Охлаждение фотоэлектрических инверторов с помощью ребристого радиатора
Аккумулятор FIAMM 12FGH36
Исследователи из Университета Маниса Челал Баяр в Турции предложили использовать алюминиевый радиатор skived (HS) для охлаждения матриц биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) в солнечных фотоэлектрических инверторах.
В исследовании «Оценка тепловых характеристик интегрированных испарительных камер с оребрёнными радиаторами для охлаждения фотоэлектрических инверторов в условиях наличия нескольких источников тепла», которое было недавно опубликовано в Практических исследованиях в области теплотехники, учёные объяснили, что на долю IGBT-модулей приходится около 55 % отказов полупроводниковых устройств из-за выделяемого ими тепла. «IGBT-модули в инверторе считаются источниками тепла с высоким тепловым потоком (16,29 Вт/см2)», — уточнили они.
По сравнению с традиционными теплообменниками, теплообменник с наклонными ребрами имеет более высокое соотношение высоты ребер к зазору между ними, которое определяет соотношение между высотой ребер и расстоянием между ними. В предлагаемой конфигурации системы паровые камеры (ПК) интегрированы в теплообменник с наклонными ребрами с высоким коэффициентом удлинения 20, что, как сообщается, снижает сопротивление теплоотводу. В обычных теплообменниках коэффициент удлинения обычно не превышает 10.
В вентильных батареях в качестве рабочей жидкости используется вода. Они состоят из герметичной медной оболочки и фитиля из спечённой меди.
«Рабочая жидкость испаряется под воздействием тепла на стороне испарителя теплообменника, — пояснили учёные. — Испаряющаяся жидкость заполняет испаритель и конденсируется на верхней пластине. Структура фитиля за счёт капиллярных сил возвращает конденсат обратно в секцию испарителя. Замкнутый цикл испарения и конденсации обеспечивает очень высокие показатели теплопроводности».
Чтобы проанализировать эффективность охлаждения нового HS, исследовательская группа учла такие параметры, как расстояние между рёбрами, толщина и соотношение сторон. Также были использованы модели изотропной и ортотропной теплопроводности для проведения серии численных симуляций.
Анализ показал, что благодаря наличию вентиляционных каналов максимальная температура модуля IGBT может быть снижена примерно на 6,63 °C при скорости набегающего потока воздуха 7,5 м/с.
Исследователи также обнаружили, что VC-элементы помогают снизить максимальную температуру поверхности в зависимости от толщины базовой пластины. Критическое соотношение сторон (высота/расстояние) для HS с зачищенными краями составляет 20, и дальнейшее увеличение соотношения сторон после 20 не оказывает существенного влияния на снижение температуры», — добавили они.
В исследовательской работе не приводится конкретная информация о потенциальных производственных затратах или их увеличении по сравнению с обычным охлаждением фотоэлектрических инверторов.
«Можно сделать вывод, что пластинчатый теплообменник с принудительной конвекцией обеспечивает более эффективное охлаждение мощного электронного оборудования по сравнению с обычными пластинчатыми теплообменниками, — заключили учёные. — Кроме того, в будущих работах можно будет оптимизировать пластинчатый теплообменник с принудительной конвекцией в условиях естественной конвекции».