Aplicació de la solució de gestió de refrigeració passiva en equips electrònics mèdics
Des d'equips d'imatge fins a instruments quirúrgics, i després a la immunitat automàtica, la potent tecnologia mèdica del segle XXI és impressionant, en gran part a causa de la millora de la potència de càlcul dels microprocessadors. Tanmateix, per als enginyers tèrmics, aquests avenços també han tingut un cost corresponent. Com més gran sigui la potència del dispositiu, més gran és la seva generació de calor i, en general, també necessita dissipar la calor en espais cada cop més petits (a causa de la mida més petita del dispositiu). Amb la creixent demanda de precisió i fiabilitat dels equips mèdics, el control tèrmic s'ha tornat més important.
Un altre repte sorgeix del fet que els dispositius mèdics tenen uns requisits especials per la seva implicació en riscos elevats. Per exemple, a causa de la relació íntima entre determinats materials i el cos humà, alguns materials d'ús habitual en solucions de dissipació de calor (com el coure) no es poden utilitzar en moltes aplicacions mèdiques. Algunes aplicacions mèdiques poden comprimir l'espai utilitzat per a les solucions de refrigeració per gairebé desaparèixer a causa de la necessitat de precisió. Tots aquests factors relacionats amb la precisió, la fiabilitat, les limitacions de mida i la selecció estricta de materials fan que el disseny d'enginyeria de dissipació de calor mèdica sigui una tasca molt difícil per als dissenyadors. Els enginyers de disseny de transferència de calor han de fer un compromís entre l'eficiència, la mida i el cost, i cada cop més entre el rendiment de la dissipació de calor i el baix soroll.
Els enginyers tèrmics recorren cada cop més a dispositius de transferència de calor passius (com ara canonades de calor) per abordar aquests reptes. Com que el fluid de treball dins del tub de transferència de calor existeix de dues formes: líquid i vapor d'aigua, el tub de transferència de calor és un dispositiu de refrigeració bifàsic. La transformació del fluid de treball de líquid a vapor d'aigua permet la transferència de calor. El fluid de treball dins del tub de transferència de calor experimenta un cicle continu d'evaporació, transferència de calor, condensació i el fluid de treball condensat es torna a la zona d'evaporació. No hi haurà cap fallada en els components de transmissió durant aquest procés de treball. La tecnologia d'estructura capil·lar que avança constantment ajuda a garantir que el fluid de treball refrigerat i condensat pugui resistir la gravetat, enviant-lo de manera eficaç i fiable a la secció d'entrada de calor del tub de transferència de calor. Això permet que el tub de transferència de calor funcioni en diferents orientacions. En els casos en què hi ha més llibertat de disseny, els dissenyadors fins i tot poden utilitzar canonades tèrmiques flexibles.
Una altra solució de refrigeració que s'utilitza habitualment és el dissipador de calor. El dissipador de calor pot funcionar en mode de convecció forçada o natural. No obstant això, independentment de quin enfocament s'adopti, significa fer una compensació. Si augmenta el flux d'aire utilitzat per a la refrigeració, vol dir que es pot reduir el nombre d'aletes o l'àrea d'aletes. Tanmateix, com més gran és el flux d'aire generat pel ventilador, més gran és el soroll que produeix; Si el flux d'aire generat pel ventilador és petit, el ventilador funciona més silenciós i pot ser de mida més petita, però això també vol dir que el dissipador de calor ha de tenir aletes més o més grans. Per tant, no és fàcil fer que els components tèrmics siguin més petits i silenciosos dins del mateix dispositiu.
Una solució de refrigeració més senzilla és utilitzar la tecnologia de dissipació de calor passiva, combinant dissipadors de calor amb cambres de vapor incrustades (essencialment ajustant un tub de transferència de calor a un estat pla per convertir-se en un tub de transferència de calor pla) o utilitzant dissipadors de calor amb tubs de transferència de calor integrats a la superfície. Ambdós esquemes poden aconseguir una transferència de calor ràpida i uniforme mitjançant l'evaporació del líquid de treball al tub de transferència de calor o cambra de vapor incrustat. El vapor d'aigua transporta la calor de manera uniforme per tota la superfície de la placa inferior i les aletes del dissipador de calor, evitant l'aparició de punts calents. Com que el dissipador de calor és isotèrmic, l'aire que passa pel dissipador de calor transporta més calor.
En el procés de desenvolupament d'equips mèdics, la gestió tèrmica passiva és clarament un factor important per ajudar a garantir la precisió i la funcionalitat avançada dels equips mèdics actuals, i pot millorar encara més aquestes capacitats. Les solucions de gestió de refrigeració passiva tenen valuosos avantatges per estalviar espai, reduir el pes i reduir els costos de manteniment. En comparació amb els sistemes de refrigeració que es basen en líquids bombejats, les solucions de refrigeració passiva tenen menys impacte en el medi ambient. La millora de la funcionalitat i la potència de càlcul dels dispositius electrònics ha anat generant més calor que cal dissipar, i la miniaturització dels dispositius mèdics redueix progressivament l'espai per desplegar dispositius de gestió de calor. Les tecnologies de refrigeració innovadores tenen un paper important en el desenvolupament futur de dispositius mèdics.
