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Thermoelektrische Kühlerlösungen für medizinische Anwendungen

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Aktive Kühllösungen halten medizinische Geräte unter ihrer maximalen Betriebstemperatur, um eine einwandfreie Funktion zu gewährleisten.

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Thermoelektrische Kühler sind aktive Festkörperwärmepumpen, die den Peltier-Effekt nutzen, um Wärme von der empfindlichen Elektronik wegzuleiten. Diese auch als Peltierkühler bezeichneten Geräte sind eine effizientere Alternative zu kompressorbasierten Kühlsystemen für eine Vielzahl von medizinischen Anwendungen.

Thermoelektrische Kühler wurden mit Blick auf Größe, Effizienz, geringen Leistungsbedarf und zuverlässigen Dauerbetrieb entwickelt und ermöglichen es medizinischen OEMs, die Herausforderungen des thermischen Designs zu meistern, einschließlich thermischer Stabilität und präziser Temperaturregelung. Mit der Fähigkeit, weit unter Umgebungstemperaturen zu kühlen, schützen thermoelektrische Kühler die medizinische Elektronik vor Hitze, die durch medizinische Produkte wie Laser, Bildgebungsgeräte, Probenspeicherkammern und Thermocyclinggeräte zur DNA-Amplifikation erzeugt wird.

Wie sie funktionieren

Während des Betriebs fließt Gleichstrom durch den thermoelektrischen Kühler, um eine Wärmeübertragung und eine Temperaturdifferenz über das Modul zu erzeugen. Eine Seite der thermoelektrischen Kühlbox ist kalt, während die andere Seite heiß ist. Wärmeabsorptions- und Wärmeableitungsmechanismen sind mit dem thermoelektrischen Kühler verbunden, die in der Regel Lüfter oder Kühlkörper sind. Der kälteseitige Kühlkörper absorbiert Wärme aus dem Inneren des Schaltschranks, während der heißseitige Kühlkörper Wärme an die Umgebung abführt.

Ein einstufiger thermoelektrischer Standardkühler kann Temperaturunterschiede von bis zu 70°C erreichen und Wärme mit einer Leistung von bis zu 350 Watt übertragen. Kältere Temperaturen bis zu -100°C können durch den Einsatz eines mehrstufigen thermoelektrischen Kühlers in einer Vakuumumgebung erreicht werden. Thermoelektrische Kühler sind auch umweltfreundlich, da sie keine Kältemittel zur Wärmeabfuhr benötigen.

Wenn die Polarität am thermoelektrischen Kühler umgekehrt ist, kann das Gerät auch Wärme mit Temperaturregelung bereitstellen, was in einer Reihe von medizinischen Anwendungen wie der Reagenzienlagerung erforderlich ist. Dadurch entfällt auch die Notwendigkeit einer Widerstandsheizung, die in herkömmlichen kompressorbasierten Systemen verwendet werden würde, was zu niedrigeren Kosten führt.

Thermoelektrische Kühlerbaugruppen

Im Kern bestehen thermoelektrische Kühlerbaugruppen aus einer Reihe von thermoelektrischen Kühlern, einem Wärmetauscher und einem Lüfter. Thermoelektrische Kühlerbaugruppen bieten ein Kühlleistungsspektrum von ca. 10 Watt bis 500 Watt und verwenden mehrere Wärmeübertragungsmechanismen, einschließlich Luft-Luft- (Konvektion), Flüssigkeit-Luft- (Rezirkulation) oder Direkt-Luft- (Leitung) Verfahren. Diese Baugruppen entfernen die passive Wärmelast, die von der Umgebung erzeugt wird, um die Temperatur empfindlicher Komponenten in medizinischen Geräten zu stabilisieren.

Die am häufigsten verwendete Art der thermoelektrischen Kühleranordnung ist die Luft-Luft-Konfiguration, bei der Ventilatoren verwendet werden, um den Luftaustausch zwischen der heißen und der kalten Seite zu erhöhen und so die Wärmeübertragung zu maximieren.

Präzise Temperaturregelung

In Kombination mit einem fortschrittlichen bidirektionalen Temperaturregler können thermoelektrische Kühlerbaugruppen eine Temperaturregelung bis auf ±0,5°C liefern. Temperaturregler können die thermoelektrische Kühlerbaugruppe zum Abkühlen nach Erreichen der oberen Temperaturgrenze einschalten und einige Grad unter dem Temperatursollwert abschalten. Ebenso kann der Regler nach Erreichen der Tieftemperaturgrenze eingeschaltet und mit Wärme versorgt werden und einige Grad über dieser Grenze abschalten. Eine Hystereseeinstellung wird in Verbindung mit den Temperaturgrenzwerten verwendet, um den gewünschten Gradbereich für die Anwendung einzustellen.

Temperaturregler können auch Überwachungs- und Alarmfunktionen bereitstellen, einschließlich der Erkennung eines problematischen Lüfters, eines Übertemperaturthermostaten und eines Ausfalls des Temperatursensors, die alle entscheidend für die Maximierung der Betriebsdauer von medizinischen Geräten sind. Diese Steuerungen erfordern nur minimalen Programmieraufwand und können problemlos in eine thermoelektrische Kühlerbaugruppe integriert werden. Sie können auch die Betriebsgeräusche reduzieren, da die Lüfterdrehzahlen nach Erreichen der vorgegebenen Temperatur reduziert werden können.

Vorteile

Thermoelektrische Kühler und Baugruppen bieten mehrere Vorteile im Vergleich zu alternativen Kühltechnologien, einschließlich:

Kompakte Größe.

Solid-State-Konstruktion für robuste Zuverlässigkeit mit wenigen beweglichen Teilen.

Möglichkeit zum Heizen und Kühlen für eine präzise Temperaturregelung.

Verwenden Sie keine gefährlichen FCKW-Kältemittel.

Kann in fast jeder beliebigen Ausrichtung montiert werden.

Reduzieren Sie die Entwicklungszeit.

Reduzieren Sie die Betriebskosten.

Bieten Sie Optionen für die Anpassung an.

Thermoelektrische Kühler und Baugruppen in Kombination mit Temperaturreglern sind ideal für medizinische Wärmemanagementanwendungen, die eine aktive Kühlung unter Umgebungstemperatur erfordern und einen Kühlleistungsbedarf von bis zu 500 Watt aufweisen. Peltier-Geräte bieten eine präzise Temperaturregelung in einem effizienten und kompakten Formfaktor bei geringeren Gesamtbetriebskosten.