Toepassing van passieve koelingbeheeroplossing in medische elektronische apparatuur

Van beeldvormingsapparatuur tot chirurgische instrumenten en vervolgens tot automatische immuniteit: de krachtige medische technologie van de 21e eeuw is indrukwekkend, grotendeels dankzij de verbeterde rekenkracht van microprocessors. Voor thermische ingenieurs brengen deze ontwikkelingen echter ook overeenkomstige kosten met zich mee. Hoe hoger het vermogen van het apparaat, hoe groter de warmteontwikkeling, en over het algemeen moet het ook warmte afvoeren in steeds kleinere ruimtes (vanwege de kleinere afmetingen van het apparaat). Met de toenemende vraag naar precisie en betrouwbaarheid van medische apparatuur is thermische controle belangrijker geworden.

Een andere uitdaging komt voort uit het feit dat medische hulpmiddelen bepaalde speciale eisen stellen vanwege hun betrokkenheid bij hoge risico's. Vanwege de nauwe relatie tussen bepaalde materialen en het menselijk lichaam kunnen sommige veelgebruikte materialen in oplossingen voor warmteafvoer (zoals koper) bijvoorbeeld niet in veel medische toepassingen worden gebruikt. Sommige medische toepassingen kunnen de ruimte die wordt gebruikt voor koeloplossingen comprimeren en bijna verdwijnen vanwege de behoefte aan precisie. Al deze factoren die verband houden met precisie, betrouwbaarheid, maatbeperkingen en strikte materiaalkeuze maken het ontwerp van medische warmteafvoertechniek tot een zeer uitdagende taak voor ontwerpers. Ontwerpers van warmteoverdracht moeten een afweging maken tussen efficiëntie, omvang en kosten, en steeds vaker tussen warmteafvoerprestaties en laag geluidsniveau.

Thermische ingenieurs wenden zich steeds meer tot passieve apparaten voor warmteoverdracht (zoals warmtepijpen) om deze uitdagingen aan te pakken. Omdat de werkvloeistof in de warmteoverdrachtsbuis in twee vormen bestaat: vloeistof en waterdamp, is de warmteoverdrachtsbuis een tweefasig koelapparaat. De transformatie van werkvloeistof van vloeistof naar waterdamp maakt de overdracht van warmte mogelijk. De werkvloeistof in de warmteoverdrachtsbuis ondergaat een continue cyclus van verdamping, warmteoverdracht en condensatie, en de gecondenseerde werkvloeistof wordt teruggestuurd naar de verdampingszone. Tijdens dit werkproces zal er geen storing in de transmissiecomponenten optreden. De voortdurend voortschrijdende capillaire structuurtechnologie helpt ervoor te zorgen dat de gekoelde en gecondenseerde werkvloeistof de zwaartekracht kan weerstaan, waardoor deze effectief en betrouwbaar wordt teruggestuurd naar het warmte-invoergedeelte van de warmteoverdrachtsbuis. Hierdoor kan de warmteoverdrachtsbuis in verschillende oriëntaties werken. In gevallen waar er meer ontwerpvrijheid is, kunnen ontwerpers zelfs flexibele thermische buizen gebruiken.

Een andere veelgebruikte koeloplossing is het koellichaam. Het koellichaam kan in geforceerde of natuurlijke convectiemodus werken. Welke aanpak er ook wordt gekozen, het betekent echter dat er een afweging moet worden gemaakt. Als de luchtstroom die wordt gebruikt voor koeling wordt vergroot, betekent dit dat het aantal vinnen of het oppervlak van de vinnen kan worden verminderd. Hoe groter de luchtstroom die door de ventilator wordt gegenereerd, hoe groter het geluid dat deze produceert; Als de door de ventilator gegenereerde luchtstroom klein is, draait de ventilator stiller en kan kleiner van formaat zijn, maar dit betekent ook dat het koellichaam meer of grotere vinnen moet hebben. Daarom is het niet eenvoudig om de thermische componenten binnen hetzelfde apparaat zowel kleiner als stiller te maken.

Een eenvoudigere koeloplossing is het gebruik van passieve warmtedissipatietechnologie, waarbij koellichamen worden gecombineerd met ingebedde stoomkamers (in wezen een warmteoverdrachtsbuis in een vlakke toestand wordt gebracht om een ​​platte warmteoverdrachtsbuis te worden), of het gebruik van koellichamen met aan het oppervlak geïntegreerde warmteoverdrachtsbuizen. Beide schema's kunnen een snelle en uniforme warmteoverdracht bereiken door de werkvloeistof in de ingebedde warmteoverdrachtsbuis of dampkamer te verdampen. Waterdamp transporteert de warmte gelijkmatig door het gehele oppervlak van de bodemplaat en de vinnen van het koellichaam, waardoor het ontstaan ​​van hotspots wordt vermeden. Omdat het koellichaam isotherm is, voert de stromende lucht die door het koellichaam stroomt de meeste warmte af.

In het ontwikkelingsproces van medische apparatuur is passief thermisch beheer duidelijk een belangrijke factor bij het helpen garanderen van de nauwkeurigheid en geavanceerde functionaliteit van de huidige medische apparatuur, en kan deze mogelijkheden verder verbeteren. Passieve oplossingen voor koelbeheer hebben waardevolle voordelen bij het besparen van ruimte, het verminderen van het gewicht en het verlagen van de onderhoudskosten. Vergeleken met koelsystemen die afhankelijk zijn van verpompte vloeistoffen, hebben passieve koeloplossingen minder impact op het milieu. De verbetering van de functionaliteit en de rekenkracht van elektronische apparaten heeft meer warmte gegenereerd die moet worden afgevoerd, en de miniaturisering van medische apparaten verkleint geleidelijk de ruimte voor het inzetten van apparaten voor warmtebeheer. Innovatieve koeltechnologieën spelen een belangrijke rol in de toekomstige ontwikkeling van medische apparatuur.