Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung eines Kühlkonzepts, welches zum Betrieb einer Brennstoffzelle im Flugzeug, in gekrümmter Form, in die Heckspitze eines Flugzeuges integriert werden soll.

Die Untersuchung stützt sich auf ein vorheriges Kühlkonzept, aus gekrümmten Kreuzstromwärmeübertragern mit Oberflächenrippen, welches bereits erfolgreich am Boden getestet wurde. Dabei sind die Oberflächenrippen ein fester Bestandteil des Kreuzstromwärmeübertragers, welche in einer speziellen Anordnung aus der Flugzeugaußenhaut herausragen und somit den thermisch begünstigten Effekt der Luftströmung während des Fluges nutzen können. Dieser zusätzliche Effekt hervorgerufen durch die Oberflächenrippen wurde separat vermessen und wird in einer kurzen Studie im Ausblick dieser Arbeit beschrieben. Die Ergebnisse und Erkenntnisse der Bodentests, bezogen auf den reinen Kreuzstromwärmeübertrager, werden für die Entwicklung eines neuen leistungsgesteigerten und flugfähigen Kühlkonzepts herangezogen. In Abhängigkeit des kühlenden Luftmassenstroms, wurde ebenfalls ein Lüftersystem in die Heckspitze integriert, welches zusammen mit dem Kühlkonzept, auf einen anforderungsgerechten Betriebspunkt hin, abgestimmt wird. Die Abstimmung erfolgt über theoretische Simulationen, in Zusammenarbeit mit einem Lüfterhersteller.

Aufgrund dieser theoretischen Ergebnisse wird versucht, eine größtmögliche Leistung durch eine Neudimensionierung der Kanalstrukturen des indirekten Kreuzstromwärmeübertragers abzuführen. Dabei müssen die Anforderungen der maximalen Druckverluste von luftseitig 400 Pa und flüssigseitig 0,5 bar berücksichtigt werden. In einem späteren Leistungstest soll ein Prototyp eines geraden Kreuzstromwärmeübertragers ohne Oberflächenrippen validiert werden. Die Mindestanforderung des gesamten Kühlkonzepts liegt in einer thermisch abzuführenden Leistung von 200 kW.