의료 전자 장비의 패시브 냉각 관리 솔루션 적용
영상 장비부터 수술 기구, 그리고 자동 면역에 이르기까지 21세기의 강력한 의료 기술은 주로 마이크로프로세서의 향상된 컴퓨팅 성능으로 인해 인상적입니다. 그러나 열 엔지니어의 경우 이러한 발전에는 그에 따른 비용도 발생했습니다. 장치의 전력이 높을수록 열 발생도 커지며, 전반적으로 장치의 크기가 작아지기 때문에 점점 더 작은 공간에서 열을 발산해야 합니다. 의료 장비의 정밀도와 신뢰성에 대한 요구가 증가함에 따라 열 제어가 더욱 중요해졌습니다.
또 다른 문제는 의료 기기가 높은 위험과 관련되어 있기 때문에 특별한 요구 사항이 있다는 사실에서 발생합니다. 예를 들어, 특정 재료와 인체 사이의 밀접한 관계로 인해 열 방출 솔루션에 일반적으로 사용되는 일부 재료(예: 구리)는 많은 의료 응용 분야에 사용할 수 없습니다. 일부 의료 응용 분야에서는 정밀도에 대한 요구로 인해 냉각 솔루션에 사용되는 공간이 거의 사라지도록 압축할 수 있습니다. 정밀도, 신뢰성, 크기 제한 및 엄격한 재료 선택과 관련된 이러한 모든 요소는 의료용 방열 엔지니어링 설계를 설계자에게 매우 어려운 작업으로 만듭니다. 열 전달 설계 엔지니어는 효율성, 크기, 비용, 그리고 점점 더 열 방출 성능과 저소음 사이에서 균형을 맞춰야 합니다.
열 엔지니어들은 이러한 문제를 해결하기 위해 점점 수동형 열 전달 장치(예: 히트 파이프)로 전환하고 있습니다. 전열관 내부의 작동 유체는 액체와 수증기의 두 가지 형태로 존재하므로 전열관은 2상 냉각 장치입니다. 작동 유체가 액체에서 수증기로 변환되면 열 전달이 가능해집니다. 전열관 내부의 작동유체는 증발, 열전달, 응축의 연속적인 사이클을 거치며, 응축된 작동유체는 증발영역으로 다시 보내집니다. 이 작업 과정에서 전송 구성 요소 오류가 발생하지 않습니다. 지속적으로 발전하는 모세관 구조 기술은 냉각 및 응축된 작동 유체가 중력에 저항할 수 있도록 보장하고 이를 열 전달 튜브의 열 입력 섹션으로 효과적이고 안정적으로 다시 보내는 데 도움이 됩니다. 이를 통해 열 전달 튜브가 다양한 방향으로 작동할 수 있습니다. 설계 자유도가 더 높은 경우 설계자는 유연한 열 파이프를 사용할 수도 있습니다.
일반적으로 사용되는 또 다른 냉각 솔루션은 방열판입니다. 방열판은 강제 또는 자연 대류 모드에서 작동할 수 있습니다. 그러나 어떤 접근 방식을 채택하든 이는 절충을 의미합니다. 냉각에 사용되는 공기 흐름이 증가하면 핀 수나 핀 면적이 줄어들 수 있음을 의미합니다. 그러나 팬에 의해 생성되는 공기 흐름이 클수록 발생하는 소음도 커집니다. 팬에서 생성되는 공기 흐름이 작으면 팬이 더 조용하게 작동하고 크기도 더 작아질 수 있지만 이는 방열판에 더 많거나 더 큰 핀이 있어야 함을 의미하기도 합니다. 따라서 동일한 장치 내에서 열 구성 요소를 더 작고 더 조용하게 만드는 것은 쉽지 않습니다.
더 간단한 냉각 솔루션은 수동형 방열 기술을 사용하거나 내장형 증기 챔버와 방열판을 결합하거나(기본적으로 열 전달 튜브를 평평한 상태로 조정하여 평평한 열 전달 튜브가 됨) 표면 통합 열 전달 튜브가 있는 방열판을 사용하는 것입니다. 이 두 방식 모두 내장된 열 전달 튜브 또는 증기 챔버에서 작동 액체를 증발시켜 빠르고 균일한 열 전달을 달성할 수 있습니다. 수증기는 바닥 플레이트의 전체 표면과 방열판의 핀을 통해 균일하게 열을 전달하여 핫스팟의 발생을 방지합니다. 방열판은 등온이므로 방열판을 통과하는 흐르는 공기가 가장 많은 열을 운반합니다.
의료 장비 개발 과정에서 수동 열 관리는 현재 의료 장비의 정확성과 고급 기능을 보장하는 데 도움이 되는 주요 요소이며 이러한 기능을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 패시브 냉각 관리 솔루션은 공간 절약, 무게 감소, 유지 관리 비용 절감 측면에서 귀중한 이점을 제공합니다. 펌핑된 액체에 의존하는 냉각 시스템에 비해 수동 냉각 솔루션은 환경에 미치는 영향이 적습니다. 전자기기의 기능성과 컴퓨팅 성능의 향상으로 인해 방출해야 할 열이 많아지고 있으며, 의료기기의 소형화로 인해 열관리 장치를 배치할 수 있는 공간이 점차 줄어들고 있습니다. 혁신적인 냉각 기술은 향후 의료 기기 개발에 중요한 역할을 합니다.
