Pasyvaus aušinimo valdymo sprendimo taikymas elektroninėje medicinos įrangoje
Nuo vaizdo gavimo įrangos iki chirurginių instrumentų, o vėliau iki automatinio imuniteto – galinga XXI amžiaus medicinos technologija yra įspūdinga, daugiausia dėl patobulintos mikroprocesorių skaičiavimo galios. Tačiau šilumos inžinieriams ši pažanga taip pat kainuoja atitinkamai. Kuo didesnė įrenginio galia, tuo didesnis jo šilumos generavimas, o apskritai jam reikia išsklaidyti šilumą vis mažesnėse erdvėse (dėl mažesnio įrenginio dydžio). Didėjant medicinos įrangos tikslumo ir patikimumo paklausai, šiluminė kontrolė tapo svarbesnė.
Kitas iššūkis kyla dėl to, kad medicinos prietaisams keliami tam tikri specialūs reikalavimai, nes jie kelia didelę riziką. Pavyzdžiui, dėl glaudaus ryšio tarp tam tikrų medžiagų ir žmogaus kūno kai kurios dažniausiai šilumos išsklaidymo tirpaluose naudojamos medžiagos (pvz., varis) negali būti naudojamos daugelyje medicinos programų. Kai kurios medicinos programos gali suspausti vėsinimo sprendimams naudojamą erdvę, kad jos beveik išnyktų dėl tikslumo poreikio. Dėl visų šių veiksnių, susijusių su tikslumu, patikimumu, dydžio apribojimais ir griežtu medžiagų pasirinkimu, medicininis šilumos išsklaidymo inžinerinis projektavimas yra labai sudėtinga užduotis dizaineriams. Šilumos perdavimo projektavimo inžinieriai turi rasti kompromisą tarp efektyvumo, dydžio ir sąnaudų, o vis dažniau tarp šilumos išsklaidymo efektyvumo ir mažo triukšmo.
Šilumos inžinieriai vis dažniau kreipiasi į pasyvius šilumos perdavimo įrenginius (pvz., šilumos vamzdžius), kad išspręstų šiuos iššūkius. Kadangi darbinis skystis šilumos perdavimo vamzdžio viduje yra dviejų formų: skysčio ir vandens garų, šilumos perdavimo vamzdis yra dviejų fazių aušinimo įtaisas. Darbinio skysčio pavertimas iš skysčio į vandens garus leidžia perduoti šilumą. Šilumos perdavimo vamzdžio viduje esantis darbinis skystis patiria nepertraukiamą garavimo, šilumos perdavimo, kondensacijos ciklą, o kondensuotas darbinis skystis siunčiamas atgal į garavimo zoną. Šio darbo proceso metu perdavimo komponentas nesuges. Nuolat tobulėjanti kapiliarinės struktūros technologija padeda užtikrinti, kad atvėsęs ir kondensuotas darbinis skystis galėtų atsispirti gravitacijai, efektyviai ir patikimai grąžindamas jį atgal į šilumos perdavimo vamzdžio šilumos įvedimo sekciją. Tai leidžia šilumos perdavimo vamzdžiui veikti skirtingomis kryptimis. Tais atvejais, kai yra daugiau projektavimo laisvės, projektuotojai netgi gali naudoti lanksčius termo vamzdžius.
Kitas dažniausiai naudojamas aušinimo sprendimas yra šilumos kriauklė. Šilumos kriauklė gali veikti priverstinės arba natūralios konvekcijos režimu. Tačiau, neatsižvelgiant į tai, koks požiūris yra pasirinktas, tai reiškia kompromisą. Jei aušinimui naudojamas oro srautas yra padidintas, tai reiškia, kad galima sumažinti pelekų skaičių arba jų plotą. Tačiau kuo didesnį oro srautą generuoja ventiliatorius, tuo didesnį triukšmą jis skleidžia; Jei ventiliatoriaus generuojamas oro srautas yra mažas, ventiliatorius veikia tyliau ir gali būti mažesnio dydžio, tačiau tai taip pat reiškia, kad radiatorius turi turėti daugiau arba didesnių briaunų. Todėl tame pačiame įrenginyje nėra lengva padaryti šilumos komponentus mažesnius ir tylesnius.
Paprastesnis aušinimo sprendimas yra naudoti pasyvaus šilumos išsklaidymo technologiją, derinant šilumos šalinimo kriaukles su įterptomis garų kameromis (iš esmės reguliuojant šilumos perdavimo vamzdį į plokščią būseną, kad jis taptų plokščiu šilumos perdavimo vamzdžiu), arba naudojant šilumos šalinimo kriaukles su į paviršių integruotais šilumos perdavimo vamzdžiais. Abi šios schemos gali pasiekti greitą ir tolygų šilumos perdavimą išgarinant darbinį skystį įterptame šilumos perdavimo vamzdyje arba garų kameroje. Vandens garai tolygiai perneša šilumą per visą apatinės plokštės paviršių ir aušintuvo briaunas, išvengiant karštų taškų atsiradimo. Kadangi šilumnešis yra izoterminis, tekantis oras, praeinantis pro radiatorių, išneša daugiausia šilumos.
Kuriant medicinos įrangą, pasyvus šilumos valdymas yra neabejotinai pagrindinis veiksnys, padedantis užtikrinti dabartinės medicinos įrangos tikslumą ir pažangų funkcionalumą, ir gali dar labiau sustiprinti šias galimybes. Pasyvaus vėsinimo valdymo sprendimai turi vertingų pranašumų, nes taupo erdvę, mažina svorį ir priežiūros išlaidas. Palyginti su aušinimo sistemomis, kurios priklauso nuo pumpuojamų skysčių, pasyvaus vėsinimo sprendimai daro mažesnį poveikį aplinkai. Tobulėjant elektroninių prietaisų funkcionalumui ir skaičiavimo galiai, atsiranda daugiau šilumos, kurią reikia išsklaidyti, o medicinos prietaisų miniatiūrizavimas palaipsniui mažina šilumos valdymo prietaisų diegimo erdvę. Inovatyvios aušinimo technologijos vaidina svarbų vaidmenį ateityje kuriant medicinos prietaisus.
