Anvendelse af passiv kølestyringsløsning i medicinsk elektronisk udstyr
Fra billedbehandlingsudstyr til kirurgiske instrumenter og derefter til automatisk immunitet er den kraftfulde medicinske teknologi i det 21. århundrede imponerende, hovedsagelig på grund af mikroprocessorernes forbedrede computerkraft. Men for termiske ingeniører har disse fremskridt også kostet tilsvarende omkostninger. Jo højere enhedens effekt er, jo større er dens varmeudvikling, og overordnet set skal den også sprede varme i mindre og mindre rum (på grund af enhedens mindre størrelse). Med den stigende efterspørgsel efter præcision og pålidelighed af medicinsk udstyr er termisk kontrol blevet vigtigere.
En anden udfordring opstår ved, at medicinsk udstyr har visse særlige krav på grund af deres involvering i høje risici. På grund af det intime forhold mellem visse materialer og den menneskelige krop kan nogle almindeligt anvendte materialer i varmeafledningsopløsninger (såsom kobber) f.eks. ikke bruges i mange medicinske anvendelser. Nogle medicinske applikationer kan komprimere den plads, der bruges til køleløsninger, til næsten at forsvinde på grund af behovet for præcision. Alle disse faktorer relateret til præcision, pålidelighed, størrelsesbegrænsninger og strengt materialevalg gør medicinsk varmeafledningsteknisk design til en meget udfordrende opgave for designere. Varmeoverførselsdesigningeniører skal foretage en afvejning mellem effektivitet, størrelse og omkostninger og i stigende grad mellem varmeafledningsydelse og lav støj.
Termiske ingeniører henvender sig i stigende grad til passive varmeoverførselsenheder (såsom varmerør) for at løse disse udfordringer. Fordi arbejdsvæsken inde i varmeoverføringsrøret findes i to former: væske og vanddamp, er varmeoverføringsrøret en tofaset køleanordning. Omdannelsen af arbejdsvæske fra væske til vanddamp muliggør overførsel af varme. Arbejdsvæsken inde i varmeoverføringsrøret gennemgår en kontinuerlig cyklus af fordampning, varmeoverførsel, kondensering, og den kondenserede arbejdsvæske sendes tilbage til fordampningszonen. Der vil ikke være nogen transmissionskomponentfejl under denne arbejdsproces. Den konstant fremadskridende kapillarstrukturteknologi hjælper med at sikre, at den afkølede og kondenserede arbejdsvæske kan modstå tyngdekraften, og sender den effektivt og pålideligt tilbage til varmetilførselssektionen af varmeoverførselsrøret. Dette gør det muligt for varmeoverføringsrøret at arbejde i forskellige retninger. I tilfælde, hvor der er mere designfrihed, kan designere endda bruge fleksible termiske rør.
En anden almindeligt anvendt køleløsning er kølepladen. Kølepladen kan arbejde i tvungen eller naturlig konvektionstilstand. Men uanset hvilken tilgang der anvendes, betyder det, at der skal foretages en afvejning. Hvis luftstrømmen, der bruges til køling, øges, betyder det, at antallet af finner eller arealet af finner kan reduceres. Men jo større luftstrøm, der genereres af ventilatoren, jo større støj producerer den; Hvis luftstrømmen genereret af ventilatoren er lille, kører ventilatoren mere støjsvagt og kan være mindre i størrelsen, men det betyder også, at kølepladen skal have flere eller større finner. Derfor er det ikke nemt at gøre de termiske komponenter både mindre og mere støjsvage inden for samme enhed.
En enklere køleløsning er at bruge passiv varmeafledningsteknologi, der kombinerer køleplader med indlejrede dampkamre (i det væsentlige justerer et varmeoverføringsrør til en flad tilstand for at blive et fladt varmeoverføringsrør), eller at bruge køleplader med overfladeintegrerede varmeoverføringsrør. Begge disse skemaer kan opnå hurtig og ensartet varmeoverførsel ved at fordampe arbejdsvæsken i det indlejrede varmeoverføringsrør eller dampkammer. Vanddamp transporterer varmen jævnt gennem hele overfladen af bundpladen og finnerne på kølepladen, hvilket undgår forekomsten af hotspots. Fordi kølepladen er isotermisk, transporterer den strømmende luft, der passerer gennem kølepladen, mest varme.
I udviklingsprocessen af medicinsk udstyr er passiv termisk styring helt klart en vigtig faktor, der hjælper med at sikre nøjagtigheden og avanceret funktionalitet af det nuværende medicinske udstyr og kan yderligere forbedre disse muligheder. Passive kølestyringsløsninger har værdifulde fordele ved at spare plads, reducere vægten og reducere vedligeholdelsesomkostningerne. Sammenlignet med kølesystemer, der er afhængige af pumpede væsker, har passive køleløsninger mindre indvirkning på miljøet. Forbedringen i funktionaliteten og computerkraften af elektroniske enheder har genereret mere varme, der skal spredes, og miniaturiseringen af medicinsk udstyr reducerer gradvist pladsen til at implementere varmestyringsenheder. Innovative køleteknologier spiller en vigtig rolle i den fremtidige udvikling af medicinsk udstyr.
