Brennstoffzel­len– und Elektronik-Kühlung

Brennstoffzellenbasierte Flugzeuge stellen für die Kurzdistanz eine vielversprechende Alternative dar. Dabei ermöglichen Brennstoffzellen eine effiziente Umwandlung von chemischer in elektrische Energie. Neben der elektrischen Energie entsteht jedoch auch Wärme, die abgeführt werden muss, um die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle in einem festgelegten Bereich zu halten. In einem Zweiphasen-Kühlsystem erfolgt die Wärmeabgabe dabei für gewöhnlich in einem Kondensator unter Nutzung der Umgebungsluft.
Ziel der Arbeit ist die Auslegung und Optimierung eines für diese Anwendung geeigneten Lamellenrohr-Wärmeübertragers unter Verwendung der Simulationsumgebung Dymola und der TIL-Bibliothek. Dazu soll eine Parameterstudie durchgeführt werden unter Berücksichtigung der relevanten geometrischen Größen des Wärmeübertragers, um eine Minimierung des resultierenden Luftwiderstands für das Flugzeug zu erreichen.

Es sind folgende Aufgabenschwerpunkte zu bearbeiten:

• Kurze Literaturrecherche zu Lamellenrohr-Wärmeübertragern in der Luftfahrt
• Einarbeitung in die Simulationsumgebung Dymola und das Lamellenrohr-Wärmeübertrager-Modell in der TIL-Bibliothek
• Festlegung der relevanten geometrischen Optimierungsgrößen
• Durchführung einer Parameterstudie unter Berücksichtigung der festgelegten Größen und verschiedener kältemittelseitigen Kondensationskorrelationen
• Ermittlung der Kondensator-Konfiguration mit dem geringsten Luftwiderstand

Betreuer: Dipl.- Ing. P. Koschel

Die Kühlung von Elektronikkomponenten wird zu einem großen Anteil immer noch einphasig realisiert aufgrund der Komplexität der Zweiphasenkühlung.

Für die Untersuchung der Zweiphasenkühlung im Thermalmanagement von Fahrzeugen und Flugzeugen soll ein kippbarer Kaltdampfkompressionskältekreislauf in einem Versuchsstand mit zwei Wärmequellen und einem internen Wärmeübertrager simuliert werden. Hierfür sollen geeignete Messungen ausgewählt werden, die zur Validierung des Modells dienen. Es soll außerdem besonders auf die Regelung der Kühlleistung und der Überhitzung für verschiedene Teillastbetriebe eingegangen werden.

Die Teilaufgaben beinhalten:

• Literaturrecherche zum Thema
  • Thermalmanagement von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen und Flugzeugen in Hinsicht auf die Zweiphasenkühlung der Elektronik-Komponenten
  • Thermalmanagement von Elektronik und Temperaturabhängigkeit von Elektronikkomponenten
  • Regelung von Kälteanlagen mit mehreren Verdampfern
• Unterstützung bei Messungen
• Simulation eines vorgegebenen Versuchsstandes
• Bewertung, Validierung und Optimierung des ermittelten Simulationsmodells

(Kann noch zum Start und in Absprache angepasst werden)

Gewünschte Voraussetzungen für die erfolgreiche Bearbeitung:

• Grundlagen der Thermodynamik
• Grundlagen der Kältetechnik, Regelung von Kälteanlagen, Lastmanagement
• Beherrschen eines Simulations-Tools ( Modelica, GT-Suite o.ä.)

Betreuer: Dipl.-Ing. Th. Kramer

Die Kühlung von Elektronikkomponenten wird zu einem großen Anteil immer noch einphasig realisiert aufgrund der Komplexität der Zweiphasenkühlung.

Für die Untersuchung der Zweiphasenkühlung im Thermalmanagement von Flugzeugen und Fahrzeugen soll ein kippbarer Kaltdampfkompressionskältekreislauf in einem Versuchsstand mit zwei Wärmequellen und einem internen Wärmeübertrager untersucht werden. Es soll vor allem auf die Regelung des Versuchsstandes eingegangen werden.

Die Teilaufgaben beinhalten:

• Literaturrecherche zum Thema
  • Thermalmanagement von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen und Flugzeugen in Hinsicht auf die Zweiphasenkühlung der Elektronik-Komponenten
  • Thermalmanagement von Elektronik und Temperaturabhängigkeit von Elektronikkomponenten
  • Regelung von Kälteanlagen mit mehreren Verdampfern
• Unterstützung bei Messungen
• Vorhandenes Regelungskonzept in Matlab-Simulink implementieren und Regler entwerfen
• Regelung am Thermalmanagement-Prüfstandes basierend auf vorhandenem Regelkonzept implementieren

• Steuerung und Regelung optimieren mithilfe einer Matlab-Simulink-Simulation

Betreuer: Dipl.-Ing. Th. Kramer

(Kann noch zum Start und in Absprache angepasst werden)