ペルチェ素子を使おうと思うので
まずは、この辺りをポチっていたのです。
冷却水用の水槽は、約10Lです。
これは、15Lを8～10℃以下にできるとありますが、
気温とかの条件は、記載ありません。
電源：DC 12V 6A、総消費電力：72 W
冷却電力：50 W
US$ 15.86
上のでは、心許ない気もするので
こっちもポっておりました^^;
12V 10A、120W、30L 水槽用とありますが、
それ以外はなにも書いてないです。
まあ、上のよりは強力でしょう！
US$ 25.86（20% OFF）
水冷システムをChiller（チラー）と呼ぶの最近知りました(-_-;)
温度計、作るの面倒になって、安いしポチッと！
防水で2ポイント同時に測定でき、電源：4～28Vで動作します。
自作するにもこの価格ではできないでしょう。
US$ 1.81（11% OFF）
今日は、実験には絶好？の暑さ！
とても蒸し暑いです。
左側奥に水槽（約10L）、その上にペルチェの冷却ユニット
その前にファン用のDC電源
中央奥の電源ユニットは、0～48V 10Aの可変電源
水槽の中にポンプがあり、冷却ユニットを通って
レーザー管の方へ流しています。
US$ 32.29（50% OFF）
ペルチェ素子の電源印加前
デジタル温度計
上段（赤）：32.1℃・・・ヒートシンク（ペルチェHOT SIDE）
下段（緑）：29.3℃・・・水槽内の水温
昼頃なので、ヒートシンクは、ほぼ室温です。
朝から徐々に気温が上がるけど、水温は遅れて上昇するので少し低いのです。
右下は、経過時間を測るためのタイマー
別電源で12V印加して、0.789Aです。
約0.2A/機のFANが3機なので、かなり風量はあります。
デジタル温度計の電源もこれから取ってて、内12mA。
5Aまであげます。
ペルチェのCOLDサイド（水が通る青いアルミ部分）：２７.２℃
２℃の差です。
ケース表面温度：３３.２℃
実験用にと買ってた電源ですが
0～48V可変できて容量も10Aあって中々重宝します。
ヒートシンク：３６.９℃
水温：２５.０℃
ペルチェの両サイドの温度差は、１５℃弱ってとこだと思われます。
電源電圧は、ほぼ１０Vで変化ないですが
冷えるにつれてペルチェの抵抗が変わるようで
電流値は僅かに下がっていきます。
水温：２３.７℃
ここで諦めて中断しました(T_T)
冒頭の小さい方の冷却ユニットは、これ位の能力でしょう。
大して冷えんやん、って感想です(-_-;)
明日、１２V １０Aでやってみることにしよっと。
．．．翌日
10Aでは、途中の接触抵抗 10mΩで1Wにもなるので、
ペルチェ素子のリード線と電源を直結して、
電流は、クランプ型DC電流計で測ります。
一応、６Ａでテスターとクランプ型電流計の表示を確認します。
あまり流すと、テスターに悪いので６A（12Aレンジ）です。
ほぼ合ってます。
昼は、昨日と同じくらい暑くなりそう。
もうヒートシンクの温度が上がり始めています。
やっぱし、９A近く流れてるので
端子の接触抵抗でも発熱してますね～
ペルチェ素子からのリード線が太くないのも気になります。
COLD SIDEは、２２.８℃、３℃差です。
水槽の外側から測ると２１.４℃（温度計は逆さまです）
薄っすら露がついています。
レーザー管の電流を確認すると
ん～ん？以前の３０℃での電流と変わらんな～
リニアではなさっぽい？
３時間辺りから横ばいって感じです。
ヒートシンクHOTサイドの変化が面白い。
平坦だったりピークがあったり、意味があるのでしょうが
マーティーにはわかりません。
電源OFFして２時間経過
温度計の上（赤数字）は、室温です。
夜になってやっと室温＝水温になりました。
［ヒートシンクHOTサイド］は、
6時間辺りでセンサーを室内に出したので、室温になってます。
使うのは初めてです。
思ったより時間掛かるな～
ちょっと熱量の計算してみます。
ペルチェ素子は、TEC1-12710ってのCLONEだと思われます。
特性グラフは、このPDFがよさそうです。
最大冷却能力：１００W超えてますが
DT（ペルチェ素子のHOT-SIDEとCOLD-SIDEの温度差）が
０℃の条件下なので実際にはあり得ません。
電流定格は、DT Maxの条件なので、10Aまで流せそうです。
Th：ペルチェ素子HOT SIDEの温度
DT：HOT-SIDEとCOLD-SIDEの温度差
特性グラフは、Th 27℃と50℃の２つだけです。
４時間後の水温：２１℃辺りで
Th：３９～４０℃、DT：２０℃辺りで、電流：８.２A
なので、Th：50℃のグラフを使って
DT＝20℃、I=8A（赤線）で見ると
冷却能力 Qc＝７３W
電圧一定では、DTが上がると、電流が下がると読めます。
12V印加実験でも、DTが10℃ ⇒ 20℃の変化で
電流 8.6A ⇒ 8.2Aと下がっていました。
Th：40℃付近だったので、このグラフには乗りませんが。
冷却能力 Qc＝７３W
最初のグラフのDT＝20℃、I=8Aのと同じ結果です。
入力電力に対する冷却能力比
［Qc（Cooling Power）］÷［Input Power（V × I）］です。
X軸の12VからDT=20℃（赤線）のグラフに線を引くと
C.O.P ≒ 0.7位ですね～
先の１２V印加では、
水温：２１℃、DT：２０℃辺りで、電流：８.２Aだったので
入力パワー：12 x 8.2 = ９８.４W
Qc = 98.4 x 0.7 = ６９W･･･①
実使用での冷却能力だと考えられます。
この辺を参考にして～
Ｑ[cal/h] = (T2－T1) x W x C ÷ H
Ｐ[W] = Q ÷ 859.85 x η
Q：熱量 [cal]
W：重量 [g]（容量 x 比重）
C：比熱 [cal/g･℃]（水：1）
T2：冷却後の温度 [℃]
T1：冷却前の温度 [℃]
H：冷却に要する時間 [hour]
P：熱量 [W]
η：余裕率（安全率）1.3～1.7
1[W]=859.85[cal/h]
で、水槽の10Lの水を３時間で30℃ ⇒ 20℃まで下げる場合
Q = （30－20）x 10000g x 1 ÷ 3 = 33333 [cal/h]
P = 33333 ÷ 859.85 x 1.5 = ５８ [W]･･･②
η：余裕率（安全率）1.5 で計算してみました。
これには、外気から水槽に入る熱も含まれていそうですが、
同じ式で水槽が外気から受ける熱量を計算してみます。
12V印加で冷却した後、電源OFF後の経過はこれです。
4.6時間で21.3℃ ⇒ 26.4℃まで上がっていたので
Q = （26.4－21.3）x 10000g x 1 ÷ 4.6 = 11087 [cal/h]
P = 11087 ÷ 859.85 x 1.5 ≒ １３ [W]･･･③
随分と逃げてるんですね～
水槽の周りを断熱材で囲まないといけないのかな～
段々面倒になってきました～(-_-;)
上での計算、②10Lの水を3時間で30⇒20℃にするパワー：５８Ｗ
と
③外気から水槽に入るパワー：１３W
を足すと、５８＋１３＝７１Ｗ
前で計算した① TEC1-12710の冷却能力：６９Ｗ
最初のグラフをもう一度見ると
４時間で28℃ ⇒ 21℃程度なので、
計算より冷却能力が不足してることを物語っているようです。
３日目は、保冷パックを入れてやってみることにしました。Ｑ[cal/h] = (T2－T1) x W x C ÷ H
Ｐ[W] = Q ÷ 859.85 x η
Q：熱量 [cal]
W：重量 [g]（容量 x 比重）
C：比熱 [cal/g･℃]（水：1）
T2：冷却後の温度 [℃]
T1：冷却前の温度 [℃]
H：冷却に要する時間 [hour]
P：熱量 [W]
η：余裕率（安全率）1.3～1.7
1[W]=859.85[cal/h]
で、水槽の10Lの水を３時間で30℃ ⇒ 20℃まで下げる場合
Q = （30－20）x 10000g x 1 ÷ 3 = 33333 [cal/h]
P = 33333 ÷ 859.85 x 1.5 = ５８ [W]･･･②
η：余裕率（安全率）1.5 で計算してみました。
これには、外気から水槽に入る熱も含まれていそうですが、
同じ式で水槽が外気から受ける熱量を計算してみます。
12V印加で冷却した後、電源OFF後の経過はこれです。
4.6時間で21.3℃ ⇒ 26.4℃まで上がっていたので
Q = （26.4－21.3）x 10000g x 1 ÷ 4.6 = 11087 [cal/h]
P = 11087 ÷ 859.85 x 1.5 ≒ １３ [W]･･･③
随分と逃げてるんですね～
水槽の周りを断熱材で囲まないといけないのかな～
段々面倒になってきました～(-_-;)
と
③外気から水槽に入るパワー：１３W
を足すと、５８＋１３＝７１Ｗ
前で計算した① TEC1-12710の冷却能力：６９Ｗ
最初のグラフをもう一度見ると
４時間で28℃ ⇒ 21℃程度なので、
計算より冷却能力が不足してることを物語っているようです。
冷凍庫にたまたま1個あったのです。
室温：３２.５℃、水温：３０.５℃
もうこんな室温になってます。
今年は、やけに残暑が厳しい～
タイマー押し忘れてで30秒後位にSTARTしたかな(-_-;)
写真ボケで分かり難いですが、
水温２０.５℃でも水槽の外側、ほとんど露はついていません。
水温２０℃切りました！
遂に水温１８℃までいけました！
でも６時間だもんな～(T_T)
水温１８℃でも水槽の外側に露は、とても少ないです。
２１℃で７mAだったのが、６ｍAになっています。
2月の時は、5mAだったんです。
過去のカット実験では、
レーザー管の電流が多い方がレーザーパワー弱い傾向にあるんです。
どうゆう原理なのかわかりません。
劣化したら電流が減ると思うのですが。
10:30スタートして午後4:30頃
右下のセンサーが赤の表示で室温です。
エアコンつけてるので室温２７℃です。
ペルチェ素子とエアコンOFFして１時間経過。
室温は、もう３１℃
水温も上がってきました。
グラフの線を伸ばしてみました。
8時間後に１７℃までは、微妙に厳しそうです。
さっきと違ってHOTサイドも下がり続けてる。
水温18℃で出力50%で電流見てると
時々、電源からチリチリ音がしてトリガー不良で電流が流れません。
１５～１８℃が最適のハズなんだが
レーザー管の陽極（陰極にも）に薄っすらと露がついています。
電極は、シリコンゴムでしっかり覆われているし
露は、関係ないとは思うのだが...
ひょっとして、このレーザー管劣化してるのかなあ(T_T)
ひとまず、寒くなりまで待った方が良さそうです。
この方は、40Wのレーザー管で、
透明アクリル 5mm厚、出力30% F80、1PASSでカットできてるのです。
よく読むと、購入して2か月以内のデータということで
半年使用するとそこまでの性能は出なくなった。
ということなのです。
やっぱし、劣化してるっぽい(T_T)
この前、うっかり水温30℃近くでやったのがいけなかったのか(-_-;)
もう一つ気になるのがステッピングモーターの振動で、レーザー照射位置も微妙振れて
エネルギーが集中できてないんじゃないだろうか？
という懸念です。
確かめるには、GRBL化して
元の1/4 Microstepを1/16にするしかないですね～
一応これも記録しときます。
ここでたまたま見つけたもので、銅イオン濃度による色の変化です。
腐敗防止には、数十ppmでよさそうなのですが
水槽の銅釘が少なそうなので、後で追加しよっと。
 |
| 出所：JapaneseClass.jp |
まだアクリルが切れているので、我慢することにします。
それより、振動を減らした方がよさそう。
とは云うももの、なかなかやる気が湧いてこない(-_-;)
＊＊＊＊＊その後（2019.10.14追記）＊＊＊＊＊
2019年初めに見つけてたサイトに
15～18℃とあったはずなのに、今はないなくなっています。
URLのlasertubecn.comで検索すると
レーザー管の画像はでてくるのに、どのサイトも閉鎖(T_T)
別のを探してみると
ここは、アメリカのLaserメーカーのようですが
冷却水は、12～30℃、2L～4L／minとあります。
 |
| 出所：morntech.com |
こっちには、何と！
冷却水、10～40℃、3～5L／minってあります。
 |
| 出所：recilaser.com |
こちらには、何と！
15℃以下では、レーザー発振器が収縮し破損するとあります。
15℃以下では、レーザー発振器が収縮し破損するとあります。
 |
| 出所：troteclaser.com |
ここでは、冷却水 25～30℃ と。
 |
| 出所：civillasers.com |
これまでの実験と照らし合わせても
15～18℃ってのは、低すぎて、トリガー不良を起こすようだし、
30℃以上は、劣化する危険あり。
ということで、
２５±３℃辺りで使うのがよさそうだと思われます。
＊＊＊＊＊追記ここまで＊＊＊＊＊
