ペルチェ水冷ユニットの冷却能力を確認しました

随分と時間があいてしまいましたが、前回のペルチェ水冷ユニットの続きです。
今回は、ペルチェ水冷ユニットの完成と、どこまで冷却水を冷やせるのか?の検証を行いたいと思います。

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ペルチェ水冷ユニットの完成

前回はCPUクーラを2台連結して、間に水枕を挟むことで、ペルチェ冷却部分の完成をしました。
これに、ポンプ、リザーバタンク、CPU水枕、流量確認用水車、温度計、電源を組み合わせて、水冷ユニットの完成をしました。

全体としては、下記になります。

ペルチェ水冷ユニット

前回までは、100均で購入した入れ物をリザーバタンクとして使用しましたが、今回はアマゾンでちゃんとしたものを購入しました。

リザーバタンク
流量確認用水車

今回は、冷却水が流れていることを確認できるように、水車も用意しました。
出来るだけ安く制作することを目標にしていますが、パーツは結構高いですね。

ポンプから冷却水をペルチェ冷却ユニットに送り、冷やした冷却水をCPUクーラに送るようにしています。
CPUを通った冷却水が、リザーバタンクに戻る仕組みになっています。

このような感じで、ペルチェ水冷ユニットとして、一応完成です。

このペルチェ水冷ユニットでどこまで冷やせるのか検証

さて、ペルチェで冷却水を冷却するシステムとして完成しましたが、はたしてどれだけ冷却水を冷やすことができるのか、検証してみたいと思います。
冷却水は、とりあえずクーラントではなく、精製水を使用します。

部屋の温度は、約10度前後で、水温も大体同じ温度になっています。
エアコンの温度で左右されないようにエアコンを入れずに確認しました。(寒かったです)
温度計の表示は2台で若干誤差があるようですので、左側で確認していきます。

結果として、下記のようになりました。

経過時間冷却水の温度
0分10.0℃
1分後9.0℃
2分後8.3℃
3分後7.8℃
4分後7.3℃
5分後6.9℃
15分後4.6℃
60分後4.5℃

ペルチェは、2台とも12V駆動で使用しています。
その割に1時間で5.5℃しか冷やすことができませんでしたので、想像していたより冷却能力は低そうです。
予想では、1℃ぐらいまでいけるのかと思っていました。

ちなみに、今回は電力計を取り付けて消費電力を測定しました。
電力はなんと、107Wも使用しています。すでにパソコン並みです。
思った以上に効率が悪そうです。

消費電力は、ペルチェの電圧を片側を5Vにすれば、かなり下がります。
その場合、63Wとなり、半分とまではいきませんが、相当下げることができました。(効率はさらに悪くなりますが)

一旦、この状態でパソコンに組み込み、動作を見てみたいと思います。
CPUがどれだけ冷やせるのかが気になるところです。
前回のユニットでは、何とか冷却は出来ていましたので問題はないと思います。
しかし、前回も今回も冬なので、もともとの気温が低く水温も低いため冷えやすく夏場が持ちこたえられるかが心配です。

パソコンへの組み込み

では、さっそくパソコンに組み込んでみます。

パソコンに取り付けました

かなり大きく邪魔になります。
パソコンを移動させることはかなり困難になりました。(何のためにこんなことをしてるのか・・・)

クーラントは、PC用ではなく、車用のものを使用します。
前回は赤色を使用していましたので、雰囲気を変えて今回は青色を使用してみたいと思います。

オートバックスで購入

精製水は抜き取り、100均で購入したじょうごを使ってクーラント液を入れていきます。

ポンプを少しずつ回転させながら全体に液が行き渡るようにします。
ポンプに空気を噛んでしまうと冷却水を送れなくなってしまいます。
そんな時は、ホースをつまんで空気を押し出せば戻ります。

冷却水が全体に行き渡り、空気がほぼ抜けました。
しばらく循環させていると、気泡はなくなりました。
ただ、CPU水枕の中の気泡がなかなか抜けず苦労しました。

そんなこんなで、なんとかパソコンにペルチェ水冷ユニットを取り付け、動作させることができるようになりました。
ホースは前回同様、PC拡張スロットのカバー部から引き込んでいます。


ポンプやファンの駆動は、PC用小型電源を使用して、ON/OFFはUSBを使用しています。
そのため、パソコンの電源と連動してON/OFFします。

ペルチェ水冷システム組み込み完成

冷却水の温度は、常に監視して、ペルチェ素子と冷却ファンの電源供給のON/OFFを行っています。
温度計は、左が上のペルチェ、右が下のペルチェの動作を制御しています。
結露しないように、温度によってON/OFFの制御が必要と考えましたが、冷却能力からすれば不要だったかもしれません。

この冷却ユニットを稼働させて、CPU温度を確認しました。
CineBench R15を使用して、連続動作させて負荷をかけ、CPU温度の変化を確認しました。

CPU温度は、最大で75℃程度まで上昇し、水温は、40℃程度まで上がりました。
そこからは水温も上がりませんでしたが、気温も低いため夏場ではもっと水温が上昇するかもしれません。

使用した機器

今回、使用した部品についてアマゾンで購入した部品については下記にリンクを記載しておきます。


ポンプ dc12v 水中ポンプ 小型 DC30A-1230(進化版) 揚程 3M ハイパワー 直流DC5V~DC12V


SODIAL(R)新しい200mlアクリル水タンク


SODIAL Intel AMDプロセッサ用ユニバーサルCPU水冷ブロック


GAOHOU アクリル3 PC方法水冷却ビジュアルフローインジケータメーターG1 / 4スレッド グリーン


Acouto [水冷フィッティング] 6個入り 水冷ツータッチ継手G1 / 4チューブ用チューブコネクタ


水冷システム用 カップリングアダプターG 1/4


Grandmart 温度熱センサスイッチ50~110℃ サーモスタット


WayinTop TEC1-12706 ペルチェ素子 半導体熱電 半導体冷却片 熱電冷却モジュール 40x40mm (2枚)


Acouto [水冷ブロック] 40 * 40 * 10mm グラフィックス用 銅水冷ブロック

その他の部品については、

  • CPUクーラ、ファン、電源 → ハードオフ
  • ホース → ホームセンター
  • クーラント → オートバックス
  • ユニバーサル基板、リレー → 秋月電子(家に転がっていたもの)
  • ベースの板 → ダイソーのまな板
  • じょうご → ダイソー

以上の場所で調達しました。
安価で試したかったのですが、前回から合わせて部品代に1万円以上かかっています。
参考にしてください。

最後に

この状態でしばらく運用してみようと思いますが、あまりにも大きくなり、その割に効率が悪いので実用性は皆無のような気がします。
一般的にペルチェ式の水冷システムがないのはこのような理由からなのかもしれませんね。
そのうち、普通にラジエターに変更するかもしれません。
その時は、制作したペルチェ水冷システムは不要となってしまいますが、ペルチェでの水冷にかなり興味があったため今回の検証ではかなり楽しむことができました。
不要になった際は、貰い手もないと思いますので、もったいないけど廃棄になるでしょう。(なにか活用できればしたいですが・・・)

そういうわけで、大幅なパワーアップとはなりませんでしたが、ペルチェ水冷システムの完成です。
実用性はありませんが、ペルチェ素子で水冷するという興味本位のシステムですが、他にはないシステムで楽しめました。
同じようにペルチェ素子でチャレンジされようとされている方がおられましたら、参考にしてください。
それでは、また。

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