Bobs Peltier-Kühler mit PC-CPU-Kühler zur Wärmeabfuhr

[Bob]

Hallo zusammen,
Bernd hatte nach näheren Infos zu meinem Peltier-Kühler gefragt - hier sind sie!
Das Peltier-Element hatte ich mal für ein ganz anderes Projekt (Fehlschlag) gekauft. Gedacht war es für Versorgung mit einem 12V 40W Solarmodul, die kann es also sicher ab. Man sollte sich bei der Auswahl an der Stromquelle orientieren, die man verwenden möchte, generell lieber mehr Spannung und weniger Strom, sonst braucht man dickere Kabel. Peltier-Elemente haben einen schlechten Wirkungsgrad, man bekommt also moderate Kühlleistung und muss eine Menge Abwärme abführen. Legt man Strom an das nackte Peltier-Element an, wird blitzschnell eine Seite kalt und die andere heiß, zu heiß für den Halbleiter Peltierelement. Ideal dafür sind PC-CPU-Kühler, übliche CPUs ziehen mehr Strom als dieses Peltier-Element. Als Stromquelle eignet sich gut so ein 30€ 12V 3A Labornetzgerät. Man kann den Kühler auch mit reduzierter Leistung laufen lassen, was die Einsbildung redzuiert. Das Peltierelement muss mit Wärmeleitpaste an CPU-Kühler und Kühlfläche angebunden sein. Außen muss das Peltier-Element unbedingt gegen Luftzutritt abgedichtet werden, eindringende feuchte Luft würde das Element durch Eisbildung sprengen. Statt wie hier 4 Senkkopfschrauben könnte man auch Wärmeleitkleber nehmen.
Im Beispiel habe ich zwei Minuten nach Einschalten ca. 1cm³ Wasser gefroren gehabt.

Das Peltier-Element kann man für alles mögliche benutzen, was Kühlung erfordert. Für ein Gefriermikrotom würde ich die Anordnung ändern: Ich würde die Kupferplatte verlängern und evtl. teilweise wärmedämmen und den Kühler daneben, nicht darunter setzen.

Hier noch drei Fotos: Peltier-Kühler, in Aktion und das Netzteil, es versorgt sonst LED-Beleuchtungen.

Viele Grüße,

Bob

[Bernd Miggel]

Hallo Bob,

das sieht gut und für mich machbar aus. Kannst du mir bitte noch die Typenbezeichnungen von  PC-CPU-Kühler und Peltier-Element nennen, damit ich nicht so lange suchen muss, bis alles aufeinander passt? Und womit dichtest du das Peltier-Element gegen Luftzutritt außen ab?
Vielleicht kann ich mir ein kleines Weihnachtsgeschenk basteln. 

Viele Grüße
Bernd

[Bob]

Hallo Bernd,
das waren alles Materialien, die ich in meinem Bestand hatte. Nimm einfach ein Peltier-Element 12V/ca. 3A und einen CPU-Kühler, der so ähnlich aussieht wie meiner, Alu geht auch. Abgedichtet mit neutral vernetzendem Bausilikon, kein Sanitärsilikon.
Vielleicht sagt der Weihnachtsmann dann zu Dir:"Ich habe Deine Lötstellen gesehen, da hast Du ne Flex!"

Viele Grüße und gutes Gelingen,

Bob

[Bernd Miggel]

Hallo Bob,

herzlichen Dank!
Eine letzte Frage: Wo finde ich auf deinem Foto das Peltier-Element, ist das das obere, kleine, flache Teil mit den 4 Löchern?

Zum Weihnachtsmann: Ich befürchte, erst kommt Knecht Ruprecht. 

Viele Grüße
Bernd

[reblaus]

Hallo Bob -

zur Adventszeit wird mein Altersstarrsinn durch Rührung abgelöst - besonders durch Deinen Beitrag.
Vor gefühlten 100 Jahren habe ich mal ein Gerätchen gebastelt, bei dem 16 0,5 ml Cu-Küvetten auf einem Peltierelement, dieses auf einem dicken Peltierelement und dieses wiederum auf einer wassergekühlten CuPlatte gestapelt waren. Letzere kühlt auch die Stromversorgung, die läppische 20 A bei 12 V (?) schluckte. Hier ein altes Foto aus meiner Werbebroschüre (bin leider damit nicht reich geworden):


Man konnte das programmgesteuert von Zimmertemparatur auf max - 40 °C abkühlen. In den Küvetten waren Rebknospen, bei denen ermittelt werden sollte, wann sie gefrieren. Die dabei auftretende Exotherme wurde von einem Fühlerchen erfasst und grafisch dargestellt:


Viele Grüße

Rolf

PS. Der Peltierstapel in meinem Kästchen war weit wenig elegant als bei Dir  ---

[Bernd Miggel]

Hallo Bob,

Ist das das obere, kleine, flache Teil mit den 4 Löchern ein Kühlblech aus Alu oder Kupfer?
Und sollte man für die 4 Befestigungsschrauben nicht besser solche aus Kunststoff verwenden?

Viele Grüße
Bernd

[Hugo Halfmann]

Guten Morgen zusammen,

das sind ja Bastelideen ohne Ende!

Da ich ebenfalls ein nagelneues Gefriermikrotom besitze, stellt sich mir die Frage, wie dick Bobs "Sandwich" aufträgt. Das Kühlelement mit Lüfter müsste für Gefrierschnitte erstens in die Aufnahme für die Objektklammer bzw. den Gefriertisch passen
und sollte
zweitens möglichst flach sein damit der Verfahrweg des Vorschubs genutzt werden kann.

M.E. wäre dazu der Lüfter an der Seite anzubringen, weil es sonst ziemlich eng wird.

Gibt es da schon Erfahrungen?

[Bob]

Hallo Bernd,
die Kühlfläche ist aus Kupfer, 3-4mm dick. Man könnte sie auch aus Alu machen. Die Edelstahlschrauben führen natürlich etwas Wärme zu, dafür halten sie zuverlässig. Negativ bemerkbar macht sich die Wärmezufuhr nicht.  Kunststoffschrauben plus Wärmeleitkleber wäre sicherlich auch ein Möglichkeit. Titanschrauben wären evtl. ein guter Kompromiss, lagen ber gerade nicht rum, als ich das Ding gebaut habe...

@Rolf: Ich finde es auch immer spannend, an alte, manchmal schon vergessene Projekte erinnert zu werden. Manchmal fällt mir auch ein alter Versuchsaufbau in die Hände und ich denke mir, den könnte ich gemacht haben... .

@Hugo: Etwa 50mm mit Luftzufuhr von unten. Für ein Gefriermikrotom eher zu hoch und die Luftbewegungen würde ich auch abschotten wollen. Deshalb lieber einen länglichen Kupferstreifen, Querschnitt nicht zu gering, zur Objektklemme mit Kunststoff und nach außen mit Armaflex wärmegedämmt, Kühler mit Lüfter seitlich angebracht auf der Oberseite des Kupferstreifens, Luftbewegungen durch Flachmaterial zum Objekt hin abgeschirmt. Überlegenswert wäre auch eine Heatpipe aus einem Notebook, aber deren Einsatzbedingungen kenne ich nicht. Die sind auch nur zur Abfuhr der Verlustwärme üblicher Notebook-CPUs geeignet, also leistungsschwächer, vielleicht 50W statt 100W.

Viele Grüße,

Bob

[reblaus]

Hallo -

in der Tat hat Edelstahl nur etwa 5% der Wärmeleitfähigkeit von Cu und das ist in diesem Rahmen völlig belanglos!

Hier - leider unscharf geknipst - noch Überreste von eigenen Projekten (einen dicken und einen zierlichen Prozessorkühler), die ich gegen Portokosten aktiven Peltier-Bastlern gerne zur Verfügung stelle:



Viele Grüße

Rolf

[Bob]

Hallo zusammen,
man könnte auf dieser Basis auch eine Temperierplatte bauen, die stufenlos von -XX Grad bis Temperaturbelastbarkeitsgrenze Peltier-Element von vielleicht 70°C geht. Dazu gibt es Thermostatregler, die sowohl Heizung als auch Kühlung separat schalten können.

Viele Grüße,

Bob

[Bernd Miggel]

Hallo Rolf,

gilt dein Angebot noch? Eine Stromversorgung habe ich jetzt und auch ein Peltierelement. Da könnte ich deine "Überreste" für eigene Versuche ganz gut gebrauchen.

Viele Grüße - und eine gutes Neues Jahr!

Bernd

[reblaus]

Hallo Bernd -

klar doch! Ich schicke Dir eine Nachricht zwecks Abwicklung.

Erfolgreiches Basteln im Neuen Jahr!

Rolf

[Bernd Miggel]

Hallo allerseits!

Mit den Teilen, die Rolf mir liebenswürdigerweise zur Verfüfung gestellt hat sowie einem Peltierelement und Wärmeleitpaste, habe ich jetzt kleine Gefriereinrichtung zum Testen von Handschnitten angefertigt.
Meine Frage: Muss wirklich das Peltierelement ringsherum versiegelt werden, wie es immer wieder beschrieben wird? Hat jemand dazu echte Erfahrungen, z.B. Zerstörung des Peltierelements, gesammelt?

Herzliche Grüße
Bernd

[reblaus]

Hallo -

vielleicht hätte ich die Elemente bei meiner zweistufigen Konstruktion für mein Frostmeßgerät versiegelt, wenn ich an die Gefahr der Frostsprengung durch Kondenwasser gedacht hätte - jedenfalls habe ich das nicht getan und es ist dadurch auch bei langem Betrieb kein Schaden aufgetreten.
Was etwas anfällig war: Die aus Peltierabfall selbstgefertigen Thermofühlerchen in den Cu-Küvetten. Damals dachte ich da eher an mechanischen Stress durch Wärmedehnung wegen der rasch wechselnden Temperaturen zwischen -30 °C und Raumtemperatur.

Allerdings waren Peltiers durch dicht anliegendes Moosgummi + Hartschaum abgedichtet, sodass kein freie Zutritt feuchter Raumluft möglich war.

Viele Grüße

Rolf

[Hans-Jürgen Koch]

Hallo Bernd,

drei Bilder von meiner Gefriereinrichtung für das Reichert Schlittenmikrotom.






Gruß
Hans-Jürgen