コンフラックス3Dプリント・ウォーターチャージ・エア・クーラー

価格競争力のある超高性能の付加製造水冷式チャージ・エア・クーラーを作る

私たちは、金属3Dプリンティングの一種であるレーザー粉末床溶融法（LPBF）の多くの進歩を、マイクロチューブ熱交換器のようなエアクーラー熱交換器の従来の業界標準を改善する機会だと考えました。
具体的には、性能を向上させる他の多くの重要な利点とともに、最大の熱伝導性能を達成したかった：

• 部品サイズの縮小
• 軽量化
• エアサイドの圧力低下を低減
• クーラントの圧力低下を低減
• コスト削減

チャレンジ

主な課題は、性能の観点から機能するデザインを作ることでした。これは、私たちに設定された重量と体積の目標を達成することを意味します。つまり、非常にコンパクトな熱交換器を作る必要があったのです。必要な表面積を競合製品よりも小さな体積に収めながら、圧力損失のベンチマーク・データでベストを尽くすには、創造的な思考が必要でした。

このWCACのもうひとつの重要な課題は、単一の入口接続部からコア全体を流れる多数の細い流路に流体を均等に分配できるマニホールドを開発する方法を決定することだった。同様に、コア自体の閉塞によるエアサイドの圧力低下を最小限に抑えながら、コアに高圧空気を送り込む効果的な方法を見つける必要があった。

最後に、商業的価値をさらに高めるために、デザインを効果的に生産化する必要があると考えました。そのため、CADモデルは迅速に修正できるように構築する必要がありました。

ソリューション

私たちは、マイクロ流体スケールでのさまざまなコア形状の設計とシミュレーションに時間を費やしました。設計とシミュレーションを迅速に繰り返すことで、超高効率コアを集中的に開発することができました。コアの両側における質量流量分布と圧力損失のトレードオフを最適化するため、マニホールドにも同様に集中的な開発手法を適用した。

設計の成果は、高い伝熱性能、低い圧力損失、コアを通る均一な質量流量分布であった。これは、その高いコンパクト性を考えると、特に印象的なことである。

設計を簡単に調整するために、パラメトリック・モデリング・アプローチを利用しました。コアの寸法、断面、部品の長さ、注入口と排出口のタイプと位置を素早く調整することができます。これにより、異なる用途、異なる境界条件、パッケージング要件に合わせて迅速に再設計することができます。

チャレンジ

シミュレーション段階での私たちの最大の関心事は、顧客の性能目標を達成することです。前述したように、コンフラックスWCACの課題は、所定の容積内で非常に小さな圧力損失で伝熱性能を達成することでした。

シミュレーションでは、フィーチャーが細かくなればなるほど、モデルが大きくなればなるほど、ファイルサイズが大きくなる。その結果、高スペックの専用計算クラスタでも、シミュレーションには長い時間がかかる。

さらに、LPBF方式の製造では、CADモデルの滑らかな表面とは対照的に、粗い表面となります。これは、性能、特に熱交換器内の圧力損失を正確に予測する上で問題となります。

ソリューション

私たちの解決策は、実際に機能するジオメトリーを開発することでした。私たちは、望ましい性能に達するまで、設計-シミュレーション-設計のループを繰り返しながら、現実的にシミュレーションと開発を行うことでこれを実現した。

この次のステップは、フルサイズのAM WCACで実験室ベースの熱量試験を実施することだった。私たちの開発プロセスの一環として、実験室での試験結果をシミュレーション結果と比較することがあります。これによって、シミュレーション・モデルの相関をとることができ、予測精度が向上します。顧客が異なる境界条件のセットを持って私たちのところに来たとき、私たちは、拡大し続ける私たちのデータベースに保存されている相関作業に基づいて自信を持つことができます。

無数の熱的課題をクリアしたコンフラックスは、プロジェクト開始時に説明した目標を上回るウォーターチャージエアクーラー熱交換器を設計・製造した。

コンフラックスのウォーターチャージエアクーラー(WCAC)は、適応性のあるデザイン、複雑な構造、高効率/低質量により、パフォーマンス車のためのゴールドスタンダードを提供し、他のアプリケーションのニーズを満たすために簡単に変更することができます。

すべてのテスト結果を深く掘り下げるには、技術プレゼンテーションをご希望の方は、当社チームまでご連絡ください。