Keramiskt värmerörskylsystem för magnetiska komponenter med hög effekt
Strukturen och arbetsprincipen för keramiska värmerör liknar de för metallvärmerör (som kopparvattenvärmerör). Emellertid är rören i keramiska värmerör sintrade från icke-porösa keramiska material med hög värmeledningsförmåga, och den vätskeabsorberande kärnan eldas från porös keramik, som är fylld med arbetsvätska inuti. När värme appliceras på ena änden av rörledningen (förångare), kommer vätskan inuti rörledningen att förångas, och sedan kommer ångan att strömma till den andra änden av rörledningen (kondensorn), som vanligtvis är i kontakt med kylaren eller kylmediet . När ånga avger värme till den kallare änden, kondenserar den till en vätska och återgår till förångarsektionen genom kapillärverkan i porösa keramiska material. Upprepa denna cykel för att effektivt överföra värme från den varma änden av rörledningen till den kalla änden.
Det tidigaste keramiska värmeröret kan spåras tillbaka till 1975. Tidiga keramiska värmerör gjordes av kiselkarbid (SiC) och använde natrium som arbetsvätska. Den kemiska ångavsättningen av volfram (W) skikt fäst på den inre ytan av röret kan förhindra interaktionen mellan natrium och keramiska väggmaterial. Funktionerna hos dessa rör har verifierats experimentellt vid temperaturer så höga som 1100 grader C och används för högtemperaturapplikationer, men de är dyra att tillverka.
Högfrekvenstransformatorer som används i laddningsstationer, laddboxar och andra applikationer består huvudsakligen av magnetiska kärnor, lindningar och isoleringsmaterial för fasta lindningar. Vanligtvis är magnetiska kärnor gjorda av magnetiska material som ferrit för att möta prestandaindikatorer som frekvenssvar och magnetisk kärnförlust. Högfrekventa transformatorer genererar en stor mängd värme på grund av motstånd Joule värme och virvelströmsförluster, och deras strävan efter mindre volym hindrar effektiv ventilation och värmeavledning. Därför är det nödvändigt att utforma ett effektivt värmeavledningssystem för transformatorkroppen och PCB-kretskortet för att förhindra överhettning av enheten och säkerställa tillförlitlig drift. Detta kan uppnås genom olika metoder, såsom forcerad luftkylning, vätskekylning eller blandade kylsystem.
I valet av kylsystem för laddningsstationer för elfordon (laddboxar) kan en blandad kylmetod av värmerör kombinerat med vätskekylplattor användas för att hjälpa strömförsörjning av enheter som MOSFET och magnetiska enheter (som induktorer och transformatorer) värma snabbt. Den första lösningen är att tvinga luftcirkulationen inuti laddarens hölje, samtidigt som värme överförs till vätskekylplattan genom en aluminiumflänsradiator och värmerör. Den andra lösningen är att kapsla in de magnetiska komponenterna och värmerören tillsammans med värmeledande epoxiharts och överföra värme till vätskekylplattan genom värmerörskomponenterna
Forskning har visat att värmeröret och de magnetiska komponenterna i det andra schemat helt kan utbyta värme och överföra värme till den vätskekylda plattan med mycket lågt termiskt motstånd. Den första lösningen har dock lägre kylningsprestanda än värmerörsförseglingslösningen på grund av att aluminiumflänsradiatorn inte kan komma i full kontakt med de magnetiska komponenterna.
Det finns dock en avsevärd mängd virvelströmsförluster i metallkylflänsar i nuvarande kylsystem, såsom kylflänsar av aluminium och kopparvärmerör. Dessa virvelströmsförluster orsakade av magnetiska komponenter har negativa effekter på laddarnas prestanda och tillförlitlighet. Keramik är ett elektriskt isoleringsmaterial som förhindrar generering av ström och genererar därför inte virvelströmmar, vilket effektivt eliminerar virvelströmsförluster. De är särskilt lämpliga för kylning av högfrekventa magnetiska komponenter, såsom högfrekventa induktorer och transformatorer.
Keramiska värmerör ger en kyllösning som är resistent mot höga temperaturer, långvarig och låg förlust för högfrekventa magnetiska elektroniska enheter. Men det står också inför höga kostnadsproblem på grund av komplexa tillverkningsprocesser och omogna leveranskedjor. För närvarande ökar efterfrågan på DC-snabbladdning snabbt, och värmeavledningsutmaningen för högeffekts- och högfrekventa magnetiska komponenter i laddningstillämpningar för elfordon intensifieras. Detta kommer oundvikligen att framhäva den otillräckliga magnetiska förlusten av metallradiatorer, och fördelen med keramiska värmerör för att eliminera virvelströmsförluster kommer att förstärkas. Därför förväntas den tvåfasiga passiva värmeavledningstekniken för isolering som representeras av keramiska värmerör öppna upp nya möjligheter inom området för termisk hantering av elektronisk utrustning med hög effekt i elfordon.
