نظام تبريد أنابيب الحرارة السيراميكية للمكونات المغناطيسية عالية الطاقة
يشبه هيكل ومبدأ عمل أنابيب الحرارة الخزفية تلك الخاصة بأنابيب الحرارة المعدنية (مثل أنابيب تسخين المياه النحاسية). ومع ذلك، فإن أنابيب أنابيب الحرارة الخزفية يتم تلبيدها من الموصلية الحرارية العالية، والمواد الخزفية غير المسامية، ويتم إطلاق قلب امتصاص السائل من السيراميك المسامي، والذي يتم ملؤه بسائل العمل بالداخل. عندما يتم تطبيق الحرارة على أحد طرفي خط الأنابيب (المبخر)، فإن السائل الموجود داخل خط الأنابيب سوف يتبخر، ومن ثم يتدفق البخار إلى الطرف الآخر من خط الأنابيب (المكثف)، والذي عادة ما يكون على اتصال مع المبرد أو وسط التبريد . عندما يطلق البخار الحرارة إلى الطرف الأكثر برودة، فإنه يتكثف إلى سائل ويعود إلى قسم المبخر من خلال العمل الشعري في المواد الخزفية المسامية. كرر هذه الدورة لنقل الحرارة بشكل فعال من الطرف الساخن لخط الأنابيب إلى الطرف البارد.
يمكن إرجاع أقدم أنابيب الحرارة الخزفية إلى عام 1975. كانت أنابيب الحرارة الخزفية المبكرة مصنوعة من كربيد السيليكون (SiC) واستخدمت الصوديوم كمائع عمل. يمكن أن يؤدي ترسيب البخار الكيميائي لطبقة التنغستن (W) المرتبطة بالسطح الداخلي للأنبوب إلى منع التفاعل بين مواد الجدار المصنوعة من الصوديوم والسيراميك. تم التحقق تجريبيًا من وظائف هذه الأنابيب عند درجات حرارة تصل إلى 1100 درجة مئوية، وتستخدم في التطبيقات ذات درجات الحرارة المرتفعة، إلا أن تصنيعها مكلف.
تتكون المحولات عالية التردد المستخدمة في محطات الشحن وصناديق الشحن والتطبيقات الأخرى بشكل أساسي من النوى المغناطيسية والملفات والمواد العازلة للملفات الثابتة. عادة، يتم تصنيع النوى المغناطيسية من مواد مغناطيسية مثل الفريت لتلبية مؤشرات الأداء مثل استجابة التردد وفقدان النواة المغناطيسية. تولد المحولات عالية التردد كمية كبيرة من الحرارة بسبب مقاومة حرارة الجول وفقدان التيار الدوامي، كما أن سعيها للحصول على حجم أصغر يعيق التهوية الفعالة وتبديد الحرارة. لذلك، من الضروري تصميم نظام فعال لتبديد الحرارة لجسم المحول ولوحة دائرة PCB لمنع ارتفاع درجة حرارة الجهاز وضمان التشغيل الموثوق. ويمكن تحقيق ذلك من خلال طرق مختلفة، مثل تبريد الهواء القسري، أو التبريد السائل، أو أنظمة التبريد المختلطة.
عند اختيار نظام التبريد لمحطات شحن المركبات الكهربائية (صناديق الشحن)، يمكن استخدام طريقة تبريد مختلطة لأنابيب الحرارة جنبًا إلى جنب مع ألواح التبريد السائلة لمساعدة أجهزة الطاقة مثل MOSFETs والأجهزة المغناطيسية (مثل المحاثات والمحولات) على التبديد الحرارة بسرعة. الحل الأول هو فرض دوران الهواء داخل علبة الشاحن، مع نقل الحرارة إلى لوحة التبريد السائلة من خلال مشعاع من الألومنيوم ومجموعة أنابيب الحرارة. الحل الثاني هو تغليف المكونات المغناطيسية وأنابيب الحرارة مع راتنجات الايبوكسي الموصلة للحرارة، ونقل الحرارة إلى لوحة التبريد السائلة من خلال مكونات الأنابيب الحرارية
أظهرت الأبحاث أن الأنابيب الحرارية والمكونات المغناطيسية للمخطط الثاني يمكنها تبادل الحرارة بالكامل، ونقل الحرارة إلى اللوحة المبردة بالسائل بمقاومة حرارية منخفضة جدًا. ومع ذلك، فإن الحل الأول يتميز بأداء تبريد أقل من محلول إغلاق الأنابيب الحرارية بسبب عدم قدرة المبرد ذي الزعانف المصنوعة من الألومنيوم على الاتصال الكامل بالمكونات المغناطيسية.
ومع ذلك، هناك قدر كبير من فقدان التيار الدوامي في المشتتات الحرارية المعدنية في أنظمة التبريد الحالية، مثل المشتتات الحرارية ذات الزعانف المصنوعة من الألومنيوم وأنابيب الحرارة النحاسية. إن خسائر التيار الدوامي هذه الناتجة عن المكونات المغناطيسية لها آثار سلبية على أداء وموثوقية أجهزة الشحن. السيراميك عبارة عن مادة عازلة للكهرباء تمنع توليد التيار وبالتالي لا تولد تيارات إيدي، مما يقضي بشكل فعال على خسائر التيار الدوامي. وهي مناسبة بشكل خاص لتبريد المكونات المغناطيسية عالية التردد، مثل المحاثات والمحولات عالية التردد.
توفر أنابيب الحرارة الخزفية حل تبريد مقاوم لدرجات الحرارة المرتفعة، ويدوم طويلاً، ومنخفض الخسارة للأجهزة الإلكترونية المغناطيسية عالية التردد. ومع ذلك، فإنها تواجه أيضًا مشكلات التكلفة العالية بسبب عمليات التصنيع المعقدة وسلاسل التوريد غير الناضجة. في الوقت الحاضر، يتزايد الطلب على الشحن السريع بالتيار المستمر بسرعة، ويتزايد تحدي تبديد الحرارة للمكونات المغناطيسية عالية الطاقة وعالية التردد في تطبيقات شحن المركبات الكهربائية. سيؤدي هذا حتماً إلى تسليط الضوء على الفقد المغناطيسي غير الكافي للمشعات المعدنية، وسيتم تضخيم ميزة أنابيب الحرارة الخزفية في القضاء على فقدان التيار الدوامي. لذلك، من المتوقع أن تفتح تقنية تبديد الحرارة السلبي العازلة على مرحلتين، الممثلة بأنابيب الحرارة الخزفية، آفاقًا جديدة في مجال الإدارة الحرارية للمعدات الإلكترونية عالية الطاقة في السيارات الكهربائية.
