Kuehlbox mit Peltier-Element

Am 15.08.2023 um 18:00 schrieb Martin Klaiber:

Das wird für das angestrebte Volumen reichen.

Man muß dazu alle vorhandenen relevanten Wärmewiderstände kennen.

Nein, der kalte Innenraum muß vollständig vom Warmem isoliert sein.

Aus meiner Sicht nicht. Ich würde das Peltier mit Metallspangen und WLP federnd festschrauben.

Nein, im kalten Inneren nicht.

Belaste das Peltier eben nur halb oder drittelig.

Natürlich. Danach kommt halt der Regler mit seinem Stellglied.

Am 15.08.2023 um 18:00 schrieb Martin Klaiber:

Diese Leistung will auch weggekühlt sein! Brauchst also einen entsprechend großen Kühler. Die Kühlleistung selbst muss auch noch über diesen Kühler fließen. Brauchst also eine Kühlleistung von 135 Watt + vielleicht nochmal 10%. Also 135+13,5=148,5 Watt. Also rund 150 Watt. Dafür solltest du die maximale Umgebungstemperatur kennen.

Die elektrische Leistung ist mit 135 Watt ja bereits angegeben.

Kann man natürlich auch machen.

Das ist mit diesen Elementen die eigentliche Krux. Elektrische Leitfähigkeit ist zwingend nötig. Sie geht aber halt auch mit der thermischen Leitfähigkeit einher. Das sorgt dann unter dem Strich für schlechte Wirkungsgrade. Deshalb wird man sowas in größeren Kühlanlagen kaum finden. Für deine kleine Mini-Anwendung sollte das Ganze aber doch passen.

auf jeden Fall!

Muss dann aber auch gut belüftet sein. Denn irgendwohin muss die Wärme ja gehen. Elektrowärme hat das grundsätzliche Problem, dass die Temperatur steigt, so lange die Wärme nicht abgeführt wird. Das geht so lang, bis irgendwas nachgibt. Also kaputt geht.

Wichtig ist vor allem ein guter Wärmeübergang. 135...150 Watt auf wenig Fläche können ganz schön Schaden anrichten. Also dünn (!) Wärmeleitpaste auftragen. Peltierelement drauf und hin und her schieben, bis es schwer geht. Anschließend das Ganze möglichst federnd fixieren, damit der gute Wärmekontakt erhalten bleibt. Kühlkörper und Peltier müssen stets aufeinandergepresst sein.

Sowas nimmt man, wenn man unebene Flächen hat. Die Peltierelemente sind aber üblicherweise sehr eben. Die Hersteller wissen schon, worauf es ankommt. Kühlkörper werden i.d.R. ebenfalls auf der Montageseite möglichst eben produziert, so dass ich eine dünne Wärmeleitpaste bevorzugen würde.

Man darf nicht täuschen lassen. Wärmeleitpasten und -pads haben im Vergleich zu Metall oder der hier verwendeten Keramik einen sehr hohen Wärmewiderstand. DESHALB müssen diese so dünn wie möglich aufgetragen werden. Idealerweise müssen grade mal eben die Rauheiten damit ausgefüllt werden, um den Wärmekontakt wirklich flächig herzustellen.

Der Kühlraum muss vor allem recht gut thermisch isoliert sein, damit man mit dem bisschen Wärmeleistung auch die gewünschten Temperaturen bekommt. Idealerweise sollte es eine Temperaturregelung geben, damit nicht ständig die Kühlung läuft und die Medikamente eingefroren werden. Wenn's dumm läuft, platzen sonst die Ampullen wg. gefrorenem Wasser(anteil).

Da sehe ich jetzt keine Probleme. Im Stromkonsum schon eher. Meine Vermutung: Es handelt sich um eine Kühlbox für's Auto. Mit 135 Watt ist der normale Autoakku schnell am Ende. Der Akku von E-Autos hält natürlich etwas länger.

Schreiben sie vermutlich deshalb, weil der Akku damit relativ schnell leer ist.

Ja.

Am 15.08.23 um 18:00 schrieb Martin Klaiber: ...

ja, es gibt dafür auch spezielle Controller-Chips wie ADN-8??? von TI, Analog Devices und Linear Technology (jetzt auch AD). Von Linear Technology gibt es eine sehr gute App-Note zu deren Chip, der man ansieht, dass da Jim Williams RIP daran beteiligt war. Mindestens den Chip von AD wirst Du nicht löten können ( WIMRE

Wo der Strom für den Peltier herkommt ist ziemlich egal. Der ripplestrom muss aber vernachlässigbar sein (macht nur Verluste ohne thermischen Nutzen) und eventuelle AC-Komponenten dürfen keinesfalls in dem Frequenzbereich liegen, wo ihnen der Peltier folgen kann, sonst ist er SEHR schnell hin wegen der mechanischen Ermüdung duch dauerndes Ausdehnen & Zusammenziehen. Gleichmäßiger, zahmer Dauerbetrieb ist im Zweifelsfall nicht das Schlechteste.

Bei 5°C wird das Peltierelement sehr bald in der Kondensbrühe schwimmen. K.A. wie man das trocken hält. Silica-Gel? Es gibt welche, die zumindest nach innen (wo die Halbleiter- Säulen sind) mit Silikon-Mumpe abgedichtet sind.

Gruß, Gerhard

Peltier Elemente sind sehr empfindlich gegen Feuchtigkeit. Die seitliche Abdichtung um die Elemente, wie vom Chinesen geliefert, ist zuwenig. Sie sterben durch Kondenswasser. Unbedigt rundherum zusätzlich abdichten mit Silikon oder Acryl.

w.

Am 15.08.23 um 18:00 schrieb Martin Klaiber:

Hallo,

und Du bräuchtest dazu eine "USV". Über welchen betrieblichen Zeitrahmen wird denn hier nachgedacht?

Innerhalb von 15 h machen das auch Taschen mit Kühlakkus.

Peter

Thus spoke Peter Thoms:

Kühlakkus halte ich hier spontan für weniger sinnvoll. Erstens wegen der geforderten geringen Abmessungen und zweitens wegen der geforderten geringen Temperaturbandbreite. (Damit Kühlakkus lange kühl halten, muss man sie ins Gefrierfach legen, wo sind aber erstmal mit irgendwas um die -20°C 'rauskommen.)

Für die Aufgabenstellung aber ebenso relevant ist IMHO die Fragestellung, wo Martin seine Kühlbox aufbewahren will. In einer halbwegs temperierten Wohnung? Ggf. im Freien? Evtl. sogar im Auto? (Die letzten beiden auch im Sommer?) Das hat ja einen nicht unterheblichen Einfluss auf die konkrete Umgebungstemperatur außen an der Kühlbox und damit auf den Wärmeeintrag ins Innere, den es "wegzukühlen" gilt.

Tschüs,

Sebastian

Wie Wassereis kühlen sie vor allem durh die Schmelzwärme. Ich weiß nicht, wo genau er ist, aber deren Schmelpunkt dürfte deutlich unter 0 °C liegen.

Energieversorgung vom Boardnetz des Autos?

Nein. Die Energiemenge haengt von der Qualitaet deiner Isolierung und der Umgebungstemperatur ab.

Ich wuerde eher denken man rechnet es sich aus.

Wie eine Thermoskanne. :-) Am zweitbesten dann mit moeglichst guter und dicker Isolierung, wobei es eine Grenze gibt bis zu der das sinnvoll ist weil du immer einen Temperaturfluss durch das Thermoelement hast.

Ich kenne nur verschauben. Natuerlich mit speziellen Schrauben, Drehmoment, Waermeleitpaste usw.

Denke ich auch nicht. Ein luefter im Innenraum braucht man wenn man dort schnell die Temperatur aendern will, aber das ist ja nicht in deinem Begehr.

Klar. Nach meiner Erfahrung verlieren sie aber nach 4-5Jahren Dauerbetrieb etwas an Wirkungsgrad.

Das sind auch gequierlte Bullshit-teile die auch maximal Billig und schlecht designt wurden.

Sicher. Genauer gesagt ist das sogar das Optimum weil du bei einem Peltierelement Strom oder Spannung als Gleichspannung regeln musst und nicht als PWM. Daher waere ein Schaltnetzteil am sinnvollsten.

Mach dir klar das du einen sehr beschissenen Wirkungsgrad hast. mein Bauchgefuehl sagt mir das du am Ende eine mittlerere Leistungs aufnahme irgendwo zwischen 5-10W haben wirst. Das heisst auch das du auf der Aussenseite des Elements einen Luefter brauchst.

Olaf

Man muss das ja nicht nutzen! Und nebenbei gesagt halte ich diese Leistung fuer viel zu gross. Wie gerade geschrieben denke ich das man irgendwo zwischen 5-10W liegen wird um die erreichte Solltemperatur zu halten. Wenn man nicht unendlich lange warten will dann solle die leistung zum Runterkuehlen natuerlich groesser sein. In kuehlboxen stellen die Leute Lauwarme Cola rein mit einer erstaunlich hohen Waermekapazitaet. Das wird fuer ein paar Medikamente nicht so viel sein. Also wuerde ich sagen das man maximal 20W brauchen wird. Ich wuerde das Thermoelement nicht zu sehr ueberdimensionieren weil es wegen seiner eigenen Waermeleitung negativ zur Isolierung beitraegt.

Sowas braucht man auf jedenfall. Ausserdem muss die Kammer auch noch gut dicht schliessen wenn man keine Kondensawassersammelstelle aufmachen will. Oh..und das Peltierelement sollte versiegelt sein. Es gibt auch offene wo man sonst das Kondenswasser im Element hat.

DAs auch, aber bei den Kisten ist auch die Kuehlung der heissen Seite eher schwach weil teuer.

Olaf

Könntest recht haben.

Wenn ich mich recht entsinne, dann werden die Peltiers spannungsabhängig betrieben. Werden also + und - vertauscht, dann ändert sich damit auch die Richtung des Wärmeflusses. Dann kann man so ein Ding im Winter einfach mit Umpolen auch als Heizung verwenden. Das muss der Temperaturregler aber auf jeden Fall wissen. Andernfalls wird das Kühlgut wahrscheinlich gekocht.

Stimmt.

Es treten immer mehr wichtige Details zu Tage...

Gut möglich.

Wenn die Kühlbox auch im Winter im Freien benutzt werden kann, sollte es aber möglich sein, zu heizen.

Das ist richtig, wobei man noch ueberlegen koennte ob die transportierte Kaelteleistung eher Spannungs oder Stromabhaengig ist. Ich meine eher letzeres. Aber natuerlich durch Umdrehen der Stromrichtung kann man heizen.

Viel wichtiger, als Heizelement steigt der Wirkungsgrad sofort enorm an. Man wird da Freude mit der Regelung haben wenn man das nicht beruecksichtigt. Aber wer will das schon. Obwohl..irgendwie geht mir schon laenger mal durch den Kopf einen kleinen Temperaturschrank fuer Elektronik zu bauen, aber man kommt ja zu nix. :)

Olaf

Die Peltier-Elemente haben doch einen roten und einen blauen Anschluß. Sie sind daher gepolte Bauelemente.

Und deren Wirkungsgrad ist extrem gering. Deshalb dürfte keine (erhebliche) Überdimensionierung vorliegen.

Hallo Axel,

Warum sollte man in Kühlakkus etwas anderes als normales Wasser einfüllen?

Marte

Damit der Kühlakku die eine oder anderen Temperatur hält, nicht nur 0°C.

Es gibt für die HACCP-Kühlkette zB Kühlakkus in den Ausführungen -21 bis -27 °C,

-12 bis -18 °C, -3 bis -9 °C.

"bis –3 °C Platten horizontal und mindestens 24 Stunden vor dem Gebrauch in den Gefrierschrank legen Einzufrieren bei: -9° C Gefriertemperatur der eutektischen Platte muss immer 6°C unter der Schmelztemperatur der eutektischen Flüssigkeit liegen. "

Thomas Prufer

Gerhard Hoffmann schrieb:

So ist es. Es ist wichtig zu verstehen, dass ein Peltier gänzlich anders arbeitet und ganz andere Eigenschaften hat als eine Kompressor-basierende Wärmepumpe. Diese wäre thermisch immer im Vorteil. Allerdings gross, teuer, ....

Der Wärmedurchgang durchs Peltierelement setzt sich grob gesagt aus drei Komponenten zusammen:

A + B * I + C * I²

A ist die Wärmeleitung, die leider sehr gross ist (etwa im Vergleich zu Kompressorgeräten). Ist das Peltier abgeschaltet, fliesst sofort durch A Wärme zurück in den Kühlraum. Man kann auf eine thermische Diodenwirkung hoffen, wenn das Element oben im Kühlraum angebracht ist.

B ist der Peltiereffekt. Die "Pumpleistung" nimmt daher mit dem Strom zu. Wegen A nimmt dann die maximale Temperaturdifferenz mit dem Strom zu. Respektive die maximale Temperaturdifferenz nimmt mit abnehmendem Strom ab. Auch das ist anders als wie mit dem Kompressor. Bei der angepeilten Temperatursituation von 5 °C zu 40 °C oder gar noch mehr wird das der Knackpunkt werden. Da bleibt kaum Spielraum. Irgendwann drängt sich ein zweistufiges Element auf.

C sind die ohmschen Verluste. Die bestimmen dann den maximalen Strom, den man sinnvoll anlegen kann. Die begrenzen dann auch die maximale Temperaturdifferenz. Wegen C ist jeder Ripple auf dem Strom zu vermeiden. Datenblattkurven eingehend studieren.

Vielleicht ist es letztendlich am günstigsten, eine fertige Külbox (mit Ventilator usw.) zu schlachten und umzubauen. Es dürfte auch fertige Lösungen zur Medikamentenkühlung geben, allerdings zu medizinischen Preisen.

Helmut Schellong schrieb am Dienstag, 15. August 2023 um 18:37:05 UTC+2:

Aus meiner Sicht auch nicht, denn gerade die Wärme abgebende Seite muß eine möglichst hohe thermische Leitfähigkeit zum zu kühlenden Blech aufweisen. Ich habe die vor 20 Jahren immer mit Wärmeleitpaste eingeschmiert und mit Druckklammer verschraubt. Die Wärmeableitung dafür ist bestimmt nicht trivial, darauf solltest du größten Wert legen. Entweder große Flächen mit Rippen oder Zwangsbelüftung.

Schau hier mal: Ein Quick-Ohm-Peltierelement wird nach durchschnittlichen 50.000 Stunden Dauerbetrieb bei 50°C eine nachweisliche Innenwiderstandsänderung von 5% erfahren. Das entspricht einem Dauerbetrieb von mehr als 5 Jahren.

Sorry...falscher Adressat...lasse ich jetzt trotdem mal stehen.

Vielen Dank an euch alle für die vielen hilfreichen Hinweise!

Ich antworte an dieser Stelle mal zentral auf alle, da sich viele Fragen und Hinweise ähneln.

Die Box ist nicht für mobilen Betrieb gedacht. Es geht um die Lagerung von Medikamenten in einer selten genutzten Wohnung, ohne dass dafür die ganze Zeit ein normaler Kühlschrank durchlaufen soll. Die Medis sollen für den Notfall in dieser Wohnung zugriffsbereit sein. Ich dachte, eine spezielle Medikühlbox sei für diesen Fall vielleicht sinnvoll.

Die Lagerzeit beträgt mehrere Monate, entsprechend der Haltbarkeit der Medikamente. So lange müssen sie bei 2-8 °C gekühlt werden.

Eine USV halte ich für overkill. Spannungsausfälle liegen in D in der Regel bei wenigen Minuten, das kann man mit der thermischen Trägheit des Kühlguts überbrücken. Zur Not legt man noch ein paar Kühlakkus zu den Medikamenten.

An das Problem mit Kondenswasser hatte ich gar nicht gedacht, und ich wusste auch nicht, dass Peltier-Elemente in der Hinsicht empfindlich sind. Vielen Dank für den Hinweis. Dieser Punkt bereitet mir gerade die größten Kopfzerbrechen, zumal es vielleicht auch nicht so gut ist, wenn die Medis im Wasser liegen. Ich weiß nicht, wie gut sie dagegen geschützt sind, es handelt sich um Pens zum Spritzen.

Angesichts weiterer Nachteile, wie des schlechten Wirkungsgrades, überlege ich inzwischen, ob es nicht doch die sinnvollste Lösung ist, einen ganz normalen Kühlschrank einzusetzen, auch wenn da außer den Medikamenten nichts drin liegt.

Danke soweit erstmal, werde noch ein bisschen darüber grübeln Martin

Ein heutiger haushaltstypischer Kühlschrank nimmt um die 10 W auf. Da wirst Du kaum drunter kommen. Einen älteren gibt es für umsonst, der braucht dann 20 W. Das ist bewährte Technik mit nachgewiesener Zuverlässigkeit.