Pengenalan penyelesaian pengurusan haba pasif untuk menggalakkan pembangunan peranti elektronik perubatan

Daripada peranti pengimejan kepada instrumen pembedahan kepada imuniti automatik, teknologi perubatan berkuasa abad ke-21 sangat mengagumkan, sebahagian besarnya disebabkan oleh peningkatan kuasa pengiraan mikropemproses. Bagi jurutera terma, bagaimanapun, kemajuan ini mempunyai harga yang berpatutan. Lebih banyak kuasa yang dimiliki peranti, lebih banyak haba yang dihasilkannya, dan secara amnya, ia perlu meresap dalam ruang yang lebih kecil dan lebih kecil (apabila saiz peranti menjadi lebih kecil). Apabila permintaan kami untuk ketepatan dan kebolehpercayaan dalam peranti perubatan meningkat, kawalan pelesapan haba menjadi lebih penting.

Cabaran lain berpunca daripada fakta bahawa peranti perubatan mempunyai beberapa keperluan khas kerana risiko tinggi yang terlibat. Sebagai contoh, beberapa bahan yang biasa digunakan dalam penyelesaian pelesapan haba (cth, tembaga) tidak berguna dalam banyak aplikasi perubatan kerana jaraknya yang dekat dengan tubuh manusia (selain menyebabkan keradangan pada tisu manusia, kuprum boleh menyebabkan degenerasi saraf yang teruk dan tidak dapat dipulihkan. tisu). Keperluan untuk ketepatan dalam sesetengah aplikasi perubatan mungkin memampatkan ruang yang tersedia untuk penyelesaian penyejukan kepada tahap hampir pupus -- instrumen pembedahan yang memerlukan pengurusan haba untuk mengelakkan kerosakan pada tisu manusia menyediakan pereka dengan hanya 0. 5 milimeter untuk menggunakan teknologi pemindahan haba.

Satu lagi bidang yang memerlukan penyelesaian pengurusan haba ultra-kecil ialah reka bentuk peranti implan manusia, yang memerlukan kedua-dua saiz kecil dan pekali perubahan suhu yang tepat untuk melindungi organ manusia. Akhir sekali, perubahan suhu berkala yang cepat (dengan turun naik suhu sehingga 50 darjah C dalam milisaat) adalah ciri biasa kebanyakan peranti makmal seperti pembahagi DNA. Kesemua faktor ini berkaitan dengan ketepatan, kebolehpercayaan, kekangan saiz, dan pemilihan bahan yang ketat menjadikan kejuruteraan terma perubatan tugas yang sukar untuk pereka bentuk. Jurutera reka bentuk pemindahan haba mesti memilih antara kecekapan dan saiz berbanding kos dan, semakin banyak, pelesapan haba berbanding hingar rendah (yang bermaksud bahawa dalam sesetengah aplikasi kipas tidak boleh digunakan, walaupun kadar aliran gas volum tinggi mereka menjadikannya optimum untuk pelesapan haba).

 Pemindahan haba

  Jurutera terma semakin beralih kepada peranti pemindahan haba pasif (cth, tiub haba) untuk menangani cabaran ini, kerana cecair kerja dalam tiub pengaliran haba mempunyai dua bentuk kewujudan cecair dan wap air, jadi tiub pengaliran haba adalah dua fasa. peranti penyejukan.Pemindahan haba dicapai dengan penjelmaan bendalir kerja daripada cecair kepada wap air. Kitaran berterusan penyejatan, pemindahan (haba), pemeluwapan, dan pengembalian bendalir kerja terkondensasi ke zon penyejatan.

Tidak akan ada kegagalan komponen penghantaran semasa kerja ini-pertimbangan teras dalam aplikasi yang kebolehpercayaan adalah Diutamakan untuk mencapai hasil yang tepat atau mencapai pemulihan pesakit. Reka bentuk komponen pemindahan haba pasif adalah mudah dan secara amnya melibatkan tiub tertutup vakum yang diisi dengan bendalir kerja yang agak mudah untuk dikecilkan. Kemajuan dalam teknologi struktur kapilari membantu memastikan bendalir kerja yang disejukkan dan terpeluwap menahan graviti dan dikembalikan dengan cekap dan boleh dipercayai ke bahagian input haba tiub pengalir. Ini membolehkan paip pengalir beroperasi dalam orientasi yang berbeza. Dengan lebih banyak kebebasan reka bentuk, pereka juga boleh menggunakan tiub pengaliran haba yang fleksibel.

Satu lagi skim pelesapan haba yang lebih biasa digunakan ialah sink haba. Sinki haba boleh dikendalikan dalam mod perolakan paksa atau semula jadi, tetapi sekali lagi, sama ada pendekatan bermakna membuat pertukaran. Jika anda meningkatkan aliran udara yang digunakan untuk penyejukan, ini bermakna anda boleh mengurangkan bilangan sirip atau mengurangkan keluasan sirip. Walau bagaimanapun, jika aliran udara yang dihasilkan oleh kipas lebih besar, bunyi yang dihasilkan oleh kipas adalah lebih besar. Jika kipas menghasilkan kurang aliran udara, kipas berjalan lebih senyap dan boleh menjadi lebih kecil, tetapi ini bermakna radiator mesti mempunyai sirip yang lebih atau lebih besar. Oleh itu, bukan mudah untuk menjadikan komponen penyejukan lebih kecil dan lebih senyap dalam peralatan yang sama.

Dalam penukar haba paip haba, haba dihantar melalui paip haba ke sirip dan kemudian dilesapkan ke udara sekeliling. Tetapi boleh dilakukan, cara untuk mengurangkan saiz dan bunyi pada masa yang sama adalah dengan menjadikan kepingan radiator lebih isoterma, sink haba, yang sebelum ini disejukkan oleh penyejuk termoelektrik tunggal (TEC), boleh direka bentuk semula untuk mempunyai berbilang TEC yang memindahkan haba secara seragam merentasi permukaan sink haba dan bukannya bergantung semata-mata pada pengaliran haba. Walau bagaimanapun, selain memerlukan penyelenggaraan, skim tersebut menambah kerumitan dan kos kepada elektronik. Pemasangan tiub pengaliran haba jenis rak boleh memberikan kestabilan haba yang sempurna dan kurang beban kerja penyelenggaraan teknikal. Penyelesaian penyejukan yang lebih mudah ialah menggunakan teknologi penyejukan pasif untuk menggabungkan sink haba dengan rongga stim terbenam (pada asasnya melaraskan tiub pengaliran haba kepada keadaan rata untuk menjadi tiub pengaliran haba rata), atau menggunakan sink haba yang permukaannya disepadukan dengan tiub pengaliran haba. Kedua-dua skema membenarkan pemindahan haba yang cepat dan seragam dengan menyejat bendalir kerja dalam tiub pengaliran haba tertanam atau ruang wap. Wap air membawa haba secara sekata melalui seluruh permukaan bawah sink haba dan sirip sink haba, mengelakkan bintik panas. Oleh kerana sirip adalah isoterma, aliran udara melalui sirip membawa haba paling banyak.

Secara umum, peralihan ke arah peranti penyejukan pasif (cth, paip haba, sink haba dan ruang wap) dalam peranti perubatan mencerminkan evolusi berterusan ke arah elektronik yang lebih kecil, lebih berkuasa dan lebih kecil. Walaupun lebih banyak pilihan penyejukan tradisional (penyejukan, TEC, plat penyejuk cecair, dll.) kekal sebagai pilihan paling sesuai untuk sesetengah peranti perubatan, pereka bentuk mendapati bahawa teknologi penyejukan pasif akan menjadi semakin menarik apabila ia berkembang. Kemajuan dalam struktur bahan juga telah menjadikan penyelesaian penyejukan pasif lebih menarik kepada pereka peranti perubatan. Sebagai contoh, kemunculan grafit pirolitik (APG) telah memungkinkan komponen penyejukan yang lebih kecil, ringan dan lebih cekap daripada sink haba aluminium atau tembaga konvensional.

Apabila produk bergerak ke arah lebih pengecilan dan kepungan elektronik yang lebih kecil, bahan dengan kekonduksian terma yang lebih tinggi boleh memberi peluang kepada pereka bentuk.

Kekonduksian terma berkesan APG ialah 1000 W/mK, iaitu 5 kali ganda daripada aluminium pepejal dan 2.5 kali ganda daripada kuprum pepejal. Apgs juga boleh dibungkus untuk aplikasi seperti instrumen pembedahan. Dalam aplikasi sedemikian, adalah penting untuk mengelakkan sentuhan dengan tisu manusia kerana kebimbangan tentang kerosakan tisu, parut, atau jangkitan. Pembangunan bahan seperti APG membantu menjelaskan mengapa pereka peranti perubatan memilih sistem kawalan pelesapan haba yang lebih pasif.

Bukan sahaja sistem ini menawarkan pilihan yang lebih luas, tetapi dalam banyak kes ia menawarkan pilihan yang lebih baik untuk pengurusan haba.

Berbanding dengan penyelesaian penyejukan cecair tradisional, sistem penyejukan pasif lebih dipercayai (komponen pengangkutan yang lebih sedikit bermakna risiko kegagalan yang lebih rendah), memerlukan kurang penyelenggaraan, reka bentuk lebih fleksibel, beroperasi dengan lebih senyap, dan dalam banyak kes lebih mudah untuk menguruskan kos. Beberapa contoh konsep pengurusan haba pasif yang disepadukan dalam beberapa aplikasi peranti perubatan penting dibentangkan di bawah.

Pengimejan diagnostik

Oleh kerana prestasi elektronik merosot dengan cepat selepas suhu kritikal, penyejukan kotak adalah penting untuk teknologi yang menggunakan banyak komponen elektronik, seperti pengimejan resonans magnetik (MRI), tomografi berkomputer (CT), ultrasound dan X-ray. Malah turun naik kecil dalam suhu boleh menjejaskan penentukuran dan keputusan, mengakibatkan masa henti dan penyelenggaraan yang mahal. FDA telah memainkan peranan penting dalam memacu kebolehulangan dan kebolehulangan keputusan ujian untuk peranti perubatan, seperti pengimbas, peranti bioteknologi dan ujian mikro makmal, ke arah hampir kesempurnaan ( Lebih besar daripada atau sama dengan 95 peratus ). Untuk memastikan ketepatan, spesifikasi mewajibkan 31 ujian berasingan untuk pengimej diagnostik tunggal (21 CFR 900.12), kebanyakannya terjejas oleh pelesapan haba. Pasaran yang kompetitif untuk peranti perubatan diagnostik telah menjadikan kawalan pelesapan haba yang ketat sebagai faktor yang lebih penting dalam reka bentuk produk elektronik.

Pereka bentuk biasanya bekerja dalam julat variasi suhu (δT) yang sangat sempit, dengan perbezaan suhu 10 darjah C antara persekitaran dalaman dan luaran casis peranti. Pelbagai sumber haba (seperti kuasa peralatan dan komponen elektronik diskret lain) boleh menghasilkan jumlah keluaran kuasa sebanyak 1200 watt atau lebih, di mana 400 watt adalah haba buangan yang akan dinyahcaskan. Dengan had saiz kipas dan kelajuan angin, ia menjadi lebih rumit untuk mencapai kesunyian. Masalah-masalah ini selalunya boleh diselesaikan oleh penukar haba tiub haba ke tahap yang paling besar. Dalam penukar haba tiub pengaliran haba, haba dihantar dari bahagian dalam peralatan ke luar peralatan melalui tiub pengaliran haba, dan kemudian dilepaskan ke udara sekeliling melalui sink haba jenis sirip. Kawasan sirip yang lebih besar dan tiub pemindahan haba yang lebih cekap membolehkan kipas yang lebih kecil dan senyap yang memenuhi keperluan pelesapan haba yang ketat bagi Tetapan kawal selia dan klinikal. Dalam sesetengah kes, teknologi tiub pengaliran haba juga boleh digunakan untuk tiub itu sendiri, dengan itu menggunakan undang-undang termodinamik dan bukannya elektronik atau kipas untuk mencapai pemindahan haba.

Teknologi paip haba yang serupa digunakan untuk menyejukkan paparan dalam peralatan pemantauan penjagaan kritikal. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, pemasangan tiub haba jenis rak boleh memberikan kestabilan terma yang sempurna dengan sedikit usaha penyelenggaraan teknikal. Ketiadaan komponen pemindahan membolehkan hayat perkhidmatan biasa beberapa juta jam, menjadikan kegagalan semasa operasi penjagaan kritikal hampir mustahil.

Sinda Thermal ialah pengeluar sink haba terkemuka yang boleh menyediakan pelbagai jenis penyelesaian haba untuk peralatan perubatan, kami boleh mereka bentuk dan membina sink haba penyejuk cecair, sink haba paip haba, sink haba tersemperit, sink haba sirip skived, dll. sila hubungi kami secara bebas jika anda mempunyai sebarang keperluan sink haba.