本申請(qǐng)涉及電容器填充聚氨酯的熱交換，尤其涉及一種冷卻系統(tǒng)及方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、以聚丙烯為基材的金屬化薄膜電容器在工作時(shí)，因材料本征損耗產(chǎn)生熱量，在元件中心（芯軸附近）形成最熱點(diǎn)。高溫環(huán)境下，bopp薄膜電阻率呈指數(shù)級(jí)下降，介電損耗與泄漏電流急劇增加，耐壓能力顯著降低，導(dǎo)致電容器無法穩(wěn)定工作。由于電容器材料不具備熱量消耗能力，需將內(nèi)部熱量擴(kuò)散至外部殼體，再通過熱輻射或熱對(duì)流傳遞至周圍空氣，以維持其性能穩(wěn)定。因此，良好的散熱條件是確保該類電容器安全運(yùn)行的必要保障。
2、當(dāng)前該類電容器的散熱方式主要依賴聚氨酯填充物的本征導(dǎo)熱性能。但由于水性聚氨酯在直流干式電容器應(yīng)用中，其溶劑水長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)氣化破壞電容器結(jié)構(gòu)、降低絕緣性能并引發(fā)用電風(fēng)險(xiǎn)。因此，非水性聚氨酯成為主要灌封材料。然而，非水性聚氨酯材料的本征熱導(dǎo)率較低（約），為提升傳熱效率，常引入氧化鋁、碳化硅等一維導(dǎo)熱填料及石墨烯、氮化硼等二維導(dǎo)熱填料形成導(dǎo)熱增強(qiáng)型聚氨酯復(fù)合材料體系。
3、在現(xiàn)有的導(dǎo)熱增強(qiáng)型聚氨酯復(fù)合材料體系中，導(dǎo)熱填料呈無規(guī)分布，需添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)超25%的填料才能通過相互搭接形成有效導(dǎo)熱通路。但高濃度填料的引入不僅顯著增加材料成本，還易引發(fā)填料團(tuán)聚，導(dǎo)致導(dǎo)熱路徑構(gòu)建受阻。從填料維度特性分析，一維導(dǎo)熱填料雖具備各向同性導(dǎo)熱特征，只需在基體中均勻分散即可發(fā)揮作用，但仍無法規(guī)避高填充量帶來的體系缺陷；二維導(dǎo)熱填料如六方氮化硼雖具備優(yōu)異的面內(nèi)熱導(dǎo)率（），但其面外熱導(dǎo)率（）與面內(nèi)熱導(dǎo)率存在兩個(gè)數(shù)量級(jí)的差異，導(dǎo)致垂直于填料平面方向的熱傳導(dǎo)路徑嚴(yán)重受阻。上述一維填料的高填充量局限性與二維填料的各向異性導(dǎo)熱瓶頸，共同制約著復(fù)合材料熱傳導(dǎo)效率的提升，亟需開發(fā)兼具低填充量、各向協(xié)同導(dǎo)熱特性的新型熱管理技術(shù)路徑。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本申請(qǐng)的目的是提供一種冷卻系統(tǒng)及方法及應(yīng)用，用于解決現(xiàn)有的導(dǎo)熱復(fù)合體系填充量大、各向協(xié)同導(dǎo)熱性能不佳的問題。
2、為達(dá)到上述技術(shù)目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N冷卻系統(tǒng)，包括復(fù)合導(dǎo)熱模塊、溫度控制模塊、電場(chǎng)控制模塊；
3、復(fù)合導(dǎo)熱模塊用于通過樹脂和介電各向異性納米片進(jìn)行熱傳導(dǎo)；
4、溫度控制模塊用于建立溫差場(chǎng)在復(fù)合導(dǎo)熱模塊內(nèi)部形成溫度梯度；
5、電場(chǎng)控制模塊用于為復(fù)合導(dǎo)熱模塊提供電場(chǎng)；
6、溫度控制模塊和電場(chǎng)控制模塊共同作用用于誘導(dǎo)介電各向異性納米片在樹脂內(nèi)部形成定向結(jié)構(gòu)以提高復(fù)合導(dǎo)熱模塊的熱導(dǎo)率。
7、進(jìn)一步地，溫度控制模塊包括低溫控制區(qū)和高溫控制區(qū)；低溫控制區(qū)和高溫控制區(qū)的溫差值為100~140℃。
8、進(jìn)一步地，低溫控制區(qū)包括導(dǎo)熱片、冷凝裝置，冷凝裝置貼合于導(dǎo)熱片用于給導(dǎo)熱片供冷；高溫控制區(qū)包括導(dǎo)熱片和加熱裝置，加熱裝置貼合于導(dǎo)熱片用于給導(dǎo)熱片供熱。
9、進(jìn)一步地，冷凝裝置包括導(dǎo)管；導(dǎo)管內(nèi)容納有低溫流體，低溫流體用于流經(jīng)導(dǎo)管以對(duì)導(dǎo)熱片進(jìn)行均勻冷卻；加熱裝置包括電阻加熱元件；電阻加熱元件與導(dǎo)熱片熱耦合，用于對(duì)導(dǎo)熱片進(jìn)行均勻加熱。
10、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N冷卻方法，包括以下步驟：
11、步驟s1，將介電各向異性納米片均勻分散在樹脂中，得到復(fù)合導(dǎo)熱體系；
12、步驟s2，將復(fù)合導(dǎo)熱體系填充至電器元件內(nèi)部，在電器元件相對(duì)兩側(cè)面施加低溫場(chǎng)與高溫場(chǎng)形成溫差場(chǎng)，同時(shí)在同一相對(duì)兩側(cè)面施加直流電場(chǎng)；
13、步驟s3，當(dāng)介電各向異性納米片定向排列形成有序的取向結(jié)構(gòu)時(shí)，撤掉直流電場(chǎng)和溫差場(chǎng)，對(duì)復(fù)合導(dǎo)熱體系進(jìn)行固化，在電器元件內(nèi)部形成具有高熱導(dǎo)率的定向?qū)狍w系。
14、進(jìn)一步地，復(fù)合導(dǎo)熱體系中，介電各向異性納米片的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～30%；電場(chǎng)強(qiáng)度小于50v/cm。
15、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N應(yīng)用，采用冷卻系統(tǒng)或冷卻方法對(duì)電器元件進(jìn)行冷卻處理。
16、進(jìn)一步地，電器元件包括電容器、變壓器、功率模塊、集成電路、印刷電路板、散熱片、電抗器。
17、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N高熱導(dǎo)率電器元件的制備方法，將介電各向異性納米片和樹脂填充于電器元件內(nèi)部，采用冷卻系統(tǒng)進(jìn)行制備；或采用冷卻方法進(jìn)行制備。
18、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N高熱導(dǎo)率電器元件，采用高熱導(dǎo)率電器元件的制備方法制備得到；電器元件內(nèi)部填充有樹脂和介電各向異性納米片。
19、綜上所述，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過溫度控制模塊與電場(chǎng)控制模塊的協(xié)同作用，為復(fù)合導(dǎo)熱模塊構(gòu)建溫差場(chǎng)與電場(chǎng)，誘導(dǎo)介電各向異性納米片在樹脂基體中形成高定向有序結(jié)構(gòu)，從而顯著提升電容器的導(dǎo)熱效率。特別地，基于溫差場(chǎng)與電場(chǎng)的耦合調(diào)控機(jī)制，該系統(tǒng)可在降低介電各向異性納米片填充濃度的同時(shí)，還能以較低的電場(chǎng)強(qiáng)度閾值實(shí)現(xiàn)介電各向異性納米片的定向排列。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方案不僅突破了傳統(tǒng)導(dǎo)熱填料高填充量的技術(shù)瓶頸，還通過場(chǎng)耦合效應(yīng)降低了電場(chǎng)應(yīng)提供的定向驅(qū)動(dòng)力，展現(xiàn)出顯著的經(jīng)濟(jì)效益與工程應(yīng)用價(jià)值。
20、本申請(qǐng)?zhí)峁┑睦鋮s方法通過在待散熱電器元件內(nèi)部填充復(fù)合導(dǎo)熱體系，并在元件相對(duì)兩側(cè)施加協(xié)同電場(chǎng)與溫差場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合體系內(nèi)介電各向異性納米片的定向排列。該方法操作工藝簡(jiǎn)便，導(dǎo)熱效率高且散熱性能優(yōu)異，為解決高功率電子器件的熱失效問題提供了新的解決方案。
21、本申請(qǐng)冷卻系統(tǒng)可應(yīng)用于電器元件的散熱冷卻場(chǎng)景，尤其適用于禁水或水敏性電器元件的熱交換領(lǐng)域。
1.一種冷卻系統(tǒng)，其特征在于，包括復(fù)合導(dǎo)熱模塊、溫度控制模塊、電場(chǎng)控制模塊；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于：
5.一種冷卻方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冷卻方法，其特征在于：
7.一種應(yīng)用，其特征在于，采用權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的冷卻系統(tǒng)或權(quán)利要求5～6任一項(xiàng)所述的冷卻方法對(duì)電器元件進(jìn)行冷卻處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，所述電器元件包括電容器、變壓器、功率模塊、集成電路、印刷電路板、散熱片、電抗器。
9.一種高熱導(dǎo)率電器元件的制備方法，其特征在于，將介電各向異性納米片和樹脂填充于電器元件內(nèi)部，采用權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行制備；或采用權(quán)利要求5～6任一項(xiàng)所述的冷卻方法進(jìn)行制備。
10.一種高熱導(dǎo)率電器元件，其特征在于，采用權(quán)利要求9所述的制備方法制備得到；電器元件內(nèi)部填充有樹脂和介電各向異性納米片。