تطوير وتطبيق غرفة البخار

مع ظهور تكنولوجيا الاتصالات المتنقلة من الجيل الخامس (تقنية 5G) وتطورها السريع، تتجه المنتجات الإلكترونية، وخاصة الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وغيرها من المنتجات، بشكل متزايد نحو الأداء العالي والتكامل العالي والتصغير، مما يؤدي إلى تدفق حراري عالي جدًا الكثافة في المساحات الضيقة للغاية. كعنصر فعال في نقل الحرارة، تتميز غرفة البخار بخصائص المقاومة الحرارية المنخفضة ودرجة الحرارة الموحدة، وتستخدم على نطاق واسع في وحدة تبديد الحرارة لمعدات التدفق الحراري العالي.

أدى تقدم الصناعة الإلكترونية إلى تطوير المنتجات الإلكترونية نحو الحجم الصغير والتكامل العالي، مما أدى إلى ارتفاع استهلاك المكونات الإلكترونية للطاقة. على سبيل المثال، يتجاوز التبديد المقدر لمضخمات فجوة النطاق في الجيش والفضاء 1000 وات/سم2. لم تعد أحواض الحرارة العادية قادرة على تلبية احتياجات تبديد الحرارة ذات الكثافة العالية لتدفق الحرارة. لقد ثبت أن نوعين من المشتتات الحرارية المدفوعة بالشعيرات الدموية، مثل أنابيب الحرارة، وأنابيب الحرارة المسطحة، وغرفة البخار، هما أكثر أجهزة التبريد السلبية فعالية بين جهازي التبريد. إنها تتمتع بمزايا مثل التوصيل الحراري القوي، وتأثير معادلة درجة الحرارة الجيد، والقدرة على التكيف الهيكلي القوي. أصبحت غرفة البخار نقطة بحثية ساخنة للعديد من العلماء في الداخل والخارج نظرًا لأدائها العالي في تبديد الحرارة.

في الوقت الحاضر، تشمل طرق تبديد الحرارة المستخدمة للأجهزة الإلكترونية بشكل أساسي تبديد حرارة الجرافيت، وتبديد حرارة الجرافين، وتبديد حرارة هلام التوصيل الحراري، والتبريد الحراري للأنابيب الحرارية، وتبريد غرفة البخار وما إلى ذلك، كما هو موضح في الجدول 1. ومن بينها، تبديد حرارة الجرافيت ، تبديد حرارة الجرافين وتبديد حرارة هلام موصل حراري ينتمي إلى مواد تبديد الحرارة ذات تأثير محدود لتبديد الحرارة، وتستخدم بشكل رئيسي في المنتجات الإلكترونية الصغيرة؛ الأنابيب الحرارية والألواح الحرارية هي مكونات تبديد الحرارة ذات كفاءة عالية في تبديد الحرارة، وتستخدم بشكل رئيسي في المعدات الإلكترونية الكبيرة والمتوسطة الحجم. على الرغم من أن كلاً من أنابيب الحرارة وغرفة البخار تستخدم تغير الطور لتحقيق تبديد الحرارة، بما في ذلك أربع خطوات رئيسية هي التوصيل والتبخر والحمل الحراري والتكثيف، إلا أن طرق التوصيل الحراري الخاصة بها مختلفة. الأنابيب الحرارية هي نقل حرارة أحادي البعد، في حين أن ألواح النقع هي نقل حرارة ثنائي الأبعاد، مع مساحة اتصال أكبر مع وسط تبديد الحرارة، وتبديد حرارة أكثر اتساقًا، وقدرة أفضل على التكيف مع احتياجات التطبيقات في مجالات مثل الأجهزة الإلكترونية المصغرة في عصر 5G. وقد أظهرت الدراسات ذات الصلة أن أداء المشتت الحراري مع لوحة الحرارة الموحدة أعلى بنسبة 20% إلى 30% من أداء أنبوب الحرارة، مما يمكن أن يزيد من تحسين كفاءة التوصيل الحراري.

تتكون غرفة البخار من غلاف أنبوبي محكم الغلق، ونواة مسامية لامتصاص السائل، وسائل عمل. يمتص مائع العمل السائل الحرارة ويتبخر عند نهاية التبخر، ثم يتم نقله في صورة غازية إلى نهاية التكثيف في التجويف، حيث تطلق الحرارة وتتكثف. يتم دفع مائع العمل السائل المكثف بواسطة القوة الشعرية ويتم نقله مرة أخرى إلى نهاية التبخر من خلال قلب شفط مسامي. في هذه الدورة، يمكن للوحة التسخين أن تعمل بشكل مستقل بدون محرك طاقة خارجي، وبالتالي استكمال نقل الحرارة بكفاءة. يمكن تقسيم لوحة النقع إلى نوعين وفقًا لاتجاه نقل الحرارة، ونوعان من غرفة البخار ينقلان الحرارة على طول اتجاهات السُمك والطول، ويمكن للأول أن يأخذ المزيد من الحرارة من خلال التكثيف على نطاق واسع؛ هذا الأخير يمكن أن ينقل لمسافات طويلة ويحافظ على أداء ممتاز لتوحيد درجة الحرارة. تنقسم غرفة البخار بشكل أساسي إلى غرفة بخار قياسية (أكبر من أو تساوي 2 مم)، وغرفة بخار رفيعة جدًا (<2mm), and extreme ultra-thin vapor chamber (≤ 0.6mm) according to different thicknesses.

يمكن تقسيم تطبيقات غرف البخار إلى فئتين بناءً على بيئات التطبيقات المختلفة، وهي تطبيقات البيئة الأرضية وتطبيقات بيئة الفضاء الجوي. الأول موجود في بيئة الجاذبية، مثل محطات قاعدة 5G، والمنتجات الإلكترونية مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر، والتبريد الإلكتروني للسيارات، وما إلى ذلك، في حين أن الأخير موجود في بيئة انعدام الجاذبية أو الجاذبية الصغرى أو الجاذبية الفائقة، كما هو الحال في الفضاء الجوي. مجال.

تولد المكونات الإلكترونية كمية كبيرة من الحرارة في حجم صغير، وأصبح التبديد الفعال للحرارة أحد الصعوبات الرئيسية في التطوير التكنولوجي الإضافي. بالمقارنة مع أنابيب الحرارة التقليدية، يمكن للوحة الحرارة الموحدة، كنوع جديد من أجهزة توصيل الحرارة، الاتصال مباشرة بمصدر الحرارة ونقل الحرارة بشكل موحد في جميع الاتجاهات. يتميز بأداء توصيل حراري فعال وموحد ويستخدم على نطاق واسع في مجالات مثل الإلكترونيات والفضاء ومركبات الطاقة الجديدة.