Устройства охлаждения, охладители и методы охлаждения

Благодаря потерям в силовых модулях, тепловой потенциал должен быть рассеян при помощи теплоотводов, которые предоставляют дополнительную поверхность для конвекции и излучения, распределение теплового потока, а также уменьшение интенсивности переходных температурных процессов. Благодаря своей изоляции все силовые модули одной системы крепятся на один общий теплоотвод, который также может быть элементом конструкции (корпус, шасси, и т.п.)

Рис. 3.15. Результаты испытаний срока службы LESIT

Рассеивание тепла на радиаторе работает по принципу, что тепло рассеивается охладителем при прямой передаче или через теплоноситель. Теплоносителем может быть воздух, вода или (более редко) изоляционное масло, которое циркулирует при помощи гравитации, вентиляторов или насосов.

Далее мы бы хотели уделить внимание только естественным (свободная конвекция), принудительным воздушным и водяным охлаждающим системам с одной цепью охлаждения, так как более сложные способы охлаждения являются специфическими и масляное охлаждение редко используется с силовыми модулями.

Теплоотвод должен быть из материала с оптимальным распределением тепла (высокий коэффициент теплопроводности l), с приемлемой стоимостью обработки. Поэтому, часто предпочтителен алюминий (l = 247 Вт/К·м для чистого алюминия), в специальных случаях также используется медь (l = 398 Вт/К·м). Учитывается зависимость распределения тепла от процесса производства и используемого припоя; реальные радиаторы показывают значения l между 150 Вт/К·м (штампованный алюминиевый сплав) и 220 Вт/К·м (AlMgSi-прессованный материал).

Распределение тепла имеет значительное влияние на эффективность теплоотвода. Поэтому оптимальная толщина основания, число ребер, их толщина и высота очень важны:

• основание радиатора это его часть поверхности без ребер, где градиент температуры к основной пластине модуля относительно низкий и где распространяется тепло.
• Ребра воздушного радиатора используются для рассеяния основного тепла в окружающую среду с помощью излучения и конвекции. В водяных радиаторах эту задачу выполняют конструкционные водяные каналы.

Rthha = DT/P_tot = 1/(a · A)

Вытекает из Q = a · A · DT = P_tot

(Q: количество рассеиваемого тепла, a - коэффициент теплопроводности, А: площадь передачи тепла, DT - разность температур с окружающей средой, P_tot: рассеиваемая мощность, R_thha : сопротивление теплоотдаче радиатора)

Рекомендуют выполнять большое число ребер для возрастания рассеивающей поверхности. Но это должно гарантировать, что поставленные условия охлаждения значительно не уменьшат a.

В соответствии с этими выводами, можно вычесть различия в критериях оптимизации теплоотводов с естественным и принудительным охлаждением.

Радиатор нагревается более равномерно при возрастании рассеиваемой мощности, т.е. расширяется эффективная поверхность теплообмена; на рис.3.16 поверхность теплообмена расширяется при увеличении длины теплоотвода.