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
Über sowas ähnliches habe ich auch schon mal nachgedacht - bin schon gespannt. Welche Abmessungen strebst du an? Viele Grüße Max
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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.
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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 ! Wo steckst Du denn das Testobjekt hin ? Homogenität ! ;-)
> 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) ;)
Mit einer Bierflasche abkuehlen wird eh nichts. Allenfalls kann man eine 15 graedige Flasche auf 15 Grad halten.
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.
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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.
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