关于水冷散热电容组件的技术探讨

关于水冷散热电容组件的技术探讨

韦军

宁波碧彩实业有限公司，浙江省宁波市315000

摘要：电容器是一种可以储藏电荷的元件，也是常用的电子元件之一，在调谐、旁路、耦合、滤波等电路中起着重要的作用。电容器工作运行后的工作温度会直接影响电容的性能和寿命，但是普通的电容散热方式是在电容器外部放置风扇等辅助类的装置，依赖于外部环境和风速要求，对电容器内部不能进行有效散热，散热效率低下。现设计了一种水冷散热电容组件，在电容组件内部设置水冷柱，利用电容芯排列放置后的空间间隙设置水冷柱，避免额外增加安装空间，且水流进行水循环时能够有效带走电容产生的热量能够，散热效率高。本文从多角度介绍了这个装置。

关键词：电容器；水冷散热；散热效率

前言

电容器是三大电子元器件之一，是电子线路中不可缺少的基础元件，约占全部电子元件用量的40%。电容器也称为电容，是一种可以储存一定电荷量的元器件，广泛运用在电路中的隔直通交、耦合、旁路、滤波等方面。

电容器在调谐、旁路、耦合、滤波等电路中起着重要的作用。电容器工作运行后的工作温度会直接影响电容的性能和寿命，如果电容在工作中温度过高电解电容的性能和寿命取决于其工作温度，如果在电解电容工作的环境温度过高，会使电容性能受到极大的不利影响，甚至导致其寿命终止。普通的电容散热方式是在电容器外部放置风扇等辅助类的装置，依赖于外部环境和风速要求，对电容器内部不能进行有效散热，散热效率低下。所以需要高效率的散热系统以克服上述现有方案的缺点。

1电容器的简单介绍

1.1概念

电容器是储存电量和电能（电势能）的元件。一个导体被另一个导体所包围，或者由一个导体发出的电场线全部终止在另一个导体的导体系，称为电容器。

1.2作用

在直流电路中，电容器是相当于断路的。电容器是一种能够储藏电荷的元件，也是最常用的电子元件之一。

最简单的电容器是由两端的极板和中间的绝缘电介质（包括空气）构成的。通电后，极板带电，形成电压（电势差），但是由于中间的绝缘物质，所以整个电容器是不导电的。不过，这样的情况是在没有超过电容器的临界电压（击穿电压）的前提条件下的。任何物质都是相对绝缘的，当物质两端的电压加大到一定程度后，物质都是可以导电的，我们称这个电压为击穿电压。电容也不例外，电容被击穿后，就不是绝缘体了。不过在中学阶段，这样的电压在电路中是见不到的，所以都是在击穿电压以下工作的，可以被当作绝缘体看。

2电容器行业发展现状

2.1场规模与增长

电容器行业在过去几年中一直保持着稳定的增长，市场规模不断扩大。随着全球电子工业的发展，特别是通信、汽车、新能源等领域的迅猛增长，电容器行业迎来了新的发展机遇。根据市场调查数据显示，全球电容器市场规模逐年增长，预计未来几年将继续保持稳定增长。

2.2行业竞争格局

电容器行业竞争激烈，主要集中在几家大型跨国公司和一些具有技术优势的国内企业。这些企业在技术研发、生产规模、品牌影响力等方面都具有一定优势。同时，随着市场需求的不断增长，一些新兴企业也逐渐崭露头角，形成了更加多元化的市场竞争格局。

2.3技术创新与趋势

随着科技的不断进步，电容器行业也在不断进行技术创新。目前，一些新型电容器如固态电容器、薄膜电容器等正在逐步替代传统电容器，成为行业新的发展方向。这些新型电容器具有更高的性能、更低的成本、更环保等优点，将为电容器行业带来更大的发展空间。

2.4应用领域拓展

电容器应用领域广泛，包括通信、汽车、新能源、电力电子等。随着这些领域的不断发展，电容器应用领域也在不断拓展。特别是在新能源领域，由于新能源汽车和风力发电等领域的迅猛发展，对电容器提出了更高的要求，也带来了更大的市场需求。

2.5环保与可持续发展

环保和可持续发展已经成为全球共同关注的话题。电容器行业也在积极响应这一号召，不断推广环保型电容器和绿色生产技术。一些企业已经开始采用环保材料和生产工艺，减少对环境的影响。同时，一些国家和组织也在制定相关法规和标准，推动电容器行业的可持续发展。

2.6国内外市场对比

国内外电容器市场存在一定的差异。在技术水平方面，国内电容器企业在一些领域已经达到了国际先进水平；但在高端市场方面，国内企业仍需加强技术研发和品牌建设。在市场规模方面，国内市场已经成为全球最大的电容器市场之一；但在国际市场上，国内企业还需要进一步提高品牌影响力和市场份额。

2.7供应链与成本结构

电容器行业的供应链比较完善，全球供应商众多。原材料主要包括金属化膜、电解液、铝箔等；辅料包括引线、绝缘子、橡胶件等。在成本结构方面，原材料成本占据了较大比重，因此原材料价格波动对行业盈利能力有一定影响。此外，劳动力成本也是影响行业发展的重要因素之一。

3电容器未来应用领域

3.1新型材料的应用

未来电容器技术的发展将侧重于寻找更先进的材料，以提高电容器的性能。例如，针对高频应用，研究人员可能会探索具有更高介电常数和更低损耗的新型介电材料。纳米材料和二维材料的研究也有望为电容器的设计提供新的可能性。

3.2高温高压环境下的应用

随着技术的发展，对电容器在高温高压环境下稳定运行的需求逐渐增加。电动汽车、航空航天和工业领域对高性能电容器的需求将推动相关材料和设计的研究，以满足极端工作条件下的性能要求。

3.3小型化和集成化

未来电容器技术的趋势之一是实现更小型、轻量化和集成化的设计。这对于便携式电子设备、医疗器械和微型电子系统至关重要。纳米技术和三维集成技术的应用将有助于实现电容器的尺寸缩小和功耗降低。

3.4高能量密度和高功率密度

电容器的能量密度和功率密度是关键性能指标。未来的研究将集中在提高这两个方面，以满足快速充电、高效能量存储和高性能电子系统的需求。超级电容器（超级电容）是一个备受关注的领域，其具有高能量密度和高功率密度的特点。

4技术方案

水冷散热电容组件包括电容框1，电容框1内竖直方向上至少设置有两组电容芯，每组电容芯上留有放置空间；水冷组件，其设置于电容框1两侧，水冷组件上设置有与放置空间匹配的水冷柱3，水冷柱3两端均卡接在电容框1侧壁上，水冷柱3两端部均连接有进出水管4，当电容芯运行工作时，水流通过进出水管4进入水冷柱3进行循环流通时能够带走电容芯产生的热量。

图 1

电容组件在运行的过程中会逐渐升温，电容框1中放置有上下两层电容芯，在每组电容芯的中间部位留有放置空间，每组电容芯上的放置空间水平方向上整齐排列后刚好能够使水冷柱3匹配放在放置空间上，上层和下层的水冷柱3呈三棱柱状。

水冷组件上设置有保护框5，保护框5设置于电容框1的侧部，保护框5一侧设置有进水器6，进水器6下部设置有进出水口7，进水器6内部设置有通道8，进出水管4与通道8连接，电容芯运行后，水从进出水口7进入通过通道8再流入进出水管4，最后流入水冷柱3进行散热降温操作，保护框5设置在电容框1侧部保护进出水管4并与整个电容组件形成一体，方便取放。

图 2

每组电容芯均由第一电容9芯和第二电容10芯组成，第一电容9芯和第二电容10芯上端面设置有压板11，放置空间位于压板11、第一电容9芯和第二电容10芯之间，压板11上设置有连接块12，连接块12与电容框1板面连接，压板11将水冷柱3压在放置空间内能够防止水冷柱3随意移动。

5相对优势

1、三棱柱状的水冷柱的平行面与电容芯外部面平行并与电容框板面贴合，而位于中间层的水冷柱能够设置成四棱柱状，每组电容芯之间进行贴合后，放置空间与放置空间会形成类似四面形空间，故可以将中间层的水冷柱设置成四棱柱形。

图 3

2、四棱柱形的外壁均能与电容芯外壁接触，水冷柱两端均卡接在电容框侧壁上能够防止随意移动，利用电容芯排列放置后的空间间隙设置水冷柱，避免额外增加安装空间，进出水管可以采用橡胶等柔性材质，当电容芯运行工作时，水流通过进出水管进入水冷柱进行循环流通时能够带走电容芯产生的热量，水冷柱与电容芯的接触使得电容芯散热效率高。

3、电容框外部设置有安装架，安装架上设置有安装孔，根据实际场所方便安装应用。

结语

国内电容器产品制造处于中低端产能，高端电容产品及部分原材料仍需进口。未来几年，电容器行业将继续保持稳定增长态势。随着我国消费电子、新能源、汽车、轨道交通、工业控制、国防工业等电容器下游应用行业的快速发展，电容器产品需求将进一步提升，对电容器国产替代也提出更高要求。因此为保证电容器的使用寿命和高效的性能，需要探究并研发更好的散热方式。电容器企业需要加强技术研发和品牌建设、提高产品质量和服务水平以适应市场需求的变化。

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