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Klima mit Peltierelementen
#1
Hi Leute,
angeblich verwenden immer mehr neuere Autos, vornehmlich Elektrofahrzeuge, Klimasysteme ohne Kompressoren und giftiger Kühlflüssigkeit. Und auch in der Industrie hält es mehr und mehr Einzug, Peltierelemente zu verwenden, wenn es darum geht, bestimmte Dinge ohne großen Aufwand zu kühlen. Am meisten bekannt im Kfz-Wesen sind wohl elektrische Kühlboxen.

Wenn es dort geht, warum nicht auch am TS?
Unten ein Beispielfoto eines solchen Fertigelements mit dem groben Aufbau:
- Lüfter (eher optional, um das Elemnt nachzukühlen, nachdem die Zündung aus ist)
- Kühlkörper
- Peltierelement
- Wärmetauscher

Je nach Ausführung werden Peltierelemente ein- oder beidseitig zwischen Wärmetauscher (mittig mit Schlauchanschlüssen) und Alu-Kühlkörper „geklemmt“.
Peltierelemente haben eine heiße und eine kalte Seite, wenn Strom zugeführt wird. Das technische Kram erspar ich mir, das Web ist voll davon (Siehe Wikipedia)
Die Peltierelemente kann man in China für einen Apfel und ein Ei kaufen, die „Deutschen“ kosten wesentlich mehr, machen aber nichts anders, sind auch nicht besser oder schlechter.
Ich hatte mir bei der Recherche eine große Liste mit den entsprechenden Teilen, Preisen und Links angelegt, diese aber beim letztem Neu-Aufsetzen des PC letzte Woche „verloren“, weil sie auf der falschen Festplatte gespeichert waren.
Die Wärmetauscher mit den Schlauchanschlüssen gibt es in allen Formen und Größen, dazu passende Alu-Kühlkörper ebenfalls. Eine Alternative wäre dann solch Komplett-Angebot wie im Bild zu sehen. Das würde für einen Versuch auch schon reichen.

Mein Plan wäre:
- ein etwa 25 – 30 cm langer Wärmetauscher, zwei Anschlüsse, rein und raus
- ein oder zwei dazu passende Alu-Kühlkörper
- vier oder acht Peltierelemente, entweder einseitig oder beidseitig vom Wärmetauscher
- Lüftermotoren müssen nicht, eine temperaturgesteuerte Nachlaufsteuerung für eine Umwälzpumpe würde reichen
- das Ganze auf einem Gestell, das man, analog zum Zusatzgetriebeölkühler vorne vor den Wasserkühler setzt

Was brauch ich noch?
-          eine Umwälzpumpe
-          eine optionale Temperaturschaltung, um die Flüssigkeit in Bewegung zu halten nach Motor-aus - gibt es z.b. bei Conrad günstig
-          ein paar Schläuche, mit denen ich Wärmetauscher und die Original-Alu-Rohre der Klima verbinde, normale Kühlwasserschläuche)
-          Kabel (in meinem Fall vierpolig), um die vier geplanten Elemente zu einer Stufenschaltung anzusteuern, dazu die Stromzuleitung vom Plus für Sicherungen und Relais
-          KfZ-Relais, eins pro Stufe, dazu Schalter, Sicherungen etc

Der Original-Kondensor ist ein „normaler“ Kühler, der allerdings für höhere Drücke vorgesehen ist. Er sitzt unmittelbar vor dem Heizungskühler. Die eigentliche Temperaturregelung erfolgt durch Veränderung des Öffnungswinkels der Temperaturklappe am Heizungskühler. Der Heizungskühler ist also immer heiß, der Klima-Kondensor immer kalt. Diese Grundstruktur wäre bei mir genauso.
Das Expansionsventil der Klima wird nicht mehr benötig, ebenso wenig der Filter. Möchte man die Rohre behalten, schließt man direkt an den Schraubverschlüsse des Kondensors an und baut Rohre, Filter und Klimakühler aus. Für den Kompressor gäbe es Umlenkrollen oder kurze Riemen. Eine Umlenkrolle würde ich nur verwenden, wenn ich irgendwann wieder zurück rüsten will.

Im Web gibt es diverse How-To’s von Anlagen in allen Größen. Mit 4 solcher Peltierelemente von 90W kommt man unter Laborbedingungen auch gern auf minus 55°C, es gibt auch Anlagen mit weitaus tieferer Temperatur. Zu vermeiden wäre in jedem Fall ein Einfrieren der Anlage, was auch für die konventionellen Klima’s gilt. Dabei gefriert die Luftfeuchtigkeit, beim Original am Kondensor, weil die komprimierte Kühlflüssigkeit erst am Expansionsventil zerstäubt wird. Nach dem Einfrieren kommt dann keine Luft mehr durch den Kondensor, übrig bleibt die warme Luft des Heizungskühlers.

Ich denke und hoffe, das ich das Einfrieren durch meine Stufenschaltung vermeiden kann. Aus gleichem Grund möchte ich auch nur die kleineren 90W-Module verwenden und nicht etwa ein 400W-Modul. Mir reichen Temperaturen im einstelligem Bereich. Innerhalb der Anlage wollte ich einen guten Frostschutz verwenden, für die Touren in den eisigen Norden hatte ich da was bis minus 55°C auf dem Auto, ich denke, das sollte reichen.
Von Wärmetauscher gehen zwei Leitungen in Richtung alter Filterplatz – hier ist mein angedachter Platz für die Umwälzpumpe. Da gibt es ausreichend Angebote, z.b. als Zusatzpumpe für Standheizungen usw. Von der Pumpe geht’s dann zum Kondensor, von dem wieder zurück zum Wärmetauscher. Über ein möglicherweise notwendiges Ausdehnungsgefäß hab ich mir noch keine Gedanken gemacht. Falls nötig, käme da etwas aus dem Bremsenbereich oder hydraulische Kupplungen in Frage. Einen solch Vorratsbehälter mit Schlauch hätte ich z.b. liegen.

Zur Elektrik: die meisten How-To’s sprechen von 5A für ein 90W-Element. Wenn das passt, wäre ich mit Pumpe etwa im Bereich von Nebelscheinwerfern. Anfangen wollte ich mit 4 Elementen, einseitig am Wärmetauscher angebracht, einzeln über Kfz-Relais schaltbar. Wenn das nicht ausreicht, dann doppelt und beidseitig, je zwei Elemente pro Relais.
Der relativ geringe Wirkungsgrad (einige sprechen von 10%, andere (zumindest bei den neueren Elementen) nun schon von 60%) wäre zu vernachlässigen, wenn der Einsatz in etwa dem für Nebelscheinwerfer entspricht und wenn man bei einer konventionellen Klima von 7-10 PS Leistungsaufnahme ausgeht. Hier gibt es auch Verschleißteile, Wartung und Spritmehrverbrauch, vom umweltschädlichem Kältemittel ganz zu schweigen.
Die LiMa läuft sowieso und auch die konventionelle Klima hat ihren Stromverbrauch. Allein für sich betrachtet, ist ein Peltierelement wohl kaum rentabel, aber wenn es es im Vergleich zur konventionellen Lösung mal aufs Cent herunter rechnet, liegt eine Lima im normalem Fahrbetrieb am Tage vielleicht bei 30% Auslastung, im Sommer mehr, wenn alle Lüfter auf Volllast laufen.

Solch Peltierlösung könnt ich mir alleine bauen und hat man erst einmal etwas funktionierendes, lassen sich da auch Bausätze fertigen. Teile gibt es im Web genug und mittlerweile auch nur noch zu einem Zehntel der Kosten. Der Klimafritze um die Ecke will 126 Euro für das Befüllen haben, wie lang das Zeug hält, keine Ahnung, beim letztem Mal vier Wochen. Die Stelle nie gefunden, das Kühlmittel in der Umwelt verteilt wie tausende andere jeden Tag.
Wir hatten das Thema vor zig Jahren schon mal, da kostete ein Peltierelement noch 20 Euro und mehr, Alukühler nur als individuelle Einzelanfertigung, das lag der finanzielle Einsatz schon bei 400 – 500 Euro mit fragwürdigem Effekt. Und zur Frage: „Wie bekomm ich die kalte Luft dann ins Auto“ sind wir garnicht gekommen. Und dann bleibt ja immernoch der heiße Teil des Elements. Wiki spricht von möglichen Temperaturunterschieden warmer zu kalter Seite von ~70 Kelvin, das wären gute 200 °C, natürlich bei idealer Kühlung. Ich denke, dafür müßte man wohl einen Teil der gewonnenen Kälte wieder zur Kühlung der heißen Seite einsetzen. Grundsätzlich gilt: je niedriger die heiße Seite, je niedriger auch die kalte Seite. Mit Aufbauten wie im Bild sind ~ 50°C Unterschied aber ganz normale Werte. Durch die Luftkühlung mit Fahrtwind und einem recht großen Alu-Kühlkörper könnte man vielleicht Außentemperatur + 10°C schaffen, das minus die 50°C Differenz warm zu kalt plus Abstrahlung vom Wasserkühler, Motorraum, Heizungskühler usw, ich denke, die geplante Temperatur im Kondensor von ~10°C bis 20°C könnte zumindest in der Theorie erreicht werden.

Wer das Ganze mal ohne große Bauarbeiten probieren will, den Eckel einer elektrischen Kühlbox so positionieren, das er möglichst viel Frischluft bekommt und einen extra Lüfter auf den Kühlkörper des Deckels richten. Das ist nur ein kleines Peltierelement und man hat die warme Kühlluft auch noch im Auto. Der Effekt ist da schon spürbar.

Wer es im kleinen Rahmen und billig versuchen möchte: Solch Fertig-Element gekauft, einen zweiten Wärmetauscher gekauft mit schmalen Kühlkörper. Läßt sich relativ leicht in die Gebläserohre der hinteren Lüftung verstecken. Hat aber den Nachteil, das die warme Abluft aus diesem Raum hinter der Verkleidung nicht mehr heraus kommt.

Die Lösung, Peltierelemente direkt in die vorderen Lüftungskanäle zu integrieren, hab ich aus gleichem Grund verworfen. Es stinkt mich schon an, das der Heizungskühler da auch im Sommer ständig heiß ist. Ein einfacher manuell zu betätigender Absperrhahn löst das Problem.
Natürlich gäbe es noch mehr Möglichkeiten, z.b. statt dem Kondesor gleich den Heizungskühler zu verwenden und mittels Umschalter die Polarität zu verändern, dann wird aus der gleichen Konstruktion eine Heizung mit dem Effekt, das die Wärme garnicht erst in den Fahrgastraum hinein gelangt, solang die Peltierheizung nicht an ist. Wer mal im Sommer mit der Hand über das beifahrerseitige Cockpit fährt, weiß, was ich meine.

Ich bin kein Elektroingenieur und vertraue eher dem, was ich in diversen Videos und Anleitungen sehe, aber vielleicht gibt es jemanden hier, der sich schon mit dieser Thematik bis ins Detail beschäftigt hat, darum die Frage: Wäre das so umsetzbar? Wäre z.b. eine zweite LiMa nötig, sehe ich aktuell keinen Platz dafür, es sei denn, etwas Spezielles am Platz des Klimakompressors. Ich rechne mit dem Plan oben mit Materialkosten von ~100 Euro, vielleicht auch 50 Euro mehr, muß man nicht zum Fenster rauswerfen, wenn die Idee von Anfang an Müll ist.

Im Bild ein solch Fertig-Element aus der Bucht

[Bild: 0e36f27c96f998a7f840cdb4c34b5013.png]

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Nachrichten in diesem Thema
Klima mit Peltierelementen - von jacobi22 - 02.07.2019, 14:54
RE: Klima mit Peltierelementen - von fronrath - 03.07.2019, 00:17
RE: Klima mit Peltierelementen - von Stefan_P - 03.07.2019, 07:36
RE: Klima mit Peltierelementen - von fronrath - 03.07.2019, 12:39
RE: Klima mit Peltierelementen - von schnezi - 03.07.2019, 15:13
RE: Klima mit Peltierelementen - von jacobi22 - 04.07.2019, 09:33
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RE: Klima mit Peltierelementen - von flatdown - 05.07.2019, 08:55
RE: Klima mit Peltierelementen - von Stefan_P - 05.07.2019, 12:58
RE: Klima mit Peltierelementen - von schnezi - 05.07.2019, 16:13
RE: Klima mit Peltierelementen - von jacobi22 - 05.07.2019, 23:46
RE: Klima mit Peltierelementen - von schnezi - 06.07.2019, 10:02
RE: Klima mit Peltierelementen - von jacobi22 - 06.07.2019, 12:19
RE: Klima mit Peltierelementen - von flatdown - 06.07.2019, 22:41



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