利用空气冷却空气的冷却器

清洁技术公司 justairtech 开发了3D 打印冷却系统，效率显著提高

2024 年 2 月 26 日 | 阅读时间：15 分钟

做不到吗？当然可以！效率提高五倍，耗电量降低 80

现在，每个人都在谈论使用热泵为建筑物供暖。热交换器不仅是热泵的组成部分，也是冷水机组的重要组成部分。那么它是如何工作的呢？它的工作原理是在两种介质之间传递热能，尽管这个过程效率很低，但justairtech 首席技术官 Holger Sedlak 决心对其进行改进：他说："当我看到一些迄今为止无法实现的东西在物理上成为可能时，我的灵感油然而生。于是，我开始寻找解决方案。在这种情况下，我们只关注空气"。对于 EOS 和 justairtech 来说，这是一段引人入胜的旅程。最终，高效热交换器实现了革命性的冷却器设计，所需的电能仅为以前的三分之一。

justairtech 理念有何新意？
"一条快速通道胜过多个换乘站

房间里的空气通过吸入热交换器进行冷却，从而达到调节的目的。然后是一个水回路和另一个使用氟化碳氢化合物等介质的回路。这些回路必须由泵驱动，系统还需要通风装置和其他组件，所有这些都需要耗电。塞德拉克用一个描述性的例子来解释他的另一种用空气冷却空气的想法："在过去，如果你想从慕尼黑乘火车去柏林，你必须在几个车站换乘。这不仅费时，而且相当烦人。但是，如果您可以通过快速通道避免所有这些换乘，那么旅途就会大大缩短，而且会更加愉快"。这就是他的产品的基本原理：Sedlak 去掉了所有不必要的中间环节，制造出了^fractal1空气-空气热交换器，与传统型号相比，这种新型冷水机组和热泵设计的耗电量仅为传统型号的五分之一。到目前为止，效果还不错。之所以直到现在才有这种解决方案，原因之一是根本无法生产。

¹分形是一个术语，表示某些自然或人工形状或几何图案（英文措辞与德文原文一致）。资料来源：维基百科，2023 年 7 月 24 日：维基百科，2023 年 7 月 24 日

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接受挑战：
最大表面积、最小壁厚等

2022 年 5 月，Holger Sedlak 将他的想法和热交换器的关键结构带到了 EOS。来自 EOS Additive Minds 团队的 Philipp Komurka 与他的同事们讨论了这个想法，尽管他们最初认为成功实施的可能性很小。阻碍其实现的主要症结在于壁厚极小，仅约 150 毫米微米，而且表面积非常大，总共约有 33 万个直径仅为 0.5 毫米的通道。尽管 EOSDMLS-3D 打印是为非常复杂的结构而设计的，但激光加工过程必须进行能量传递。这意味着材料必须熔化才能形成一层，但为了符合组件极其严格的设计规范，同时又不堵塞通道，材料必须受到高度限制。另一个要求是使用 316L 材料，即不锈钢。虽然其他材料更容易加工，但其导电率太高，会影响热交换器的运行。

"在我的一生中，我成功地实现了许多不可能的事情，但我总是与合作伙伴一起工作。我们需要的是系统性思维和与他人的共同旅程，以便发现设计和生产技术中可能需要调整的地方。我很清楚，我的产品只能由金属3D 打印，而EOS不仅承担了部分风险，而且还非常致力于共同实现这一目标"。

Holger Sedlak，justairtech 首席技术官

实现目标的途径
工艺和设计、去料和冷藏库建设

项目组的两名成员与 Philipp Komurka 一起，努力将不可能变为可能。他们首先修改了参数和工艺，并根据 justairtech 热交换器的要求对每个参数和工艺进行了调整。团队成功地配置了激光功率、速度和温度范围等变量，使这种结构得以建造。到 2022 年夏天，第一次测试证明是成功的，但需要 110 个小时的漫长建造时间。从整体上看，该组件的单位成本过高，不具备经济可行性。

因此，接下来的任务是按照 Holger Sedlak 最初的设想，将制造时间缩短到 20 小时左右。这意味着要将构建时间缩短 80%。实现这一目标的一个步骤是减少构建数据量，因为最初无数的矢量导致设计文件非常庞大，进而导致后续处理时间过长。在 EOS 和 justairtech 的密切合作下，设计得到了优化，数据量大大减少。第二步是除粉，因为在第一次制造过程中，成品结构中含有约 30 公斤的松散粉末，这些粉末被卷入了细小的通道中。科穆尔卡解释说："一开始，除了使用除粉系统，我们还不得不用小锤子手工敲打通道，因为我们等待的时间不够长。最后，我们意识到，部件只是需要更长的除芯时间。到 2022 年秋天，经过多次优化，制造时间达到了 60 小时，这相当于缩短了近 50% 的时间。为了加快进程，该部件在EOS M 400-4 上进行了冷加工--通常情况下，加工空间是加热的，因为这样材料更容易加工。最终，使用冷成型技术大大缩短了冷却时间。

任务完成得差不多了--那么下一步是什么？

"Komurka 满意地说："目前，我们的制造时间为 10 到 12 个小时，除去粉末大约需要 4 个小时--这样一来，我们完成新型热交换器中心组件的制造时间大约为 16 个小时，更不用说大幅降低的单价了。第一台完整的冷却器将于 2024 年春作为原型投入工业应用；不过，由于该组件可扩展，因此也可以做得比原型更大或更小。

到目前为止，制造过程都是在 EOS 进行的。不过，我们的想法是，justairtech 应发挥智囊团的作用，因为它不打算在未来建立自己的生产设施，我们的EOS 终端到终端生产合作伙伴 MT Aerospace将加入该项目，批量生产该组件。正如 Sedlak 所说"我们的系统效率是传统系统的五倍，可节约能源、_二氧化碳和运营成本；此外，由于结构紧凑，它可以安装在任何地方。塞德拉克阐述了他的愿景："虽然我们首先考虑的是工业应用，但我们计划将其推广到终端消费者，因为该产品适用于任何类型建筑的供暖和制冷。我们将继续陪伴客户完成这个项目。敬请期待。

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