산업 항공우주

전기 수직 이착륙(eVTOL) 항공기의 발전을 지원하기 위해 Conflux는 항공우주 분야의 선도업체와 협력하여 배터리 팩용 맞춤형 냉각판을 설계했습니다. 이 프로젝트는 적층 가공을 활용하여 지속 가능하고 경쟁력 있는 첨단 항공 모빌리티 시장의 핵심인 까다로운 열 성능 요구 사항을 충족하면서 무게를 줄이는 데 중점을 두었습니다. 다음 사례 연구에서는 컨플럭스의 적층 제조 냉각판에 대한 설계 접근 방식을 살펴봅니다.

무게와 열 성능의 균형

이 항공우주 회사는 기존 설계에 비해 무게를 크게 줄이면서 배터리 팩의 열을 효과적으로 관리할 수 있는 냉각판이 필요했습니다. 이 균형을 달성하는 것은 eVTOL의 성능 목표를 달성하는 데 필수적이었습니다. 항공기부품이 가벼워지면 에너지 효율이 향상되고, 비행 거리가 연장되며, 운영 비용이 절감되고, 페이로드 유연성이 향상될 수 있습니다. 

Simulation image of VTOL aircraft

초기 냉각판 설계 전략

Conflux는 필요한 무게와 열 성능의 균형을 맞추기 위해 몇 가지 설계 개념을 탐색했습니다. 직렬 AM을 위한 설계(DfSAM) 원칙에 따라 모듈식 냉각판 설계를 개발하여 단일 입구와 배출구로 여러 배터리 팩을 냉각할 수 있는 간편한 확장성 옵션을 제공했습니다. 이 설계는 기존 제조 방식으로는 불가능했던 유연성을 달성했습니다. 주요 전략에는 벽 두께 최적화, 내부 핀 구조 개선, 필요한 압력 강하 및 열 성능 목표에 부합하도록 하는 것이 포함되었습니다.

적층 가공으로 얻을 수 있는 핀 두께를 보여주는 냉각판 설계의 단면도.

냉각판 평탄도 및 뒤틀림 문제 해결

배터리 팩과의 완벽한 통합과 최적의 열 접촉을 보장하기 위해서는 정밀한 평탄도 공차를 유지하는 것이 매우 중요한 요건이었습니다. 컨플럭스는 적층 제조 공정을 개선하고 후처리 기술을 최적화함으로써 필요한 공차 수준을 뛰어넘어 냉각판이 엄격한 성능 및 통합 표준을 충족하도록 보장할 수 있었습니다.

평탄도에 대한 엄격한 허용 오차를 보이는 콜드 플레이트의 프로토타입 인쇄.

냉각판 중량 감소 성과

반복적인 설계 개선을 통해 Conflux는 벽 두께를 최대 50%까지 줄임으로써 구조적 무결성을 유지하면서 무게를 크게 줄였습니다. 그 결과 최종 냉각판 설계는 초기 예상치보다 42% 더 가벼워져 목표 중량 감소 목표를 초과 달성했습니다.

더 얇은 벽 두께를 통해 무게를 줄였습니다.

냉각판 열 및 유량 성능

냉각판 설계는 최적화된 유체 채널과 유체 매니폴딩을 통합하여 유량 분포를 개선했습니다. 매니폴드 설계는 모듈식 냉각판 설계를 통해 유체를 효율적으로 사용하기 위해 공간과 무게가 제한된 이 애플리케이션에서 매우 중요했습니다. 이러한 최적화를 통해 표면의 온도 편차가 약 80% 감소하여 열 요구 사항을 충족하는 보다 균일한 냉각을 보장합니다.

최적화되지 않은 설계(왼쪽)에서는 냉각판 표면의 온도 변화가 크고 이 영역의 유량 분포가 좋지 않아 왼쪽 하단 모서리에 핫스팟이 나타났습니다. 최적화된 설계(오른쪽)에서는 이러한 문제가 해결되어 표면의 온도가 균일하고 핫스팟이 없었습니다.

주요 학습 내용 및 적용

이 냉각판 프로젝트는 항공우주 응용 분야에서 상당한 발전을 보여 주었으며, 경량 고성능 냉각판 생산에 있어 AM이 제공하는 발전을 강조했습니다.

50% 벽 두께 감소 42% 초기 예상보다 가벼움 80% 표면의 온도 변화 감소

자주 묻는 질문 차세대 항공에서 냉각판이 중요한 이유는 무엇인가요?

열 관리

열 관리

배터리, 인버터, 전자제품의 열을 방출하여 과열을 방지합니다.

무게 감소

무게 감소

연비 효율에 중요한 무게를 최소화하기 위해 첨단 설계를 사용합니다.

성능 향상

성능 향상

균일한 온도를 유지하여 안정적인 시스템 성능을 지원합니다.

공간 효율성

공간 효율성

공간이 제한된 현대의 항공 환경에 적합한 컴팩트한 솔루션을 제공합니다.

산업 전반에 걸친 냉각판 애플리케이션

 

 

이 프로젝트는 또한 경량, 고성능 열 부품을 생산하는 적층 제조(AM)의 잠재력을 강조하여 광범위한 항공우주 및 산업 응용 분야에서 그 가치를 강화했습니다.

 

 

무게와 열 효율에 최적화된 냉각판은 다음과 같은 다양한 산업 분야에서 다양하게 활용되고 있습니다:

전자 냉각판

CPU와 GPU의 효율적인 냉각에 필수적이며, 고성능 컴퓨팅 시스템에서 안정적인 성능을 보장합니다.

자동차 냉각판

전기 자동차 배터리와 전력 전자 장치의 열을 관리하고 시스템 효율성과 수명을 향상시키는 데 필수적입니다.

재생 에너지 냉각판

태양광 및 풍력 발전 시스템의 인버터를 냉각하는 핵심 요소로, 일관된 에너지 변환과 시스템 안정성을 지원합니다.

의료 기기 냉각판

이미징 시스템 및 기타 고출력 의료 장비에 효과적인 열 관리 기능을 제공합니다.

데이터 센터 냉각판

랙 수준의 냉각 솔루션에 필수적인 요소로, 공간이 제한된 환경에서 열 제어를 개선합니다.

이 사례는 Conflux의 첨단 냉각판 설계가 항공우주 산업에 맞춤형 솔루션을 제공하여 첨단 항공 모빌리티 애플리케이션의 중요한 무게 및 열 성능 목표를 어떻게 충족했는지 보여줍니다.

그 결과 가볍고 효율적이며 컴팩트한 열 관리 솔루션은 에너지 효율성, 작동 범위 및 비용 절감을 지원할 뿐만 아니라 최적화된 냉각판 기술의 광범위한 잠재력을 강조합니다. 자동차, 전자, 재생 에너지, 의료 기기, 데이터 센터 등 다양한 산업에 적용 가능한 이 프로젝트는 무게에 민감하고 공간이 제약된 환경에서 고성능 냉각 솔루션의 새로운 기준을 제시합니다.