চিকিৎসা ইলেকট্রনিক ডিভাইসের উন্নয়নের জন্য প্যাসিভ তাপ ব্যবস্থাপনা সমাধানের প্রবর্তন

ইমেজিং ডিভাইস থেকে অস্ত্রোপচারের যন্ত্রপাতি থেকে স্বয়ংক্রিয় প্রতিরোধ ক্ষমতা, 21 শতকের শক্তিশালী চিকিৎসা প্রযুক্তিগুলি চিত্তাকর্ষক, মাইক্রোপ্রসেসরের ক্রমবর্ধমান গণনা শক্তির জন্য ধন্যবাদ। তাপ প্রকৌশলীদের জন্য, তবে, এই অগ্রগতি একটি মূল্যে এসেছে। একটি ডিভাইসে যত বেশি শক্তি থাকে, তত বেশি তাপ উৎপন্ন হয় এবং সাধারণভাবে, এটিকে একটি ছোট এবং ছোট জায়গায় ছড়িয়ে দিতে হয় (যেমন ডিভাইসের আকার ছোট হয়ে যায়)। মেডিকেল ডিভাইসে নির্ভুলতা এবং নির্ভরযোগ্যতার জন্য আমাদের চাহিদা বাড়ার সাথে সাথে তাপ অপচয় নিয়ন্ত্রণ আরও গুরুত্বপূর্ণ হয়ে ওঠে।

আরেকটি চ্যালেঞ্জ এই সত্য থেকে উদ্ভূত হয় যে উচ্চ ঝুঁকির কারণে চিকিৎসা ডিভাইসের কিছু বিশেষ প্রয়োজনীয়তা রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, তাপ অপচয় দ্রবণে সাধারণত ব্যবহৃত কিছু উপাদান (যেমন, তামা) মানবদেহের সাথে ঘনিষ্ঠতার কারণে অনেক চিকিৎসা প্রয়োগে উপযোগী নয় (মানুষের টিস্যুতে প্রদাহ সৃষ্টি করার পাশাপাশি, তামা স্নায়ুর মারাত্মক এবং অপরিবর্তনীয় অবক্ষয় ঘটাতে পারে। টিস্যু)। কিছু মেডিক্যাল অ্যাপ্লিকেশানে নির্ভুলতার প্রয়োজনীয়তা শীতল সমাধানের জন্য উপলব্ধ স্থানকে প্রায় বিলুপ্তির বিন্দুতে সংকুচিত করতে পারে -- অস্ত্রোপচারের যন্ত্র যার জন্য মানুষের টিস্যুগুলির ক্ষতি এড়ানোর জন্য তাপ ব্যবস্থাপনার প্রয়োজন হয় ডিজাইনারকে শুধুমাত্র 0 প্রদান করে৷ তাপ স্থানান্তর প্রযুক্তি স্থাপনের জন্য 5 মিলিমিটার।

আরেকটি ক্ষেত্র যাতে অতি-ক্ষুদ্র তাপ ব্যবস্থাপনা সমাধানের প্রয়োজন হয় তা হ'ল মানুষের ইমপ্লান্টযোগ্য ডিভাইসের নকশা, যার জন্য মানব অঙ্গগুলিকে রক্ষা করার জন্য ছোট আকার এবং সঠিক তাপমাত্রা পরিবর্তন সহগ উভয়ই প্রয়োজন। অবশেষে, দ্রুত পর্যায়ক্রমিক তাপমাত্রা পরিবর্তন (মিলিসেকেন্ডের মধ্যে 50 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত তাপমাত্রার ওঠানামা সহ) অনেক পরীক্ষাগার ডিভাইস যেমন ডিএনএ স্প্লিটারগুলির একটি সাধারণ বৈশিষ্ট্য। নির্ভুলতা, নির্ভরযোগ্যতা, আকারের সীমাবদ্ধতা এবং কঠোর উপাদান নির্বাচন সম্পর্কিত এই সমস্ত কারণ মেডিকেল থার্মাল ইঞ্জিনিয়ারিংকে ডিজাইনারদের জন্য একটি কঠিন কাজ করে তোলে। তাপ স্থানান্তর ডিজাইন ইঞ্জিনিয়ারদের অবশ্যই দক্ষতা এবং আকার বনাম খরচ এবং ক্রমবর্ধমানভাবে, তাপ অপচয় বনাম কম শব্দের মধ্যে বেছে নিতে হবে (যার মানে হল যে কিছু অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ফ্যান ব্যবহার করা যাবে না, যদিও তাদের উচ্চ আয়তনের গ্যাস প্রবাহের হার তাদের তাপ অপচয়ের জন্য সর্বোত্তম করে তোলে)।

 তাপ স্থানান্তর

  তাপ প্রকৌশলীরা এই চ্যালেঞ্জগুলি মোকাবেলা করার জন্য ক্রমবর্ধমানভাবে নিষ্ক্রিয় তাপ স্থানান্তর যন্ত্রের (যেমন, তাপীয় টিউব) দিকে ঝুঁকছেন, কারণ তাপ পরিবাহী নলটিতে কার্যকারী তরল তরল এবং জলীয় বাষ্পের দুটি রূপ রয়েছে, তাই তাপ পরিবাহী নলটি একটি দ্বি-পর্যায়। কুলিং ডিভাইস। তরল থেকে জলীয় বাষ্পে কর্মক্ষম তরল রূপান্তরের মাধ্যমে তাপ স্থানান্তর করা হয়। বাষ্পীভবন, স্থানান্তর (তাপ), ঘনীভবন, এবং ঘনীভূত কার্যকারী তরলকে বাষ্পীভবন অঞ্চলে ফিরিয়ে আনার ক্রমাগত চক্র।

এই কাজের সময় কোনো ডেলিভারি কম্পোনেন্টের ব্যর্থতা হবে না - অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে একটি মূল বিবেচনা যেখানে সঠিক ফলাফল অর্জন বা রোগীর পুনরুদ্ধার অর্জনের জন্য নির্ভরযোগ্যতা সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ। প্যাসিভ হিট ট্রান্সফার উপাদানগুলির নকশাটি সহজবোধ্য এবং সাধারণত একটি ভ্যাকুয়াম সিলযুক্ত টিউব থাকে যা কর্মক্ষম তরল দিয়ে ভরা থাকে যা ছোট করা তুলনামূলকভাবে সহজ। কৈশিক গঠন প্রযুক্তির অগ্রগতি নিশ্চিত করতে সাহায্য করে যে শীতল এবং ঘনীভূত কার্যকারী তরল মাধ্যাকর্ষণ প্রতিরোধ করে এবং কার্যকরীভাবে এবং নির্ভরযোগ্যভাবে পরিবাহী নলের তাপ ইনপুট বিভাগে ফিরে আসে। এটি কন্ডাক্টিং পাইপকে বিভিন্ন ওরিয়েন্টেশনে কাজ করতে দেয়। আরও ডিজাইনের স্বাধীনতার সাথে, ডিজাইনাররা এমনকি নমনীয় তাপ পরিবাহী টিউব ব্যবহার করতে পারেন।

আরেকটি সাধারণভাবে ব্যবহৃত তাপ অপচয় স্কিম হল তাপ সিঙ্ক। তাপ সিঙ্ক জোরপূর্বক বা প্রাকৃতিক পরিচলন মোডে পরিচালিত হতে পারে, কিন্তু আবার, উভয় পদ্ধতির অর্থ হল ট্রেড-অফ করা। আপনি শীতল করার জন্য ব্যবহৃত বায়ুপ্রবাহ বৃদ্ধি করলে, এর অর্থ হল আপনি পাখনার সংখ্যা কমাতে বা পাখনার ক্ষেত্রফল কমাতে পারেন। যাইহোক, ফ্যান দ্বারা উত্পন্ন বায়ুপ্রবাহ বড় হলে, ফ্যান দ্বারা উত্পন্ন শব্দ বড় হয়। যদি ফ্যানটি কম বায়ু প্রবাহ উৎপন্ন করে, তবে ফ্যানটি শান্তভাবে চলে এবং ছোট হতে পারে, তবে এর অর্থ হল রেডিয়েটরের আরও বা বড় পাখনা থাকতে হবে। অতএব, একই সরঞ্জামগুলিতে শীতল উপাদানগুলিকে ছোট এবং শান্ত করা সহজ নয়।

একটি হিট পাইপ হিট এক্সচেঞ্জারে, তাপ তাপ পাইপের মাধ্যমে পাখনায় প্রেরণ করা হয় এবং তারপর আশেপাশের বাতাসে ছড়িয়ে পড়ে। তবে এটি করা যেতে পারে, একই সময়ে আকার এবং শব্দ কমানোর উপায় হল রেডিয়েটারের টুকরোগুলিকে আরও আইসোথার্মাল করা, হিট সিঙ্ক, যা আগে একটি একক থার্মোইলেকট্রিক কুলার (টিইসি) দ্বারা ঠান্ডা করা হয়েছিল, একাধিক রাখার জন্য পুনরায় ডিজাইন করা যেতে পারে। TEC যেগুলি তাপ সঞ্চালনের উপর সম্পূর্ণরূপে নির্ভর করার পরিবর্তে তাপ সিঙ্কের পৃষ্ঠ জুড়ে সমানভাবে তাপ স্থানান্তর করে। যাইহোক, রক্ষণাবেক্ষণের প্রয়োজন ছাড়াও, এই ধরনের স্কিমগুলি ইলেকট্রনিক্সে জটিলতা এবং খরচ যোগ করে। তাক টাইপ তাপ পরিবাহী টিউব সমাবেশ নিখুঁত তাপ স্থিতিশীলতা এবং কম প্রযুক্তিগত রক্ষণাবেক্ষণ কাজের চাপ প্রদান করতে পারে। একটি সহজ কুলিং সলিউশন হল প্যাসিভ কুলিং টেকনোলজি ব্যবহার করে তাপ সিঙ্ককে একটি এমবেডেড বাষ্প গহ্বরের সাথে একত্রিত করা (মূলত একটি তাপ পরিবাহী নলকে একটি সমতল অবস্থায় সামঞ্জস্য করা যাতে একটি সমতল তাপ পরিবাহী নল হয়ে যায়), অথবা একটি তাপ সিঙ্ক ব্যবহার করা যার পৃষ্ঠ একত্রিত হয়। তাপ পরিবাহী নল দিয়ে। উভয় স্কিম একটি এমবেডেড তাপ পরিবাহী নল বা বাষ্প চেম্বারে কার্যকরী তরলকে বাষ্পীভূত করে দ্রুত এবং অভিন্ন তাপ স্থানান্তরকে অনুমতি দেয়। জলীয় বাষ্প গরম দাগ এড়িয়ে তাপ সিঙ্কের সম্পূর্ণ নীচের পৃষ্ঠ এবং হিট সিঙ্কের পাখনা দিয়ে সমানভাবে তাপ বহন করে। যেহেতু পাখনাগুলো আইসোথার্মাল, তাই পাখনার মধ্য দিয়ে বাতাসের প্রবাহ সবচেয়ে বেশি তাপ বহন করে।

সাধারণভাবে, চিকিৎসা যন্ত্রগুলিতে প্যাসিভ কুলিং ডিভাইসের (যেমন, হিট পাইপ, হিট সিঙ্ক এবং বাষ্প চেম্বার) দিকে পরিবর্তন ছোট, আরও শক্তিশালী এবং আরও ক্ষুদ্রাকার ইলেকট্রনিক্সের দিকে চলমান বিবর্তনকে প্রতিফলিত করে। যদিও আরো ঐতিহ্যগত কুলিং বিকল্পগুলি (হিমায়ন, TEC, তরল কুলিং প্লেট, ইত্যাদি) কিছু মেডিকেল ডিভাইসের জন্য সবচেয়ে উপযুক্ত পছন্দ হিসাবে রয়ে গেছে, ডিজাইনাররা খুঁজে পাচ্ছেন যে প্যাসিভ কুলিং প্রযুক্তি বিকশিত হওয়ার সাথে সাথে এটি ক্রমবর্ধমান আকর্ষণীয় হয়ে উঠবে। বস্তুগত কাঠামোর অগ্রগতি চিকিৎসা ডিভাইস ডিজাইনারদের কাছে প্যাসিভ কুলিং সলিউশনকে আরও আকর্ষণীয় করে তুলেছে। উদাহরণস্বরূপ, পাইরোলাইটিক গ্রাফাইট (এপিজি) এর আবির্ভাব শীতল উপাদানগুলিকে সম্ভব করেছে যা প্রচলিত অ্যালুমিনিয়াম বা তামার তাপ সিঙ্কের তুলনায় ছোট, হালকা এবং আরও দক্ষ।

যেহেতু পণ্যগুলি আরও ক্ষুদ্রকরণ এবং ছোট ইলেকট্রনিক ঘেরের দিকে অগ্রসর হয়, উচ্চ তাপ পরিবাহিতা সহ উপকরণগুলি ডিজাইনারদের একটি পা বাড়িয়ে দিতে পারে।

APG-এর কার্যকর তাপ পরিবাহিতা হল 1000 W/mK, যা কঠিন অ্যালুমিনিয়ামের 5 গুণ এবং কঠিন কপারের 2.5 গুণ বেশি। Apgs এছাড়াও অস্ত্রোপচার যন্ত্রের মতো অ্যাপ্লিকেশনের জন্য প্যাকেজ করা যেতে পারে। এই জাতীয় অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, টিস্যু ক্ষতি, দাগ বা সংক্রমণের উদ্বেগের কারণে মানুষের টিস্যুর সাথে যোগাযোগ এড়ানো গুরুত্বপূর্ণ। APGs-এর মতো উপকরণের বিকাশ ব্যাখ্যা করতে সাহায্য করে কেন মেডিকেল ডিভাইস ডিজাইনাররা আরও প্যাসিভ তাপ অপচয় নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা বেছে নিচ্ছেন।

এই সিস্টেমগুলি কেবল বিস্তৃত বিকল্পগুলিই অফার করে না, তবে অনেক ক্ষেত্রে তারা তাপ পরিচালনার জন্য আরও ভাল বিকল্পগুলি অফার করে।

প্রথাগত তরল কুলিং সলিউশনের তুলনায়, প্যাসিভ কুলিং সিস্টেমগুলি আরও নির্ভরযোগ্য (কম পরিবহন উপাদানগুলির অর্থ ব্যর্থতার কম ঝুঁকি), কম রক্ষণাবেক্ষণের প্রয়োজন, ডিজাইনে আরও নমনীয়, শান্তভাবে কাজ করা এবং অনেক ক্ষেত্রে খরচ পরিচালনা করা সহজ। কিছু গুরুত্বপূর্ণ মেডিকেল ডিভাইস অ্যাপ্লিকেশনে একত্রিত প্যাসিভ তাপ ব্যবস্থাপনা ধারণার বেশ কয়েকটি উদাহরণ নীচে উপস্থাপন করা হয়েছে।

ডায়াগনস্টিক ইমেজিং

যেহেতু একটি গুরুত্বপূর্ণ তাপমাত্রার পরে ইলেকট্রনিক্সের কর্মক্ষমতা দ্রুত অবনতি হয়, কেস কুলিং এমন প্রযুক্তির জন্য গুরুত্বপূর্ণ যা প্রচুর ইলেকট্রনিক উপাদান ব্যবহার করে, যেমন ম্যাগনেটিক রেজোন্যান্স ইমেজিং (MRI), কম্পিউটেড টমোগ্রাফি (CT), আল্ট্রাসাউন্ড এবং এক্স-রে। এমনকি তাপমাত্রার সামান্য ওঠানামা ক্রমাঙ্কন এবং ফলাফলকে প্রভাবিত করতে পারে, যার ফলে ব্যয়বহুল ডাউনটাইম এবং রক্ষণাবেক্ষণ হয়। FDA একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করেছে মেডিক্যাল ডিভাইসগুলির জন্য পরীক্ষার ফলাফলের পুনরাবৃত্তিযোগ্যতা এবং পুনরুত্পাদনযোগ্যতা, যেমন স্ক্যানার, বায়োটেকনোলজি ডিভাইস, এবং ল্যাবরেটরি মাইক্রোসেস, কাছাকাছি-পরিপূর্ণতার দিকে (95 শতাংশের চেয়ে বেশি বা সমান)। নির্ভুলতা নিশ্চিত করার জন্য, স্পেসিফিকেশন একটি একক ডায়াগনস্টিক ইমেজার (21 CFR 900.12) এর জন্য 31টি পৃথক পরীক্ষা বাধ্যতামূলক করে, যার মধ্যে অনেকগুলি তাপ অপচয়ের দ্বারা আপস করা হয়। ডায়াগনস্টিক মেডিকেল ডিভাইসের প্রতিযোগিতামূলক বাজার ইলেকট্রনিক পণ্যের ডিজাইনে কঠোর তাপ অপচয় নিয়ন্ত্রণকে আরও গুরুত্বপূর্ণ ফ্যাক্টর করে তুলেছে।

ডিজাইনাররা সাধারণত তাপমাত্রার পরিবর্তনের (δT) খুব সংকীর্ণ পরিসরের মধ্যে কাজ করে, ডিভাইস চ্যাসিসের অভ্যন্তরীণ এবং বাহ্যিক পরিবেশের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য 10 ডিগ্রি সে. তাপের একাধিক উত্স (যেমন সরঞ্জামের শক্তি এবং অন্যান্য বিচ্ছিন্ন ইলেকট্রনিক উপাদান) মোট 1200 ওয়াট বা তার বেশি পাওয়ার আউটপুট তৈরি করতে পারে, যার মধ্যে 400 ওয়াট বর্জ্য তাপ নিষ্কাশন করা হয়। ফ্যানের আকার এবং বাতাসের গতির সীমাবদ্ধতার সাথে, নীরবতা অর্জন করা আরও জটিল হয়ে ওঠে। এই সমস্যাগুলি প্রায়ই থার্মাল টিউব হিট এক্সচেঞ্জার দ্বারা সর্বাধিক পরিমাণে সমাধান করা যেতে পারে। একটি তাপ পরিবাহী নল তাপ এক্সচেঞ্জারে, তাপ পরিবাহী নলের মাধ্যমে সরঞ্জামের ভেতর থেকে সরঞ্জামের বাইরের দিকে তাপ প্রেরণ করা হয় এবং তারপর পাখনা ধরনের তাপ সিঙ্কের মাধ্যমে আশেপাশের বাতাসে নিঃসৃত হয়। বৃহত্তর পাখনা এলাকা এবং আরও দক্ষ তাপ স্থানান্তর টিউবগুলি ছোট, শান্ত ফ্যানগুলির জন্য অনুমতি দেয় যা নিয়ন্ত্রক এবং ক্লিনিকাল সেটিংসের কঠোর তাপ অপচয়ের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে। কিছু ক্ষেত্রে, টিউবের জন্য তাপ পরিবাহী টিউব প্রযুক্তি ব্যবহার করাও সম্ভব, এইভাবে তাপ স্থানান্তর সম্পন্ন করার জন্য ইলেকট্রনিক্স বা পাখার পরিবর্তে তাপগতিবিদ্যার আইন ব্যবহার করা হয়।

ক্রিটিক্যাল কেয়ার মনিটরিং ইকুইপমেন্টে ডিসপ্লে ঠান্ডা করতে অনুরূপ হিট পাইপ প্রযুক্তি ব্যবহার করা হয়। চিত্রে দেখানো হয়েছে, একটি র্যাক টাইপ তাপীয় টিউব সমাবেশ সামান্য প্রযুক্তিগত রক্ষণাবেক্ষণের প্রচেষ্টার সাথে নিখুঁত তাপ স্থিতিশীলতা প্রদান করতে পারে। স্থানান্তরের উপাদানগুলির অনুপস্থিতি কয়েক মিলিয়ন ঘন্টার স্বাভাবিক পরিষেবা জীবনকে অনুমতি দেয়, যা গুরুতর যত্নের অপারেশনগুলির সময় ব্যর্থতা প্রায় অসম্ভব করে তোলে।

সিন্ডা থার্মাল হল একটি নেতৃস্থানীয় তাপ সিঙ্ক প্রস্তুতকারক যারা চিকিৎসা সরঞ্জামের জন্য বিভিন্ন ধরণের তাপ সমাধান সরবরাহ করতে পারে, আমরা তরল কুলিং হিট সিঙ্ক, হিট পাইপ হিট সিঙ্ক, এক্সট্রুডেড হিট সিঙ্ক, স্কিভড ফিন হিট সিঙ্ক ইত্যাদি ডিজাইন এবং তৈরি করতে পারি। অনুগ্রহ করে আমাদের সাথে যোগাযোগ করুন অবাধে যদি আপনার কোন তাপ সিঙ্কের প্রয়োজন থাকে।