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der_chemier



Alter: 28
Hier seit: 15.08.2011
Beiträge: 51

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Verfasst am: 23/6/2012, 19:28  Titel:  Kryostaten selber bauen Antworten mit ZitatNach untenNach oben

Moin.

Ich suche schon seit längerem nach einem günstigen Kryostaten. Aber entweder sind sie zu teuer oder zu schrottig. Jetzt habe ich mir überlegt selbst einen zu bauen.
Realisieren wollte ich das mit Peltier-Elementen an ein Headpipe aus Kupfer. Dazu einen regelbaren Temperaturschalter, den man zwischen -30°C und 100°C regulieren kann. Als Pumpe hatte ich mir überlegt eine Zusatzwasserpumpe ausm Auto zu nehmen, wenn die nicht schon zu viel fördert. Sollten nachher ca 15 - 20L/min werden.
Ich bin noch am überlegen, was ich als Gehäuse nehmen soll. Würde das mit einem Edelstahltopf gehen, wenn man den anständig isoliert? Endtemperatur sollen ca 5°C werden.
Jetzt hab ich mir zwei Varianten überlegt, die Peltier-Elemente zu verbauen.
Var. A: Cu-Heatpipe an Cu-Platte, darauf Peltier, darauf Alukühlkörper mit Lüfter
Var. B: Cu-Heatpipe an Cu-Block, an beiden Seiten Alukühlkörper mit Lüftern.
Vorteil Var B: man kann die Kühlkörper einfach mit einer Klemme zusammenhalten. Bei Var. A würde dann die Klemme an Kühlkörper und Cu-Platte anliegen --> Temperaturübertragung von warm nach kalt.
Nachteil Var. B: Die Luftströme der beiden Lüfter sind entgegengerichtet, treffen zwar nicht senkrecht aufeinander, ist aber evtl trotzdem etwas ungünstig.
Die Kühlleistung soll etwas größer sein, als die Leistung des Heizpilzs. Also ca 500W. Die Peltierelemente haben einen Wirkungsgrad von ~45%.
Unten ist noch der Link zum Temp-schalter. Da werde ich wohl noch einen anderen Trimmer einlöten, damit ich genauer zwischen 0°C und 15°C regeln kann.
Habt ihr da noch eine Idde oder Anregungen?

Gruß

 Temperaturschalter
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Glaskocher




Hier seit: 02.05.2008
Beiträge: 1366
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Verfasst am: 23/6/2012, 20:01  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben

Diese Heatpipes sind doch mit einem leicht siedenden Medium gefüllt und (bis auf den Dampfdruck) evakuierte Röhren. Die transportieren also nur dann Wärme, wenn das obere Ende kälter ist als das Untere. Demzufolge kommt Variante B (Textversion) nie unter Raumtemperatur. Alternativ könnte man Variante B auch "aktiv" durch Verdunstung von Wasser kühlen, indem man die Kühlkörper beflockt und feucht hält.

Was soll denn mit dem Gerät gekühlt werden? Wenn es ein Rückflusskühler ist dann könnte man eventuell auch eine Schlauchrolle in den Kühlschrank legen und den als Wärmesenke nutzen. Wirkungsgrad (=mir unbekannt) müßte errechnet werden.

Ein Edelstahltopf sollte kein Problem sein. Im Zweifelsfall kann man sogar Löcher für Schlaucholeven reinbohren und entweder löten oder kleben. Gerade der Vorlauf könnte bei nicht selbst ansaugender Pumpe so recht elegant montiert werden. Eine Kiste mit Styropor sollte reichen. Zur Not, aber ohne Demontage, geht auch Bauschaum (Spaß PUR).

Die Größe der Kühlkörper richtet sich nach der zu erwartenden Wärmemenge und dem Temperaturgefälle. Je mehr Leistung und geringer das Gefälle desto größer der Körper...


Gibt es da nicht Möglichkeiten der Verschraubung ohne Wärmebrücken? An Heatpipe, Peltier und Kühlkörper müssen dann halt entsprechende Schraublöcher oder Flansche mit eingeplant werden. Eine Wärmeträgerpaste hilft, den Kontakt zu optimieren. Zur Not müßte man Isolierstücke einbauen. Oder man verspannt das Ganze mit dünnen Edelstahldrähten oder Nylonschnur (geringer Querschnitt und relativ schlechte Wärmeleitung).




PS: Das Bild ist ziemlich breit und man muß zum Lesen quer scrollen! Eine Verkleinerung auf 75% schafft Abhilfe.
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der_chemier



Alter: 28
Hier seit: 15.08.2011
Beiträge: 51

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Verfasst am: 23/6/2012, 20:25  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben

Als Heatpipes wollte ich einfach nur Cu-Stangen nehmen.

Gruß
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Glaskocher




Hier seit: 02.05.2008
Beiträge: 1366
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Verfasst am: 23/6/2012, 21:58  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben

Kupferstangen sind aber keine Heatpipes. Der Trick bei den Pipes ist, daß die Wärme im Dampfstrom transportiert wird. Das bedeutet, daß das Temperaturgefälle deutlich kleiner sein kann als bei Wärmeleitung und gleicher Transportleistung. Bei Cu-Stäben kannst Du die Alukörper unter Wasser sparen. Die bringen kaum Verbesserung.

Dann kannst Du eher extragroße Alukühlkörper ins Bad tauchen, die direkt auf die kalte Seite vom Peltierelement montiert sind. Jeder zusätzliche Materialübergang behindert nur den Wärmeübergang.

Alternativ könntest Du nach einem Alutopf suchen und das Peltierelement unter den Boden montieren. Dann wird halt das Ding von unten gekühlt und auf Stelzen montiert.
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Wirehead



Alter: 16
Hier seit: 13.02.2007
Beiträge: 1496
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Verfasst am: 24/6/2012, 00:07  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben

In normalen Heatpipes ist sehr oft Wasser als Arbeitsfluid. Mit sinkender Temperatur ist damit der Wärmestrom auch stark fallend da der Massestrom sinkt. Unter 0C° fast unbrauchbar.
Rechne zum Spaß mal den Wärmestrom in nem 12er Kupferstab bei einm dT von 100K, das ist viel weniger als dir lieb ist.

Zur Leistung:

Selbst bei 15C° Wassertemperaratur 500W Kühlleistung mit Peltier zu reichen wird schon um die 1,5-2kW Strom brauchen. Die Heiße Seite darf dabei max 45C° heis werden.
Um das zu üben kannst du dir ja erstmal ein Bügeleisen hernehmen und versuchen das auf 45C° zu halten. Wird mit einem Luftkühler bereits sehr interessant.
Jetzt kommen noch deine Heatpipes dazu die dir dein ganzes deltaT kaputt machen und selbst 20% Wirkungsgrad in weite ferne rücken lassen.

Du musst deine Idee da ganz massiv überarbeiten sonzt wird das bestenfalls Kunst oder völlig unbrauchbar.

Aber bei 500W Qc geht nicht viel ohne konventionellen Kältekreis, bestenfalls noch ein Verdunstungskühlturm.

Edit: Geht doch:
Hier mal ein beispiel für eine fast fertig Lösung mit TEC  http://www.tetech.com/docs/LC-200.pdf
5-6St brauchst du für deine Wunschleistung

Kostet 600eu/st, ohne EUSt und ohne Netzteil (da kann man aber z.B. 2x Sitop 40A nehmen)

Gruß
Torsten
_________________
...enthält 72% des empfohlenen Tagesbedarfs an natürlichem Asbest.

Die Bitterkeit schlechter Qualität hält noch lange an, wenn die Süße des Preises längst verflogen ist...
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eule




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Verfasst am: 24/6/2012, 00:57  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben

Mechanisch ein wenig anspruchsvoller, aber wohl um eine spur effektiver:: stirling-wärmepumpe. leicht zu regulieren, dafür ganz sicher in der lage, einem gut isolieren system wirklich viel wärne zu entziehen. übliche anwendungen sind zb luftverflüssigung im labormaßstab, kühlung auf fischkuttern.
mechanisch weniger kompliziert, dafür aber etwas knifflig im aufbau: pulsröhrenkühler = stirling ohne bewegliche teile
_________________
Glauben ist exakt solange etwas Gutes, wie es die Angabe einer Wahrscheinlichkeitsabschätzung bezeichnet!

Wahnsinnig mag zutreffen, aber mein wahnsinn hat methode.

Schämen sollten sich die Menschen, die sich gedankenlos der Wunder der Wissenschaft und Technik bedienen und nicht mehr davon geistig erfasst haben als die Kuh von der Botanik der Pflanzen, die sie mit Wohlbehagen frisst. (A. Einstein)
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Neptunium




Hier seit: 04.11.2011
Beiträge: 494

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Verfasst am: 24/6/2012, 20:37  Titel:   Antworten mit ZitatNach untenNach oben

Der Wirkungsgrad von Peltier-Elementen ist ganz wesentlich kleiner - das behaupte ich mal, ohne einen Beleg dafür zu haben. 500W Wärmefluss dürfte als Hobbyaufbau überhaupt nicht gehen.

Der maximale Temperaturunterschied ist meist 60K. Für -30°C müsstest Du die heiße Seite auf <30°C halten. Dafür bräuchtest Du Kühlwasser - mit Luft kannst Du das nicht mehr abführen.

Die dazwischenliegende Heatpipe ist Unsinn. Jeder Materialwechsel bringt eine Verschlechterung im Wärmefluss.
Wenn schon Peltier: Versuch einen Alublock aufzutreiben, vielleicht im Bereich Kunststoffspritzbetriebe rumfragen oder mal auf einem Schrottplatz fragen.
Dann Bohrungen hindurch machen - es gibt auch lange Bohrer.
Klemm Deine Peltiers drauf und leite Glykolgemisch durch die Bohrungen.
_________________
Die kritische Masse von Neptunium beträgt 60kg - Ich wiege 80kg
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