ベイパーチャンバーの冷却は、高温の製品でますます重要な役割を果たしています

ベイパーチャンバー冷却技術を実装すると、熱管理に重大な懸念がある組み込みシステムなどの特定のアプリケーションに利益をもたらす可能性があります。

技術が組み込まれた製品を開発するエンジニアは、適切な温度管理を実現する方法を継続的に検討する必要があります。今日の製品は次第に小型化され、機能が向上するため、これらの特性により、デバイスの冷却を支援する内部機能がない場合、デバイスが過熱する可能性が高くなります。

ベイパーチャンバーの冷却は、ますます注目を集めている1つの可能性です。ベイパーチャンバーは、小さなスペース全体に均一に熱を伝達するのに役立つ平らな構造になっています。さらに、十分に熱くなるとガスに蒸発する流体が含まれています。チャンバーには、外部の大気圧によって構造が崩壊するのを防ぎ、流体を正しい場所に導く小さな支柱もあります。

ベイパーチャンバーと従来のヒートパイプの熱力学的違いの1つは、ベイパーチャンバーが1次元ではなく2次元で熱を伝達することです。エンジニアは通常、それらを使用して、熱源からヒートシンクのフィンに熱を拡散します。

さらに、有効な熱伝導率は、熱力学的特性と蒸気空間の厚さに関係します。蒸気空間が厚くなると、流れの圧力降下が目立たなくなり、有効熱伝導率が向上します。

多くのデスクトップコンピュータでは、ベイパーチャンバーの上部にヒートパイプが溶接されており、効率的な熱伝達にさらに役立ちます。ただし、一部の設計では、ヒートパイプをベイパーチャンバーに配置し、プロセス全体を合理化します。一部のベイパーチャンバーは1インチ×1インチと小さいため、小さなパッケージサイズを必要とするプロジェクトに適しています。また、標準の厚さは3〜9ミリメートルで、既存のベースに簡単に挿入できます。

長所と短所の比較

移送効率は、他の方法よりもベイパーチャンバー冷却を選択する主な利点の1つです。約4平方センチメートルの領域内で最大2,000ワットの熱を放散することができます。エンジニアはまた、ホットスポットを減らしたり、小さなパッケージで高電力密度に対処したりするのに役立つように選択します。

さらに、ベイパーチャンバーは、中央処理装置（CPU）などの発熱部品との直接接触を許容します。

ただし、欠点もあります。手始めに、ベイパーチャンバーの冷却はヒートパイプ法よりも費用がかかる場合があります。大量消費者向け製品に使用する場合、全体的な製造コストは法外なものになる可能性があります。ただし、ベイパーチャンバーの冷却技術を実装すると、熱管理に重大な懸念がある組み込みシステムなどの特定のアプリケーションにメリットがあります。コストの考慮事項とパフォーマンスの必要性を比較検討することで、エンジニアは特定のプロジェクトに追加のコストをかける価値があるかどうかを判断できます。

従来のツーピースベイパーチャンバーの設計には、2枚の刻印された銅板が含まれています。現在、一体型の設計がありますが、このタイプはほとんどのヒートパイプよりもコストがかかります。それらの需要が高まるにつれ、コストは従来のヒートパイプとほぼ同じコストにまで下がりました。

製造コストと可用性の観点から、ベイパーチャンバーにはいくつかの欠点があります。ほとんどのデザインはカスタマイズされており、比較的少量で生産されています。標準設計がないため、プロジェクトの柔軟性が向上しますが、コストも増加する可能性があります。ただし、研究者は、一部のベイパーチャンバーコンポーネントに積層造形を使用することを調査しました。これにより、可用性が向上し、コストが削減される可能性があります。

スマートフォンの冷却

スマートフォンは、人々が徐々に最新モデルを望んでおり、リリースごとにそれらのオプションがより多くのことを行うことを期待する製品カテゴリを表しています。一部の企業リーダーは、ベイパーチャンバーの冷却によって新しいモデルの機能が強化されることを望んでいます。

伝えられるところによると、Appleは次期モデルの冷却方法をテストしています。

この問題に精通しているアナリストは、ブランドが5G電話のより厳しい特性に追いつくためにそれを必要とするだろうと信じています。彼らは、以前の信頼性テストはAppleの期待を下回っていたが、ハイテクブランドが将来のモデルにオプションを組み込むことを目指しているかもしれないと信じていると述べた。その場合、冷却方法により、バッテリーの寿命を延ばしながら処理能力を向上させることができます。

マイクロソフトは最近、折りたたみ式電話のヒンジに取り付けられたフレキシブルベイパーチャンバーを含むシステムの特許を取得しました。特許出願は、ハイテクブランドがそのアプローチを使用して、折りたたみ式のデュアルスクリーンデバイスをクールに保つことを示唆しています。

一部のスマートフォンには、すでにベイパーチャンバー冷却が含まれています。そのうちの1つはSonyXperiaProです。

デバイスの技術的な分解により、5Gアンテナを含む電話のコンポーネントから熱を逃がすグラファイトシートとのインターフェースとして機能する金属片があることが確認されました。金属は、デバイス自体とほぼ同じ高さと幅のベイパーチャンバーに熱を送ります。最後に、チャンバーはデバイスの画面から熱を放出します。

設計への影響

エンジニアは、ラップトップの設計に蒸気冷却を適用することにも関心があり、特に集中的なゲームにそれらを使用する消費者が増えています。これらの使用例におけるベイパーチャンバーの主な利点は、より薄い設計が可能になることです。エンジニアが冷却用のヒートパイプを選択する場合、コンピューターの設計では、熱を移動するために3〜4本のヒートパイプを備えていることがよくあります。

ただし、代わりにベイパーチャンバーの冷却設計を選択すると、複数の閉ループヒートパイプを廃止できます。次に、1つのチャンバーが複数のヒートパイプと同じ機能を実行するため、ラップトップの設計をより薄くすることができます。

蒸気チャンバーを使用すると、ハードウェア設計者は、蒸気チャンバーと直接接触することにより、低レベルの熱負荷をメインヒートシンクに同期させることができます。このオプションにより、ストレージおよびメモリコンポーネントは、設計に使用される扇形またはフィン付きヒートシンクへの直線的な経路になります。

実証済みのメリット

ラップトップの設計者は、過去数年にわたってこれらのガジェットを冷却するためにベイパーチャンバーを選択してきました。最近のゲーミングノートパソコンモデルに関連する証拠は、発生する可能性のある温度関連の変化を示しています。

たとえば、Dell Alienware m15R3はベイパーチャンバー冷却を備えています。モデルの広範なレビューでは、モデルに関連する温度を以前のR2モデルと比較しました。テスターは、ラップトップのターボファン機能を使用している場合でも、R2モデルの温度がCPUとGPUでそれぞれ99°C（C）と70°Cで安定していることを確認しました。ただし、R3では、CPUとGPUの温度はそれぞれ73°Cと65°Cで安定しました。レビューアは、モデル間の変更の最も可能性の高い理由として、ベイパーチャンバーの冷却を挙げました。

冷却方法の組み合わせ

プロジェクトのベイパーチャンバー冷却方法の調査に関心のあるエンジニアは、そのようなソリューションが他の温度制御オプションを置き換えるのではなく、サポートできることを覚えておく必要があります。

たとえば、最近リリースされたAcerゲーミングノートパソコンは、ガラスパネルを表示するスライディングキーボードを備えています。この設計機能により、ユーザーはコンピューターを分解せずに冷却技術を確認できます。

ベイパーチャンバーに加えて、冷却技術には、スクリーンの近くに3つの銅製ヒートパイプ、ファン、および通気口が含まれています。このモデルには、AcerのPowerGemテクノロジーも搭載されています。これは、チップから熱を奪うサーマルペーストの層の下にCPUを配置する一般的な方法とは異なるアプローチを採用しています。 PowerGemは、Acerが銅よりも数倍優れていると主張するパッドを使用しています。

クーラースマート照明

研究はまた、蒸気冷却が、LED電球を使用するモノのインターネット（IoT）照明システムに関連するいくつかの課題に対処できることを示唆しています。この問題を調査したチームは、IoT機能の通信、制御、センシング、および電力の側面に必要な追加の電子機器が、製品にこれらの接続機能がない場合と比較して、運用中に発生する総熱量に最大70％追加される可能性があることを示しました。

さらに、熱が70％上昇すると、電子機器の最高温度が約25％上昇することが研究者によって発見されました。したがって、IoT電球に見られる全体的な高温によって引き起こされるホットスポットに対処することがさらに重要になります。

しかし、研究からの推奨事項の1つは、ベイパーチャンバー技術に基づいたヒートスプレッダ基板を開発することでした。テストでは、このようなオプションをプリント回路基板の側面ではなく前面に配置した場合、非ベイパーチャンバーソリューションよりも約25％優れた熱性能が得られることが示されました。さらに、調査によると、ベイパーチャンバーシステムを使用すると、局所的な発熱と限られた熱伝達経路によるLEDの温度上昇に対処できることがわかりました。

この例は、ベイパーチャンバー冷却の選択がプロジェクト計画の始まりにすぎないことを示しています。エンジニアは、温度上昇または関連する冷却効果を引き起こす他の要因も調査する必要があります。