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 >> 昆蟲論壇《蟲友留言板》溫控冰箱 自己做

溫控冰箱 自己做

(這篇文章已經被閱讀了 5737 次) 時間:2005/04/06 06:11:54pm 來源:OutRunner


[LIKE=huaracing;=LIKE][這篇文章最後由OutRunner在 2005/04/08 11:44am 第 5 次編輯]
溫控冰箱 自己做  (4/8 異動內容: 前言&溫度控制內容小改)

1. 前言:
 這一篇的內容是自製溫控冰箱, 希望盡量講的深入一點, 所以內容可能有點硬, 部分內容可能解釋得不很清楚(偷懶), 請多包涵, 有溫控需要的人可以參考看看.

 藍色文字代表連結, 可點選查看內容.

 新蟲友可先參考去年的舊文:
 DIY冰箱 I
 DIY冰箱 II

2. 材料:
 1. 木櫃    - 1個 $100  - 98x63x72cm
 2. 致冷晶片  - 1片 $280  - TEC1-127.10 (最近漲價?)
 3. 保力龍片  - 6片 $200  - 60x90x2.4cm
 4. 水冷系統  - 1組 $700  - 含水箱/幫浦/水冷頭/散熱排
 5. 散熱片   - 1個 $100  - 7x12x5cm
 6. 風扇    - 2顆 $100  - 6x6cm
 7. 電源供應器 - 1個 $100  - AT 250W
 8. 溫度開關  - 1個 $400  - 0~40度C
 9. 可變電阻  - 1個 $100  - 50W 2Ω (選配)

3. 理論與計算:
 自製冰箱最重要的就是要達到降溫目的, 所以這裡先講解一下降溫的兩個重點, 冷卻能力與隔熱效果, 以免做出來的冰箱不敷使用.

冷卻能力:

 致冷晶片的冷卻效率受到許多因素影響, 包括規格/電流/溫差等. 這次我們使用TEC1-127.10的最大致冷力是88.9W, 這是規格中在理想狀況下的致冷力, 當然在一般使用下是不可能達到的. 因此, 我們必須先大致估算一下我們的冷卻系統實際的冷卻能力.

 致冷晶片的致冷力並不是跟電流成正比, 請參考廠商提供說明-致冷力與電流的關係, 實測中接上電源供應器12V, 測得電壓11.6V, 電流7.2A, 耗電量84W.

 影響致冷力的另一個因素則是冷熱面兩端的溫差, 溫差越小效率越高. 綜合電流與溫差, 廠商提供一個估算致冷力的方式-能源轉換效率-說明/圖表, 因此我們可以計算I/Imax與dT/dTmax來查出COP以估算出實際的致冷力.

 首先我們要訂定使用環境的溫度與冰箱的預定溫度, 就我的例子而言, 我希望可以在夏天室溫30度C的時候, 冰箱溫度不超過20度C.

 再來就是冷熱面實際溫度估算.致冷晶片熱端部分我們使用水冷散熱, 一般來說, 銅製水冷頭的散熱效果非常好, 因此估計晶片熱端比水溫高3度C. 再來是水溫, 冷卻水主要是借由散熱排來跟空氣做熱交換, 而晶片的耗電量加上致冷力超過100W, 因此估計水溫比室溫高7度C. 冷端的部分使用鋁製散熱片, 雖然配上兩顆風扇, 但散熱效果有限, 因此估算冷端比冰箱溫度低10度C.

 系統各部分的溫度: 室溫30  <->  水溫37  <->  致冷片熱端40  <->  致冷片冷端10  <->  冰箱溫度20

 估算致冷力所需的參數都有了:
 I = 7.2 (操作電流)
 Imax = 10 (規格最大電流)
 dT = 30 (致冷片熱端與冷端的溫差)
 dTmax = 67 (規格最大溫差)

 算出:
 I/Imax = 0.72
 dT/dTmax = 0.45

 看圖得出: COP = 0.57
 加上先前算出的 耗電量 = 84W
 得到 致冷力 = 47W

 以上的估算雖然不是很精準, 但希望借由這個步驟, 可以使大家了解整個冷卻系統的流程, 以及如何增進致冷晶片的效率, 以達到冰箱所需的冷卻效果.

隔熱效果:

 影響隔熱效果的因素有溫差, 隔熱材料的熱傳導係數, 隔熱材料的厚度, 接觸面積, 用一公式來表示:

 熱傳導速率 dQ / dt = k * A * dT / h
 Q:熱能, t:時間, k :熱傳導係數, A:截面積, dT:溫差, h:厚度

 我們使用的隔熱材料是保力龍, 熱傳導係數是0.037W/m℃, 厚度0.024m, 木箱內部尺寸0.9x0.6x0.6m, 加上保力龍板後內部面積為2.48平方公尺, 預定溫差10℃.

 根據以上數據, 得到 熱傳導速率 = 38W

 加上冰箱內兩顆風扇耗電量4W, 維持比室溫低10℃所需的致冷力為42W, 小於先前估算的致冷力, 雖然如此, 還是得再次強調, 這些計算的結果跟實際相比可能還是會有落差, 這裡的用意主要還是想讓大家了解影響冰箱溫度的所有因素, 這樣才能夠依照個人所需, 製作專屬的實用冰箱.

 ps. 這裡並沒有考慮到食材所產生的熱量.

4. 溫度控制:
 
 這是一張冰箱的外部配件圖, 可以看到一個溫度開關與可變電阻.

 一般來說, 單獨使用溫度開關就可以達到溫控的目的, 不過這裡我們可以藉由致冷晶片的特性, 使溫度控制更加得心應手.

 供給致冷片不同的電壓, 可以得到不同的冷卻效率, 因此可藉由溫控電路來達到恆溫的效果, 但由於經濟考量, 將自動換成手動, 用簡單的可變電阻來供給不同電壓.

  電源供應器的輸出電壓(5V/12V)可經由串接不同的電阻值來調整致冷晶片的操作電壓, 以得到適當的冷卻效率. 然而當室溫變化時, 冰箱溫度也會跟著變化, 因此, 必須再搭配一個3Pin的溫度開關, 當溫度過高時, 供給12V快速降溫, 當冰箱降到適當溫度後, 自動切換供給預先調整好的低電壓, 保持溫度穩定.

 兩段式功率可以減少溫度高低變換的頻率, 也有節省能源的效果, 實測中, 2V可以降2.5℃, 5V可以降6℃, 耗電量可是跟電壓平方成正比喔! 當然啦, 電阻也浪費了一些, 但總體來說還是節省不少.

5. 土木工程 :
 這裡不會講太多的細節, 尤其是冷卻系統的組合, 可以參考DIY冰箱 I.

 剛買來的木櫃:
 

 將中間兩片鋸下來做門:
 
 
 貼上保力龍:
 
 
 安裝冷卻系統:
 

 完成. (會不會太混?)

6. 後記:
 冰箱已經製作測試完成, 上週開始使用, 目前狀況良好.

 有任何問題歡迎po出來一起討論, 因為你的問題可能也是別人的問題, 所以請減少單獨來訊的可能.

 大部分的資料由網路上取得, 如有錯誤, 請來訊告知, 謝謝!



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此文章有36個相關評論如下:(點這兒論壇方式查看)

緲微子 發表於: 2005/04/12 08:35:57pm
[LIKE=董日月;=LIKE]
下面引用由OutRunner2005/04/06 06:11pm 發表的內容:
9. 可變電阻  - 1個 $100  - 50W 2Ω (選配)


有在賣2Ω 的可變電阻嗎
還是2kΩ?
 頂部
OutRunner 發表於: 2005/04/13 01:36:33pm
2Ω , 重點是功率.
我提供的連結可以參考一下.
 頂部
playaok 發表於: 2005/04/13 03:47:39pm
可否請教一下電費?
 頂部
OutRunner 發表於: 2005/04/13 04:25:24pm
最高耗電量約100W, 每天24小時.
電源供應器效率: 50% (估計)
夏季電費: 3.4元/度

這樣估計一個月要花:
100 x 2 x 24 x 30 x 3.4 / 1000 = 490元

如果接5V, 總耗電量約33W:
33 x 2 x 24 x 30 x 3.4 / 1000 = 162元
 頂部
吉丁蟲 發表於: 2005/04/13 04:26:17pm
有無火災之虞?
 頂部
OutRunner 發表於: 2005/04/13 04:35:42pm
[LIKE=bbblackvin;帥阿毛;=LIKE]
下面引用由吉丁蟲2005/04/13 04:26pm 發表的內容:
有無火災之虞?

有.
 頂部
tony888 發表於: 2005/04/13 05:37:05pm
請問一下 OutRunner兄:
我想使用大星這一款迷你水冷
可以給個建議嗎

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 頂部
OutRunner 發表於: 2005/04/13 05:47:55pm
這台用來散熱會不夠力喔, 水溫可能會很高, 建議再串接一個水冷排效果會好一點,
另外也要考量到水流量過小的問題.

我本來打算在冰箱內部使用這款水冷, 但後來沒標到所以作罷,
有機會的話我會再試試冰箱內部也用水冷的情況.
 頂部
tony888 發表於: 2005/04/13 05:56:05pm
喔...原來如此 感謝指導啊
那這一款你覺得如何
不好意思問題很多還請不吝賜教~

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 頂部
OutRunner 發表於: 2005/04/13 06:26:07pm
一定要這個牌子的話, 現在應該是WC-202, 看起來還ok, 不過很貴吧?
建議還是買個二手堪用就好.
 頂部
w545 發表於: 2005/04/13 09:16:47pm
想請教
1.以溫控器控制電源供應器的開關,而啟動致冷晶片的開或關是否會影響晶片的壽命
2.一般晶片的使用壽命大概多長
 頂部
OutRunner 發表於: 2005/04/13 10:10:38pm
這裡有相關說明. 我想他所說的傷害主要來自冷熱交替, 單純的on/off應該問題不大,
不過這也是我第一次接上溫度開關使用, 所以實際情況還未知, 我想能撐個兩三年就很夠用了.

使用高低功率的方式也可以減少開關切換的頻率.
 頂部
tony888 發表於: 2005/04/14 09:15:57am

下面引用由OutRunner2005/04/13 06:26pm 發表的內容:
一定要這個牌子的話, 現在應該是WC-202, 看起來還ok, 不過很貴吧?
建議還是買個二手堪用就好.


感謝回覆啊~
昨天下班就跑去噴了一台WC-202(的確很貴)
組裝測試之後,效果真是不賴啊
冷端在5分鐘內就降到零下
熱端約在20~24度(室溫21度)
今天回家後就要把它裝進保麗龍箱內
測試完再跟大家報告

PS:感謝作者提供的好方法啊!
 頂部
drame919191 發表於: 2005/04/19 00:55:44am
2. 致冷晶片  - 1片 $280  - TEC1-127.10 (最近漲價?)
4. 水冷系統  - 1組 $700  - 含水箱/幫浦/水冷頭/散熱排
5. 散熱片   - 1個 $100  - 7x12x5cm
6. 風扇    - 2顆 $100  - 6x6cm
7. 電源供應器 - 1個 $100  - AT 250W
8. 溫度開關  - 1個 $400  - 0~40度C
9. 可變電阻  - 1個 $100  - 50W 2Ω (選配)

請教一下各位上述這些材料要去哪種材料行購買阿??.謝謝^^
 頂部
OutRunner 發表於: 2005/04/19 09:56:24am
電子材料行: 2,8,9
光華商場(電腦周邊): 4,5,6,7
yahoo拍賣: 4,5,6,7,8
 頂部
tony888 發表於: 2005/04/19 02:01:18pm
所以電源的部分最方便的就是電腦用的POWER. (大4Pin黃色的是+12V, 紅色是+5V, 黑色是地)
一般用12V的就夠了, 嫌太冷就用5V,_____引用自「DIY冰箱 Part I 」

請問是不是把大4PIN的黃色跟黑色的線剪下來接致冷晶片
致冷的功率會比較高
目前我是剪小4PIN的紅線跟黑線來接致冷晶片
雖然冷端可以降到零下 但實際上線後(置入保麗龍箱 約70L)
致冷效果不是很理想 僅下降兩度
而且我是用兩片6X6的致冷板 熱端也使用水冷系統散熱
再加上一台12CM的風扇 做導流
再煩請 OutRunner兄指導
謝謝~
 頂部
OutRunner 發表於: 2005/04/19 03:04:54pm
大小都一樣, 紅色是5V, 黃色是12V.

你用兩片....該不會把他疊起來吧? 千萬不要喔....

如果不是, 你可以先測一下電壓電流水溫等等....大家再來研究....
 頂部
tony888 發表於: 2005/05/09 11:18:59am
[這篇文章最後由tony888在 2005/05/09 11:26am 第 2 次編輯]

請問OutRunner 兄,溫控開關用這個可以嗎
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因為我對電子不是很懂,可否請你畫個簡圖指導一下
電源→可變電阻→溫控開關→致冷晶片 的連接方式(含線路的顏色)
不好意思,不情之請 有怪莫怪
感謝你~

※順帶一問,那條銀色的管子是否是溫控開關的溫度計?
 頂部
OutRunner 發表於: 2005/05/10 00:35:01am
[這篇文章最後由OutRunner在 2005/05/10 00:44am 第 1 次編輯]

這個可以, 銀色的管子要放到冰箱裡面用來感溫的.

其實圖早就該畫了, 不用客氣.



註1. 溫度開關的三個pin要用電表量一下, 高溫是 黃-綠 短路, 低溫是 橘-綠 短路, 注意 黃-橘 永遠是開路.
註2. 致冷晶片的電源也不要接反了, 不然冰箱變烤箱.
 頂部
tony888 發表於: 2005/05/10 09:15:22am
真是專業啊
連我這個外行人都一目了然
養蟲順便學一些知識
感謝你的指導
 頂部
alexcarol 發表於: 2005/07/02 01:27:28am

等有空也來作一台用

這真是養蟲人的福音阿
 頂部
davidoff 發表於: 2005/07/05 11:39:42pm
看起來好像很危險的樣子,不過這樣做省了好多
 頂部
阿斯 發表於: 2005/07/10 04:23:26pm

下面引用由吉丁蟲2005/04/13 04:26pm 發表的內容:
有無火災之虞?




下面引用由OutRunner2005/04/13 04:35pm 發表的內容:
有.



家裡有一個車用冷熱小冰箱, 也是用致冷晶片
在使用說明中有提到以下字眼:
1. 機器的錯誤操作會導致人傷亡和機器損壞<---人傷亡  
2. 散熱受阻不良會使機器受熱並起火 <-----------起火
3. 該機器最多連續工作10小時, 工作時間超長會引起機器損壞, 應停機休息20分鐘 <-------------------不能一直插電  

本想拿來參考改裝, 看到之後突然有點怕
不知道是不是一般家電都是寫的會很嚴重
 頂部
OutRunner 發表於: 2005/07/10 05:22:51pm
插電的東西都有危險, 只是機率的問題罷了.

順便提一下,
我五月中搬家, 搬完後2號機(就是這篇這台)組裝完成後只剩6成功力,
之後就越來越差....檢查確認是晶片的問題,
原因有可能是之前提到的電壓切換頻繁(因為溫度開關).
也有可能是搬運時受損, 或只是單純的晶片不良.

不過在更換晶片後, 我也沒再用溫度開關了.
這兩個月, 室溫應該都穩定在30度上下,
因為蟲養的雜, 所以兩台都溫控在20度左右.

至於晶片壽命, 1號機使用至今, 還沒出現老化的問題.
散熱排已經移到室外, 增加冷卻效率, 減少噪音.
 頂部
danny948 發表於: 2005/07/10 08:25:57pm
希我可一成功
 頂部
sa092788 發表於: 2006/08/03 02:05:34am
[這篇文章最後由sa092788在 2006/08/03 02:13am 第 2 次編輯]


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請問OutRunner 兄:
可變電組有3個接點,請問一下喔,一個接紅色5V,一個接橘色到開關,那另一個接點要接什麼呢?還是不用接,可是我看前面的圖有接一條白色線那是什麼作用?
麻煩OutRunner 兄回答喔!
謝謝OutRunner 兄!
感恩!
 頂部
jigfulvuptjp 發表於: 2006/08/03 02:24:13pm
問一個笨問題     這種冰箱需要冷煤嗎
 頂部
u412861 發表於: 2006/08/03 03:24:50pm
不用冷媒的啦
 頂部
romantsai 發表於: 2006/08/04 04:20:56pm
要維持30度以下的方法很簡單....我家的電子防潮箱有溫控...我現在需要溫控的蟲蟲都放在防潮箱裡就行了...
 頂部
小伍 發表於: 2008/03/14 03:00:25pm
請問你如何選擇需要用多少功率的可變電阻,假設致冷力47W,可變電組就要用50W以上嗎
 頂部
小伍 發表於: 2008/03/14 03:03:00pm
請問你如何選擇可變電組要使用多少W的,比如說是致冷力40W,可變電阻就要用40W以上的是嗎 ?
 頂部
stan1976 發表於: 2008/03/14 08:11:32pm
我也做了一臺!!正在改良二號機.
不用水冷就可以降至11度了 (60cmX40cmX30cm的箱子)
 頂部
abcxyz987 發表於: 2008/04/11 08:52:16pm
你那麼厲害其實可以多做幾台出來賣給別人的啊
有人要你就幫他做做完加一些製造費就可以賣掉了
(開個玩笑)不過還不錯
 頂部
insectlovers 發表於: 2010/01/30 01:20:02pm
您真厲害
 頂部
小小弟 發表於: 2011/07/31 02:13:51pm
大大不好意思我可以問一些問題

1.請問八公分的風扇可以用嗎?

2.大大可不可以介紹給我您所使用的水冷系統呢?

3.大大可不可以介紹給我您所使用的溫度開關和可變電阻呢?

4.大大這個可以溫控25度嗎?(我要養D.H.L的)

5.請問除了大大列的材料還會需要其他材料嗎?

6.謝謝大大(感溫喔!)
 頂部
小小弟 發表於: 2011/08/07 01:26:51am
拜託回復我啊

我不知道要怎麼做

萬事拜託了
 頂部