キャンピングカーに小型エアコン  2016’8
DIY・ペルチェ素子カーエアコン
消費電力280Wの電子クーラー

前に紹介したどこでもクーラー改造は車載用小型エアコンとしては大成功でした。 人間は贅沢な物で、使っていると何かと不満が出てきます。 それは、車中泊時の本体の音。つまり、使用時の雑音です。 勿論、防音処理をしたので、それなりに静かでテレビを見たり、タイマーをかけて寝る事も出来、何の不満もありません。 しかし送風音が、もっと静かに成らないかな〜などと思ってしまいます。

ペルチェ素子は電気を流すと熱が移動する電子部品で、片側が熱くて、反対側が冷える面白い構造を持ち、逆に熱を与えると発電します。 さぞかし、大きな部品かと思いきや、40mm角で4mm程の厚みの小さな部品です。
 ただし、欠点が冷えるよりも、発熱が多すぎて、冷房能力にするとコンプレッサー式の3割位しか冷やせないとの事です。
 インターネットで検索しても今現在成功例が無いです。(2016’8月時点) まー何でも自分で触ってみないと気が済まない性格なので、実験から試してみようと思います。 48Wペルチェ1個12V4Aを使った結果は、放熱板を通った風は0.8℃しか下がらず話になりません。 此れを増やした場合に8℃位下がった風が出るのでしょうか? 今回、同じ土台に乗ってチャンと挑戦してみようと思います。 同じ土台とは、前回のコンプレッサー式と同等電力280W前後のペルチェ・エアコンを作ってどの様な結果に成るか? 実践あるのみです。 ネットでの情報は色々有り過ぎて何が正解か解らなかった為、大学の研究成果を眺めて参考にしています。 熱の計算等の数学や物理に関する事は大学の学生に任せます。 此処でも幾つか参考にさせて頂いてます。 学生諸君の細かで地道な研究や実験は無駄に成ってませんので、どんどんネットに載せて下さい。

 私の今回の使い方では素子2段重ねは全く話に成りませんでした。 ヒートシンクの都合も有りますが、電流を半分の物を選び、モット多く並ぶ配列が良いとも感じます。 

最初の試み。 やはり一度は実験してみないと・・・。 12V4Aのペルチェ素子1個で実験しました。 暑い方が約40度、冷たい方は手で触ると冷たく感じますが、温度は気温より0.5度位しか下がりませんでした。 コンプレッサー式に比べで7割が熱に成ってしまうそうです。

ペルチェ素子高温側のヒートシンクです。 ヒートパイプ式で効率良く冷却出来ます。 同じ物を6個使います。 このファンでは弱いので後で交換します。

一寸解り難いですが300x200x50のアルミ製ヒートシンク。 アルミは1cmのベースに1mm位の薄い板が約100枚ほど付いています。 必要な位置に2.5φの孔を開け3mmのタップを切りました。 結構重たい約4kg。
ペルチェ素子。 種類が多すぎて選択に悩みます。 今回3種類を購入して、目的の消費電力に合わせて計算で決めています。 又、放熱器のサイズがあり、40mm角の物はアルミからはみ出てしまうので、ある程度使える物が限定されてしまいました。 現在はペルチェ素子の仕様4.2V10Aを4個直列にして3.2Vx4で使用しています。
ヒートシンクに附属のファンはブルーのLEDが付いて綺麗ですが、能力的にはモットモット盛大に風を送りたいと思い、写真の様なシロッコファンをヤフオクでゲットしました。
仮組をして実験してみます。 600W12Vのスイッチング電源を用意しました。 消費電力を見ながら電圧をあわせます。 12.8Vで320Wに成り、電力関係は電源のトリマーで微調整が上手くできます。
一寸見難いですが発砲の板を載せケースに組んだ場合を想定して作ってます。 右側の12cmファンは吸出しの向きで結果が少し良いです。 中に空気を入れると効率が悪く成りました。 ファンの向き1つでシビアな結果が出ます。 外気温に比べて−7℃低い風が出てきました。 あと少しです。

簡単に出来ると思ったら大間違いで、失敗して、無駄になった部品は半端ないです。 又、金属加工もあって、何度も手を切ってしまいました。 ペルチェ素子も種類が多く選択に悩みますが、1個500円を40個3種類試しました。 ヒートパイプのCPUクーラー5000円6個。 アルミ放熱板5000円3個。 シロッコファン5000円4個。 あ〜もう駄目! ね! 無駄な部品が多いとはこう言う事です。 更に、ヒートパイプ式放熱器は冷却側に使えません。 ファンは給排気側2個と冷却側1個。 取付け方で音や風量の問題が出てきます。 車内の狭い部屋ですが相当の風量で循環させないと冷やす事などできません。

 あと、部品の選択にはキリが有りません。 水冷なんて方法も有りますが構造が複雑に成ります。 モット良い部品が有ると思って調べて行くと、色々な部品が存在します。 しかし、大差が無いので、一番お金が掛からない物で良いと思います。 例えばヒートパイプの本数が多い方が良いか? やはり大差ないです。 そもそもヒートパイプはある程度の温度で気化するわけですから、その、ある程度以下には成らないと言う事だと思います。 60℃で気化すると仮定したら、ヒートパイプの接点は60℃以下には成らないですから・・・。 今回隙間調整用の部品も入れてないので実際にペルチェ素子の幅しか有りません。 良い材料が見つかりませんでしたが、部品点数は少ない方が良いに決まっています。

 やはり、放熱は風が効率良く流れる方法とかが重要です。 

機器の安全確認
車載用省電力320Wと小型なんですが、12V仕様を考えると30A近い電流が流れます。 モーター一式1回路。 ペルチェ3回路に分けます。 多めのヒューズを入れておかないと万が一内部でショートすると線が燃え火事が起きる可能性が有ります。 十分な安全設計が必要です。 
製作途中です。

コンプレッサー式の3割能力と聞いてましたが、確かにそのような感じがします。 排熱側は出来るかぎり冷やすのは当たり前として、冷風側は風量で温度が随分変わってしまします。 現在送風ファン12V用に6Vをいれると微風に成り温度差12℃ですが風が弱くて使い物に成りません。 強風で6〜7℃差。 この程度では若干の結露はある物の水滴が垂れてきません。 何れは100φのパイプで排熱側の処理をしますが、上手に考えないと、全体的に温度が上がってしまう可能性があり、本当に冷たい風がでてくるのか心配に成ります。 試に電圧を15V迄上げると420Wに成りますがパワーアップはしませんでした。 現状の最適電圧を探す必要も有りそうです。 と言う事は、電圧電動の大きなバッテリー直結は無理なので、スイッチング電源かDCDCコンバーターを内蔵させないと・・・。 此れも熱が出るので排熱させないと・・・。 手間がまた増えちゃいます・・・。

 今予想できる事は、ケースに収納した場合に試作と同じ空気の流れでは無いので、7℃差の風が出るのか? それが出来たら一応成功ですが、車載が無理なときは動物用スポットクーラーですかね!家で待っている子犬達の為に 200W駆動に変更してソーラーパネル1枚で動かせれば電気代関係ないし・・・。 なんか、楽しくなってきたな。 回路は同じでペルチェの電圧を9.3Vにすると消費電力200Wで温度差5℃。 無駄には成りません。

 電子エアコンの最大メリットを生かすために一寸大きなシロッコ・ファンで回転数を下げれば静かに成ると思ったので部品を手配しました。 海外からの購入で、到着したのはお盆過ぎでした。 

時期が過ぎ、戦意喪失状態です・・・。

試作では結露するもののドレン水が出る感じがしませんでした。 8月12日名古屋方面へ真夏のキャンプにもっていきました。 試にバケツの上に本体を置いてテントに冷風を送り様子をみましたが、昼間は風量が足りず役に立ちません。 パイプは100φで1mを毛布で巻いてあります。 でも熱帯夜の夜間は快調でした。 8時間で約2リットルの除湿しましたので少し希望が湧いてきました。 今の所、送風の音が思っていたよりも下がりませんが、ケースに収納したら随分良くなると思います。 

 

もう少し続きます。

 

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