고출력 자성 부품용 세라믹 히트파이프 냉각 시스템
세라믹 히트파이프의 구조와 작동 원리는 금속 히트파이프(예: 구리수 히트파이프)와 유사합니다. 그러나 세라믹 히트파이프의 파이프는 열전도율이 높은 비다공성 세라믹 재료로 소결되며, 액체 흡수 코어는 다공성 세라믹에서 소성되며 내부에는 작동 유체가 채워져 있습니다. 파이프라인의 한쪽 끝(증발기)에 열이 가해지면 파이프라인 내부의 유체가 증발한 다음 증기는 일반적으로 라디에이터나 냉각 매체와 접촉하는 파이프라인(응축기)의 다른 쪽 끝으로 흐릅니다. . 증기가 더 차가운 쪽으로 열을 방출하면 액체로 응축되어 다공성 세라믹 재료의 모세관 현상을 통해 증발기 부분으로 돌아갑니다. 파이프라인의 뜨거운 끝 부분에서 차가운 끝 부분으로 열을 효과적으로 전달하려면 이 주기를 반복하십시오.
최초의 세라믹 히트 파이프는 1975년으로 거슬러 올라갑니다. 초기 세라믹 히트 파이프는 탄화규소(SiC)로 만들어졌으며 나트륨을 작동 유체로 사용했습니다. 튜브 내부 표면에 부착된 텅스텐(W) 층의 화학 기상 증착은 나트륨과 세라믹 벽 재료 사이의 상호 작용을 방지할 수 있습니다. 이들 파이프의 기능은 1100℃에 달하는 고온에서 실험적으로 검증되었으며 고온용으로 사용되지만 제조단가가 비싸다.
충전소, 충전 박스 및 기타 응용 분야에 사용되는 고주파 변압기는 주로 자기 코어, 권선 및 고정 권선용 절연 재료로 구성됩니다. 일반적으로 자기 코어는 주파수 응답, 자기 코어 손실 등의 성능 지표를 충족하기 위해 페라이트와 같은 자성 재료로 만들어집니다. 고주파 변압기는 저항줄열(Joule Heat)과 와전류 손실(Eddy Current Loss)로 인해 많은 양의 열이 발생하며, 작은 부피를 추구하는 경우 효과적인 환기 및 방열을 방해합니다. 따라서 장치 과열을 방지하고 안정적인 작동을 보장하려면 변압기 본체와 PCB 회로 기판에 효과적인 방열 시스템을 설계해야 합니다. 이는 강제 공기 냉각, 액체 냉각 또는 혼합 냉각 방식과 같은 다양한 방법을 통해 달성할 수 있습니다.
전기차 충전소(충전박스) 냉각 시스템 선정 시, 히트파이프와 액체 냉각판을 결합한 혼합 냉각 방식을 적용해 MOSFET 등의 전력소자 및 인덕터, 변압기 등의 자기소자 소멸을 도울 수 있다. 빨리 가열하세요. 첫 번째 해결책은 충전기 하우징 내부의 공기 순환을 강제하는 동시에 알루미늄 핀 라디에이터와 히트 파이프 어셈블리를 통해 액체 냉각판으로 열을 전달하는 것입니다. 두 번째 해결책은 자성 부품과 히트 파이프를 열 전도성 에폭시 수지와 함께 캡슐화하고 히트 파이프 부품을 통해 액체 냉각판에 열을 전달하는 것입니다.
연구에 따르면 두 번째 방식의 히트 파이프와 자기 구성 요소는 열을 완전히 교환하여 매우 낮은 열 저항으로 액체 냉각판에 열을 전달할 수 있는 것으로 나타났습니다. 그러나 첫 번째 솔루션은 알루미늄 핀 라디에이터가 자성 부품과 완전히 접촉할 수 없기 때문에 히트 파이프 밀봉 솔루션보다 냉각 성능이 낮습니다.
그러나 알루미늄 핀 방열판 및 구리 히트 파이프와 같은 현재 냉각 방식의 금속 방열판에는 상당한 양의 와전류 손실이 있습니다. 자기 부품으로 인해 발생하는 이러한 와전류 손실은 충전기의 성능과 신뢰성에 부정적인 영향을 미칩니다. 세라믹은 전류 발생을 방지하여 와전류를 발생시키지 않는 전기 절연 재료로 와전류 손실을 효과적으로 제거합니다. 이는 고주파 인덕터 및 변압기와 같은 고주파 자기 부품을 냉각하는 데 특히 적합합니다.
세라믹 히트파이프는 고주파 자기 전자 장치에 고온에 강하고 오래 지속되며 손실이 적은 냉각 솔루션을 제공합니다. 그러나 복잡한 제조 공정과 미성숙한 공급망으로 인해 높은 비용 문제도 직면하고 있습니다. 현재 DC 고속 충전에 대한 수요가 급격히 증가하고 있으며 전기 자동차 충전 애플리케이션에서 고전력 및 고주파 자기 부품의 방열 문제가 더욱 심화되고 있습니다. 이로 인해 금속 라디에이터의 자기 손실이 불충분하다는 점이 필연적으로 부각될 것이며, 와전류 손실을 제거하는 세라믹 히트 파이프의 장점이 증폭될 것입니다. 따라서 세라믹 히트파이프로 대표되는 절연 2상 수동형 방열 기술은 전기자동차의 고출력 전력전자기기의 열관리 분야에 새로운 지평을 열 것으로 기대된다.
