crazy Kühlbox...12 Volt Verwertung der ungewöhnlichen Art

[finn]

ne das kann nicht stimmen...
du müsstest eigentlich eher 16Wel reinstecken um 8W pumpleistung zu haben...

solche "wirkungsgrade"(wärmepumpleistung größer als elektrische Leistung...) schaffen eigentlich nur Kompressorkühlschränke oder hab ich da irgendwas nicht mitbekommen ?

[Bernd]

Als ich mich noch nicht mir Peltiers beschäftigte war mir immer ein "Wirkungsgrad" von 5 bis 10 % im Ohr.
Was bedeutet Wirkungsgrad eigentlich bei einem Peltier das für Kühlzwecke im Einsatz ist ?
5 bis 10% sind es jedenfalls nicht wenn man zur Ermittlung des Wirkungsgrades das Verhältnis aus zugeführte elektrischer zu
transportierter Wärmeleistung ins Verhältnis setzt.

Wie man in der Grafik sieht kann kann das Peltier, dem die Grafik zu Grunde liegt, unter idealen Bedingungen 56 Watt Wärmeenergie "pumpen". Für diese maximale Pumpleistung ist ein Stromfluss von 6A bei gut 12 Volt nötig.
Das heisst bei 72 Watt eingesetzer elektrischer Energie kann das Peltier Element unter idealen Verhältnissen (!) 56 Watt an Wärmeenergie pumpen.
Natürlich hat man nie diese idealen Verhältnisse. Trotzdem kann es weit effektiver arbeiten als ich es zuvor vermutete und
das war dann sogar noch der ungünstigste Betriebsfall, nämlich Volllast.
Bei Teilllast ergeben sich noch weit bessere Werte. Hier bescheinigt die Grafik bei 1,2 A eine Pumpleistung von etwa 18 Watt.
Für die 1,2 A der untersten Kurve sind theoretisch ca. 2,4 Volt nötig.
Das ergibt 2,88 Watt Leistungsaufnahme dem eine maximale Pumpleistung laut Grafik von ca. 18 Watt gegenüber steht !!
Der Hammer oder ?

Natürlich gelten diese idealisierten Werte nur wenn wir nur Wärme pumpen, aber keine Temperaturdifferenz erzeugen.
Trotzdem zeigt es wieviel effektiver das Peltier im Teilllastbereich arbeitet.
unter Volllast maximale Pumpleistung = etwas geringer als aufgenommene elektrische Leistung
bei sehr geringer Last maximale Pumpleistung = 6 mal mehr als aufgenommene elektrische Leistung.

Insofern scheint mir die errechnete Pumpleistung wie im letzten Posting genannt unter realen Bedingungen gar nicht mehr sooo unwahrscheinlich.

Grüsse

Bernd

[Beinhart]

Moin,
Aber das kann doch eigentlich garnicht sein.
Ausm Unterricht schwebt mir bei modernen Wärmepumpen ein maximaler Wirkungsgrad von 400% vor. Laut Wiki 350%. deine liegt etwas über 600%.

[Bernd]

Naja ganz so ist es auch nicht, die 600% sind ja ein rein theoretischer Wert.
600% sind es nur wenn man kein Temperaturgefälle erzeugt, warme und kalte Seite die gleiche Temperatur aufweisen.
Ein Kühlschrank hätte unter solchen Bedingungen vielleicht 2000% Wirkungsgrad.
Sobald man ein Temperaturgefälle erzeugt sinkt das Verhältnis aus eingesetzter zu gepumpter Energie.
In der Praxis will man ja kühlen, ein Temperaturgefälle erzeugen, und dann sinkt die Pumpleistung des Peltiers und damit
der Wirkungsgrad deutlich.

Bei meiner Box sind es, wohlgemerkt nur im unteren Teilllastbereich und nur bei relativ "hoher" Innentemperatur
der Box von ca. 6 Grad, laut der Grafik etwa soviel eingesetzte elektrische Energie wie gepumpte Wärmeenergie.
Sobald man die Box stärker kühlen lässt, in Richtung 0 Grad oder tiefer, wird das Verhältnis wesentlich schlechter.
Bei 12 Volt an jedem Peltier meiner Box stehen insgesamt 103 Watt eingesetze elektrische Leistung einer Kühlleistung
von ca. 40 Watt gegenüber.

Grüsse

Bernd

[Beinhart]

Ah jetzt verstehe ich glaube ich, angenommen du hast eine Außentemperatur von 8 Grad und dein Kühlschrank soll 7 Grad haben kannst du dein Peltier auf Teillast betreiben, da dieses ja nur 1 Grad Differenz erzeugen muss und hat deshalb einen seeehr hohen Wirkungsgrad, oder?
Grüße Beinhart

[Bernd]

Ja genau so ist es, oder fast genauso.
Die Temperaturdifferenz die man in der Grafik auf der unteren Achse sehen kann bezieht sich dabei aber nicht auf den
Unterschied zwischen Raum- und Kühlboxtemperatur, sondern auf den Unterschied zwischen warmer und kalter Seite
des Peltierelements.
Die warme Seite wird man nie auf Raumtemperatur herunter bekommen und die kalte Seite wird immer kälter sein als
der Kühlboxinhalt. Deshalb muss man selbst bei einer Temperaturdifferenz zwischen Raum und Boxinhalt von nur 1 Grad noch einige Grad hinzurechnen.
Dann kann man anhand der Grafik nachschauen mit welchem Strom man welche
Pumpleistung (in der Grafik links - Q watts) bei einer gewünschten Temperaturdifferenz realisieren kann.
Unter Umständen reicht auch ein Stromfluss von unter 1,2 A.



Grüsse

Bernd

[Bernd]

Wer mal vor haben sollte eine ähnliche Kühlbox zu bauen dem sei gesagt das eine Luftumwälzung über den
Kühlkörper im Inneren der Box sehr wichtig ist. Schalte ich den inneren Ventilator ab dauert das Abkühlen
des Kühlgutes viel länger und ich erreiche nur eine um ca. 5 Grad höhere Innentemperatur bzw. muss ich dann
für die gleiche Kühlleistung viel mehr elektrische Leistung einsetzen.

Ich habe in der Box jetzt eine Art "Umluftsystem" eingebaut das die Luft unten ansaugt und zwangsweise durch
die schwarzen Kühlrippen des Kühlkörper an der Innenraumdecke der Box presst. Dadurch erreiche ich erstens
einen ständigen leichten Luftzug um die Flaschen in der Box und somit einen guten Wärmeabtransport und zweitens
eine hohe Effektivität des Wärmeaustausches am schwarzen Kühlkörper.
Leider ist der Innenraum dadurch auch etwas geschrumpft.

Bei voller Leistungsaufnahme der Box war es mir jetzt möglich den mit 6 Stück zimmerwarmen 1 Liter Cola Pullen
voll bestückten Innenraum der Box innerhalb von 10 Stunden von 22 Grad Raumtemperatur auf minus 5,5 Grad abzukühlen.
Schneller bzw. effektiver kann die Box nun wohl nicht mehr werden. Die Grenzen des möglichen in dieser Bauweise
ohne Flüssigkeitswärmetransport sind erreicht. Meine Optimierungsbemühungen sind nahezu abgeschlossen.
Mit den Ergebnisse bin ich sehr zufrieden.
Die Cola ist natürlich auch nicht mehr wirklich flüssig.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Die Box kriegt nun eine Temperaturregelung.
Bei Ebay habe ich zufällig eine Peltiersteuerung gefunden die normalerweise in einem Bierkühler verbaut ist.
Die Steuerung besteht aus einem Mikrocontroller der die Leistung der Peltierelemente per FETs mit PWM steuert .
Mit nichtmal 5 Euro ist diese Steuerung überaus günstig, deshalb habe ich mir gleich mal 4 Stück gekauft.

Mein Kumpel Steve schreibt nun eine neue Firmware für die Steuerung so das sie auf meine Bedürfnisse
zugeschnitten ist. Ziel ist es eine per Poti einstellbare Temperatur möglichst genau konstant zu halten.
Erste Tests zeigten das das bis auf plus minus 0,1 Grad möglich ist.
Gleichzeitig bringt das ganze den positiven Effekt das die Box mit voller Leistung ankühlen kann um
dann per PWM die Leistungsaufnahme schrittweise zu reduzieren bis auf die minimal nötige Leistungsaufnahme
um die eingestellte Temperatur zu halten. Wird es im Raum wärmer erhöht die Steuerung die Kühlleistung, wird es
im Raum kälter wird die Leistungsaufnahme abgesenkt.

Um ein "vorher - nachher" Ergebnis zu erhalten habe ich heute zunächst mal eine Temperaturverlaufkurve meiner
Box bei mittlerer konstanter Leistung aufgenommen. Zu diesem Zweck habe ich die leere Box mit einer Gesamtleistungsaufnahme
von ca. 52 Watt aus dem zimmerwarmen Zustand heraus gestartet und alle 5 min die Temperatur im Inneren gemessen.
Die Leistungsaufnahme blieb dabei immer auf ca. 52 Watt konstant.
Es ergab sich folgende Kurve:



Wie man sieht ist bei dieser Leistungsaufnahme die 0 Grad Grenze nach ca. 105 Minuten erreicht.
Schön erkennt man auch das sich die ersten 10 Minuten praktisch nichts tut denn hier muss sich die Kälte erstmal durch
das ca. 4 Kilo schwere Kühlkörpermaterial "fressen" bevor die Innenluft abgekühlt werden kann.
Die Endtemperatur liegt, bei einer Raumtemperatur von ca. 22 Grad, dann bei ca. minus 5 Grad.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Hier noch ein Bild der Steuerung:



Grüsse

Bernd

[Wolle]

Hallo,

vor ein paar Jahren hab ich mal meinen Athlon XP-Proz mit ner Peltierkühlung ausgestattet.
Damals hab ich in verschiedenen Foren gelesen und öfters den Hinweis bekommen, dass das Peltier keine Rechteck-Spannung "mag".
Man sollte das anschließend mit einer Spule wieder glätten, war die Aussage...

Wo jetzt im Detail die Unterschiede liegen, kann ich aber auch nicht sagen.


Auch habe ich den Tip von nem Kumpel bekommen, das Peltier über eine Art Rampen-Funktion zu starten, sprich das Peltier nicht sofort mit 100% zu starten.
Der Gedanke ist, das es zu starken Spannungen im Material kommen könnte, aufgrund der schlagartigen Temperaturänderung.

Grüße Wolle