薄膜型加熱器在呼吸機(jī)濕化器系統(tǒng)的應(yīng)用

舒文秀

摘 要：介紹了一種應(yīng)用薄膜型加熱器的呼吸機(jī)濕化器系統(tǒng)，包括薄膜型加熱器以及與其連接的濕化杯、超溫保護(hù)裝置、溫度采集單元、電源和溫濕度控制單元，所述溫濕度控制單元與溫度采集單元、電源連接。電熱效率高，升溫速度快，對氣體的濕化效率高，保證病人可以在較短的時(shí)間內(nèi)使用到濕潤的氣體，病人的體驗(yàn)效果更好。

關(guān)鍵詞：無創(chuàng)呼吸機(jī)；濕化器；加熱；聚酰亞胺薄膜

0 引言

超過40%的呼吸機(jī)使用者經(jīng)歷過鼻堵和鼻、咽喉部的干燥感等癥狀。這些癥狀嚴(yán)重到一定程度即會(huì)影響病人繼續(xù)使用呼吸機(jī)。呼吸機(jī)配置的濕化器的作用就是增加呼吸機(jī)輸出氣體的水分和溫度。加熱后濕潤的氣流能使病人減少鼻堵和鼻、咽喉部的干燥感等癥，提高病人舒適性和順應(yīng)性。加溫濕化器可以防止鼻堵，從而減少經(jīng)口呼吸和漏氣的產(chǎn)生。

濕化器通常包括一個(gè)能容納幾百毫升水的濕化杯，一套加熱裝置能加熱濕化杯中的水，一套能夠改變加溫濕化等級的控制系統(tǒng)，進(jìn)氣口接收從風(fēng)機(jī)傳送的氣體，出氣口連接到病人管道以提供濕潤的氣體到病人的鼻罩。

對于濕化器的加熱裝置，現(xiàn)有技術(shù)中采用的是繞線式加熱元件，由于加熱線與導(dǎo)熱板接觸的面積有限，熱量不能很好的傳導(dǎo)，導(dǎo)致加熱器功率限制過小，一旦超過功率限制就會(huì)造成局部過熱，而整個(gè)加熱裝置的加熱速度也不會(huì)有顯著提升。

1呼吸機(jī)濕化系統(tǒng)組成

呼吸機(jī)濕化系統(tǒng)主要包括薄膜型加熱器，濕化杯，超溫保護(hù)裝置，溫度采集單元，電源，溫濕度控制單元。

濕化杯放置在固定于薄膜型加熱器上表面的導(dǎo)熱盤正上方。薄膜型加導(dǎo)熱盤是由金屬材料制成。溫濕度控制單元通過不同檔位控制薄膜型加熱器在一定溫度范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)。使?jié)窕械乃疁乜烧{(diào)，并經(jīng)過氣道回路輸送給患者一定范圍內(nèi)可調(diào)溫濕度的氣體。

1薄膜型加熱器

薄膜型加熱器包括蝕刻合金箔膜，下層聚酰亞胺薄膜，上層聚酰亞胺薄膜。蝕刻合金箔膜為電阻膜，通電后產(chǎn)生熱量，但其同樣具有導(dǎo)電性，需要外覆絕緣膜。絕緣膜可以選用Kapton聚酰亞胺薄膜。選擇合適尺寸形狀的蝕刻合金箔膜，在蝕刻合金箔膜的兩端分別有一個(gè)焊點(diǎn)，每個(gè)焊點(diǎn)焊接電源線。將蝕刻合金箔膜外覆上層聚酰亞胺薄膜及下層聚酰亞胺薄膜。經(jīng)高溫高壓熱合即可得到Kapton聚酰亞胺薄膜PI電熱膜。電熱薄膜通過背覆壓敏膠固定在金屬導(dǎo)熱盤上。金屬導(dǎo)熱盤起到輔助散熱和使溫度分布更均勻的作用。薄膜型加熱器具有極薄極大的發(fā)熱面，有助于熱量的快速傳導(dǎo)。它比繞線式加熱元件提供更均勻的熱場，更短的加熱時(shí)間和更快的響應(yīng)時(shí)間，與繞線式加熱元件相比，功率負(fù)荷低，使用壽命更長。使用Kapton聚酰亞胺薄膜電熱膜的加熱器有更均勻的熱分布和更快的響應(yīng)速度，會(huì)使放置在上方的濕化杯中的水升溫更加快速。保證病人可以在較短的時(shí)間內(nèi)使用到濕潤的氣體，病人的體驗(yàn)效果更好。適用于性能，安全要求高的醫(yī)療級濕化器的要求。

2 溫度采集單元

溫度采集單元就是NTC熱敏電阻，熱敏電阻隨著溫度的變化電阻變化，與濕化器溫度傳感電路連接來控制氣體的溫濕度。NTC熱敏電阻安裝在薄膜加熱器上層聚酰亞胺薄膜中間位置，表面覆蓋絕緣保護(hù)膜。熱敏電阻隨溫度變化電阻變化，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成變化的電壓，被放大給溫濕度控制單元。克服了分立元器件熱敏電阻可能會(huì)在測量溫度的過程中破損的問題。將熱敏電阻和加熱器一體化的設(shè)計(jì)提高了對機(jī)械沖壓的抵抗力，提供了更加可靠的溫度控制。更加簡化了裝配過程，省去了單獨(dú)裝配熱敏電阻的時(shí)間和成本。

3 超溫保護(hù)裝置

超溫保護(hù)裝置的作用是當(dāng)發(fā)生非正常運(yùn)作中產(chǎn)生的過熱時(shí)，及時(shí)切斷電路停止加熱，提供后備安全保障。超溫保護(hù)裝置就是溫度保險(xiǎn)絲，將合金箔膜內(nèi)的一段截?cái)?，將溫度保險(xiǎn)絲串聯(lián)焊接在合金箔膜內(nèi)。溫度保險(xiǎn)絲在焊接時(shí)應(yīng)注意焊點(diǎn)不要離本體太近，勿使焊接的熱量引發(fā)熔斷式熱保護(hù)器動(dòng)作。焊接時(shí)可將兩側(cè)散熱鉗向內(nèi)彎折，這樣的安裝方法會(huì)使焊點(diǎn)遠(yuǎn)離本體，焊接時(shí)散熱鉗容易帶走熱量，避免高溫造成的保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)潛在的損害，壽命大幅提高。最后將硅膠覆蓋在保險(xiǎn)絲上進(jìn)行絕緣保護(hù)。

4呼吸機(jī)濕化器溫濕度控制單元

呼吸機(jī)濕化器溫濕度控制單元包括CPU，加熱電路及溫度傳感電路。通過NTC熱敏電阻實(shí)時(shí)檢測薄膜型加熱器的溫度，將該信號輸出到溫濕度控制單元的溫度傳感電路。CPU計(jì)算出實(shí)時(shí)溫度，根據(jù)該溫度值和設(shè)定溫度對加熱電路進(jìn)行控制。若低于目標(biāo)設(shè)定溫度，濕化器溫濕度控制單元的加熱電路通過控制電源提供24V電壓給加熱器供電；若高于目標(biāo)設(shè)定溫度，濕化器溫濕度控制電路的加熱電路則控制電源斷開24V電壓。呼吸機(jī)濕化器溫濕度控制單元通過溫度監(jiān)控以確保濕化器加熱氣體的溫度不要超過安全溫度的要求。

5 結(jié)束語

綜上可以看出，呼吸機(jī)濕化器系統(tǒng)應(yīng)用薄膜型加熱器后，電熱效率高，升溫速度快，對氣體的濕化效率高，保證病人可以在較短的時(shí)間內(nèi)使用到濕潤的氣體，病人的體驗(yàn)效果更好。按照本文提出方法設(shè)計(jì)的應(yīng)用薄膜型加熱器的無創(chuàng)呼吸機(jī)濕化器系統(tǒng)獲得了成功的使用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。