Wärmetauscher für alternative Energie

Einführung

Aavid, der Unternehmensbereich für Wärmetechnik der Boyd Corporation, wurde von einem Unternehmen aus dem Bereich Alternative/Erneuerbare Energien dazu ausgewählt, eine Lösung für einen thermoelektrischen Hochtemperatur-Generator zu entwickeln, zu simulieren, einen Prototyp herzustellen und diese Lösung zu testen. Es sollte mithilfe einer CFD (Computational Fluid Dynamics)-Analyse das vorteilhafteste Design für den Wärmetauscher und die Kühlplatte für Flüssigkeitskühlung ermittelt werden, die in einem thermoelektrischen Modul einem Temperaturunterschied von 500 °C standhalten müssen.

Herausforderung

Aavid entschied sich für ein angemessenes Material für den Wärmetauscher, das einer Gastemperatur über 1500 °C standhalten konnte.

Aavid entwickelte einen Prüfstand, der sehr hohen Temperaturen widerstehen konnte, die in dem Bereich der Temperaturen der Anwendung lagen.

Aufgrund der sehr hohen Betriebstemperatur berücksichtigte Aavid ebenfalls die Strahlung, die bei vielen Zwangsluft-Kühlungslösungen häufig vernachlässigt wird.

Aavid stellte fest, dass sich Hochtemperatur-Wärmeleitmaterialien als standardmäßige Materialien für diese Anwendung nicht eigneten.

Lösung

Es wurden verschiedene CFD-Modelle entwickelt und betrieben, um den Wärmeaustausch zu optimieren. Die endgültigen Designs wurden dem Kunden präsentiert. Darüber hinaus wurden Empfehlungen gemacht, welches Design sich am besten eignen würde.

Es wurden zwei Hardware-Designs für den Prototyp und die Leistungsprüfung in der Anlage von Aavid in Laconia ausgewählt. Anhand von mechanischen Testmodellen wurden während der gesamten Prüfung die akkuratesten Wärmeeigenschaften und -daten bereitgestellt. Anschließend erfolgte die Prüfung der thermoelektrischen Module.

Ergebnisse

Mit einem detaillierten CFD-Modell wurde das System nachgestellt. Anhand der Prototypen wurden Tests zur Erfassung von Daten durchgeführt. Mithilfe der Prototypen-Daten wurde das CFD-Modell weiter verfeinert und fertiggestellt.

Dank der Ermittlung der erforderlichen Materialeigenschaften und der CFD-Analyse konnte das Material ausgewählt werden, das der hohen Betriebstemperatur des Generators standhielt.

Um die technischen Ziele zu erreichen und den Zeitplan einzuhalten, arbeiteten Aavid und der Kunde gleichzeitig an diesem Projekt.

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