Primjena rješenja za upravljanje pasivnim hlađenjem u medicinskoj elektroničkoj opremi

Od opreme za snimanje do kirurških instrumenata, a potom i do automatskog imuniteta, moćna medicinska tehnologija 21. stoljeća je impresivna, uglavnom zahvaljujući poboljšanoj računalnoj snazi ​​mikroprocesora. Međutim, za toplinske inženjere, ova poboljšanja također imaju odgovarajuću cijenu. Što je veća snaga uređaja, veća je njegova proizvodnja topline, a ukupno gledajući, treba i odvoditi toplinu u sve manje prostore (zbog manje veličine uređaja). S povećanjem zahtjeva za preciznošću i pouzdanošću medicinske opreme, toplinska kontrola postala je važnija.

Drugi izazov proizlazi iz činjenice da medicinski uređaji imaju određene posebne zahtjeve zbog svoje uključenosti u visoke rizike. Na primjer, zbog bliskog odnosa između određenih materijala i ljudskog tijela, neki materijali koji se često koriste u rješenjima za raspršivanje topline (kao što je bakar) ne mogu se koristiti u mnogim medicinskim primjenama. Neke medicinske primjene mogu komprimirati prostor koji se koristi za rashladne otopine tako da gotovo nestane zbog potrebe za preciznošću. Svi ovi čimbenici povezani s preciznošću, pouzdanošću, ograničenjima veličine i strogim odabirom materijala čine inženjerski dizajn medicinske disipacije topline vrlo izazovnim zadatkom za dizajnere. Inženjeri za dizajn prijenosa topline moraju napraviti kompromis između učinkovitosti, veličine i cijene, a sve više između performansi disipacije topline i niske buke.

Inženjeri topline sve se više okreću uređajima za pasivni prijenos topline (kao što su toplinske cijevi) kako bi odgovorili na te izazove. Budući da radni fluid unutar cijevi za prijenos topline postoji u dva oblika: tekućina i vodena para, cijev za prijenos topline je dvofazni uređaj za hlađenje. Transformacija radne tekućine iz tekućine u vodenu paru omogućuje prijenos topline. Radni fluid unutar cijevi za prijenos topline prolazi kontinuirani ciklus isparavanja, prijenosa topline, kondenzacije, a kondenzirani radni fluid se šalje natrag u zonu isparavanja. Neće doći do kvara komponente prijenosa tijekom ovog procesa rada. Tehnologija kapilarne strukture koja stalno napreduje pomaže osigurati da se ohlađena i kondenzirana radna tekućina može oduprijeti gravitaciji, učinkovito i pouzdano je šaljući natrag u dio za unos topline cijevi za prijenos topline. To omogućuje cijevi za prijenos topline da radi u različitim orijentacijama. U slučajevima kada postoji više slobode dizajna, dizajneri mogu koristiti čak i fleksibilne toplinske cijevi.

Drugo često korišteno rješenje za hlađenje je hladnjak. Hladnjak može raditi u režimu prisilne ili prirodne konvekcije. Međutim, bez obzira koji se pristup usvoji, to znači kompromis. Ako se poveća protok zraka koji se koristi za hlađenje, to znači da se može smanjiti broj rebara ili površina rebara. Međutim, što je veći protok zraka koji stvara ventilator, to je veća buka koju proizvodi; Ako je protok zraka koji stvara ventilator mali, ventilator radi tiše i može biti manje veličine, ali to također znači da hladnjak mora imati više ili veća rebra. Stoga nije lako napraviti toplinske komponente i manjim i tišim unutar istog uređaja.

Jednostavnije rješenje za hlađenje je korištenje tehnologije pasivne disipacije topline, kombiniranje hladnjaka s ugrađenim parnim komorama (u suštini prilagođavanje cijevi za prijenos topline u ravno stanje da postane ravna cijev za prijenos topline) ili korištenje hladnjaka s površinski integriranim cijevima za prijenos topline. Obje ove sheme mogu postići brz i ravnomjeran prijenos topline isparavanjem radne tekućine u ugrađenoj cijevi za prijenos topline ili parnoj komori. Vodena para ravnomjerno prenosi toplinu kroz cijelu površinu donje ploče i rebara hladnjaka, izbjegavajući pojavu vrućih točaka. Budući da je hladnjak izoterman, protok zraka koji prolazi kroz hladnjak odnosi najviše topline.

U procesu razvoja medicinske opreme, pasivno upravljanje toplinom očito je glavni čimbenik koji pomaže u osiguravanju točnosti i napredne funkcionalnosti trenutne medicinske opreme i može dodatno poboljšati te mogućnosti. Rješenja za upravljanje pasivnim hlađenjem imaju vrijedne prednosti u uštedi prostora, smanjenju težine i smanjenju troškova održavanja. U usporedbi sa sustavima hlađenja koji se oslanjaju na dizane tekućine, rješenja pasivnog hlađenja imaju manji utjecaj na okoliš. Poboljšanje funkcionalnosti i računalne snage elektroničkih uređaja generira više topline koju je potrebno raspršiti, a minijaturizacija medicinskih uređaja postupno smanjuje prostor za postavljanje uređaja za upravljanje toplinom. Inovativne tehnologije hlađenja igraju važnu ulogu u budućem razvoju medicinskih uređaja.