Keramisk varmerørskjølesystem for magnetiske komponenter med høy effekt
Strukturen og arbeidsprinsippet til keramiske varmerør ligner på metallvarmerør (som kobbervannvarmerør). Imidlertid er rørene til keramiske varmerør sintret fra høy termisk ledningsevne, ikke-porøse keramiske materialer, og den væskeabsorberende kjernen avfyres fra porøs keramikk, som er fylt med arbeidsvæske inni. Når varme påføres den ene enden av rørledningen (fordamperen), vil væsken inne i rørledningen fordampe, og deretter vil dampen strømme til den andre enden av rørledningen (kondensatoren), som vanligvis er i kontakt med radiatoren eller kjølemediet. . Når damp frigjør varme til den kjøligere enden, kondenserer den til en væske og går tilbake til fordamperdelen gjennom kapillærvirkning i porøse keramiske materialer. Gjenta denne syklusen for å effektivt overføre varme fra den varme enden av rørledningen til den kalde enden.
Det tidligste keramiske varmerøret kan spores tilbake til 1975. Tidlige keramiske varmerør ble laget av silisiumkarbid (SiC) og brukte natrium som arbeidsvæske. Den kjemiske dampavsetningen av wolfram (W) laget festet til den indre overflaten av røret kan forhindre interaksjonen mellom natrium og keramiske veggmaterialer. Funksjonene til disse rørene er eksperimentelt verifisert ved temperaturer så høye som 1100 grader C og brukes til høytemperaturapplikasjoner, men de er dyre å produsere.
Høyfrekvente transformatorer som brukes i ladestasjoner, ladebokser og andre applikasjoner er hovedsakelig sammensatt av magnetiske kjerner, viklinger og isolasjonsmaterialer for faste viklinger. Vanligvis er magnetiske kjerner laget av magnetiske materialer som ferritt for å møte ytelsesindikatorer som frekvensrespons og magnetisk kjernetap. Høyfrekvente transformatorer genererer en stor mengde varme på grunn av motstand Joule varme og virvelstrømstap, og deres jakt på mindre volum hindrer effektiv ventilasjon og varmeavledning. Derfor er det nødvendig å designe et effektivt varmeavledningssystem for transformatorkroppen og PCB-kretskortet for å forhindre overoppheting av enheten og sikre pålitelig drift. Dette kan oppnås gjennom ulike metoder, for eksempel tvungen luftkjøling, væskekjøling eller blandede kjøleordninger.
Ved valg av kjølesystem for ladestasjoner for elektriske kjøretøy (ladebokser), kan en blandet kjølemetode med varmerør kombinert med væskekjøleplater brukes for å hjelpe til med strømforsyning av enheter som MOSFET-er og magnetiske enheter (som induktorer og transformatorer) varme raskt. Den første løsningen er å tvinge luftsirkulasjon inne i laderhuset, mens varme overføres til væskekjøleplaten gjennom en aluminiumsfinne-radiator og varmerør. Den andre løsningen er å kapsle inn de magnetiske komponentene og varmerørene sammen med termisk ledende epoksyharpiks, og overføre varme til væskekjøleplaten gjennom varmerørkomponentene
Forskning har vist at varmerøret og de magnetiske komponentene i den andre ordningen kan utveksle varme fullt ut, og overføre varme til den væskekjølte platen med svært lav termisk motstand. Den første løsningen har imidlertid lavere kjøleytelse enn varmerørforseglingsløsningen på grunn av manglende evne til aluminiumfinne-radiatoren til å komme i full kontakt med de magnetiske komponentene.
Imidlertid er det en betydelig mengde virvelstrømtap i kjøleribber av metall i gjeldende kjølesystemer, slik som kjøleribber med aluminiumslam og kobbervarmerør. Disse virvelstrømtapene forårsaket av magnetiske komponenter har negative effekter på ytelsen og påliteligheten til ladere. Keramikk er et elektrisk isolasjonsmateriale som forhindrer generering av strøm og derfor ikke genererer virvelstrømmer, noe som effektivt eliminerer virvelstrømstap. De er spesielt egnet for kjøling av høyfrekvente magnetiske komponenter, som høyfrekvente induktorer og transformatorer.
Keramiske varmerør gir en kjøleløsning som er motstandsdyktig mot høye temperaturer, langvarig og lavt tap for høyfrekvente magnetiske elektroniske enheter. Imidlertid står det også overfor høye kostnadsproblemer på grunn av komplekse produksjonsprosesser og umodne forsyningskjeder. For tiden øker etterspørselen etter DC-hurtiglading raskt, og varmespredningsutfordringen til høyeffekt- og høyfrekvente magnetiske komponenter i ladeapplikasjoner for elektriske kjøretøyer intensiveres. Dette vil uunngåelig fremheve det utilstrekkelige magnetiske tapet til metallradiatorer, og fordelen med keramiske varmerør for å eliminere virvelstrømstap vil bli forsterket. Derfor forventes isolasjonsto-fase passiv varmeavledningsteknologi representert av keramiske varmerør å åpne opp nye muligheter innen termisk styring av elektronisk utstyr med høy effekt i elektriske kjøretøy.
