Tibbiy elektron qurilmalarni rivojlantirishga yordam beradigan passiv issiqlik boshqaruvi echimlarini joriy etish
Ko'rish asboblaridan jarrohlik asboblarigacha, avtomatlashtirilgan immunitetga qadar, 21-asrning kuchli tibbiy texnologiyalari ko'p jihatdan mikroprotsessorlarning hisoblash quvvati ortib borayotgani tufayli ta'sirli. Biroq, issiqlik muhandislari uchun bu yutuqlar qimmatga tushdi. Qurilma qanchalik ko'p quvvatga ega bo'lsa, u shunchalik ko'p issiqlik hosil qiladi va umuman olganda, u kichikroq va kichikroq bo'shliqda tarqalishi kerak (qurilmaning o'lchami kichikroq bo'ladi). Tibbiy asboblarda aniqlik va ishonchlilikka bo'lgan talabimiz ortib borayotganligi sababli, issiqlik tarqalishini nazorat qilish yanada muhimroq bo'ladi.
Yana bir qiyinchilik, yuqori xavf tufayli tibbiy asboblarga ba'zi maxsus talablarga ega ekanligidan kelib chiqadi. Masalan, issiqlik tarqatuvchi eritmalarda (masalan, mis) tez-tez ishlatiladigan ba'zi materiallar inson tanasiga yaqin bo'lganligi sababli ko'plab tibbiy maqsadlarda foydalanilmaydi (mis inson to'qimalarida yallig'lanishni keltirib chiqarishi bilan bir qatorda, asabning og'ir va qaytarilmas degeneratsiyasiga olib kelishi mumkin). to'qimalar). Ba'zi tibbiy ilovalarda aniqlikka bo'lgan ehtiyoj, eritmalarni sovutish uchun bo'sh joyni -- yo'q bo'lib ketish nuqtasiga qadar qisqartirishi mumkin, bu esa inson to'qimalariga zarar etkazmaslik uchun issiqlikni boshqarishni talab qiladigan jarrohlik asboblari dizaynerlarga faqat 0 beradi. Issiqlik uzatish texnologiyasini joylashtirish uchun 5 millimetr.
Haddan tashqari kichik termal boshqaruv echimlarini talab qiladigan yana bir soha - inson organlarini himoya qilish uchun kichik o'lchamdagi va aniq harorat o'zgarishi koeffitsientlarini talab qiladigan odamga implantatsiya qilinadigan qurilmalarni loyihalash. Nihoyat, haroratning tez davriy o'zgarishi (millisekundlarda 50 gradusgacha bo'lgan harorat o'zgarishi bilan) ko'plab laboratoriya asboblari, masalan, DNKni ajratuvchi qurilmalarning umumiy xususiyatidir. Aniqlik, ishonchlilik, o'lchamdagi cheklovlar va qat'iy material tanlash bilan bog'liq bu omillarning barchasi tibbiy issiqlik muhandisligini dizaynerlar uchun qiyin vazifaga aylantiradi. Issiqlik uzatishni loyihalash bo'yicha muhandislar samaradorlik va o'lcham va xarajat va borgan sari issiqlik tarqalishi va past shovqin o'rtasida tanlov qilishlari kerak (bu ba'zi ilovalarda ventilyatorlardan foydalanish mumkin emas, garchi ularning yuqori hajmli gaz oqimi ularni issiqlik tarqalishi uchun optimal qiladi).
Issiqlik uzatish
Issiqlik muhandislari ushbu muammolarni hal qilish uchun passiv issiqlik uzatish moslamalariga (masalan, issiqlik quvurlari) tobora ko'proq murojaat qilmoqdalar, chunki issiqlik o'tkazuvchanlik trubkasidagi ishchi suyuqlik suyuqlik va suv bug'ining ikki xil mavjud bo'lishiga ega, shuning uchun issiqlik o'tkazuvchanlik trubkasi ikki fazali hisoblanadi. sovutish moslamasi.Issiqlikni uzatish ishchi suyuqlikni suyuqlikdan suv bug'iga aylantirish orqali amalga oshiriladi. Bug'lanishning uzluksiz aylanishi, kondensatsiyalangan ishchi suyuqlikning bug'lanish zonasiga o'tishi (issiqlik), kondensatsiya va qaytish.
Ushbu ish davomida etkazib berish komponentining nosozliklari bo'lmaydi - aniq natijalarga erishish yoki bemorning tiklanishiga erishish uchun ishonchlilik muhim bo'lgan ilovalarda asosiy e'tibor. Passiv issiqlik o'tkazuvchi komponentlarning dizayni oddiy va odatda kichiklashtirish uchun nisbatan oson bo'lgan ishlaydigan suyuqlik bilan to'ldirilgan vakuumli muhrlangan naychani o'z ichiga oladi. Kapillyar struktura texnologiyasidagi yutuqlar sovutilgan va kondensatsiyalangan ishchi suyuqlikning tortishish kuchiga qarshi turishini va o'tkazuvchi trubaning issiqlik kiritish qismiga samarali va ishonchli tarzda qaytarilishini ta'minlashga yordam beradi. Bu o'tkazuvchi trubaning turli yo'nalishlarda ishlashiga imkon beradi. Ko'proq dizayn erkinligi bilan dizaynerlar hatto moslashuvchan issiqlik o'tkazuvchan quvurlardan foydalanishlari mumkin.
Yana bir keng tarqalgan ishlatiladigan issiqlik tarqalish sxemasi - bu issiqlik qabul qiluvchisi. Issiqlik moslamasi majburiy yoki tabiiy konveksiya rejimida ishlashi mumkin, ammo yana ikkala yondashuv ham o'zaro kelishuvni anglatadi. Agar siz sovutish uchun ishlatiladigan havo oqimini oshirsangiz, bu siz qanotlar sonini kamaytirishingiz yoki qanotlarning maydonini kamaytirishingiz mumkinligini anglatadi. Biroq, fan tomonidan ishlab chiqarilgan havo oqimi kattaroq bo'lsa, fan tomonidan ishlab chiqarilgan shovqin kattaroq bo'ladi. Agar fan kamroq havo oqimi hosil qilsa, fan jim ishlaydi va kichikroq bo'lishi mumkin, ammo bu radiatorda ko'proq yoki kattaroq qanotlarga ega bo'lishi kerakligini anglatadi. Shu sababli, bir xil uskunada sovutish komponentlarini ham kichikroq, ham jimroq qilish oson emas.
Issiqlik quvurlari issiqlik almashinuvchisida issiqlik issiqlik trubkasi orqali qanotlarga uzatiladi va keyin atrofdagi havoga tarqaladi. Ammo buni amalga oshirish mumkin, o'lcham va shovqinni bir vaqtning o'zida kamaytirishning yo'li radiator qismlarini ko'proq izotermik qilishdir, ilgari bitta termoelektrik sovutgich (TEC) tomonidan sovutilgan issiqlik qabul qiluvchisi bir nechta bo'lishi uchun qayta ishlab chiqilishi mumkin. Faqat issiqlik o'tkazuvchanligiga tayanmaslik o'rniga issiqlikni issiqlik qabul qiluvchining yuzasi bo'ylab bir xilda o'tkazadigan TEClar. Biroq, texnik xizmat ko'rsatishni talab qilishdan tashqari, bunday sxemalar elektronikaga murakkablik va xarajatlarni oshiradi. Raf tipidagi issiqlik o'tkazuvchanlik trubkasi moslamasi mukammal termal barqarorlikni va kamroq texnik xizmat ko'rsatish ish yukini ta'minlaydi. Sovutishning oddiy yechimi - passiv sovutish texnologiyasidan foydalanib, issiqlik qabul qiluvchini o'rnatilgan bug 'bo'shlig'i bilan birlashtirish (asosan issiqlik o'tkazuvchan trubkani tekis issiqlik o'tkazuvchan trubkasiga aylantirish uchun tekis holatga keltirish) yoki yuzasi birlashtirilgan issiqlik qabul qiluvchidan foydalanish. issiqlik o'tkazuvchan trubkasi bilan. Ikkala sxema ham o'rnatilgan issiqlik o'tkazuvchan trubkasi yoki bug 'kamerasida ishlaydigan suyuqlikni bug'lash orqali tez va bir xil issiqlik uzatish imkonini beradi. Suv bug'i issiq nuqtalardan qochib, issiqlik qabul qiluvchining butun pastki yuzasi va radiator qanoti orqali issiqlikni teng ravishda o'tkazadi. Qanotlar izotermik bo'lganligi sababli, qanotlar orqali havo oqimi eng ko'p issiqlikni o'tkazadi.
Umuman olganda, tibbiy asboblarda passiv sovutish moslamalariga (masalan, issiqlik quvurlari, issiqlik qabul qiluvchilar va bug 'kameralari) o'tish kichikroq, kuchliroq va miniatyuralashtirilgan elektronikaga nisbatan davom etayotgan evolyutsiyani aks ettiradi. Ko'proq an'anaviy sovutish variantlari (sovutgich, TEC, suyuq sovutish plitalari va boshqalar) ba'zi tibbiy asboblar uchun eng to'g'ri tanlov bo'lib qolsa-da, dizaynerlar passiv sovutish texnologiyasi rivojlanib borishi bilan tobora jozibador bo'lishini aniqlamoqda. Moddiy tuzilmalardagi yutuqlar, shuningdek, passiv sovutish echimlarini tibbiy asboblar dizaynerlari uchun yanada jozibador qildi. Misol uchun, pirolitik grafitning (APG) paydo bo'lishi an'anaviy alyuminiy yoki mis issiqlik moslamalariga qaraganda kichikroq, engilroq va samaraliroq bo'lgan sovutish komponentlarini yaratishga imkon berdi.
Mahsulotlar ko'proq miniatyura va kichikroq elektron korpuslarga o'tayotganda, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega materiallar dizaynerlarga oyoq qo'yishi mumkin.
APG ning samarali issiqlik o'tkazuvchanligi 1000 Vt / mK ni tashkil qiladi, bu qattiq alyuminiydan 5 barobar va qattiq misdan 2,5 barobar ko'pdir. Apgs, shuningdek, jarrohlik asboblari kabi ilovalar uchun ham paketlanishi mumkin. Bunday ilovalarda to'qimalarning shikastlanishi, chandiqlar yoki infektsiyalar haqida tashvishlanish tufayli inson to'qimalari bilan aloqa qilishdan qochish muhimdir. APG kabi materiallarni ishlab chiqish tibbiy asboblar dizaynerlari nega ko'proq passiv issiqlik tarqalishini boshqarish tizimlarini tanlashlarini tushuntirishga yordam beradi.
Ushbu tizimlar nafaqat kengroq imkoniyatlarni taklif qiladi, balki ko'p hollarda issiqlikni boshqarish uchun yaxshi imkoniyatlarni taklif qiladi.
An'anaviy suyuqlik sovutish echimlari bilan solishtirganda, passiv sovutish tizimlari ishonchliroq (kamroq transport komponentlari kamroq nosozlik xavfini bildiradi), kamroq texnik xizmat ko'rsatishni talab qiladi, dizaynda moslashuvchan, jim ishlaydi va ko'p hollarda xarajatlarni boshqarish osonroq. Ba'zi muhim tibbiy asboblar ilovalariga kiritilgan passiv issiqlikni boshqarish tushunchalarining bir nechta misollari quyida keltirilgan.
Diagnostik tasvir
Kritik haroratdan so'ng elektronikaning ishlashi tezda yomonlashgani uchun korpusni sovutish magnit-rezonans tomografiya (MRI), kompyuter tomografiyasi (KT), ultratovush va rentgen nurlari kabi ko'plab elektron komponentlardan foydalanadigan texnologiyalar uchun juda muhimdir. Hatto haroratning kichik o'zgarishlari ham kalibrlash va natijalarga ta'sir qilishi mumkin, bu esa qimmat turadigan ishlamay qolish va texnik xizmat ko'rsatishga olib keladi. FDA skanerlar, biotexnologiya asboblari va laboratoriya mikrotahlillari kabi tibbiy asboblar uchun sinov natijalarining takrorlanuvchanligi va takrorlanishini mukammallikka yaqinlashtirishda muhim rol o'ynadi (95 foizdan ko'proq yoki unga teng). Aniqlikni ta'minlash uchun spetsifikatsiya bitta diagnostika tasvirlagichi (21 CFR 900.12) uchun 31 ta alohida sinovni talab qiladi, ularning ko'pchiligi issiqlik tarqalishi bilan bog'liq. Tibbiy diagnostika asboblari uchun raqobatbardosh bozor issiqlik tarqalishini qat'iy nazorat qilishni elektron mahsulotlarni loyihalashda yanada muhim omilga aylantirdi.
Dizaynerlar odatda harorat o'zgarishining juda tor diapazonida (DT) ishlaydi, qurilma shassisining ichki va tashqi muhitlari o'rtasida 10 daraja harorat farqi mavjud. Bir nechta issiqlik manbalari (masalan, uskuna quvvati va boshqa diskret elektron komponentlar) jami 1200 vatt yoki undan ortiq quvvat ishlab chiqarishi mumkin, shundan 400 vatt chiqindi issiqlikdir. Fan o'lchami va shamol tezligi bo'yicha cheklovlar bilan sukunatga erishish yanada murakkablashadi. Ushbu muammolar ko'pincha issiqlik trubkasi issiqlik almashinuvchisi tomonidan eng katta darajada hal qilinishi mumkin. Issiqlik o'tkazuvchan trubkali issiqlik almashtirgichda issiqlik o'tkazuvchanlik trubkasi orqali uskunaning ichki qismidan uskunaning tashqi tomoniga uzatiladi, so'ngra fin tipidagi issiqlik moslamasi orqali atrofdagi havoga chiqariladi. Kattaroq fin maydoni va samaraliroq issiqlik uzatish quvurlari tartibga solish va klinik sozlamalarning qattiq issiqlik tarqalishi talablariga javob beradigan kichikroq, jimroq fanatlarga imkon beradi. Ba'zi hollarda, quvurning o'zi uchun issiqlik o'tkazuvchanligi texnologiyasidan foydalanish ham mumkin, shuning uchun issiqlik uzatishni amalga oshirish uchun elektronika yoki fanatlar emas, balki termodinamika qonunlaridan foydalanish mumkin.
Shunga o'xshash issiqlik quvurlari texnologiyasi jiddiy tibbiy kuzatuv uskunalarida displeylarni sovutish uchun ishlatiladi. Rasmda ko'rsatilganidek, raf tipidagi termal trubkalar majmuasi kam texnik xizmat ko'rsatish bilan mukammal termal barqarorlikni ta'minlaydi. O'tkazish komponentlarining yo'qligi bir necha million soatlik normal xizmat muddatini ta'minlaydi, bu esa jiddiy parvarishlash operatsiyalari paytida muvaffaqiyatsizlikni deyarli imkonsiz qiladi.
Sinda Thermal tibbiy asbob-uskunalar uchun turli xil termal yechimlarni taqdim eta oladigan etakchi issiqlik moslamasi ishlab chiqaruvchisi bo'lib, biz suyuqlik sovutadigan issiqlik qabul qiluvchi, issiqlik trubkasi issiqlik qabul qiluvchisi, ekstrudirovka qilingan issiqlik qabul qilgich, svetoforli radiator va boshqalarni loyihalashimiz va qurishimiz mumkin. Iltimos, biz bilan bog'laning. har qanday issiqlik qabul qiluvchi talabingiz bo'lsa, bepul.
