Kynning á óvirkum hitastjórnunarlausnum til að stuðla að þróun lækninga rafeindatækja

Frá myndgreiningartækjum til skurðaðgerða til sjálfvirks ónæmis, öflug lækningatækni 21. aldarinnar er áhrifamikil, að miklu leyti þökk sé auknum reiknikrafti örgjörva. Fyrir varmaverkfræðinga hafa þessar framfarir hins vegar kostað sitt. Því meira afl sem tæki hefur, því meiri hita myndar það og almennt þarf það að dreifa í minna og minna rými (eftir því sem stærð tækisins verður minni). Eftir því sem krafa okkar um nákvæmni og áreiðanleika í lækningatækjum eykst, verður hitaleiðnistjórnun enn mikilvægari.

Önnur áskorun stafar af þeirri staðreynd að lækningatæki hafa nokkrar sérstakar kröfur vegna mikillar áhættu sem því fylgir. Til dæmis eru sum efni sem almennt eru notuð í hitaleiðnilausnum (td kopar) ekki gagnleg í mörgum læknisfræðilegum notum vegna nálægðar þeirra við mannslíkamann (auk þess að valda bólgu í vefjum manna getur kopar valdið alvarlegri og óafturkræfri hrörnun tauga. vefjum). Þörfin fyrir nákvæmni í sumum læknisfræðilegum forritum getur þjappað plássinu sem er tiltækt fyrir kælilausnir að því marki að nær útrýmingarhættu -- skurðaðgerðartæki sem krefjast hitastjórnunar til að forðast skemmdir á vefjum manna veita hönnuðum aðeins 0. 5 millimetrar til að beita hitaflutningstækni.

Annað svæði sem krefst ofurlítinnar varmastjórnunarlausna er hönnun á ígræðanlegum tækjum, sem krefjast bæði lítillar stærðar og nákvæmra hitabreytingarstuðla til að vernda líffæri manna. Að lokum eru hraðar reglubundnar hitabreytingar (með hitasveiflum allt að 50 gráður C innan millisekúndna) algengur eiginleiki margra rannsóknarstofutækja eins og DNA-kljúfa. Allir þessir þættir sem tengjast nákvæmni, áreiðanleika, stærðartakmörkunum og ströngu efnisvali gera læknisfræðilega varmaverkfræði erfitt verkefni fyrir hönnuði. Hitaflutningshönnunarverkfræðingar verða að velja á milli skilvirkni og stærðar á móti kostnaði og, í auknum mæli, hitaleiðni á móti lágum hávaða (sem þýðir að í sumum forritum er ekki hægt að nota viftur, þó að mikið gasflæðishraði þeirra geri þær ákjósanlegar fyrir hitaleiðni).

 Hitaflutningurinn

  Varmaverkfræðingar hafa í auknum mæli snúið sér að óvirkum varmaflutningstækjum (td varmarörum) til að takast á við þessar áskoranir, vegna þess að vinnuvökvinn í hitaleiðnirörinu hefur vökva og vatnsgufu tvenns konar tilveru, svo varmaleiðingarrörið er tvífasa. kælibúnaður.Vitaflutningur er náð með því að breyta vinnuvökvanum úr vökva í vatnsgufu. Samfelld hringrás uppgufunar, flutnings (hita), þéttingar og skila þétta vinnuvökvans til uppgufunarsvæðisins.

Það verður engin bilun í afhendingarhluta meðan á þessari vinnu stendur - kjarnaatriði í forritum þar sem áreiðanleiki er í fyrirrúmi til að ná nákvæmum árangri eða ná bata sjúklings. Hönnun óvirkra hitaflutningsíhluta er einföld og felur almennt í sér lofttæmdu lokuðu röri fyllt með vinnuvökva sem er tiltölulega auðvelt að smækka. Framfarir í háræðabyggingartækni hjálpa til við að tryggja að kældi og þétti vinnuvökvinn standist þyngdarafl og skili sér á skilvirkan og áreiðanlegan hátt til varmainntakshluta leiðslurörsins. Þetta gerir leiðandi pípunni kleift að starfa í mismunandi stefnum. Með meira hönnunarfrelsi geta hönnuðir jafnvel notað sveigjanlegar hitaleiðnisrör.

Annað oftar notað hitaleiðnikerfi er hitavaskurinn. Hægt er að stjórna hitavaskinum í þvinguðum eða náttúrulegum varmhitunarham, en aftur, hvor nálgunin þýðir að gera málamiðlanir. Ef þú eykur loftflæðið sem notað er til kælingar þýðir það að þú getur fækkað uggum eða minnkað flatarmál ugganna. Hins vegar, ef loftstreymi sem myndast af viftunni er meira, er hávaði sem myndast af viftunni meiri. Ef viftan framleiðir minna loftflæði gengur viftan hljóðlátari og getur verið minni, en það þýðir að ofninn verður að hafa fleiri eða stærri ugga. Því er ekki auðvelt að gera kæliíhlutina bæði minni og hljóðlátari í sama búnaðinum.

Í hitapípuvarmaskipti er varmi fluttur í gegnum hitapípuna til ugganna og síðan dreift út í nærliggjandi loft. En það er hægt að gera það, leiðin til að draga úr stærð og hávaða á sama tíma er að gera ofnstykkin jafnhitaðri, hægt er að endurhanna hitavaskinn, sem áður var kældur með einum hitakassa (TEC), til að hafa marga TECs sem flytja varma jafnt yfir yfirborð hitastigsins í stað þess að treysta eingöngu á hitaleiðni. Samt sem áður, auk þess að krefjast viðhalds, bæta slík kerfi flókið og kostnað við rafeindatæknina. Rack gerð hitaleiðni rör samsetning getur veitt fullkominn varma stöðugleika og minna tæknilegt viðhald vinnuálag. Einfaldari kælilausn er að nota óvirka kælitækni til að sameina hitaskápinn með innbyggðu gufuholi (aðlagar í meginatriðum varmaleiðingarrör í flatt ástand til að verða flatt hitaleiðnirör), eða til að nota hitaskáp þar sem yfirborð hans er samþætt. með hitaleiðararörinu. Bæði kerfin leyfa hraðan og jafnan hitaflutning með því að gufa upp vinnuvökvann í innbyggðu hitaleiðniröri eða gufuhólfinu. Vatnsgufa ber varma jafnt í gegnum allt botnflötinn á hitaskápnum og uggann á hitaskápnum og forðast heita bletti. Vegna þess að uggarnir eru jafnhitaðir, ber loftflæði í gegnum uggana mestan hita.

Almennt séð endurspeglar breytingin í átt að óvirkum kælibúnaði (td hitapípum, hitakössum og gufuhólfum) í lækningatækjum áframhaldandi þróun í átt að smærri, öflugri og minni rafeindatækni. Þó að hefðbundnari kælivalkostir (kæling, TEC, fljótandi kæliplötur o.s.frv.) séu áfram viðeigandi valkostur fyrir sum lækningatæki, þá komast hönnuðir að því að óvirk kælitækni verður sífellt aðlaðandi eftir því sem hún þróast. Framfarir í uppbyggingu efnis hafa einnig gert óvirkar kælilausnir meira aðlaðandi fyrir hönnuði lækningatækja. Til dæmis hefur tilkoma pyrolytic graphite (APG) gert mögulega kæliíhluti sem eru minni, léttari og skilvirkari en hefðbundnir ál- eða koparhitavaskar.

Eftir því sem vörur fara í átt að minni gerð og smærri rafrænum girðingum geta efni með meiri hitaleiðni gefið hönnuðum brautargengi.

Virk varmaleiðni APG er 1000 W/mK, sem er 5 sinnum meira en solid ál og 2,5 sinnum meira en solid kopar. Apgs er einnig hægt að pakka fyrir forrit eins og skurðaðgerðartæki. Í slíkum forritum er mikilvægt að forðast snertingu við mannsvef vegna áhyggjuefna um vefjaskemmdir, ör eða sýkingu. Þróun efna eins og APG hjálpar til við að útskýra hvers vegna hönnuðir lækningatækja velja óvirkari stjórnkerfi fyrir hitaleiðni.

Þessi kerfi bjóða ekki aðeins upp á fjölbreyttari valkosti heldur bjóða þau í mörgum tilfellum upp á betri möguleika fyrir hitastjórnun.

Í samanburði við hefðbundnar fljótandi kælilausnir eru óvirk kælikerfi áreiðanlegri (færri flutningsíhlutir þýðir minni hættu á bilun), krefjast minna viðhalds, eru sveigjanlegri í hönnun, starfa hljóðlátari og í mörgum tilfellum er auðveldara að stjórna kostnaði. Nokkur dæmi um óvirka hitastjórnunarhugtök sem eru samþætt í sumum mikilvægum lækningatækjum eru sýnd hér að neðan.

Myndgreiningargreining

Vegna þess að frammistaða rafeindabúnaðar versnar hratt eftir mikilvægan hita er kæling hylki mikilvæg fyrir tækni sem notar mikið af rafeindahlutum, svo sem segulómun (MRI), tölvusneiðmynd (CT), ómskoðun og röntgengeisla. Jafnvel litlar hitasveiflur geta haft áhrif á kvörðun og niðurstöður, sem hefur í för með sér kostnaðarsaman niður í miðbæ og viðhald. FDA hefur gegnt mikilvægu hlutverki í að knýja endurtekningarnákvæmni og endurtakanleika prófunarniðurstaðna fyrir lækningatæki, svo sem skanna, líftæknitæki og örgreiningar á rannsóknarstofu, í átt að næstum fullkomnun (Stærra en eða jafnt og 95 prósent). Til að tryggja nákvæmni, gerir forskriftin fyrirmæli um 31 aðskildar prófanir fyrir eina greiningarmyndavél (21 CFR 900.12), sem margar hverjar eru í hættu vegna hitaleiðni. Samkeppnismarkaðurinn fyrir lækningatæki til greiningar hefur gert strangt hitaleiðnieftirlit enn mikilvægari þáttur í hönnun rafeindavara.

Hönnuðir vinna venjulega innan mjög þröngt svið hitastigsbreytinga (δT), með hitamun upp á 10 gráður C milli innra og ytra umhverfis undirvagns tækisins. Margir varmagjafar (svo sem raforku búnaðar og aðrir stakir rafeindaíhlutir) geta framleitt heildarafl upp á 1200 vött eða meira, þar af 400 vött er úrgangshiti sem á að losa. Með takmörkunum á viftustærð og vindhraða verður flóknara að ná þögn. Þessi vandamál geta oft verið leyst með hitauppstreymi varmaskipti að mestu leyti. Í hitaleiðara varmaskipti er varmi fluttur innan úr búnaðinum til ytra hluta búnaðarins í gegnum varmaleiðara rörið og síðan losað út í nærliggjandi loft í gegnum uggategund hitavasksins. Stærra uggasvæði og skilvirkari hitaflutningsrör gera ráð fyrir smærri, hljóðlátari viftum sem uppfylla strangar kröfur um hitaleiðni í reglugerðum og klínískum stillingum. Í sumum tilfellum er líka hægt að nota hitaleiðnirörtæknina fyrir rörið sjálft og nota þannig lögmál varmafræðinnar frekar en rafeindatækni eða viftur til að ná fram hitaflutningi.

Svipuð hitapíputækni er notuð til að kæla skjái í vöktunarbúnaði fyrir bráðaþjónustu. Eins og sýnt er á myndinni getur hitarörssamsetning af rekki veitt fullkominn hitastöðugleika með lítilli tæknilegu viðhaldi. Skortur á flutningshlutum gerir ráð fyrir eðlilegum endingartíma upp á nokkrar milljónir klukkustunda, sem gerir bilun við bráðaþjónustu nánast ómöguleg.

Sinda Thermal er leiðandi framleiðandi hitavasks sem getur útvegað ýmsar hitauppstreymilausnir fyrir lækningatæki, við getum hannað og smíðað vökvakæliskápinn, hitapípuhitavaskinn, útpressaðan hitavaskinn, skrúfaðan hitavaskinn osfrv. vinsamlegast hafðu samband við okkur frjálslega ef þú hefur einhverjar kröfur um hitavask.