Термоелектричні охолоджувачі для портативних косметичних лазерів

Портативні лазери стали стандартним пристроєм в косметичній хірургії і в медичних спа. Ручні косметичні лазери пропонують широкий спектр косметичних переваг з мінімальним пошкодженням тіла і скороченням часу відновлення пацієнта. Незважаючи на те, що тисячі мікроскопічних лазерних променів точно контактують зі шкірою, цей процес не впливає на навколишні тканини. Однак лазери генерують значну кількість тепла, яке необхідно швидко і ефективно розсіювати для захисту пацієнта і лазерної електроніки. Термоелектричні охолоджувачі забезпечують активне охолодження для більш ефективного і надійного відведення тепла в порівнянні з іншими рішеннями для контролю температури.

Огляд програми

Хірурги традиційно використовували портативні лазери в медичних процедурах для надточних розрізів тканин, абляції або коагуляції. Ці практично безкровні процедури зводять до мінімуму термічне пошкодження навколишніх тканин і скорочують час відновлення. Ці переваги призвели до того, що портативні лазери використовуються в різних косметичних процедурах, включаючи догляд за шкірою, зменшення жиру, видалення волосся і видалення татуювань. Портативні косметичні лазерні системи прості і зручні у використанні з попередньо заданими робочими параметрами, які забезпечують надійну обробку як поверхневих, так і глибоких ділянок шкіри з чудовою точністю.

Є два основних типи лазерів, які використовуються для косметичних процедур. Абляційні лазери видаляють поверхню шкіри, що може привести до утворення кірок, значного простою і деякого дискомфорту. Неабляційні лазери не пошкоджують поверхню шкіри і, як правило, є більш м'яким варіантом, залишаючи легке почервоніння і роздратування.

Косметичні лазерні двигуни складаються з високоефективного лазера, теплорозподільника, конвекційного охолоджуючого пристрою і оптичного лінзуючого елемента, які знаходяться всередині радіального радіатора. Лазерний двигун сконструйований так, щоб розсіювати якомога більше тепла, щоб забезпечити більш тривалий час роботи при максимальній потужності.

Багато більш досконалі портативні косметичні лазери забезпечують пряме охолодження шкіри під час впливу лазера на пацієнта. Для охолоджуючої здатності потрібен окремий охолоджуючий механізм, відмінний від того, який використовується для охолодження лазера.

Вимоги до охолодження 

Портативні лазери виділяють значну кількість відпрацьованого тепла, яке може вплинути на характеристики лазерів під час роботи. Виробники стикаються з низкою проблем, пов'язаних з управлінням температурним режимом, такими як стабільність температури, брак місця, вібрація і зниження енергоспоживання.

Відпрацьоване тепло значно впливає на характеристики лазера і має ефективно відводитися від чутливих компонентів лазера. Тепло, що виділяється портативним лазером, може становити від 5 до більше 200 Вт в залежності від області застосування. Для оптимальної роботи лазеру потрібна стабільна робоча температура 20 C ± 0,5 C, в той час як температура навколишнього середовища може коливатися в залежності від температури навколишнього середовища.

Термічна стабільність є особливо складним завданням через обмеження форм-фактора портативного косметичного лазера. Мініатюризація портативних лазерів спонукала інженерів упакувати більше електроніки в меншу площу. Більше електроніки збільшує функціональність, наприклад, поєднуючи охолодження шкіри з обробкою, однак це також збільшує складність теплового рішення. В результаті теплові компоненти повинні забезпечувати покращений контроль температури і направляти тепловідвід через жорсткі Геометричні обмеження простору. Оскільки це портативний пристрій, його компоненти також повинні витримувати удари і вібрацію, щоб забезпечити низькі експлуатаційні витрати і тривалий термін служби. Для подальшого зниження експлуатаційних витрат кращі рішення з управління температурним режимом з низьким енергоспоживанням.

Крім охолодження лазера, важливо також охолодити поверхневі шари шкіри пацієнта, щоб захистити епідерміс і запобігти термічному пошкодженню. Охолодження може бути досягнуто за рахунок конвекції холодного повітря, контактного охолодження або кріогенного розпилення (динамічного) охолодження. Контактне охолодження вважається ідеальним методом охолодження. Більш складні косметичні лазери оснащені вбудованим контактним охолоджуючим пристроєм для зменшення болю і еритеми, щоб підвищити комфорт пацієнта під час процедури.

Термоелектричні охолоджувачі

Термоелектричні охолоджувачі-це активні твердотільні теплові насоси, що працюють на ефекті Пельтьє. У цих термоелектричних охолоджувачах, часто званих охолоджувачами Пельтьє, використовується теплообмінник для ефективного відведення тепла, захисту компонентів лазера і підвищення продуктивності. Термоелектричні охолоджувачі розроблені з урахуванням розмірів, ефективності, вартості та безперервної надійної роботи, щоб забезпечити тривалий термін служби та вирішити проблеми дизайну. Відсутність рухомих частин, вибір твердотільних термоелектричних охолоджувачів збільшує надійність і довговічність в додатках з сильними ударами і вібраціями, таких як портативні косметичні лазери. Ці активні охолоджуючі пристрої також сприяють зниженню рівня робочого шуму. Для термоелектричних охолоджувачів не потрібні лінії рідинного охолодження, що йдуть до наконечника, або галасливі охолоджувачі в кабінеті лікаря. В цілому термоелектричні охолоджувачі значно знижують витрати на технічне обслуговування, експлуатацію та загальну вартість володіння.

Під час роботи через термоелектричний охолоджувач протікає постійний струм, створюючи теплопередачу і різниця температур на керамічних поверхнях, в результаті чого одна сторона термоелектричного охолоджувача залишається холодною, а інша - гарячою. Одноступінчастий термоелектричний охолоджувач може досягати перепаду температур до 70 C і передавати тепло зі швидкістю до 230 Вт в конфігурації 40 x 40. Щоб збільшити потужність перекачування тепла, термоелектричні охолоджувачі можуть бути з'єднані поруч один з одним в термоелектричну решітку.

Термоелектричні охолоджувачі складаються з двох керамічних підкладок, які служать електроізоляційними матеріалами і містять напівпровідникові елементи P-типу і N-типу. Тепло поглинається в холодному спайї електронами, коли вони переходять з низькоенергетичного рівня в елементі P-типу на більш високий енергетичний рівень в елементі N-типу. У гарячому з'єднанні енергія відводиться до тепловідведення, коли електрони переміщаються від елемента з високою енергією до елементу з меншою енергією. Як працюють термоелектричні охолоджувачі

Зміна полярності змінює напрямок теплопередачі. Термоелектричні охолоджувачі розраховані на максимальні параметри (∆Tmax, Imax, Vmax і Qmax) в умовах холостого ходу, з точністю регулювання температури, що досягає ± 0,01 C в сталому режимі. Вони можуть досягати температури -100 C (6 ступенів) і перекачувати до 15 ват на квадратний сантиметр тепла, якщо з'єднати термоелектричні охолоджувачі у вигляді масиву. Термоелектричні охолоджувачі доступні в розмірах від 2x2 мм до 62x62 мм і працюють набагато ефективніше в режимі нагріву, ніж резистивні нагрівачі. На відміну від традиційних компресорних технологій, термоелектричні охолоджувачі можуть встановлюватися в будь-якій орієнтації і вписуватися в обмежений геометричний простір.

Термоелектричні охолоджувачі також можуть бути вбудовані в наконечник косметичного лазера для охолодження шкіри пацієнта і запобігання термічних пошкоджень. Термоелектричні пристрої охолоджують металеві або скляні сапфірові пластини, вбудовані в кінець наконечника. Охолодження сапфірового наконечника або охолодження охолоджуючого наконечника забезпечує активне охолодження протягом всієї косметичної процедури (до, під час і після охолодження).

На закінчення

Термоелектричні охолоджувачі забезпечують чудову стабілізацію температури для підтримки максимальної продуктивності портативного медичного косметичного лазера. Завдяки ефекту Пельтьє термоелектричні охолоджувачі забезпечують твердотільну роботу, низькі експлуатаційні витрати і тривалий термін служби. Термоелектрики також являють собою відмінне рішення для управління температурним режимом завдяки компактним розмірам, відсутності вібрації і низької сукупної вартості володіння. Це неможливо зробити ніякими іншими засобами без складної системи охолодження.