空気を使って空気を冷却するチラー

2024年2月26日｜読了時間：15分

できない？ああ、できる！効率は5倍、消費電力は80％削減

今、ビルの暖房にヒートポンプを使うことが話題になっている。熱交換器はヒートポンプに不可欠な部品であるだけでなく、冷凍機にも不可欠な部品である。では、どのように機能するのでしょうか？熱交換器は、2つの媒体間で熱エネルギーを移動させることで作動するが、そのプロセスはかなり非効率的である：「これまで実現不可能だったことが、物理的に可能になる。そして解決策を探し始める。この場合、私たちは空気だけにこだわっています」。EOSとジャストエア・テックの両社にとって魅力的な旅の末に、解決策が実際に可能であることが証明された。その結果、高効率の熱交換器が完成し、従来の3分の1の電気エネルギーで済む画期的な冷凍機設計が可能になった。

ジャステック・コンセプトの何が新しいのか？
"複数のインターチェンジ・ステーションよりも、単一のファーストトラックの方が優れている"

室内の空気は、熱交換器に取り込まれて冷却される。そして、水の回路と、フッ素化炭化水素などの媒体を使った別の回路がある。これらの回路はポンプで駆動する必要があり、システムには換気装置や追加の部品も必要で、これらすべてが電力を消費する。セドラックは、空気で空気を冷却するという彼の代替案を説明するために、わかりやすい例を使う：「昔、ミュンヘンからベルリンまで列車で行こうとすると、いくつもの駅で乗り換えなければならなかった。昔はミュンヘンからベルリンまで列車で行こうとすると、いくつもの駅で乗り換えなければならなかった。しかし、高速鉄道を利用することで、このような乗り換えをすべて避けることができれば、旅はかなり速くなり、かなり快適になります"。これが彼の製品の基本原理だ：セドラックは不要な中間要素をすべて取り除き、その結果、^{フラクタル}1空気-空気熱交換器を生み出し、従来のモデルと比較して、わずか5分の1の電力しか消費しない新しい冷凍機とヒートポンプの設計を可能にした。ここまでは良かった。これまでこのソリューションが存在しなかった理由のひとつは、単に生産できなかったからである。

¹フラクタルとは、自然または人工的な図形や幾何学的パターンを表す用語。出典ウィキペディア、2023年7月24日

ゴールへの道
プロセスとデザイン、デパウダリングとコールドビルディング

プロジェクトチームの2人のメンバーがフィリップ・コムルカと一緒になって、不可能を可能にする作業に取り組んだ。彼らはまず、パラメーターと工程を変更し、ジャステック熱交換器の要件に合うようにそれぞれを適合させることから始めた。チームは、レーザーの出力、速度、温度範囲などの変数を、実際にこのような構造を構築できるように設定することに成功した。2022年の夏までに最初のテストは成功したが、110時間という非常に長い建設時間を要した。コンポーネント全体に投影すると、経済的に実現可能な運用には単価が高すぎただろう。

そこで次の課題は、ホルガー・セドラックが当初想定していたように、製造時間を20時間程度に短縮することだった。これは、ビルド時間を80％も短縮することを意味する。これを達成するための一歩は、ビルド・データの量を減らすことだった。もともと無数にあったベクターは設計ファイルが非常に大きくなり、その結果、その後の処理時間が過度に長くなってしまったからだ。EOSとjustairtechの緊密なコラボレーションにより設計が最適化され、データ量が大幅に削減されました。第二のステップは、デパウダリングである。最初の組み立てでは、完成した構造体に約30キログラムのルースパウダーが含まれており、それが小さな流路に巻き込まれたからである。コムルカはこう説明する：「デパウダリングシステムを使うだけでなく、まず、小さなハンマーで溝を手で叩かなければなりませんでした。最終的に、この部品は単にデパウダリング時間を長くする必要があることがわかりました」。2022年秋までに、多くの最適化段階を経て、製造時間は60時間に達し、現在ではほぼ50％の短縮に相当する。プロセスをさらに高速化するため、コンポーネントはEOS M 400コールドビルドされた。通常、ビルドスペースは加熱されるが、これは材料を扱いやすくするためである。最終的に、コールドビルドを使用することで、冷却時間を大幅に短縮することができた。

使命は十二分に果たした。

「現在のところ、製作時間は10～12時間で、デパウダリングに約4時間かかります。これにより、新しい熱交換器の中心部品を完成させるのにかかる製作時間は約16時間となり、単価が大幅に安くなったことは言うまでもありません」とコムルカは満足げに語る。最初の完全な冷凍機は、2024年春にプロトタイプとして産業用アプリケーションで使用される予定である。

これまでのところ、製造工程はEOSで行われています。しかし、ジャストエア・テックはシンクタンクとしての機能を果たすべきであり、将来的に自社で生産施設を設立する予定はありません。EOSのEnd-to-End生産パートナーである MTエアロスペースがこのプロジェクトに参加し、コンポーネントを量産します。セドラックは言う：「私たちのシステムは、従来のシステムよりも5倍効率的で、エネルギー、_CO2、運転コストを節約します。私たちは産業用から始めていますが、この製品はあらゆる建物の冷暖房に適しているため、最終消費者向けにも展開していく予定です」とセドラックはビジョンを語る。私たちは、今後もこのプロジェクトで顧客に寄り添っていくつもりです。期待していてください

#3dprintingstories