Klimaschrank mit Peltier-Elementen bauen

[Manf]

Den Wärmewiderstand des Schranks kann man auch messen indem man seine Tempraturänderung bei unterschiedlicher Wärmekapazität misst.

Vielleicht war die Bemerkung etwas knapp. Es fehlt in der Berechnung ja noch der Wärmewiderstand des Schranks.

Wenn es darum geht einen thermischen Widerstand zu messen, dann kann man das auch über die Zeitkonstante machen. Man kühlt den leeren Kühlschrank auf beispielsweise 5°C und misst die Temperatur nach dem Abschalten bei der Erwärmung. Man erhält aus der Kurve (durch curve fitting, um Umgenauigkeiten am Anfang und am Ende der Messung abzuschwächen) die Zeitkonstante also Wärmewiderstand mal Wärmekapazität die beide nicht bekannt sind.
Erhöht man die Wärmekapazität bei einer zweiten Messung um einen bekannten Wert (entsprechende Menge Wasser) dann erhält man einen zweiten Wert für die Zeitkonstante aus der sich die gesuchten Werte bestimmen lassen.

Alternativ kann man eine bekannte Wärmequelle einbringen (Widerstand mit Heizleistung) und die Temperaturänderung im eingeschwungenen Zustand messen. Für das Einschwingverhalten wird man etwas Erfahrung gewinnen müssen. Der Kühlschrank sollte dabei mit konstanter (etwas reduzierter) Kühlleistung arbeiten, ohne Regelung. Man kann auch erst einmal ohne Kühlleistung messen, man ist dann nicht ganz im Ziel-Temperaturbereich.


Soweit zum Wärmewiderstand.
In der Rechung gibt es ein delta T mit 40K das nicht weiter erläutert ist. Die Zieltemperatur ist mit 278K angegeben.
Hier sollte man auch noch etwas an den Parametern messen.
Den Widerstand der Peltierelemente kann man leicht aus der Spannungsänderung beim Abschalten des Stroms messen.
Die Peltierspannung ist sicher auch interessant. Bei bekannter Temperaturdifferenz kann die Spannung gemessen werden wenn die Elemente nicht arbeiten. Wenn sie arbeiten und der Strom kurz abgeschaltet wird dann kann man über die Peltierspannung die tatsächliche Temperaturdifferenz am Element messen. Dabei kann sich dann bei 20K zwischen Kühlschrank und Außentemperatur über die Ankoppelung des Elemtes eine höhere Temperaturdifferenz von beispielsweise 40K ergeben. Das sollte man auch nachmessen.

[White_Fox]

Ich vermute, ihr habt das auch nicht gelernt. Oder doch? Wie ich schon sagte, ist das Fach von Kältenlagenbauern, nicht von Elektrotechnikern, nicht von Maschinenbauern. Die Kälteanlagenbauer müssen Elektrik mit lernen, weil die das brauchen, aber umgekehrt ist das eher nicht so.

Von einem Elektroingenieur muß man schon erwarten können, auch mit etwas Thermodynamik umgehen zu können. Auch Elektrotechniker müssen z.B. mal einen Kühlkörper auslegen.
Selbst wenn es in keiner Vorlesung explizit dran war, so muß man von einem Ingenieur schon verlangen können sich dieses Thema selbständig aneignen zu können. Die mathematischen Zusammenhänge sind ja die gleichen wie beim el. Grundstromkreis, dem ohmschen Gesetz und simpler RC-Kombinationen.

Zugegeben, man wird dann auch bald mit Problemen konfrontiert die es in der E-Technik so nicht gibt. Da haben entsprechende Experten dann ihre Daseinsberechtigung.

@Frost:
Die Kühlkörper solltest du im inneren des Schranks nicht zu klein auslegen. Du wirst zwar schnell eiskalte Kühlkörper im Inneren haben, aber dadurch wird es nicht unbedingt schneller kalt. Du willst keine großen Temperaturdifferenzen, sondern möglichst schnell viel Wärme rausbringen. Ich würde dir empfehlen, die Temperaturdifferenz über deinen Peltierelementen auch deshalb möglichst gering zu wählen, damit du den sowieso schon lausigen Wirkungsgrad nicht noch weiter in den Keller treibst.

Außerdem solltest du dir mal Dinge wie z.B. die Feuchtekapazität von Luft anschauen, Stichwort hx-Diagramm.

Alles was du beschreibst deutet auf einen einfachen Kühlschrank hin. In deiner Überschift steht aber etwas von einem Klimaschrank. Beides ist nicht dasselbe und es hat schon seinen Grund, warum man Kühlschränke für relativ wenig Geld in jedem Elektromarkt kaufen kann, Klimaschränke aber eher selten sind, meistens in der Industrie verwendet werden und deutlich teurer sind.