次世代航空熱応用のための軽量コールドプレート開発
コンフラックスの積層造形コールドプレートへの設計アプローチ 航空宇宙
電動垂直離着陸（eVTOL）航空機の発展をサポートするため、コンフラックスは航空宇宙業界のリーダーと協力し、バッテリーパック用のカスタムコールドプレートを設計しました。アディティブ・マニュファクチャリングを活用したこのプロジェクトは、持続可能で競争力のある先進的な航空モビリティ市場を実現するための鍵となる、困難な熱性能要件を満たしながら重量を減らすことに焦点を当てました。以下のケーススタディでは、積層造形コールドプレートに対するコンフラックスの設計アプローチについて説明します。
重量と熱性能のバランス
この航空宇宙会社は、従来の設計よりも大幅に軽量化しながら、バッテリーパックからの熱を効果的に管理できるコールドプレートを必要としていた。このバランスを達成することは、eVTOLの性能目標を達成するために不可欠でした。 航空機より軽量なコンポーネントは、エネルギー効率を高め、航続距離を延ばし、運用コストを下げ、ペイロードの柔軟性を高めることができる。
コールドプレートの初期設計戦略
コンフラックスは、必要な重量と熱性能のバランスを達成するために、いくつかの設計コンセプトを検討しました。Design for Serial AM（DfSAM）の原則に基づき、チームはモジュール式のコールドプレート設計を開発しました。この設計により、従来の製造方法では不可能だった柔軟性が実現した。主な戦略には、肉厚の最適化、内部フィン構造の改良、必要な圧力損失と熱性能の目標値との整合性の確保などがありました。
積層造形で実現可能なフィンの厚さを示すコールドプレートの設計断面。
コールドプレートの平坦性と反りへの対応
シームレスな統合とバッテリーパックとの最適な熱接触を確保するためには、正確な平面度公差を維持することが重要な要件でした。コンフラックスは、積層造形プロセスを改良し、後処理技術を最適化することで、必要な公差レベルを上回ることができ、コールドプレートが厳しい性能と統合基準を満たすことを保証しました。
平坦度の厳しい公差を示すコールドプレートの試作プリント。
コールドプレート軽量化の成果
コンフラックスは設計の改良を繰り返し、肉厚を50%まで減らすことで大幅な軽量化を達成し、構造的な完全性を犠牲にすることなく大幅な軽量化を実現しました。この結果、最終的なコールドプレートの設計は、当初の見積もりよりも42%軽量化され、目標重量削減目標を上回ることができました。
薄肉化による軽量化。
コールドプレートの熱流動性能
コールドプレートの設計には、最適化された流体流路と流体マニホールドが組み込まれ、流量分布が改善された。マニホールドの設計は、スペースと重量に制約のあるこの用途では、モジュール式コールドプレートの設計を通じて流れを効率的に利用するために非常に重要でした。この最適化により、表面全体の温度変化が約80%減少し、熱要件を満たすための均一な冷却が実現しました。
最適化されていない設計（左）では、コールドプレート表面の温度変化が大きく、この領域での流れの分布が悪いため、左下隅にホットスポットが見られた。これらの問題は最適化設計（右）で修正され、表面上の温度は均一となり、ホットスポットもなくなった。
主な学びと応用
このコールドプレート・プロジェクトは、航空宇宙用途における重要な進歩を紹介し、軽量で高性能なコールドプレートの製造においてAMがもたらす進歩を強調した。
様々な産業におけるコールドプレートの用途
このプロジェクトはまた、軽量で高性能な熱部品を製造するための積層造形（AM）の可能性を強調し、より広範な航空宇宙および産業用途におけるその価値を強化した。
重量と熱効率に最適化されたコールドプレートは、さまざまな産業で多様な用途に使用されている：
CPUとGPUの効率的な冷却に不可欠で、ハイパワー・コンピューティング・システムにおける信頼性の高いパフォーマンスを保証する。
自動車用コールドプレート電気自動車のバッテリーやパワーエレクトロニクスの熱管理に不可欠で、システムの効率と寿命を向上させる。
再生可能エネルギー・コールドプレート太陽光発電や風力発電システムのインバーター冷却の鍵となり、安定したエネルギー変換とシステムの安定性をサポートする。
医療機器用コールドプレート画像処理システムやその他の高出力医療機器に効果的な熱管理を提供する。
データセンター コールドプレートラックレベルの冷却ソリューションに不可欠で、スペースに制約のある環境での熱制御を改善します。
このケースは、コンフラックスの先進的なコールドプレート設計が、航空宇宙産業向けにカスタマイズされたソリューションを提供し、高度な航空モビリティ用途の重要な重量と熱性能の目標を達成したことを示しています。
その結果、軽量で効率的かつコンパクトな熱管理ソリューションは、エネルギー効率、動作範囲、コスト削減をサポートするだけでなく、最適化されたコールドプレート技術の幅広い可能性を浮き彫りにした。自動車、エレクトロニクス、再生可能エネルギー、医療機器、データセンターなどの産業にわたる応用により、このプロジェクトは、重量に敏感でスペースに制約のある環境における高性能冷却ソリューションの新たなベンチマークとなる。
