Eintauchkühler fürs Labor

[Stefan]

Hallo erstmal an alle,
super Forum habt ihr hier, ich habe schon Tage hier mit Lesen zugebracht und viel über Kältetechnik gelernt.

Mit PC-Kühlung habe ich zwar nichts am Hut, aber ich habe zu anderen privaten Zwecken (Chemie) Interesse an Kleinkälteanlagen und möchte daher ein wenig auf diesem Gebiet basteln.

Dies ist meine erste Anlage, ein Eintauchkühler für Kältebäder, dessen Aufbau mit flexibler Saugleitung an eine Singlestage angelehnt ist, aber zur Kühlung von Flüssigkeiten dienen soll und deshalb ein Chiller ist.

-Kompressor: NP14FB
--> da ich eh kein anderes KM als Propan in diese Anlage füllen will, wählte ich einen Kompressor mit Mineralölfüllung damit ich mir bei eventuellem häufigerem Öffnen des Kreislaufes keine Sorgen wegen Säurebildung machen muss.
-Verflüssiger: Rivacold 0,72kW (scheint ziemlich überdimensioniert zu sein, selbst wenn der Lüfter mit stark reduzierter Drehzahl läuft wird er kaum warm)
- Schauglas (muss sein! Ich will optisch sehen können wieviel Flüssigkeit durchläuft, und wann die Füllmenge optimal ist)
-Filtertrockner 30g
-Kapillarrohr 0,8mm 380cm
--> das kommt euch vielleicht deutlich zu lang vor, aber nur hiermit wird die zu kühlende Flüssigkeit zuverlässig -40°C kalt. In einem vorherigen Versuch mit 300cm Kaprohr war die Kälteleistung (Abkühlgeschwindigkeit) zwar höher, aber -40°C wurden nicht zuverlässig erreicht, und diese Temperatur zu erreichen ist mir wichtig.

Die Anlage ist auf ein Holzbrett geschraubt:

Der Verdampfer und die Befestigung der Saugleitung- das Kaprohr ist im Inneren verlegt:

Befüllung:

Drücke im Betrieb:
-0,2 bar ND
8 bar HD

1kg Ethanol auf dem Magnetrührer, mit Digitalthermometer bei -41°C:


Da meine Vakuumpumpe nur 4mbar erreichte, brach ich das Vakuum einmal mit Propan und evakuierte erneut, um dann bei der Befüllung einen ausreichend geringen Fremdgasanteil zu haben.
Befüllt habe ich auf 4 bar statisch im Stillstand, damit vereist die Saugleitung im Leerlaufbetrieb nur im ersten Drittel.

Wenn der Verdampfer im noch warmen Bad hängt, also unter Last, läuft das Schauglas nach einer Weile gerade bis zum oberen Rand mit KM voll. Somit ist der Filtertrockner ganz mit Flüssigkeit gefüllt, und ich habe am Verflüssigerausgang kaum Unterkühlung.
Ist das Bad dann auf -40°C, ist das Schauglas leer, und man sieht das flüssige KM ständig von oben nach unten durchplätschern. Somit befindet sich dann das KM großteils in flüssigem Zustand im Verdampfer und in einem Teil der Saugleitung.

Lässt man die Anlage längere Zeit unbenutzt stehen, sinkt der statische Druck auf 2-3 bar. Wenn man dann anschaltet, zieht die Anlage erstmal saugseitig ins tiefe Vakuum (-0,7 bar ND) und fängt erst nach ca. 3 Minuten an zu kühlen. Dann läuft bei Last nach einigen Minuten das Schauglas voll und die Drücke nehmen die oben genannten Werte an.
Ich denke das liegt daran, das sich im Stillstand das KM im Öl löst und nach dem Einschalten erstmal durch das Vakuum und die Erwärmung des Motors ausgetrieben werden muss damit es dem Kreislauf zur Verfügung steht.

Was mich etwas ärgert ist das billige, recht steife Solar-Edelstahlwellrohr von ebay. Ich habe DN12 verwendet da ich übersehen hatte dass man DN8 verwenden sollte.
Vielleicht ändere ich das irgendwann noch.
Hat jemand eine Quelle für qualitativ hochwertiges Wellrohr mit Drahtgewebe-Umhüllung?

Kommentare und Meinungen erwünscht!

[Patrickclouds]

saubere arbeit.
wenn es noch kälter sein muss hilft es nur die anlage mit was anderem als propan zu befüllen.
r22 vielleicht
oder öl auf ester wechseln und dann r404a füllen.

das mit dem einlagern des kältemittels in öl ist normal und nervt manchmal, wenn die anlage länger gestanden hat.

wellrohr kann man auch ohne metalleflecht verwenden. ich nutze immer dieses: http://cgi.ebay.de/ws/eBayISAPI.dll?...m=180477632580

mit propan hat man einen sehr geringen hochdruck.
bei r404a kommt man um einen lüfter nicht herrum, weil sich zwischen den lamellen die wärme staut.

hast du das kaprohr im inneren des wellrohrs verlegt?

[UnRockStar]

Der Verdampfer und die Befestigung der Saugleitung- das Kaprohr ist im Inneren verlegt:

siehst sogar wos in die Saugleitung rein geht

das mit den Schellen hat sich jemand abgeguckt

aber ist eine sinnvolle maßnahme

Patrick hast du evt noch die Verdampfer von den Immerson Kühlern?
die wären eigentlich perfekt für den herren.

[Stefan]

Patrick hast du evt noch die Verdampfer von den Immerson Kühlern?
die wären eigentlich perfekt für den herren.

Eine Edelstahl-Verdampferspirale wäre in der Tat eine hervorragende Ergänzung meiner Anlage. Ich wäre sehr dankbar wenn ich diese bekommen könnte- ich bitte um eine PN.
Es war echt eine blöde Arbeit, die 8mm Kupferrohr Spirale ohne Rohrbieger so schön hinzubekommen. Ich habe eine ganze Menge Kupferschrott produziert bis es dann mal geklappt hat- und auch dann konnte ich nur durch Anlöten diese enge Biegung von der Spirale weg nach oben hinkriegen.
Ursprünglich wollte ich die Einspritzung am oberen Ende der Spirale machen, und die Rückleitung durch die Spirale führen, aber das stellte sich als unmöglich heraus.

Anderes Kältemittel: Propylen wäre ne tolle Sache, das gäbe direkt ohne sonstige Veränderungen an der Anlage deutlich tiefere Temperaturen. Komm ich aber nicht einfach so ran, und würde sich auch nicht lohnen extra ne Flasche anzuschaffen. Wenn schon, dann gleich Ethylen und ne zweistufige Anlage. Das mach ich auch irgendwann.

R410A sieht vom Siedepunkt bei 0 bar her sehr verlockend aus! Wikipedia sagt dass es sich wegen zu hoher Verdichtungsendtemperatur nicht für die Tiefkühlung eignet, aber ich hab hier im Forum schon eine Anlage mit R410A gesehen die einstufig sehr tief runterkühlt. Man braucht halt einen Kompressor der das abkann.

A propos Verdichtungsendtemperatur: Der NP14FB hat nach einer Stunde Dauerbetrieb in dieser Anlage 70°C Gehäusetemperatur, und an der Heißgasleitung verbrennt man sich derbe die Finger. Hält er eigentlich dauerhaft einen ND von -0,2bar aus oder ist da die Kühlung der Wicklung unzureichend? Sauggastemperatur ist etwa Raumtemperatur. Was für einen Sensor muss ich wie an der Heißgasleitung befestigen um die Heißgastemperatur genau zu messen?

[Patrickclouds]

wegen der edelstahlspirale müssen wir mal gucken. wüßte jetzt nicht, dass ich die habe, aber ich werd mal gucken.
eine etwas bessere kühlung durch das sauggas wäre sicher nicht verkehrt, zumal bei dir noch nichtmal last anliegt.

aber du hattest das ja schonmal mit 300cm kaprohr versucht. da war der massestrom größer und das sauggas weniger stark überhitzt.
musst du wohl so lassen wenn du bei propan bleiben willst.

[toaster]

R410A sieht vom Siedepunkt bei 0 bar her sehr verlockend aus! Wikipedia sagt dass es sich wegen zu hoher Verdichtungsendtemperatur nicht für die Tiefkühlung eignet, aber ich hab hier im Forum schon eine Anlage mit R410A gesehen die einstufig sehr tief runterkühlt. Man braucht halt einen Kompressor der das abkann.

R410A Rollkolben sind ziemlich robust. damit könnte man das versuchen.

A propos Verdichtungsendtemperatur: Der NP14FB hat nach einer Stunde Dauerbetrieb in dieser Anlage 70°C Gehäusetemperatur, und an der Heißgasleitung verbrennt man sich derbe die Finger. Hält er eigentlich dauerhaft einen ND von -0,2bar aus oder ist da die Kühlung der Wicklung unzureichend? Sauggastemperatur ist etwa Raumtemperatur. Was für einen Sensor muss ich wie an der Heißgasleitung befestigen um die Heißgastemperatur genau zu messen?

70°C am gehäuse geht noch finde ich. da hab ich schon schlimmeres gesehen

nehm einfach einen k-type oder pt100 fühler und mach ihn an der heißgasleitung fest.

[Stefan]

Ich habe mal versuchsweise 5 Liter Methanol in einem isolierten Behälter runtergekühlt und es dauerte 1 Stunde bis die Temperatur von 20 auf -40°C gefallen war. Rechnerisch ergibt sich daraus eine Kälteleistung von durchschnittlich 157 Watt wenn man Wärmeeinstrom von außen vernachlässigt. Das passt gut zur Angabe aus dem Verdichterdatenblatt, das für eine Verdampfungstemperatur von -40°C 155W Kälteleistung angibt.

Um das runterkühlen von Kältebädern zu beschleunigen, habe ich mir folgendes überlegt: Zum jetzigen 380cm Kaprohr möchte ich ein zweites, kürzeres per Ventil parallel schalten können, um die Kälteleistung bei Bedarf zu boosten.
Bei -25°C Verdampfungstemperatur habe ich bereits 385W Kälteleistung.
Welche Art von Ventil würde sich dafür anbieten? Es muss kein Magnetventil sein, da es sowieso nur manuell betätigt wird.
Sind Absperrventile für häufige Betätigung geeignet? Was für Ventile gibt es noch?

[Patrickclouds]

magnetventil oder kugelventil. wobei ich ersteres bevorzugen würde. kugelventil kann undicht werden. magnetventil zwar theoretisch auch, aber da schraubt man ja nicht ständig dran rum.

[Stefan]

Magnetventil mit 6mm Lötanschluss gibts schon für 20€ bei ebay. Wäre also ganz klar erschwinglich.
Sind diese Ventile immer stromlos geschlossen oder gibts auch andere?

Eigentlich könnte man doch auch das Ventil, wenn nur ein relativ kurzes Kaprohr hinter dem Ventil verwendet wird, mit bestimmtem Ein/Ausschaltzeitverhältnis rasch takten (z.B. von 0,1s offen/0,9s geschlossen bis 0,9s offen/0,1s geschlossen), und so quasi beliebige mittlere Verdampfungstemperaturen einstellen. Wäre das einen Versuch wert? Macht das Magnetventil das lange mit? Das Gehäusevolumen des Verdichters wirkt dann als saugseitiges Puffervolumen und die Saugdruckschwankungen sollten relativ gering bleiben. Dann könnte man die Verdampfungstemperatur über einen Temperatursensor im Kältebad per elektronischer Steuerung immer auf einem optimalen Wert halten.

[UnRockStar]

bevor du mit PWM hantierst nimm lieber ein schrittmotorventil

gibts auch ab und zu günstig bei ebay.

nur muss man sich dann am besten was mit einem Mikrocontroller basteln


eine Autokaskade mit Propan/co könnte auch für -70°C herhalten.
aber ist halt verdammt tricky diese geschichte.

[Patrickclouds]

gibt auch welche die sind stromlos offen, aber bei danfoss kosten die ab 100 euro
http://www.kaeltetechnik-shop.at/index.php?k=187&

ja du kannst das mgv problemlos für die leistungsregulierung nehmen. am besten in kombination mit einem pid regler wie diesem:
http://cgi.ebay.de/130523079119
müsste man nur noch überlegen wie man den programmiert. evtl dass er bis -35°C das mgv öffnet und danach das lange kaprohr den rest alleine schaffen muss.
es ist zwar nicht ideal, dass die mgvs ständig anziehn, aber bisher hatte ich damit keine probleme. hab darüber zb diese temperatursteuerung einer kaskade realisiert. nur umgekehrt, dass ich mit heißgas beigemischt habe um die temperatur anzuheben:
http://www.youtube.com/watch?v=upGSkDhpHmo&NR=1

[Stefan]

So eine Magnetventil-PWM-Regelung werde ich dann mal versuchen zu bauen. Und zwar mit einer reinen analogen Proportionalsteuerung anhängig von der Badtemperatur, wobei ich das Prinzip zuerst mal mit rein manueller Einstellung der Pulsweite erproben werde.
Ich will dann nur ein Kaprohr verwenden, vor dem sich das Magnetventil befindet- so muss ich nichts an Verdampfer und Saugleitung verändern. Das Kaprohr kürze ich soweit dass bei ständig offenem Magnetventil etwa -10°C Verdampfungstemperatur herrschen, einen höheren Saugdruck würde dieser LBP-Verdichter nicht vertragen. Für niedrigere Badtemperaturen beginnt dann das Magnetventil zu takten, mit immer kürzerer Einschaltzeit bei sinkender Badtemperatur.

Muss man die Magnetventile mit Lötanschluss eigentlich wie die Schaugläser vor dem Einlöten zerlegen, um Hitzeschäden zu vermeiden?

Muss ich für eine solche PWM-Steuerung einen Kältemittelsammler einbauen oder ist es dem Magnetventil egal wenn da ab und zu Gasblasen durchgehen? Im offenen Zustand liegt ja, im Gegensatz zu einem TEV, keine Druckdifferenz an.

[toaster]

Muss man die Magnetventile mit Lötanschluss eigentlich wie die Schaugläser vor dem Einlöten zerlegen, um Hitzeschäden zu vermeiden?

das ist von hersteller zu hersteller unterschiedlich.
bei den meisten genügt es wenn du die ventile ausreichend mit nassen lappen kühlst während des lötvorgangs.

Muss ich für eine solche PWM-Steuerung einen Kältemittelsammler einbauen oder ist es dem Magnetventil egal wenn da ab und zu Gasblasen durchgehen? Im offenen Zustand liegt ja, im Gegensatz zu einem TEV, keine Druckdifferenz an.

dem magnetventil ist es egal ob da jetzt gasblasen oder flüssiges kältemittel durchströmt.
besser ist es natürlich - auch bei kappillarrohr - wenn immer flüssiges kältemittel ansteht, dass dann auch direkt einspritzt werden kann.

[Stefan]

Mir ist noch eingefallen dass man den freien Raum zwischen Magnetventil und Kaprohr so klein wie nur möglich halten muss.
Während das Ventil offen ist füllt sich dieser Raum sofort mit flüssigem KM, während er sich während das Ventil zu ist nur langsam durch das Kaprohr leert. Wenn er jetzt während der "Auszeit" nicht ganz leer geht, wäre die Leistung mit Taktung die gleiche wie ohne, und man käme auch bei sehr kurzer Öffnungszeit nicht unter einen gewissen Grenzwert des Massenstroms da bei jeder Öffnung ein Schwall KM vor das Kaprohr läuft und erstmal durchlaufen muss.
Ich werde versuchen das Kaprohr direkt ans Ventil zu löten, und dann das 6mm Anschlussrohr des Ventils mit der Zange flachzudrücken um diesen "schädlichen Raum" zu verkleinern. Das Kaprohr stecke ich vor dem Verlöten so tief wie möglich in das Anschlussrohr.
Jemand eine bessere Idee?

Ein EEV mit Schrittmotor wäre natürlich der Königsweg. Aber wie lang darf bei der Verwendung eines solchen die Einspritzleitung bis zum Verdampfer sein, und welchen Innendurchmesser muss sie haben? Könnte ich dafür z.B. 150cm 1,1mm Kaprohr verwenden?
Wirds dann schon am EEV kalt so dass ich dieses isolieren muss?
Ich will deshalb kein EEV nutzen weil ich kein Bördelgerät habe und auch derzeit kein Geld mir ein ordentliches anzuschaffen.

EDIT: Kann man dieses Magnetventil so zerlegen dass nur der Messinggrundkörper der Hitze beim Einlöten ausgesetzt ist? Ich möchte ein zerlegbares kaufen weil ich der Kühlung mit nassem Lappen nicht traue.
http://cgi.ebay.de/Magnetventil-Lot-...item563daab1e6

[toaster]

EDIT: Kann man dieses Magnetventil so zerlegen dass nur der Messinggrundkörper der Hitze beim Einlöten ausgesetzt ist? Ich möchte ein zerlegbares kaufen weil ich der Kühlung mit nassem Lappen nicht traue.
http://cgi.ebay.de/Magnetventil-Lot-...item563daab1e6

können ja, aber ob man es mit der alten dichtung auch wieder richtig dicht bekommt ist die andere sache.
wieso keine nassen lappen? tausendfach bewährt...

[Stefan]

Das Löt Schauglas vom gleichen Verkäufer war jedenfalls nach dem Wiederzusammenbau sofort dicht. Ich hoffe doch mal dass im Magnetventil eine Elastomerdichtung ist, oder ist das etwa so ein Zeug was man nach jedem Öffnen wegschmeißen muss?

[august123]

ich hatte anfangs die MGV auch immer zerlegt, mit dem Ergebniss dass die Hälfte hinterher undicht war (Danfoss). Seit dem immer mit nassem Lappen, keine Probleme mehr gehabt solange man nicht zu lange daran rumbruzzelt.

[Stefan]

Das mit dem lange rumbrutzeln ist das Problem, ich löte meistens mehrmals nach bis die Lötstelle einwandfrei aussieht. Deshalb war diese Anlage auch sofort absolut dicht- winzige Lecks habe ich auch mit Silberlot nie gehabt, und alle Verbindungen außer mit Edelstahl löte ich sowieso mit einfachem Phosphorhartlot.
Ich werde das Ventil zerlegen wenn es geht, und wenn es nicht dicht ist wird mir schon was einfallen wie ich es wieder dicht bekomme. Besser als Ventilsitz verschmoren.

[august123]

was hast du denn für einen Brenner? Auch mit Propan+ Sauerstoff kann man gut löten mit entsprechender Düse.
Nachlöten ist strenggenommen nicht optimal für die Eigenschaften der Lötstelle. Und gerade bei Ventilen die man nicht zerlegen kann (TEV) muss die Lötstelle in einem Zug gehen.

[Stefan]

Ich verwende einen Rothenberger Roxy-Brenner, mit Multigas 300 (Propan-Butan) und 2L 200bar Sauerstoffflasche (für Kältetechnik etwas zu klein).
Sind TEVs nicht generell mit Bördelanschluss? Wie werden die mit dem Verdampfer verbunden?

Hier mal das No-Name-Magnetventil von oben verlinktem ebay-Anbieter, Spule entfernt:

Geöffnet- der O-Ring ist eingepresst.
Man sieht dass dieses Ventil nur in einer Durchflussrichtung (im Bild von rechts nach links) schließt, in der anderen würde der Druck es gegen die Federkraft öffnen. Es ist also im stromlosen Zustand quasi ein Rückschlagventil.

Ich habe die Dichtung mit einem spitzen Messer entfernt. So kann ich es bequem einlöten.

Um das Totvolumen vor dem Kaprohr zu minimieren, will ich das Kaprohr durch ein Stück 4mm Kupferrohr stecken, am Ende verlöten, die Verlötung so zurechtfeilen dass ich es mit der Verlötung voraus bis zum Anschlag in den 6mm Rohranschluss des Ventils stecken kann, und dann hinten dichtlöten. Ich mach ein Bild wenns fertig ist, ist etwas schwer zu erklären.

Beim mitgelieferten Befestigungswinkel war diese sonderbare Schraube dabei.
Ist das vielleicht eine Sonderschraube für die Kältetechnik?

[Patrickclouds]

ich würd sagen die schraube is nen produktionsfehler normalerweise hat ne schraube nen schlitz, kreuz, sechskant, ...

TEV gibt es zum einlöten, oder als bördelversion. der eingang des tev ist aber immer geschraubt, weil dort die düsen eingesetzt werden. auf die düsen kommt ein filtereinsatz drauf. dabei gibt es zwei ausführungen. einmal eine version für bördelrohre, also wo der konus drauf kommt und dann eben als dichtung auch wirkt. die andere lösung sind lötadapter, diese werden einfach auf das tev drauf geschraubt.

wegen der verdampferspirale hab ich nachgeschaut. hab die aber nicht von dennis bekommen. evtl hat er noch ne idee wo die bei sich zu hause liegen könnte.

[toaster]

wegen der verdampferspirale hab ich nachgeschaut. hab die aber nicht von dennis bekommen. evtl hat er noch ne idee wo die bei sich zu hause liegen könnte.

vielleicht liegt der verdampfer bei meinem - seit jahren - vermissten AEV

[UnRockStar]

das AEV liegt drausen

schraube muss kein produktionsfehler sein.

Solche schrauben hat man im fahrzeug bereich.

mit so einer schraube war bei mir am golf die lenksäule befestigt.

natürlich schließt das ventil nur in eine richtung. was meinste warum da en pfeil drauf ist

das ventil sieht nach nem Castel ventil aus.

[august123]

das ist ne patentierte Magnetschraube