توسعه و کاربرد اتاق بخار

با ظهور و توسعه سریع نسل پنجم فناوری ارتباطات سیار (فناوری 5G)، محصولات الکترونیکی، به ویژه گوشی های هوشمند، تبلت ها و سایر محصولات، به طور فزاینده ای به سمت عملکرد بالا، یکپارچگی بالا و کوچک سازی حرکت می کنند و در نتیجه شار حرارت فوق العاده بالا را ایجاد می کنند. تراکم در فضاهای بسیار باریک به عنوان یک عنصر انتقال حرارت کارآمد، محفظه بخار دارای ویژگی های مقاومت حرارتی کم و دمای یکنواخت است و به طور گسترده در ماژول اتلاف حرارت تجهیزات شار حرارتی بالا استفاده می شود.

پیشرفت صنعت الکترونیک منجر به توسعه محصولات الکترونیکی به سمت اندازه کوچک و یکپارچگی بالا و در نتیجه مصرف انرژی بیشتر قطعات الکترونیکی شده است. به عنوان مثال، اتلاف تخمینی تقویت کننده های باند گپ در نظامی و هوافضا از 1000W/cm2 بیشتر است. هیت سینک های معمولی دیگر نمی توانند نیازهای اتلاف حرارت با چگالی شار حرارتی بالا را برآورده کنند. ثابت شده است که دو نوع هیت سینک که توسط مویرگ ها هدایت می شوند، مانند لوله های حرارتی، لوله های حرارتی تخت و محفظه بخار، موثرترین دستگاه های خنک کننده غیرفعال در بین دو دستگاه خنک کننده هستند. آنها دارای مزایایی مانند هدایت حرارتی قوی، اثر یکسان سازی دما خوب و سازگاری ساختاری قوی هستند. محفظه بخار به دلیل عملکرد اتلاف حرارت بالاتر، به کانون تحقیقاتی بسیاری از محققان در داخل و خارج از کشور تبدیل شده است.

در حال حاضر، روش‌های اتلاف حرارت مورد استفاده برای دستگاه‌های الکترونیکی عمدتاً شامل اتلاف گرمای گرافیت، اتلاف گرمای گرافن، اتلاف حرارت ژل هدایت گرما، خنک‌کننده حرارت لوله‌های حرارتی، خنک‌کننده اتاق بخار و غیره است که در جدول 1 نشان داده شده است. از جمله آنها، اتلاف حرارت گرافیت است. اتلاف حرارت گرافن و اتلاف حرارت ژل رسانای حرارتی متعلق به مواد اتلاف حرارت با اثر اتلاف حرارت محدود است که عمدتاً در محصولات الکترونیکی کوچک استفاده می شود. لوله های حرارتی و صفحات حرارتی اجزای اتلاف حرارت با راندمان اتلاف حرارت بالا هستند و عمدتاً در تجهیزات الکترونیکی با اندازه بزرگ و متوسط ​​استفاده می شوند. اگرچه هم لوله های حرارتی و هم محفظه بخار از تغییر فاز برای دستیابی به اتلاف گرما استفاده می کنند که شامل چهار مرحله اصلی هدایت، تبخیر، همرفت و تراکم می شود، اما روش های هدایت حرارتی آنها متفاوت است. لوله های حرارتی انتقال حرارت یک بعدی هستند، در حالی که صفحات خیساندن انتقال حرارت دو بعدی هستند، با سطح تماس بزرگتر با محیط اتلاف گرما، اتلاف گرمای یکنواخت تر، و سازگاری بهتر با نیازهای کاربردها در زمینه هایی مانند دستگاه های الکترونیکی کوچک. در عصر 5G مطالعات مرتبط نشان داده اند که عملکرد یک هیت سینک با صفحه حرارتی یکنواخت 20٪ تا 30٪ بیشتر از یک لوله حرارتی است که می تواند راندمان هدایت حرارتی را بیشتر بهبود بخشد.

محفظه بخار شامل یک پوسته لوله مهر و موم شده، یک هسته متخلخل جذب کننده مایع و یک سیال در حال کار است. سیال عامل مایع گرما را جذب می کند و در انتهای تبخیر تبخیر می شود و سپس به صورت گازی به انتهای تراکم در حفره منتقل می شود و در آنجا گرما آزاد می کند و متراکم می شود. مایع کاری متراکم شده توسط نیروی مویرگی رانده می شود و از طریق یک هسته مکش متخلخل به انتهای تبخیر منتقل می شود. در این چرخه، صفحه گرمایش می تواند به طور مستقل بدون درایو برق خارجی کار کند، بنابراین انتقال حرارت کارآمد را تکمیل می کند. صفحه خیساندن را می توان با توجه به جهت انتقال حرارت به دو نوع تقسیم کرد و دو نوع محفظه بخار حرارت را در امتداد جهت ضخامت و طول انتقال می دهد، اولی می تواند گرمای بیشتری را از طریق تراکم در مقیاس بزرگ از بین ببرد. دومی می تواند در فواصل طولانی منتقل شود و عملکرد یکنواختی درجه حرارت عالی را حفظ کند. محفظه بخار عمدتا به محفظه بخار استاندارد (بیشتر یا مساوی 2 میلی متر)، اتاق بخار فوق نازک (<2mm), and extreme ultra-thin vapor chamber (≤ 0.6mm) according to different thicknesses.

کاربرد محفظه‌های بخار را می‌توان بر اساس محیط‌های کاربردی مختلف به دو دسته، کاربردهای محیط زمین و کاربردهای محیط هوافضا تقسیم کرد. اولی در یک محیط گرانشی مانند ایستگاه های پایه 5G، محصولات الکترونیکی مانند تلفن های همراه و رایانه، خنک کننده الکترونیکی خودرو و غیره است، در حالی که دومی در یک محیط گرانش صفر، میکروگرانش یا ابرگرانش، مانند هوافضا است. زمینه

اجزای الکترونیکی مقدار زیادی گرما را در حجم کم تولید می کنند و اتلاف گرمای موثر به یکی از مشکلات اصلی در توسعه بیشتر فناوری تبدیل شده است. در مقایسه با لوله های حرارتی سنتی، صفحه حرارتی یکنواخت، به عنوان نوع جدیدی از دستگاه رسانش گرما، می تواند مستقیماً با منبع گرما تماس گرفته و گرما را به طور یکنواخت در همه جهات انتقال دهد. عملکرد رسانش گرما کارآمد و یکنواختی دارد و به طور گسترده در زمینه هایی مانند الکترونیک، هوا فضا و وسایل نقلیه با انرژی جدید استفاده می شود.