Peltier Kühlplatte für Eis Hilfe

[Paulus]

Hey Leute,

eines vorweg, ich kenne mich überhaupt nicht mit Elektronik aus und daher bräuchte ich Hilfe, damit ich keinen Mist baue und danach jemand evtl. verletzt wird :)

Meine Arbeitskollegen und ich haben folgendes Video gesehen: https://www.youtube.com/watch?v=7OoYjIFFvwk


https://www.youtube.com/watch?v=7OoYjIFFvwk

Wir sind ganz hin und weg und wollen unbedingt so eine Kühlplatte haben. Die nennen sich normalerweise Ice Pan.
Nachteil ist nur das die Dinger schweineteuer sind und mit Kompression Gekühlt werden.

Wir sind auf die glorreiche Idee gekommen, das ganze kleiner und praktischer nachzubauen und zwar mit Peltier Elementen.
Diese hier: B00J5BKU0A


Sind recht billig und scheinen auch zuverlässig zu sein.

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Unsere Vorstellung wie das ganze aussehen soll:

Oben eine ca. 3-5 mm Eisenplatte, darunter 10-20 Peltier Elemente (40 mm x 40 mm)
Darunter eine ca. 3-5mm Messingplatte um die Abwärme besser zu verteilen, um dann letztendlich die Hitze der unteren Eisenplatte mit genügend CPU Kühlern abzuführen.
Das ganze wird natürlich mit Wärmeleitpaste eingekleistert.

(wir denken, gute CPU Kühler sind zu groß um direkt jedes Peltier Element mit einem einzelnen abzukühlen)

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Ich habe mich hier ein wenig durchgelesen: http://www.quick-cool-shop.de/peltierelemente-know-how/haeufig-gestellten-fragen-zu-peltierelementen/

Die Frage ist, was müssen wir alles beachten bzw. welchen Stufenlosen Trafo mit genug Power könnt Ihr empfehlen und diese Elemente anzusteuern.
Ich denke einer mit viel Ampere da Parallelschaltung am einfachsten sein soll.

Dann bräuchten wir natürlich noch einen zweiten für die Lüfter....
Ich denke wenn wir das ganze manuell steuern sollte das ausreichen, eine PWN Steuerung wäre natürlich auch dufte, die Frage ist nur ob das mit unserer nicht vorhandenen Kompetenz überhaupt umsetzbar ist.

Zudem denken wir uns, ob man irgendwelche Sicherheitsrichtlinien beachten muss, nicht das die ganze Geschichte bei falscher Bedienung anfängt abzufackeln...

Geld spielt bei der Umsetztung so gut wie keine Rolle, wir wollen Spaß :)
Das ganze wird bei Umsetzung natürlich hier Dokumentiert.

Ich bin über jede Hilfe und alle Tipps dankbar :)

Beste Grüße, Paulus

[Manf]

Der Vorgang im Video kurz beschrieben:
Es werden 100ml wässrige Masse in 100s um mehr als 20K (eher 35K) abgekühlt und gefroren.
Wasser hat eine Wärmekapazität von 4,2Ws pro ml und Kelvin und eine Erstarrungswärmemenge von 80Ws pro ml.
Dafür wird eine Kühlleistung von ca. 420W benötigt. Das ist schon mal ein konkreter Startwert.
Aufzuwenden ist außerdem die Verlustleistung für mangelnde Isolation.

http://www.quick-cool-shop.de/peltierelemente-know-how/leistungsverhalten-von-peltierelementen/
Bei hohen Temperaturdifferenzen ca. -20°C gegen +40°C hat man einen geringen "COP (coefficient of performance)" von vielleicht 10-20%.
Wenn man dafür eine Eingangsleistung von 5kW abschätzt dann kommen einem die +40°C noch gering vor.

Man wird also eher ein Modell bauen, vielleicht einen Tropfen auf einem Thermoelement einfrieren, am besten ein Thermoelment das man auf einer Heatpipe aus einem alten Laptop montiert hat und dessen warmes Ende man mit fließendem Wasser oder mit sehr starkem Luftstrom kühlt.
Eine geringe Temperatur am warmen Ende ist entscheidend für die Kühlleistung und kaum mit Versorgungsleistung zu kompensieren.

Nicht zum entmutigen, nur um die Größenordnung etwas abzuschätzen.

[MF Technik]

Hallo,

Vielleicht wäre es sinnvoller ein Kühlaggregat samt Wärmetauscher aus einer Gefriertruhe auszubauen und
den Verdampfer, also die kalte Seite, unter die Eisenplatte zu installieren.

Gruß Max

[Paulus]

erstmal danke für eure Antworten :)

@ Manf, bedeutet das, dass ich es erst einmal testen sollte oder soviel wie, nur mit 5KW umsetzbar?

Mein Gedanke war, das man die Eisenplatte als Medium so sehr abkühlt, das sie diese ca. 100 ml abkühlen kann.
Wir wollen ja da nicht permanent 100 ml pro 100s einfrieren. Oder vlt. doch? :D

@ MF Technik
Das wäre ja das schöne, diese Methode eben nicht zu nehmen. Es gibt diese Maschinen ja schon, und die sind so groß wir ein ganzer Kühlschrank.
Daher wäre es cool wenn man das ganze mit einer geschätzten Höhe von 15-20 cm umsetzten kann.

[Geistesblitz]

Könnt ihr an sich vergessen, Wärme ist eine ziemlich kompakte Form von Energie. Kannst ja mal ausrechnen, welche Energie nötig ist, um einen Eisenblock um einen °C zu erwärmen und wie hoch man ihn mit derselben Energie befördern könnte. Beim Abkühlen ist dann auch noch das Problem, dass man nicht wirklich "Kälte" erzeugen kann, sondern man darüber arbeiten muss, dass die Wärmeenergie woanders hingeschafft wird (deswegen funktioniert das mit dem offenen Kühlschrank im Sommer auch nicht). Solche Wärmemengen in einem dermaßen kleinen Gerät abzuführen halte ich für utopisch, erst recht mit Peltierelementen.

[Manf]

Du kannst das ganze ja mal auf einen Teelöffel umrechnen. Zuviel Eis ist ja wohl sowieso nicht gesund.

Die Erfahrung mit Peltierelementen umgehen zu können wäre es ein großer Gewinn. Man lernt damit viel über Wärmeströme, Wirkungsgrad, Carnot Wirkungsgrad, Leistungsbilanzen, in dem Thema steckt sehr viel mehr als einfache Prozessorkühlung und Eisproduktion. Dafür würde es ich lohnen.

[Peter(TOO)]

Hallo,

erstmal danke für eure Antworten :)

@ Manf, bedeutet das, dass ich es erst einmal testen sollte oder soviel wie, nur mit 5KW umsetzbar?

Mein Gedanke war, das man die Eisenplatte als Medium so sehr abkühlt, das sie diese ca. 100 ml abkühlen kann.
Wir wollen ja da nicht permanent 100 ml pro 100s einfrieren. Oder vlt. doch? :D

@ MF Technik
Das wäre ja das schöne, diese Methode eben nicht zu nehmen. Es gibt diese Maschinen ja schon, und die sind so groß wir ein ganzer Kühlschrank.
Daher wäre es cool wenn man das ganze mit einer geschätzten Höhe von 15-20 cm umsetzten kann.

Ein Elektroofen hat so um die 2kW.
Dein Ofen hat dann aber 5kW, denn was du da an elektrischer Energie rein steckst, musst du als Wärme abführen!
Eine normale, mit 16A abgesicherte SchuKo-Dose liefert dir knapp 3.7kW, du beauchst da also einen Drehstromanschluss.
Du solltest dir Gedanken machen, ob du das Ganze nicht gleich mit einer Sauna kombinieren solltest ....

Die von dir vorgeschlagenen Peltierelemente haben 60W, du musst also etwa 100 Stück kombinieren um auf die 5kW zu kommen.
Bei Parallelschaltung sind das dann um die 600A.

Machen wird das ganze 10x kleiner, das geht dann mit deinen 10 Elementen.
Das sind dann 600W, also immer noch knapp 60A für die Peltierelemente.
Dafür solltest du dann aber Motorsteller finden, welche mit dem Strom umgehen können.

MfG Peter(TOO)

[Paulus]

Vielen dank Leute für euer Wissen.

Also so wie sich das anhört, wird es wahrscheinlich eher schwierig das ganze umzusetzen.

Ich habe Peltier Elemente noch nicht einmal in der Hand gehabt.
Ich kenne nur Videos aus dem Internet in welchen die Peltier Elemente total einfrieren und einen Haufen Eis bilden.

Auch wenn das ganze Utopisch ist, und wahrscheinlich nur mit 5kW umsetzbar ist, würde ich trotzdem gerne mal einige Tests machen.

Es wäre super wenn mir jemand sagen kann was ich für eine Steuerung benutzen sollte, bzw. worüber ich den Strom für das Element herbekomme.
Wie gesagt ich kenne mich null aus. Ich weiß nur das ich einen CPU Lüfter mit 12 V über mein Computer Netzteil versorgen könnte, das wars dann auch schon.

Ich les mich jetzt erst mal durchs Forum :)

Dank euch,

Paulus

[Geistesblitz]

Es ist auch was anderes, ob man jetzt 100ml Flüssigkeit vereisen will oder nur ein bisschen Luftfeuchtigkeit. In dem Tau auf dem Peltierelement ist sicherlich auch noch haufenweise Luft zwischen. Ein Peltierelement sorgt auch nur für einen Wärmestrom und es wird auf einer Seite warm, auf der anderen kalt, wobei es sich aber auch insgesamt ein wenig aufheizt (Verlustleistung). Das Interessante ist dann auch, die Wärme von der warmen Seite abzuleiten, damit die nicht gleich wieder die kalte Seite aufheizt. Kannst dir ja mal ein so ein Element besorgen, vielleicht findest ja mal was bei Ebay oder so, und damit herumspielen, dann bekommst vielleicht ein Gefühl dafür.

Bei Netzteilen kommt es nicht nur auf die Spannung an, sondern auch auf den Strom. Dabei verhält es sich so, dass die Spannung weitestgehend konstant bleibt und der Strom sich dann einstellt. Kannst dir vorstellen wie einen großen Wassertank mit einem Loch unten, der Wasserdruck wäre dann die Spannung und der Wasserfluss der Strom. Der Druck bleibt immer da, aber der Wasserfluss passt sich an, Loch ganz zuhalten wäre dann Leerlauf (kein Strom fließt) und ganz offen wäre Kurzschluss (maximaler Strom fließt). Kurzschluss mögen Netzteile aber in der Regel gar nicht, sie überlasten dann oder schalten sich ab, wenn sie entsprechend gebaut sind (oder die interne Sicherung brennt durch). Dafür gibt es dann eine Angabe über die maximal mögliche Stromabgabe, ein PC-Netzteil kann wesentlich mehr Strom liefern als zB. eine "Wandwarze".

[Paulus]

OK das kann ich mir vorstellen. Die Spannung ist ja Volt und der Strom wäre dann Ampere richtig?

Ich bräuchte quasi eine art Gleichstrom Netzteil mit Regler, bei welchem ich die Ampere Stärke steuern kann?

Kannst du mir da etwas empfehlen? Also erst mal für 1 15V 6A Peltier Element.
Ich hab da so einen Trafo für eine Modelleisenbahn vor Augen...

[Geistesblitz]

15V und 6A, das heißt wohl, dass 6A fließen, wenn man 15V anschließt oder eben weniger, wenn man eine geringere Spannung anlegt. Gerade in der Leistungsklasse macht sich das über Trafo und Dimmerschaltung (wie beim Modellbahntrafo, weiß es aber gerade auch nicht genau) nicht gut, da das dann ganz schön groß werden würde. Besser wäre da ein Schaltnetzteil und dazu ein Tiefsetzsteller mit PWM-Regelung, wobei da auch schon angemerkt wurde, dass das Peltierelement bei PWM leiden könnte, man müsste also den Strom ein wenig glätten.

[Thommi]

Eines ist noch wichtig: Das Peltierelement wird bei Anlegen der Spannung sofort auf einer Seite eiskalt, auf der anderen richtig heiss, habe ich mal kurz ohne Kühlkörper ausprobiert.

Das Peltier muss auf der Wärmeseite gekühlt werden, sonst schmilzt das Lötzinn im Element, und es wird dadurch zerstört.

Das Peltierelement sollte auch komplett gekapselt sein, dass man das Innenleben an den Seiten nicht sieht, denn sonst kann Kondenswasser das Element mittelfristig zerstören.

[Paulus]

So habe mich jetzt mal von einem Kumpel beraten lassen.

Damit sollte es möglich sein die Peltier Elemente Stufenlos anzusteuern.
http://www.amazon.de/Graupner-6490-Zubeh%C3%B6r-Schaltnetzteil-regelbar/dp/B0037S8X06/ref=sr_1_4?s=toys&ie=UTF8&qid=1435738558&sr=1-4&keywords=Graupner+netzteil

Ich denke das die Leistung bis für ca 9 Elemente reichen sollte.
Kann mir das jemand bestätigen?

Dann bräuchte ich nur noch ein kleines Netzteil für die Lüfter, am besten auch steuerbar, finde da nur gerade nichts was im 2 Ampere bereich liegt (für ca. 10 Lüfter a 0,2A mit 12 V)

Habe ich etwas vergessen?

Gruß, Paulus

[Manf]

Ein Netzteil 12V 2A gibt es beispielsweise in der Form, oder soll es einstellbar sein?
http://www.pollin.de/shop/dt/NzQ1ODQ2OTk-/Stromversorgung/Netzgeraete/Steckernetzgeraete/Stecker_Schaltnetzteil_DURA_MICRO_DM5133E_12_V_2_A .html

Ich hätte auch auf ein Graupner getippt aber eher das mit 5-15V 15A das ist preisgünstiger und die 200W werden für ein erstes Modell schon genügend Herausforderungen bringen, oder sogar etwas mehr.

Die kalte Seite soll wohl -20°C haben damit die Masse gekühlt wird. Die warme Seite wird mit 25°C warmer Lüft gekühlt. Die Elemente arbeiten dann mit einer Temperaturdifferenz 45°C plus die Leistung (200W) mal dem Wärmewiderstand der Luftkühlung.

Ein Wärmewiderstand von 0,1°C/W ergibt dann schon 20°C Temperaturdifferenz der Luftkühlung und eine Gesamttemperaturdifferenz von 65°C. Bei 65°C ist aber kaum noch ein Wärmetransport möglich und man muss um jedes Grad kämpfen. Luftstrom mit höherem Druck oder Wasserkühlung um auf deutlich unter 0,1°C/W zu kommen.

[Paulus]

So ein Netzteil habe ich heute auch schon gefunden, sogar gleich mit Molex Anschluss.

Aber um es auf den Punkt zu bringen... mit Peltier Technologie ist es quasi nicht möglich bei 30° Lufttemperatur Metall auf -20 Grad zu bekommen.
Mann müsste quasi die Warme Seite des Elements auf ca 25° (Im Betrieb) kühlen, damit es noch einigermaßen effizient Wärme Transportieren kann.
Und selbst dann wäre die Effizienz schon viel zu niedrig. Jetzt verstehe ich was es mit den 5kW auf sich hat....

Trotzdem vielen dank, vlt. versuche ich es mit Kompression, ist nur leider viel zu viel Arbeit :D
Andere Technologien gibt es ja wohl noch nicht oder?

[Geistesblitz]

Ich hatte mal gesehen, dass sich jemand einen Ethanol-Chiller gebaut hat, ist zwar ein relativ großes Gerät, hat aber in der prallen Sonne bei 30°C ohne Probleme Eis auf einer Platte herstellen können. Hier hat er Videos davon gemacht:
https://www.youtube.com/watch?v=cvBEGV2q29k
https://www.youtube.com/watch?v=ZZVaZx2luyY

[Peter(TOO)]

Hallo,

Aber um es auf den Punkt zu bringen... mit Peltier Technologie ist es quasi nicht möglich bei 30° Lufttemperatur Metall auf -20 Grad zu bekommen.
Mann müsste quasi die Warme Seite des Elements auf ca 25° (Im Betrieb) kühlen, damit es noch einigermaßen effizient Wärme Transportieren kann.
Und selbst dann wäre die Effizienz schon viel zu niedrig. Jetzt verstehe ich was es mit den 5kW auf sich hat....

Die Idee des Herrn Peltier war eigentlich bestechend! Keine beweglichen Teile und umschalten von Heizen auf Kühlen nur durch umpolen der Spannung.

Wenn da der Wirkungsgrad nichr wärw :-(

Mit einem Peltierelement braucht an etwa 5kW elektrische Leistung um 1kW Wärmeenergier zu transportieren.
Mit einem Kompressor kann man mit 1kW elektrischer etwa 5kW thermische Energie transportieren.

Es liegt nur am schlechten Wirkungsgrad, dass sich dieser Effekt in rund 200 Jahren nicht durchsetzen konnte.
Praktisch gibt es nur Nischenanwendungen (CPU/Halbleiterkühlung, Probenkühlung, Kühltaschen usw.), aber alles im Bereich unter 100W.

Es wurde viel geforscht um den Wirkungsgrad zu verbessern, aber es gab bis heute dabei keine Erfolge :-(

MfG Peter(TOO)

[Paulus]

Erst mal muss ich sagen, das ich begeistert bin, wie aktiv und nett dieses Forum hier ist :)
Wenn ich hier nichts gepostet hätte, dann wären heute wahrscheinlich 140 € an Amazon gegangen und ich hätte die frustrierende Erfahrung selbst machen müssen... danke dafür.

@ Geistesblitz Krass das es echt jemanden gibt der sich eine Eisplatte selbst gebaut hat, jetzt fühl ich mich gar nicht mehr so verrückt, aber das ist mir dann doch ein wenig zu überdimensioniert :D

@ Peter(TOO) Ja leider, ich kenne nur eine neue Technologie, die steckt gerade aber noch in den Kinderschuhen https://www.youtube.com/watch?v=WlKKKMTA7XM
Ich denke das das irgendwann die Effizienz komplett steigern wird, und wenn das ganze auch noch klein ist, dann werden Bastler ihren Spaß mit Icecreme haben!

Ich denke aber, das wir dieses Projekt trotzdem nicht aufgeben werden, entweder werden wir Kompressor Technologie nutzen,
oder den einfachsten Weg nehmen. Stickstoff Kühlung, angeblich soll da der Liter nur einen Euro kosten...

[Manf]

https://www.youtube.com/watch?v=cvBEGV2q29k

Was mir an dem Video mit der Speiseeisherstellung so gefällt ist die Umgebung mit gebrauchter Spachtel und Stahlplatte auf "Zementsack". Da überleben keine Bakterien und wenn das Eisröllchen noch herunterfällt auf den Boden neben den Kompressor dann stimmt auch die Geschmacksrichtung. Ja, sicher, es ist erst einmal nur das technische Prinzip angesprochen.

Eine Kompressorkühlbox habe ich schon für ca. 200Eu gesehen, aber ein kleiner Kühlschrank sollte viel billiger sein.
http://www.redcoon.de/B183308-Mobicool-C40-AC_Kompressork%C3%BChlboxen?refId=pla&utm_source=base.de&utm_medium=SEA&utm_campaign=cpc&xtor=SEC-35&isRfa=1&gclid=Cj0KEQjwn86sBRDroPiR0LrSzNYBEiQAzOaSYC15yjX6 K9E1HuQfgiDDkFzNbAchvuKy9Q8_gYQSOSUaAtk98P8HAQ
http://www.billiger.de/show/kategorie/103526.htm?order=s_price

[Geistesblitz]

@Peter(TOO): nicht zu vergessen zur Energiegewinnung bei Radionuklidbatterien, der Effekt ist ja auch reversibel ;)

[Peter(TOO)]

Hallo,

@Peter(TOO): nicht zu vergessen zur Energiegewinnung bei Radionuklidbatterien, der Effekt ist ja auch reversibel ;)
Richtig, habe ich vergessen. Ist aber meist auch nur ein Nischenprodukt, z.B. in der Raumfahrt.

Die einzige Massenanwendung sind Thermoelemente zur Temperaturmessung und in Kochherden/Gasdurchlauferhitzern usw. als Flammwächter.
Das sind dann aber Anwendungen <10W.

MfG Peter(TOO)