سیستم خنک کننده لوله حرارتی سرامیکی برای قطعات مغناطیسی با قدرت بالا

ساختار و اصل کار لوله های حرارتی سرامیکی مشابه لوله های حرارتی فلزی (مانند لوله های حرارتی آب مسی) است. با این حال، لوله‌های لوله‌های حرارتی سرامیکی از رسانایی حرارتی بالا، مواد سرامیکی غیر متخلخل، زینتر می‌شوند و هسته جاذب مایع از سرامیک‌های متخلخل شلیک می‌شود که داخل آن با سیال عامل پر شده است. هنگامی که گرما به یک انتهای خط لوله (اواپراتور) اعمال می شود، سیال داخل خط لوله تبخیر می شود و سپس بخار به انتهای دیگر خط لوله (کندانسور) که معمولاً در تماس با رادیاتور یا محیط خنک کننده است جریان می یابد. . هنگامی که بخار گرما را به انتهای خنک‌تر می‌رساند، به مایع تبدیل می‌شود و از طریق عمل مویرگی در مواد سرامیکی متخلخل به قسمت تبخیرکننده باز می‌گردد. برای انتقال موثر گرما از انتهای داغ خط لوله به انتهای سرد، این چرخه را تکرار کنید.

اولین لوله های حرارتی سرامیکی را می توان به سال 1975 ردیابی کرد. لوله های حرارتی سرامیکی اولیه از کاربید سیلیکون (SiC) ساخته می شدند و از سدیم به عنوان سیال کار استفاده می کردند. رسوب شیمیایی بخار لایه تنگستن (W) متصل به سطح داخلی لوله می تواند از تعامل بین سدیم و مواد دیواره سرامیکی جلوگیری کند. عملکرد این لوله ها به طور تجربی در دمای بالای 1100 درجه سانتیگراد تأیید شده است و برای کاربردهای با دمای بالا استفاده می شود، اما ساخت آنها گران است.

ترانسفورماتورهای فرکانس بالا مورد استفاده در ایستگاه های شارژ، جعبه های شارژ و سایر کاربردها عمدتاً از هسته های مغناطیسی، سیم پیچ ها و مواد عایق برای سیم پیچ های ثابت تشکیل شده اند. معمولاً هسته‌های مغناطیسی از مواد مغناطیسی مانند فریت ساخته می‌شوند تا شاخص‌های عملکردی مانند پاسخ فرکانسی و تلفات هسته مغناطیسی را برآورده کنند. ترانسفورماتورهای فرکانس بالا به دلیل مقاومت در برابر حرارت ژول و تلفات جریان گردابی، مقدار زیادی گرما تولید می‌کنند و دنبال کردن حجم کمتر آن‌ها مانع از تهویه مؤثر و اتلاف گرما می‌شود. بنابراین، طراحی یک سیستم اتلاف حرارت موثر برای بدنه ترانسفورماتور و برد مدار PCB برای جلوگیری از داغ شدن بیش از حد دستگاه و اطمینان از عملکرد قابل اطمینان ضروری است. این را می توان از طریق روش های مختلفی مانند خنک کننده هوای اجباری، خنک کننده مایع یا طرح های خنک کننده مخلوط به دست آورد.

در انتخاب سیستم خنک‌کننده برای ایستگاه‌های شارژ خودروهای الکتریکی (جعبه‌های شارژ)، می‌توان از روش خنک‌کننده مختلط لوله حرارتی همراه با صفحات خنک‌کننده مایع برای کمک به اتلاف برق دستگاه‌هایی مانند ماسفت و دستگاه‌های مغناطیسی (مانند سلف و ترانسفورماتور) استفاده کرد. سریع گرم کنید اولین راه حل این است که هوا را به اجبار در داخل محفظه شارژر بچرخانید، در حالی که گرما را از طریق رادیاتور پره آلومینیومی و مجموعه لوله حرارتی به صفحه خنک کننده مایع منتقل کنید. راه حل دوم این است که اجزای مغناطیسی و لوله های حرارتی را با رزین اپوکسی رسانای حرارتی محصور کنیم و گرما را از طریق اجزای لوله حرارتی به صفحه خنک کننده مایع منتقل کنیم.

تحقیقات نشان داده است که لوله حرارتی و اجزای مغناطیسی طرح دوم می توانند به طور کامل گرما را مبادله کنند و گرما را به صفحه خنک شده با مایع با مقاومت حرارتی بسیار کم منتقل کنند. با این حال، راه حل اول به دلیل عدم توانایی رادیاتور پره آلومینیومی در تماس کامل با اجزای مغناطیسی، عملکرد خنک کنندگی کمتری نسبت به محلول آب بندی لوله حرارتی دارد.

با این حال، مقدار قابل توجهی از دست دادن جریان گردابی در هیت سینک های فلزی در طرح های خنک کننده فعلی، مانند هیت سینک های پره آلومینیومی و لوله های حرارتی مسی وجود دارد. این تلفات جریان گردابی ناشی از اجزای مغناطیسی اثرات نامطلوبی بر عملکرد و قابلیت اطمینان شارژرها دارد. سرامیک ها یک ماده عایق الکتریکی هستند که از تولید جریان جلوگیری می کنند و بنابراین جریان گردابی تولید نمی کنند و به طور موثر تلفات جریان گردابی را از بین می برند. آنها به ویژه برای خنک کردن اجزای مغناطیسی با فرکانس بالا، مانند سلف ها و ترانسفورماتورهای فرکانس بالا، مناسب هستند.

لوله های حرارتی سرامیکی یک راه حل خنک کننده ارائه می دهند که در برابر دماهای بالا مقاوم است، ماندگاری طولانی دارد و برای دستگاه های الکترونیکی مغناطیسی با فرکانس بالا مقاوم است. با این حال، به دلیل فرآیندهای تولید پیچیده و زنجیره‌های تامین نابالغ نیز با مسائل هزینه بالایی مواجه است. در حال حاضر، تقاضا برای شارژ سریع DC به سرعت در حال افزایش است و چالش اتلاف حرارت اجزای مغناطیسی پرقدرت و فرکانس بالا در کاربردهای شارژ خودروهای الکتریکی تشدید می‌شود. این امر به ناچار اتلاف مغناطیسی ناکافی رادیاتورهای فلزی را برجسته می کند و مزیت لوله های حرارتی سرامیکی در حذف تلفات جریان گردابی تقویت می شود. بنابراین، انتظار می‌رود که فناوری اتلاف حرارت غیرفعال دو فازی عایق که توسط لوله‌های حرارتی سرامیکی نشان داده می‌شود، چشم‌انداز جدیدی را در زمینه مدیریت حرارتی تجهیزات الکترونیکی با قدرت بالا در وسایل نقلیه الکتریکی باز کند.