3Dプリントされた熱交換器

熱の移動はどこにでもある課題で熱力学の第一法則の中核をなします。熱交換器とは、簡単に言えば、2つ（またはそれ以上）の流体（通常は液体-液体、液体-気体、気体-気体、または複数の流体）の間で熱を効果的に移動させる装置で、エアコンや自動車のエンジンのような製品で見かけることができます。このような装置の実用的な利点のひとつは、エネルギーの回収ですが、その他にも多くの利点があり、幅広い用途を持つ複雑な技術です。熱交換器の設計や製造方法は、利用可能な一般的な技術とともに進化してきたため、その技術によって制限されてきました。Confluxの創業者でありCEOであるMichael Fullerは、自動車 レース業界で10年以上エンジニアとして働いていました。

熱交換器は過酷な環境下で性能を発揮しなければなりません。そのため、より小型で効率的な部品が求められますが、従来の製造方法では限界に達しています。Michael Fullerは、3Dプリンティングの迅速かつ革新的な利点に着目し、最終的にアディティブ・マニュファクチャリングが次世代の熱交換器を実現する技術であることを突き止めました。これまで達成できなかった表面積密度を持つ非常に複雑な形状を実現することで、説得力のある熱交換性能を得ることができます。そしてこれは、効率的な体積にパッケージされます。このような部品は、レーシングカーや航空機の軽量化など、将来の開発に劇的な影響を与える可能性があります。機能が統合され、多品種同時生産が実現すれば、こうした基本的な機会はさらに広がります。Michael Fullerは、産業用3Dプリンターを使って、このアイデアをコンセプトからデザイン、プロトタイプ、製品へと発展させることにしました。

Conflux Core^TM熱交換器をフォーミュラ 1 のベンチマークと比較しました。英国のUKAS認定試験所であるYoung Calibrationsは、認定校正サービス、熱流体およびコンポーネントの試験サービスを提供していますが、Confluxの製品をテストしました。その結果（図1参照）、Confluxは3Dプリント熱交換器によって抜本的な改善を達成したことが明らかになりました。AMにより、Confluxは、所定の体積における表面積を根本的に増加させる内部形状を設計することができました。これにより、熱除去率は3倍に向上しました。そして同時に、圧力損失は3分の2に減少しました。さらに、AMは熱交換器のコンパクトな新設計を可能にし、F1ベンチマークと比較して長さを55mm短縮しました。これにより、重量も22％削減されました。AMが提供する設計の柔軟性により、車両内部への最適な配置が可能になり、またコンポーネントの統合も可能になるため、全体の部品数を減らすことができます。