自動車用途におけるコンフラックスのカートリッジ式熱交換器の利点は何ですか？

今日のF1エンジンは15,000 rpmで作動し、モナコのようなサーキットでは、ドライバーはグランプリ中に最大3,900回のギアシフトを行う[1]。この要求を満たすために必要なすべてのギアセットの噛み合わせは、膨大な摩擦を発生させ、その結果、部品の損傷や故障につながる熱を発生させます。潤滑システムは、相互作用するコンポーネントの表面間に油膜を形成することで、この摩擦を低減するのに役立っている。

ほとんどの場合 モータースポーツおよび自動車用途 この場合、オイルは外部の冷却システムを通ってオイル-空気熱交換器へと循環する。ここでオイルは冷却され、再びトランスミッションに送り込まれる。しかし、より効率的な方法は、カートリッジ式熱交換器を使用して、熱が発生する場所の近くで熱を取り出すことである。これにより、オイルを輸送する必要がなくなり、配管の量、漏れ、関連する圧力損失が減少します。

カートリッジ式熱交換器はマイクロチューブ式熱交換器と同じですか？

カートリッジ式熱交換器 は、トランスミッションのハウジング内などのシステムに組み込むことができるコンパクトなユニットである。1990年代初頭にチューブコアとフィンコアが開発され、最近ではマイクロチューブが開発された。しかし、この種のコアは製造に手間がかかるため、非常に高価なものとなっている。

アディティブ・マニュファクチャリングは、より費用対効果の高い代替案を提供します。すでに3Dプリンターによるカートリッジ式熱交換器に焦点を当てたプロジェクトがありますが、アディティブ・マニュファクチャリングの可能性を十分に引き出せていません。コンフラックス・テクノロジーは最近、アディティブ・マニュファクチャリングの専門知識を活用し、マイクロチューブよりも高い伝熱性能を達成しながら、カスタマイズ可能で、保守が可能で、低コストの新しいカートリッジ式熱交換器の開発を任された。

コンフラックス・テクノロジーのマイケル・フラーCEOは、「従来のカートリッジ式熱交換器は、その製造コストによって多くの点で限界があります。しかし、適切に行えば、積層造形は、流体の特性に適した特注の形状を設計し、熱交換を最大化する能力も提供する、生産性の高い代替手段になり得ます。業界パートナーと共同開発した最近のオイルクーラーは、高いコストをかけずに同等のマイクロチューブ熱交換器と同等以上の性能を達成しました」。

Confluxカートリッジ熱交換器は、特許取得済みのCoreTM技術を活用した3Dプリントコアが特徴で、マイクロチューブよりも低い圧力損失と高い熱伝達を実現します。このコンパクトなユニットは、従来から製造されている外付け部品やケーシングに挿入することができ、発熱点に近い場所で熱交換を行うことができる。コア自体は交換可能で、従来のカートリッジとの交換やアップグレードを容易にし、メンテナンスコストとダウンタイムを削減する。

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積層造形の利点

通常、熱交換器は標準カタログから最適なコアを特定するためにルックアップテーブルを使用して設計されます。その結果、特定の用途に最適化されていないため、熱交換器のサイズや性能のいずれかを妥協しなければならなくなることがよくあります。一方、積層造形では柔軟性が大幅に向上するため、エンジニアは顧客の要件に合わせて熱交換器の内部形状、表面積、サイズを調整できます。

コンフラックスが3Dプリントしたカートリッジ

流体が熱交換器内を移動すると温度が変化し、定義上、熱伝導率と密度が変化します」とフラーは強調する。アディティブ・マニュファクチャリングは、熱物性が変化する流体に合わせて形状を調整し、表面積比を最適化する能力を与えてくれます。つまり、熱伝達率を高め、効率を向上させ、全体的な性能を高めることができるのです」。

3Dプリンターで簡単に最適化できるのは、フィンの数やサイズだけでなく、フィンの表面も同様だ。熱流束を最大化するための効果的な手法は、流体内の混合を促進することである。これを実現するために、流体の経路に形状を配置して乱流を誘発することが多い。しかし、これは、結果として生じる流れの抵抗が圧力損失の増加につながるため、最も効率的なアプローチとは言えない。また、フィンの表面に粗さを加えることで、微小な渦を発生させるだけでなく、表面に形成される熱境界層を破壊することもできる。

熱伝達を増加させるもう一つの戦術は、活性面の面積を最大化することである。コンフラックス・テクノロジーの最高製品責任者、ダン・ウッドフォード氏は言う。これは、カートリッジのコアを囲む外側のケースでさえも、熱交換器内のすべての表面が熱伝達を実現していることを意味します。デッドスペースの最小化は、必要な容積内で熱伝達を最大化するためにあらゆる機会を利用する方法のひとつです」。

熱交換器を開発する際には、基本的に3つの要素を考慮する必要があります。2つの流体間の望ましい熱伝達、圧力損失、パッケージングや容積の制約です。これらはすべて連動しているので、妥協しなければなりません。ある用途では熱伝達が最優先されますが、別の用途では圧力損失を最小限に抑えたり、コンパクトな熱交換器が要求されます。積層造形は無限ではありませんが、自由度が増し、より微妙なトレードオフ分析と最適化が可能になります」。

最適化された3Dプリンティング戦略により生産効率が向上

自動車用カートリッジ式熱交換器の用途

コンフラックスのカートリッジは、コンパクトな容積で熱源の近くで熱交換が必要とされるあらゆるアプリケーションに性能上のメリットをもたらします。これには、モータースポーツや自動車用トランスミッション、電気自動車パワートレイン、ダイノギアボックス、航空宇宙用油圧機器、水素システム、冷凍機などが含まれます。

3Dプリンティングのカスタマイズ可能性は、マイクロチューブ熱交換器よりも高い性能と低コストを達成しながら、従来の冷却システムやカートリッジの代わりに、制限された領域に適合する熱交換器を設計できることを意味します」とWoodford氏は結論づける。

コンフラックスの熱交換器は、自動車冷却のさまざまな用途に使用できます。