Entwurf und Analyse von Ein-Phasen Kühlsystem-Architekturen für PEM Brennstoffzellen in elektrifizierten Verkehrsflugzeugen

Abstract

Grundlage für diese Arbeit bietet der voranschreitende Klimawandel und die europäischen Ziele des FlightPath 2050. Dafür wird die Integration von Brennstoffzellen zur Versorgung der elektrischen Flugzeugsysteme in Erwägung gezogen. Bei dem hier angenommenen Wirkungsgrad von 50 % entstehen zu gleichen Anteilen Leistung und Wärme, wobei Letztere abgeführt werden muss. Um die Kühlung der Zellen zu gewährleisten, wurden in dieser Masterarbeit Architekturen für Flüssigkühlungen in Modelica 4.0 entwickelt und mithilfe einer qualitativen Analyse deren Sicherheit untersucht. Durch statische Betrachtung der Simulationen in vier verschieden Flugphasen ergab sich, dass alle Architekturen die an sie gestellten Anforderungen und Funktionen erfüllen konnten. Am besten geeignet war eine Architektur bei der, mithilfe des dort zusätzlich eingebauten Wärmeübertragers in der Kabinenabluft, die Größe der Hauptwärmesenke deutlich reduziert werden konnte. Die bei dieser Variante zu anderen Wärmesenken und -quellen in Reihe angeordnete Brennstoffzelle ergab den geringsten Kühlmittelmassenstrom, als auch die kleinste benötigte Pumpe und Gesamtoberfläche aller Wärmeübertrager zusammen.