Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Peltier-Luft-Daurchlaufkühler


von Bernd (Gast)


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Hallo zusammen,

ich habe da eine Idee, die ich gerne mal zur Diskussion stellen würde, 
bevor ich loslege:
Bei 3D-Druckern ist die Kühlung des Bauteils ein großes Thema. 
Üblicherweise werden normale PC Lüfter mit einer Luftführung auf das 
Bauteil gerichtet. Es gibt aber Situationen, in denen eine Solche 
Kühlung einfach nicht ausreicht. Darum überlege ich, mir eine 
Membranpmpe zuzulegen, deren Abluft ich über einen Schlauch zum Bauteil 
führe. Solche Pumpen können ja einen deutlich höheren Druck aufbauen. 
Vorne noch eine Düse hin und das Teil wird richtisch schön stark 
angepustet. Soweit kein Problem. Nun würde ich aber gerne noch einen 
draufsetzen und die Luft kühlen. Dafür bietet sich wohl ein Peltier 
Element an. Die warme Seite würde ich klassisch mit Kühlkörper und 
Lüfter kühlen. Für die Kalte Seite habe ich zwei Ideen:
1. Einen fein gerippten Kühlkörper nehmen und einen Deckel Drucken, der 
aufgestült wird und die Luft in Schlangenlinien durch den Kühlkörper 
leitet.
2. Sollte die Luft nicht gunug Wärme an den Kühlkörper abgeben, Könnte 
man auch ein Gefäß mit Kühlflüssigkeit runterkühlen und die zu kühlende 
Luft in sehr feinen Bläschen durch die kalte Flüssigkeit blubbern 
lassen.

Hat jemand schon mal etwas ähnliches Probiert? Hat jemand noch eine 
bessere Idee? Ob es wohl realistisch´ist, dass ich die Luft deutlich 
unter 0°C bekomme?

Ich habe mal die theoretisch nötige Leisung berechnet, um einen 
Luftstrom von 1000L/h um 40K zu kühlen und kam auf nur 13,5W. Das wäre 
ja durchaus im realistischen Bereich. Was meint ihr dazu?

von Flip B. (frickelfreak)


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Die düse mischt die gekühlte luft schön mit der umgebungsluft, da bringt 
die beste kühlung nichts. bei allen gängigen materialien liegt die 
idealtemperatur der kühlluft bei oder weit über RT, es geht rein um die 
bewegung der luft am bauteil. Zu viel kälte schadet der verbindung 
zwischen den layern und sorgt für unnötige spannungen im bauteil. Eher 
heizen würde ich die kühlluft, so komisch wie das klingt. Es geht rein 
darum, den Kunststoff möglichst schnell unter die erstarrungstemp zu 
bringen und nicht möglichst weit darunter.

: Bearbeitet durch User
von Route_66 H. (route_66)


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Hallo!
Außerdem müsste die Luft vorher gut getrocknet werden, sonst wird 
deine Konstruktion ein Wassersprüher.

von Bernd (Gast)


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Flip B. schrieb:
> Die düse mischt die gekühlte luft schön mit der umgebungsluft, da bringt
> die beste kühlung nichts.
Das ist ein guter Punkt. Vielleicht doch eher versuchen, Laminar aus dem 
Schlauch zu strömen. So oder so vermischt es sich natürlich, sollte aber 
in Summe trotzdem kälter sein, als ohne Kühlung.

Flip B. schrieb:
> bei allen gängigen materialien liegt die
> idealtemperatur der kühlluft bei oder weit über RT, es geht rein um die
> bewegung der luft am bauteil.
Meinst du jetzt speziell im 3D Druck?

Flip B. schrieb:
> Zu viel kälte schadet der verbindung
> zwischen den layern und sorgt für unnötige spannungen im bauteil. Eher
> heizen würde ich die kühlluft, so komisch wie das klingt. Es geht rein
> darum, den Kunststoff möglichst schnell unter die erstarrungstemp zu
> bringen und nicht möglichst weit darunter.
Auch da hast du einen guten Punkt. Ich will das Bauteil allerdings nicht 
in den negativen Bereich bekommen, sondern nur möglichst schnell 
runterkommen durch ein großes Delta.
Die Glasübergangstemperatur von PLA geht bis 45°C runter. Ich dachte 
halt mit kalter Luft habe ich eine größer Chance, darunter zu kommen.

Das Gebläse würde ich nur bei Geometrien einsetzen, bei dennen 
Spannungen im Bauteil kein Problem sind. Also nicht bei großen Gehäusen 
o.Ä., sondern nur bei sehr kleinen Bauteilen.

von Bernd (Gast)


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Route 6. schrieb:
> Außerdem müsste die Luft vorher gut getrocknet werden, sonst wird
> deine Konstruktion ein Wassersprüher.
Daran hatte ich auch noch nicht gedacht. Das könnte ein Problem 
werden...

von Teo D. (teoderix)


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Pelztiere haben einen Wirkungsgrad von 3-5%!
Also wohin mit der ganze Abwärme, wenn da nicht mehr als ~30° 
Temperaturunterschied sein sollte, um da ~0° zu erreichen?

von Fabian F. (fabian_f55)


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Teo D. schrieb:
> Pelztiere haben einen Wirkungsgrad von 3-5%!
> Also wohin mit der ganze Abwärme, wenn da nicht mehr als ~30°
> Temperaturunterschied sein sollte, um da ~0° zu erreichen?

Wo hast du denn die Zahl her. Ich hab hier ein PT-Element am Tisch, das 
hat bei 2,4A und dT 20K eine Vorwärsspannung von 6V und ein Qc von 20W. 
Das ist ein Wirkungsgrag von 140%. Bei 6A@13,5V sinds Qc~40W. Da ist die 
Effizienz also nur noch 49%.
Verglichen micht den 400-500% einer Wärmepumpe ists natürlich mieß, aber 
für ein wenig kühle Luft reicht's dicke..

von SR (Gast)


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Fabian F. schrieb:
> Ich hab hier ein PT-Element am Tisch, das
> hat bei 2,4A und dT 20K eine Vorwärsspannung von 6V und ein Qc von 20W.

Das passiert vielleicht ohne jeden Wärmestrom.

Teo D. schrieb:
> Pelztiere haben einen Wirkungsgrad von 3-5%!

Gar so schlimm ist es nicht.

http://www.quick-cool-shop.de/download/QC-71-1_4-8_5-specification.pdf

25% sind schon drin.

von Dieter F. (Gast)


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Bernd schrieb:
> Solche Pumpen können ja einen deutlich höheren Druck aufbauen.
> Vorne noch eine Düse hin und das Teil wird richtisch schön stark
> angepustet.

Willst Die die "Wurst" wegpusten?

von Bernd (Gast)


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Dieter F. schrieb:
> Willst Die die "Wurst" wegpusten?

Zumindest nahezu :D
Es ist ja nicht so, dass die Bahnen einfach abgelegt werden. Mit einer 
Düse mit 0,4mm Durchmesser druckt man meistens layer <=0,2mm. Die werden 
also richtig aufeinander gequetscht.

von Pandur S. (jetztnicht)


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Vergiss Peltier, zuwenig Leistung um vernuenftige Luftmengen zu kuehlen. 
Allenfalls mit einem Wasserkuehler, dh Wasser-Luft-Tauscher, an 
Leitungswasser, oder einem Fass.

: Bearbeitet durch User
von Bernd (Gast)


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Sapperlot W. schrieb:
> Vergiss Peltier, zuwenig Leistung um vernuenftige Luftmengen zu kuehlen.
> Allenfalls mit einem Wasserkuehler, dh Wasser-Luft-Tauscher, an
> Leitungswasser, oder einem Fass.

Das hatte ich fast befürchtet. Aber ich könnte ja mehrere solche 
Durchlaufkühler hintereinander schalten. Ab einer gewissen Anzahl muss 
es ja funktionieren. Ist nur die Frage, wie sehr man übertreiben 
müsste...

von Fabian F. (fabian_f55)


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SR schrieb:

> Gar so schlimm ist es nicht.
>
> http://www.quick-cool-shop.de/download/QC-71-1_4-8_5-specification.pdf
>
> 25% sind schon drin.

Wie kommst du denn auf 25%?

In dem Datenblatt:
0,4Imax @dT20K-> 15W Wärmestrom
3,4A*3,4V= 11,5W el. Leistung
15W/11,5*100= 130% Wirkungsgrad.
Kein normaler Mensch betreibt ein PT-Element bei 100% Imax..

Wenn ich den Luftstrom eines kleinen Lüfters (40mm 20m³/h) 10° unter RT 
in den Drucker blase, entspricht das etwa 50W Kühlleistung.Damit die 
Luft 10° unter RT erreicht mus der Kühlkörper ca. 3-4° kälter sein. 
Außerdem ist die Warme Seite je nach verwendetem Kühler 5-6° wärmer.
Mein dT ist also 20K.
Zwei 70W-PT elemente die man mit je 20W el. Leistung ansteuert kähmen da 
gut hin. Wenn mans dann noch kälter braucht kann man die PTs auch 
aufdrehen.
Die Lüfter auf der warmen Seite müssen dann min 60W ohne Großen 
temperaturhub abführen können. Ein CPU-Tower Kühler oder ein 
Wasserkühler mit TPD >150W sollte dafür reichen.
Leidet die effizienz drunter, aber wenn man nicht grad hunderte Drucke 
macht dürfte das keine Große Rolle spielen.

von Dieter W. (dds5)


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Wenn es denn nur die Leistung zum Abkühlen der Luft wäre.

Das Kondensieren der Luftfeuchte benötigt ein mehrfaches dieser Leistung 
und der Taupunkt wird mit einiger Sicherheit sehr oft unterschritten.

von Fabian F. (fabian_f55)


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Dieter W. schrieb:
> Wenn es denn nur die Leistung zum Abkühlen der Luft wäre.
>
> Das Kondensieren der Luftfeuchte benötigt ein mehrfaches dieser Leistung
> und der Taupunkt wird mit einiger Sicherheit sehr oft unterschritten.

Das hängt stark davon ab wie weit man runter kühlen will. Wenn man von 
20°C @60%RF auf 10°C abkühlt, fällt ca. 1g Wasser/m³ aus. Hier also 
20g/h
Die benötigte negative Energie dafür sind 45000J. Macht also ca. 12W 
aus. Kriegt man durch einen 20% höheren Strom der PTs kompensiert.
Bei RF <50% fällt gar nix mehr aus.

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