2019.02.04
DIYクリーンベンチに温度制御(加温・冷却）機能を付けたい〜72Wのペルチェじゃ非力すぎたというか保温性を上げないとダメっぽい〜
この写真は実験風景
先日まで作っていた無菌操作用のDIYクリーンベンチ
は幅70cmと巨大で自室のスペースをかなり使用しているので、無菌操作の時だけ使用するのは勿体ないと思っています。そこで考えているのが「インキュベーター」としても使用するってこと。クリーンベンチ兼インキュベーターなら部屋のスペースを有効活用出来そうに思います。そこでクリーンベンチに温度制御（加温・冷却）機能を付けてみることにしました。
購入したパーツは3つ、まずペルチェユニットです。ペルチェは「熱電素子」「サーモモジュール」などと呼ばれ電流を通すとモジュールの片側から、もう片側へ熱が移動する（片側が冷え、片側が温まる）というものです。
購入したのは4cm×4cmのペルチェを挟んで大きなファンと小さなファンが設置されています。ペルチェは型番を見ると6A(72W)製品のようです。これはDIYサーマルサイクラー（PCR装置）を作った時に使用したものと同じやつです。
1万円でPCR装置をDIYその5。必要な温度制御に成功！が、温度制御プログラム難しい。。。 /バイオハッカー・ジャパン 
もう一つは250円で買える温度制御ユニットです。安いけど非常に優れもので、12Vを供給し基板上の3つのボタンで設定温度をセットすると設定温度によりリレーをON/OFFを制御することが出来ます。温度センサープローブ付属。
これは以前、3DプリンターのヒートベッドをDIYする時に使ったものです。
あとは12Vの電源ユニットです。10A(120W)で1000円ぐらい。見た目が可愛くないですが安いし放熱性も良さそう。
デルタ型3Dプリンター「3Dグレコ」に激安サーモスイッチXH-W1209を使ってヒートベッドをDIYするぞ、その1 /usePocket.com別館 
デルタ型3Dプリンター「3Dグレコ」にヒートベッドをDIYするぞ、その2。色々妥協したが一応完成！ /usePocket.com別館
インキュベーターの上面に小さな穴を開け、ペルチェユニットを設置し下から覗き込んだところ。
さっそく実際に温度制御してみました。
上記グラフは実際にユニットを稼働させ温度変化を見たところ。「outside」が室温、「inside」がクリーンベンチの中です。夜に室温16度程度で実験開始、設置したまま朝まで放置した時の温度変化を記録しています。最初、クリーンベンチ内が室温よりも冷えていたようですが、ユニットの稼働とともに温度が上昇してます、しかし温度上昇は室温+0.6度ぐらいで止まっています。そして朝方になるにつれ（？）、室温の低下とともにクローンベンチ内の温度も下がっており、結果的に常に「室温＋0.6度」ぐらいしか上昇するパワーが無いみたいです。これではちょっと使えませんね。今思うと加熱する場合は冷える側のファンはOFFにすれば良かったかな？
次に試しに別用途で作っていた20cm四方のアクリルケースにペルチェユニットを移して同様に加温実験を試してみました。（下記写真）
下記が温度変化です。今度は室温＋9度程度上昇させていますが、そこで頭打ちになっています。設定は「37度一定（※37度までペルチェON、37度を超えるとペルチェOFF）」にしていたので、設定温度まで上昇することが出来ていないことを意味します。さらに、グラフの後半ではペルチェユニットのプラス極とマイナス極を反転させて冷却も試しています。冷却だと室温からー1℃程度しか出来ないようです。う〜ん、ペルチェって非力ですね。
最初に試したクリーンベンチも、後で試した20cm四方のアクリルケースも厚さ3mmの透明アクリル板で作っており、保温性は無きに等しいです（＾＾；、DIYクリーンベンチのサイズは70cm×60cm×60cmですので表面積は24000cm2、20cm四方のアクリルケースで3200cm2。表面積が8倍違います。ペルチェユニットの出力を3倍の200W程度にしても温度上昇はたかが知れてる？どうやら加温する装置（ペルチェ）の出力を高めるよりは保温性を高める工夫をした方が良いかもしれません。
ちなみに家庭用の電気代は100Wを24時間つけっぱなしにした場合で月間1000円ぐらいと思いますのでこのままでは電気代もバカになりません。DIYクリーンベンチは見た目も大事にしたいと思い、完全透明なアクリルで作ったので保温性を上げるために色々するのはちょっとやりたくありません。クリーンベンチをインキュベーターとして併用するのは諦めようかなと思います。
Category:#DIYクリーンベンチ
※当サイトで実施している実験において使用している試薬・機器は全て一般の人が購入・入手可能なものです。入手方法は過去に紹介されているはずですが、見つけられない場合はコメント欄等でお問合せください。
コメント
いいっすね！=41
001 [02.04 13:26]Sweet‘★1@NetHine:温める方は、ひよこ用の保温電球でも入れたら如何かしら？ インキュベーターだけに。 ↑(9)
002 [02.04 22:43]j@Biglobe:お気づきのとおり断熱しないと温度あげられないですね。あと72W加熱できてないようです。ペルチェ装置で半分くらい外に放熱されてませんかね？https://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/s0.... こういうところでも簡単に熱設計できます。自然対流前提で熱伝達率10W/m2-K、アクリル熱伝導率0.21W/m-K、放射率0.9、伝熱面積0.32m2、温度差9℃で計算するとケースからの放熱は25W程度ですね。前提ずれてるかもしれないけど50W〜半分程度は熱がケース表面以外で逃げてそう。それかちゃんと72W加熱できてないかも。 ↑(8)
003 [02.04 22:52]nmu:爬虫類の飼育用のプレートヒーターをおすすめします。37度は無理ですけど。 ↑(5)
004 [02.06 13:21]小学三年生:ウォータージャケット式にしたら保温性はあがりますが、自作はきびしいか。 ↑(7)
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