医疗器械的热系统设计.docx

《医疗器械的热系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《医疗器械的热系统设计.docx（10页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、医疗器械的热系统设计2023-03-2420:41热系统管理/控制随着医疗诊断和分析仪器小型化的趋势，制造商尝试将更多的功能集成在更紧凑的空间中，这导致热通量不平衡的发生，严重影响设备的使用寿命和诊断准确性。致力于开发更具市场竞争力的产品的医疗企业们开始认识到热控制的重要性。温度控制系统在性能、尺寸和改善测试结果方面发挥着重要作用。热控制系统热控制系统通常由四个组件组成：热源、散热器、温度传感器和控制器。通过各个组件的成功集成，以获得最大的性能、最小的成本和尽可能短的周转时间。制造商使用的热控制解决方案主要分为两类：主动冷却和被动冷却。1主动冷却1.1 风扇：风扇通过使空气穿过热部件，吸收部件

2、的热量来达到降温的目的。整体冷却效果由空气的流速和温度以及部件的尺寸和输出量来决定。优点：成本低安装灵活缺点：不断的空气交换增加灰尘和湿气的可能性对大功率设备无效不能冷却至环境温度以下1.2 散热器：通常,散热器由铝制成,因为铝具有相对较高的导热性和较低的成本。它可以通过挤压、冲压、粘合、铸造或机加工来获得可最大化表面积的形状,从而促进周围较冷空气的热量吸收。优点：成本低安装灵活缺点：不能冷却至环境温度以下1.3 液体冷板：通常,液体冷板由铜、铝或铝铜管制成。热量被泵运送通过板的液体吸收,板直接附着在被冷却的物体上。在开环系统中,液体（通常是自来水）流经板并通过排水管排出。在闭环系统中,泵通过

3、热交换器或散热器使液体再循环。优点：体积小高效散热缺点：存在泄漏的可能性不能冷却至环境（液体）温度以下液体来源的可用性2、被动冷却2.1 热管：热管是一种密封容器，通过内部流体的蒸发和冷凝来传递热量。通常使用氨、水、丙酮或甲醇等特殊流体。当热量在蒸发器内被吸收时，流体被蒸发，从而在热管内产生压力梯度。蒸汽被迫流到管道的较冷端，在此处凝结，将热量释放给周围环境。冷凝的流体通过毛细结构内的重力或毛细管作用返回蒸发器。优点：体积小可靠性高缺点：没有温度控制不能冷却至环境温度以下2.2 压缩机：商用的压缩机冷却系统包括三个部分：蒸发器、压缩机和冷凝器。在蒸发器中,加压的制冷剂可以膨胀、沸腾和蒸发，在从

4、液体变为气体时吸收热量。压缩机起到制冷剂泵的作用，并将气体重新压缩成液体。冷凝器将吸收的热量（以及压缩过程中产生的热量）排出到周围环境中。优点:冷却能力高可以冷却至环境温度以下允许温度控制缺点：通常体积庞大噪音大安装灵活性有限维护和可靠性差2.3 热电冷却器:热电冷却器是由半导体材料制成的固态热泵。它们没有移动部件，但包含一系列夹在陶瓷板之间的P型和n型半导体对或结。当电子从p型元件的低能级传递到n型元件的高能级时，热量在冷结处被电子吸收。在热结处,当电子从高能n型元件移动到低能p型元件时，能量被排出到散热器。优点：尺寸小安装灵活无移动部件可以冷却至环境温度以下允许温度控制提供加热能力与散热器

5、、冷板和热管兼容缺点：需要直流电源成本高高性能、高灵敏成像设备和样品处理诊断系统都需要适当的热控制，以确保准确性和功能。制造商需要识别温度敏感部件，以便开发具有良好兼容性和经济高效的集成系统。基于PCR护理点检测被认为是诊断传染病的金标准。便携式护理点测试(POCT)设备需要更复杂的热控制解决方案，能够承受快速温度变化引起的机械应力。应用挑战挑战一测试次数和样本量有助于确定冷却POC设备所需的热管理系统的参数。有些POCT设备需要精确热控制的温度敏感光电器件。为了保持最佳性能，这类器件必须在精确的温度范围内，确保测试结果的一致性。挑战二PCR检测等POCT应用需要更复招口精确的温度稳定管理。用于实时PCR检测的热循环仪需要多达40个热循环才能产生数百万条DNA序列用于分析。由于在加热和冷却循环期间发生的机械应力会缩短部件的使用寿命，甚至影响检测结果。因此必须通过适当的设计对每个设定点的温度加热和冷却过程进行精确的温度控制。挑战三便携式POCT设备需要减小仪器的尺寸、重量和功率要求。制造商必须缩小POCT设备的尺寸，以便于携带至实验室之外的其他区域。设备的小型化使工程师将更多的功能集成在更小的空间中,从而导致热密度增加。这种热量必须有效地消散到周围环境中,以满足提高性能的要求。随着下T弋医疗器械小型化，快捷化和检测精确化的发展趋势,设计中的热管理变得更加重要。