Keramický chladicí systém heatpipe pro vysoce výkonné magnetické komponenty
Struktura a pracovní princip keramických tepelných trubic jsou podobné jako u kovových tepelných trubic (jako jsou měděné vodní tepelné trubice). Trubky keramických tepelných trubic jsou však slinuté z neporézních keramických materiálů s vysokou tepelnou vodivostí a jádro absorbující kapalinu je vypáleno z porézní keramiky, která je uvnitř naplněna pracovní tekutinou. Když je teplo aplikováno na jeden konec potrubí (výparník), tekutina uvnitř potrubí se odpaří a pak pára proudí na druhý konec potrubí (kondenzátor), který je obvykle v kontaktu s chladičem nebo chladicím médiem. . Když pára uvolňuje teplo do chladnějšího konce, kondenzuje do kapaliny a vrací se do sekce výparníku kapilárním působením v porézních keramických materiálech. Opakujte tento cyklus pro efektivní přenos tepla z horkého konce potrubí na studený konec.
Nejstarší keramické tepelné trubice lze vysledovat až do roku 1975. Rané keramické tepelné trubice byly vyrobeny z karbidu křemíku (SiC) a jako pracovní tekutina používaly sodík. Chemická depozice wolframové (W) vrstvy připojené k vnitřnímu povrchu trubky může zabránit interakci mezi sodíkem a keramickými materiály stěn. Funkce těchto trubek byly experimentálně ověřeny při teplotách až 1100 stupňů C a používají se pro vysokoteplotní aplikace, ale jejich výroba je nákladná.
Vysokofrekvenční transformátory používané v nabíjecích stanicích, nabíjecích boxech a dalších aplikacích se skládají hlavně z magnetických jader, vinutí a izolačních materiálů pro pevná vinutí. Magnetická jádra jsou obvykle vyrobena z magnetických materiálů, jako je ferit, aby splňovaly výkonnostní ukazatele, jako je frekvenční odezva a ztráta magnetického jádra. Vysokofrekvenční transformátory generují velké množství tepla v důsledku odporového Jouleova tepla a ztrát vířivými proudy a jejich snaha o menší objem brání účinné ventilaci a odvodu tepla. Proto je nutné navrhnout účinný systém odvodu tepla pro tělo transformátoru a desku plošných spojů, aby nedocházelo k přehřívání zařízení a byl zajištěn spolehlivý provoz. Toho lze dosáhnout různými metodami, jako je chlazení nuceným vzduchem, chlazení kapalinou nebo smíšená schémata chlazení.
Při výběru chladicího systému pro nabíjecí stanice pro elektromobily (nabíjecí boxy) lze použít smíšenou metodu chlazení tepelnou trubicí kombinovanou s kapalinovými chladicími deskami, aby pomohla rozptýlit napájení zařízení, jako jsou MOSFETy a magnetická zařízení (jako jsou induktory a transformátory). rychle zahřát. Prvním řešením je vynutit cirkulaci vzduchu uvnitř krytu nabíječky a zároveň přenášet teplo na desku kapalinového chlazení prostřednictvím hliníkového žebrového radiátoru a sestavy tepelné trubice. Druhým řešením je zapouzdření magnetických součástí a tepelných trubic spolu s tepelně vodivou epoxidovou pryskyřicí a přenos tepla do kapalinové chladicí desky prostřednictvím součástí tepelných trubic.
Výzkum ukázal, že tepelná trubice a magnetické komponenty druhého schématu mohou plně vyměňovat teplo a přenášet teplo na desku chlazenou kapalinou s velmi nízkým tepelným odporem. První řešení má však nižší chladicí výkon než těsnící řešení heatpipe kvůli neschopnosti hliníkového žebrového radiátoru plně se dotýkat magnetických komponent.
V současných chladicích schématech, jako jsou hliníkové žebrované chladiče a měděné tepelné trubice, však dochází ke značným ztrátám vířivými proudy v kovových chladičích. Tyto ztráty vířivými proudy způsobené magnetickými součástmi mají nepříznivý vliv na výkon a spolehlivost nabíječek. Keramika je elektroizolační materiál, který zabraňuje generování proudu, a proto nevytváří vířivé proudy, čímž účinně eliminuje ztráty vířivými proudy. Jsou zvláště vhodné pro chlazení vysokofrekvenčních magnetických součástek, jako jsou vysokofrekvenční tlumivky a transformátory.
Keramické tepelné trubice poskytují řešení chlazení, které je odolné vůči vysokým teplotám, má dlouhou životnost a nízké ztráty pro vysokofrekvenční magnetická elektronická zařízení. Potýká se však také s problémy s vysokými náklady v důsledku složitých výrobních procesů a nevyzrálých dodavatelských řetězců. V současné době rychle roste poptávka po stejnosměrném rychlém nabíjení a problém rozptylu tepla u vysokovýkonných a vysokofrekvenčních magnetických komponent v aplikacích nabíjení elektrických vozidel se zintenzivňuje. To nevyhnutelně zvýrazní nedostatečnou magnetickou ztrátu kovových radiátorů a zesílí se výhoda keramických tepelných trubic v eliminaci ztrát vířivými proudy. Proto se očekává, že izolační dvoufázová technologie pasivního odvodu tepla reprezentovaná keramickými tepelnými trubicemi otevře nové perspektivy v oblasti tepelného managementu výkonných elektronických zařízení v elektrických vozidlech.
