SLaMMiT

Beim von Innovate UK finanzierten Projekt „Selektives Laserschmelzen für Mikroturbinen“ (SLaMMiT) in Zusammenarbeit mit Delta Motorsports war ein Ziel, einen Hochtemperatur-Wärmetauscher zu konzipieren, der in Verbindung mit einem Mikrogasturbinensystem verwendet werden sollte. Die Integration von gewöhnlich mehreren Teilen in eine AM-Komponente führte zur Schaffung eines ringförmigen Radialstromrekuperatordesigns, das in einem Stück aus der Nickellegierung Inconel 625 hergestellt wurde. Numerische Strömungsdynamik (CFD) wurde intensiv genutzt, um komplexe Strömungswege zu schaffen, die die Wärmeübertragung fördern, während der Druckverlust in den akzeptablen Bereichen gehalten wird. Dieser ringförmige Radialstromrekuperator weist ähnliche Leistungen wie der würfelförmige Rekuperator auf, aber er ermöglicht eine ringförmige Struktur, die wenig zusätzliche Leitungen erfordert, wodurch wesentlich kleinere Systemeinheiten gefördert werden und das Gewicht reduziert wird. Die Gesamtgruppengröße der 17 kW-Mikrogasturbine wurde so von 55 Liter auf weniger als 20 Liter reduziert (oder von der Größe einer Flugreisetasche auf jene eines Fußballs).

Die Leitungen wurden für die Einhaltung des zeitlichen Rahmens einer geplanten physischen Validierungsprüfung der Komponentenebene entwickelt. Obwohl die Form für die Minimierung des Druckabfalls optimiert ist, sind diese bei der Rekuperatorversion für die Integration in der Motorbaugruppe nicht vorhanden.

Ein besonders interessantes Merkmal des ringförmigen Rekuperators ist die Verwendung des parametrischen Designs. Die Anzahl an Leitungen, Details der sekundären Wärmeübertragungsflächen und die Höhe des Rekuperators wurden alle von einer Tabelleneingabe bestimmt. Der Vorteil eines derartigen Ansatzes ist die Möglichkeit einer schnellen Neugestaltung, sollte der Kunde eine Anforderung ändern bzw. für die Umsetzung einer Wärmetauscher-Familie mit anderen Leistungsanforderungen.

Dieses Projekt führte zu weiterer Arbeit mit zahlreichen Kunden. Einer dieser Kunden war Mitsubishi Turbocharger and Engine Europe, der an HiETA mit der Bitte herantrat, einen ringförmigen Rekuperator für seinen Range-Extender der Range+-Mikrogasturbine für Elektrofahrzeuge zu entwickeln. Vom Erhalt der Anforderungen zur Bereitstellung der Hardware dauerte es weniger als vier Monate und dies war eine Grundvoraussetzung für Mitsubishi, um das Range+-Produkt auf der IAA-Automobil-Ausstellung in Frankfurt 2017 auf den Markt zu bringen.