[Projekt] Luftkühlung eines Thermogenerators; Energiegewinnung durch Abwärme

[JanL]

Hallo allerseits,

zunächst einmal die Enttäuschung: Das Kühlsystem, welches ich suche hat nichts mit Computern zu tun. Leider ist das Internet derart mit Rechnerkühlungen überschwemmt, dass ich kein anderes passenderes Forum gefunden habe. Ich bitte darum um etwas Nachsicht


Ich habe folgende Problemstellung:

Ich habe eine Metallplatte von ca. 10*10 cm Größe, welche eine Temperatur von ~100°C nicht überschreiten sollte. Um diese Platte zu kühlen habe ich im schlechtesten Fall eine Aussentemperatur von ~50°C zur Verfügung. Die Luft kann ungehindert zur Kühlung kommen, also das ganze ist nicht in einer Box oder so. Nun das Problem: ich habe einen durchgehenden Wärmestrom von bis zu 2 kW Wärmeleistung die ich abführen muss.

Meine Frage: Ist dies mit einem entsprechend dimensionierten passivem Kühlkörper, welchen ich durch eine Luftkühlung unterstütze technisch überhaupt machbar? Je mehr Tips man mir geben kann, um so besser. Wenn es noch Fragen gibt, nur raus damit, ich bin mir jedoch nicht sicher ob ich noch viele Informationen beim jetzigen Projektstand zusammen bekommen kann.

LG Jan L.

 

[djnoob]

Was hast du denn eighentlich vor? Frage nur, damit man sich eventuel besser vorstellen kann, was du genauer vor hast

 

[morgessa]

2kW? uiuiui, das ist ja noch mehr als nen übertakteter P4

Was ist das für ein Metall aus der deine Metallplatte gemacht ist? Is ringsrum Platz für nen grossen Kühler?
Was kühlst du damit? Also die Platte darf an der Oberfläche 100 Grad werden und deine Umgebungstemp sind 50 Grad? Macht deltaT = 50K, das sollte bei ner 10*10cm grossen Metallplatte schon machbar sein, 2kW abzuführen. Ist schliesslich ca die 10fache Fläche eines CPU-HS)
Du brauchst ne dicke (also einige cm starke) Cu-Bodenplatte 24*24cm und da drauf dann fleissig Kühllamellen aus Cu. Obendrauf dann 4Stück 12cm Luffis (decken 24*24cm deines Kühlers dann komplett ab) mit ordentlichem Luftdurchsatz. Oder lieber gleich einen grossen Ventilator.
Hab nur keine Ahnung ob 4 12cm Luffis genug Luft schaufeln könnten, um das hinzukriegen... Ansonsten müsste man wohl auch mehr mit Heatpipes arbeiten, um die Wärme bei einem noch grösseren Kühler schneller wegzuleiten.

 

[DerMalle]

Ich würde es mit Strangkühlern machen.
Z.B.: diesen hier -> http://de.rs-online.com/web/search/searchBrowseAction.html?method=getProduct&R=5075289

Passend schneiden und mit Wärmeleitkleber auf die Metallplatte kleben.

 

[JanL]

wow, schonmal danke für die guten antworten. ich bin grad dabei ein paar berechnungen durch zu führen und komme dann mit mehr details.

wofür das ganze das ist? wir wollen mit thermoelementen aus der abwärme eines brenners benötigten strom gewinnen. damit das gut läuft, muss die 'kalte' seite des elements eine ausreichende kühlung haben, die natürlich möglichst wenig der gerade produzierten leistung schluckt

lg Jan L.

 

[Mirador]

Du solltest noch am Marketing feilen
Ändere den Threadtitel doch in "Energiegewinnung durch Abwärme" oder so, das zieht mehr potentielle Helfer an als die aktuelle, doch sehr allgemeine Überschrift.

 

[JanL]

Stimm ich dir zu, jedoch wollt ich das Problem auch präzisieren und keinen meterlangen Roman zum ganzen Projekt schreiben

LG Jan L.
Hinzugefügter Post:
So, jetzt einmal in Komplettfassung:

Wir haben einen Brenner, den wir mit Leistung versorgen müssen. Diese Leistung gewinnen wir über Thermoelemente aus den Abgasen. Thermoelemente brauchen eine ausreichend hohe Temperaturdifferenz zwischen der heissen und der kalten Seite um Effektiv zu sein. Da so ein Thermoelement relativ dünn ist und wir eine hohe Menge Strom erzeugen wollen, müssen wir eine bis zu maximal 2kW große Wärmeleistung abführen. Als obere Grenze der Außentemperatur sind max. 50°C anzusehen (min. -32°C aber das ist ja für die Kühlung eher förderlich , muss später natürlich noch abgeklärt werden ob da noch alles sauber arbeitet).

Unsere Thermoelemente werden alle zusammen ca. 10cm * 10cm groß sein. Zwischen die Thermoelemente und den Kühlkörper sollte eine möglichst perfekte Wärmeleitpaste ( http://thermalforce.de/de/product/w...php?uid=b34a00712b49479477af225b92a27192&ref= hier einige von einem Herrsteller von dem wir evtl. die Elemente beziehen werden). Eine Frage hierzu auch noch: Wenn ich die dort angegebene Wärmeleitfähigkeit verwendet, muss ich sie noch mit der Schichtdicke mal nehmen?! Immerhin muss die Paste auch die nötige Wärme übertragen, damit ich den Kupferkühlkörper ausnutzen kann.

Weiteres Problem: Es soll selbstverständlich alles so minimal wie möglich ausgeführt werden. Ich werde noch rausfinden welche Leistung die Luftkühlung ziehen darf, aber einige kleine/ein etwas größerer sollte drinnen sein.

Ich versuch mich gerade etwas in die Theorie einer Kühlung einzulesen, aber ganz kapier ich das leider noch nicht ganz. Demnach bin ich weiterhin für jede Hilfe dankbar


Beste Grüße
Jan


Edit2:
Sollte es hier Moderatoren geben, bitte ändert doch bitte den Thementitel um in 'Projekt: Luftkühlung eines Thermogenerators; Energiegewinnung durch Abwärme'
Hinzugefügter Post:

Ich würde es mit Strangkühlern machen.
Z.B.: diesen hier -> http://de.rs-online.com/web/search/searchBrowseAction.html?method=getProduct&R=5075289

Passend schneiden und mit Wärmeleitkleber auf die Metallplatte kleben.

Hi Malle,

wie bekomme ich aus den dort angegebenen Werten heraus, dass das Teil die entsprechende Wärme abführen kann?

LG Jan L.

 

[china07]

Eine Frage hierzu auch noch: Wenn ich die dort angegebene Wärmeleitfähigkeit verwendet, muss ich sie noch mit der Schichtdicke mal nehmen?! Immerhin muss die Paste auch die nötige Wärme übertragen, damit ich den Kupferkühlkörper ausnutzen kann.

Verstehe deine Frage nicht ganz aber allgemien gilt dass je dicker eine schicht/Körper ist desto schlechter leitet er wärme, bzw einen desto größeren Wiederstand hat er...

 

[JanL]

Verstehe deine Frage nicht ganz aber allgemien gilt dass je dicker eine schicht/Körper ist desto schlechter leitet er wärme, bzw einen desto größeren Wiederstand hat er...

Den Wärmeleitkoeffizient finde ich immer wieder in folgender Form angegeben: [W/m*K]; für mich bedeutet dies, dass wenn ich eine Länge von 1 Meter Material habe und eine Temperaturdifferenz von 1K, dann kann ich bei einem Wärmeleitwert von 1 W/m*K ein Watt Wärmeleistung übertragen? Folglich müsste ich meinen Längenwert (der sich z.B. bei der Leiterpaste im sehr kleinen Bereich abspielt) entsprechend mit einrechnen... oder? Nur geht das ganz einfach in dem ich den 1 meter auf meine entsprechende Länge normiere, sprich bei einer Dicke von z.B. 0,5 mm meinen Wärmeleitwert ver 2000 fachen kann?

Wie du siehst, ich versuche mir gerade alles aus den Fingern irgendwie herbei zu ziehen...

LG Jan L.

 

[Mirador]

Sollte es hier Moderatoren geben, bitte ändert doch bitte den Thementitel um in 'Projekt: Luftkühlung eines Thermogenerators; Energiegewinnung durch Abwärme'

Das kannst Du selber machen: Im Startpost auf "Edit" klicken, dann auf "Erweitert".

 

[TB87]

Darf der Kühlkörper größer sein als die 100cm² der Thermoelemente?
Ich würde da auch möglichst große Strangkühlkörper kaufen und einen für den Industrieeinsatz gedachten 120mm Lüfter z.b. von Papst drauf montieren. Die sind komplett aus Metall und haben nen 230V Anschluss. Bei ca 2500 U/min machen die Dinger ordentlich Wind der auch für 2KW ausreichend sein sollte

 

[JanL]

Darf der Kühlkörper größer sein als die 100cm² der Thermoelemente?
Ich würde da auch möglichst große Strangkühlkörper kaufen und einen für den Industrieeinsatz gedachten 120mm Lüfter z.b. von Papst drauf montieren. Die sind komplett aus Metall und haben nen 230V Anschluss. Bei ca 2500 U/min machen die Dinger ordentlich Wind der auch für 2KW ausreichend sein sollte

Ja, der Kühlkörper darf auch größer sein.


So ich hab ein paar nette neue Werte, die das ganze mit Sicherheit nicht leichter machen *grml*
Als Versorgungsspannung müssen 24V DC ausreichen. Demnach wäre es wohl perfekt, wenn ein Großteil der Abwärme über ein passives Kühlelement abgeleitet wird und der Luftkühler nur unterstützend wirkt. Man muss bedenken: wir erzeugen mit dem Thermoelementen Strom, welchen wir danach natürlich nicht gleich wieder für die Kühlung raushauen wollen. Je mehr wir für die Kühlung brauchen, um so mehr Thermoelemente muss man veranschlagen,... was wieder eine größere Kühlung benötigt.

LG Jan
Hinzugefügter Post:

Das kannst Du selber machen: Im Startpost auf "Edit" klicken, dann auf "Erweitert".

Danke sehr.

 

[DerMalle]

So, ich hab mal ein wenig gerechnet.
Als Grundlage diente ein Strangkühler mit den Maßen 250mm*300mm*40mm.
Der Wärmewiderstand R betragt 0,29 K/W.
Der Alpha-Wert für frei Konvektion: 8 W/m²*K
Der Alpha-Wert für erzwungene Konvektion: 29 W/m²*K

Ich spare mir hier die Rechnerei aber.

Mit den o.g. Werten komme ich bei
> erzwungener Konvektion auf 387K
> freier Konvektion auf 1012K

Ich bezweifle, dass du das ohne extreme Kühlung gebacken kriegst.

 

[JanL]

Momentaner (neuer) Stand der Dinge:

- ca. 10 W spendieren wir dem Kühler
- auf ca. 80 °C (anstatt 100°C) wird nun gekühlt
- immernoch ~24 V DC (ebenfalls 28 V machbar)

 

[SherifX]

Lasst euch am besten von einem Profi einen großen Kühlkörper bauen. Die benötigte Oberfläche nach den bekannten Regeln der Physik berechnen.

z.B. von: http://www.kuehlkoerper.com/dmt/pmws/dmt__kuehlkoerper.html#hochleistung

Zum beatmen würde ich Querstromlüfter einsetzen. Wir benutzen die um die Heitzlampen in optisch beheizten Öfen vor dem Schmelzen zu bewahren. Diese sind sehr Robust und liefern einen starken und verwirbelungsarmen Luftstrom.

http://www.mercateo.com/q?query=querstroml%FCfter&catcat=live%7Es.20*root-MC001&perpage=0

Vel Erfolg bei eurem Projekt!
Es handelt sich dabei doch sicher um eine Diplomarbeit, richtig?

 

[JanL]

Lasst euch am besten von einem Profi einen großen Kühlkörper bauen. Die benötigte Oberfläche nach den bekannten Regeln der Physik berechnen.

z.B. von: http://www.kuehlkoerper.com/dmt/pmws/dmt__kuehlkoerper.html#hochleistung

Zum beatmen würde ich Querstromlüfter einsetzen. Wir benutzen die um die Heitzlampen in optisch beheizten Öfen vor dem Schmelzen zu bewahren. Diese sind sehr Robust und liefern einen starken und verwirbelungsarmen Luftstrom.

http://www.mercateo.com/q?query=querstroml%FCfter&catcat=live%7Es.20*root-MC001&perpage=0

Vel Erfolg bei eurem Projekt!
Es handelt sich dabei doch sicher um eine Diplomarbeit, richtig?

Hi danke für die Links und die Tips, ich schau es mir gleich an.

Nein, es ist keine Diplomarbeit, sondern ein 'Mechatronisches Projekt'. D.h. es werden aus allen mechatronischen Studiengängen die Studenten in einen Topf geworfen. Von den Profs und aus der Industrie werden verschiedene Projekte angeboten. Zu jedem Projekt wird eingeteilt wie viele Studenten aus welchem Studiengang (Elektrotechnik, Automatisierungstechnik, Feinwerk-/Mikrotechnik) gebraucht werden. Dann wird man entsprechend seinem Studiengang einem Projekt zugelost und muss dieses als Team bearbeiten.
Wir haben ein Industrieprojekt, was uns einen angenehmen Spielraum bei der Kostenfrage erlaubt

LG
Jan L.

 

[Anhalter]

Wenn euch die Möglichkeiten zur Verfügung stehen wäre vielleicht ne Wasserkühlung ne Sinvolle Alternative. Den 10x10 Kühlkörper müsste man sich halt selber bauen (was mit entsprechendem Werkzeug eigentlich kein ding ist) und dann einfach ne starke Pumpe und 1-2 große passive Radiatoren drann klemmen.

Nur so als Idee