Delft Hyperloop vindt oplossing voor koelen in vacuüm

Telerex draagt bij aan innovatieve warmtebatterij

Hoe koel je in een vacuüm, waar warmteoverdracht via convectie en geleiding niet mogelijk is? Dit was de centrale vraag waar het studententeam van Delft Hyperloop het afgelopen studiejaar voor stond. Het team vond de oplossing in een warmtebatterij die werkt op basis van een faseovergangsmateriaal. Met ondersteuning van Telerex werd een ogenschijnlijk 'half idee' in een jaar tijd omgezet in een succesvolle toepassing.

De hyperloop moet na de auto, trein, vliegtuig en boot het vijfde toonaangevende vervoermiddel worden. Bij dit supersnelle transport worden door magnetische voortstuwing aangedreven ‘pods’ (de voertuigen) op hoge snelheid door een vacuümbuis geschoten. Door de lage weerstand zijn snelheden tot boven de 1000 kilometer per uur mogelijk. Een ritje van Amsterdam naar Parijs duurt dan nog maar een half uur. De hyperloop is daarmee sneller dan het vliegtuig, maar wel een stuk energiezuiniger.

Schaalbaarheid cruciaal

Met de belofte van supersonische snelheden kan de hyperloop de toekomst van transport en vervoer veranderen. En die toekomst is misschien dichterbij dan we denken. Zo zijn er plannen voor een hyperlooptracé tussen de regio’s Rotterdam en Amsterdam. Via dit traject zijn producten zoals bloemen en medicijnen razendsnel te vervoeren, bijvoorbeeld naar de luchthaven Schiphol.

“Uiteindelijk wil je zo’n traject kunnen integreren in een Europees of zelfs wereldwijd netwerk”, zegt Kevin Tran, tijdens het afgelopen studiejaar Lead Thermal Management van Delft Hyperloop. “Dan moet je goed nadenken over de efficiëntie en de schaalbaarheid van de infrastructuur. Dat waren voor ons team dan ook belangrijke aandachtspunten.”

Infrastructuur goedkoper maken

Het Delft Hyperloop-team van de Technische Universiteit Delft is een van de zestien teams die op competitieve basis bijdragen aan de voortdurende ontwikkeling van de hyperloop. Ongeveer veertig studenten van de TU Delft onderbreken hun opleiding voor een jaar om aan dit project te werken. Het doel is niet om een hyperloop volledig van begin tot eind te ontwikkelen, maar eerder om de implementatie ervan te versnellen door middel van kleinere innovaties.

Tijdens de European Hyperloop Week in juli 2022 won Delft Hyperloop met de Helios I de eerste prijs voor het beste hyperloopprototype. “Het team van dat jaar had een motor ontwikkeld die ontzettend hoge snelheden mogelijk maakt”, vertelt Joep Raithel, Lead Engineer Propulsion van het Delft Hyperloop-team dat in juli 2023 deelneemt aan de competitie. “Het nadeel van dat ontwerp was dat alle dure componenten in de baan zaten waardoor de infrastructuur zelf ook enorm duur wordt, wat het concept niet schaalbaar maakt.”

Elektrische componenten verplaatst

“Voor ons prototype hebben we ervoor gekozen om onze energie-efficiënte magnetische motor niet in de baan maar in de pod te plaatsen. De infrastructuur is daardoor niet meer dan een dom stuk staal”, vervolgt Raithel. Om de rolweerstand te elimineren, maakt de Helios II bovendien gebruik van elektromagnetische velden in zowel de verticale als laterale richting. De pod zweeft hierdoor volledig door de baan.

Aan dit concept kleeft echter wel een belangrijk nadeel: de elektrische componenten zorgen voor veel hitte in de pod. “En die warmte kun je in een vacuümbuis moeilijk kwijt, want bij vacuüm is er sprake van een zeer hoge thermische weerstand, waardoor het systeem geisoleerd wordt”, stelt Tran. Bij de Helios I werd met behulp van koelwater gekoeld, maar die aanpak werkt niet als de warmte wordt geproduceerd in een bewegende pod.

Nieuw koelsysteem nodig

“We hadden dus intern in de pod een efficiënt koelsysteem nodig om de warmte op te slaan”, legt Tran uit. “De oplossing vonden we in een warmtebatterij, waarbij we gebruikmaken van een faseovergangsmateriaal, in ons geval een soort was. Dit materiaal begint als een vaste stof, maar zodra er warmte wordt toegevoegd, smelt het en verandert het in een vloeistof. Tijdens deze faseovergang kan er aanzienlijk veel energie worden opgeslagen."

“Het materiaal moet thermisch geleidend zijn, maar niet elektrisch, om kortsluitingen te voorkomen”, zegt Lex van Huuksloot, Account Manager Thermal Management, EMC Products & Enclosures bij Telerex. Als partner ondersteunt Telerex Delft Hyperloop onder andere met advies en een snelle levering van componenten. “Daarnaast moet het natuurlijk brandveilig zijn.”

Succesvolle samenwerking

Norbert Engelberts van Optimal Thermal Solutions (OTS) fungeerde tijdens de ontwikkeling als de ‘thermal management-dokter’ die het idee voor het nieuwe koelsysteem valideerde. Telerex leverde de ventilatoren en de heatsink die de warmte in de batterij stopt en de geavanceerde thermische verbinding van het Spaanse CoolMag voor de warmteoverdracht bij de aandrijfspoelen voor een optimale temperatuursbeheersing. Van Huuksloot: “Een belangrijk voordeel van CoolMag is dat het geen schadelijke stoffen bevat. Je kunt het zelfs zonder handschoenen of een mondmasker verwerken.”

Tran en Raithel kijken terug op een succesvolle samenwerking met OTS en Telerex. “We begonnen met een half idee, en zonder de ervaring om dat idee in de praktijk te brengen”, blikt Raithel terug. “Telerex en OTS gaven ons het vertrouwen dat we op de goede weg zaten. Uiteindelijk is het ons gelukt om een complex engineeringproject binnen de beschikbare tijd volledig af te ronden. Dat is best uniek. Bij de grote techbedrijven lopen projecten altijd uit.”