oguogu.com -- おぐおぐどっとこむ --工作の部屋--

分解－部品外し

空けてビックリ。各3つあるペルチェ素子と空冷ファンの1つずつが停止
しかも、その位置が別々なので、実質1組の冷却ユニットががんばり、
残りの2組で、送風＋加熱という悲惨な状態でした。

[ペルチェ素子とは]
ペルチェ素子は異種金属間に電流を流すことでジュール熱以外の
熱を発生させることができ、金属の片側が冷却、反対側の金属が
加熱する素子です。加熱した側の熱を交換（大気放出）できれば
クーラーとして、冷却した側の熱を交換できればヒーターとして
使えます。車のポータブル温冷蔵庫はこの原理を応用しているので
安価なのです。（でも消費電力はデカイ）

CR-3はホースを外し、ホース接続根元のプラスチックリングをねじって
取り外したあと、も裏側のビスを外せば簡単に分解できます。

ほこりまみれの中身

空気の通り道がない

真ん中のファンが止まってた

さらに分解を進めヒートシンクも取り外すと、ペルチェ素子とご対面。放熱グリスは一応塗ってありました。

ヒートシンクを外す

ペルチェはTEC1-12706（6Aモデル）

ここで衝撃の事実が判明。なんとこのモデル、前作で冷えないと評判だったテトラクーラーCX-30の中身を3つ詰め込んだだけのモデルでした。基板も3枚ですのでAC-DC変換も3系統に分かれているモデル。設計に時間を掛けず熱交換容量をアップしたことになります。故障率も3倍ということになります。

上下の基板が似ているな

同じユニットが3つ入ってた

ヒートシンクの形状

さてここから改造編です。

このページのトップへ

改造－完成

クーラーの改造から。ペルチェ素子単体は数オームの抵抗値ですが
1つは開放になっているのですぐに壊れているのが判明。
代替品を秋月電子で1枚購入600円でした。同じ型番ですので問題なしです。
資料を見たところ、ペルチェ素子は電流を流せば流すほど冷えますが
反対側の温度も高くなり、その熱拡散の効率が低いと冷却効果が低い
と記載されてました。それなら並列接続して1枚の印加電圧を下げて
電流も押さることで効率が稼げるとのこと。2枚重ねで熱も効率よく
下げられるとのことですが、エネルギー保存則によれば変わらないはず。
実際は1逆ピラミッド状（1段目：1枚、2段目：2枚・・・）に積むと
効率よく熱を伝播して大気拡散しやすくなるとのこと。これは正論
お金も掛けられないので、物は試しで2枚重ねをやってみました。

ヒートシンクのあった場所。グリスはアルコールで除去。

重ねて直列に接続

在庫関係で異なる熱量量の組み合わせ。
6A（ヒートシンク側）/8A（水槽パイプ側）

最後に各面にグリス塗布

回路を見ると、水槽パイプにもぐった負特性サーミスタは
各基板の電源制御回路につながっているだけで非常にいい加減
電源も3系統あり不効率（170W）ですので12V/3Aのスイッチング電源
に置き換え、マイコンで温度測定、ファンとペルチェの電源を制御
することにしました。
3系統で水温みてももったいないので、1つは抵抗値しらべがてら
抜き出し、機内温度の測定に充てました。

サーミスタも3個水槽パイプの位置に埋まっている。
抜くとグリスまみれ

抜くとグリスまみれ

抵抗値測定。室温で約10kオーム

ヒートシンクも90度回転。
穴はドリルとタガネで気合作成。

購入したシリコングリス

塗り塗りしてペルチェとヒートシンク取り付け

ここから電気回路の作成です。全体の制御はRenesas（旧NECエレクトロニクス）の uPD78F0501Aで行いました。
サーミスタを10kオームで分圧し、脇の下の温度（笑）から適当に補正係数を出して、エクセルで温度テーブルを作成、正規化してます。

閾値決定したら、制御対象のGPIOでFETをON/OFFさせます。表示は30秒間隔1セットで水温1/水温2/外気温/クーラー動作/温度設定値を切り替え、ON/OFF制御はヒステリシスを持った温度閾値と比較して1分間隔でON/OFF更新させてます。（水温1、水温2でAND一致）

ペルチェ素子への電源は6Vまで降圧させています。周辺のレギュレータ電源含め、すべて電源IC専門メーカーのトレックスセミコンダクターで固めました。高性能で使いやすい電源ICのそろったメーカーです。

完成品のクーラー動作時電力ですがペルチェが大半を占め700mA（1次側換算）×3枚、ファン50mA×3、その他約20mAで約2.5A×12V=30W。 12VACアダプタの効率を70%で見ても約43W（CR-3カタログ定格170W）と省エネモデルになりました。