Ein- und Zweiphasen-Tauchkühlung von Hochleistungskomponenten

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Die Möglichkeit zur exakten Regelung elektrischer Spannungen im großen Maßstab hat viele leistungsfähige und beeindruckende Innovationen hervorgebracht: Von elektrisch betriebenen Hochgeschwindigkeitszügen bis hin zu Windkraftanlagen, Elektrofahrzeugen für schwere Erdbaumaschinen und High Power Charging-Stationen. Doch die Ausrüstung, die diesen Prozess übernimmt – einschließlich Wechselrichter, Thyristoren, IGBT und Regelantriebe – erfordert eine sehr leistungsfähige Kühlung.

Elektrisch nicht leitende 3M™ Novec™ High-Tech Flüssigkeiten sind sicher für den Kontakt mit Elektronik sie kühlen Leistungsgeräte und verwenden effizient und gleichmäßig Ein- oder Zwei-Phasen-Tauchkühlung, entweder in passiven Systemen oder aktiv gepumpt. Sie bieten verschiedene Betriebstemperaturbereiche, ausgezeichnete Materialverträglichkeit und einfache Wartung.

Aufgrund dieser Eigenschaften empfiehlt sich die Tauchkühlung mit 3M Novec Flüssigkeiten als hervorragende Alternative zu luft-, wasser- oder ölgekühlten Systemen. Sie brauchen weder Abstriche bei der Arbeitssicherheit noch der Umweltverträglichkeit in Kauf zu nehmen. Ihr Unternehmen entwickelt die elektrisch betriebenen Maschinen der Zukunft – 3M Novec Flüssigkeiten kühlen sie und steigern ihre Verlässlichkeit.

Novec High-Tech Flüssigkeiten in Tauchkühlung für Hochleistungselektronik
Mit fortschrittlicher Kühlung in die Zukunft.
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Wie funktioniert Tauchkühlung?

  • Bei der Tauchkühlung werden elektronische Bauteile direkt in eine nicht leitfähige Flüssigkeit als Wärmeträger gegeben. Die Wärme wird von den Bauteilen direkt an die Wärmeträgerflüssigkeit abgeleitet. In herkömmlichen indirekten Kühlsystemen ist die Wärmübertragung ein mehrstufiger Prozess über Wärmeleitmittel, Luft, Wärmetauscher und Arbeitsmedien. Die Tauchkühlung vereinfacht das thermische Design und erhöht die Effizienz der Wärmeübertragung, da fast alle Oberflächen direkt gekühlt werden können.

    Die Kühlung kann passiv oder aktiv gepumpt erfolgen und kann je nach Siedetemperatur der gewählten Flüssigkeit einen Phasenübergang während des Betriebs beinhalten.


Verschiedene Kühloptionen

  • Symbol für Ein-Phasen-Tauchkühlung
    Ein-Phasen-Tauchkühlung

    Bei der Ein-Phasen-Tauchkühlung hat die Flüssigkeit eine Siedetemperatur, die deutlich über der Betriebstemperatur liegt und bleibt während des ganzen Prozesses in ihrer flüssigen Phase. Die Absorption von Wärme führt nur zu einem Anstieg der Flüssigkeitstemperatur.

  • Symbol für Zwei-Phasen-Tauchkühlung
    Zwei-Phasen-Tauchkühlung

    In Zwei-Phasen-Systemen nimmt die Flüssigkeit Wärme durch Phasenwechsel von Flüssigkeit zu Dampf auf, was ein effektives Wärmemanagement mit nahezu isothermem Betrieb ermöglicht. Bei der Zwei-Phasen-Tauchkühlung steigt die Wärmeübertragungsfähigkeit exponentiell durch Sieden und Kondensation der Flüssigkeit.

  • Symbol für passive Kühlung
    Passives Kühlverfahren

    In passiven Systemen erfolgt die Temperaturverteilung ausschließlich durch natürliche Konvektion. Die Komplexität ist stark reduziert, was eine erhebliche Kostenreduzierung und ein relativ einfaches und kleineres Systemdesign ohne komplexe Kühlkörper, Wärmetauscher usw. ermöglicht.

    Für die Zweiphasenkühlung kann entweder ein Rückflusstank oder ein Thermosiphon verwendet werden.

  • Symbol für aktive Kühlung
    Aktives Kühlverfahren

    Pumpen werden eingesetzt, um den Flüssigkeitsstrom während der Konvektion zu erhöhen, was die Wärmeabfuhr drastisch steigert. Aktive Kühlsysteme werden eingesetzt, wenn die natürliche Konvektion nicht ausreicht, um die Wärme abzuführen.

     

Das Potenzial von Tauchkühlung für leistungselektronische Anwendungen

Leistungselektronik bringt die Welt voran. 3M hat jahrzehntelange Erfahrung in der Kühlung von Leistungselektronik mit 3M™ Fluorinert™ Elektronik Flüssigkeiten. Nun dienen unsere Novec Flüssigkeiten der nächsten Generation mit verbessertem Nachhaltigkeitsprofil ihrer einfachen, effizienten, leistungsfähigen Tauchkühlung. Mit bedeutenden Vorteilen gegenüber bisherigen Kühlverfahren bieten Novec Flüssigkeiten großes Potenzial für Anwendungen in der Kühlung von Leistungselektronik der Zukunft.

  • Hochgeschwindigkeitszug in einem modernen Bahnhof mit Menschen auf dem Bahnsteig.
    Hochgeschwindigkeitszüge

    Elektrisch angetriebene Hochgeschwindigkeitszüge lassen uns lange Strecken sicher, schnell und mit deutlich weniger Beeinträchtigungen der Umwelt zurücklegen als mit Flugzeugen oder ähnlichen Verkehrsmitteln.

  • Großbagger bei der Arbeit im Sonnenaufgang.
    Schwermaschinen

    Erdbaumaschinen können im wahrsten Sinne des Wortes Berge versetzen, benötigen dafür aber enorm viel Energie und Leistung. Diese können effizient über elektrische und hybride Antriebssysteme zur Verfügung gestellt werden – gesteuert von einer hochmodernen Leistungselektronik.

  • Grünes Feld mit hohen Windturbinen und blauem Himmel mit weißen Schäfchenwolken.
    Windkraftanlagen

    Für die Nutzung von Windenergie ist eine komplexe Umwandlung von mechanischer Energie – die sich ihrerseits mit der Windgeschwindigkeit ändert – in elektrische Energie zur Netzeinspeisung erforderlich.

  • Bohrplattform für Öl und Gas im Meer.
    Unterseeische Erdölgewinnung

    Der Meeresboden ist eine Umgebung mit einer besonderen Herausforderung für die Leistungselektronik, die beispielsweise für Pumpen genutzt werden, die Erdölförderung effizienter machen.

  • In modernen Rechenzentren können sich Unternehmen besser auf die noch nie dagewesenen Leistungsanforderungen der Zukunft vorbereiten und gleichzeitig die Kosten und die Auswirkungen auf die natürlichen Ressourcen kontrollieren, wenn sie mit 3M Flüssigkeiten kühlen.

  • Elektrofahrzeug beim Laden seiner Batterie an einer Ladesäule.
    Automobilbranche
    Die flächendeckende Verbreitung von Elektrofahrzeugen hängt von der Produktion effizienter, zuverlässiger Antriebssysteme ab, in denen Leistungselektronik Energie von den Batterien auf die Räder überträgt, sowie von Infrastrukturen und Kabeln für schnelles Laden.

Fallstudie: Ultraschnelles Laden von Elektrofahrzeugen von ITT Cannon mit 3M Novec-Flüssigkeitskühltechnologie

  • Ladesystem für Elektrofahrzeuge, von ITT Cannon, gekühlt von 3M Novec
    • Mit der zunehmenden Beliebtheit von Elektrofahrzeugen steigt auch die Nachfrage nach weit verbreiteten, einfach zu bedienenden Schnellladelösungen. ITT Cannon hat ein DC-High Power Charging-Kabelanschlusssystem entwickelt, das durch Novec High-Tech Flüssigkeiten gekühlt wird und eine 100-km-Ladung für ein Elektrofahrzeug in nur drei bis fünf Minuten ermöglicht.

    • Der mit Novec flüssigkeitsgekühlte Ladekabelanschluss ermöglicht ein ultraschnelles Aufladen (500 A bei 1000 V) bei gleichzeitiger Minimierung des Kabeldurchmessers für ein flexibles, ergonomisches System, das für den Fahrer so einfach zu bedienen ist wie eine Zapfsäule. Außerdem bieten Novec Flüssigkeiten:
       

      • Niedriges GWP für geringere Beeinträchtigung der Umwelt
      • Mehr Sicherheit, da sie nicht entflammbar und nicht leitfähig sind
      • Korrosionsbeständig für geringere Wartungskosten
    • Fallstudie herunterladen (PDF, 129 KB)


  • Umrisse von hintereinander fliegenden Militärhubschraubern im Sonnenuntergang.

    Kühlung für Elektronik in Militär und Luftfahrt

    Flugzeuge und viele militärische Spezialausrüstungen sind auf eine kompakte, effiziente, hochzuverlässige Kühlung angewiesen. 3M Novec High-Tech Flüssigkeiten besitzen die notwendigen Eigenschaften für die Arten von Anforderungen, die Luft- und Raumfahrt und andere kritische Elektronik an ein Kühlsystem stellen. Sie sind zudem kompatibel mit Sprühkühlsystemen, wie sie in der High-End-Luft- und Raumfahrt und terrestrischen Anwendungen eingesetzt werden. Zu ihrer Kühlfähigkeit kommt, dass Novec Flüssigkeiten, anders als beispielsweise Polyalphaolefin (PAO), nicht entflammbar und verglichen mit ölhaltigen Kühlmitteln eine saubere Sache sind, was die Wartung vereinfacht.

    Laden Sie Informationen über 3M Kühlungslösungen für militärische Anwendungen (PDF, 1009 KB) herunter


Die Kraft von Kühllösungen der nächsten Generation

  • Braune 3,7-Liter-Flasche 3M Novec 7100 High-Tech Flüssigkeit vor einem weißen Hintergrund.
    • Wir haben 3M Novec High-Tech Flüssigkeiten für die Wärmeträgeranwendungen der Zukunft entwickelt. Durch unsere Zusammenarbeit mit führenden Herstellern von Leistungselektronik kennen wir die Anforderungen an Wärmeträgerflüssigkeiten für die Tauchkühlung von Leistungselektronik. Unsere Produkte bieten:
       

      • Verschiedene Betriebstemperaturbereiche für unterschiedliche Anwendungen
      • Mit entweder Ein-oder Zweiphasen-Tauchkühlsystemen kompatible Optionen
      • Ausgezeichnete Materialverträglichkeit, um Schäden an Geräten zu vermeiden
      • Verschiedene Siedepunkte, Dampfdrücke und Dichten
      • Hohe elektrische Durchschlagfestigkeit für den sicheren Kontakt mit der Elektronik
    • Auswahlhilfe für Wärmeübertragungsprodukte herunterladen (PDF, 79 KB)


Kühlung von Leistungselektronik – jahrzehntelange Erfahrung geht in die nächsten Phase

  • 3M Fluorinert Elektronik Flüssigkeiten werden seit Jahrzehnten für die Tauchkühlung von Leistungselektronik eingesetzt. 3M kann diese Erfahrung heute in die Anwendung von Novec High-Tech Flüssigkeiten einbringen, die dieselben Merkmale, jedoch ein verbessertes Nachhaltigkeitsprofil bieten. Wir beraten Sie gern, welches Produkt sich für Ihre spezifischen Vorgaben und Zielsetzungen am besten eignet.


Novec: Die Kühllösung, die intelligenter ist

Das Kühlen von Leistungselektronik mit Novec High-Tech Flüssigkeiten in einem Tauchkühlsystem hat gegenüber alternativen Methoden viele Vorteile.

  • Weißes Lüftersymbol auf violettem Hintergrund, das Luftkühlung symbolisiert.
    Novec vs. Luft

    Tauchkühlung kann gleichmäßiger und effizienter kühlen als Luft. So wird eine höhere Baudichte von Elektronikkomponenten ermöglicht – dies ist ausschlaggebend für die Verkleinerung von leistungselektronischen Bauteilen.

  • Weißes Wasserhahnsymbol auf violettem Hintergrund (symb. Kühlung auf Wasserbasis)
    Novec vs. Wasser

    Der Einsatz von Wasser zur Kühlung von Leistungselektronik und anderen Elektrogeräten erfordert aufwändige Maßnahmen, damit kein Wasser mit der Elektronik in Kontakt kommt und einen Kurzschluss erzeugt. Novec High-Tech Flüssigkeiten sind elektrisch nicht leitend und dürfen ohne Weiteres mit den elektronischen Bauteilen in Berührung kommen.

  • 3 weiße Flüssigkeitstropfen auf violettem Hintergrund (symb. Tauchkühlung mit Öl).
    Novec vs. Öl

    Die mitunter zur Wärmeübertragung bei der Tauchkühlung eingesetzten verschiedenen Öle sind alle ab einer bestimmten Temperatur entflammbar. Außerdem hinterlassen sie Rückstände. Novec High-Tech Flüssigkeiten sind nicht entflammbar, also sicherer, und sie hinterlassen keine Rückstände, was den Wartungsaufwand reduziert.


  • Großer grüner Baum in einem grünen Feld mit klarem blauem Himmel.

    Volle Leistung ohne Kompromisse

    Das Novec Versprechen ist Leistung ohne Kompromisse. Novec High-Tech Flüssigkeiten wurden von unseren Ingenieuren gezielt im Hinblick auf Arbeitssicherheit und Umweltverträglichkeit entwickelt. Diese Flüssigkeiten zeichnen sich aus durch:
     

    • Einen hohen Sicherheitsfaktor für Personal und Nichtentflammbarkeit
    • Geringe Beeinträchtigung der Umwelt, kein Ozonabbaupotenzial (ODP) und im Vergleich zu herkömmlichen kohlenwasserstoffhaltigen Kühlmitteln geringes Erderwärmungspotenzial (GWP)
    • Vorschriftensicherheit – aktuell nicht zur Beschränkung vorgesehen oder vom Ausstiegsabkommen betroffen

Tools und Ressourcen zur Kühlung von Leistungselektronik

Dunkelblaues und hellblaues Hero-Banner.

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