crazy Kühlbox...12 Volt Verwertung der ungewöhnlichen Art

[Bernd]

Auch wenn es manchen nicht nachvollziehbar erscheint, mir macht es sehr viel Spass mit meinem Spielzeug
zu experimentieren und neues heraus zu finden.
Diese Kühlbox hat schon einiges vollbracht das ich zuvor nie erwartet hätte, so liegt der derzeitige
Kälterekord mittlerweile bei minus 12,8 Grad Celsius und das muss noch nicht das Ende sein.

Derzeit experimentiere ich aber in eine andere Richtung -> mit wie wenig Leistung kann ich wie stark abkühlen.
Auch hier zeigte sich wieder erstaunliches.
Von einem Freund bekam ich ein regelbares Netzteil das genau für meine derzeitigen Experimente passend ist.
So bin ich derzeit auf der Suche nach der nötigen Spannung/Aufnahmeleistung um den Boxinhalt bei normaler Zimmertemperatur
auf Kühlschrankniveau zu halten. Kühlschrankniveau bedeutet dabei..... wie sollte es anders sein.... ideale
"Biertemperatur" die ich mit meinem Kumpel durch intensive "Selbstversuche" auf ca. plus 7 Grad festlegte.

Vor meinen Test schätzte ich die nötige Aufnahmeleistung in der Gegend von 15 bis 20 Watt ein, was einem Wert entspricht
den ich mir noch längerfristig für diesen Gag gefallen lassen würde. Das wäre es mir wert.
Tatsächlich zeigt sich aber, ganz genau weiss ich es noch nicht, das ich mit noch weniger Energie auf Kühlschranktemperatur
komme. So wie es derzeit aussieht brauche ich nicht mehr als ca. 10 Watt um ca. 5 - 7 Grad zu realisieren.
Wer sein Bier lieber nur kellerkalt mag dem reichen auch 5 Watt Energieeinsatz.

Ich finde das ganz erstaunlich und ich freue mich sehr darüber. Gerechnet hätte ich allerdings nicht mit so
wenig Leistung für diese Temperatur.

Die Versuche gehen weiter.

Grüsse

Bernd

[Wolle]

Und damit das Ganze noch transportabel wird und du überall kaltes Bier hast, könntest du das Teil zum Schluss noch mit einer 10W Solarzelle versehen...

Was wiegt die Box eigentlich??

Grüße Wolle

[Bernd]

Gute Frage, kann ich morgen mal messen.
Kühlkörper incl. grossen Kupferquadern für den Wärmetransport ca. 4 kg.
CPU-Kühler 2 x zusammen ca. 2 kg.
der Rest ca. 3 kg.

Die 10 Watt Solarzelle wäre aber ein bisschen knapp bemessen, vor allen wenn Getränke runtergekühlt werden müssten.
Eine 50 Ah Autobatterie könnte den Boxinhalt aber theoretisch ca. 3 Tage lang kalt halten.

Grüsse

Bernd

[Beinhart]

Das wäre der Festival-Hit schlecht hin, 3 Tage lang gekühltes Bier und Fleisch

[Chris]

Bernd, hast Du die 2 Peltierelemente noch parallel geschaltet? Ich meine thermisch, nicht elektrisch. Wenn ja, so möchte ich Dir empfehlen sie thermisch in Reihe zu schalten, also die heiße Seite des ersten Elements direkt an die kalte Seite des zweiten Elements, denn ich denke es ist mit der Temperatur ähnlich wie mit dem Strom: Wenn Du sie parallel schaltest, gibt es einen größeren Wärme(Kälte)-Strom, und das Ding wird schneller kühl. Wenn Du sie aber in Reihe schaltest ist der Wärmestrom zwar nicht ganz so groß, dafür ist aber das Temperaturpotentialgefälle zum Schluss größer und Du kannst viel tiefere Temperaturen erreichen. Damit eine frisch eingestellte warme Cola nicht so schnell die anderen kalten Colas aufwärmt, empfehle ich mehr kalte Gehäusemasse einzubauen um den kleineren Wärme(Kälte)-Strom zu kompensieren. Dieses hilft auch bei dem nächsten Vorschlag:

Zu dem Lüfter innen: Du kannst den bedenkenlos rausnehmen wenn Du statt dessen die innere Kammer komplett aus Metall machst. Die Lüfterleistung wird dann nicht mehr den Innenraum aufheizen. Die Metallkammer leitet die Kälte rundherum an alle zu kühlenden Waren heran.

Wenn Du das nicht machen möchtest, so empfehle ich den Kühlkörper zwar oben, aber an einer Seite zu befestigen. Die dort abgekühlte Luft wird schwerer und sinkt von selbst herab. Dabei drückt sie die wärmere Luft auf der gegenüberliegenden Seite nach oben. Es entsteht eine natürliche Luftumwälzung, völlig ohne Ventilator. Es hilft die Kühlrippen in Richtung dieser Zirkulation auszurichten.

Grüße,
Chris

[Chris]

Das mit der Luftzirkulation bei abgeschaltetem inneren Lüfter solltest Du vermutlich leicht testen können indem Du Deinen Kühlschrank um 90 Grad nach hinten kippst, so dass das Kuckfenster nach oben schaut und die Kühlrippen sich nun an der Seite befinden.

[Bernd]

Hallo Chris und danke für deine Hinweise.
Die Box testweise auf den Rücken legen damit der Kühlkörper seitlich steht ist eine gute Idee.
Ich muss dann aber erstmal Halter für die CPU-Kühler bauen weil die dann seitlich "hängen" würden.
Man lernt ja beim Bau so einer Box und so dachte ich anfänglich das ich den Kühlkörper oben hinbaue:
a) weil er da optimal für den Wärmeabtransport per CPU Kühler oben drauf sitzt und
b) "weil kalte Luft ja sowieso nach unten fällt"

In Versuchen zeigte sich dann aber das eine ständige Durchströmung der Kühlkörperrippen die ganze
Box merklich effektiver macht. Das ist so ein Punkt den ich vorher anders beurteilt hätte.

Wenn ich die Peltiers wie derzeit mit nur 3,75 Volt pro Element betreibe dann geht dabei die Temperatur direkt
auf der kalten Seite des Elements immer noch deutlich in den Minusbereich. Setze ich das Element auf den Kühlkörper der
Box so wird es im Inneren längst nicht so kalt. Das ist für mich ein Beweis das die "Pumpleistung" des Elements
nicht hoch genug ist um auch den ganzen Kühlboxraum so kalt zu bekommen obwohl die Minimaltemperatur am
Modul mehr als ausreichend niedrig wäre.
Würde ich die Elemente stapeln würde ich die "Wärmepumpleistung" noch weiter absenken zu gunsten einer tieferen
Minimaltemperatur des Elements selber, die sich aber aufgrund der Höhe der abzuführenden Wärmemenge nie einstellen kann.
Nach meinem Verständnis wäre es sogar besser statt 2 vielleicht 3 oder 4 Peltiers einzusetzen und diese dann einzeln,
wärmetechnisch parallel, zu betreiben, wohlgemerkt mit zusammen der gleichen Leistungsaufnahme wie die beiden derzeit.

Die Innenwände aus dicken Alu zu machen, das natürlich Kontakt zu dem Peltier haben muss, war für die nächste Box eingeplant,
sofern ich je eine zweite baue.
Es gibt eine käufliche Box die ein aus meiner Sicht ein noch besseres System nutzt. Bei dieser Box besitzt der metallerne Innenraum
einen doppelwandigen Aufbau der mit einer Kühlfüssigkeit gefüllt ist. Das entspricht in etwa dem was ich mir auch für eine
nächste Box vorgenommen habe, nämlich den Wärmetransport nicht durch 7cm Kupfer und mehrere cm Alu zu führen sondern
die Wärme durch eine Flüssigkeit zu transportieren. Ich bilde mir ein das der ganze Wärmefluss dadurch viel effektiver wird.
Diese käufliche Box erreicht unglaubliche 40 Grad unter Raumtemperatur, meine "nur" 36 Grad.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Ein paar Daten:

Bei Versorgung der beiden Peltiers mit jeweils:
2,34 Volt und 0,78 Ampere = 3,65 Watt, damit kühlt die Box auf ca. 10,5 Grad unter Raumtemperatur.

3,8 Volt und 1,35 Ampere = 10,2 Watt, damit kühlt die Box auf ca. 16 Grad unter Raumtemperatur.

7,6 Volt und 2,7 Ampere = 41 Watt, damit kühlt die Box auf ca. 26 Grad unter Raumtemperatur.

12 Volt und 4,3 Ampere = 103 Watt, damit kühlt die Box auf ca. 35 Grad unter Raumtemperatur.

Hinzu kommt jeweils noch der Stromverbrauch aller Lüfter, zusammen etwa 1,5 bis 2 Watt.
16 Grad unter Raumtemperatur bedeutet bei 21 Grad im Raum nur noch 5 Grad in der Box, was mehr als ausreichend ist.
7 Grad sehe ich als perfekt an.

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Leistungsaufnahme der beiden Peltiers (beide zusammen) im Verhältnis zu resultierenden Kühlleistung meiner Kühlbox.



Grüsse

Bernd

[Bernd]

Die folgende Grafik zeigt die Performanceleistung eines typischen 40 x 40mm grossen Peltierelementes,
ähnlich wie ich sie auch im Einsatz habe.
Die Maximalwerte für die Spannung des in der Grafik dargestellten Elementes beträgt 14,6 Volt,
der Maximalwert für den Strom beträgt 6 Ampere.

In der Grafik wird der Zusammenhang der Differenztemperatur zwischen warmer und kalter Seite des
Peltiers in bezug auf den fliessenden Strom und die Wärmepumpleistung deutlich.
Die dargestellten Kurven gelten für eine Temperatur der "heissen" Seite von 25 Grad Celsius.
Ich schätze bei mir dürfte die "heisse" Seite etwas wärmer sein, aber nicht sehr viel, vielleicht 30 Grad,
je nach Stromzufuhr und aktueller Lufttemperatur.

Bei voller Leistung von 6A und ohne das das Element Wärme "pumpen" muss, also wenn die kalte Seite vollständig
isoliert wird, erreicht die kalte Seite ca. 70 Grad unterhalb der Temperatur der warmen Seite, die wie gesagt in
der Grafik 25 Grad beträgt. Theoretisch sind also ohne Wärmepumpleistung auf der kalten Seite ca. minus 45 Grad möglich.
Bei 1,2 A Stromfluss erzielt man unter den gleichen (idealisierten) Bedingungen auf der kalten Seite immerhin noch ca.
32 Grad unterhalb der warmen Seite, also ca. minus 7 Grad.
Muss das Element bei diesen 1,2 A aber eine Wärmepumpleistung von ca. 10 Watt erbringen, sinkt die Temperaturdifferenz
zwischen warmer und kalter Seite auf ca. 15 Grad, das heisst die kalte Seite erreicht dann nur noch ca. 10 Grad plus.



Aus der Grafik kann ich annäherungsweise die Wärmepumpleistung, die meine Box zur Erreichung einer bestimmten
Temperaturen benötigt, ermitteln. Zur Erzielung von 16 Grad Temperaturdifferenz zur Raumtemperatur bzw. ca. 25 Grad Temperaturdifferenz zwischen warmer und kalter Seite des Peltiers, benötige ich ca. 10 Watt elektrische Leistung,
verteilt auf beide Peltiers. Das habe ich real ermittelt. Dabei fliessen ca. 1,3 A.
Der Grafik kann ich bei diesem Strom eine Wärmepumpleistung von ca. 5 Watt entnehmen. Da zwei Peltiers verbaut
sind muss ich diesen Wert mal 2 nehmen.
Die Peltiers pumpen also, zumindest laut dieser Herleitung, permanent ca. 10 Watt um den Innenraum 16 Grad kälter
als die Raumluft zu halten. Das wäre soviel Pumpleistung wie elektrische Aufnahmeleistung, ich weiss nicht ob das
stimmen kann, aber im Teillastbereich mag dieser relativ "gute" Wirkungsgrad vielleicht hin kommen.


Grüsse

Bernd