Chodziarka bocznikowa z Ogniewm Peltiera

[mufti]

Mam ciekawy pomysł, który zacząłem realizować próbnie i jak się okazało jest obiecujący.

Skonstruowałem prostą, bocznikową chłodziarkę do wody z wykorzystaniem Ogniwa Peltiera.

Nie zamierzam konstruować dużej chłodziarki jak takie, co można kupić w sklepach za 1k PLN.

Poskładałem więc prosty układ: Rurka 6mm silikonowa, pozwijana w spiralkę. Na jednym boku zwojów przykleiłem Ogniowo Peltiera 90W za pomocą kleju termoprzewodzącego. Od góry przykleiłem szczelnie radiator od procesora Pentium III.

Zacząłem testy. Podłączyłem 15V. Uzyskałem prąd prawie 10A, ale szybko spadł do 5A i ogniwo zaczęło po paru sekundach grzać, z powodu dużych strat własnych, małego radiatora itd...

Chłodziarkę podłączyłem na biurku doświadczalnie. Miednica z wodą 30oC. ostatecznie ustawiłem 3V i prąd 1,5A. Co daje moc chłodzenia punktowego ok. 5W. Temperatura chłodzenia wyniosła ok. Delta 5oC. Schłodzenie ok. 10l wody z 30oC do 25oC nastąpiło po 2,5godziny. Co przy odpowiednio 10x większej objętości, czyli powiedzmy 100l brutto da wydajność teoretycznie (?) 0,5oC po 2,5h, czyli można by chyba przyjąć możliwość utrzymania temperatury przy Delta T=0,5oC...

[ejerzyk]

A jak długo woda chłodzi się z 30 do 25 st. bez tego ogniwa?

[mufti]

A jak długo woda chłodzi się z 30 do 25 st. bez tego ogniwa?

Muszę sprawdzić. Ale na oko przynajmniej z 5 razy dłużej. Dodam, że miednicę zasłoniłem, aby ograniczyć parowanie wody. W pokoju temperatura była ok. 23oC.

Ale to nawet nie o to chodzi. W miednicy była oczywiście pompka AquaEl650Pro, ona też się grzeje. Więc można śmiało przyjąć, że ogniwo chłodzi wodę.

Do sterowania zamierzam podłączyć procesorek i ze 3 czujniki T. Jeden na wlocie, drugi na wylocie, a trzeci na chłodzeniu. Wówczas będzie można zaobserwować jak działa chłodzenie.

Aha

I zapomniałem dodać, że Temperatura na wylocie jest o 1oC niższa niż Temperatura wody w miednicy (wlot). To istotna sprawa demonstrująca działanie ogniwa!

[lubusikk]

pomysl super .tez juz dawno o tym myslalem . ale pomysl z przyczepieniem peltiera do samej rurki sredni .. lepszym pomyslem bylo by wykorzystanie np modulu do chlodzenia woda procesora pc .. najgorzej znalezc odpowiedni material z ktorego bedzie on wykonany ..

[Marqo]

A nie lepiej dać po prostu sam (większy wentylator) ? Wojtku jak postępy w sprawie ARM ?

[mariusz_s]

pomysl super .tez juz dawno o tym myslalem . ale pomysl z przyczepieniem peltiera do samej rurki sredni .. lepszym pomyslem bylo by wykorzystanie np modulu do chlodzenia woda procesora pc .. najgorzej znalezc odpowiedni material z ktorego bedzie on wykonany ..

Wszystkie jakie widziałem zrobione były z miedzi co w akwarium odpada. Zastanawiam się nad cienkimi rurkami ze stali nierdzewnej kwasoodpornej. Myślę by wprasować te rurki pomiędzy żebra radiatora, tak by je lekko zdeformowało. Do wiosny jeszcze trochę czasu. Ale jak lato będzie takie jak było, to w mieszkaniu będę miał 30"C.

[mufti]

A nie lepiej dać po prostu sam (większy wentylator) ? Wojtku jak postępy w sprawie ARM ?

Marqo, zastosowanie samego radiator nie da praktycznie nic z powodu słabego przepływu ciepła. Przewagą zastosowania wymiennika ciepła (tutaj Ogniwo Peltiera) jest właśnie to, że ciepło jest pochłaniane wielokrotnie szybciej do radiatora, który właśnie należy schładzać wentylatorem.

Przy ogniwie uzyskałem temperaturę na rurce o ponad 6-7 oC niższą niż T wpływającej wody. Dla porównania sam radiator nie jest w stanie zadać więcej niż 0,5-1oC chłodzenia. To spora różnica.

-------------------------------------------------------------------------------------

Wykorzystałem jak widać cienki wężyk silikonowy (nomen-omen dość dobrze przewodzi ciepło). Sprawa wpływu miedzi na wodę zatem odpada. W końcu chodzi o morszczaków?!

Ogniwo przykleiłem klejem epoksydowym (taki brązowy, nie widać) szczelnie zalewając powierzchnię rurek pod ogniwem, dzięki czemu prawie cała powierzchnia ogniwa sklejona jest klejem z rurkami. Resztę przestrzeni wypełniłem silikonem, który widać na fotkach na biało. Górna część również. Radiator także przykleiłem tym klejem. Najlepszy sposób przewodzenia ciepła stosowany w półprzewodnikach dużej mocy.

Przepływ wody u mnie ustawiłem w końcu na jakieś 300l/h, ale jak widzę nie ma to większego wpływu. Grunt, aby nie był za duży.

Domówiłem resztę części i poskładam kompletne urządzenie w plastykowej obudowie. Oczywiście wbrew innym wykonawcom, moja chłodziarka będzie sobie wisieć na ścianie jak ARM. Chłodziarkę oznaczyłem nazwą Aqua Reef Chiller, czyli ARC

Użytkownik będzie miał do dyspozycji 3 przyciski (wystające, wygodne) oraz wyświetlacz LCD wyświetlający 3 parametry - Temperaturę zadaną, temperaturę na wlocie oraz temperaturę na wylocie. Czwarty pomiar będzie wewnątrz urządzenia. Zadaniem jego będzie włączanie dodatkowego coolera na górze obudowy aby schłodzić wnętrze.

Praca tej chłodziarki jest ultra cicha. Jeśli ktoś zastosuje ją tak jak ja za obok akwarium, pod koroną, to nie będzie jej praktycznie słychać Oprócz sygnalizacji dźwiękowej, o której też sobie myślę

[k0k0z]

Czytałem kiedyś podobny temat, ciekawym rozwiązaniem wymienności ciepła były rurki miedziane ułożone równolegle na całej długości ogniwa w których był poprowadzony wężyk silikonowy, z racji lepszego pochłaniania (i utrzymywania) temperatury niż silikon, wydłużał się tez czas kontaktu wody z wymiennikiem ciepła (więcej wężyka niż w spirali).

[Ritter]

Jak dla mnie radiator ma za małą powierzchnię do rozpraszania 90W. Lepszy byłby z heat-pipe czyli taki do procesorów o TPD ~100W. Wymiennik strony zimnej powinien być izolowany np. styropianem lub lepiej korkiem by nie zasysać ciepła z otoczenia. Tak na marginesie zmieniając biegunowość ogniwa zmieniamy także kierunek transportu ciepła. Czyli moglibyśmy pozbyć się grzałki z akwarium.

[jaczal]

Robiłem próby w lato - za mała wydajność. Poza tym bez wentylatora się nie obejdzie więc, co za różnica chłodzić radiator czy bezpośrednio wodę.

[KIDULT]

a ja wlasnie buduje lodowke na zarcie dla korali. praktycznie cala mam gotowa, tyko ze okazalo sie, ze thermostab aquaela moze sterowac do 15 stopni C, a profilux 3 do 10 stopni i sie konczy skala.

zamowilem wlasnie takie cos:

http://allegro.pl/elektroniczny-sterownik-regulator-temperatury-i1973961176.html

i jak tylko przyjdzie to ladnie wszystko polutuje i podlacze, zrobie fotki i puszcze do dzialu DIY.

Mufti jezeli budujesz chlodziarke to wzial bys sie za zadanie od dobrej strony, bo na razie jedyne co Ci sie udalo ustalic w tym doswiadzeniu, to ze ogniwo peltiera dziala. wg mnie nie po to Aquamedic produkuje chlodziarki z wymiennikiem z tytanu, zeby dalo sie to obejsc w morskiej wodzie czym innym. nalezy pamietac, ze ogniwa peltiera mozna skladac jedno do drugiego na plasko zwiekszajac tym samym moc. gdyby zlozyc 20 takich ogniw mozna uzyskac calkiem przyzwoitego kopa. pytanie skad wziac wymiennik? nie kazdy tytan sie nadaje....

no i do mojego nabiaka przykladowo trzeba zasilacz 12V i do tego z 50A, ciekawe jak ze sprawnocia tego prostownika? i czy na jedno nie wyjdzie wzgledem agregatu?

[Ritter]

...

a ja wlasnie buduje lodowke na zarcie dla korali. praktycznie cala mam gotowa, tyko ze okazalo sie, ze thermostab aquaela moze sterowac do 15 stopni C, a profilux 3 do 10 stopni i sie konczy skala.

...

Mam nadzieję, że ten regulator nie będzie sterował termoogniwem a raczej kompresorem? Z tego co przeczytałem w opisie ma wyjście 10A AC a to oznacza, że dla termoogniwa zaskianego napięciem stałym maksymalne obciążenie nie powinno przekraczać 1...2A.

Wymiennik nie musi być koniecznie tytanowy może być szlany. W metalowym zbiorniku umieszcza się szklane rurki przez, które przepływa woda morska. Zbiornik jest wypełniony wodą destylowaną, obmywającą rurki z zewnątrz, chłodzoną przez zewnętrzny płaszcz. Może być on nawet miedziany. Cyrkulację wewnątrz zapewnia efekt konwekcji.

[KIDULT]

w opisie jest 10A/277 VAC czy to to samo zn aczy co 10A TYLKO dla AC?

i co, zjara sie? ja mu podam 5 amprow na 12V, moze sie nie zejsra:)

[Ritter]

Oj zjara się. Może nie od razu ale po niedługim czasie. Przyczyna jest prozaiczna a mianowicie w prądzie przeminnym mamy przejście przez zero co powoduje samogaśnięcie łuku/iskrzenia elektrycznego. W stałym tak słodko nie będzie i styki lekko miały nie będą. Zawsze możesz dodać tranzystor N-MOSFET o małym Rds, który będzie kluczował termoogniwa i poprzez rezystor rzędu 1kR sterować go przez przekaźnik z +12V...+15V. Drugi rezystor powinien być podpięty po między bramkę a masę i mieć rezystancję rzędu 10kR tak by po wyłączeniu przekaźnika z bramki był odprowadzany ładunek. Inaczej przekaźnik się wyłączy ale tranzystor niekoniecznie.

A te 10A to tylko dla AC!

[KIDULT]

ile taki gotowiec moze kosztowac?

[mufti]

Ja wtrącę małą dygresję odnośnie mojego tematu przenoszonego ciepła. Jak słusznie zauważył ktoś wyżej sprawność Ogniwa Peltiera spada bardzo gwałtownie w funkcji przyłożonego napięcia.

Ja zastosowałem ogniwo 90W, ale nie po to, aby wyciskać owe 90W! To jest po prostu niemożliwe fizycznie. No chyba żeby zastosować radiator z nadprzewodnika (który w gruncie rzeczy sam musi być chłodzony itd...)

Dane katalogowe wskazują, że każde praktycznie ogniwo ma wydajność odwrotnie proporcjonalną do napięcia. I tak doświadczalnie regulując dobrałem napięcie, przy którym moje ogniwo spowodowało najniższą temperaturę na styku wężyk-ogniwo.

Napięcie przy którym temperatura nazwijmy ją "chłodzenia" jest najniższa, to równe 3V przy prądzie 1,5A. Zwiększając napięcie do powiedzmy 8V (ogniowo ma maksymalne napięcie 15,8V) widać olbrzymi wzrost tej temperatury. Po prostu chłodzenie nie wyrabia. Ale to nie jest główna przyczyna. Chodzi o to, że sprawność ogniwa po przekroczeniu 50% napięcia znamionowego wynosi mniej niż 50%. Oznacza to, że większość wydzielanego ciepła w ogniwie jest wracana z powrotem do rurki...

Dlatego przyjąłem owe optymalne napięcie 3V. Dzięki temu udało się uzyskać przy 30oC przepływającej wody temperaturę w punkcie chłodzenia ok. 24oC, czyli 6oC różnicy.

Różnica T pomiędzy wpływem a wypływem wynosi ok. 1oC, przy czym po uzyskaniu wody temperatury pokojowej (21oC) chłodzenie wyraźnie maleje.

Rozważyłem zastosowanie drugiego ogniwa na drugiej stronie pętli rurki. Być może tak zrobię, na razie jednak poskładam do kupy pierwszy testowy egzemplarz.

[Ritter]

ile taki gotowiec moze kosztowac?

Tranzystor + 2 rezystory rzędu 3...5zł. Jeśli tranzystor jest w obudowie TO220 czyli tej przykręcanej z łopatką miedzianą (poniklowaną) nawet radiator będzie zbędny. Skoro potrafisz lutować to spokojnie poradzisz sobie.

Tranzystor np. IRF4104, STP70NF03L, IRF3711, IRF3715,... . Wystarczy NMOS o napięciu rzędu Uds=20...30V i rezystancji kanału Rds nie przekraczającej 50mR, chwila pracy lutownicą i całość będzie działać.

Rozwiązanie polegające na włączaniu za pomocą termoregulatora zasilacza 230V~/12V= zasilającego bezpośrednio termoogniwo jest groszym, od kluczowania tranzystorem, gdyż na wejściu zasilacza impulsowego jest kondensator elektrolityczny, który ładowany jest sporym prądem w momencie włączenia do sieci urządzenia co niekorzystnie wpłynie na bezawaryjność przekaźnika.

Ja wtrącę małą dygresję odnośnie mojego tematu przenoszonego ciepła. Jak słusznie zauważył ktoś wyżej sprawność Ogniwa Peltiera spada bardzo gwałtownie w funkcji przyłożonego napięcia.

Ja zastosowałem ogniwo 90W, ale nie po to, aby wyciskać owe 90W! To jest po prostu niemożliwe fizycznie. No chyba żeby zastosować radiator z nadprzewodnika (który w gruncie rzeczy sam musi być chłodzony itd...)

Dane katalogowe wskazują, że każde praktycznie ogniwo ma wydajność odwrotnie proporcjonalną do napięcia. I tak doświadczalnie regulując dobrałem napięcie, przy którym moje ogniwo spowodowało najniższą temperaturę na styku wężyk-ogniwo.

Napięcie przy którym temperatura nazwijmy ją "chłodzenia" jest najniższa, to równe 3V przy prądzie 1,5A. Zwiększając napięcie do powiedzmy 8V (ogniowo ma maksymalne napięcie 15,8V) widać olbrzymi wzrost tej temperatury. Po prostu chłodzenie nie wyrabia. Ale to nie jest główna przyczyna. Chodzi o to, że sprawność ogniwa po przekroczeniu 50% napięcia znamionowego wynosi mniej niż 50%. Oznacza to, że większość wydzielanego ciepła w ogniwie jest wracana z powrotem do rurki...

Dlatego przyjąłem owe optymalne napięcie 3V. Dzięki temu udało się uzyskać przy 30oC przepływającej wody temperaturę w punkcie chłodzenia ok. 24oC, czyli 6oC różnicy.

Różnica T pomiędzy wpływem a wypływem wynosi ok. 1oC, przy czym po uzyskaniu wody temperatury pokojowej (21oC) chłodzenie wyraźnie maleje.

Rozważyłem zastosowanie drugiego ogniwa na drugiej stronie pętli rurki. Być może tak zrobię, na razie jednak poskładam do kupy pierwszy testowy egzemplarz.

Weźmy pod uwagę ogniwo TEC1-12710 40x40x3.3mm 10A 15.4V Qc=88W. Qc to maksymalna moc teoretyczna jaką dane ogniwo może przetransportować na drugą stronę bez efektu dodatniego termicznego sprzężenia zwrotnego w samym ogniwie od prądu przezeń płynącego. Własnie dlatego maksymalne parametry zasilania ogniwa dają 10A*15.4V=154W czyli mniej więcej 2 razy tyle ile wynosi Qc. Jest tak przy każdym ogniwie. Jeśli po gorącej stronie zamontowałbyś metalowy zbiornik przez, który przepuszczałbyś wodę cyrkulującą przez sporą chłodnicę owiewaną powitrzem z wentylatora to uzyskałbyś wyższą sprawność. A tak wentylator tylko tyle wydoli ile jest w stanie a w stanie jest mało przynajmniej przy tej konstrukcji. A ogniwo ma taką sprawność na jaką pozwala różnica temperatur po między zimną a gorącą stroną i nie większą jak dTmax czyli dla ogniw TeBi nie więcej jak 68C. Do transportu 1W ciepła z zimnej strony na gorącą potrzeba 1W energii zasilającej termoogniwo a więc trzeba rozproszyć po gorącej stronie 2W i tego przeskoczyć się niestety nie da.

[mufti]

Ci co mnie trochę znają, to wiedzą, że jak coś zaplanuję, to znaczy, że się da!

[Ritter]

A po co bym to wszystko pisał gdybym nie był przekonany, że to zrobisz?

[mufti]

He, he, he, he :D

Projekt PCB prawie gotowy, trochę usprawnień wprowadziłem.

Cały kruczek działania tej chłodziarki polega na tym, że wykorzystałem dobrany punkt pracy ogniwa jako półprzewodnika. Może ktoś zwrócił uwagę na fakt, jaki typ radiatora zastosowałem. Jest to radiator procesora Pentium o mocy 95W, co oznacza, że można chłodzić taką moc maksymalną, ale aby chłodzenie było skuteczne do wartości poniżej typowej T pracy procesora (ok. 45oC), czyli poniżej tych 20oC w punkcie styku rurek, należało właśnie dobrać tak parametry elektryczne, aby takową T ustalić. W tym przypadku dla przyjętego przepływu wody ok. 200-300l/h (malutki) "przejęta" energia cieplna praktycznie przechodzi w 100% do radiatora, którego T nie przekracza 35oC. Stosując drugi cooler (automatycznie włączany) dbam o T wewnątrz obudowy itd...

Wkrótce potwierdzę wszystko jak to poskładam do kupy.

Oczywiście chłodziarkę konstruuję z własnej potrzeby. A że nie mam praktycznie miejsca ani pod, ani za, ani nad akwarium, robię więc ARC jako urządzenie wiszące z boku akwarium. Płaska obudowa w stylu kontrolera ARM, tylko oczywiście większa. Dość praktyczne zastosowanie. Tego chyba nikt nie próbował

Chłodziarka przewidziana jest jako urządzenie bocznikowe. Można będzie ją podłączyć równolegle do istniejącego obiegu na dowolnym trójniku. Rurki silikonowe 6mm.

[Ritter]

Nie chcę marudzić ale ten cooler 95W nie uciągnie. Dla procesora o TPD na poziomie 70...90W temperatura z tego co pamiętam wynosiła ~70C w stresie. A wiatrak kręcący się ~5000obr/min nie należał do najcichszych. W komputerze masz pastę pomiędzy gorącym rdzeniem a aluminiową podstawą czyli bardzo dobry styk. Tutaj odbieranie ciepła od wody pogarsza jeszcze warstwa powietrza po między wymiennikiem a rurkami.

Skoro cooler jest niewydolny pozostaje jedynie albo zmniejszyć przepływ ciepła na posiadanym termoogniwie albo zastosować mniejsze.

Nie mniej to co napisałem potraktuj jako takie "gderanie" .

[mufti]

Nie chcę marudzić ale ten cooler 95W nie uciągnie. Dla procesora o TPD na poziomie 70...90W temperatura z tego co pamiętam wynosiła ~70C w stresie. A wiatrak kręcący się ~5000obr/min nie należał do najcichszych. W komputerze masz pastę pomiędzy gorącym rdzeniem a aluminiową podstawą czyli bardzo dobry styk. Tutaj odbieranie ciepła od wody pogarsza jeszcze warstwa powietrza po między wymiennikiem a rurkami.

Skoro cooler jest niewydolny pozostaje jedynie albo zmniejszyć przepływ ciepła na posiadanym termoogniwie albo zastosować mniejsze.

Nie mniej to co napisałem potraktuj jako takie "gderanie" .

Kolega chyba niezbyt dokładnie przeczytał moje posty.

Pomiędzy ogniwem, a rurkami nie ma powietrza. Styk jest ok. 100 razy lepszy niż jakakolwiek pasta. Bowiem jak pisałem wyżej zastosowałem epoksydowy klej termo-przewodzący stosowany w profesjonalnych urządzeniach dużej mocy. Rurki są zalane pod ogniwem szczelnie i ogniwo jest praktycznie na styk przyklejone do rurek. Jedyną drogą ciepła jest ów klej. Dlatego skuteczność chłodzenia zaznaczam "punktowego" jest najlepsza jak może być.

Dodatkowo uszczelnione są styki pomiędzy ogniwem, a radiatorem oraz rurkami a ogniwem za pomocą pasty silikonowej. Ale to jest właściwie po to, aby tego ciepła nie rozpraszać w tych miejscach, tylko zapewnić transport ciepła do radiatora.

Cooler nie należy do głośnych. Zastosowałem radiator cienko-żebrowy, stosowany w chłodzeniu procesorów większej mocy (PC). Wykorzystując moment chłodzenia w obrębie powierzchni ogniwa z dobraną sprawnością bliską 100% (napięcie jest tak ustawione, aby ogniwo nie traciło ciepła własnego) schłodzenie wynosi punktowo ok. 6oC. To jest dużo. Dla porównania ogrzewanie kaloryferem powietrza w mieszkaniu do 23oC można uzyskać temperaturą grzejnika 40-50oC, ale tutaj ogrzewamy powietrze. Woda zaś jest wielokrotnie lepszym przewodnikiem ciepła.

[Marqo]

Trochę sceptycznie podchodzę do tego projektu..... Dlaczego ? Mała powierzchnia chłodząca mi się wydaje , klej termoprzewodzący jakoś do mnie nie przemawia. Jeśli się uda osiągnąć wysoką sprawność nie pożerając w tym czasie masy prądu to gratuluję . Na koniec projektu chciałbym zobaczyć zdjęcie z kamery termowizyjnej

PS. Jak prace nad ARM ?

[lubusikk]

Na koniec projektu chciałbym zobaczyć zdjęcie z kamery termowizyjnej

a jaki byłby cel takiej fotografi akurat w tym przypadku?

[Marqo]

Np taki , że widać jak na dłoni gdzie idzie ciepło