Rozwój i zastosowanie komory parowej

Wraz z pojawieniem się i szybkim rozwojem technologii komunikacji mobilnej piątej generacji (technologia 5G) produkty elektroniczne, zwłaszcza smartfony, tablety i inne produkty, w coraz większym stopniu zmierzają w kierunku wysokiej wydajności, wysokiej integracji i miniaturyzacji, co skutkuje bardzo wysokim strumieniem ciepła gęstość w bardzo wąskich przestrzeniach. Jako wydajny element przenoszący ciepło, komora parowa charakteryzuje się niskim oporem cieplnym i jednolitą temperaturą i jest szeroko stosowana w module rozpraszania ciepła w urządzeniach o wysokim strumieniu ciepła.

Postęp przemysłu elektronicznego doprowadził do rozwoju produktów elektronicznych w kierunku małych rozmiarów i wysokiej integracji, co skutkuje większym zużyciem energii przez komponenty elektroniczne. Na przykład szacowane rozproszenie wzmacniaczy pasma wzbronionego w wojsku i przemyśle lotniczym przekracza 1000 W/cm2. Zwykłe radiatory nie są już w stanie zaspokoić potrzeb w zakresie rozpraszania ciepła o dużej gęstości strumienia ciepła. Udowodniono, że dwa typy radiatorów napędzanych przez kapilary, takie jak rurki cieplne, płaskie rurki cieplne i komora parowa, są najskuteczniejszymi pasywnymi urządzeniami chłodzącymi spośród tych dwóch urządzeń chłodzących. Mają zalety, takie jak silna przewodność cieplna, dobry efekt wyrównywania temperatury i duża zdolność adaptacji strukturalnej. Komory parowe stały się gorącym miejscem badań dla wielu naukowców w kraju i za granicą ze względu na ich wyższą wydajność rozpraszania ciepła.

Obecnie metody rozpraszania ciepła stosowane w urządzeniach elektronicznych obejmują głównie rozpraszanie ciepła grafitem, rozpraszanie ciepła grafenem, rozpraszanie ciepła żelem przewodzącym ciepło, chłodzenie rurką cieplną, chłodzenie komorą parową itp., jak pokazano w tabeli 1. Wśród nich jest rozpraszanie ciepła grafitem , rozpraszanie ciepła grafenu i rozpraszanie ciepła w żelu przewodzącym ciepło należą do materiałów rozpraszających ciepło o ograniczonym efekcie rozpraszania ciepła, stosowanych głównie w małych produktach elektronicznych; Rurki cieplne i płyty grzewcze to elementy rozpraszające ciepło o wysokiej wydajności rozpraszania ciepła i są stosowane głównie w dużych i średnich urządzeniach elektronicznych. Chociaż zarówno rury cieplne, jak i komora parowa wykorzystują zmianę fazową do rozpraszania ciepła, w tym cztery główne etapy przewodzenia, parowania, konwekcji i kondensacji, ich metody przewodzenia ciepła są różne. Rury cieplne zapewniają jednowymiarowy transfer ciepła, natomiast płyty wygrzewające to dwuwymiarowy transfer ciepła, z większą powierzchnią styku z czynnikiem rozpraszającym ciepło, bardziej równomiernym rozpraszaniem ciepła i lepszą możliwością dostosowania do potrzeb zastosowań w takich dziedzinach, jak zminiaturyzowane urządzenia elektroniczne w erze 5G. Powiązane badania wykazały, że wydajność radiatora z jednolitą płytą grzejną jest od 20% do 30% wyższa niż w przypadku rurki cieplnej, co może jeszcze bardziej poprawić wydajność przewodzenia ciepła.

Komora parowa składa się z uszczelnionej osłony rury, porowatego rdzenia pochłaniającego ciecz i płynu roboczego. Ciekły płyn roboczy pochłania ciepło i odparowuje na końcu parowania, a następnie jest transportowany w postaci gazowej do końca kondensacji we wnęce, gdzie uwalnia ciepło i skrapla się. Skroplony płyn roboczy jest napędzany siłą kapilarną i transportowany z powrotem do końca odparowywania przez porowaty rdzeń ssący. W tym cyklu płyta grzewcza może działać niezależnie, bez zewnętrznego napędu elektrycznego, zapewniając w ten sposób efektywne przekazywanie ciepła. Płytę do namaczania można podzielić na dwa typy w zależności od kierunku wymiany ciepła, a dwa typy komór parowych przenoszą ciepło wzdłuż kierunków grubości i długości. Pierwsza może odprowadzać więcej ciepła poprzez kondensację na dużą skalę; Ten ostatni może transmitować na duże odległości i utrzymywać doskonałą równomierność temperatury. Komora parowa dzieli się głównie na standardową komorę parową (większą lub równą 2 mm), ultracienką komorę parową (<2mm), and extreme ultra-thin vapor chamber (≤ 0.6mm) according to different thicknesses.

Zastosowanie komór parowych można podzielić na dwie kategorie w zależności od różnych środowisk zastosowań, mianowicie zastosowania w środowisku naziemnym i zastosowania w środowisku lotniczym. To pierwsze znajduje się w środowisku grawitacyjnym, takim jak stacje bazowe 5G, produkty elektroniczne, takie jak telefony komórkowe i komputery, elektroniczne układy chłodzenia samochodów itp., podczas gdy drugie znajduje się w środowisku o zerowej grawitacji, mikrograwitacji lub supergrawitacji, na przykład w przemyśle lotniczym pole.

Elementy elektroniczne generują dużą ilość ciepła w małej objętości, a efektywne odprowadzanie ciepła stało się jedną z głównych trudności w dalszym rozwoju technologii. W porównaniu z tradycyjnymi rurkami cieplnymi, jednolita płyta grzewcza, jako nowy typ urządzenia przewodzącego ciepło, może bezpośrednio kontaktować się ze źródłem ciepła i równomiernie przenosić ciepło we wszystkich kierunkach. Ma wydajne i jednolite przewodnictwo cieplne i jest szeroko stosowany w takich dziedzinach, jak elektronika, lotnictwo i pojazdy nowej energii.