BioMONSTAAAR der Heiz- und Kühlsystem

7 Schritt:Schritt 1: Auswahl eines Peltier-Modul Schritt 2: Ändern der Nutzung von Komponenten, das mit dem Kühlkörper Schritt 3: Sichere Heat Sink Back Plate und Pumpenhalter Schritt 4: Isolierarbeiten Water Block Schritt 5: Verbreiten Sie Wärmeleitpaste und dem Berg Schritt 6: Testen der H & C-System Schritt 7: Verbesserungen und nächste Schritte

BioMONSTAAAR der Heiz- und Kühlsystem
Basierend auf DIY Aquarium Chiller (zB - verwendet werden, um zu halten Garnelen und Axolotl glücklich), einem thermoelektrischen Kühler (TEC) Peltier-System wurde entwickelt; Temperaturstabilität innerhalb BioMONSTAAAR Prototyp Bioreaktor liefern und eine die Temperatur des Reaktors eingestellt werden. Die Fähigkeit, Temperatur einzustellen macht den Bioreaktor (1) zu den adaptiven optimalen Wachstumstemperaturen von verschiedenen Mikroorganismen und (2) erlaubt die Untersuchung der Wirkung von Temperaturschwankungen auf Kulturen im Inneren des Reaktors.
Die aufgeführten Teile, wenn sie zusammengebaut schaffen eine Heizung und Kühlung (H & C) System, das Entfernen oder Hinzufügen von Wärme zu der BioMONSTAAAR 14L Prototyp Bioreaktor. Das System wurde modelliert und zur Regulierung und Aufrechterhaltung der inneren Temperatur des Bioreaktors 15 bis 35 ° C (59-95 ° F), wenn der Reaktor auf Raumtemperatur (20 ° C oder 68 ° F) untergebracht ist. Obwohl die Innentemperatur über 35 ° C wird wahrscheinlich erreichbar.
Ein Peltier-basierten System hat die Fähigkeit, Heizen und Kühlen unter Verwendung der gleichen Komponenten, da die Richtung der Wärmeübertragung ist analog zu der Polarität des Stroms Ansteuern des Peltier. Ferner ist ein Peltier-System auf der Basis viel kleiner als eine komprimierte Kältemittel (z - R-410A) -System. Peltier-Elemente haben keine beweglichen Teile, sind zuverlässig und benötigen keine Wartung ( mehr Peltier TEC ). BioMONSTAAAR Die H & C Systemkomponenten mit einer benutzerdefinierten elektronischen Steuerkarte gesteuert.

Liste der Einzelteile:

Eine Wärmesenke (70 $) mit einem Kontaktplattenfläche von mindestens 40x40
Ein Wasserkühler (10 Preise) mit einer Fläche 40x40mm Oberfläche
Ein 40x40mm Peltier (€ 60) thermische elektrische Kühl- / Heizung
Ein 24V 15A 360W regulierter Stromversorgung (30 €)
Ein 24V Wasserpumpe (25 €)
Sperrholz oder Acryl, Teile sichern
Blechschrauben, in diesem Fall # 8 x 5/8 "Schrauben verwendet wurden
Ein Quadratfuß Schaumstoff Wasserblock zu isolieren
Zwei dicke Unterlegscheiben aus Nylon 5/16 x 9/16
Zwei Maschinenschrauben M3-0,5 x 12mm
AdhesiveStep 1: Die Wahl eines Peltier-Modul



BioMONSTAAAR der Heiz- und Kühlsystem

BioMONSTAAAR der Heiz- und Kühlsystem

Experimente notwendig, um eine Peltier TEC, die den gewünschten Heiz- und Kühlfähigkeit bieten wird erhalten. Eine Beschreibung eines Pelier basierend Aquarium Kühler versehen einige Hinweise für unsere Experimente. Zwei Typen von Experimenten wurden durchgeführt, um die Wärmeverlustrate oder die Verstärkung aus dem Bioreaktor zu bestimmen.
In beiden Versuchen wurde der Bioreaktor fast vollständig mit destilliertem Wasser (auf die wahrscheinliche maximale Betriebshöhe) gefüllt ist, und ein digitales Thermometer wurde verwendet, um Veränderungen in der Wassertemperatur über die Zeit zu messen. Die zwei Arten von Experimenten sind wie folgt:
1) Um die Heizleistung Bestimmung der H & amp; C-System verwenden muss, um die Temperatur im Inneren des Reaktors zu erhalten, Datensatzänderungen in der Temperatur des Wassers in dem Reaktor im Laufe der Zeit, wenn die Wassertemperatur ein paar Grad über der Umgebungstemperatur.
2) Um die Kühlleistung der H & amp; C-System erreichen muss, die Temperaturdatensatzänderungen in der Temperatur des Wassers im Inneren des Reaktors über die Zeit zu erhalten, wenn die Wassertemperatur gleich der Umgebungstemperatur und der Wachstums Lampen eingeschaltet sind.
Diese Experimente stellen eine Vorstellung davon, wie viel Wärme übertragen wird, zu oder von dem Wasser, in Szenarien, die auftreten, wenn der Reaktor in Betrieb ist und die Temperatur muss konstant gehalten werden.
Die Wärmeverlustrate, wenn das Wasser in dem Tank über der Umgebungstemperatur und das Licht ausgeschaltet sind, ist etwa 3,6W. Vor diesen Versuchen wurde die Wärmeverlustrate modelliert, mittels empirischer Gleichungen in Wärmeübertragungs text Bücher und gefunden Online . Einstecken in den Bedingungen unserer Experiment in die mathematische Modell vorhergesagt einen Wärmeverlustrate von 4W, die nahe an dem experimentellen Wert von 3,6 W ist! Diese Experimente halfen Validierung des Modells, die in frühen Stadien der Bioreaktor-Design verwendet wird.
BioMONSTAAAR Prototyp Bioreaktor ist ein Photobioreaktor, die Lampen verwendet, um das Wachstum Licht für Kulturen im Inneren des Reaktors liefern (zB - Algen). Nach dem Einrichten vier 15 "linear Lampen, indem die Lampen gegen die Glas Bioreaktor äquidistant voneinander. Beginnend mit Wasser im Inneren des Reaktors bei Raumtemperatur wurden die Lampen eingeschaltet, und die Erhöhung der Temperatur im Inneren des Reaktors wurde aufgezeichnet. Wenn bereits Daten für
zwei Experimenten wurden gesammelt, das Wasser im Inneren des Reaktors wurde zu annähernd 30 W der thermischen Energie gewonnen haben aufgrund der Lampen. So muss die H & amp; C-System etwa 30W der Abkühlung zu liefern, wenn die Lichter an sind, um eine konstante Temperatur innerhalb des Reaktors aufrechtzuerhalten.
Die H & C-System ist so konzipiert, nicht nur auf Temperatur zu halten, sondern auch verringern oder erhöhen die Temperatur auf einen gewünschten Sollwert in einer angemessenen Höhe der Zeit. Mit einem Peltier-basiertes System, eine für Kühl ersten gestaltet sollten, weil der Peltier hat weniger Fähigkeit zum Kühlen als Wärme. Die Konstruktion sollte einen Bioreaktor Bediener die internen Inhalte des Reaktors mit einer vernünftigen Geschwindigkeit zu kühlen. Für BioMONSTAAAR Prototyp Bioreaktor ein Rückgang von 0,1 ° C / min oder 6 ° C / h wurde gezielt; bezogen auf die maximale Wassermenge, die in dem Reaktor 100 W von Kühlleistung erforderlich sein wird. Somit ist die maximale Menge an benötigten (Lampen) Kühlleistung ca. 130W. Ebenso etwa 104W der Heizung erforderlich (Lampen ausgeschaltet), um die Temperatur mit der gleichen Rate zu erhöhen. Es gibt unvermeidbare Wärmeverluste, die die H & C-System die Fähigkeit zu reduzieren, Überdimensionierung des Systems ist weise. Daher ist ein Peltier, der etwa 200 W der Wärmeübertragung sollte für BioMONSTAAAR Prototyp Bioreaktor sein kann.
Hohe Leistung Peltiers sind am besten über Online-Anbieter gefunden. Es gibt mehrere Lieferanten Peltier aber nur sehr wenige der Lieferanten hatten die Abmessung und Stromversorgung erforderlich. Nach einigem Suchen ein 40x40mm Peltier TEC mit einer max Wärmeübertragung von 225W ab Benutzerdefinierte Thermo gewählt. Peltier-TEC Module verlieren Effizienz, wenn sie bei Spannungs- / Strom größer als der angegebene Maximal laufen, weil die heiße Seite zu heiß wird und stört der kalten Seite, die Verringerung der Peltier Fähigkeit, Wärme zu übertragen. Es ist nicht schädlich für die Peltier am Max Spannung / Strom spezifiziert laufen, sondern die Peltier nicht effizient sein (Dank an Andy von Benutzerdefinierte Thermo für seine Führung). Mit einer guten Kühlkörper, wird uns ganz nah an max Spannung. Die Peltier-Modul ist am besten Lauf bei 80% oder unter der maximalen Spannung / Strom. Wärmeübertragung nicht viel über 80% Leistung zu erhöhen, wie in den gesehen Peltier Spezifikationen . Die Peltier bei 80% Leistung, unter idealen Bedingungen sollte liefern 180W. Schließlich die Bedingungen nicht ideal im Vergleich zu fertigt Spezifikation und das System muss muß H & C-System getestet werden. Allerdings ist die oben vorgesehenen Methodik Sound Führung bei der Auswahl eines Peltier, die BioMONSTAAAR Prototyp Bioreaktortemperatur control.Step 2 bieten sollte: Die Verwendung von Komponenten ändern, das mit dem Kühlkörper

BioMONSTAAAR der Heiz- und Kühlsystem

BioMONSTAAAR der Heiz- und Kühlsystem

Ändern Sie den Einsatz der Komponenten, die mit dem Kühlkörper zu kommen: Rückwand, Verankerungsmontageplatte, Schrauben, Scheiben und Beiträge, wie in der Abbildung dargestellt, um den Kühlkörper Peltier und Wasser block.Step 3 sichern: Secure Heat Sink Zurück Platte und Pumpenhalter

BioMONSTAAAR der Heiz- und Kühlsystem
Bohrerführungslöcher in das Sperrholz für die Blechschrauben; in diesem Fall # 8 x 5/8 "Schrauben verwendet. Dann sichern Sie den Kühlkörper Rückenplatte und Pumpenhalter auf das Sperrholz mit der screws.Step 4: Isolierarbeiten Water Block

BioMONSTAAAR der Heiz- und Kühlsystem
Um den Wärmeverlust von den Seiten des Kühlers Verwendung Schaumisolierung minimieren. A Quadratfuß der Schaumstoff von Ihrem örtlichen Baumarkt ausreichend. Schneiden Sie Schaumgummi, um die Dimension der Wasserblock entsprechen. Hier wurde ein wasserlösliches nicht-toxischen Kleber verwendet, um den Schaumstoff zu dem Kühler zu befestigen. Eine dünne Schicht von Klebstoff auf den Schaumstoff Aussparungen und den Seiten des Wasserblock, isoliert wird. Isolieren Sie zwischen den Wasserblock Düsen sowie (nicht dargestellt). Erlauben, für 2 Stunden zu trocknen. Lassen Sie eine der Wasserblock Seiten frei von Schaumgummi, so dass die 40x40mm Peltier können das Wasser block.Step 5 an: Verbreiten Sie Wärmeleitpaste und Mount

BioMONSTAAAR der Heiz- und Kühlsystem
Gelten Wärmeleitpaste / Fett, die Verbreitung einer dünnen Schicht auf den Oberflächen, die in Kontakt sein wird. Stellen Sie sicher
alle Oberflächen sauber sind, bevor gelten Wärmeleitpaste und folgen Sie den Anweisungen Wärmeleitpaste oder Kühlkörper Herstellers ( zB Methoden zur Anwendung Wärmeleitpaste) . Die Oberfläche verbreitete Methode wurde für unsere Montage verwendet werden, wie in den Bildern festgestellt.
Passen Sie die Isolierung freien Seite des Wasserblock mit und der kalten Seite des Peltier, wenn positive Strom die Peltier. Mit Wärmeleitpaste auf beiden Oberflächen, legen Sie das Peltier auf dem Wasserblock. Als nächstes passen die 3/8 Zoll ID Vinylschlauch an den Wasserblock und klemmen Sie den Schlauch mit den Metallschraube Muscheln. Verteilt ther-mal-Verbindung auf der verbleibenden Seite des Peltier und der Grundplatte der Wärmesenke. Setzen Sie die Kühlkörper auf der Peltier, sorgfältig ruht die Bodenplatte an dem Peltier. Richten Sie alle Kanten, so dass die 40x40mm2 Flächen auf dem Peltier sind mit der Grundplatte des Kühlkörpers und der Wasserblock bedeckt.
Verwenden Sie die mit dem Kühlkörper enthalten Montageplatte, bis alle Komponenten fest zusammenklemmen. Die beiden Maschinenschrauben - M3-0,5 x 12mm - wird benötigt, um die Montageplatte an der Verankerungshalterung, weil die mit dem Kühlkörper vorgesehen Maschinenschrauben reicht nicht lange dauern, zu sichern. Legen Sie eine dicke Nylonscheibe (5/16 x 9/16) zwischen der Montageplatte und Ankerhalterung, um den Druck, der auf dem Peltier angewendet wird, zu begrenzen. Bei der Montage auf Kühlkörper Peltier, Schrauben gleichmäßig fest nicht fest einer Seite viel mehr als die anderen ziehen. Eine kreisförmige Wasserwaage kann Level-Komponenten helfen bei der Montage des Kühlkörpers, Peltier und Kühler.
Schließen Sie alle 3/8 Zoll ID Vinylschlauch so, dass Wasser fließt aus dem Auslass der Pumpe durch den Wasserblock und in Acrylwassermantel BioMONSTAAAR ist. Schließen Sie die 1/2 Zoll ID Vinylschlauch so, dass Wasser fließt aus dem Auslass des Wassermantels Bioreaktoren zum Wasserpumpen Einlass. Die mit dem Einlass der Pumpe verbunden Schlauch muss mit Wasser gefüllt sein für die Pumpe, um richtig funktionieren. Große Luftblasen bewirkt, dass die Pumpe zu scheitern Schritt 6: Testen Die H & C-System

BioMONSTAAAR der Heiz- und Kühlsystem
Die H & C-System wurde verwendet, um die Temperatur des 37DL (~ 1 Gallone) Wasser ändern. Die Armaturen waren wasserdicht und die Pumpe funktioniert wie erwartet. Heizen und Kühlen wurde sowohl auf ca. 60% (8A / 13a) des Peltier TEC Betriebsleistung getestet; etwa 130 W und 120 W Erwärmung und Abkühlung erzielt sind. Die berechneten Werte werden leichte größeren und kleineren für Heiz- und Kühlleistung, weil Hitze Verlust eingetreten ist an der Wasserluftschnittstelle, das war nicht für die in den Berechnungen berücksichtigt. Diese Werte liegen innerhalb der erwarteten Heiz- und Kühlfähigkeiten des H & amp; C-System. Es wird interessant sein zu H & C-Fähigkeit zu sehen, wenn die Peltier bei 100% Betriebsleistung und eine Verbindung zu BioMONSTAAARs Prototyp bioreactor.Step 7: Verbesserungen und nächste Schritte

Die Platte unterhalb des Wasser wird kalt, wenn das System im Kühlbetrieb - Wärmeverlust aus dem Wasserblock an der Rückplatte auftritt. Eine zusätzliche Isolationsschicht hinzugefügt werden soll.
Die Pumpe erwärmt sich beim Laufen, abnehmende Kühlfähigkeit der H & C Systems. Die Pumpe sollte verlangsamt werden, um die Wärmeerzeugung zu minimieren. Die Pumpe wird zur Zeit mit der gleichen Spannung wie die Peltier angetrieben. Reduzierung der Pumpenleistung oder mit einer anderen Pumpe mit einer langsameren Strömungsgeschwindigkeit sollte getestet werden, um festzustellen, ob die Kühlfähigkeit verbessert werden kann.
Rohrlänge wird reduziert, sobald der Wassermantel für BioMONSTAAAR Prototyp Bioreaktors abgeschlossen ist.
Auf BioMONSTAAAR Prototyp Bioreaktor getestet einmal alles zusammengebaut werden, die H & C System braucht