Wie ein spezieller Wärmetauscher die Mobilität der Zukunft ermöglicht
Eine nachhaltige Reise von Amsterdam nach Paris in nur 30 Minuten – das ist die Vision von Delft Hyperloop. Das Team der TU Delft arbeitet intensiv an dieser revolutionären Transportform. Als die gemeinnützige Organisation Kapp um Unterstützung bat, war die Entscheidung schnell getroffen: Wir sind stolz darauf, Projekte zu fördern, die den technologischen Standort Europa stärken.
Delft Hyperloop suchte unsere Expertise bei der Auswahl des passenden Wärmetauschers. Die physikalische Herausforderung dabei: Wie leitet man Wärme ab, wenn es kaum ein Medium dafür gibt? Da die Kapsel in einem Beinahe-Vakuum operiert, fällt die herkömmliche Wärmeabgabe an die Außenluft weg. Die Komplexität der Modelle – insbesondere durch den Einsatz von Phasenwechselmaterialien (PCM), die im Wärmetauscher zyklisch schmelzen und erstarren – erschwerte die Analyse. Wir unterstützten das Team dabei, diese Komplexität auf das Wesentliche zu reduzieren und die Lösung mit fundierten Argumenten abzusichern.
Was ist der Hyperloop?
Delft Hyperloop entwickelt eine energieeffiziente Alternative zu Kurzstreckenflügen. Bei dieser Technologie gleiten Kapseln mit hoher Geschwindigkeit durch Röhren mit niedrigem Luftdruck, angetrieben durch Magnetfelder. Da sowohl der Luft- als auch der Rollwiderstand minimiert werden, benötigt der Hyperloop extrem wenig Energie, um sein Tempo zu halten. Jedes Jahr konstruiert ein neues Team der TU Delft einen Prototyp; aktuell arbeitet die zehnte Generation an der Kapsel „Theia II“.
Effiziente Wärmeübertragung
Die Kühlung bleibt eine der größten Hürden. Ohne Kontakt zur Röhre oder zur Umgebungsluft sind Konvektion und Wärmeleitung nach außen unmöglich. Dennoch erzeugen die elektrischen Spulen und die Elektronik enorme Hitze. Die Lösung von Delft Hyperloop: Eine PCM-basierte Wärmebatterie, die diese Energie vorübergehend speichert und so deutlich längere Fahrten ermöglicht.
Die zentrale Frage für das Team war: Wie lässt sich die Wärme effizient vom Wasserkühlkreislauf auf das PCM übertragen? Dies erforderte einen hochoptimierten Wärmetauscher. Eine besondere Schwierigkeit liegt darin, dass schmelzendes PCM die Wärme schlechter leitet als festes Material, da der Temperaturgradient sinkt. Das erschwert die präzise Modellierung und verringert die Effizienz der Übertragung während des Betriebs.
“Here to teach, here to learn”
Kapps Beitrag: „Here to teach, here to learn“
Kapp half dabei, diese Herausforderung beherrschbar zu machen. Durch die Reduzierung des Problems auf ein eindimensionales Modell, konnten entscheidende Parameter wie der optimale Lamellenabstand, die Lamellendicke und der korrekte Rohr-zu-Rohr-Abstand festgelegt werden.
Auf Basis dieser Daten entstand ein voll integriertes Design, das auch die Fertigungsmöglichkeiten des Lieferanten berücksichtigte. Der Wärmetauscher fungiert nun nicht nur als thermische Komponente, sondern gleichzeitig als wasserdichtes Gehäuse für das PCM. Dank dieser Lösung kann Delft Hyperloop Wärme effizienter steuern, was die Leistung und Zuverlässigkeit der Kapsel auf Langstrecken massiv steigert.
Da wir solche zukunftsweisenden Initiativen gerne fördern, haben wir unsere Beratung kostenlos angeboten und den Wärmetauscher aus eigenen Mitteln finanziert. Es war uns eine Freude, unsere Expertise zu teilen und einen Beitrag zur Mobilität von morgen zu leisten.