Ontwerpengineers bij OEM’s die aan de life science sector leveren, erkennen inmiddels het belang van thermisch beheer in hun streven naar snellere en nauwkeurigere laboratoriumapparatuur. Laten we tenslotte niet vergeten dat chemische reactiesnelheden over het algemeen evenredig zijn met de temperatuur. Laboranten kunnen ook de werktijd of houdbaarheid van monsters en reagentia verlengen door de stof binnen zijn optimale temperatuurbereik te houden. Natuurlijk is het de echte uitdaging om deze mogelijkheden betrouwbaar en kosteneffectief te leveren. Daarom doen bedrijven steeds vaker een beroep op het deskundige team van SMC engineers.
Door Max Lemacon, Team Manager Life Science SMC France
MAART 2022
Wij hebben meer dan veertig jaar professionele expertise in thermo-elektrische apparaten voor OEM’s die leveren aan de life science en medische hulpmiddelenindustrie. Onze klanten vertellen ons dat hun aankoopbeslissingen afhangen van de hoge betrouwbaarheid van het product, de breedte van het portfolio, de mogelijkheid tot aanpassing en de uitgebreide ondersteuning voor en na de verkoop.
Ontwerpers van apparaten zoals analyzers hebben vaak een achtergrond in biologie of biomedische techniek, niet in thermisch beheer. Als je temperatuurregeling wilt implementeren in je apparatuurontwerpen is deskundige ondersteuning het eerste wat je nodig hebt. Ten tweede zou het natuurlijk ideaal zijn om een technologiepartner te vinden die ook expertise heeft in aanvullende gebieden, zoals vloeistofregeling en automatisering, omdat dit bedrijfsfuncties zoals ontwerp, inkoop en aftersales vereenvoudigt. Bovendien heb je behoefte aan ondersteuning na verkoop tijdens het jarenlange gebruik van de apparatuur op wereldwijde locaties.
Spectrometer-uitdaging
Onlangs hebben we een Europese OEM, gespecialiseerd in apparatuur voor in-vitro-diagnose, voorzien van een oplossing voor temperatuurregeling voor een gasvormige chromatografiespectrometer. Het systeem scheidt de chemische componenten van een monstermengsel en detecteert ze om hun aan- of afwezigheid te bepalen en/of hoeveel er aanwezig is. Onze klant werkte al met ons aan oplossingen voor vloeistofregeling, maar was zich niet bewust van ons portfolio voor temperatuurregeling of onze vaardigheden op het gebied van thermisch beheer. Het werd al snel duidelijk dat wij een sleutelrol konden spelen bij het definiëren van de meest geschikte producten voor de toepassing.
De meeste spectrometers bestaan uit vier hoofdcomponenten: een inlaatsysteem, ionenbron, massa-analysator en detector. In de inlaatfase moest de klant een netwerkkamer met zes capilairen verwarmen tot 55°C. Hier moest de temperatuurregeling nauwkeurig en herhaalbaar zijn.
Het apparaat verwarmt en zet verschillende vloeistoffen om in de gasfase voor condensatie op afstand, gevolgd door scheiding en analyse. Temperatuurstabiliteit is essentieel om de nauwkeurigheid te bieden die gebruikers van de analyzer nodig hebben. Een zelfgemaakte oplossing met Peltier-elementen zou eenvoudigweg niet voldoende nauwkeurigheid bieden, en er zijn ook andere problemen. Op Peltier gebaseerde koelsystemen moeten technisch goed uitgebalanceerd zijn. Een onvoldoende koellichaam of ondermaatse Peltiercel kan leiden tot een hoog energieverbruik, een hoge warmteafvoer en overmatige ruis.
Eisen en oplossing: de perfecte match
We stelden een thermisch en vloeistofonderzoek voor om de optimale niveaus van thermische balans, verwarmingscapaciteit en luchtstroom te bepalen. Op basis van de resultaten vonden we een oplossing, waarbij een compacte, krachtige SMC thermo chiller met een lucht/water-warmtewisselaar centraal stond. Op basis van zorgvuldige berekeningen leverden we ook een conische verspreider met een optimale luchtturbinestroom. Het resultaat was een zeer succesvolle oplossing met hoge nauwkeurigheid, herhaalbaarheid, compacte afmetingen en programmering van de temperatuurverhoging.
De sleutel tot het succes van dit project was ons vermogen om de klant te laten profiteren van onze knowhow op het gebied van thermisch beheer en een complete oplossing te bieden. De klant ziet SMC nu veel meer dan een leverancier van componenten, maar als een vertrouwde expert op het gebied van temperatuur- en vloeistofregeling.
Voordelen van het Peltier-effect
Toepassingen in de life science en medische apparatuur hebben enorm veel baat bij chillers die zijn gebaseerd op het Peltier-effect vanwege hun hoge temperatuurstabiliteit, lage geluids- en trillingsniveau en compacte afmetingen.
Nieuwste Peltier chiller van SMC – geweldige eigenschappen in een zeer compact formaat
Om een definitie te geven: het Peltier-effect is het afkoelen van de ene junctie en het verwarmen van de andere junctie wanneer elektrische stroom (DC) wordt gehandhaafd in een materiaalcircuit dat bestaat uit afwisselende lagen van ongelijksoortige halfgeleiders. Deze halfgeleiders zijn ingeklemd tussen keramische lagen die fungeren als thermische isolatoren, waardoor een Peltier-cel ontstaat (ook bekend als een thermo-elektrisch apparaat).
Naast analyseapparatuur zijn de belangrijkste toepassingen voor thermo-elektrische apparaten onder meer echografieapparatuur, röntgensystemen, cryotherapieapparatuur en ionenversnellers voor de behandeling van kanker. Bredere toepassingen zijn bijvoorbeeld water- en gasbehandelingssystemen voor het reinigen van laboratorium- of chirurgisch gereedschap.
In alle gevallen kan SMC Peltier-producten ontwerpen en produceren voor individuele toepassingen. Met meer dan veertig jaar bewezen ervaring is SMC een vertrouwde technologiepartner voor OEM’s in de life science en medische apparatuur wereldwijd.
