Kerámia hőcső hűtőrendszer nagy teljesítményű mágneses alkatrészekhez
A kerámia hőcsövek felépítése és működési elve hasonló a fém hőcsövekéhez (például a réz vízhőcsövekhez). A kerámia hőcsövek csövei azonban nagy hővezető képességű, nem porózus kerámia anyagokból szinterezve vannak, a folyadékelnyelő mag pedig porózus kerámiából van égetve, amely belül munkafolyadékkal van megtöltve. Ha a csővezeték (párologtató) egyik végére hőt alkalmaznak, a csővezetékben lévő folyadék elpárolog, majd a gőz a csővezeték másik végébe (kondenzátor) áramlik, amely általában érintkezik a radiátorral vagy a hűtőközeggel. . Amikor a gőz hőt bocsát ki a hűvösebb végbe, az folyadékká kondenzálódik, és a porózus kerámia anyagok kapilláris hatására visszatér az elpárologtató részbe. Ismételje meg ezt a ciklust a hő hatékony átviteléhez a csővezeték meleg végéről a hideg végére.
A legkorábbi kerámia hőcső 1975-re vezethető vissza. A korai kerámia hőcsövek szilícium-karbidból (SiC) készültek, és nátriumot használtak munkaközegként. A cső belső felületéhez rögzített wolframréteg (W) kémiai gőzlerakódása megakadályozhatja a nátrium és a kerámia falanyag közötti kölcsönhatást. Ezeknek a csöveknek a funkcióit kísérletileg igazolták akár 1100 °C hőmérsékleten is, és magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz használják, de gyártásuk költséges.
A töltőállomásokban, töltődobozokban és más alkalmazásokban használt nagyfrekvenciás transzformátorok főként mágneses magokból, tekercsekből és rögzített tekercsek szigetelőanyagaiból állnak. Általában a mágneses magok mágneses anyagokból, például ferritből készülnek, hogy megfeleljenek az olyan teljesítménymutatóknak, mint a frekvencia-válasz és a mágneses magvesztés. A nagyfrekvenciás transzformátorok nagy mennyiségű hőt termelnek az ellenállás-joule hő- és örvényáram-veszteségek miatt, és a kisebb térfogat elérésére való törekvésük akadályozza a hatékony szellőzést és a hőleadást. Ezért szükséges egy hatékony hőelvezetési rendszert kialakítani a transzformátortesthez és a PCB áramköri laphoz, hogy megakadályozzuk a készülék túlmelegedését és biztosítsuk a megbízható működést. Ez különféle módszerekkel érhető el, például léghűtés, folyadékhűtés vagy vegyes hűtés.
Az elektromos jármű töltőállomások (töltődobozok) hűtőrendszerének kiválasztásakor a hőcső vegyes hűtési módszere folyadékhűtő lemezekkel kombinálva használható az olyan tápegységek, mint a MOSFET és a mágneses eszközök (például induktorok és transzformátorok) elvezetésének elősegítésére. gyorsan felmelegítjük. Az első megoldás a levegő keringtetése a töltőházon belül, miközben hőt adnak át a folyadékhűtő lemeznek egy alumínium bordás radiátor és hőcső szerelvényen keresztül. A második megoldás az, hogy a mágneses alkatrészeket és a hőcsöveket hővezető epoxigyantával együtt kapszulázzák, és a hőcső komponensein keresztül hőt adnak át a folyadékhűtő lemezre.
A kutatások kimutatták, hogy a második séma hőcső és mágneses komponensei teljes mértékben képesek hőcserélni, és nagyon alacsony hőellenállás mellett hőt adnak át a folyadékhűtésű lemeznek. Az első megoldás azonban alacsonyabb hűtési teljesítménnyel rendelkezik, mint a hőcső tömítő megoldása, mivel az alumínium bordás radiátor nem képes teljes mértékben érintkezni a mágneses alkatrészekkel.
Jelentős mértékű örvényáram-veszteség van azonban a fém hűtőbordákban a jelenlegi hűtési rendszerekben, mint például az alumínium bordás hűtőbordák és a réz hőcsövek. Ezek a mágneses alkatrészek által okozott örvényáram-veszteségek káros hatással vannak a töltők teljesítményére és megbízhatóságára. A kerámia olyan elektromos szigetelőanyag, amely megakadályozza az áram keletkezését, ezért nem hoz létre örvényáramot, hatékonyan kiküszöbölve az örvényáram-veszteséget. Különösen alkalmasak nagyfrekvenciás mágneses alkatrészek, például nagyfrekvenciás induktorok és transzformátorok hűtésére.
A kerámia hőcsövek magas hőmérsékletnek ellenálló, hosszú élettartamú és alacsony veszteségű hűtési megoldást biztosítanak a nagyfrekvenciás mágneses elektronikai eszközök számára. Ugyanakkor a bonyolult gyártási folyamatok és az éretlen ellátási láncok miatt magas költségekkel is szembesül. Jelenleg az egyenáramú gyorstöltés iránti kereslet gyorsan növekszik, és az elektromos járművek töltési alkalmazásaiban a nagy teljesítményű és nagyfrekvenciás mágneses alkatrészek hőelvezetési kihívása fokozódik. Ez elkerülhetetlenül rávilágít a fémradiátorok elégtelen mágneses veszteségére, és felerősödik a kerámia hőcsövek előnye az örvényáram-veszteségek kiküszöbölésében. Ezért a kerámia hőcsövek által képviselt szigetelő kétfázisú passzív hőelvezetési technológia várhatóan új távlatokat nyit az elektromos járművek nagy teljesítményű elektronikus berendezéseinek hőkezelése terén.
