Aplicarea soluției de gestionare a răcirii pasive în echipamentele electronice medicale
De la echipamente de imagistică la instrumente chirurgicale și apoi la imunitate automată, tehnologia medicală puternică a secolului 21 este impresionantă, în mare parte datorită puterii de calcul îmbunătățite a microprocesoarelor. Cu toate acestea, pentru inginerii termici, aceste progrese au venit și la un cost corespunzător. Cu cât puterea dispozitivului este mai mare, cu atât generarea sa de căldură este mai mare și, în general, trebuie să disipeze căldura în spații din ce în ce mai mici (datorită dimensiunii mai mici a dispozitivului). Odată cu creșterea cererii de precizie și fiabilitate a echipamentelor medicale, controlul termic a devenit mai important.
O altă provocare apare din faptul că dispozitivele medicale au anumite cerințe speciale datorită implicării lor în riscuri mari. De exemplu, din cauza relației intime dintre anumite materiale și corpul uman, unele materiale utilizate în mod obișnuit în soluțiile de disipare a căldurii (cum ar fi cuprul) nu pot fi utilizate în multe aplicații medicale. Unele aplicații medicale pot comprima spațiul folosit pentru soluțiile de răcire aproape să dispară din cauza necesității de precizie. Toți acești factori legați de precizie, fiabilitate, limitările de dimensiune și selecția strictă a materialelor fac din proiectarea de inginerie medicală de disipare a căldurii o sarcină extrem de dificilă pentru proiectanți. Inginerii de proiectare a transferului de căldură trebuie să facă un compromis între eficiență, dimensiune și cost, și tot mai mult între performanța de disipare a căldurii și zgomot redus.
Inginerii termici apelează din ce în ce mai mult la dispozitive pasive de transfer de căldură (cum ar fi conductele de căldură) pentru a aborda aceste provocări. Deoarece fluidul de lucru din interiorul tubului de transfer de căldură există sub două forme: lichid și vapori de apă, tubul de transfer de căldură este un dispozitiv de răcire în două faze. Transformarea fluidului de lucru din lichid în vapori de apă permite transferul de căldură. Fluidul de lucru din interiorul tubului de transfer de căldură suferă un ciclu continuu de evaporare, transfer de căldură, condensare, iar fluidul de lucru condensat este trimis înapoi în zona de evaporare. Nu va exista nicio defecțiune a componentei de transmisie în timpul acestui proces de lucru. Tehnologia structurii capilare în continuă evoluție ajută la asigurarea faptului că fluidul de lucru răcit și condensat poate rezista gravitației, trimițându-l în mod eficient și fiabil înapoi la secțiunea de intrare de căldură a tubului de transfer de căldură. Acest lucru permite tubului de transfer de căldură să funcționeze în diferite orientări. În cazurile în care există mai multă libertate de proiectare, designerii pot folosi chiar și conducte termice flexibile.
O altă soluție de răcire frecvent utilizată este radiatorul. Radiatorul de căldură poate funcționa în modul de convecție forțată sau naturală. Cu toate acestea, indiferent de abordarea adoptată, înseamnă a face un compromis. Dacă debitul de aer folosit pentru răcire este crescut, înseamnă că numărul de aripioare sau aria aripioarelor poate fi redusă. Cu toate acestea, cu cât debitul de aer generat de ventilator este mai mare, cu atât zgomotul pe care acesta îl produce este mai mare; Dacă debitul de aer generat de ventilator este mic, ventilatorul funcționează mai silențios și poate avea dimensiuni mai mici, dar asta înseamnă și că radiatorul trebuie să aibă aripioare mai multe sau mai mari. Prin urmare, nu este ușor să faceți componentele termice atât mai mici, cât și mai silențioase în cadrul aceluiași dispozitiv.
O soluție de răcire mai simplă este utilizarea tehnologiei de disipare pasivă a căldurii, combinând radiatoare cu camere de abur încorporate (ajustând, în esență, un tub de transfer de căldură la o stare plată pentru a deveni un tub plat de transfer de căldură) sau folosind radiatoare cu tuburi de transfer de căldură integrate în suprafață. Ambele scheme pot realiza un transfer rapid și uniform de căldură prin evaporarea lichidului de lucru în tubul de transfer de căldură încorporat sau camera de vapori. Vaporii de apă transportă căldura uniform prin întreaga suprafață a plăcii inferioare și a aripioarelor radiatorului, evitând apariția punctelor fierbinți. Deoarece radiatorul este izoterm, aerul care trece prin radiatorul transportă cea mai mare căldură.
În procesul de dezvoltare a echipamentelor medicale, managementul termic pasiv este în mod clar un factor major care ajută la asigurarea preciziei și funcționalității avansate a echipamentelor medicale actuale și poate îmbunătăți și mai mult aceste capacități. Soluțiile de gestionare a răcirii pasive au avantaje valoroase în economisirea spațiului, reducerea greutății și reducerea costurilor de întreținere. În comparație cu sistemele de răcire care se bazează pe lichide pompate, soluțiile de răcire pasivă au un impact mai mic asupra mediului. Îmbunătățirea funcționalității și a puterii de calcul a dispozitivelor electronice a generat mai multă căldură care trebuie disipată, iar miniaturizarea dispozitivelor medicale reduce treptat spațiul pentru implementarea dispozitivelor de gestionare a căldurii. Tehnologiile inovatoare de răcire joacă un rol important în dezvoltarea viitoare a dispozitivelor medicale.
