Poksi N126NTL-vaunun jääkaapin parantelu

Kerrankin voi sanoa projektin ajoituksen osuneen nappiin.
Sain nimittäin viime kesänä näppylöitä Poksin ala-arvoisesti toteutetusta jääkaappiasennuksesta ja päätin talven aikana tehdä asialle jotain.

Poksissa on pieni Dometicin 60 litrainen kaasu/akku/verkko-käyttöinen jääkaappi, joka sinällään on kelpo kapine, mutta jostain syystä Poksissa se on päätetty asentaa vastoin kaikkia Dometicin suosituksia.
Tuuletusritilät ovat liian pienet, yläritilä on aivan liian alhaalla, ilmankierrolle ei ole mitään ohjausta kaapin takana ja kaapin päälle jää iso ilmatasku, joka tappaa viimeisenkin kierron. Käytännössä lämpö tulee vaunun sisälle ruokailuvälinelaatikon kautta.
Lisäksi pakoputki on täysin vaakasuora, joten palokaasuillekaan ei tule oikein mitään virtausta ulos.

Ilmanvaihtoaukoille ei pienin toimenpitein oikein mitään voi, joten vaihtoehdoksi jäi koneellinen tuuletus ja ilmanohjauksen parantaminen.
Ensimmäinen pohdiskelu oli, että laittaako puhaltimet puhaltamaan alhaalta sisään vai imemään ylhäältä ulos.
Ennalta ei ollut käsitystä, miten puhaltimet vaikuttaisivat liekin palamiseen kummassakaan tapauksessa. Sellainen hytinä oli, että liekin lähellä tapahtuva puhallus saattaisi haitata enemmän, joten päätin kokeilla ensin imua ylhäältä.
Ymmärsin kyllä, että tämä kääntää sen vähäisenkin palokaasujen virtauksen pakoputkessa ja palokaasutkin imetään tässä ratkaisussa jatkossa sisäkautta ulos puhaltimien pyöriessä.
Alusta asti oli selvää, että laitan ohjaukseen sen verran älliä, että samalla saa ratkottua vähän muitakin mahdollisia ongelmia. Kaasujääkaappi nimittäin menee aika herkästi pilalle jos sitä käyttää paikallaan ollessa liian vinossa. Kallistus estää kemikaalien kierron ja seurauksena on ylikuumeneminen, joka voi jämäyttää korroosionsuoja-aineena käytetyn natriumkromaatin pysyvästi tai putkistoon voi tulla halkeamia jne.

Tilanteen havaitsemiseksi päätin laittaa ohjausyksikköön riittävästi lämpömittauksia tilanteen havaitsemiseksi. Päätinpä sisällyttää myös kallistusmittarin mukaan elektroniikkaan, jolloin tilanteen voi estää jo ennakolta kehittymästä. Mittaria voi käyttää myös vaunun parkkeerauksessa vatupassin korvikkeena.
Lämpömittareista saa myös aikaisen hälyytyksen jos esimerkiksi kaasu loppuu tai jos kaapin ovi unohtuu rakoselleen.
Päätin laittaa ohjausyksikköön nopeudensäädöt kahdelle puhaltimelle, eli myös kaapin sisään puhallin, jolla ilmaa voi kierrättää. Tämä tasaa merkittävästi lämpötiloja kaapin sisällä.

Ohjausyksikköön tuli lisäksi Bluetooth-moduli, jonka avulla esimerkiksi tabletilla voi piirrellä lämpötilakäyriä ja niiden avulla yrittää puhaltimien ohjausta parannella.
Ohjausyksikön lisäksi jääkaapin etuseinään tuli pieni käyttöpaneli, jossa on LCD-näyttö, pari merkkivaloa ja painonapit valikoissa seikkailua varten.

Laitan vähän kuvia projektista seuraaviin viesteihin, joista näkyy alkuperäisen asennuksen kurjuus ja mitä sille tein.

Ensimmäisessä kuvassa olen jo kiinnittänyt puhaltimet ja aloittanut takatilan tiivistämisen.

Jotta ilmankierto toimisi kunnolla on oleellista, että kylmä ilma pakotetaan kulkemaan jääkaapin takana olevien lauhdutuspiirien kautta. Tämä onnistuu laittamalla takaseinä riittävän lähelle jääkaapin takaosaa ja tiivistämällä yläosa niin, että puhaltimet saavat vedettyä ilmaa ainoastaan oikeaa reittiä.

Alkuperäisen asennuksen kauheutta kuvaa se, että jääkaapin yläosa, jossa sijoitsee ammoniakkilauhdutin, on oikealla näkyvän kaasuputken alareunan tasalla. Siis tuuletusaukot ovat miltei kokonaan lauhduttimen alapuolella ja kaapin päälle jää iso kuumailmapussi. Huomaa myös pakoputki vasemmalla, jonka tulisi olla yläviistossa, jottaa kuumat palokaasut virtaisivat ulos luonnollisen kierron avulla.

Kuvassa näkyvät jo takaseinän kiinnitysrimat ja tiivistys keskellä. Reunoilla olevat tiivistykset ovat osin piilossa, mutta koko yläosa on tiivistetty myös reinoilta ja ylhäältä.
Puhaltimia varten jyrsin asennuslevyn 6mm PVC-H-levystä.
Puhaltimet ovat 120mm, tyypiltään SUNON MEC0251V3-00U-A99 12V/1,9W. Niissä ei ole mitään sääjuojausta, joten kestoikä jää nähtäväksi. Magneettilaakeroinnin ansiosta ne ainakin uutena hyrräävät herkästi ja hiljaisesti. Alimmillaan koko systeemi syö akkusähköä alle 100mA ja täysilläkin puhkuessaan vain n. 400mA.
Iloinen yllätys oli, että puhaltimet eivät tunnu mitenkään vaikuttavan liekin palaviseen vaikka niitä ajaisi täysillä.

Seuraavassa kuvassa on jo takaseinäkin paikoillaan. se on n. sentin päässä jääkaapin takareunasta, jolloin ilma vääjäämättä ohjautuu jäähdytysripojen lomitse.

Kolmannessa kuvassa on jo rakentamani takakansikin paikoillaan, joten lämpö ei pääse enää karkaamaan kaapin päälle ja vaunun sisätiloihin. Samassa kuvassa näkyy jo myös ohjauselektroniikka koteloituna. Sähköaivot ovat taaemmassa valkoisessa purkissa ja näyttöyksikkön kotelolle on jyrsitty paikka jääkaapin etuseinään. Näytössä sattuu olemaan kallistusmittarin näyttö X on tässä pituussuuntainen kallistuma ja Y sivuttainen kallistus.

Neljännessä kuvassa näkyy sisäpuhaltimen asennus. Se on Deltan ohut 80mm / 24V puhallin, joka pyörii myös tosi herkästi jo pienilläkin jännitteillä. Sisäilmaa ei niin kovasti kannatakaan vatkata. Ovikytkin on minulla vielä laittamatta. Olisi edullista pysäyttää sisäpuhallin kun ovi on auki, sillä puheltimen ansiosta kaappi täyttyy nopeasti lämpimällä ilmalla oven ollessa auki.

Laitan seuraavaan viestiin vielä vähän teknistä selostusta ja pari kuvaa.

Tässä vielä pikkasen jääkaappiohjauksen tekniikasta.

Ensimmäisessä kuvassa näkyvät sähköaivot ja näyttöyksikkö koteiloituina.

Näyttöyksikön kotelo oli mitoitusteknisesti hankalampi ja kokeilin sen suunnitteluun Autodeskin Fusion 360-ohjelmaa ensimmäistä kertaa. Ohjelma toimi tähän erittäin hyvin, sillä kaiken pystyi sovittamaan ruudulla etukäteen ennen osan 3D-tulostusta. Toisessa kuvassa näkyykin aika hyvin, miten mekaniikan voi jo ohjelmassa hahmotella valmiiksi ja sitten piirtää kotelon ympärille.
Itse prosessorikotelo oli yksinkertaisempi, joten se syntyi melko helposti ennestään tutulla OpenSCAD-ohjelmalla.

Prosessorikortti on tehty vähän hybriditekniikalla, eli on käytetty paljon kiinalaisia valmismoduleita, jotka ovat suorastaan naurettavan edullisia ja nopeuttavat suunnittelutyötä oleellisesti.

Kolmannessa kuvassa näkyykin prosessoripurkin sisälle.
Oikeassa takareunassa on pieni muutaman kymmenen sentin hintainen hakkurivirtalähde, joka tekee akkusähköstä 5V prosessorielektroniikalle. Maksimi syöttöjännite on 28V. Sen edessä pieni kaiutin, jonka kautta soitetaan hälyytykset ja etuoikealla tarkkuusvastukset max. 5:ttä NTC-vastuksilla toteutettavaa lämpömittausta varten.

Vasemmalla takana näkyy kiihtyvyysanturimoduli, jolla suoritetaan kallistusmittaukset.

Etuvasemmalla näkyvät kaksi open loop periaatteella toimivaa hakkuria, jotka toimivat PWM-yksikkön pääteasteina, Näillä toteutetaan puhaltimien kierrosnopeuden säätö.

Keskellä on keskusyksikkönä toimiva Arduino Leonardo-klooni. Näyttö/näppismoduli kytkeytyy keskusyksikköön 10-napaisella nauhakaapelilla. Edessä näkyvät myös lämpöantureiden ja puhaltimien liittimet sekä sähkönsyöttö. Ohjelmointiin käytettävä Micro-USB-liitin on keskusyksikön takana. Emolevy on kooltaan 100mmx100mm.

Laitan vielä seuraavaan viestiin muutaman sanan ohjelmistosta ja tähänastisista käyttökokemuksista niin eiköhän sitten ole tämä projekti pääpiirteissään kuvailtu.

Laitteen ohjelmisto on vielä aika kokeellisessa vaiheessa kun täytyy opiskella prosessin käyttäytymistä. Hämmästyttävän hyvin silti pelannut nyt helteillä.

Absorptiojääkaapin hyötysuhde on parhaimmillaankin luokkaa kymmenesosa kompressorikaapin hyötysuhteesta, joten jos kaapin lataa täyteen lämmintä tavaraa, niin jäähtyminen toki kestää ja puhaltimet puhkuvat, mutta sitten vetääkin tavaran kunnolla kylmäksi ja puhaltimet asettuvat hyvinkin maltilliselle käynnille. Enempi ongelmana on normikeleillä estää kaappia kylmenemästä liikaa liekin ollessa suurimmillaan.

Ensimmäisessä versiossa on vain PID-säätö ja turvallisuussyistä ulkopuhaltimet pyörivät aina vähintäinkin miniminopeudella.
Prosessissa on nyt käytössä kolme lämpötilanmittausta.
Yksi mittaa keitinputken lämpötilaa jonkin matkaa liekkiä ylempänä. Keittimessä ammoniakki tislataan eroon vahvasta ammoniakkiliuoksesta ja vesi palautetaan absorber-putkistoon, jossa ammoniakki taas liuotetaan takaisin veteen. Keittimen lämpötilasta saadaan lähinnä hälyytyksiä eli jos lämpötila alkaa laskea liiaksi, liekki on sammunut esimerkiksi kaasun loppumisen takia tai jos lämpötila kohoaa liiaksi, vaunu on liian vinossa ja nesteet eivät kierrä.
Toinen lämpötilanmittaus on toiseksi alimmaisessa absorber-putkessa. Tätä lämpötilaa säädetään PID-säätimellä. Mutu-tuntumalla kaapin jäähdytys tuntuisi olevan tehokkaimmillaan kun absorberin lämpötila on n. 45-astetta ja tämä on oletusasetusarvona.

Kolmas lämpömittaus on kaapin sisällä, ylimmän pikkuhyllyn etureunassa.
Koska kaasuvirtausta ei voi tässä mallissa säätää muuta kuin käsin kolmeen eri asentoon laitoin kokeellisesti toisen säätöluupin kaapin sisälämpötilasta säätämään PID säätimen asetusarvoa käänteisesti. Eli jos kaappi meinaa jäähtyä liikaa, absorberin lämpötilan asetusarvoa nostetaan aina n. 60-asteeseen asti eli jäähdytystehoa heikennetään tahallisesti. Sisälämpötilasta saadaan tietty myös hälyytykset jos lämpötila kohoaa liikaa ja etupanelin vihreä LED sytytetään merkiksi, että voisi kokeilla pienempääkin kaasuasetusta. Yöaikaan keskimmäinen kaasuasento toimiikin yleensä hyvin.
Keskimmäiselle liekkiasetukselle tosin tarttee varmaan vielä algoritmia muuttaa niin, että ulkopuhaltimet voivat myös pysähtyä kokonaan, sillä absorberin lämpötila nousee nyt juuri ja juuri 30-asteeseen ja keitin pyörii jossain 150-160-asteen tuntumassa eli prosessi pyörii vähän vaivaisesti. Kylmemmillä ilmoilla tulee luultavasti jo ongelmia.

Kaiken kaikkiaa olen tyytyväinen jo tähänastiseen. Hirmuhelteet eivät tuottaneet mitään tuskaa ja kun kaappi on saanut tavarat kylmiksi puhaltimia ei käytännössä edes kuule kun ne vaan leyhyttävät menemään.
Sisäpuhaltimelle on toistaiseksi vain käsisäätö, samoin ulkopuhaltimet voi ottaa myös käsiohjaukseen jos haluaa tehdä kokeiluja.

Ohessa vielä kuva perusnäytöstä, joka on vähän nörttimäinen, mutta siitä näkee kaiken oleellisen.
Vasemmalla ylhäällä on keittimen lämpötila, oikealla ylhäällä absorberin, vasemmalla alhaalla kaapin sisälämpö ja oikealla alhaalla ulkopuhaltimen PWM-säätimen arvo 0-255 (Tällä hetkellä 40 on rajoitettu minimi ja 255 on täysi teho)

Muista valikoista voi säädellä PID-säätimen parametreja, vaihtaa käsi/auto-moodia, säädellä taustavalon kirkkautta, sisäpuhaltimen nopeutta, katsella kallistuskulmia ja hiljentää hälyytysäänet tarvittaessa.

Hienoa! Tässä on varmasti täydellisimmät sydeemit maailman kaikista matkailuvaunun tai -auton jääkaapeista. Nykytekniikkaa on hyödynnetty kaikilla osa-alueilla.

@timppa

Sellaista kokeilevaa näpräystähän tää on, mutta kiva joskus nähdä käytännön hyötyjäkin. Toivottavasti vähän inspiroi muitakin säätäjiä.

Hei,

tässä on jo pro+ tason toteutus. Voin kuvitella näpräämisenja samalla myös osaamisen määrän tässä toteutuksessa. Matkailuauto puolen jääkaappikeskusteluissa kuvasin eilen omien jäähdyttimien asennusta. Ähräsin sen kanssa otsa märkänä: nyt kun luin tämän toteutuksen, niin tämä toteutus on aivan omaa luokkaa. Sanoisin jo lähes taidetta:). Joku voi sanoa: hassua touhua kyykkiä auton / vaunun uumenissa- mutta kun tekee näitä ilman kiireitä ja harrastus asenteella, niin on mukava, kun ne valmistuu ja jos vielä toimii, aina parempi:)

Kyllä totuus taitaa olla, että tehtaalta tullessaan nämä vehkeet ovat teorissa täydellisiä, mutta käytössä huomaa erilaisia pieni viilaustarpeita, joita sitten tuunaillaan - kukin tavallaan.

Hyvää kesänjatkoa kaikille.

Kiitos kun jaoit tämän hienon tarinan ja toteutuksen.

Hauskaa harrastusta ja aivojen herättelyähän tämä nimenomaa on.

Kannattaa pitää mielessä, että itse perustehtävän hoitaa luotettavasti termostaatti + puhallin, kaikki muu on ekstraa ja monimutkaistaa systeemiä eli helposti myös heikentää luotettavuutta.

Vähän sama kun vaikkapa tiskikoneissa, joissa nykyisin myyntiargumentteina on sen kymmenen ohjelmaa ja käytännössä kumminkin tyypillisesti käytetään vaan yhtä, joka pesee astiat keskimäärin hyvin.

Kiitoksia Jormalle erittäin mielenkiintoisesta projektistista,kuinka se absorptio jääkaappi toimii.
Eli kirjoituksesta tuli selvästi ilmi että absorptio jääkaappi toimii,jos ilmankierto
järjestelmässä toimii.
Minulla ei ole ollut ongelmia,mutta saatanan niitä syntyä jos on korkeita lämpötiloja.

Mietin tuota kaapin sisäilman sekoittamista ja aloin penkomaan tarvikkeita, vartin kuluttua oli testisekoittaja valmis. Varmaan päivän tai kaksi pyörii 12 V:n pikkupuhallin 9 V:n patterilla. Korvin kuullen ei ollut pyörimisnopeudessa eroa siinä kummalla jännitteellä käytti.

@timppa

Joo, ei sitä kannata liikaa vatkata, puhaltimenkin jättämä energia on sisältä poistettava.

Nyt en pääse mittaamaan, mutta mun puhallin on tosiaan joku 24V Delta 80mm x 15mm joka löytyi Partcon tarjouslaarista vajaa vuosi sitten. Näversin jäähdytyrripoihin dremelillä reiät ja puhallin kiinni nippusiteillä.
Tulostin vielä ritilän eteen niin eivät tavarat mee niin herkästi ropelliin.
Puhallin tuuppaa lämmintä ilmaa kaapin yläosasta kohti jäähdytysripoja.

Puhallin pyörii oikein herkästi. Arvelisin, että ajelen sitä luokkaa 5V jännitteellä jolloin ilma jo liikkuu, mutta käytännössä äänettömästi.

Jos haluaa puhaltimelle hyvällä hyötysuhteella toimivan säädön, niin pieni hakkurivirtalähde on siihen oiva.
Itse ole käyttänyt tällaisia mm. jääkaappitietokoneeni virtalähteenä:

http://www.dx.com/p/mini-dc-7-28v-to-dc-5v-step-down-converter-adjustable-buck-converter-power-supply-module-409898

Paketissa tulee kaksi joista toinen on asetettu kiinteästi 5V ulostulolle ja toinen on säädettävä (vastuksia vaihtamalla molemmista saa haluamansa jännitteen kiinteästi). Ebay:stä yms. noita näkee vieläkin edullisemmin, mutta tällä kertaa satuin tilaamaan tuolta.

Ainakin mun kaapissani piuhat sai kätevästi sisään jäähdytysrivalle menevän termostaatin putken reiästä.

Olen muuten kovasti tykästynyt Sunonin magneettilaakeroituihin puhaltimiin. Laakeroinnista näkee kauppanimiä MagLev tai Vapo.
Kestävyydestä en vielä osaa sanoa mitään, enkä varsinkaan siitä, kuinka laakerointi pitemmän päälle pelaa kun puhaltimia ajetaan paljon nimellisjännitettä pienemmällä jännitteellä, mutta eiköhän sekin ajan kanssa tule selväksi.
Aika hyvä valikoima löytyy puolalaiselta tukkurilta, joka myy myös kaikenlaista muuta eletroniikkatavaraa myös yksityisille. Nykyisin on harrastajana vaikea löytää myös yksityiselle myyvää kauppaa, joten tämä on ollut tervetullut löytö:

https://www.tme.eu/fi/

Ja ei, minulla ei ole mitään muuta suhdetta mihinkään mainitsemistani kaupoista kuin normaali asiakkuus. Mainitsen vain tässä kun usein itsellä menee paljon aikaa erilaisten tarvikkeiden etsimiseen ja hyvät vinkit ovat aina tervetulleita.

Tuossa yksi Kiinan kauppa,tilasin tuonlaisia virta/jännite muuntimia ja hinta esim, Suomessa on noin 100€ kpl.
Mutta Kiinan poika myy 13.70 usd.$ kpl.
https://sunyuan.en.made-in-china.com/product/DKSEIRjxANho/China-DIN-Rail-Mounting-4-20mA-Differential-Signal-Converter-DIN3-Sy-C-a-P-O-Series.html

Aikisemmin tilasin hakkuri virtalhteitä 12/24dc ja taisivat maksaa joitain euroja.
Minulla on yritys ja en tiedä toimitaako tuo yksityisille?.
Siis;
https://sunyuan.en.made-in-china.com