみたが晴れていればバッテリーの消費はほとんど無い。ソーラーだけでも動いていた。


製作開始に当たり、クーラーボックスの性能を見るために、保冷剤を入れて、
温度の変化を測定します。


 

分解したら、発砲スチロールの白い断熱材が入っていたので、断熱効果の高い発泡ウレタンを使うことにした。
最初はスプレー缶の温度が低く下半分しか出来なかった。缶を暖めて2度目はとんでもないほど膨らんで。。。。
買ったままの状態では、クーラーボックスが結露して、横も下もベチャベチャでした。


内側のケースにはアルミテープを貼り付けて、断熱効果を高めた。
それだけでも、下のように最低温度は低くなっている


この状態でも、良くはなったが、結露してクーラーボックスはそこそこ、濡れてきます。


緊急時のアルミのブランケットも両面テープで貼り付けました。

余分なところをノコギリやカッターで切断してなんとか完成

この状態で組み立てると結露はしません。圧倒的に違います。

組み立てて、再度温度変化を測定


ここからいよいよ、ペルチェ素子を組み込む加工を始める
下の図のような構造にする。ペルチェを直列接続にしたのは、
電力を半分にするため、並列設置で熱移動面積を大きくした

ただし、面積が大きいと電源を止めると熱移動が大きいので直ぐに暖まる可能性が出る
その代わり冷却能力の大きいファンを付けると良いと考えて大型のものを取り付けたが
邪魔で、能率は落ちるが小型の物にしている。


        目標としては12Vにて2A以下で動かすとこです。
銅の厚いモノを使うのは、クーラーボックスの厚さを貫通するためで、熱伝導率を高くしたいからで。
アルミでも使えるとは思います。


2021/08/03  CU1 は10mm厚であったが、1.5mm厚のものに変更して、ペルチェ素子を
庫内側へ移動して、冷却効率を高めれるように改善した

PL1 PL2 を交換する予定



4mmのアルミ2枚クーラーボックスの厚みの分を、熱移動させるのに、分厚い銅を2枚も使っていたのです

現在 Cu1は撤去して、1.5mmに交換ペルチェの冷却面を10mmほど内側に寄せた。
この効果は大きいように感じている。外側の押さえの4mmアルミにも熱が伝わり、放熱している。

CUと書いてあるのは銅の厚板です。 CU3の後ろに小型の冷却ファンを付けてます。下右のファン
左は外側の放熱ファンです。銅板やベルチェの接触部分は伝熱グリースを塗布してます。



このクーラーボックスの最終的な温度特性
5A素子を直列2枚



外気温との温度差が20度前後しか取ることが出来ないのが、この素子の欠点のようです。
上のグラフだと、24.5−1.5=23度なので、こんなものなのでしょう。
 ちなみに、雪の降る日に外に出してみたら−18.6まで下がり、氷が出来ました。





その他の実験について

1.ペルチェ素子の2A<3A<5Aなどを並列にしたりピラミッドのように重ねてみましたが、メリットは無かった。

2..水冷化のために循環ポンプ、ラジェータを付けたり、リザーブタンクを付けたりしたが、結局は冷却水を空気で冷やすので
  効果なしと言うかポンプの電力が必要なのと、冷却水が効率的に冷えないので空冷の方がシンプルで良いみたいです。
右下はラジエータとリザーブタンクを切り替えるようにして実験した水の温度が低いと、温度は下がるが、暖まると意味が無い。
モーターボートとか川のそばでのキャンプなど冷水が手に入るところでは、かなり期待できるかも知れない。
循環ポンプ自体も熱くなるので冷却していました。
 

3.シガーソケットは、2A+しか流れていないが何時間も使うと、熱くなってくる。
  銅板を接触面にして、改造するのはかなり効果が見られます。
安心して長時間使うことが出来ます。熱くなりません
 

以上、ホームページ移行にともない、簡素化しました。
できるだけ、復旧していく予定です。

温度制御基板の設定 詳細

SETボタンの長押しで出る設定

P0 動作切り替え。冷却(Cooler)/加熱(Heater)

P1 ヒステリシス設定 一度動作した後、次の動作させるまでの設定。

P2 上限温度 設定以下の温度で動作させる 初期設定は110℃ 

P3 下限温度 設定以上の温度で動作させる 初期設定は-50℃

P4 温度補正 ±7.0℃まで補正ができる 

P5 ディレイ設定 設定した温度になった時、遅れて動作させる(分単位)

P6 高温上限 上限設定温度で動作停止 


改造計画 2021/01/09

現在は、電圧と庫内温度が表示され、電源を切るまで電力を消費するので、温度制御装置を取り付けて、バッテリーの消費を
減らそうと考えてみた。下の基板で設定温度になるとon-offをするようにした。
山の中で外気温が冷えるとマイナスになるので電力がもったいないのです。その分長時間使える方がいいのですよね。

           冷却ファンは、         スイッチの穴開けでリレーまで穴を明けしまった
           デッドスペースの        在庫の12Vリレーを取り付けてごまかす
          上に取り付け
           スイッチを付けて、冷却具合を調べてみる。できれば付けたくない


慣れると、温度設定もそんなにめんどうでは無いと思います。温度計も付いているしかなりスッキリしそうだが
取り付けスペースを考えないとなりませんね。
SET ボタンと +−のボタンで 温度設定します。この基板には常にバッテリーからの電圧がかかっています。
温度設定変更方法 SETを短押し +/-で合わせる
KOとK1がon/off でファンとペルチェの自動運転させます。
SETホタン長押しで 設定変更 P0で 動作の反転 P1で動作の幅を決めます 1℃の温度差(ヒステリシス)に
設定しています。ちなみにP0-P6まであります。他は使っていません。


制御装置の温度計があるので、乾電池駆動の温度計は取り外し。その場所に制御装置を取り付ける。

温度設定を出来るようにした。7.5度で停止。8.5度で冷却開始にしてみた。
温度設定、ヒステリシス幅も0.1度まで自由に変更出来ます。

SETボタンを短押しで+−ボタンで温度変更。SETボタン長押しのP1でヒステリシス幅を可変します。

下のグラフは、上の温度制御装置を取り付けたときのバッテリーの電圧変化です。(全8時間分を記録)
ON/OFFを繰り返す度に、電圧があがったり、下がったりしているのか判る。
停止時間の長さにもよるが、少なくとも電力消費が少なくなるのは間違いないようだ。
タートル工業のa/dコンバータとVB6を使ってプログラムを書いてますセンサーはLM61と言う半導体を
使っています。windows7です。

                             モーターonoffにおける冷却器の温度変化5−6度で推移



ほぼ定常状態で2.2Aを消費している        7.5℃になり停止状態では40mAを消費している。
冷却開始直後は2.7A以上を示していた。冷却するにつれて消費電力は減少します。


トラブル発生  2019/07/31

電源が入らないのだ。調べたらバッテリーから12Vをもらっているコネクターの横に付いている分電盤の
ターミナルの内部に錆が発生したためだ。


    

上の矢印部分のねじ込み内部の錆でした。       ドローンに使っているコネクタ(XT60)に変更して余計な物は付けず
                                 余計な物はつけずにLEDのみ。裏はシリコンでコーティング                                   

新しいコネクタはXT60と言います。40AでもOKなほど。  


2020/12/20  Voyager バッテリーのいたずら実験

別の用途で使っていたデープサイクルバッテリーが、ダメになったぽいのを、取り外して机の上に持ってきた。
16Vで長らく充電しておいて、充電中の端子電圧が16Vになったので、
冷蔵庫を接続したら6.5時間で12Vまで電圧が下がった。
105AHもあるので、フルに使えたら105AH/2Aなので50時間も使える計算。

そこで、バッテリーに2.5mmのドリルで穴を明けて、蒸留水を入れたらなんと2.1リットルも入った。
(バッテリーを傾け注射器で希硫酸が吸い取れる位置まで)

この状態で、30時間ほど充電した。平均2.5Aほどでした。おそらく70AHほど入った計算。
冷蔵庫を接続したら7時間で12.3Vまで電圧が下がった。私の推定ではのこり3時間で12Vになる感じ
少し改善した感じである。

現在、ここから再充電している。充電開始から5時間ほどで、充電中の端子電圧は12.8Vから14.8Vに上がってきた。
充電電流も3.7Aから2.8Aまで下がってきたがまだまだ15AHほと゛しか充電されていない。このまま
16Vになるまで、接続しておくことにする。。



2020/10/18
久々に、車での長距離移動。室蘭から十和田湖まで2泊の小旅行だ。現地で友人夫婦と再会する予定。
彼女が私がケーキを作ったりすることを知っていて、持ってこいとのリクエスト。スポンジ物だと、万が一
ひっくり返ったら、ひどいことになるので、チーズケーキにした。それと、温室で作った巨峰を入れて運んだ
フェリーボートの中1.5時間は小型のバッテリーで、ホテルの中にはドローンで使っていた
5AH 11.1Vのリチュームイオン電池を使ってみた。かなり劣化して膨らんでいるので、廃棄直前なので
きがねなく使え2時間ほど冷やしてくれました。


 
リチュームイオン電池は、充電後12.6Vほどですが、10.8V以下まで使ってしまうと
寿命が極端に短くなります。でも、小さくて軽くて良いですよね。今年に入ってからLEDの電圧計を取り付けました。
車にもフューズボックスから太めのケーブルにXT60と言うドローンで使っているコネクタを取り付け、シガープラグからの
ケーブルにもXT60を取り付けた。これだと、加熱の心配もなく安心です。