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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Temperatur in Edelstahlthermoskanne konstant halten: = wieviel Energie?


Autor: Martin M. (Gast)
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Hallo,

ich möchte die Temperatur in einer 0,5l Edelstahlthermoskanne konstant 
auf 8°C halten bzw. ich denke darüber nach ein kleines transportabeles 
Kühlgerät zu bauen.(Also, um den unbedingt kühl zu haltenden Inhalt mit 
auf Campingtour oä. zu nehmen.) Ich dachte daran, aus Plastik einen 
neuen Deckel zu drehen, und dann mit einem Peltier-Element zu kühlen.

Ich bin mir nicht sicher, ob das Ganze nachher so aussieht / machbar 
ist, wie ich mir es vorstelle. Ich möchte eben keinen 80Ah Akku 
mitschleppen.. :)

Also - hat jemand eine grobe Vorstellung davon, wie viel Energie ich 
benötige (bitte schaltet eure Glaskugeln ein ;) ) um die Wärme die von 
außen (durch die Flaschenwand und den Deckel mit Peltier-Element ) 
dringt wieder rauszupumpen? Mir ist klar, dass das von der 
Außentemperatur abhängt - sagen wir also mal Sommer 30°C... :)

Vorschläge, wie ich es selbst abschätzen könnte, würden mich natürlich 
auch freuen!

Vielen Dank,
Martin

Autor: Peter (Gast)
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teste doch mal wie lange es braucht damit der Inhalt von 10 auf 20 Grand 
sich erwärmt. Wenn du diese Zeit hast könnte man auch etwas sinnvolles 
ausrechnen.

Autor: Test (Gast)
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Hallo,

miss die Zeit für die Abkühlung/Erwärmung von 0,5 Liter Wasser um 1 
Grad/Kelvin bei konstanter Aussentemperatur.
10 Grad wäre etwas viel,da abkühlen/erwärmen bei konstanter/m 
Aussentemperatur und Übergangswiderstandwie ein RC-Glied exponentiell 
ist ( 1- e^(-t/Tau)) oder ähnlich , zudem kann das dauern...
Den Wärmestrom kannst Du dann ja berechnen.
Aufgenommene/abgegebene Wärme: O,5 kg * 4186 J/kgK *1 K
Leitsung Arbeit/Zeit dann hast Du die Watt.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Gibt es da keine Daten vom Hersteller der Kanne?

Autor: ich_eben (Gast)
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Hallo,
obwohl ich wohl ein Verfechter elektronischer Gimmiks bin würde ich evtl 
versuchen, das chemisch zu machen.
schade, dass du nicht gesagt hast was du kühlen möchtest, ich vermute 
Medikamente.
da wäre es evtl besser eine Flüssigkeit die bei 8°C verdampft 
einzufüllen(mit überdrucköffnung) da das Peltierelement einen schlechten 
Wirkungsgrad besitzt, auch Strom verbraucht, um nur den 
Temperaturunterschied 8°C - 30°C zu halten...
wen mit peltierelement sehe ich nur die Möglichkeit kleine 
Peltierelemente in reihe zu schalten, da warscheinlich durch die 
Thermoskanne relativ wenig wärme kommt, aber die Temperaturdifferenz 
relativ groß ist

Autor: Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite
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Martin M. schrieb:
> Vorschläge, wie ich es selbst abschätzen könnte

Ganz einfach:

1. Bestimme in einem Experiment den Wärmeübergangskoeffizienten alpha.
2. rechne

Autor: ich_eben (Gast)
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Ich denke immer noch, dass die Isolierung durch und um das 
Peltierelement größenordnungen schlechter ist, als die der Kanne.
Damit das Peltierelement 8° innentemperatur halten kann (soweit ich weiß 
schaffen die meisten Peltierelemente nur einen Temperaturunterschied von 
20-40°)muss dieses schon ein bisschen arbeiten -> Unmengen Strom-> 
Erwärmung -> großer Kühlkörper.
mM. nach ist dabei der Verlust durch die Thermoskanne vernachlässigbar 
oder sehe ich das falsch?

Autor: Olaf (Gast)
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> Vorschläge, wie ich es selbst abschätzen könnte, würden mich natürlich
> auch freuen!

Das abzuschaetzen wuerde ich mich nicht trauen. :-)

Es ist natuerlich relativ einfach zu messen/berechnen wie gut die 
Thermoskanne alleine ist. Du brauchst ja nur mal 1l Wasser 1h darin zu 
lassen und kannst es dann mit der Vorher/nachher Temperatur ausrechnen.

Ich denke dabei wird rauskommen das eine Thermoskanne ziemlich gut ist. 
Genauer gesagt, und da ist das Problem, viel besser als dein 
Peltierelementdeckel. vielleicht schreiben die Hersteller der 
Peltierelemente ja was zu diesem Punkt in ihren Datenblaettern.

Olaf

Autor: Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite
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ich_eben schrieb:
> mM. nach ist dabei der Verlust durch die Thermoskanne vernachlässigbar
> oder sehe ich das falsch?

Ja, siehst du falsch. Wenn der Verlust vernachlässigbar wäre, dann 
erübrigt sich die Aufgabe. In diesem Fall würde der Inhalt immer auf 
konstanter Temperatur bleiben.

Autor: Detlev T. (detlevt)
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Wie wäre es mit einem Stück Eis? :D

Man kann das Eis ja (lebensmitteltauglich) einpacken, dass die Wärme 
nicht so schnell aufgenommen und der Inhalt nicht verwässert wird. So 
wie das hier:
http://www.amazon.de/Dauerk%C3%BChlkugeln-Dauereis...

Autor: Olaf (Gast)
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> Wenn der Verlust vernachlässigbar wäre, dann
> erübrigt sich die Aufgabe.

Ich denke der Verlust einer Thermoskanne ist vernachlaessigbar 
gegenueber des Deckels einer Thermoskanne.

Meine Erfahrung ist z.B das alte Thermoskannen mit dem kleinen Loch und 
dem Stoepsel der sich beim zudrehen ausdehnt viel laenger halten als die 
modernen Kannen mit dem grossen Schraubdeckel.

Wenn ich damit recht habe dann wieder der Verlust ueberwiegend vom neuen 
Deckel mit seinem Peltierelement abhaengen.

Olaf

Autor: Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite
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Olaf schrieb:
> Ich denke der Verlust einer Thermoskanne ist vernachlaessigbar
> gegenueber des Deckels einer Thermoskanne.

A in obiger Formel ist natürlich die Gesamtoberfläche der Kanne. 
Existieren für das System Kanne unterschiedliche 
Wärmeübergangswiderstände, so sind diese natürlich entsprechend ihrer 
Fläche zu berücksichtigen.

prinzipiell:
Stelle dir den ganzen Versuchsaufbau mal elektrisch vor. Die Erwärmung 
der Flüssigkeit in der Thermoskanne geschieht dadurch, dass ein Strom 
(Wärmestrom) durch die Behälterwand fließt. Die Stärke des Stroms hängt 
vom Widerstand und der Temperaturdifferenz (elektrisch die Spannung) ab. 
Um eine Erwärmung zu verhindern, musst du nun genau den 
Verlustwärmestrom durch die Behälterwand durch einen 
Kompensationswärmestrom mittels Peltierelement ausgleichen. Sind beide 
Flächen nicht gleich, d.h. die Verlustfläche und die 
Kompensationsfläche, so ist dieses Flächenverhältnis noch zu 
berücksichtigen.

Autor: Martin M. (Gast)
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Hallo,
vielen dank schon mal! Die idee mit der verdampfenden Flüssigkeit finde 
ich schon mal sehr interessant! Also, ja, es geht um ein Medikament - es 
hatt es gern zwischen 2 und 8°C kalt...

Genau die Vermutung, also, dass der Deckel mit dem Peltier eben der 
Schwachpunkt ist, hatte ich auch. (Mir schwirrte die Frage im Kopf 
herrum, wie gut so ein Element im stromlosen Zustand isoliert..)

Also ist es wahrscheinlich effizienter/energiesparender ein 
Kühlflüssigkeitsystem in der Kanne zu haben, als mit einem Peltier zu 
arbeiten..?! hmm.. gut..!

Grüße,
Martin

Autor: Andreas Ferber (aferber)
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Füll' die Thermoskanne mal mit Eis, verschliesse sie gut und stelle sie 
dann bei ca. 35-40℃ in den Backofen. Aber viel Zeit mitbringen, du wirst 
dich vermutlich wundern, wie lange das tatsächlich dauert, bis das Eis 
auch nur geschmolzen ist, geschweige denn 8℃ erreicht.

Das Abkühlen von heissen Getränken in üblichen Thermoskannen geht 
erheblich schneller als kalte Getränke warm werden. Das hängt damit 
zusammen, dass heisse Getränke auch durch Verdunstung Energie abgeben, 
und die Kannen nicht wirklich luftdicht sind. Einen vergleichbaren, von 
alleine laufenden Prozess, der kalte Dinge in der Kanne erwärmen würde 
gibt es dagegen nicht. Im Gegenteil, die Schichtung von kalter Luft über 
der kalten Getränkeoberfläche sorgt noch für eine zusätzliche Isolation 
in Richtung der Öffnung.

Flüssiger Stickstoff kann je nach Menge auch ein paar Tage in einem 
Dewargefäss ganz ohne Deckel rumstehen...

Andreas

Autor: ich_eben (Gast)
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so ein Peltierelement isoliert sehr sehr schlecht im ausgeschaltetem 
zustand, eine Möglichkeit dies zu verbessern ist mehrere Peltierelemente 
hintereinenderzuschalten, ich denke auch, dass sehr kleine 
Peltierelemente reichen würden, dafür z.B. min 4 stück hintereinander, 
ein großer Kühlkörper ist natürlich Pflicht.
das würde aber immer noch Strom verbrauchen, wahrscheinlich nicht gerade 
wenig, mit guten Akkus kommt man da natürlich auch noch mal ein Stück...
kommt halt auch drauf an was es kosten darf...
und wie lange das ding wie mobil kühlen können muss, wenn man natürlich 
irgendwo Strom herbekommt (Auto Steckdose...) wäre die sache entschärft, 
aber immer noch schwierig.
wenn man es oldschool (tm) macht und die Medikamente sofern nicht sowiso 
schon wasserdicht verpackt und bevor man geht 2° kaltes Wasser einfüllt 
und wenn man dann nach 6 std irgendwo hinkommt und was kaltes drinkt ein 
gut gekühltes Mineralwasser nachkippt ist man sicherlich billiger dran

Autor: thermo1 (Gast)
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@Martin

setze dich mal mit einem Kalorimeter, spez. Wärmekapazität
oder "Wasserwert" etc. auseinander.
(physikalsiche Formelsammlung vorhanden.....?)

Einstieg z.B. über
http://de.wikipedia.org/wiki/Kalorimeter

Autor: Andreas Ferber (aferber)
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Andreas Ferber schrieb:
> Aber viel Zeit mitbringen, du wirst
> dich vermutlich wundern, wie lange das tatsächlich dauert, bis das Eis
> auch nur geschmolzen ist, geschweige denn 8℃ erreicht.

BTW, hier hat es mit einer vorgekühlten Flasche angeblich fünf Tage 
gedauert, bis die Hälfte des Eises geschmolzen war:

http://www.ksta.de/html/artikel/1187344855397.shtml

Also genug zum Lesen einpacken für deinen eigenen Versuch ;-)

Andreas

Autor: Icke (Gast)
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Edelstahl Isolierkannen sind wesentlich schlechter als solche mit 
Glaseinsatz.

Autor: mhh (Gast)
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Icke schrieb:
> Edelstahl Isolierkannen sind wesentlich schlechter als solche mit
> Glaseinsatz.

Außer beim runterfallen.  :)

Autor: Stephan (Gast)
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Andreas Ferber schrieb:
> BTW, hier hat es mit einer vorgekühlten Flasche angeblich fünf Tage
> gedauert, bis die Hälfte des Eises geschmolzen war:

Die Schmelzwärme von Wasser liegt aber auch bei 332,5kJ/kg. Für die 
Erwärmung von 2 auf 8°C sinds dagegen nur 6*4,19kJ/kg = 25,14kJ/kg.
Praktisch (wenn man nicht den ganzen Bereich ausloten kann) also Faktor 
20 weniger.

Macht dann nen halben Tag bei "Kölner Temperaturen" und ruhig gelagert. 
Scheint auch ne größere Kanne (1,2 Kilo Eis) zu sein und hat damit ein 
besseres Verhältnis Volumen/Oberfläche.
Das bröcklige Eis - solange nichts/nicht viel geschmolzen ist - hat auch 
weniger Kontakt zum Behälter. Damit nochmal bessere Isolation.
Das Eis hatte vmtl. auch nicht 0°C sondern eher -10°C, ist aber 
gegenüber der hier wegfallenden Schmelzwärme vernachlässigbar.
Mehr als 3-6 Stunden werden da kaum zuverlässig machbar sein.

0°C wären mit Eiswasser am einfachsten und längsten zu halten. Macht das 
Medikament aber vmtl. nicht mit.
Am einfachsten: ne geeignete Substanz - die gilts zu finden - mit 
Schmelzpunkt im Bereich 2-8°C und ordentlich Schmelzwärme.

Alternativ Medikament (isoliert) in Eiswasser und bei 
Temperaturunterschreitung leicht heizen; manuell gelegentlich nen 
Eiswürfel nachlegen; was ausgefuchstes mit Zeolith; ne Vakuumpumpe mit 
der du Wasser bei 7°C und 7-8mbar verdampfst...
Peltier macht aber ziemlich sicher keinen Sinn.

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