De innovatieve hyperloop wordt mede mogelijk gemaakt door een warmtewisselaar
Een futuristische hyperloop-pod waarmee je op een duurzame manier in 30 minuten van Amsterdam naar Parijs kunt reizen. Het Delft Hyperloop-team van de TU Delft werkt aan deze futuristische vorm van transport. Toen deze non-profitorganisatie Kapp om hulp vroeg, werden we meteen enthousiast. Kapp draagt graag bij aan projecten die de technologische vooruitgang in Europa versnellen.
Delft Hyperloop benaderde ons met de vraag om te helpen bij het selecteren van een passende warmtewisselaar voor een hyperloop-ontwerp. Maar hoe raak je warmte kwijt in een systeem waar dat eigenlijk niet kan? De pod opereert immers in een bijna-vacuümomgeving, waardoor warmteafvoer naar de omgeving vrijwel onmogelijk is. Door de vele complexe modellen en analyses zag het team door de bomen het bos niet meer. Bovendien was het vraagstuk lastig te modelleren, omdat het ging om een Phase Change Material (PCM) dat in de warmtewisselaar batchgewijs zowel smelt als stolt. We hebben geholpen door de complexiteit terug te brengen tot de essentie, met heldere en onderbouwde redeneringen.
Wat is de hyperloop?
Delft Hyperloop ontwikkelt een innovatief, energie-efficiënt alternatief voor korte afstandsvluchten. Het is een transporttechnologie waarbij capsules met hoge snelheid door een buis met lage luchtdruk bewegen. Zij worden hierbij voortgestuwd door magneten. Hierdoor wordt zowel de lucht- als rolweerstand geminimaliseerd, waardoor er weinig energie nodig is voor de hyperloop om op snelheid te blijven. Dit is precies waar de kracht van deze technologie zit. Het Delft Hyperloop-team werkt aan deze innovatieve technologie en bouwt elk jaar een nieuw prototype. Dit jaar werkt het tiende team aan de pod ‘Theia II’.
Efficiënte warmteoverdracht
Een grote uitdaging binnen de hyperlooptechnologie is het koelen van het systeem. Convectie of conductie zijn beide niet mogelijk omdat de capsule geen contact heeft met de buis of met lucht. De elektrische spoelen en elektronica genereren echter wel grote hoeveelheden warmte waardoor ze zonder koeling oververhitten. Daarom heeft Delft Hyperloop voor een hittebatterij op basis van een PCM gekozen, waarin deze warmte tijdelijk wordt opgeslagen. Dit maakt langere en efficiëntere ritten mogelijk
Het Delft Hyperloop-team liep tegen het volgende probleem aan: hoe draag je de warmte uit de waterkoelingslus efficiënt over aan de PCM? Hier was een sterk geoptimaliseerde warmtewisselaar voor nodig, ondanks dat er nog een aantal onzekerheden waren in het ontwerp.
Een belangrijke complicatie was dat een smeltende PCM effectief een lagere thermische geleidbaarheid heeft dan een vaste PCM, omdat de temperatuurgradiënt in het materiaal erg klein is. Dit maakt warmteoverdracht tijdens gebruik minder efficiënt en moeilijker te modelleren.
“Here to teach, here to learn”
Kapp’s bijdrage: Here to teach, here to learn
Kapp heeft geholpen om deze complexiteit beheersbaar te maken door het probleem te reduceren tot een eendimensionaal model. Hierdoor konden cruciale ontwerpkeuzes worden gemaakt, zoals de optimale vin-tot-vinafstand en vindikte. Daarnaast is er ook ondersteuning geboden bij het bepalen van de juiste pijp-tot-pijpafstand.
Met deze parameters, gecombineerd met de productiemogelijkheden van de leverancier, is een volledig geïntegreerd ontwerp gerealiseerd. De gehele warmtewisselaar functioneert hierbij niet alleen als thermisch component, maar ook als waterdichte behuizing voor de PCM. Dankzij deze oplossing kan Delft Hyperloop warmte efficiënter opslaan en beheren, wat direct bijdraagt aan de prestaties en betrouwbaarheid van de hyperloop-pod tijdens langere ritten.
Omdat we dit soort initiatieven graag stimuleren, hebben we deze ondersteuning volledig kosteloos aangeboden. Daarnaast hebben we de warmtewisselaar uit eigen middelen gefinancierd. Het was ons een genoegen om onze expertise te kunnen delen en zo bij te kunnen dragen aan een stukje toekomst.