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Thema: Fragen zu Heatpipes

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Fragen zu Heatpipes

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    Hi,

    cooles Design hat das neue Forum

    Ich habe zwei grundsätzliche Fragen zu Heatpipes, wie sie in CPU-Kühlern verwendet werden.
    Ich möchte ein Terrarium mit einem Thermoelement kühlen (Die Orchideen, die in dem Terrarium kultiviert werden brauchen in der Nacht eine Temperaturabsenkung um einige Grad um ordentlich zu blühen). Das Thermoelement wird daher in den Terrariumdeckel eingearbeitet. Die Heiße Seite befindet sich außerhalb des Terrariums, die kalte Seite innen.
    Die heiße Seite kann ich problemlos mit einem großflächigen Strangkühlkörper und 1-2 aufgeschraubten Lüftern kühlen.

    Die kalte Seite soll ihre Kälte nun an die Luft im Terrarium abgeben. Dazu wäre ein CPU-Heatpipe Kühler perfekt. Ich würde dazu aber diese Bauart verwenden:


    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	558921.jpg
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Größe:	13,0 KB
ID:	18264


    Der ganze Kühler wird dann natürlich umgekehrt montiert, da das Thermoelement ja am Deckel des Terrariums ist.
    Der Lüfter wird ummontiert, der kommt zwischen den Block der auf das Thermoelement kommt und die Kühlrippen. Somit bläst er Luft durch die kalten Kühlrippen und dann direkt ins Terrarium.

    ABER...
    Meine Fragen...

    1. Ich verwende den Kühler ja quasi umgekehrt, also die Kühllamellen sind warm und der Kupferblock ist kalt. Macht das einen Unterschied?

    2. Die Funktion von Heatpipes funktioniert ja nach dem Prinzip der Verdampfung und Kondensation von Wasser. Macht es einen Unterschied ob der Kühler um 180° verdreht verwendet wird. Ich habe schon gegooglet aber die aussagen sind unterschiedlich, auf manchen Seiten steht dass Heatpipes lageunabhängig funktionieren, auf anderen wieder dass die Wärmeleitfähigkeit stark von der Lage abhängt. Vielleicht hat jemand von euch das schonmal versucht?

    LG Christoph


    EDIT: Solche Kühlaggregate gibt es übrigens auch schon fertig, z.B. das hier:

    Die sind aber sehr teuer und ich glaube dass mein Design, wenn es wirklich funktioniert, besser ist, weil es die luft ja direkt nach unten bläst.
    Aber anders wiederum, warum verwenden die Hersteller die soetwas um >500€ verkaufen nicht auch heatpipes?
    Geändert von Christoph2 (16.03.2011 um 17:08 Uhr)

  2. #2
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    Alsoooo,
    ich glaube du verwechselt da noch ein bisschen was. Zum einen möchtest du kein Thermoelement verwenden, sondern wohl eher ein Peletierelement, richtig?

    Nun ein ganz kurzer Ausflug in die Physik:

    Was bedeutet Wärme/Kälte?
    Wärme bzw. auch Kälte beschreibt wie stark sich Teilchen bewegen. Wird es wärmer, bewegen sich Teilchen mehr, wird es kälter dann bewegen sie sich weniger.

    Ein wichtiger Grundsatz der Thermodynamik ist, dass man nicht einfach etwas kühler machen kann ohne etwas anderes zu wärmen.(CHemische Reaktionen ausgenommen)
    Bestes Beispiel: Der Kühlschrank. Innen wirds kälter, aber hinten am Kühlschrank wirds warm. Preisfrage: Wirds im Zimmer kühler oder wärmer wenn ich den Kühlschrank öffne?

    Was ist eine Heatpipe?

    Eine Heatpipe ist ein Vollrohr, welches Wärme über gewisse Strecken transportieren kann. Silber macht das ganz gut, ist aber meist zu teuer Deshalb sind die Kühler meist aus Kupfer oder wenns noch billiger sein soll aus Aluminium.

    Zurück zu deinem Problem:

    Ich würde das Peletierelement oben auf das Terrarium befestigen. Du kannst nun das Terrarium damit kühlen. Obendrauf wirds dabei aber umso wärmer. Diese Wärme könntest du mit so einen Kühler/Lüfter wie du ihn hast abtransportiert werden.

    Mfg Moebius

  3. #3
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    Hi,

    danke für die schnelle Antwort.

    Ich habe vielleicht schlecht beschrieben was ich meine, ich habe mal eine Skizze in Paint gezeichnet:

    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	peltierelement.jpg
Hits:	20
Größe:	40,5 KB
ID:	18265

    Thermoelement und Peltierelement ist doch im Prinzip das selbe...
    Ich weiß schon dass es in meinem Zimmer wärmer wird aber das ist egal, hauptsache im Terrarium ist es in der Nacht kühler.

    Und das Problem ist, dass eine Heatpipe nicht nur ein einfaches Vollstab aus Silber oder Kupfer ist, sondern ein Rohr, dass mit Wasser oder Alkohol teilweise gefüllt ist. Die Enden sind zugelötet, und im Rohr herrscht ein Unterdruck. Dadurch verdampft das Wasser am Heißen Ende der Heatpipe (an dem Ende wo normalerweise die CPU ist), zieht zum anderen Ende und Kondensiert dort, und gibt somit Wärme an die Heatpipes ab.
    Daher ist der Wärmewiderstand sehr viel kleiner als von Metallen, selbst um ein vielfaches Kleiner als der von einem Silberstab. (siehe http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmerohr)

    Das Problem ist nur:
    Im Normalbetrieb verdampft die Flüssigkeit im Rohr an der CPU bei ca. 60°C und Kondensiert bei Raumtemperatur 25°C.
    In meiner Anwendung sollte das Wasser schon bei Raumtemperatur verdampfen, und bei einer sehr viel geringeren Temperatur (sagen wir mal Peltierelementtemperatur=10°C) kondensieren.

    Der gesamte Temperaturbereich der Heatpipe ist also um 35°C heruntergesetzt. Jetzt weiß ich nicht ob die Flüssigkeit im Rohr wirklich schon bei Raumtemperatur gut genug verdampft, also ob die Heatpipe einen niedrigen Wärmiwiderstand hat.

    Ich will mir den Kühler nicht einfach nur zum probieren kaufen, der kostet immerhin über 40€. Vielleicht hat jemand damit schon erfahrungen?

    LG Christoph

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von Vitis
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    Aber die Peltierelemente haben einen besch...eidenen Wirkungsgrad.
    Du erzeugts für wenig Kälte viel Wärme, unterm Strich wird Dein Gesamtsystem (Zimmer) einiges wärmer
    und der Zähler im Keller wird auch nen Zahn zulegen.

    Dann bleibt da noch das Problem mit der Stromversorgung des Elementes. Die brauchen meist recht wenig
    Spannung aber richtig Ampere und DC. Du brauchst also auch was ordentliches an Netzteil für.

    Wäre da nix anderes machbar z.B. über Verdunstungskälte mittels Stoffstreifen und kleiner Schlauchpumpe mit Wasser?

    PS: ich hab diesen da im Rechner und der saugt ordentlich was weg, kann ich empfehlen:

    Arctic Freezer xtreme Rev 2.0

    Geändert von Vitis (16.03.2011 um 18:04 Uhr)
    Vor den Erfolg haben die Götter den Schweiß gesetzt

  5. #5
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    Und wieder was gelernt

    Ich war der festen Überzeugung, dass Heatpipes aus Vollkupfer sind.

    Vitis hat nicht ganz Unrecht, Peletierelemente haben einen schlechten Wirkungsgrad. Um wieviel Grad muss das Terrarium den herunter gekühlt werden? Also wieviel Grad hat es vorher, was ist etwa die Zimmertemperatur und was ist deine Endtemperatur des Terrariums?

    Erst damit kann man dann abschätzen welchen Kühler/Lüfter man benötigt. Selbst wenn die Flüssigkeit in der Heatpipe nicht kondensiert, wird die Wärme trotzdem noch transportiert (halt schlechter.

    Hier vielleicht noch ein Kühler:

    http://www.alternate.de/html/product...PU-K%C3%BChler

    EDIT:
    So wie du das geschrieben hast stimmt das nicht ganz Christoph. Dein Peletierelement wird deutlich wärmer als 25 C das kann ich dir versprechen .
    Je nachdem wie gut du das kühlst, kann das locker 60 Grad warm werden.

    Mfg Moebius
    Geändert von Moebius (16.03.2011 um 18:14 Uhr)

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Zitat Zitat von Vitis Beitrag anzeigen
    Aber die Peltierelemente haben einen besch...eidenen Wirkungsgrad.
    Du erzeugts für wenig Kälte viel Wärme, unterm Strich wird Dein Gesamtsystem (Zimmer) einiges wärmer
    und der Zähler im Keller wird auch nen Zahn zulegen.

    Dann bleibt da noch das Problem mit der Stromversorgung des Elementes. Die brauchen meist recht wenig
    Spannung aber richtig Ampere und DC. Du brauchst also auch was ordentliches an Netzteil für.

    Wäre da nix anderes machbar z.B. über Verdunstungskälte mittels Stoffstreifen und kleiner Schlauchpumpe mit Wasser?

    PS: ich hab diesen da im Rechner und der saugt ordentlich was weg, kann ich empfehlen:

    Arctic Freezer xtreme Rev 2.0

    Da es mit der Pipe klappt glaube ich weniger, die enthaltene Flüssigkeit ist ja für Typisch Temperaturen ausgelegt
    dürfte für Deinen Zweck also ungeeignet sein. Ich habe hier so eine Kühlbox mit 1. Element 12V 7A die schafft dabei eine Temperatur Differenz von etwa 7 Grad.

    Oder...http://www.google.com/imgres?imgurl=...ed=0CBoQ9QEwAA

    Das sollte helfen?

    Gruß Richard

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo!

    Zitat Zitat von Christoph2 Beitrag anzeigen
    Ich möchte ein Terrarium mit einem Thermoelement kühlen (Die Orchideen, die in dem Terrarium kultiviert werden brauchen in der Nacht eine Temperaturabsenkung um einige Grad um ordentlich zu blühen).
    Wäre es nicht einfacher das Terrarium in Freien zu betreiben ?
    Geändert von PICture (16.03.2011 um 18:52 Uhr)
    MfG (Mit feinem Grübeln) Wir unterstützen dich bei deinen Projekten, aber wir entwickeln sie nicht für dich. (radbruch) "Irgendwas" geht "irgendwie" immer...(Rabenauge) Machs - und berichte.(oberallgeier) Man weißt wie, aber nie warum. Gut zu wissen, was man nicht weiß. Zuerst messen, danach fragen. Was heute geht, wurde gestern gebastelt. http://www.youtube.com/watch?v=qOAnVO3y2u8 Danke!

  8. #8
    Moderator Roboter Genie
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    Hi!
    Je nach dem, wie gut die "heiße" Seite des Peltiers gekühlt wird, kann man auf der "kalten" Temperaturen bis weit unter den Gefrierpunkt erzeugen. Meist ist eine Temperaturdifferenz zwischen beiden Seiten als Kennwert angegeben (um die 60-65K).
    Es ist auch zu empfehlen einen hohen Temperaturunterschied zwischen Peltier und Terrarium zu erzeugen. Ansonsten dauert es lange, bis das Teil samt Inhalt abgekühlt ist.

    Und da sind wir dann auch schon beim nächsten Problem: Wenn du auf der kalten Seite eine Temperatur von 0°C erreichst, wird dir dein Wasser in der Heatpipe gefrieren. Auf Wikipedia ("Gefrierpunkt") gibt es ein schönes Diagramm, welches zeigt, dass trotz Unterdruck der Gefrierpunkt fast unverändert bleibt. Erst ab 6mBar tut sich da was.
    Auch wenn die Füllung aus einem Alkohol besteht, so wird der Wärmetransport vermutlich sehr langsam.
    Die Lage der Heatpipes wäre in deinem Fall genau richtig: Heiße Seite unten, kalte oben.

    Was noch eine Möglichkeit wäre: Die Kühler außerhalb anbringen und die gekühlte Luft ins Innere blasen. Dann kann man auch den großen Aufbau etwas versteckter anbringen.

    Gruß
    Basti

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Hmm dass Peltierelemente viel Saft brauchen habe ich gewusst, aber ich habe gehofft dass die nicht die ganze Zeit durchgehend auf voller Leistung laufen müssen (ich hab das ganze eh PID-geregelt). Aber Richard du hast Recht, so eine Kühlbox funktioniert ja auch mit Peltierelementen, ist gut isoliert und entleert eine Autobatterie trotzdem ziemlich schnell...

    Die Kompressorkühlung für PCs ist zwar zu teuer (hab noch kein Angebot <100€ gefunden), aber du hast mich auf eine andere Idee gebracht: Einen Mini-Gefrierschrank wie den hier:

    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	443-7000715G2.jpg
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Größe:	35,2 KB
ID:	18268

    So einen habe ich gebraucht schon für 30€ gefunden, und er passt genau in das Kasterl auf dem das Terrarium steht. In den Gefrierschrank kommt ein 5l Kanister mit Kühlflüssigkeit fürs Auto und eine kleine Tauchpumpe. Die pumpt die kalte Kühlflüssigkeit über einen ca. 1,5m langen isolierten Schlauch zu einem Radiator für PC-Wasserkühlungen der im Terrarium montiert ist, wie z.b. den hier:

    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	innoradneu1_517.jpg
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Größe:	14,5 KB
ID:	18269

    Ein Lüfter bläst dann Luft durch den Radiator und kühlt somit das Aquarium.

    Was haltet ihr davon?


    EDIT:
    @PICture: Naja das Terrarium sieht im Zimmer schön aus, außerdem braucht es auch im Winter Zimmertemperatur nur in der Nacht etwas kühler (Tropenklima, also Tagtemp=23°C, Nachttemp= 15-17°C)
    Und wenn ich in nächster Zeit ausziehe werde ich in eine Wohnung ziehen und dann werde ich keinen Garten haben wo ich es hinstellen kann.
    Geändert von Christoph2 (16.03.2011 um 19:40 Uhr)

  10. #10
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    Zitat Zitat von Christoph2 Beitrag anzeigen
    Ein Lüfter bläst dann Luft durch den Radiator und kühlt somit das Aquarium.
    Das finde ich als effizienteste Lösung, wenn die Aussentemperatur genügt, weil es nicht Tag und Nacht laufen muss. Vielleicht reicht es bestimmte Menge kältere Luft nur reinblassen, da frische Lüft nix schaden sollte ?
    MfG (Mit feinem Grübeln) Wir unterstützen dich bei deinen Projekten, aber wir entwickeln sie nicht für dich. (radbruch) "Irgendwas" geht "irgendwie" immer...(Rabenauge) Machs - und berichte.(oberallgeier) Man weißt wie, aber nie warum. Gut zu wissen, was man nicht weiß. Zuerst messen, danach fragen. Was heute geht, wurde gestern gebastelt. http://www.youtube.com/watch?v=qOAnVO3y2u8 Danke!

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