L’innovant Hyperloop est rendu possible en partie grâce à un échangeur de chaleur
Une capsule Hyperloop futuriste qui permet de voyager d’Amsterdam à Paris en 30 minutes de manière durable. L’équipe Delft Hyperloop de l’université technique TU Delft travaille sur ce mode de transport futuriste. Lorsque cette organisation à but non lucratif a sollicité l’aide de Kapp, nous avons répondu avec enthousiasme. Kapp est heureuse de contribuer à des projets qui accélèrent le progrès technologique en Europe.
Delft Hyperloop nous a sollicités pour l’aider à choisir un échangeur de chaleur approprié pour la conception d’un hyperloop. Mais comment dissiper la chaleur dans un système où cela est pratiquement impossible ? Après tout, la capsule fonctionne dans un environnement proche du vide, ce qui rend la dissipation de la chaleur vers l’extérieur pratiquement impossible. Les nombreux modèles et analyses complexes constituaient en fait l’arbre qui cachait la forêt. De plus, le problème était difficile à modéliser, car il impliquait un matériau à changement de phase (PCM) qui fond et se solidifie par lots à l’intérieur de l’échangeur de chaleur. Nous avons apporté notre aide en réduisant la complexité à l’essentiel, avec des arguments clairs et bien raisonnés.
Qu’est-ce que l’Hyperloop ?
Delft Hyperloop développe une alternative innovante et économe en énergie aux vols courts. Il s’agit d’une technologie de transport dans laquelle des capsules se déplacent à grande vitesse à l’intérieur d’un tube à basse pression atmosphérique. Elles sont propulsées par des aimants. Cela permet de réduire au minimum la résistance à l’air et la résistance au roulement, ce qui signifie que l’Hyperloop n’a besoin que de très peu d’énergie pour maintenir sa vitesse. C’est précisément là que réside la force de cette technologie. L’équipe Delft Hyperloop travaille sur cette technologie innovante et construit un nouveau prototype chaque année. Cette année, la dixième équipe travaille sur la capsule « Theia II ».
Transfert thermique efficace
L’un des principaux défis de la technologie hyperloop réside dans le refroidissement du système. Ni la convection ni la conduction ne sont possibles, car la capsule n’est en contact ni avec le tube ni avec l’air.
Cependant, les bobines électriques et les composants électroniques génèrent d’importantes quantités de chaleur, ce qui entraîne leur surchauffe en l’absence de refroidissement. C’est pourquoi Delft Hyperloop a opté pour une pile thermique à base de PCM, dans laquelle cette chaleur est stockée temporairement. Cela permet d’effectuer des trajets plus longs et plus efficaces.
L’équipe Hyperloop de Delft a rencontré le problème suivant : comment transférer efficacement la chaleur du circuit de refroidissement à eau vers le PCM ? Cela a nécessité un échangeur de chaleur hautement optimisé, malgré le fait qu’il subsistait encore un certain nombre d’incertitudes dans la conception.
Une complication majeure résidait dans le fait qu’un PCM en phase de fusion présente en réalité une conductivité thermique inférieure à celle d’un PCM solide, car le gradient de température au sein du matériau est très faible. Cela rend le transfert de chaleur pendant le fonctionnement moins efficace et plus difficile à modéliser.
« Here to teach, here to learn »
La contribution de Kapp : Ici pour enseigner, ici pour apprendre
Kapp a contribué à rendre cette complexité gérable en réduisant le problème à un modèle unidimensionnel. Cela a permis de prendre des décisions de conception cruciales, telles que l’espacement optimal entre les ailettes et l’épaisseur de celles-ci. De plus, nous avons apporté notre aide pour déterminer l’espacement correct entre les tubes.
En combinant ces paramètres avec les capacités de fabrication du fournisseur, nous avons abouti à une conception entièrement intégrée. L’échangeur de chaleur dans son ensemble sert non seulement de composant thermique, mais aussi de boîtier étanche pour le PCM. Grâce à cette solution, Delft Hyperloop peut stocker et gérer la chaleur plus efficacement, ce qui contribue directement aux performances et à la fiabilité de la capsule Hyperloop lors de trajets plus longs.
Soucieux d’encourager des initiatives de ce type, nous avons offert ce soutien à titre entièrement gratuit. De plus, nous avons financé l’échangeur de chaleur sur nos propres ressources. Ce fut un plaisir pour nous de pouvoir partager notre expertise et de contribuer ainsi à construire un peu de l’avenir.