Project nevelkamer

[Michel Uphoff]

Ok, de meetopstelling staat klaar:
 

Opstelling1.jpg (98.5 KiB) 685 keer bekeken

 
Ondanks dat er een paar honderd liter per uur wordt rondgepompt en er drie 14 cm fans draaien, is de opstelling gelukkig fluisterstil. Omdat ik nog niet alle tec's heb, kan ik nog niet alle voorgenomen configuraties testen.
Ik begin met het maximum dat ik nu kan bereiken; 2 tec's in serie en daaronder twee parallel. In totaal 2 van deze sets dus 8 Peltier elementen.

[king nero]

Aangaande die corrosie: er zijn al wat mogelijke pistes geopperd, de belangrijkste vraag moet echter nog gesteld worden: gezien de enorme varieteiten in aluminium, zou je moeten weten met welke legering(sgroep) je te maken hebt: Al, AlMg, AlZn, AlMgSi, AlSi, AlMn, AlCu, ...
 
Aangezien deze info dikwijls niet direct voorhanden is, wordt het moeilijk. Gietstukken en extrusieprofielen zijn typisch beperkt tot een aantal legeringen, voor heatsinks heb ik geen idee (alhoewel een basis-AlMgSi zoals 6063 een goede kanshebber is). Misschien met te googelen?

[Michel Uphoff]

De buitenwanden van de koelbox waren van Al Mg Si 0,5 F22.

Maar de samenstelling van de heatsink uit die biertap is onbekend. Het corrosiegaatje zat in die heatsink.

[Benm]

Tja, het kan ook een zwakke plek geweest zijn natuurlijk - een klein gasbelletje dat ingesloten was in het metaal of iets dergelijks. Bij normaal gebruik van zo'n koelblok merk je daar helemaal niets van, maar als je het gaat gebruiken om water tegen te houden ligt dat opeens even heel anders. 
 
Bij iets als een aluminium profiel ligt dat anders: dat behoor mechanisch sterk te zijn om een last te kunnen dragen, en dan zijn dergelijke imperfecties niet acceptabel. Bij zo'n koelblok heb je de gerede kans dat het domweg in een mal gegoten is. 

[Michel Uphoff]

Hier een schematische weergave van de eerste meetopstelling:

 

Testmeting, setup.jpg (59.09 KiB) 684 keer bekeken

 

Ik was allereerst geïnteresseerd naar het effect van de koelpasta, temeer omdat er in de opstelling nogal wat overgangen komen. De data zonder en met gebruik van pasta:
 

Eerste meting.jpg (69.89 KiB) 684 keer bekeken

 
De geleidende pasta blijkt van groot belang. Bij vrijwel gelijk bruto vermogen (ruim 40 Watt) neemt de delta T (kamertemperatuur-koudste sensor) toe met bijna 15 graden. De pasta die ik voor deze setup gebruikt heb is van zeer matige kwaliteit, witte siliconenpasta 1 W/(m·K). Voor de uiteindelijke bouw ga ik mogelijk pasta van 8 W/(m·K) gebruiken, maar die is te duur voor alle tests.
 
Verder zitten er vanwege de temperatuursensors natuurlijk wat uiteindelijk overbodige overgangen en aluminium lagen tussen. Er verdwijnen straks 2 plakken aluminium (15 mm), en zijn er geen 7 overgangen van metaal/pasta maar 5. Al met al zal dit denk ik weer enkele graden kunnen schelen.
 
Verder was de kamertemperatuur met bijna 30 graden weer erg hoog, ik schijn een abonnement te hebben op warm weer bij testjes.
 
Al met al ziet het er bemoedigend uit. Ik vermoed dat ik 4 van deze sets nodig heb om de bodemplaat van 15 bij 20 cm binnen een doenlijke tijdsduur op de richtwaarde van -30 graden (delta T 55 á 60 graden) te krijgen, en dan dus in totaal ruwweg 160 Watt bruto energie moet verstoken. Dat is heel veel minder dan ik op Internet bij een ander project zag. De bodemplaat was daar ongeveer even groot, maar de bouwer beweerde 650 Watt nodig te hebben om hem op -30 te krijgen.
 
De gekozen voltages in deze eerste test zijn gokwerk, maar een andere wat haastige test liet al wel zien dat verhogen van de voltages per trap een erg beperkt effect heeft. Bij meer dan het dubbele bruto vermogen (110 watt) was de uitkomst met -31 graden slechts 4 graden lager. Nog meer opvoeren van de spanningen werd zelfs contraproductief.
 
Komende test wordt eenvoudig: Zijn deze supergoedkope Chinese tec's (2,37 p/s) wel goed genoeg? Ik ga ze vergelijken met de zeer dure (70 euro) tec die ik van de bierpomp over heb.

[Benm]

Dat klinkt inderdaad bemoedigend, al is het even afwachten wat het resultaat is als je daarwerkelijk de bodem van een nevelkamer wilt koelen ipv slechts dat bovenste aluminium plaatje. 
 
Van het verschil met een ander type paste zou ik niet zoveel verwachten zolang al je oppervlakken recht en glad zijn. Ik heb dat ook wel gehad met transistoren etc in een simpele TO220 behuizing die je tegen de wand van een metalen kastje schroeft: zonder pasta is het contact merkbaar slecht, maar het verschil tussen zeer goedkope en zeer dure pasta is dan weer minimaal. Het voornaamste doel van pasta is het vullen van iets dat anders lucht zou zijn met iets dat redelijk thermisch geleidend is. 
 
Voor de grap het ook eens geprobeerd met tandpasta, en zelfs dat werkte bijna net zo goed als ervoor bedoelde koelpasta, maar dat is natuurlijk niet blijvend het geval gezien het water daar in no time uitdampt, terwijl die koelpasta's meestal op siliconenbasis zijn en niet noemenswaardig verdampen. Overigens lijkt dat niet altijd al het geval te zijn geweest, bij heel oude apparatuur wil het wel eens als poeder naar buiten komen bij demontage van een component. 

[Michel Uphoff]

Ik verwacht er ook niet veel van, en zou al blij zijn met enkele graden verschil als gevolg van die 15 mm minder aluminium, twee overgangen minder en beter geleidende pasta. Als ik zin heb ga ik er wat aan rekenen.
 
Die enorme heatsink, het waterdebiet en de grote radiator zijn in ieder geval meer dan ruim voldoende, slechts 0,4 tot 0,6 graden verschil tussen kamertemperatuur en uitgang koeler. Ook het verschil tussen S1 en Sh is met 3,7 graden heel beperkt.

[Benm]

Dat scheel waarschijnlijk meer - je kunt straks, van boven gezien, het 2e en 4e blok aluminium wellicht weglaten. 
 
Verder zou je daar waar je TEC's direct op elkaar stapelt de verbinding tussen de twee kunnen doen met een gallium-legering gezien het oppervlak keramisch is. Uiteraard is dat wel riskant in de buurt van aluminium, maar zolang het er niet uit lekt is het min of meer de ultieme warmtegeleidende "pasta". 

[Michel Uphoff]

Nee, aan gallium bij aluminium ga ik niet beginnen [-X
Een druppel lekken en ik kan mijn heatsink weggooien.

[Pinokkio]

Het is me niet helemaal duidelijk hoe de test uit bericht #20 nou precies uitgevoerd is.
 
Zat er een nevelkamer bovenop de aluplaat met S4 erin, of niet ?
 
Zo niet: was de bovenzijde geïsoleerd, of wat, of niet?
 
Wat is de relevantie van de vermeldde ΔT tussen Sk en S4 ?
 
Wat was het waterdebiet door de heatsink?

[Michel Uphoff]

Zat er een nevelkamer bovenop de aluplaat met S4 erin, of niet ?
Zo niet: was de bovenzijde geïsoleerd, of wat, of niet?

 
Zie ook het schetsje. Geen nevelkamer en vrijwel geen isolatie. Op een stukje van ongeveer 1cm² op de bovenste plak aluminium na, daar zat een kunststof blokje waarmee het stapeltje elementen op de heatsink werd gedrukt.
 

Wat is de relevantie van de vermeldde ΔT tussen Sk en S4 ?

 
Dat is de feitelijk gehaalde delta T, omgevingstemperatuur versus koudste zijde.
 

Wat was het waterdebiet door de heatsink?

 
Nu niet gemeten, maar in de testopstelling van een paar dagen geleden was het ongeveer 300 liter per uur.

[Pinokkio]

Dat is de feitelijk gehaalde delta T, omgevingstemperatuur versus koudste zijde.

Dat was me duidelijk maar wat is de relevantie als er geen nevelkamer op zat?
 
Het gaat er om wat Qc geweest is, maar dat is niet gemeten, want niet te meten.
Qc is niet simpel een functie van ΔT.

[Michel Uphoff]

Het doel van deze test was zoals ik schreef het vaststellen van de invloed van koelpasta. Die is groot, zo blijkt.

Dus heb ik voor verdere tests en uiteindelijk de full scale test met de nevelkamer een wat grotere hoeveelheid warmtegeleidende pasta nodig, inmiddels besteld.

 

Verder bleek al wel dat opvoeren van het bruto vermogen in de onderste laag (de warmste met de dubbele 12705 Tec) boven ruwweg 40 Watt niet al te veel meer uithaalt.

 

Voor de full scale test heb ik naar ik nu denk 4 van deze sets van 4 tecs nodig, en wat ik vandaag uitgezocht heb is of die spotgoedkope dingen uit China zouden kunnen voldoen.

 

Er blijkt wat verschil te zijn tussen de zeer dure $$ tec uit die bierpomp en deze El Cheapo dingen, maar het is redelijk marginaal. Mogelijk komen de gemeten verschillen meer voor rekening van de gebruikte bedrading en de meetklemmen (die bij de goedkope Tec werden gebruikt zijn wat ouder en werden redelijk warm bij hogere stroomsterkten) dan kwaliteitsverschillen tussen de tecs. Hier de grafiek van beide tecs, bruto vermogen versus delta T in gelijke opstelling.

 

[attachment=27178:El Cheapo vs $$ tec.jpg]

 

Morgen meten of er een meetbaar verschil zit tussen de goedkope pasta en de veel duurdere, volgens de fabrikant 8,5 W/(m·K).

 

Omdat ik mogelijk nog weken moet wachten op de levering van de overige tecs (ik heb nu 9*12705 en 1*12708), is het plan om vervolgens met een tijdelijke nevelkamertje van precies 1/4 oppervlak (75 cm²) en drie tec configuraties (2 in serie, 3 in serie, 2 parallel plus 2 in serie) te zien of ik de doeltemperatuur van -30 graden kan halen. Bij deze test wordt er wel serieus geïsoleerd, en worden overbodige tussenlagen aluminium weggelaten.

 

Lukt dat, dan ga ik full scale testen (als ik voldoende Tecs heb).

[Benm]

Interessant, het scheelt inderdaad weinig, maar de curves zijn ook wel interessant: vanaf een temperatuurverschil van 20 graden plat de grafiek enorm af, dus lijkt het verstandig een stack van minstens 3 hoog te gebruiken, wellicht zelfs 4 hoog. Issue is namelijk wel dat de warmte die je in de bovenste tec's produceert afgevoerd moet worden door alle lagen eronder die daardoor ook meer vermogen nodig hebben. 
 
Als je 4 lagen gebruikt ipv 3 heb je eigenlijk maar 1 extra tec per torentje nodig, en die kan dan op zeer laag vermogen draaien om wellicht de laatste 10 a 15 graden goed te maken, al is de vraag of dat zo blijft als je er een nevelkamer op monteert. Zolang de thermische isolatie maar goed zit lijkt me dat niet zo'n punt, maar die nevelkamer is iets dat je wilt kunnen zien en daardoor niet optimaal kunt isoleren. 

[Michel Uphoff]

Morgen meten of er een meetbaar verschil zit tussen de goedkope pasta en de veel duurdere, volgens de fabrikant 8,5 W/(m·K).

 
Gedaan, en het resultaat is negatief.
De tec met de dure pasta werd bij gelijk vermogen 0,7 graden minder koud dan die met de goedkope pasta.
De oorzaak zit hem vermoed ik niet in de thermische geleidbaarheid van de pasta, maar de dikte van de pastalaag.
Kon ik bij de goed vloeibare goedkope siliconenpasta met wat drukkken en draaien de pastafilm tussen aluminium en tec goed heel dun wegdrukken, met de taaie met metaalpoeder gevulde Gelid GC-Extreme pasta lukte dit nauwelijks.