Dampkamerkoeling speelt een steeds grotere rol in hete producten

Het implementeren van dampkamerkoelingstechnologie kan zijn vruchten afwerpen voor bepaalde toepassingen zoals als ingebedde systemen met kritieke zorgen voor thermisch beheer.

Ingenieurs die producten ontwikkelen met ingebouwde technologie, moeten voortdurend onderzoeken hoe ze een adequaat temperatuurbeheer kunnen bereiken. Naarmate de producten van tegenwoordig steeds kleiner en capabeler worden, vergroten die eigenschappen de kans op oververhitting van een apparaat als het geen interne functies heeft die het helpen koel te blijven.

Dampkamerkoeling is een mogelijkheid die steeds meer aandacht krijgt. Dampkamers hebben platte structuren die helpen bij het gelijkmatig overbrengen van warmte door een kleine ruimte. Bovendien bevatten ze een vloeistof die verdampt in een gas zodra het warm genoeg wordt. De kamers hebben ook kleine paaltjes die voorkomen dat de structuur instort als gevolg van atmosferische druk van buitenaf en die de vloeistof naar de juiste plaatsen leiden.

Een thermodynamisch verschil tussen een dampkamer en een conventionele heatpipe is dat de dampkamer warmte in twee dimensies overdraagt ​​in plaats van in één. Ingenieurs gebruiken ze meestal om warmte van de bron naar de vinnen van een koellichaam te verspreiden.

Bovendien heeft effectieve thermische geleidbaarheid betrekking op thermodynamische eigenschappen en de dikte van de dampruimte. Naarmate de dampruimte dikker wordt, wordt de stroomdrukval minder prominent, wat de effectieve thermische geleidbaarheid verhoogt.

Veel desktopcomputers hebben warmtepijpen die bovenop dampkamers zijn gelast, wat verder helpt bij een efficiënte warmteoverdracht. Sommige ontwerpen plaatsen echter warmtepijpen in de dampkamer, waardoor het hele proces wordt gestroomlijnd. Omdat sommige dampkamers zo klein zijn als 1 inch bij 1 inch, zijn ze geschikt voor projecten die kleine verpakkingsgroottes vereisen. Hun standaarddikte is ook 3-9 millimeter, waardoor ze gemakkelijk in een bestaande basis kunnen worden geplaatst.

De voor- en nadelen afwegen

Overdrachtsefficiëntie is een van de belangrijkste voordelen van het kiezen van dampkamerkoeling boven andere methoden. Het kan tot 2.000 watt aan warmte afvoeren binnen een gebied van ongeveer 4 vierkante centimeter. Ingenieurs selecteren het ook om hotspots te verminderen of om te gaan met hoge vermogensdichtheden in kleine pakketten.

Bovendien tolereren dampkamers direct contact met warmteproducerende componenten, zoals centrale verwerkingseenheden (CPU's).

Er zijn echter ook nadelen. Om te beginnen kan dampkamerkoeling duurder zijn dan heatpipe-methoden. Indien gebruikt voor consumentenproducten met een groot volume, kunnen de totale productiekosten onbetaalbaar zijn. Het implementeren van dampkamerkoelingstechnologie kan echter de moeite waard zijn voor bepaalde toepassingen, zoals embedded systemen met kritieke problemen met thermisch beheer. Door kostenoverwegingen af ​​te wegen tegen prestatievereisten kunnen ingenieurs beslissen of de extra kosten de moeite waard zijn voor een bepaald project.

Het traditionele tweedelige ontwerp van de dampkamer omvat twee gestempelde koperen platen. Dat type is duurder dan de meeste heatpipes, hoewel er nu ontwerpen uit één stuk zijn. Omdat de vraag ernaar is gestegen, zijn de kosten gedaald tot ongeveer dezelfde kosten als sommige traditionele warmtepijpen.

Vanuit het oogpunt van fabricagekosten en beschikbaarheid hebben dampkamers enkele nadelen. De meeste ontwerpen worden op maat gemaakt en in relatief lage volumes geproduceerd. Het ontbreken van standaardontwerpen vergroot de projectflexibiliteit, maar kan ook de kosten verhogen. Onderzoekers hebben echter onderzoek gedaan naar het gebruik van additieve fabricage voor sommige componenten van de dampkamer. Dat zou de beschikbaarheid kunnen verhogen en de kosten kunnen verlagen.

Smartphone koeling

Smartphones vertegenwoordigen een productcategorie waarbij mensen geleidelijk de nieuwste modellen willen en verwachten dat die opties bij elke release meer voor hen zullen doen. Sommige bedrijfsleiders hopen dat de koeling van de dampkamer de mogelijkheden van hun nieuwe modellen kan verbeteren.

Apple test naar verluidt de koelmethode voor de aankomende modellen.

Een analist die bekend is met de zaak, denkt dat het merk het nodig heeft om de meer veeleisende kenmerken van 5G-telefoons bij te houden. Ze merkten op dat eerdere betrouwbaarheidstests niet voldeden aan de verwachtingen van Apple, maar zijn van mening dat het technologiemerk ernaar streeft de optie in een toekomstig model op te nemen. Als dat het geval is, kan de koelmethode de verwerkingskracht verbeteren en de levensduur van de batterij verlengen.

Microsoft patenteerde onlangs ook een systeem met flexibele dampkamers die aan de scharnieren van opvouwbare telefoons zijn bevestigd. De patentaanvragen suggereren dat het technologiemerk die benadering zou gebruiken om opvouwbare apparaten met twee schermen koel te houden.

Sommige smartphones bevatten al dampkamerkoeling. Een daarvan is de Sony Xperia Pro.

Een technische demontage van het apparaat bevestigde dat het een metalen stuk heeft dat fungeert als interface met grafietplaten die warmte afvoeren van de componenten van de telefoon, inclusief de 5G-antennes. Het metaal stuurt de warmte naar een dampkamer die bijna net zo hoog en breed is als het apparaat zelf. Ten slotte voert de kamer warmte uit via het scherm van het apparaat.

Ontwerpimplicaties

Ingenieurs zijn ook geïnteresseerd in het toepassen van dampkoeling op laptopontwerpen, vooral omdat meer consumenten ze gebruiken voor intensief gamen. Het belangrijkste voordeel van dampkamers in deze gebruikssituaties is dat ze dunnere ontwerpen mogelijk maken. Wanneer ingenieurs heatpipes kiezen voor koeling, heeft het ontwerp van de computer er vaak drie tot vier om de warmte te verplaatsen.

Als u in plaats daarvan kiest voor een koelontwerp met dampkamer, kunt u meerdere heatpipes met gesloten lus overbodig maken. Vervolgens vervult een enkele kamer dezelfde functie als meerdere warmtepijpen, waardoor dunnere laptopontwerpen mogelijk zijn.

Met een dampkamer kunnen hardware-ontwerpers thermische belastingen op een lager niveau synchroniseren met het hoofdkoellichaam door ze direct contact met de dampkamer te maken. Die optie geeft opslag- en geheugencomponenten een recht pad naar alle koellichamen met ventilator of vinnen die voor een ontwerp worden gebruikt.

Bewezen voordelen

Laptopontwerpers hebben de afgelopen jaren dampkamers geselecteerd om die gadgets te koelen. Bewijs dat verband houdt met een recent gaming-laptopmodel toont de temperatuurgerelateerde veranderingen die kunnen optreden.

De Dell Alienware m15 R3 is bijvoorbeeld voorzien van dampkamerkoeling. Een uitgebreide review van het model vergeleek de bijbehorende temperaturen met het vorige R2-model. Testers bevestigden dat de temperatuur van het R2-model stabiliseerde op respectievelijk 99° Celsius (C) en 70° C voor de CPU en GPU, zelfs bij gebruik van de Turbo-ventilatorfunctie van de laptop. Met de R3 stabiliseerden de CPU- en GPU-temperaturen zich echter op respectievelijk 73 ° C en 65 ° C. De recensenten noemden de koeling van de dampkamer als de meest waarschijnlijke reden voor die verandering tussen modellen.

Koelmethoden combineren

Ingenieurs die geïnteresseerd zijn in het verkennen van methoden voor het koelen van dampkamers voor hun projecten, moeten er rekening mee houden dat dergelijke oplossingen andere opties voor temperatuurregeling kunnen ondersteunen in plaats van ze te vervangen.

Een onlangs uitgebrachte Acer-gaminglaptop heeft bijvoorbeeld een uitschuifbaar toetsenbord dat een glazen paneel onthult. Met die ontwerpfunctie kunnen gebruikers de koeltechnologie bekijken zonder de computer te demonteren.

Naast een dampkamer omvat de koeltechnologie drie koperen heatpipes, ventilatoren en ventilatieopeningen nabij het scherm. Het model heeft ook Acer's PowerGem-technologie, die een andere benadering hanteert dan de gebruikelijke praktijk om CPU's onder een laag koelpasta te plaatsen die de warmte van de chip wegtrekt. PowerGem gebruikt een pad dat volgens Acer meerdere keren beter werkt dan koper.

Koudere slimme verlichting

Onderzoek suggereert ook dat dampkoeling een aantal van de uitdagingen zou kunnen aanpakken die gepaard gaan met Internet of Things (IoT)-verlichtingssystemen die LED-lampen gebruiken. Een team dat de zaak heeft onderzocht, gaf aan dat de extra elektronica die nodig is voor de communicatie-, controle-, detectie- en stroomaspecten van de IoT-functies tot 70% zou kunnen bijdragen aan de totale warmte die tijdens het gebruik wordt gegenereerd in vergelijking met wanneer de producten niet over die connectiviteitsfuncties zouden beschikken .

Bovendien, als de hitte met 70% stijgt, stijgt de maximale temperatuur van elektronica met ongeveer 25%, vonden de onderzoekers. Het wordt dus nog belangrijker om te gaan met hotspots die worden veroorzaakt door de algehele hogere temperatuur in IoT-lampen.

Een van de aanbevelingen uit het onderzoek was echter om een ​​warmteverspreidersubstraat te ontwikkelen op basis van dampkamertechnologie. Tests toonden aan dat dergelijke opties bijna 25% betere thermische prestaties leverden dan oplossingen zonder dampkamer wanneer ze aan de voorkant van een printplaat werden geplaatst in plaats van aan de zijkant. Bovendien hebben onderzoeken aangetoond dat het gebruik van dampkamersystemen de temperatuurverhogingen van LED's kan aanpakken als gevolg van lokale warmteontwikkeling en beperkte warmteoverdrachtspaden.

Dit voorbeeld laat zien dat de keuze voor dampkamerkoeling pas het begin is van de projectplanning. Ingenieurs moeten ook andere factoren onderzoeken die temperatuurstijging of bijbehorende afkoelingseffecten veroorzaken.