Primjena rješenja za upravljanje pasivnim hlađenjem u medicinskoj elektronskoj opremi

Od opreme za snimanje do hirurških instrumenata, a zatim do automatskog imuniteta, moćna medicinska tehnologija 21. veka je impresivna, uglavnom zahvaljujući poboljšanoj računarskoj moći mikroprocesora. Međutim, za termalne inženjere, ova poboljšanja su također imala odgovarajuću cijenu. Što je veća snaga uređaja, to je veća proizvodnja topline, a sveukupno, potrebno je i odvođenje topline u sve manje prostore (zbog manje veličine uređaja). Sa sve većom potražnjom za preciznošću i pouzdanošću medicinske opreme, termička kontrola je postala važnija.

Drugi izazov proizilazi iz činjenice da medicinski uređaji imaju određene posebne zahtjeve zbog njihove uključenosti u visoke rizike. Na primjer, zbog intimnog odnosa između određenih materijala i ljudskog tijela, neki uobičajeno korišteni materijali u rješenjima za disipaciju topline (kao što je bakar) ne mogu se koristiti u mnogim medicinskim primjenama. Neke medicinske primjene mogu komprimirati prostor koji se koristi za rješenja za hlađenje da gotovo nestane zbog potrebe za preciznošću. Svi ovi faktori koji se odnose na preciznost, pouzdanost, ograničenja veličine i strogu selekciju materijala čine projektovanje medicinske disipacije toplote veoma izazovnim zadatkom za dizajnere. Inženjeri za projektovanje prenosa toplote moraju napraviti kompromis između efikasnosti, veličine i cene, i sve više između performansi odvođenja toplote i niske buke.

Termički inženjeri se sve više okreću pasivnim uređajima za prijenos topline (kao što su toplotne cijevi) kako bi odgovorili na ove 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 radnog fluida iz tečnosti u vodenu paru omogućava prenos toplote. Radni fluid unutar cijevi za prijenos topline prolazi kroz kontinuirani ciklus isparavanja, prijenosa topline, kondenzacije, a kondenzirani radni fluid se šalje natrag u zonu isparavanja. Tokom ovog radnog procesa neće doći do kvara komponente prijenosa. Tehnologija kapilarne strukture koja stalno napreduje pomaže da se osigura da ohlađeni i kondenzovani radni fluid može da se odupre gravitaciji, efikasno i pouzdano ga šalje nazad u deo za unos toplote cevi za prenos toplote. Ovo omogućava cijevi za prijenos topline da radi u različitim orijentacijama. U slučajevima kada postoji veća sloboda dizajna, dizajneri mogu koristiti čak i fleksibilne termalne cijevi.

Još jedno najčešće korišteno rješenje za hlađenje je hladnjak. Hladnjak može raditi u načinu prisilne ili prirodne konvekcije. Međutim, bez obzira koji pristup je usvojen, to znači praviti kompromis. Ako je protok vazduha koji se koristi za hlađenje povećan, to znači da se broj rebara ili površina rebara može smanjiti. Međutim, što je veći protok vazduha koji stvara ventilator, to je veća buka koju proizvodi; Ako je protok zraka koji stvara ventilator mali, ventilator radi tiše i može biti manjih dimenzija, ali to također znači da hladnjak mora imati više ili veće peraje. Stoga nije lako napraviti termalne komponente manje i tiše unutar istog uređaja.

Jednostavnije rješenje za hlađenje je korištenje pasivne tehnologije odvođenja 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 sa površinski integriranim cijevima za prijenos topline. Obje ove sheme mogu postići brz i ujednačen 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 peraja hladnjaka, izbjegavajući pojavu vrućih tačaka. Budući da je hladnjak izoterman, strujni zrak koji prolazi kroz hladnjak nosi najviše topline.

U procesu razvoja medicinske opreme, pasivno upravljanje toplotom je očigledno glavni faktor koji pomaže da se osigura tačnost i napredna funkcionalnost trenutne medicinske opreme, i može dodatno poboljšati ove mogućnosti. Rješenja za upravljanje pasivnim hlađenjem imaju vrijedne prednosti u uštedi prostora, smanjenju težine i smanjenju troškova održavanja. U poređenju sa sistemima za hlađenje koji se oslanjaju na pumpane tečnosti, rešenja za pasivno hlađenje imaju manji uticaj na životnu sredinu. Poboljšanje funkcionalnosti i računarske snage elektronskih uređaja generira više topline koju treba raspršiti, a minijaturizacija medicinskih uređaja postepeno smanjuje prostor za postavljanje uređaja za upravljanje toplinom. Inovativne tehnologije hlađenja igraju važnu ulogu u budućem razvoju medicinskih uređaja.