Применение решения по управлению пассивным охлаждением в медицинском электронном оборудовании
От оборудования для визуализации до хирургических инструментов, а затем и до автоматического иммунитета — мощные медицинские технологии XXI века впечатляют, во многом благодаря улучшенной вычислительной мощности микропроцессоров. Однако для инженеров-теплотехников эти достижения также обошлись соответствующей ценой. Чем выше мощность устройства, тем больше его тепловыделение, да и в целом ему также необходимо рассеивать тепло во все меньших и меньших пространствах (из-за меньших размеров устройства). С ростом спроса на точность и надежность медицинского оборудования термоконтроль становится все более важным.
Другая проблема возникает из-за того, что к медицинским устройствам предъявляются определенные особые требования, поскольку они связаны с высоким риском. Например, из-за тесной связи между некоторыми материалами и человеческим телом некоторые широко используемые материалы в решениях для отвода тепла (например, медь) не могут использоваться во многих медицинских целях. В некоторых медицинских приложениях пространство, используемое для охлаждающих растворов, может практически исчезнуть из-за необходимости точности. Все эти факторы, связанные с точностью, надежностью, ограничениями по размеру и строгим выбором материалов, делают проектирование систем рассеивания тепла в медицинских целях весьма сложной задачей для проектировщиков. Инженеры-проектировщики теплопередачи должны найти компромисс между эффективностью, размером и стоимостью, и все чаще между характеристиками рассеивания тепла и низким уровнем шума.
Инженеры-теплотехники все чаще обращаются к пассивным устройствам теплопередачи (таким как тепловые трубки) для решения этих проблем. Поскольку рабочая жидкость внутри теплообменной трубки существует в двух формах: жидкость и водяной пар, теплообменная трубка представляет собой двухфазное охлаждающее устройство. Преобразование рабочего тела из жидкости в водяной пар обеспечивает передачу тепла. Рабочее тело внутри теплообменной трубки подвергается непрерывному циклу испарения, теплопередачи, конденсации, и сконденсировавшееся рабочее тело направляется обратно в зону испарения. Во время этого рабочего процесса не произойдет отказа компонентов трансмиссии. Постоянно совершенствующаяся технология капиллярной структуры помогает гарантировать, что охлажденная и конденсированная рабочая жидкость может противостоять гравитации, эффективно и надежно отправляя ее обратно в секцию подвода тепла теплообменной трубки. Это позволяет трубке теплопередачи работать в разных ориентациях. В случаях, когда существует больше свободы проектирования, дизайнеры могут даже использовать гибкие тепловые трубы.
Еще одним широко используемым решением для охлаждения является радиатор. Радиатор может работать в режиме принудительной или естественной конвекции. Однако независимо от того, какой подход будет принят, это означает необходимость компромисса. Если поток воздуха, используемый для охлаждения, увеличивается, это означает, что количество ребер или площадь ребер можно уменьшить. Однако чем больше воздушный поток, создаваемый вентилятором, тем больше шума он производит; Если воздушный поток, создаваемый вентилятором, невелик, вентилятор работает тише и может быть меньше по размеру, но это также означает, что радиатор должен иметь больше или большие ребра. Поэтому нелегко сделать тепловые компоненты меньше и тише в одном устройстве.
Более простое решение для охлаждения — использовать технологию пассивного рассеивания тепла, сочетающую радиаторы со встроенными паровыми камерами (по сути, переводя трубку теплопередачи в плоское состояние, чтобы она стала плоской трубкой теплопередачи) или использование радиаторов со встроенными в поверхность трубками теплопередачи. Обе эти схемы позволяют добиться быстрой и равномерной теплопередачи за счет испарения рабочей жидкости во встроенной теплообменной трубке или паровой камере. Водяной пар равномерно переносит тепло по всей поверхности нижней пластины и ребер радиатора, не допуская возникновения горячих точек. Поскольку радиатор изотермический, поток воздуха, проходящий через радиатор, уносит большую часть тепла.
В процессе разработки медицинского оборудования пассивное управление температурой, очевидно, является основным фактором, помогающим обеспечить точность и расширенную функциональность существующего медицинского оборудования, и может еще больше расширить эти возможности. Решения по пассивному управлению охлаждением имеют ценные преимущества в экономии места, уменьшении веса и затрат на техническое обслуживание. По сравнению с системами охлаждения, использующими перекачиваемую жидкость, решения пассивного охлаждения оказывают меньшее воздействие на окружающую среду. Улучшение функциональности и вычислительной мощности электронных устройств привело к выделению большего количества тепла, которое необходимо рассеивать, а миниатюризация медицинских устройств постепенно сокращает пространство для размещения устройств управления теплом. Инновационные технологии охлаждения играют важную роль в будущем развитии медицинских устройств.
