Các Động cơ máy thở là một thành phần cốt lõi của các thiết bị hỗ trợ hô hấp y tế hiện đại, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác và ổn định của sản lượng luồng không khí. Với sự phát triển liên tục của máy thở không xâm lấn, máy thở xâm lấn và thiết bị trị liệu oxy dòng chảy cao, hiệu suất và các yêu cầu ổn định lâu dài của động cơ đang ngày càng trở nên nghiêm ngặt. Động cơ tạo ra nhiệt đáng kể ở tần số cao. Sự tản nhiệt kém có thể dẫn đến giảm hiệu quả, trục trặc hệ thống kiểm soát và thậm chí là thiệt hại vận động. Do đó, sự phân tán nhiệt hiệu quả và hiệu quả là rất quan trọng để đảm bảo vận hành vận động máy thở đáng tin cậy.
Phương pháp làm mát động cơ thông thường
Đối lưu tự nhiên
Đối lưu tự nhiên là phương pháp tản nhiệt phổ biến nhất. Nó tiêu tan nhiệt thông qua chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt động cơ và không khí xung quanh. Phương pháp này phù hợp cho động cơ máy thở nhỏ, năng lượng thấp, không yêu cầu các thành phần tản nhiệt bổ sung, cung cấp một cấu trúc đơn giản và giảm chi phí bảo trì. Vỏ thường được làm bằng hợp kim nhôm hoặc vỏ kim loại với vây để tăng hiệu quả tản nhiệt. Yêu cầu đối lưu cao yêu cầu lưu thông không khí mịn trong thiết bị.
Làm mát không khí cưỡng bức
Làm mát không khí cưỡng bức sử dụng quạt bên ngoài hoặc bên trong để tạo ra luồng không khí định hướng, tăng tốc loại bỏ nhiệt từ bề mặt động cơ. Nó phù hợp cho động cơ máy thở tốc độ cao, năng lượng trung bình. Làm mát không khí có thể cải thiện đáng kể hiệu quả tản nhiệt và giữ nhiệt độ cuộn dây động cơ trong giới hạn an toàn. Thiết kế máy thở thường kết hợp quạt trục hoặc ly tâm nhỏ trong ống dẫn phía quạt hoặc xung quanh động cơ. Cấu trúc làm mát không khí phải cân bằng các đường dẫn khí, kiểm soát nhiễu và bố trí không gian.
Chất lỏng làm mát
Làm mát chất lỏng sử dụng chất làm mát (như nước tinh khiết hoặc dung dịch ethylene glycol) để lưu thông qua các ống kín để loại bỏ nhiệt. Nó chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống hô hấp chăm sóc công nghiệp hoặc chăm sóc quan trọng liên tục. Một hệ thống làm mát chất lỏng bao gồm các thành phần như bơm nước làm mát, bộ trao đổi nhiệt và tấm làm mát. Làm mát chất lỏng cung cấp hiệu quả tản nhiệt cao, độ ổn định và dao động nhiệt độ tối thiểu, nhưng nó phức tạp, tốn kém và cần bảo trì cao. Nó thường không được sử dụng trong nhà hoặc máy thở di động.
Nhiệt làm mát ống
Ống nhiệt là một công nghệ tản nhiệt sử dụng nguyên tắc thay đổi pha để nhanh chóng tiến hành nhiệt. Chúng phù hợp cho động cơ máy thở nhỏ gọn nhưng thâm dụng nhiệt. Một lượng nhỏ chất lỏng được lấp đầy trong ống nhiệt, nhanh chóng chuyển nhiệt thông qua sự hấp thụ nhiệt và ngưng tụ. Ống nhiệt có thể được kết hợp với làm mát không khí hoặc đối lưu tự nhiên để cải thiện hiệu quả tản nhiệt tổng thể. Làm mát ống nhiệt đòi hỏi các yêu cầu bố trí động cơ nghiêm ngặt, và mô hình mô phỏng nhiệt được yêu cầu trong giai đoạn thiết kế ban đầu. Phương pháp này phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu làm mát tập trung các bộ phận động cơ nhạy cảm với nhiệt.
Thêm tản nhiệt vào nhà ở hoặc bảng điều khiển là một phương pháp truyền thống, hiệu quả, đáng tin cậy và truyền thống. Phương pháp này tăng tốc trao đổi nhiệt bằng cách tăng diện tích tản nhiệt. Các tản nhiệt thường được làm bằng nhôm hoặc đồng và thường có hình dạng hình kim, hình vây hoặc hình tổ ong. Kết hợp với đối lưu tự nhiên hoặc làm mát không khí, phương pháp này cung cấp hiệu suất làm mát tối ưu. Phương pháp này phù hợp cho các hệ thống máy thở nhúng với không gian hạn chế nhưng yêu cầu tản nhiệt cao.
Các yếu tố chính trong việc chọn phương pháp làm mát
Chọn phương pháp làm mát thích hợp cho động cơ máy thở đòi hỏi phải xem xét toàn diện một số yếu tố:
Xếp hạng năng lượng động cơ
Nhiệt độ hoạt động xung quanh và độ ẩm
Thiết bị tần số tải hoạt động
Các ràng buộc không gian cài đặt và thứ nguyên
Yêu cầu tiếng ồn hệ thống
Ngân sách chi phí
Độ tin cậy và chu kỳ bảo trì
Trong phát triển sản phẩm thực tế, phân tích mô phỏng nhiệt thường được thực hiện để đánh giá sự gia tăng nhiệt độ của các thiết kế làm mát khác nhau dưới các tải trọng khác nhau để đảm bảo rằng nhiệt độ vận hành của động cơ vẫn nằm dưới tiêu chuẩn lớp cách nhiệt của nó (ví dụ: lớp F, lớp H).
Tiêu chuẩn ngành y tế để tản nhiệt
Là các thiết bị y tế, máy thở phải tuân thủ nhiều tiêu chuẩn tăng nhiệt độ và an toàn điện, chẳng hạn như IEC 60601-1 và ISO 80601-2-12. Các tiêu chuẩn này áp đặt các yêu cầu nghiêm ngặt về hiệu suất tản nhiệt của động cơ và các thành phần điều khiển của nó, bao gồm các giới hạn trên đối với nhiệt độ bề mặt động cơ, thiết bị bảo vệ quá nhiệt và tuổi thọ vật liệu cách nhiệt. Thiết kế phải đảm bảo rằng động cơ không quá nóng trong điều kiện vận hành khắc nghiệt nhất, do đó duy trì độ chính xác của luồng không khí và độ ổn định hoạt động lâu dài của thiết bị.
