Σύστημα ψύξης από κεραμικό σωλήνα θερμότητας για μαγνητικά εξαρτήματα υψηλής ισχύος
Η δομή και η αρχή λειτουργίας των κεραμικών σωλήνων θερμότητας είναι παρόμοια με εκείνες των μεταλλικών σωλήνων θερμότητας (όπως οι χάλκινοι σωλήνες θερμότητας νερού). Ωστόσο, οι σωλήνες των κεραμικών σωλήνων θερμότητας είναι πυροσυσσωματωμένοι από υψηλής θερμικής αγωγιμότητας, μη πορώδη κεραμικά υλικά και ο πυρήνας απορρόφησης υγρών πυροδοτείται από πορώδη κεραμικά, τα οποία είναι γεμάτα με υγρό εργασίας στο εσωτερικό. Όταν εφαρμόζεται θερμότητα στο ένα άκρο του αγωγού (εξατμιστήρας), το υγρό μέσα στον αγωγό θα εξατμιστεί και στη συνέχεια ο ατμός θα ρέει στο άλλο άκρο του αγωγού (συμπυκνωτής), το οποίο είναι συνήθως σε επαφή με το ψυγείο ή το ψυκτικό μέσο . Όταν ο ατμός απελευθερώνει θερμότητα στο ψυχρότερο άκρο, συμπυκνώνεται σε υγρό και επιστρέφει στο τμήμα του εξατμιστή μέσω τριχοειδούς δράσης σε πορώδη κεραμικά υλικά. Επαναλάβετε αυτόν τον κύκλο για να μεταφέρετε αποτελεσματικά τη θερμότητα από το ζεστό άκρο του αγωγού στο ψυχρό άκρο.
Ο παλαιότερος κεραμικός σωλήνας θερμότητας μπορεί να εντοπιστεί πίσω στο 1975. Οι πρώτοι κεραμικοί σωλήνες θερμότητας ήταν κατασκευασμένοι από καρβίδιο του πυριτίου (SiC) και χρησιμοποιούσαν νάτριο ως ρευστό εργασίας. Η εναπόθεση χημικών ατμών στρώματος βολφραμίου (W) που συνδέεται στην εσωτερική επιφάνεια του σωλήνα μπορεί να αποτρέψει την αλληλεπίδραση μεταξύ νατρίου και κεραμικών υλικών τοιχώματος. Οι λειτουργίες αυτών των σωλήνων έχουν επαληθευτεί πειραματικά σε θερμοκρασίες έως και 1100 βαθμούς C και χρησιμοποιούνται για εφαρμογές σε υψηλές θερμοκρασίες, αλλά είναι δαπανηρή η κατασκευή τους.
Οι μετασχηματιστές υψηλής συχνότητας που χρησιμοποιούνται σε σταθμούς φόρτισης, κουτιά φόρτισης και άλλες εφαρμογές αποτελούνται κυρίως από μαγνητικούς πυρήνες, περιελίξεις και μονωτικά υλικά για σταθερές περιελίξεις. Συνήθως, οι μαγνητικοί πυρήνες κατασκευάζονται από μαγνητικά υλικά όπως ο φερρίτης για να ανταποκρίνονται σε δείκτες απόδοσης όπως η απόκριση συχνότητας και η απώλεια μαγνητικού πυρήνα. Οι μετασχηματιστές υψηλής συχνότητας παράγουν μεγάλη ποσότητα θερμότητας λόγω της αντίστασης Joule θερμότητας και απωλειών δινορρευμάτων και η επιδίωξή τους για μικρότερο όγκο εμποδίζει τον αποτελεσματικό αερισμό και την απαγωγή θερμότητας. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να σχεδιαστεί ένα αποτελεσματικό σύστημα απαγωγής θερμότητας για το σώμα του μετασχηματιστή και την πλακέτα κυκλώματος PCB για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση της συσκευής και να διασφαλιστεί η αξιόπιστη λειτουργία. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μέσω διαφόρων μεθόδων, όπως η εξαναγκασμένη ψύξη με αέρα, η υγρή ψύξη ή τα σχήματα μικτής ψύξης.
Κατά την επιλογή του συστήματος ψύξης για σταθμούς φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων (κουτιά φόρτισης), μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια μικτή μέθοδος ψύξης αγωγού θερμότητας σε συνδυασμό με πλάκες υγρής ψύξης για να βοηθήσει συσκευές ισχύος όπως MOSFET και μαγνητικές συσκευές (όπως πηνία και μετασχηματιστές) να διαλυθούν. ζεσταίνετε γρήγορα. Η πρώτη λύση είναι να εξαναγκαστεί η κυκλοφορία του αέρα μέσα στο περίβλημα του φορτιστή, μεταφέροντας ταυτόχρονα θερμότητα στην πλάκα ψύξης υγρού μέσω ενός συγκροτήματος καλοριφέρ αλουμινίου και σωλήνα θερμότητας. Η δεύτερη λύση είναι να εγκλωβιστούν τα μαγνητικά εξαρτήματα και οι σωλήνες θερμότητας μαζί με θερμικά αγώγιμη εποξειδική ρητίνη και να μεταφερθεί θερμότητα στην πλάκα υγρής ψύξης μέσω των εξαρτημάτων του σωλήνα θερμότητας
Η έρευνα έχει δείξει ότι ο σωλήνας θερμότητας και τα μαγνητικά στοιχεία του δεύτερου σχήματος μπορούν να ανταλλάξουν πλήρως θερμότητα, μεταφέροντας θερμότητα στην υγρόψυκτη πλάκα με πολύ χαμηλή θερμική αντίσταση. Ωστόσο, η πρώτη λύση έχει χαμηλότερη απόδοση ψύξης από τη λύση στεγανοποίησης σωλήνων θερμότητας λόγω της αδυναμίας του ψυγείου με πτερύγια αλουμινίου να έρθει σε πλήρη επαφή με τα μαγνητικά εξαρτήματα.
Ωστόσο, υπάρχει σημαντική απώλεια δινορευμάτων σε μεταλλικές ψύκτες θερμότητας σε τρέχοντα συστήματα ψύξης, όπως ψύκτρες με πτερύγια αλουμινίου και χάλκινους σωλήνες θερμότητας. Αυτές οι απώλειες δινορευμάτων που προκαλούνται από μαγνητικά εξαρτήματα έχουν αρνητικές επιπτώσεις στην απόδοση και την αξιοπιστία των φορτιστών. Τα κεραμικά είναι ένα ηλεκτρικό μονωτικό υλικό που εμποδίζει τη δημιουργία ρεύματος και ως εκ τούτου δεν παράγει δινορευματικά ρεύματα, εξαλείφοντας αποτελεσματικά τις απώλειες δινορευμάτων. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για ψύξη μαγνητικών εξαρτημάτων υψηλής συχνότητας, όπως επαγωγείς και μετασχηματιστές υψηλής συχνότητας.
Οι κεραμικοί σωλήνες θερμότητας παρέχουν μια λύση ψύξης που είναι ανθεκτική στις υψηλές θερμοκρασίες, με μεγάλη διάρκεια και χαμηλή απώλεια για μαγνητικές ηλεκτρονικές συσκευές υψηλής συχνότητας. Ωστόσο, αντιμετωπίζει επίσης προβλήματα υψηλού κόστους λόγω πολύπλοκων διαδικασιών παραγωγής και ανώριμων αλυσίδων εφοδιασμού. Επί του παρόντος, η ζήτηση για γρήγορη φόρτιση συνεχούς ρεύματος αυξάνεται ραγδαία και εντείνεται η πρόκληση απαγωγής θερμότητας των μαγνητικών στοιχείων υψηλής ισχύος και υψηλής συχνότητας σε εφαρμογές φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων. Αυτό αναπόφευκτα θα υπογραμμίσει την ανεπαρκή μαγνητική απώλεια των μεταλλικών καλοριφέρ και το πλεονέκτημα των κεραμικών σωλήνων θερμότητας στην εξάλειψη των απωλειών δινορευμάτων θα ενισχυθεί. Ως εκ τούτου, η τεχνολογία μόνωσης δύο φάσεων παθητικής απαγωγής θερμότητας που αντιπροσωπεύεται από κεραμικούς σωλήνες θερμότητας αναμένεται να ανοίξει νέες προοπτικές στον τομέα της θερμικής διαχείρισης ηλεκτρονικού εξοπλισμού υψηλής ισχύος σε ηλεκτρικά οχήματα.
