薄膜型加熱器在呼吸機濕化器系統的應用

舒文秀

摘 要：介紹了一種應用薄膜型加熱器的呼吸機濕化器系統，包括薄膜型加熱器以及與其連接的濕化杯、超溫保護裝置、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間內使用到濕潤的氣體，病人的體驗效果更好。

關鍵詞：無創呼吸機；濕化器；加熱；聚酰亞胺薄膜

0 引言

超過40%的呼吸機使用者經歷過鼻堵和鼻、咽喉部的干燥感等癥狀。這些癥狀嚴重到一定程度即會影響病人繼續使用呼吸機。呼吸機配置的濕化器的作用就是增加呼吸機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性。加溫濕化器可以防止鼻堵，從而減少經口呼吸和漏氣的產生。

濕化器通常包括一個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，進氣口接收從風機傳送的氣體，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，現有技術中采用的是繞線式加熱元件，由于加熱線與導熱板接觸的面積有限，熱量不能很好的傳導，導致加熱器功率限制過小，一旦超過功率限制就會造成局部過熱，而整個加熱裝置的加熱速度也不會有顯著提升。

1呼吸機濕化系統組成

呼吸機濕化系統主要包括薄膜型加熱器，濕化杯，超溫保護裝置，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熱盤正上方。薄膜型加導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可調節。使濕化杯中的水溫可調，并經過氣道回路輸送給患者一定范圍內可調溫濕度的氣體。

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，通電后產生熱量，但其同樣具有導電性，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焊點，每個焊點焊接電源線。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熱盤上。金屬導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熱面，有助于熱量的快速傳導。它比繞線式加熱元件提供更均勻的熱場，更短的加熱時間和更快的響應時間，與繞線式加熱元件相比，功率負荷低，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速度，會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間內使用到濕潤的氣體，病人的體驗效果更好。適用于性能，安全要求高的醫療級濕化器的要求。

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，表面覆蓋絕緣保護膜。熱敏電阻隨溫度變化電阻變化，進而轉化成變化的電壓，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計提高了對機械沖壓的抵抗力，提供了更加可靠的溫度控制。更加簡化了裝配過程，省去了單獨裝配熱敏電阻的時間和成本。

3 超溫保護裝置

超溫保護裝置的作用是當發生非正常運作中產生的過熱時，及時切斷電路停止加熱，提供后備安全保障。超溫保護裝置就是溫度保險絲，將合金箔膜內的一段截斷，將溫度保險絲串聯焊接在合金箔膜內。溫度保險絲在焊接時應注意焊點不要離本體太近，勿使焊接的熱量引發熔斷式熱保護器動作。焊接時可將兩側散熱鉗向內彎折，這樣的安裝方法會使焊點遠離本體，焊接時散熱鉗容易帶走熱量，避免高溫造成的保險機構潛在的損害，壽命大幅提高。最后將硅膠覆蓋在保險絲上進行絕緣保護。

4呼吸機濕化器溫濕度控制單元

呼吸機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熱敏電阻實時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計算出實時溫度，根據該溫度值和設定溫度對加熱電路進行控制。若低于目標設定溫度，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；若高于目標設定溫度，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。呼吸機濕化器溫濕度控制單元通過溫度監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 結束語

綜上可以看出，呼吸機濕化器系統應用薄膜型加熱器后，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間內使用到濕潤的氣體，病人的體驗效果更好。按照本文提出方法設計的應用薄膜型加熱器的無創呼吸機濕化器系統獲得了成功的使用，取得了良好的經濟效益和社會效益。