Le ventilateur est un élément central des dispositifs d'assistance respiratoire médicale modernes, impactant directement la précision et la stabilité de la production de flux d'air. Avec le développement continu de ventilateurs non invasifs, de ventilateurs invasifs et d'équipement d'oxygénothérapie à haut débit, les exigences de performance et de stabilité à long terme du moteur deviennent de plus en plus strictes. Le moteur génère une chaleur significative à des fréquences élevées. Une mauvaise dissipation de la chaleur peut entraîner une réduction de l'efficacité, un dysfonctionnement du système de contrôle et même des dommages moteurs. Par conséquent, une dissipation de chaleur efficace et efficiente est cruciale pour assurer un fonctionnement fiable du moteur du ventilateur.
Méthodes de refroidissement du moteur du ventilateur commun
Convection naturelle
La convection naturelle est la méthode de dissipation de chaleur la plus courante. Il dissipe la chaleur à travers la différence de température entre la surface du moteur et l'air environnant. Cette méthode convient aux moteurs de faiblesse à faible puissance et de ventilateur, ne nécessite aucun composant de dissipation thermique supplémentaire, offre une structure simple et réduit les coûts de maintenance. Le boîtier est généralement en alliage d'aluminium ou un boîtier en métal avec des nageoires pour améliorer l'efficacité de la dissipation thermique. Les exigences de convection élevées nécessitent une circulation d'air lisse dans l'appareil.
Refroidissement à l'air forcé
Le refroidissement par air forcé utilise un ventilateur externe ou interne pour créer un flux d'air directionnel, accélérant l'élimination de la chaleur de la surface du moteur. Il convient aux moteurs de ventilateur à grande vitesse moyennes. Le refroidissement de l'air peut améliorer considérablement l'efficacité de la dissipation de la chaleur et maintenir les températures d'enroulement du moteur dans des limites sûres. Les conceptions de ventilateur intègrent généralement de petits ventilateurs axiaux ou centrifuges dans les canaux latéraux du ventilateur ou autour du moteur. La structure de refroidissement de l'air doit équilibrer les trajets de flux d'air, le contrôle du bruit et la disposition spatiale.
Refroidissement liquide
Le refroidissement liquide utilise un liquide de refroidissement (comme de l'eau pure ou une solution d'éthylène glycol) pour circuler à travers des tuyaux fermés pour éliminer la chaleur. Il est principalement utilisé dans les systèmes respiratoires industriels ou en soins intensifs en continu. Un système de refroidissement liquide comprend des composants tels qu'une pompe de liquide de refroidissement, un échangeur de chaleur et des plaques de refroidissement. Le refroidissement liquide offre une efficacité de dissipation de chaleur élevée, une stabilité et des fluctuations minimales de température, mais il est complexe, coûteux et nécessite un entretien élevé. Il n'est généralement pas utilisé dans les ventilateurs à domicile ou mobiles.
Refroidissement des calocoles thermique
Les turbacs sont une technologie de dissipation thermique qui utilise le principe du changement de phase pour effectuer rapidement la chaleur. Ils conviennent aux moteurs de ventilateur compacts mais à forte intensité de chaleur. Une petite quantité de liquide est remplie dans le caloduc, qui transfère rapidement la chaleur par l'absorption de chaleur et la condensation. Les turbacs peuvent être combinés avec un refroidissement par air ou une convection naturelle pour améliorer l'efficacité globale de la dissipation thermique. Le refroidissement des calocopiques nécessite des exigences de disposition du moteur strictes et une modélisation de simulation thermique est requise pendant la phase de conception initiale. Cette méthode convient aux applications nécessitant un refroidissement centralisé des pièces du moteur sensible à la chaleur.
L'ajout de dissipateurs de chaleur au boîtier du moteur ou à la carte de contrôleur est une méthode rentable, fiable et traditionnelle. Cette méthode accélère l'échange de chaleur en augmentant la zone de dissipation de chaleur. Les dissipateurs de chaleur sont généralement en aluminium ou en cuivre et comportent souvent des formes en forme d'aiguille, en forme d'ailertes ou en nombrelle. Combinée à une convection naturelle ou à un refroidissement à l'air, cette méthode offre des performances de refroidissement optimales. Cette méthode convient aux systèmes de ventilateur intégrés avec un espace limité mais des exigences de dissipation de chaleur élevées.
Facteurs clés pour sélectionner une méthode de refroidissement
La sélection de la méthode de refroidissement appropriée pour un moteur de ventilateur nécessite une considération complète de plusieurs facteurs:
Évaluation électrique du moteur
Température de fonctionnement ambiante et humidité
Fréquence de chargement de fonctionnement de l'équipement
Contraintes de dimension et d'espace d'installation
Exigences de bruit du système
Budget des coûts
Cycle de fiabilité et de maintenance
Dans le développement réel du produit, une analyse de simulation thermique est souvent effectuée pour évaluer l'élévation de la température de différentes conceptions de refroidissement sous des charges variables pour garantir que la température de fonctionnement du moteur reste en dessous de sa norme de classe d'isolation (par exemple, classe F, classe H).
Normes de l'industrie médicale pour la dissipation de la chaleur
En tant que dispositifs médicaux, les ventilateurs doivent se conformer à plusieurs normes de sécurité électrique et d'élévation de la température, telles que la CEI 60601-1 et l'ISO 80601-2-12. Ces normes imposent des exigences strictes sur les performances de dissipation thermique du moteur et de ses composants de contrôle, y compris les limites supérieures des températures de surface du moteur, des dispositifs de protection surchauffants et la durée de vie du vieillissement de l'isolation. La conception doit s'assurer que le moteur ne surchauffe pas dans les conditions de fonctionnement les plus difficiles, maintenant ainsi la précision de contrôle du débit d'air et la stabilité opérationnelle à long terme de l'appareil.
