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FP7

THERMICOOL — Ergebnis in Kürze

Project ID: 632436
Gefördert unter: FP7-JTI
Land: Griechenland
Bereich: Grundlagenforschung, Industrie, Sicherheit, Verkehr

Thermoelektrische Kühlung für die Luftfahrt 

EU-finanzierte Forscher haben aktive thermoelektrische Kühllösungen vorgeschlagen, um die Zuverlässigkeit der Flugzeugelektronik zu erhöhen und ihren Gesamtleistungsverbrauch zu senken.  
Thermoelektrische Kühlung für die Luftfahrt 
Ein guter thermoelektrischer Kühler treibt Wärme von einer kalten zu einer heißen Oberfläche und hält damit ein elektronisches Gerät unterhalb seiner Temperaturschwelle. In den vergangenen Jahren wurde die Steuerung des Versorgungsstroms per Pulsbreitenmodulation (PWM) zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit dieser Systeme eingesetzt.

Die Forscher des EU-finanzierten Projekts THERMICOOL (Thermoelectric cooling using innovative multistage active control modules) entwickelten diese Technologie für aeronautische Anwendungen weiter. Ihr Ziel war es, das Wärmemanagement auf die Technologiebereitschaftsstufe 5 (TRL 5) zu bringen.

Zuerst untersuchten sie Material- und Kühlkonzepte sowie kommerzielle Systeme. Die Verwendung von Wismut-Antimon-Tellurid (BiSbTe) war für die Verbesserung der thermoelektrischen Kühlleistung am geeignetsten, während die Temperatur auf der kalten Seite zwischen 90 und 95 Grad Celsius und die heiße Seite bei bis zu 160 Grad Celsius gehalten wurde.

Das THERMICOOL-Team entwickelte dann ein Berechnungsmodell für ein BiSbTe-basiertes Modul, das bei verschiedenen thermischen Strömungsszenarien analysiert wurde. Die elektronischen Geräte mit ähnlichen Abmessungen wie bei gewerblichen Systemen bestanden aus einem Leistungskern und Elektronikbaugruppen zur Überwachung und Steuerung.

Zum Abschluss führten sie eine erweiterte Reihe von Evaluationstests im Labor durch. Der Versuchsaufbau umfasste einen thermischen Schrank, ein Luftheizsystem, Stromversorgungen, Detektoren für Wärmestrom- und Temperaturmessungen sowie ein Bedienfeld zur Überwachung des Betriebsaufbaus.

Außerdem gab es eine aktive PWM-Steuerung. Vor allem erzeugte ein DC/DC-Wandler Stromimpulse mit geeigneten Mustern für das thermoelektrische Kühlmodul. Hierzu wurden verschiedene Stromversorgungsschaltschemata implementiert.

Die Experimente von THERMICOOL zeigten, dass Regelkreise für die Sicherung des mehrstufigen Wärmemanagements unter harten Luftfahrtbedingungen unerlässlich sind. Darüber hinaus muss die thermoelektrische Kühlung auch unter mäßigen Temperaturbedingungen aktiv sein. Andernfalls wird die Kühlung im Falle eines schnellen Temperaturanstiegs eingeschränkt.

Auch wenn die experimentellen Ergebnisse im Allgemeinen mit den Simulationsvorhersagen übereinstimmten, gab es bemerkenswerte Unterschiede. Diese Abweichungen wurden durch den experimentellen Charakter des Projekts erklärt, weshalb einige Systemmerkmale nicht durch Simulationen reproduziert wurden.

Die ersten wichtigen Schritte hin zu einer mehrstufigen thermoelektrischen Kühlung wurden gemacht, aber weitere Forschung und Entwicklung ist notwendig, um den Anforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie gerecht zu werden.

Verwandte Informationen

Schlüsselwörter

Thermoelektrische Kühlung, Pulsbreitenmodulation, THERMICOOL, Technologiebereitschaft, Luft- und Raumfahrtindustrie 
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