Dampfkammern

Die Dampfkammern von Wakefield Thermal dienen zum Transport von Wärme mit einem äußerst geringen thermischen Widerstand. Das erweist sich als nützlich, wenn die Wärme kleiner Quellen über eine größere Fläche abgeführt werden muss.Dampfkammern stellen eine Anwendung mit phasenändernder Flüssigkeit dar, da sie eine Regelschleife verwenden, um Wärme schnell durch Verdampfung und Kondensation innerhalb der Kammer zu übertragen. Der besonders für die Konstruktion hilfreiche Aspekt besteht darin, dass Dampfkammern Wärme über eine Ebene transportieren und diese so im Vergleich zu Heatpipes effektiver verteilen, die Wärme in einer geraden Linie abführen.

Wie Heatpipes geben die Dampfkammern die Wärme tatsächlich nicht an die Umgebung ab, sondern dienen dazu, die Wärme effizient in einem thermischen System zu verlagern. Eine Dampfkammer besteht aus Kupferplatten (oben und unten) mit einer Dochtstruktur im Inneren, die entlang des Umfangs abgedichtet ist und eine kleine Menge von Wasser enthält. Bei Erwärmung der Kammer wird das Wasser zum Kochen gebracht und verdunstet. Der Dampf bewegt sich anschließend zum kälteren Abschnitt der Dampfkammer. Dort wird die Wärme über einen externen Wärmetauscher abgeführt und der Dampf kondensiert wieder zu Wasser. Verdampfung und Kondensation des Wassers führen zu einer Pumpwirkung, die das Wasser (und somit die Wärme) vom Bereich der Wärmequelle zu allen anderen Bereichen der Dampfkammer bewegt. 

Mehrere Arten von Dochtstruktur können in der Dampfkammer zum Einsatz kommen, aber die meisten kommerziellen Kammern werden als Netz- oder Pulvertyp klassifiziert. In beiden Fällen durchziehen Pulver oder Netzleitungen die Oberflächen der Kupferplatten, um einen Wasserfluss in/aus allen Richtungen innerhalb der Fläche der Dampfkammer zu ermöglichen. Bei netzförmigen Dochtstrukturen werden häufig unterschiedlich große Netze kombiniert, um die Kondensation oder den Transport von Flüssigkeit je nach Größe der Hohlräume zu fördern. Optimal können Dampfkammern in horizontaler Ausrichtung genutzt werden. Die Auswirkungen der Schwerkraft können je nach Anwendung und Ausrichtung variieren; es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass die Performance bei einem Betriebswinkel von mehr als 15° aus der Horizontalen sinkt.

Während des Fertigungsprozesses werden in der gesamten Kammer Horizontalstäbe aus Kupfer eingesetzt, die zum Stützen der Platten dienen, welche als Deckel fungieren und die Flüssigkeit bzw. den Dampf enthalten. Das Kupfernetz wird in der Kammer so ausgerichtet, dass es gegen die Kupferplatten drückt. Die Platten werden rundherum per Diffusionsverbindung versiegelt. In einigen Fällen wird gelötet oder geschweißt, doch eine Diffusionsverbindung ermöglicht die stärkste und für höchste Temperaturen geeignete Abdichtung der Dampfkammer. Das Diffusionsverbindungsverfahren ermöglicht ebenfalls die Verbindung des Netzes mit den Kupferplatten.

Dampfkammern kommen in vielen rauen Umgebungen wie Computern und Rechenzentren, Telekommunikation, Luft- und Raumfahrt sowie im Transportwesen zum Einsatz. Sie haben ihre Robustheit und Zuverlässigkeit in solchen Anwendungen über viele Jahre bewiesen.

Viele thermische Systeme profitieren von der Zugabe von Dampfkammern, vor allem wenn die Wärmequellen kompakt sind und der Endwärmetauscher viel größer ist, womit die Wärme der Quelle über eine größere Fläche verteilt werden muss, um den größeren Wärmetauscher effizient zu nutzen. Computeranwendungen wie Prozessoren, Grafikkarten und andere Chipsätze weisen eine hohe Wärmeabstrahlung auf einer kleinen Fläche auf. Lüfter-Kühlkörper-Kombinationen, wie sie in diesen Anwendungen genutzt werden, bieten die leistungsstarke Abgabe der Wärme an die Umgebung, doch ein Großteil der Herausforderung besteht in der Verteilung der Wärme auf die Fläche des Wärmetauschers mit kleinstmöglicher Temperaturänderung. Hier brilliert die Dampfkammer, die hohe Wärmelasten von kleinen Flächen mit extrem geringer Temperaturdifferenz spreizen kann.