基于热电制冷的医用试剂仓研制与热端强化传热研究

摘要

热电制冷广泛应用在各种温控场景，医用试剂受温度影响很大，需要低温储存，若温度控制不好，很容易造成试剂失效。对于小型的医用试剂仓，其可提供的制冷模块安装空间较小，传统的制冷方式往往无法满足制冷需求。而热电制冷以其安装方便、模块体积小等优点广泛应用于小型医用试剂仓的温控中。本文采用热电制冷的方法研制了一套医用热电制冷试剂仓，并对这套装置进行了优化分析。
　　本文根据医用试剂仓存储试剂的需求，设计了一款五盒位的试剂存储仓。通过对医用试剂仓做了热力计算，针对实际情况，选择了热端为风扇和散热器相结合的强制对流散热方式。分别对该散热系统的热电制冷片和防水密封部分进行结构设计，完成了热电制冷医用试剂仓的研制。对热电制冷模块的性能进行了实验研究，实验研究表明：该散热装置能够保持试剂仓中试剂的温度维持在需求的温度范围内。试剂的温度为：7.2℃、6.7℃、6.3℃、7.0℃、7.3℃，优化结果与实验的结果误差在6％以内。通过CFD分析，对热电制冷模块的热端散热器进行了优化，模拟显示，优化后的热电制冷模块所制取的温度更低。对热电制冷的运行状态进行了优化，优化后发现：风扇吹风状态的冷端温度比风扇吸风状态冷端温度低1.28℃；工作电流为3A时，制冷系统的制冷效果最好；冷热端温度随着环境温度的升高而上升；界面热阻对热电制冷系统散热有非常显著的影响，不考虑界面热阻与考虑界面热阻对比，制冷系数由原来的0.337降低到0.264。本文研究表明，采用热电制冷模块能在一定环境温度范围内能将试剂仓中的试剂控制在需求的温度范围内。