Batterijduur Verlengen van Draagbare Medische Devices: De HK5 Case Study
Introductie
De transitie van zware zuurstoftanks naar draagbare zuurstofconcentratoren (POC’s) vraagt om componenten die extreem weinig energie verbruiken. In deze case study leest u hoe een Humphrey HK5 customized manifold zorgde voor een vederlicht design en een batterijduur van meer dan vier uur. Voor R&D-engineers is dit een blauwdruk voor het oplossen van de “Weight vs. Power” balans in medische wearables.
De Engineering Uitdaging: Weight vs. Power
Een fabrikant van ademhalingsapparatuur wilde een prototype ontwikkelen dat patiënten volledige mobiliteit bood. Het oorspronkelijke ontwerp maakte gebruik van een standaard lapped-spool valve, maar dit bleek ongeschikt voor een battery powered medical device fluid control systeem vanwege drie kritieke factoren:
- Te hoog stroomverbruik: De batterij raakte te snel leeg voor praktisch gebruik.
- Lekkage: De spool-klep vertoonde interne lekkage, wat de efficiëntie van de zuurstofconcentratie verlaagde.
- Omvang: Het totale gewicht en formaat waren te groot voor een comfortabel draagbaar device.
Waarom spool-kleppen falen in draagbare medische apparatuur (en het poppet alternatief)
Engineers lopen vaak tegen de beperkingen van schuifafsluiters (spool valves) aan in mobiele applicaties. Omdat een spool-klep metaal-op-metaal contact heeft, is er altijd sprake van een zekere mate van lekkage. Bovendien vereisen ze meer kracht (en dus wattage) om de wrijving te overwinnen. Het 0.8 Watt pneumatic valve ontwerp van de HK5-serie maakt gebruik van Humphrey’s poppet-technologie, die een nagenoeg lekvrije afsluiting biedt en aanzienlijk minder stroom verbruikt.
De Technische Oplossing: Custom HK5 Low-Wattage Manifold
In plaats van een standaard oplossing, ontwikkelde het Humphrey Engineered Solutions team een volledig geïntegreerd, lightweight oxygen concentrator manifold.
De technische doorbraak:
- Gemodificeerde HK5 Ventielen: Twee van de drie direct-werkende kleppen werden aangepast naar een ultra-low power solenoid valve medical configuratie van slechts 0,8 Watt. Dit verlaagde de thermische footprint en de belasting op de accu aanzienlijk.
- Geïntegreerde Quick Exhaust: In het manifold werd een speciale terugslagklep (shuttle valve) verwerkt met een aangepaste cracking pressure om exact de gewenste flow-timing te halen.
- Miniaturisatie: Door gebruik te maken van haakse insteekkoppelingen (low profile elbow fittings) werd de totale hoogte van de assemblage geminimaliseerd.
Resultaten en Voordelen voor de OEM
- 4 Uur Batterijduur: Door de reductie in stroomverbruik werd de doelstelling voor mobiliteit ruimschoots gehaald.
- Gegarandeerde Levensduur: De assemblage werd succesvol getest op 6 miljoen cycli, essentieel voor medische certificering.
- Gewichtsreductie: De vervanging van de zware spool-klep door een lichtgewicht aluminium custom manifold maakte het device lichter dan alle concurrerende tanks.
Lees meer over deze casestudy.
