Hladilni sistem s keramičnimi toplotnimi cevmi za magnetne komponente visoke moči
Struktura in princip delovanja keramičnih toplotnih cevi sta podobna kovinskim toplotnim cevem (kot so bakrene vodne toplotne cevi). Vendar pa so cevi keramičnih toplotnih cevi sintrane iz neporoznih keramičnih materialov z visoko toplotno prevodnostjo, jedro, ki absorbira tekočino, pa je žgano iz porozne keramike, ki je v notranjosti napolnjena z delovno tekočino. Ko se toplota dovaja na en konec cevovoda (uparjalnik), bo tekočina v cevovodu izhlapela, nato pa bo para stekla na drugi konec cevovoda (kondenzator), ki je običajno v stiku z radiatorjem ali hladilnim medijem. . Ko para sprosti toploto hladnejšemu koncu, kondenzira v tekočino in se vrne v del uparjalnika skozi kapilarno delovanje v poroznih keramičnih materialih. Ponovite ta cikel za učinkovit prenos toplote z vročega konca cevovoda na hladen konec.
Najzgodnejšo keramično toplotno cev sega v leto 1975. Zgodnje keramične toplotne cevi so bile izdelane iz silicijevega karbida (SiC) in so kot delovno tekočino uporabljale natrij. Kemično naparjanje sloja volframa (W), pritrjenega na notranjo površino cevi, lahko prepreči interakcijo med natrijem in keramičnimi stenskimi materiali. Funkcije teh cevi so bile eksperimentalno preverjene pri temperaturah do 1100 stopinj C in se uporabljajo za uporabo pri visokih temperaturah, vendar je njihova proizvodnja draga.
Visokofrekvenčni transformatorji, ki se uporabljajo v polnilnih postajah, polnilnih omaricah in drugih aplikacijah, so v glavnem sestavljeni iz magnetnih jeder, navitij in izolacijskih materialov za fiksna navitja. Običajno so magnetna jedra izdelana iz magnetnih materialov, kot je ferit, da ustrezajo kazalcem delovanja, kot sta frekvenčni odziv in izguba magnetnega jedra. Visokofrekvenčni transformatorji ustvarjajo veliko količino toplote zaradi odpornosti Joulove toplote in izgub na vrtinčne tokove, njihovo prizadevanje za manjši volumen pa ovira učinkovito prezračevanje in odvajanje toplote. Zato je treba oblikovati učinkovit sistem za odvajanje toplote za ohišje transformatorja in tiskano vezje, da se prepreči pregrevanje naprave in zagotovi zanesljivo delovanje. To je mogoče doseči z različnimi metodami, kot so prisilno zračno hlajenje, tekočinsko hlajenje ali mešane hladilne sheme.
Pri izbiri hladilnega sistema za polnilne postaje za električna vozila (polnilne omarice) se lahko uporabi mešana metoda hlajenja toplotne cevi v kombinaciji s tekočimi hladilnimi ploščami za pomoč pri razpršitvi napajalnih naprav, kot so MOSFET-ji in magnetne naprave (kot so induktorji in transformatorji). hitro segreje. Prva rešitev je prisilno kroženje zraka znotraj ohišja polnilnika, medtem ko se toplota prenaša na ploščo za hladilno tekočino skozi radiator z aluminijastimi rebri in sklop toplotne cevi. Druga rešitev je enkapsulacija magnetnih komponent in toplotnih cevi skupaj s toplotno prevodno epoksidno smolo in prenos toplote na tekočo hladilno ploščo skozi komponente toplotnih cevi
Raziskave so pokazale, da lahko toplotna cev in magnetne komponente druge sheme v celoti izmenjujejo toploto in prenašajo toploto na tekočinsko hlajeno ploščo z zelo nizko toplotno odpornostjo. Vendar ima prva rešitev nižjo učinkovitost hlajenja kot rešitev za tesnjenje toplotne cevi zaradi nezmožnosti radiatorja z aluminijastimi rebri, da v celoti pride v stik z magnetnimi komponentami.
Vendar pa obstaja precejšnja količina izgube zaradi vrtinčnih tokov v kovinskih hladilnih odvodih v trenutnih hladilnih shemah, kot so hladilni odvodi z aluminijastimi rebri in bakrene toplotne cevi. Te izgube zaradi vrtinčnih tokov, ki jih povzročajo magnetne komponente, negativno vplivajo na delovanje in zanesljivost polnilnikov. Keramika je električni izolacijski material, ki preprečuje nastajanje toka in zato ne ustvarja vrtinčnih tokov, kar učinkovito odpravlja izgube zaradi vrtinčnih tokov. Še posebej so primerni za hlajenje visokofrekvenčnih magnetnih komponent, kot so visokofrekvenčni induktorji in transformatorji.
Keramične toplotne cevi zagotavljajo hladilno rešitev, ki je odporna na visoke temperature, dolgotrajna in ima nizke izgube za visokofrekvenčne magnetne elektronske naprave. Vendar pa se sooča tudi z visokimi stroški zaradi zapletenih proizvodnih procesov in nerazvitih dobavnih verig. Trenutno povpraševanje po hitrem polnjenju z enosmernim tokom hitro narašča in izziv odvajanja toplote visokozmogljivih in visokofrekvenčnih magnetnih komponent v aplikacijah za polnjenje električnih vozil se stopnjuje. To bo neizogibno poudarilo nezadostne magnetne izgube kovinskih radiatorjev, prednost keramičnih toplotnih cevi pri odpravljanju izgub zaradi vrtinčnih tokov pa bo še večja. Zato se pričakuje, da bo izolacijska dvofazna pasivna tehnologija odvajanja toplote, ki jo predstavljajo keramične toplotne cevi, odprla nove možnosti na področju toplotnega upravljanja visokozmogljive elektronske opreme v električnih vozilih.
