Hallo,
ich möchte hier mein Aktuelles Projekt vorstellen: Einen Low-Cost
Thermoschrank mit einem Peltier Element.
Zuerst möchte meine Anforderungen an das Projekt und den Thermoschrank
erläutern:
Da ich z.Zt. wieder Schüler bin sind die Kosten natürlich ein Problem.
Der Thermoschrank sollte den Innenraum heizen und Kühlen können.
Es sollte Ausreichend Platz verfügbar sein.
Folgende Eckdaten hat der Thermoschrank:
-72W Peltierelement (40x40mm)
-2 CPU Kühlkörper (Überbleibsel)
-DS18B20 Temperatursensoren
-PC-Netzteil zur Stromversorgung
-40mm Styroporplatten zur Isolation
-Spanplatten für das Gehäuse
"Tür" auf der Oberseite, um die Warme/Kalte Luft im Innenraum zu halten.
Ein Atmega 8 steuert :
das Peltierelement (An/Aus+Umpolung)
die PWM Lüfter+Drehzahlüberwachung
4 DS18B20 Temperatursensoren (Innen- und Außenseite des
Peltierelemts,Innen und Außentemperatur)
Bilder und Unterlagen folgen noch.
P.S. Dies ist das erste Projekt das ich vorstellen möchte, seid also
nachsichtig mit mir.
Gruß
Mr. Scheiby
Im Anhang ist der Schaltplan der Hauptplatine.
Dazu gehört noch eine Platine die Lastwiderstände für das PC Netzteil
enthält, sowie Kondensatoren.
Der Großteil ist schon fertig, was noch fehlt ist die Hauptplatine und
einige Kleinigkeiten.
um Max Frage zu beantworten:
Die Außenmaße betragen ca. 43x43x50cm
Die Innenmaße ca. 32x32x40cm
Das Innenmaß lässt sich durch zusätzliche Styroporplatten um ca. die
Hälfte verkleinern, da ich erwarte das das Peltierelement etwas schwach
für die große Box ist.
Was in den Außenmaßen noch fehlt ist die Seitlich angebrachte Elektronik
inkl. dem PC Netzteil. Fotos folgen
Gruß
Mr. Scheiby
Die Steuerung des Peltierelements so direkt per MOSFET ist nicht so
ideal: der Wirkungsgrad es Peltierelements zum Kühlen ist bei kleinem
Strom deutlich besser als bei größerem Strom. Entsprechend sollte man
das Peltierelement mit einem mehr oder weniger gelättetem Strom
betreiben. Bei einer Steuerung mit PWM oder langsam An/Aus braucht man
einiges mehr an Strom und Leistung - die moderat langsame 2 Punkt
Regelung oder langsames PWM ist dazu auch noch schlecht für die
Lebensdauer des Peltierelements.
Abhilfe wäre eine schnelle Freilaufdiode vom MOSFET-Drain zu den +12 und
eine Induktivität in Reihe zum Peltierelement.
Am µC ist die Verbindung Aref. an VCC nicht sinnvoll. Richtig wäre ein
Kondensator (z.B. 100 nF) von ARef. nach AGND. AVCC als Ref. kann man
intern per Software auswählen - der Aref. Pin ist dann für einen
Filterkondensator gedacht.
Eigentlich sollte man sich vor dem Beginn mit einem Projekt klar machen,
welches Ergebnis möglich ist.
Also erst einmal den Aufbau mit Peltier, Wärmeisolierung,
Kühlventilatoren, Stromversorgung herstellen.
Dann mal messen, welche "kalt" Temperatur überhaupt erreichbar ist.
Da wirds mit unterdimensionierter Kühlung der Warmseite des
Peltier-Elements ziemlich fiese Grenzen geben.
So nach meiner Schätzung brauchts da für den Kühler ein saftiges
Exemplar, wie man es für Leistungs-CPU's einsetzt, um überhaupt unter
Null Grad zu kommen.
Sich Gedanken über die Regelung bzw. Steuerung zu machen, hat eigentlich
erst dann Sinn, wenn mman die bei "Vollgas" erreichbare tiefe Temperatur
kennt.
Was nützt denn ein Kühler, der nur 5 Grad erreicht oder garnicht auf die
gewünschten -10, -20 usw. kommt.
Erst von dem bei Vollgas Erreichten kann man durch Regeln auf weniger
Kühlung zurückregeln.
Zu Ulrich H.'s Beitrag:
Da das ganze als Low-Cost System gedacht ist habe ich (vorerst) auf eine
PWM Regelung verzichtet, der Mosfet unterbricht nur den Strom, um das
Relais lastfrei zu schalten.
Da ich den ADC nicht nutze sondern nur den Analog Komperator ist die
Referenzspannung nicht kritisch.
Trotzdem Danke deine Hinweise.
Zu Peter R.:
Es wird ein zum Intel i7 Prozessor mitgelieferter CPU Kühler benutzt,
sollte wohl funktionieren. Ich habe bewusst keinen Kühler mit Heatpipes
verwendet, da diese bei niedriegen Temperaturen nur sehr schlecht
funktionieren (liegt am Konzept der Heatpipes).
Ich teste z.Zt. Genau diesen "Vollgas"-Fall.
Es ist ja keine Große Sache die Elektronik zu einem PWM gesteuerten
Step-Down Regler um zu Bauen.
Im Großen und ganzen bin ich aber Peter's Meinung, dass erst der
Vollgas-Fall getestet werden sollte vor dem letztendlichen Bau einer
Regelung.
Wenn ich die Ergebnisse der ersten Tests aufbereitet habe, werde ich sie
natürlich hier veröffentlichen.
Mr. Scheiby schrieb:> der Mosfet unterbricht nur den Strom, um das> Relais lastfrei zu schalten.
Du weißt aber schon daß du vor dem Umpolen das Peltier erst mal abkühlen
lassen solltest. (Das Peltier wirkt sonst als Generator).
Peter R. schrieb:> Was nützt denn ein Kühler, der nur 5 Grad erreicht oder garnicht auf die> gewünschten -10, -20 usw. kommt.
Also mehr als 10(-18) Grad unter Umgebung wird man wohl kaum erreichen.
Ich hoffe da ist auch ein ausreichend großer Kühlkörper im Innenraum
vorgesehen.
Gruß Anja
Die Generatorfunktion des Peltierelements ist relativ schwach. Das ist
noch nicht das Problem - auf ein paar 100 mV mehr oder weniger kommt es
da kaum an. Schnelles Umpolen sollte man trotzdem vermeiden, um den
Stress durch thermische Ausdehnung zu reduzieren. Schon ein An/Aus alle
10 s ist nicht gut.
Man sollte auch aufpassen, dass das die Spannung zum Peltierelement
passt: bei mehr als der optimalen Spannung (bzw. Strom) nimmt die
Kühlwirkung wieder ab. Meist ist deutlich mehr als der optimale Strom
auch nicht vorgehen - macht normal ja auch keinen Sinn.
>"Tür" auf der Oberseite,>um die Warme/Kalte Luft im Innenraum zu halten.
Ent- oder Weder!
Die Tür an der Oberseite ist gut beim Kühlen und schlecht beim Heizen.
Bei einer eventuellen Tür an der Unterseite, ist es genau umgekehrt.
Ein Pelztier an der Oberseite ist gut, wenn Du cool bleiben willst, ein
Pelztierchen am Boden ist Ideal wenn Du es gern warm hast.
Soll die Temperatur im Innenraum halbwegs genau, gleichmäßig und schnell
(im Rahmen der Möglichkeiten) eingestellt werden, so kommst Du um einen
Ventilator im Inneren nicht herum.
Um das Hin- und Her etwas Abzukürzen muss ich den Aufbau wohl erstmal
genauer beschreiben:
Die Thermoeinheit befindet sich seitlich, Die "Tür" oben, kühlen ist für
mich auch die Primäraufgabe und diese ist, wie der Rest mit 40mm
Styropor Isoliert.
Die Thermoeinheit selbst ist nach folgendem Schema aufgebaut:
1. CPU Kühler+Lüfter
2. 10mm Aluklotz mit integriertem DS18B20 zur Temp.-Erfassung am Peltier
3. Peltierelement (Details folgen)
4. Aluklotz (s. Punkt 2)
5. CPU Kühler+Lüfter (s.Punkt 1)
Das Peltier-Element hat folgende Angaben:
Unenn:12V
Umax:15V
Imax:6A
...Bei 12V (bei denen es auch betrieben wird) fließen ca.4,2A, was
allerdings etwas mit der Temperatur variiert.
die Aluklötze haben 2 Funktionen:
1. Das Peltier/Alu Paket braucht eine Dicke von ca. 25mm (Bedingt durch
die CPU Lüfter und die Montage
2. Die Temperatur im "Wärmestrom" möglichst nahe am Peltier messen
Mir ist klar, dass ich mit dem Peltier niemals extreme Minusgrade bzw.
Plusgrade erreichen kann, wenn einem wenige Grad unter Null genügen
sollte es aber wohl reichen und wie bereits erwähnt spielen die Kosten
eine Bedeutende Rolle.
Gruß
Mr. Scheiby (Jetzt mit Account ;-) )
>2. 10mm Aluklotz mit integriertem DS18B20 zur Temp.-Erfassung am Peltier
Sorry!
Wen interessiert denn die Temperatur am Kühlelement?
Der mit Sicherheit kältesten Stelle im System.
M. S. schrieb:> Mir ist klar, dass ich mit dem Peltier niemals extreme Minusgrade bzw.> Plusgrade erreichen kann, wenn einem wenige Grad unter Null genügen
Da brauchst Du m.W. schon einen zweistufigen (Pagoden-)Kühler.
Gruss
Harald
Armateur schrieb:
>Sorry!>Wen interessiert denn die Temperatur am Kühlelement?>Der mit Sicherheit kältesten Stelle im System.
viel interressanter ist die andere warme/heiße Seite.
Da die aber je nach Polarität auf beiden Seiten liegen kann sind 2
Sensoren drin.
Harald Wilhelms schrieb:
>Da brauchst Du m.W. schon einen zweistufigen (Pagoden-)Kühler.
Wie gesagt, das war nie mein Ziel.
Gruß
Mr. Scheiby
> Ich würde sagen,ein ''Doppelpagoden'' Kühler ist nötig !
Mit so einem zweistufigen Peltier-Kühler kühlt man aber keine Kammer
sondern höchsten Bauteile die auf einem Träger liegen der direkt auf dem
Peltier sitzt.
Mit einem einstufigen Peltier erreicht man bestenfalls +5 Grad, fuer
kurze Zeit. Denn die warme Seite wird sehr schnell heiss. Und die 67
Grad spezifizierten Delta-T bedeuten Waermefluss gleich Null. Die
spezifizierten 72W waermepump Leistung betreffen Delta-T gleich Null.
Ich wuerd die Kammer etwas abspecken, auf 5x5x5cm und mich mit +10Grad
zufrieden geben. Wie schon erwaehnt benoetigt man fuer Minusgrade einen
zweistufigen Peltier.
Innen sollte es am Peltierelement auch nicht zu kalt werden, sonst
friert da dann die kondensierende Feuchtigkeit fest, aber das ließe sich
ja durch ne Art Abtauautomatik beherrschen, dass etwa das Peltierelement
zwischendurch mal ausgeschaltet wird. Oder halt sehen, dass es innen
nicht zu kalt wird durch große Kühlkörper. Fragt sich nur, wohin
überhaupt mit dem Kondenswasser. Ganz nützliche Infos zu
Peltierelementen gibt es auf der Seite von Quick-Ohm, z.B.
www.quick-ohm.com/peltier_elements/download/Peltierverhalten.pdf.
Überschlagsmäßig werden bei ca. 0,7 qm Wandfläche der Kammer und 4cm
Styropor mit nem Dämmwert von 0,035 W/mK etwa 0,6 W Kühlleistung für
jedes Grad Temperaturdifferenz gebraucht, das wären bei 20 Grad
Innen-/Aussendifferenz 12 Watt, das sollte doch hinzugekommen sein.
Wären evtl. 4 Peltierelemente parallel und in Reihe geschaltet besser?
Die elektrische Anschluß- und damit die Wärmeleistung wäre die gleiche,
die eigentliche Kühlleistung wäre die doppelte, weil sie dem Strom
proportional ist (4x der halbe Strom), die Verluste durch Wärmerückfluß
wären aber höher, weil die Fläche ja viel größer ist.
Es sollte sich ja sicher machen lassen, dass das Peltier keine
Aussenluft bekommt. Etwas Klebeband, Silikon, Heissleim ..
Die Innen-aussen Temperaturdifferenz ist irrelevant. Was zaehlt ist die
Temperaturdifferenz Heiss-kalt. Und der heisse Teil laeuft schnell
davon. Bei 40 Grad Heiss, waere die benoetigte Leistung schon doppelt,
bei reduziertem Wirkungsgrad. Und 40 Grad heiss ist auf der kuhlen
Seite. Die Temperatur steigt schnell.
Sorry, die Innen-Aussen Differenz ist insofern wichtig, als das die
statische Last darstellt, zusaezlich zum Peltier. Und mit einer
statischen Last hat man noch nichts abgekuehlt ... das erfordert dann
nochmals Kuehlleistung.
Дуссель дукъ schrieb:> Ich wuerd die Kammer etwas abspecken, auf 5x5x5cm
Denk mal praktisch: Das wird bestimmt ein Universalgerät. Und dann paßt
da keine Bierflasche mehr rein (in einem Stück) ;)
Wenn man einen universellen Klimaschrank von 32x32x40cm bauen moechte,
sollte man bedenken, dass kommerzielle Produkte Preise mit 4 Stellen vor
dem komma haben. Und das ist nicht so weil die Firmen gnadenlos
ueberteuerte Preise haben. Ich wuerd zu einem Kompressor raten. Mit
Peltier wird das nichts.
Eine Bierkuehlbox ist was anderes. die Kauft man im Warenhaus fuer 200
Euro, und kann ein kaltes bier kalt halten.
>Und mit einer statischen Last hat man noch nichts abgekuehlt ... das >erfordert
dann nochmals Kuehlleistung.
Mal als Beispiel, 1,5l lauwarmes Getränk um 20 Grad abzukühlen braucht
etwa 4,2Ws/K/g*1500g*20K Ws=126kWs, das entspricht 1h lang 35 Watt
zusätzliche Kühlleistzung. Mal eben so 3 Flaschen Cola abzukühlen dürfte
nicht so einfach werden. Günstige wäre es für solche Zwecke, Flaschen in
ein Gefäß mit Wasser stellen zukönnen, das direkt am Peltier-Element
hängt, so sparte man sich den Umweg über die Luft.
Ja. Ein Peltier hat vielleicht einen wikungsgrad von 30% bei delta-T
Null. Bei delta-T 20 Grad wird's etwas weniger sein. Das waeren dann
etwas mehr als 100W elektrisch am Peltier. Die Abwaerme waere dann 135W
oder so. Und die muss man mit moeglichst wenig delta-T gegenueber der
Aussenluft wegbringen.
Vielleicht noch ne Wasserkühlung drann, damit mit nen großes, langsames
Gebläse nutzen kann, und nicht so ein lautes, kleines sirrendes etwas.
Oder ne Art Bassin aufwärmen, das warme Wasser könnte man dann zum
Duschen oder Händewaschen nutzen. :-)
O.o
Ich glaube der Begriff Low-Cost wird hier etwas anders aufgefasst....
Die Kosten sollten im zweistelligen Euro Bereich liegen.
Natürlich kann man das nicht mit einem Professionellen Thermo Schrank
vergleichen, aber wie gesagt, das war nie das Ziel.
Ich werde morgen mal eine Temperaturkurve aufnehmen und schauen wie die
Ergebnisse aussehen.
Gruß
Mr. Scheiby
Vielleicht ist ein Versuch hilfreich, den ich soeben gemacht habe.
Ich hatte mir vor einigen Wochen aus der Bucht aus Neugier genau
so ein Pelztier 4x4cm für ein paar EUR an Land gezogen.
Versuchsanordnung:
Prozessorkühler aus der Grabbelkiste, Alu, 8x6x4cm, ohne Lüfter
Darauf das Pelztier mit Arctic Silver III hauchdünn
Raumtemperatur = 22°C = Kühlkörpertemperatur
Auf das Pelztier einen kleinen Schluck Wasser
Anschluss an Labornetzteil. Zieht bei 12V 4,2A wie vom TO beschrieben.
Innerhalb von einigen Sekunden ist das Wasser gefroren.
Nach vollständiger Abkühlung Temperaturmessung mit Thermofühler.
Wenige Sekunden nach dem Einschalten hat die Oberfläche eine
Temperatur von -10°C. Wandert dann zügig nach -9°C, -8°C usw
etwa in gleichem Maße, wie sich die andere Seite erwärmt.
Ich würde daraus ableiten, dass eine Differenz von 30°C von warm
zu kalt realistisch ist. Wenn man es schafft, die warme Seite
dauerhaft auf +40°C zu halten, bekommt man auf der kalten Seite
etwa +10°C. Also passend temperiert für eine Flasche Bier. Prost.
Ich habe jetzt mal ein paar Messdaten aufgenommen.
Folgende Rahmenbedingungen:
-keine Volumenreduzierung
-Alle Teile haben Raumtemperatur (22°C) (Die Box war über Nacht offen,
so dass auch die Box innen 22°C hat)
-Das Peltier sowie die zwei Lüfter an den Kühlkörpern werden mit 12V
betrieben, sprich Nennspannung
-Die Messzeit beträgt 30min
Zur Erläuterung:
Blaue Linie (Sensor A) : Im Aluklotz auf der Außenseite
Rote Linie (Sensor B) : Frei hängend in der Kühlbox
Grüne Linie (Sensor C) : Im Aluklotz auf der Innenseite
Bernd K.'s Abschätzung von ca. +10°C scheint also ziemlich gut zu
passen.
Gruß
Mr. Scheiby
Hi,
ich kaper mal den Thread, weil ich gerade auch mit Peltiers spiele.
Zunächst mein Aufbau, großer Kühlkörper für die warme Seite, kleiner
Kühlkörper für die kalte Seite, dazwischen Isoliermaterial.
Schalte ich nun mein Netzteil an, werden beide Seiten mit der Zeit warm.
Ändere ich die Polung, wird der große Kühlkörper kalt, der kleine extrem
warm. Kann mir jemand erklären warum das so ist? Ich versteh es momentan
nicht.
Die Idee ist doch möglichst viel Wärme auf der warmen Seite abzuführen,
um um so kälter auf der kalten Seite zu sein. Habe ich trotz Isolierung
ein Problem mit Strahlungswärme, thermischem Widerstand des großen
Kühlkörpers oder sollte mein kleiner Kühlkörper mit Lüfter die Wärme
besser in die Umgebung abgeben als mein großer mit deutlich größerer
thermischer Masse? Ich würde mich über Hilfe wirklich freuen.
b. schrieb:> ich kaper mal den Thread, weil ich gerade auch mit Peltiers spiele.
Und was hat dein Problem mit der Projektvorstellung zu tun?
Kannst du dir keinen eigenen Titel ausdenken?
Dauergast schrieb:> Und was hat dein Problem mit der Projektvorstellung zu tun?>> Kannst du dir keinen eigenen Titel ausdenken?
Es hat etwas mit Peltiers zu tun und passt hier ganz gut rein, da ich
gehofft hatte das der TO oder jemand anderes diesbezüglich Erfahrung hat
und mir helfen kann.
Hast du nichts besseres zu tun als andere zu diskreditieren? Statt zu
meckern hättest du etwas hilfreiches beitragen können. Schade um den
verschwendeten Post von dir.
