Kühlsystem - z.B. Miniatur-Kompressionskältemaschine

[Getorix]

Hallo,

ich suche für folgendes Roboterprojekt: https://www.roboternetz.de/community/threads/54402-Kletterroboter-als-Erstlingsprojekt-einer-Maschineningenieurin

eine engergieeffiziente Kühlmethode mit der sich ca. 90 °C heisser Heissleim auf 30°C herunterkühlen lässt.


Die Schmerzensgrenze in Sachen Gewicht für die Kühlung liegt bei ca. 200 g, etwas leichteres wär natürlich schöner. Die Wärmemenge, die jeweils weg muss, hängt dann vom System ab, das es noch nicht dimensioniert ist, weshalb ich da noch keine Angaben machen kann. (bzw. vermutlich das System dann so designe, dass die Kühlung passt).

Ich durchforste das Internet und Kataloge schon seit 2 Tagen nach kleinst-Wärmepumpen, Kompressor-Kühlmaschinen und Co. und werde einfach nicht fündig :(.


Liebe Grüsse
Lina

[Thomas$]

mir fällt grad spontan nur peltierelement ein die eine seite zum heizen nutzen für den heiskleber und die andere zum kühlen

[Arkon]

Wo ist der Beitrag von PICture von vorhin hin? hm....

Ich denke auch, dass du mit 200g kein Kühlsystem realisieren kannst.

Bei TCEs entscheidet doch die angelegte Polarität darüber welche Seite warm und welche Seite kalt wird oder? Als ersten Gedanken kommt mir dabei, das Pelztier zum zum Kühlen der Füße und zum aufheizen des Klebers zu verwenden. Dabei wird auf einer Seite des TCEs ein Passivkühler angebracht. Die andere Seite ist die "Arbeitsseite" Während das TCE zum Heizen des Klebers verwendet wird, wird der Passivkühler vorgekühlt. Sobald der Fuß abgekühlt werden muss wird das TCE umgepolt. Der Kühler kühlt jetzt die heizende Seite während die Arbeitsseite den Fuß abkühlt. Wie effektiv das Ganze ist müsste jemand beurteilen der sich besser mit TCEs auskennt.

[Getorix]

Hallo,

ja, Pelterielemente sind die aktuelle Lösung (für das Funktionsprinzpmodell) nur leider reicht da das Peliterelement alleine nicht, da die warme Seite angeblich zu warm wird und die dann den ganzen Prozess ausbremst. Meine Vorgänger haben da drum Wärmetauscher und Lüfter installiert, was wahnsinnig viel Bauraum braucht und viel zu viel Energie.

Das mit dem Umpolen klappt leider nicht so gut, da man halt etwa 60 s warten muss, bevor man die Polung ändert, da sonst das Element zerstört wird. Heizdrähte/Widerstände heizen eh deutlich schneller und effizienter. Das ist nicht so ein Ding, da noch welche hinzuzufügen.

Für den geplanten Akkubetrieb ist das nichts. Ich will Peltierelemente natürlich deswegen nicht auschliessen, mit einer etwas vernünftigen Dimensionierung liesse sich auch bestimmt etwas machen, aber ich hoffe noch drauf, etwas geeigneteres zu finden.


Liebe Grüsse
Lina

[BastelWastel]

Effizienter als mit nem Heizdraht wirst du den Klebstoff nich warm bekommen..
Das abkuehlen wird schon anspruchsvoller, vor allem weil Pelztiere eine grausige Ausbeute haben.
Vllt. macht sich hier was Chemisches besser? Fluessiger Stickstoff, ne Dose Kaeltespray,..?

200g sind halt nicht viel.

Gruss, Andreas

[Slowly]

Wie wäre es Statt die Sache elektrisch anzupacken, es mit der Kühlenergie einer zB. Stickstoffdruckflashe, CO2 oder Druckluftflasche zu machen? Expandierende Gase.
Kleine Düsen an den Klebepunkten, Magnetventil(e) und Druckflasche. Gab es nicht mal diese Sprudelwassermaschinen mit einer kleinen CO2 Flasche? Als Versuch sollten alle Bauteile darin enthalten sein. Die Dinger gibt´s gebraucht schon für 20-EUR. Da ist die Klebestelle im nu fest.
Wie funktioniert das nochmal mit dem aufheizen?

[Besserwessi]

Zum Aufheizen kann so ein Peltierelement schon Effektiver sein als ein Heizwiderstand. Allerdings sind 90 C (+x) etwas sehr hoch für die normalen Elemente, und durch die Größe werden auch die Verluste größer. Nur beim Kühlen ist die Effizienz der Peltierelemente eher mau. Da ist der Lüfter schon gar keine so schlechte Idee, zumindest um erstmal bis etwa 40 C zu kommen.

Als kleines Kühlsystem könnte man ggf. ein Stirlingmotor nutzen - der geht ggf. auch zum Heizen.

[Ceos]

Ich hab mal mit spezialisten Telefoniert wegen Pelztieren, der meinte man müsse so ca. das Doppelte an Leistung in das Element stecken, wie man Wärmeleistung transportieren will, sonst "staut" sich die Wärme auf der Kühlungsseite. Außerdem erreicht man bei den Peltiers nur eine Termperaturdifferenz um die 30-40°C, also wenn die warme Seite auf 90° ist, bekommt man die "kalte" Seite kaum unter 50°C wobei wie schon erwähnt eher das Element anfängt den Strom in Wärme umzusetzen als Wärmeleistung zu transportieren!

[ranke]

... mit spezialisten Telefoniert wegen Pelztieren, der meinte man müsse so ca. das Doppelte an Leistung in das Element stecken, wie man Wärmeleistung transportieren will ...

Das gilt wohl, wenn man die Energie von der kalten Seite auf die warme Seite transportieren soll. Hier soll von Warm nach Kalt transportiert werden, da wäre theoretisch noch Energie rauszuholen, auch würde es ganz von selber gehen, aber um die Sache zu beschleunigen (oder um in der Klebefuge einen definierten Temperaturgradienten aufzubauen) würde man gern auch etwas Energie hineinstecken.
Das ist dann schon etwas schwieriger abzuschätzen, sicherlich ist es energetisch günstig, wenn man die Wärmekapazitäten, die den Temperaturwechsel mitmachen sollen, möglichst klein hält. Da könnte ich mir zum Heizen den Widerstand vorstellen, zum Kühlen das Kältespray.
Vielleicht wäre es auch möglich eine Kältesenke (z.B. ein Metallstück oder eine Flüssigkeit), die etwa Raumtemperatur hat nur dann mit der heißen Stelle in Kontakt zu bringen, wenn Kühlung gebraucht wird. Das ist dann mechanisch wieder eine Herausforderung, sozusagen ein Ein- und Ausschaltbarer Wärmeübergang.

[Ceos]

wenn du von Warm nach Kalt übertragen willst, nimmst du die "kalte" Seite vom Peltie Element an die Wärmequelle und die "warme" Seite an eine Ableitstruktur (Kühlkörper + Lüfter z.B.) dadurch wandert die Energie zur warmen Seite und kann dort abgeführt werden (eigentlich iest es eine Art Wärmeleitboost wenn man es so sieht)

wenn du es anders herum anschließt würde die "kalte" Seite nur 40°C kälter werden als die warme Seite, inklusive absorbierter Wärme bei einer Quelle von 90°C also 50°C ungefähr!

die einzige Wärme die transportiert wird ist die Wärme die von der bereits warmen Seite durch das Material übertragen wird, also quasi eine Wärmezirkulation im Peltier Element(also fast schon isolierend)?! Irgendwie hab ich da was falsch verstanden oder ? gibt keinen Sinn? ^^
und außerdem würde die Warme Seite sich durch die gestaute Wärme weiter aufheizen + Abwärme des Peltierelements.

Der Wärmewiderstand eines "unversorgten" Peltier-Element ist genau so hoch wie der eines löchrigen Stück Metall, also ziemlich bescheiden(Wenn man von der Übertragung durch das Metall spricht, klar dass der Übergang an die Luft so effektiver ist)! Wenn ich das jetzt kurzschließe (oder nen Verbraucher anschließe) wird sich da bestimmt nicht viel dran tun, der einzige Nutzen ist, wenn man es mit Strom versorgt!

[Besserwessi]

Anfangs wird das Peltierelement nicht viel zur Kühlung beitragen. Da wäre ein Stück Kupfer effektiver. Nur wenn die GTemperatur schon etwa 35-40 C erreicht hat, hilft das Peltierelement etwas, weil dann der Kühlkörper auf dem Peltierelement nicht mehr 35 C hat, sondern eher 50 C und da mehr Wärme abführen kann (es aber auch muss !).

Was hier wohl gebraucht wird, ist eine schaltbare Wärmesenke. Da ist ein Lüfter schon gar keine so schlechte Idee und von er Energieerffizienz wohl deutlich besser als ein Peltierelement. Ideal wäre so etwas wie eine schaltbare Heatpipe - da hat man nur das Problem der Beschaffung.

[Getorix]

Hallo


wenn du von Warm nach Kalt übertragen willst, nimmst du die "kalte" Seite vom Peltie Element an die Wärmequelle und die "warme" Seite an eine Ableitstruktur (Kühlkörper + Lüfter z.B.) dadurch wandert die Energie zur warmen Seite und kann dort abgeführt werden (eigentlich iest es eine Art Wärmeleitboost wenn man es so sieht)

Ja, genau so geht das. Die Ableitstrukur ist bei der Konfiiguration wichtig, weil eben das Peltierelement maximal so 60 ° Tempeaturdifferenz herstellen kann. Und ist die warme Seite mal heiss, kann die kalte Seite nicht mehr gekühlt werden. Also muss die wame Seite gekühlt werden! Und dadurch lässt sich dann auch mehr Wärme wegtransportieren.

Andersrum anschliessen kann man zwar in der Theorie, aber in der Praxis ist das nicht so eine gute Idee, denn das würde das Element zerstören, wenn man vorher nicht eine Ruhepause von mind. 60 s einplant, d.h. man kann nicht das gleiche Element zum heizen und kühlen an derselben Stelle verwenden.
Allerdings wird das Element nach dem Abschalten auch an der kühlen Stelle warm und übers ganze System betrachtet hat man mit einem Petierelement natürlich eine Heizung (man pumpt ja Energie ins System). Ist halt alles andere als energieeffizient zum Kühlen.

Liebe Grüsse
Lina

[BastelWastel]

Andersrum anschliessen kann man zwar in der Theorie, aber in der Praxis ist das nicht so eine gute Idee, denn das würde das Element zerstören, wenn man vorher nicht eine Ruhepause von mind. 60 s einplant

Wo hast du das her? Das ist mir neu.
Meines wissens werden Pelztiere auch gern mal ueber H-Bruecken angesteuert um genau dies zu tun.
Man kann sie auch stacken um die delta-T zu erhoehen, aber aus meinem Bauchgefuehl raus wuerde ich keine Peltiers dafuer nehmen..dauert zu lange und die Verlustleistung wird dir keine Freude bereiten.

Kaeltespray waere schnell und effizient..
(?Vllt. pro zu kuehlender Einheit ein kleines Ventil und ein bearbeitetes Alu-kuehlprofil durch das dass Spray gepumpt wird?)
In kombination mit der vorgeschlagenen mechanischen Entkopplung muesstest due das Alu-profil nicht wieder mit aufheizen, was dir wieder enorm Energie sparen wuerde.

contra bei der ganzen Geschichte ist natuerlich der mech. Aufwand.

Gruss, Andreas

[Manf]

Ich denke es wird etwas helfen, wenn man sich den Zyklus mit den Temperaturen noch einmal verdeutlicht. Grundsätzlich geht es ja um erwärmen und abkühlen lassen. Dazu kommt eben noch dass es am Fuß kälter sein soll als an der Wand, damit der Klebstoff zum größten Teil am Fuß bleibt. Beim Lösen soll die Klebstelle erst erhitzt und dann gekühlt werden damit die wärmste und weichste Stelle der Klebung direkt an der Wand ist.

Erwärmt man die Klebestelle auf eine hohe Temperatur und kühlt den Fuß durch Belüftung dann braucht er dabei zunächst nicht unter Umgebungstemperatur gekühlt zu werden um diese Verhältnisse zu erreichen. Es wird ja auch stark von der Wärmeleitfähigkeit der Wand abhängen wie die Temperaturverteilung im Klebstoff aussieht.

Zunächst einmal sollte man sich damit wohl ein Wandmaterial aussuchen das eine geringe Wärme-Leitfähigkeit und eine geringe aber nicht zu geringe Wärmekapazität hat. (Das ideale Wand-Material könnte damit vielleicht eine kupferkaschierte Leiterplatte sein mit lauter kleinen voneinander isolierten Kupferflecken.)

Bei der Betrachtung der aufzuwendenden Energie glaube ich jedenfalls dass die Luftkühlung mit kleinen Ventilatoren sehr effizient sein wird und dass die Kühlung unter Umgebungstemperatur nicht so leicht Verbesserungen bringen wird. Selbst im Idealfall (wenn man etwas flüssigen Stickstoff dabei hätte) wären wohl Sensoren nötig, die überprüfen, wann die Temperaturverteilung zum Ablösen optimal ist denn der Zeitpunkt ist ja auch von den Parametern der Wand abhängig.

[Slowly]

Das mit den Peltierelementen sehe ich auch nicht so als die Lösung. Der Stromverbrauch wäre immens.
Die Sache mit der Luft hatte ich ja auch schon vorgeschlagen.

Wie wäre es Statt die Sache elektrisch anzupacken, es mit der Kühlenergie einer zB. Stickstoffdruckflashe, CO2 oder Druckluftflasche zu machen? Expandierende Gase.
Kleine Düsen an den Klebepunkten, Magnetventil(e) und Druckflasche. Gab es nicht mal diese Sprudelwassermaschinen mit einer kleinen CO2 Flasche? Als Versuch sollten alle Bauteile darin enthalten sein. Die Dinger gibt´s gebraucht schon für 20-EUR. Da ist die Klebestelle im nu fest.
Wie funktioniert das nochmal mit dem aufheizen?

[Besserwessi]

Ich hab mir jetzt erst angeschaut, wofür das ganze eigentlich gebraucht wird.

Bei der Anwendung würde ich sehen die Menge des Erwärmen Klebers und auch die Masse des Heizwiederstands so klein wie irgend möglich zu machen. Eine kleine Menge kann man sehr schnell aufheizen und die Abkühlung geht dann auch recht schnell einfach über die Wärmeleitung zur Wand, und zum Bot hin. Man braucht dann nur zum Heizen eine relativ hohe Leistung, dafür aber nur jeweils für kurze Zeit. Zum Kleben reicht im Prinzip eine dünne Schicht von 1/10 mm, und die kann sich fast sofort beim Kontakt mit der kalten Wand abkühlen. Interessant wird ggf. das nachdosieren von Klebstoff und wie man es erreicht, das beim lösen nur wenig oder klein Klebstoff an der Wand zurückbleibt - hier wäre es ggf. nötig das sich die Wand langsamer abkühlt als die Gegenseite. Also zum Ablösen ggf. erst heizen, dann kühlen und erst spät ablösen wenn es am Heizwiderstand schon kälter ist als an der Wand.

[Atvilar]

Das mit dem "Kühlschrankprinzip" kannste vergessen. Das eizige, was noch mehr Strom frisst, als ein Ofen, ist ein Kühlaggregat....
Ergo wird das eher nicht des Rätsels Lösung sein.
Ich bin Chemiker, und bei uns Kühlt man auf mehreren Prinzipien:
CO2, N2, Aceton u. Eis, Salz u. Eis, Kühlaggregat.

CO2 bekommst du in Flaschen, Nur in ganz kleinen grössen wirt´s problematisch. Ein Vorteil ist, dass es sich erst beim Ausdehnen Abkühlt; Lagerung Möglich
N2 kühlt auf satte -185°C, also mehr als genug, jedoch wird die Lagerung schwierig, da es schon kalt gekauft werden muss.
Die anderen kommen wegen den Technischen Aufwands nicht in Frage.

Doch sei gewarnt! Beide Gase sind Extrem kalt, und schwehrer als Luft. Also sie Verdrängen den Sauerstoff aus deiner Luft.
Normal ist ca. 23% O2, ab 19% (also nur 4%Gas in der Luft) kann es bereits tötlich sein!!!

Noch etwas: Unsere Ventile müssen Extern beheitzt werden, damit nicht Wasser aus der Luft an ihnen gefriert und sie sich nicht mehr steuern lassen...