user 03/07/2025 Aluminium-J , Technical Data-J Applications , CAD , CFD , Computational fluid dynamics (CFD) , conformal cooling , Die casting , Efficiency , Heat Sink , 金型 , 금형 本要約は、[‘Scientia Iranica’ に掲載された論文 ‘Design of Conformal Cooling Channels Using Numerical Methods in a Metal Mold and Calculating Exergy Destruction in Channels’ に基づいて作成されました。] 1. 概要： 2. 概要または序論 金属金型において、より速い冷却はサイクルタイムの短縮、製品品質の向上、製品ロス低減を可能にします。しかし、従来の製造方法では、金型冷却チャネルは線形方向と限定された形状でのみ製作可能であり、金型冷却性能を制限していました。近年開発された積層造形技術は、複雑な形状とモノブロック3D製品の製造を可能にします。この技術により、様々な形状のコンフォーマル冷却チャネルを備えた金属金型を製作し、優れた冷却性能を確保できます。本研究では、モノブロック永久金型において最適な冷却性能を達成するために、コンフォーマル冷却チャネルを設計しました。本研究では、設計されたコンフォーマル冷却チャネルと従来の冷却チャネル金型について、定常状態条件下でCFD（数値流体力学）解析を実施しました。チャネル内の流速変化に応じた圧力損失、冷却チャネル出口温度、エクセルギー損失を計算しました。数値解析の結果、コンフォーマル冷却チャネルは従来の冷却チャネルよりも約5％高い冷却性能を達成できることが示されました。しかし、コンフォーマル冷却チャネルの圧力損失は従来の冷却チャネルよりも高く観察されました。また、コンフォーマル冷却チャネルのエクセルギー損失は従来の冷却チャネルよりも約12％大きくなりました。 3. 研究背景： 研究テーマの背景： 金属金型における冷却プロセスは、液体金属の凝固における重要な要素の一つであり、鋳造製品の品質に影響を与えます。冷却が均一でない場合、ホットスポット欠陥や歪みなどの成形不良が発生します。逆に、適切かつ迅速な冷却は製品品質にプラスの影響を与えます。従来の製造方法では、金型冷却チャネルは線形方向と円形断面でのみ製作可能です。これは金型冷却性能を制限します [1]。積層造形法で製作されたコンフォーマル冷却チャネルを備えた熱間押出ダイスの冷却性能に関する研究があります [2]。コンフォーマル冷却チャネル金型を使用した場合、標準冷却チャネル金型と比較して生産速度が最大300％向上することが観察されました。成形におけるサイクルタイムは、製品コストと品質に影響を与えます。サイクルタイムが短いほど、温度分布がより均一になり、部品の変形が少ないことが観察されました。したがって、コンフォーマル冷却チャネルを備えた射出成形金型では、より良い製品品質が得られました [3-9]。積層造形法で製作された金属金型の製造コストが高いという事実は、所望の性能を備えたコンフォーマル冷却チャネル設計を製造する必要性を生じさせます。有限要素法を用いて、金型冷却チャネルの冷却性能と液体金属の凝固プロセスをシミュレーションできます。数値研究の結果、コンフォーマル冷却チャネルを通じて凝固時間を短縮することで冷却性能を向上させることができることが示唆されました [10-12]。プラスチック射出成形金型用のコンフォーマル冷却チャネルが設計されました [1]。当該研究は、数値的および実験的に実施されました。 既存研究の現状： 数値および実験的研究の結果、コンフォーマル冷却チャネルを使用した場合、サイクルタイムが12.8％短縮されることが明らかになりました。また、Park and Dang [9] は、プラスチック射出成形金型用のコンフォーマル冷却チャネルを開発しました。研究結果は、コンフォーマル冷却チャネルを使用した場合、サイクルタイムが30％短縮されることを示しました。 摩擦損失、温度差による熱伝達、急激な膨張と圧縮は、システムにおけるエクセルギー損失を引き起こします [13-15]。溶融金属の熱は冷却チャネルを介して伝達されます。溶融金属と冷却チャネル間の熱伝達は、熱交換器の作動原理と類似しています。熱交換器におけるエクセルギー損失に関する多くの研究が文献に存在します。しかし、金属金型冷却チャネルにおけるエクセルギー損失に関する研究は、文献において非常に少ないです。熱交換器または熱力学的サイクルの最適作動条件を決定し、エクセルギー損失を低減するために、流体速度、圧力損失、温度分布などのパラメータが研究者によって調査されました。彼らは、エクセルギー損失はこれらのパラメータを改善することによって減少することを強調しました [16-19]。 近年開発された積層造形技術により、複雑な形状とコンパクトな構造で製品を製造できます。本研究では、従来の製造方法では製造できない様々な形状の金属金型内の冷却チャネルを設計しました。2種類の異なるコンフォーマル冷却チャネル金型を設計し、定常状態条件下で標準冷却チャネル金型と数値的に比較しました。各チャネルについて、様々な流量における熱伝達率、エクセルギー損失、圧力損失を計算しました。 研究の必要性： 積層造形法で製造された金属金型の高い製造コストのため、所望の性能を備えたコンフォーマル冷却チャネル設計を製造する必要性があります。コンフォーマル冷却チャネルは冷却性能を向上させることができますが、圧力損失およびエクセルギー損失の観点から従来の冷却チャネルとの比較分析が必要です。最適な冷却チャネル設計のためには、熱伝達性能だけでなく、エネルギー効率を考慮したエクセルギー分析が不可欠です。 4. 研究目的と研究課題： 研究目的： 本研究の主な目的は、金属金型において最適な冷却性能を達成するためにコンフォーマル冷却チャネルを設計し、数値的に解析して従来の冷却チャネル設計と比較することです。本研究は、熱伝達、圧力損失、エクセルギー損失の観点から性能差を評価することを目的としています。 主要な研究課題： 研究仮説： 5.
Read More
この論文は、[‘Design of an LED Thermal System for Automotive Systems’]という論文に基づいて作成され、発行元は[‘2009 3rd International Conference on Power Electronics Systems and Applications’]です。 1. 概要: 2. 概要または序論 本論文では、高出力発光ダイオード（LED）とヒートシンク内部の熱分布について検討します。また、LEDの発光効率に及ぼす温度と電流の関係についても研究します。温度上昇が限界レベルを超えると、発光効率は急速に低下します。電流が増加すると、非平衡電子拡散が発生して温度が上昇し、発光効率とLED寿命が低下します[1]。LEDの熱管理を強化して発光効率を向上させることが重要です。熱設計は熱解析を通じて検討されます。最後に、LEDの温度をより一定に保つために、定電流電源でLEDを駆動する電気回路を提案します。 3. 研究背景: 研究テーマの背景: 照明は現代生活において非常に重要であり、半導体照明、特に発光ダイオード（LED）が主要な技術として台頭してきました。LEDは、交通信号機を含む照明産業全体でますます採用されており、今後5〜10年以内に従来の白熱電球（70W〜165W）を完全に置き換えることが予想されています。この移行は、LED照明の制御の容易さ、シンプルな回路設計、高い効率、長い寿命（報告されている寿命は20年以上）などの固有の利点によって推進されています。材料コストは依然として高いものの、LEDの有利な特性は、研究者、産業界、および消費者から大きな注目を集めています。 既存研究の現状: LEDの長寿命と低消費電力は、LEDを照明システムの理想的な候補にしています。LEDの効率とルーメン出力は指数関数的な成長を遂げています。2005年には効率が50ルーメン/ワットでしたが、近い将来には100ルーメン/ワットに達すると予測されています。現在、特定の光学コンデンサと電力変換器を使用して、最大125ルーメン/ワットの効率を達成できます。高出力LEDは現在、5Wあたり700ルーメンを提供できます。従来の電球をLEDに置き換えることで、40〜70％のエネルギー節約効果が得られ、LED照明が新たなトレンドとして確立されています。 研究の必要性: 熱分布は、高出力LEDの寿命とルーメン維持に影響を与える主要な問題として特定されています。これは、電気的制御方法、駆動電流、効果的な熱管理などの要因によって影響を受けます。したがって、特に自動車システムのような要求の厳しいアプリケーションにおいて、LED照明の潜在能力を最大限に引き出すためには、熱管理に対処することが重要です。 4. 研究目的と研究課題: 研究目的: 本論文は、LEDの熱設計について議論することを目的としており、特に自動車システム用のヒートシンク設計、熱伝導率、およびランプユニット設計への応用を検討します。 主要な研究: 研究仮説: 明示的に仮説として述べられていませんが、本研究は以下の前提の下に進められます。 5. 研究方法論 研究デザイン: 本研究では、LED熱管理を調査するために、理論的分析と実験的検証を組み合わせたアプローチを採用しています。LEDの動作原理と熱モデリングに関する理論的検討から始め、カスタム設計されたヒートシンクの実験的テストを実施します。 データ収集方法: 実験データは、アルミニウムヒートシンク（直径140mm、厚さ0.8cm）に取り付けられた単一5W LEDを使用して収集されました。7つのセンサーがヒートシンクのさまざまな場所に戦略的に配置され、温度を測定しました。データ収集は、電源投入時間に伴う定常状態および過渡熱データをキャプチャする方法で実施され、1秒あたり3600サンプルのサンプリングレートで実行されました。 分析方法: 本研究では、伝導、対流、および放射を含む基本的な熱伝達原理に基づいた熱解析を活用します。対流（式7）および放射（式8）による熱抵抗の方程式が使用されます。実験データは、テスト条件下でのヒートシンクおよびLEDシステムの熱挙動を説明するためにグラフで提示されます。 研究対象と範囲: 本研究は、自動車照明アプリケーション向けの高出力LEDに焦点を当てています。研究対象は、単一5W LEDと特別に設計されたアルミニウムヒートシンクです。範囲は、このLED-ヒートシンクシステムの熱特性評価と定電流駆動回路の提案に限定されます。 6. 主な研究結果: 主要な研究結果: 提示されたデータの分析: 「図5
Read More
本論文概要は、[‘U.P.B. Sci. Bull., Series B, Vol. 74, Iss. 2’] によって発行された [‘DENDRITE REFINEMENT OF AL9C02 COMPOUND BY A CONTINUOUS INCREASE OF THE COOLING RATE DURING SOLIDIFICATION’] という論文に基づいて作成されました。 1. 概要： 2. 抄録または序論 凝固中の冷却速度の連続的な変化が、Raney-Co触媒製造の前駆体として使用できるAl9Co2一次デンドライトを含む過共晶Al-9.71at.%Co合金に適用されました。約5桁の大きさの冷却速度範囲が、「楔形銅鋳型装置」を用いて達成されました。楔形鋳造物の極めて鋭利なエッジ（半頂角α〜4°）は、その鋭利なエッジ（〜50µm）において非常に薄い半分の厚さの鋳造物と、急速凝固技術によって達成されたものに匹敵する冷却速度を保証しました。楔形鋳造物の高さに沿って記録された様々な光学顕微鏡写真は、鋳造物の厚さが減少するにつれてAl9Co2デンドライトのサイズが減少することを示しており、それは非線形依存性を示すように見えました。この非線形性は、熱-幾何学的パラメータH₁ = D 1.5 /Dm 0.15に基づいて実験で使用された「楔形鋳型および鋳造」装置をモデル化することによって合理化されました。このパラメータは、鋳型壁の厚さ（ヒートシンクとして作用）と液体合金の厚さ（界面での熱伝達において熱源として作用）の両方を考慮に入れています。 3. 研究背景： 研究テーマの背景： Al-Co合金の分野では、Al9Co2、Al13Co4、Al5Co2、AlCoなどの様々なコバルト-アルミニ化物が、合金組成に応じて微細構造内に現れる可能性があります[1]。特にデンドライト形態を示すアルミニ化物、特に小さなデンドライトサイズを特徴とする場合、コバルト骨格触媒、すなわちRaney-Co触媒の製造における前駆体としての可能性を示しています[2]。これらのCo-Raney触媒は、Ni-骨格触媒と比較して活性は低いものの、選択性が向上しています。 前駆体Al-TM合金（TMはCo、Ni、Cuなどの遷移金属を示す）中のアルミニ化物化合物の微細なデンドライトサイズの重要性は、骨格TM触媒の有効性と直接的な相関関係があることによって強調されます。これらの触媒は、前駆体Al-TM合金にアルカリ浸出プロセスを適用することによって誘導され、Alの選択的溶解を促進し、高い比表面積と向上した触媒活性を特徴とする多孔質TM構造を生成します[3-5]。 Raney-Co触媒は、Al-Co合金のアルカリ浸出によって製造され、Co含有量は通常35〜40wt％または49wt％（後者がより一般的）の範囲です。このような前駆体は、Alの選択的溶解中に活性化される様々なAlリッチアルミニ化物化合物（Al9Co2、Al13Co4、Al5Co2）を含んでいます。以前の研究[6]では、Alリッチアルミニ化物であるAl9Co2を含有するAl-Co合金を調査し、凝固冷却速度に依存してサイズが変化するデンドライト形態を実証しました。急速凝固は現在、骨格触媒用のAl-TM前駆体において微細なデンドライトを生成するための新しいアプローチとして認識されています[7,8]。 既存研究の現状： 以前の研究[6]では、2つの極端な冷却速度、すなわちダイカストによる〜5℃/sと溶融紡糸による〜5×10^6℃/sで凝固された過共晶Al-Co合金（9.71at%=15.82wt%）におけるAl9Co2化合物のデンドライトサイズを調査しました。急速冷却されたNi-Al合金から製造された骨格Ni触媒（RQ Ni）に関する体系的な研究は、合金製造中の可変冷却速度の影響に焦点を当ててきました[9]。これらの研究により、Ni-Al合金の冷却速度は、Ni触媒の残留Al含有量、組織、構造、表面水素種、および活性部位に影響を与えることが明らかになりました。 研究の必要性： 本論文は、冷却速度を連続的に変化させるために楔形銅鋳型を使用して、中間冷却速度に研究を拡張します。楔形鋳型法は、鋳鉄の構造的変形を調査するために一般的に使用されていますが、非鉄合金、特にAlベース合金のデンドライトサイズ微細化への適用は限られています。楔形鋳型法は、急速凝固技術（溶融紡糸、溶融抽出）と比較して、より再現性の高い局所冷却速度を提供し、中間レベルで広範囲の冷却速度を提供します。 4. 研究目的と研究課題： 研究目的： 本研究の主な目的は、過共晶Al-9.71at.%Co合金の微細構造を調査し、特にAl9Co2化合物のデンドライト微細化に焦点を当てることです。これは、楔形銅鋳型装置を使用して凝固中の冷却速度の連続的な変化を適用することによって達成されます。本研究は、熱-幾何学的パラメータを使用して、デンドライトサイズと鋳造厚さの間の観察された非線形関係を合理化することを目的としています。 主要な研究： 研究仮説： 5. 研究方法論
Read More
user 03/07/2025 Aluminium-J , Technical Data-J Al-Si alloy , CAD , Casting Technique , Die casting , Heat Sink , High pressure die casting , Mechanical Property , Microstructure , Permanent mold casting , Sand casting , 금형 本論文概要は、[‘Jordan Journal of Mechanical and Industrial Engineering’]誌に掲載された論文、[‘小型内燃機関ピストン用永久鋳型の設計と解析’] (Design and Analysis of Permanent Mould for Small Internal Combustion Engine Piston) を基に作成されました。 1. 概要： 2. 抄録または序論 本論文の抄録は、電力供給が不安定な地域における発電機の短寿命によるピストン廃棄物の問題に取り組んでいます。本研究は、リサイクルピストン廃棄物から950ワット発電機ピストンを鋳造するための永久鋳型の設計、熱解析、および製作に焦点を当てています。鋳造されたピストンの機械的および微細組織的特性を評価し、LM13合金と比較しました。その結果、欠陥のないピストンの製造が示され、LM13と比較して組成変化はわずかでしたが、同等の特性を維持しました。 3. 研究背景： 研究テーマの背景： 研究背景は、電気インフラが貧弱な地域でのポータブル発電機の使用増加、推奨される耐用年数を超えて発電機が稼働し、ピストン焼損を引き起こしている現状を強調しています。これは頻繁なピストン交換とピストン廃棄物の増加につながります。本論文では、これらの廃棄ピストンをリサイクルして持続可能なピストン市場を創出する機会を特定しています。ピストンは内燃機関の重要な部品であり、優れた強度と耐熱性が要求されます。Al-Si合金は、熱伝導率、高い強度対重量比、鋳造性などの望ましい特性により、ピストン材料として広く使用されています。 既存研究の現状： 既存の研究は、さまざまな鋳造技術と材料改良を通じてピストンの性能と材料特性を向上させることに焦点を当てています。本論文では、以下の研究について言及しています。 これらの研究は、さまざまな鋳造方法と材料強化を通じてAl-Si合金ピストンの機械的特性と性能を向上させるための継続的な取り組みを示しています。しかし、本論文は、砂型鋳造のような鋳造プロセスでは欠陥のあるピストンや望ましくない結果がしばしば関連付けられていると指摘し、より信頼性の高い方法の必要性を強調しています。 研究の必要性： 本研究は、各鋳造ごとに鋳型準備を必要としない自立型鋳造プロセス、特に永久鋳型鋳造を調査し、リサイクル材料からピストンの再現性を確保する必要があるため行われました。これはピストン廃棄物の環境問題に対処し、特に発電機使用量が多くピストン廃棄物の蓄積が深刻な地域において、持続可能なピストン生産の製造アプローチを確立することを目的としています。 4. 研究目的と研究課題： 研究目的： 主な研究目的は、リサイクルAl-Si合金を使用して950ワット発電機ピストンを鋳造するための永久鋳型を設計、解析、および製作することです。本研究は、設計された鋳型が欠陥のないピストンを製造するのに効果的かどうかを評価し、鋳造されたピストンの機械的および微細組織的特性を評価することを目的としています。 主要な研究課題： 主要な研究課題は、以下の点に焦点を当てています。 研究仮説： 本論文では、研究仮説を明示的に述べていません。しかし、暗黙のうちに、本研究は適切に設計された永久鋳型がリサイクルAl-Si合金から欠陥のないピストンを効果的に鋳造でき、標準的なピストン合金であるLM13と同等の機械的および微細組織的特性を達成できるという仮説の下で進められています。 5. 研究方法： 研究デザイン： 本研究では、設計および実験方法論を採用しています。永久鋳型の概念設計を含み、熱シミュレーションと鋳型製作および鋳造実験による実験的検証が続きます。 データ収集方法： データは、以下の方法で収集されました。 分析方法： 研究対象と範囲： 研究対象は以下のとおりです。 研究範囲は以下に限定されます。 6. 主な研究結果： 主要な研究結果：
Read More
本論文概要は、[‘Proceedings of InterPACK’03®’]によって発表された[‘Characterization of Mixed Metals Swaged Heat Sinks for Concentrated Heat Source’]という論文に基づいて作成されました。 1. 概要： 2. 抄録または序論 本研究論文は、強制対流条件下における4種類の異なるヒートシンク構成の熱性能に関する実験的研究を紹介します。本研究では、アルミニウムと銅を様々な組み合わせで使用したヒートシンク、すなわち、全アルミニウム、全銅、銅ベースプレートとアルミニウムフィン、アルミニウムベースプレートと銅フィンを比較します。研究の目的は、集中熱源にさらされた場合のこれらの混合金属スウェージヒートシンクの熱抵抗特性を評価し、対比することです。実験は垂直風洞内で行われ、様々な空気流速をシミュレーションし、各ヒートシンク設計の熱的挙動を評価するために、レイノルズ数を体系的に変更しました。 3. 研究背景： 研究テーマの背景： 電子システムの性能向上への要求の高まりは、高温と効果的な放熱に関連する問題によってますます制約されています。ヒートシンクが不可欠な2つの重要な分野は、PCボードレベルのマイクロプロセッサとパワーエレクトロニクスです。電子パッケージの小型化の傾向と電力密度の増加は、熱流束の大幅な増加につながります。ヒートシンクの熱抵抗を軽減するために、設計エンジニアは、アルミニウムよりも優れた熱伝導率を示す材料、特に銅などの材料を使用する必要があります。アルミニウムベースプレート上の銅フィン、銅ベースプレート上のアルミニウムフィン、および全銅構造などのヒートシンク設計における銅などの金属の戦略的な実装は、熱拡散能力を高める上で重要な役割を果たします。 既存研究の現状： 低消費電力および中程度の熱流束を特徴とするアプリケーションの場合、押出しヒートシンクは、その費用対効果のために主に採用されています。しかし、押出し製造プロセスには限界があり、特にフィン厚さと間隔が減少するにつれてダイが破損しやすくなる高アスペクト比フィンを製造する際に限界があります（Chu、Belady、Patelの研究を参照）。高消費電力および高熱流束のシナリオでは、高アスペクト比のボンドヒートシンクが適切になります。ダイカストは、大量生産のための実行可能な製造代替手段として浮上し、低い平均コストプロファイルを提供します。それにもかかわらず、ダイカストは、多孔性が増加し、合金純度が低下した製品をもたらし、結果として熱伝導率を低下させる可能性があることを認識することが重要です。ボンドフィンヒートシンクでは、ベースは通常、プレートまたは押出しフィンの挿入を容易にするためにスロット付きの押出し形状で製造されます。フィンをベースプレートに取り付けることは、熱エポキシ、ろう付け、または「スウェージ」を含む様々な方法によって達成できます。熱エポキシは、高アスペクト比フィンを接着するために頻繁に使用されます。ただし、熱エポキシの本質的に低い熱伝導率のため、熱インピーダンスを低減するために厚さを最小限に抑える必要があります。ろう付けは、フィラー材料の液相温度（450℃）以上および母材の固相温度以下で実行される溶接サブグループであり、ジョイント内のフィラー材料分布のために毛細管現象に依存しています。 研究の必要性： 本研究は、「スウェージ」プロセス、金属変位接合技術を使用して製造されたヒートシンクの熱性能特性評価に焦点を当てています。図1に示されているスウェージプロセスは、高密度フィンヒートシンクの製造に適した冷間成形プロセスです。この方法は、フィンとベース間の堅牢な熱接触を保証すると同時に、空気と湿気から溝を密閉することによって腐食を防ぎ、したがって陽極酸化処理を可能にします。本研究は、スウェージによって製造された様々な混合金属構成の熱抵抗を実験的に定量化し、比較することにより、改善されたヒートシンク性能のための材料選択の最適化に関する貴重な洞察を提供することを目的としています。 4. 研究目的と研究課題： 研究目的： 主な研究目的は、強制対流下における4種類の異なるヒートシンク設計の熱性能を実験的に評価し、比較することです。これらの設計は次のとおりです。アルミニウムベースプレート/アルミニウムフィン（Al Base-Al Fins）、銅ベースプレート/アルミニウムフィン（Cu Base-Al Fins）、アルミニウムベースプレート/銅フィン（Al Base-Cu Fins）、銅ベースプレート/銅フィン（Cu Base-Cu Fins）。本研究は、ベースプレートとフィン材料の様々な組み合わせ、特にアルミニウムと銅が集中熱源にさらされた場合にスウェージヒートシンクの全体的な熱抵抗に及ぼす影響の理解に焦点を当てています。 主な研究課題： 本研究で取り組む主な研究課題は次のとおりです。 研究仮説： 明示的に仮説として述べられてはいませんが、本研究は、次の予想によって暗黙のうちに導かれています。 5. 研究方法論 研究デザイン： 本研究では、強制対流下における4つの異なるヒートシンク構成の熱性能を調査するために、制御された垂直風洞を利用した実験的研究デザインを採用しました。実験設定には、風洞内でバックツーバック構成で同一のヒートシンクペアをテストすることが含まれていました。図3に示すこの配置は、熱損失を最小限に抑え、放熱を正確に測定することを目的としていました。 データ収集方法： 温度測定は、テフロンコーティングされた5ミルT型銅-コンスタンタン熱電対を使用して取得しました。熱電対は、ベースプレート温度を測定するために、各ヒータープレートの4つの内部位置（図5のT1-T4として表示）に戦略的に配置されました。周囲温度は、主流量路のすぐ外側に配置された2つの熱電対を使用して監視しました。ヒートシンクアセンブリに接近する空気速度は、上流に配置されたDantecホットワイヤー風速計を使用して測定しました。ヒートシンクを横切る圧力降下は、2つのDwyer差圧トランスデューサを使用して測定し、測定はヒートシンクアセンブリの上流と下流で行いました。 分析方法： 熱性能を評価するための主要な指標は熱抵抗（Rθ）であり、式（1）を使用して計算しました。 ここで、Tsは平均ベースプレート温度、Tambは周囲空気温度、Qは熱伝達率です。平均ベースプレート温度Tsは、式（2）を使用して4つの熱電対読み取り値の平均として計算しました。 全アルミニウムヒートシンクと比較した代替金属ヒートシンクの熱抵抗の減少は、式（3）を使用して定量化しました。 フィンチャネルの空気の流れに対するレイノルズ数（Res）は、式（4）を使用して計算しました。 研究対象と範囲： 研究対象は、4つの異なるヒートシンク設計でした。
Read More
論文要約: この論文要約は、[‘Casting of product of Al-25%Si with thin fins’]と題された論文に基づいており、発行元は[‘La Metallurgia Italiana’]です。 1. 概要: 2. アブストラクトまたは序論 近年、ヒートシンク用の薄肉フィン製品のダイカスト需要が増加しています。A383アルミニウム合金は、その優れた流動性からダイカストに広く使用されていますが、従来のダイカスト設備では、1mm以下のA383製品を製造することは困難であり、コストも高くなります。高速ダイカスト設備は、1mm以下の薄肉フィン鋳造が可能ですが、非常に高価です。したがって、従来のダイカスト設備の利用が好まれます。A383よりも流動性に優れたアルミニウム合金を使用すれば、薄肉フィン製品を鋳造できます。本研究では、Siの巨大な潜熱に着目しました。金属の温度降下が緩やかになり、過共晶Al-Si合金の鋳造において流動性が向上すると推定しました。Si含有量が増加するにつれて液相線温度が上昇することを考慮し、25mass%Siを上限としました。低い凝固温度は、金型寿命の延長に有利です。過冷却および低固相率半凝固鋳造（簡易レオキャスティング）を採用しました[1-4]。本研究では、Al-25mass%Siの流動性を調査し、薄肉フィンヒートシンクモデルを製作しました。 3. 研究背景: 研究テーマの背景: ヒートシンク用途を中心に、薄肉フィンを特徴とするダイカスト製品の需要が増加しており、効率的な製造方法の必要性が高まっています。特に、A383合金を用いて1mm未満の薄肉部品を従来のダイカスト方式で鋳造することは、製造上の大きな困難とコストの問題を引き起こします。 既存研究の現状: A383アルミニウム合金は、その良好な流動特性からダイカスト分野で広く使用されています。高速ダイカスト設備は、より薄いフィンを鋳造するための解決策を提供しますが、多額の設備投資が必要となります。既存の研究では、流動性と鋳造性を向上させるための代替アプローチとして、過冷却および半凝固鋳造（レオキャスティング）が検討されています [1-4]。 研究の必要性: 薄肉フィン製品に対する従来のダイカストの限界と、高速ダイカストの高コストにより、代替合金システムと鋳造戦略の探求が必要です。A383よりも優れた流動性を持つ合金を従来のダイカスト設備と組み合わせて使用すると、薄肉フィン部品の製造のための費用対効果の高いソリューションを提供できます。過共晶Al-Si合金におけるSiの潜熱は、流動性を向上させる可能性を秘めており、この用途におけるAl-25%Si合金の研究が求められます。 4. 研究目的と研究課題: 研究目的: 本研究の主な目的は、従来のダイカストにおいてAl-25%Si合金を使用して薄肉フィン部品を製造する実現可能性を評価することです。本研究では、Al-25%Siの鋳造特性、特に流動性と熱伝導率を、ベンチマーク合金であるA383と比較して特性評価することを目的としています。 主な研究課題: 研究仮説: 5. 研究方法 研究デザイン: 本研究では、Al-25%Si合金の鋳造特性を調査するために実験計画法を採用しました。この研究では、同一のダイカスト条件下でAl-25%Si合金とA383合金の両方を使用して比較実験を実施します。 データ収集方法: 分析方法: 研究対象と範囲: 本研究は、Al-25mass%Si合金に焦点を当て、そのダイカスト性能を広く使用されているA383アルミニウム合金と比較します。研究の範囲は、500KNの型締力と45mmのスリーブ直径を備えた小型ダイカスト設備を使用する従来のコールドチャンバーダイカストに限定されます。流動性試験は、0.5mm、1mm、2mmのキャビティギャップを備えたスパイラルダイを使用して実施しました。ヒートシンクモデルは、0.5mmの先端厚さと50mmの高さの薄肉フィンを備えていました。 6. 主な研究結果: 主な研究結果: 提示されたデータの分析: 図のリスト: 7. 結論: 主な研究結果の要約: 本研究では、Al-25%Si合金がダイカスト、特に薄肉キャビティ部 (1mm未満) においてA383よりも優れた流動性を示すことを実証しました。簡易レオキャスティングによる低温 (650〜700°C) でのAl-25%Siの半凝固鋳造は、流動性を向上させます。A383と比較して、合金の高い熱伝導率と低い密度も確認されました。薄肉フィンヒートシンクモデルの鋳造の成功は、従来のダイカスト設備を使用した複雑な形状に対するAl-25%Siの実用的な応用を検証しました。Al-25%Siの過冷却は、簡易レオキャスティングプロセスを容易にします。 研究の学術的意義: 本研究は、過共晶Al-Si合金、特にAl-25%Siのダイカスト挙動の理解に貢献します。従来のダイカストプロセスにおける流動性を向上させるために、Siの潜熱と過冷却を利用する可能性を強調しています。本研究は、Al-25%Si合金とA383合金の比較流動性および熱特性に関する貴重なデータを提供し、ダイカスト用途の材料選択肢を拡大します。 実用的な意義:
Read More
この資料は、”Masataka Mochizuki, Thang Nguyen, Koichi Mashiko, Yuji Saito, Tien Nguyen and Vijit Wuttijumnong” の論文：”A REVIEW OF HEAT PIPE APPLICATION INCLUDING NEW OPPORTUNITIES” に基づいて序文が書かれました 1. 概要: 2. 概要または序文 この論文は、コンピュータエレクトロニクスから再生可能エネルギーまで、ヒートパイプの応用に関する詳細なレビューを提供します。コンピュータエレクトロニクスの分野では、コンピュータプロセッサの性能と消費電力の増大傾向により、放熱の課題が深刻化しています。放熱要求が増加しているにもかかわらず、ナノサイズの回路技術の進歩により、プロセッサのダイサイズは縮小または同サイズに維持されており、熱フラックスが критически 高くなっています。2000年には約10〜15 W/cm²であった熱フラックスは、2010年には100 W/cm²を超えました。この論文の目的は、ヒートパイプを利用して空冷能力を拡張し、その性能を最大化する方法についての洞察を提供することです。 地球温暖化の危機に対処するため、論文では炭素排出量を最小限に抑えるヒートパイプの役割を強調しています。データセンターや農産物の冷却のための自然冷エネルギーの収集と貯蔵、相変化材料（PCM）と夜空放射を利用した集光型太陽光発電セルの冷却、氷山や氷河の融解防止、道路融雪のための太陽熱収集、地熱抽出のための大型ヒートパイプの利用、地球の温度調節のための超大型ヒートパイプの利用など、その応用例を探求しています。 3. 研究背景: 研究トピックの背景: 最新のデスクトップおよびサーバープロセッサにおける放熱量は、一般的に100Wを超え、熱フラックスは100W/cm²を超える可能性があります。パッシブ冷却は、もはや冷却要件を満たすには適切ではありません。液体冷却、熱電冷却、冷凍などの技術は、必要な熱性能を提供でき、高性能コンピュータの冷却に実用化されていますが、システムの統合の複雑さ、信頼性に関するデータ不足、大量生産能力の制約、そして特にコストの高さから、まだ広く使用されていません。空冷は、成熟した技術であり、運用コストと初期コストが最も低いため、コンピュータ冷却において最も広く使用されている冷却技術です。効果的な冷却のためには、熱源と放熱部品間の温度勾配を最小限に抑える必要があり、ヒートパイプと蒸気チャンバーは、熱抵抗が最も低い効果的な熱伝達デバイスとして認識されています。 既存研究の状況: データセンターでは、電力消費が主要な運用コストであり、データセンターの処理ユニットに供給される電力は最終的に熱として散逸するため、データセンターの電力のかなりの部分がこれらのユニットの冷却に使用されます。コンピューティングインフラストラクチャが消費する電力1ワットごとに、冷却インフラストラクチャを運用するためにはさらに3分の1から2分の1ワットが必要と推定されています。これにより、データセンターは多大な費用と環境負荷を抱えることになります。先行研究では、データセンターの冷却システムの省エネルギー化により、電力消費と炭素排出量を削減することが探求されてきました。既存のアプローチには、ヒートシンク設計の最適化、フィン効率の向上、ファンエアフローの最適化、および熱拡散と伝達を改善するためのヒートパイプまたは蒸気チャンバーの統合が含まれます。 研究の必要性: この論文では、コンピュータエレクトロニクスにおける増大する放熱要求と、特にデータセンターにおけるエネルギー消費と環境負荷への懸念の高まりに対処するための革新的な熱管理ソリューションの必要性を強調しています。ヒートパイプ技術が、空冷限界の拡張、エネルギー消費の削減、および様々なアプリケーションにおける炭素排出量の最小化に貢献する可能性を強調し、その応用と機会に関する包括的なレビューの必要性を訴えています。 4. 研究目的と研究課題: 研究目的: この論文の主な目的は、コンピュータエレクトロニクスから再生可能エネルギーまで、多様な分野におけるヒートパイプの応用に関する詳細なレビューを提供し、高性能エレクトロニクスにおける空冷の強化や地球温暖化の緩和など、現代の課題に対処するためのヒートパイプ技術の新たな機会を探求することです。 主要な研究課題: この論文で探求されている主要な研究分野は以下のとおりです。 研究仮説: この論文はレビュー論文であり、伝統的な実験研究のような研究仮説を明示的に述べていませんが、暗黙の仮説を特定できます。 5. 研究方法 研究デザイン: この論文では、ヒートパイプの応用に関する既存の文献、実験データ、および概念設計を統合したレビューベースの研究デザインを採用しています。ヒートパイプの進化、原理、およびさまざまな熱管理コンテキストにおける性能特性を体系的に検証します。 データ収集方法: この論文は主に、以前に発表された研究、実験的研究、および技術文献で報告されたデータと知見に依拠しています。熱性能データ、設計仕様、およびヒートパイプベースの冷却ソリューションの概念図の分析が含まれています。提示された図とデータは、既存の研究および実験的研究から直接引用されています。
Read More
user 03/06/2025 Aluminium-J , heat sink-J , Technical Data-J Al-Si alloy , aluminum alloy , aluminum alloys , CAD , Die casting , Efficiency , Heat Sink , Mechanical Property , Microstructure この論文のまとめは、[‘Special Casting & Nonferrous Alloys’]によって出版された、[‘5G基地局用高導電(熱)ダイカストAl-Si-Feアルミニウム合金の熱力学設計と試験’]論文に基づいて作成されました。 1. 概要： 2. 抄録または序論 抄録: 5G基地局におけるダイカストアルミニウム製ヒートシンクの強度と電気（熱）伝導率の間の逆相関問題を考慮し、熱力学計算と実験的研究を組み合わせることにより、ダイカストAl-7.5Si-0.8Feアルミニウム合金の微細組織と伝導率に対する時効処理の影響を調査しました。PANDAT熱力学計算、金属顕微鏡、走査型電子顕微鏡、X線回折装置、透過型電子顕微鏡を用いて研究を実施しました。その結果、320℃×1時間の時効処理により合金の伝導率が大幅に向上することが示されました。時効処理中にAl-Fe-Si三元相とSi相がそれぞれ結晶粒界と結晶粒内部に析出し、Alマトリックス中のFeとSiの固溶度を低下させました。さらに、時効処理後の共晶Siネットワークの連続性の劣化とアルミニウムマトリックスの連結性の向上が、伝導率向上の主な原因です。キーワード: ダイカストアルミニウム合金, ヒートシンク, 熱伝導率, 電気伝導率, 熱力学計算 (Die-cast Aluminum Alloy, Heat Sinks, Thermal Conductivity, Conductivity, Thermodynamic Calculation) 3. 研究背景： 研究テーマの背景： 5G通信時代の到来は、電子通信機器および製品を高度に集積化する方向へと推進しています。その結果、機器の寿命[1]を保証するために、機器に使用される材料の熱性能に対する要求も絶えず高まっています。5G基地局の重要な部品である通信フィルターは、消費電力が大きく、集積度が高く、ハウジング構造は冷却能力を高めるために多数の不規則な薄肉放熱フィンを備えた設計となっています。高圧ダイカストは、高い生産効率とコスト効率の優位性から、放熱ハウジングを大量生産するための主要な成形方法として浮上しました。アルミニウム合金は、低密度、高比強度、優れた耐食性などの特徴により、通信フィルターを製造するための主要な材料です[2]。純アルミニウムは室温で約237 W/(m·K)の熱伝導率を示しますが、強度が低いという欠点があります。合金化は純アルミニウムの機械的特性を向上させることができますが、多くの場合、熱伝導率を犠牲にする可能性があります[3-5]。 既存研究の現状： 現在、高熱伝導率アルミニウム製ヒートシンク用の材料は、主にAl-Si合金、特にAl-8Si系をベースに開発されています。ダイスティッキングを軽減し、ダイの寿命を延ばすために、通常、約0.8%から1.0%のFeが高熱伝導率ダイカストアルミニウム合金に添加されます。逆に、最適な電気伝導率と熱伝導率を維持するためには、不純物元素の濃度を厳格に管理し、溶質元素が伝導率に及ぼす悪影響を最小限に抑える必要があります。研究によると、Cr、Mn、V、Tiなどの遷移金属元素は、電気伝導率と熱伝導率に最も顕著な悪影響を及ぼします[6]。したがって、ダイカスト用の高熱伝導率アルミニウム合金は、一般的にAl-Si-Fe系をベースとしており、Si含有量は6%〜9%、Fe含有量は0.6%〜1.0%であり、成形性と性能要件を同時に満たすために、その他の不純物元素は0.01%未満に厳密に管理されています[7]。 研究の必要性： しかし、SiとFeの相対的な割合は、共晶Si相の体積分率、Fe含有相の形態と体積分率、合金の凝固温度範囲、アルミニウムマトリックス中のFeとSiの固溶度に大きな影響を与えます。これらの微細組織特性は、合金の強度、延性、電気（熱）伝導率[8-10]に直接的な影響を与えます。高熱伝導率Al-Si-Fe合金は、通常、電気伝導率をさらに向上させるために300〜350℃の温度範囲で時効処理を受けます。それにもかかわらず、これらの高伝導率合金における時効処理中の析出相の動的進化と析出速度論は、まだ完全には解明されていません[11]。さらに、FeとSi元素間の複雑な相互作用により、高熱伝導率ダイカスト材料の開発には試行錯誤的なアプローチが必要となることが多く、研究効率が低下し、開発コストが増加しています。近年、材料科学分野では、Thermo-Calc、FactSage、PANDAT、JMATProなどの相図計算ソフトウェアの活用が拡大しており、アルミニウム合金の設計をガイドすることで、実験的探求のみに頼る限界を超え、製品開発効率を向上させながら、資源とエネルギーを節約しています[12-13]。 4. 研究目的と研究課題： 研究目的： 本研究は、熱力学計算と実験的研究を組み合わせた相乗的なアプローチを通じて、ダイカストAl-7.5Si-0.8Feアルミニウム合金の微細組織と伝導率に対する時効処理の影響を調査することを目的としています。最終的な目的は、高熱伝導率材料の設計に関する貴重な洞察を提供することです。 主な研究課題： 研究仮説： 5. 研究方法： 研究デザイン： 本研究では、熱力学計算と実験的検証を統合した研究デザインを採用し、対象合金システムを包括的に調査しました。 データ収集方法： 分析方法： 研究対象と範囲： 本研究は、5G基地局ヒートシンク用途向けに特別に設計されたダイカストAl-7.5Si-0.8Feアルミニウム合金に焦点を当てました。研究の範囲には以下が含まれます。 6. 主な研究結果： 主な研究結果： 提示されたデータの分析： 図3に示された熱力学計算は、Al-Si-Feシステム内の相分率と固溶度に対するFe含有量の影響を予測しました。最適な相構成要素のバランスを実現するために、0.8%のFe含有量を戦略的に選択しました。図4と図6に示された微細組織分析は、時効処理プロセス中のAl-Fe-Si相とSi相の析出を裏付けました。XRD分析 (図5)
Read More
1. 概要: 2. 研究背景: 自動車の照明システムにおいてLEDの利用が増加する中、高出力LEDの発熱問題が性能低下と寿命短縮につながる課題となっている。先行研究では、LEDの寿命と性能に影響を与える要因を明らかにし、ヒートシンクの形状変更による熱伝達特性を分析してきた。しかし、高温による性能低下を防ぐための冷却システムの最適化については、十分に検討されていなかった。 3. 研究目的と研究課題: 4. 研究方法: 5. 主要な研究結果: 6. 結論と考察: 7. 今後の研究: 8. 参考文献要約: (1) Lee, D. G., Roh, D. S., Choi, J. B., Dong, S. G., and Ko, C. B., 2006, “Micro Heat Dissipation Technologys for High Power LED ( ),” KIER p. 172.(2) Aimal, A, Mitch, S. and William. I.,
Read More
user 03/03/2025 Aluminium-J , heat sink-J , Technical Data-J Air cooling , Applications , Battery thermal management system , CFD , Cooling Plate , Efficiency , Electric vehicles , Heat Sink , Lithium-ion battery , Review , temperature field , thermophysical properties , 자동차 1.概要: 2. 研究背景: 本論文は、1900年代以降の温室効果ガス(GHG)濃度の上昇、特に内燃機関(ICE)による化石燃料の燃焼が主な原因であることを指摘しています。輸送部門はこれらの排出量に大きく寄与しており、温室効果ガス排出量削減と地球温暖化対策として、電気自動車(EV)とハイブリッド電気自動車(HEV)が注目されています。EVとHEVのパフォーマンスと寿命においてバッテリーの熱管理が重要な役割を果たすことが強調されています。 リチウムイオン電池は、高い比エネルギー密度と出力密度、軽量設計、長いサイクル寿命、比較的低い自己放電率などの利点から、EVとHEVで広く使用されています。しかし、リチウムイオン電池は熱暴走を起こしやすく、特定の条件下では火災や爆発の危険性があるという欠点も指摘されています。そのため、効果的なバッテリー熱管理システム（BTMS）が必要不可欠です。既存の研究では、液冷、相変化材料（PCM）、ヒートパイプなどが一般的なBTMSアプローチとして挙げられていますが、EVとHEVにおける空冷式BTMSに関する包括的なレビューは不足しているとして、本研究が実施されました。 3. 研究目的と研究課題: 主な目的は、EVとHEVにおける空冷式BTMSを包括的にレビューすることです。重要な研究課題としては、以下のような点が考えられます。 4. 研究方法: 本研究は、文献レビューの方法論を用いています。著者らは、空冷式BTMS、リチウムイオン電池、EV、HEVに関連するキーワードを用いて、Scopus、Web of Science、IEEE Xploreなどの関連データベースを体系的に検索したと思われます。収集された文献は、傾向の特定、さまざまな設計アプローチの評価、既存の空冷式BTMS技術のパフォーマンスと限界の評価を行うために分析されました。レビューには、実験的研究と計算流体力学（CFD）シミュレーションから得られた定量的データ（温度分布、発熱率など）が含まれている可能性があります。 5. 主要な研究結果（部分的なテキストに基づく）： 部分的なテキストから、研究の主要な結果の一部がわかります。 6. 結論と考察: 結論では、空冷式BTMSの長所と短所が要約されていると考えられます。空冷式BTMSは費用対効果が高く、実装が容易ですが、極端な動作条件（高温環境、高Cレートの充放電など）では十分な冷却性能が得られない可能性があります。考察セクションでは、冷却性能、コスト、複雑さ、重量のトレードオフについて検討し、空冷式BTMSのパフォーマンスを向上させるための潜在的な戦略（液冷やPCMなどの他の技術とのハイブリッドアプローチの検討など）を提案していると考えられます。空冷式BTMSの課題と限界に対処するためのさらなる研究の必要性が強調されているでしょう。 7. 今後の研究: 今後の研究の方向性としては、以下の点が考えられます。 8. 参考文献: Copyright and Acknowledgements: This summary is based on the paper “A novel automated heat-pipe cooling device for high-power LEDs” by Chengdi Xiao et al. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2021.230001Copyright © 2025 CASTMAN. All rights
Read More
![Fig. 5. Double silica cooling structure with copper meshes (Ref. [186]).](https://castman.co.kr/wp-content/uploads/Fig.-5.-Double-silica-cooling-structure-with-copper-meshes-Ref.-186-570x342.webp)