CN101690385B - 尤其用于加湿和液体加热的电热器 - Google Patents

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Abstract

一种加热元件(41)，包括具有导电电路的第一聚合物膜(42)。所述电路可以包括导电油墨(44)、第二聚合物膜(43)和/或电阻性或导电性包覆成型材料(57)。第一聚合物膜(42)被模制到模制对象物(46，50，51，150，250，350)的至少一个表面中。模制对象物可以是加湿器(51)或者加湿器的部件(50，150，250，350)。一种制造模内加热元件(41)的方法，包括将导电电路设置在第一聚合物膜(42)的表面上；将包括导电电路的第一聚合物膜放置在模具中使得聚合物膜的非印刷表面邻近模具；以及插入模制树脂(46)以形成预定的模制造型，使得第一聚合物膜(42)被结合在模制造型的至少一个表面内。一种对加压可呼吸气流进行加湿的方法，包括使加压可呼吸气流通过槽(50，150，250，350)中容纳的供水(W)。槽由模制树脂形成并且加热器被至少部分地模制在树脂内，其中所述加热器包括具有导电油墨层(44)的聚合物膜(42)、模压式电阻性或导电性膜(43)和/或第一表面上的电阻性或导电性包覆成型材料(57)。

Description

尤其用于加湿和液体加热的电热器
申请的引用
本申请要求于2007年6月5日提交的申请号为2007902992的澳大利亚临时专利申请、2007年7月4日提交的申请号为2007903599的澳大利亚临时专利申请的权利，和2007年11月8日提交的申请号为60/986,404的美国临时专利申请的优先权，上述这些申请的全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明通常涉及电加热器，尤其涉及用于加热液体的集成电加热器。更特别地，本发明涉及用于加热容器内的液体的模内加热器。电加热器可以用在一定范围的装置中，例如包括加湿装置、电水壶、其它液体加热容器以及鼓风机等。加热器可以用在呼吸加湿装置中。
背景技术
为了减少患者呼吸道的干燥和随之而来的患者的不适以及相关的并发症，呼吸设备一般具有改变可呼吸气体的湿度的装置。使用放置在正空气压力(PAP)装置和患者面罩之间的加湿器可以产生加湿气体，加湿气体使得鼻粘膜的干燥最小化并且增加患者呼吸道的舒适感。
已经提出了许多加湿器类型，包括与呼吸设备一体的加湿器或被配置为联结到呼吸设备的加湿器。也已经提出了独立的加湿器。虽然被动加湿器能够提供一些缓解，但是通常需要加热加湿器以给气体提供足够的湿度和温度，以使得患者舒适。
典型地，加湿器包括：具有几百毫升容量的水槽；用于加热槽中的水的加热元件；能够改变湿度水平的控制器；接收来自PAP装置的气体的气体入口；以及适于连接到气体导管上的气体出口，所述气体导管将经加湿的加压可呼吸气流输送到患者的面罩中。
一般地，加湿器槽被直接连接到加湿器控制基座或系统基座上或支架上，这便于PAP装置与加湿器的正确组装。通常地，加湿器控制基座或者系统基座或者支架包括加热板，加热板与加湿器槽的基座接触以便于加热加湿器槽内的水。
图1描述了现有技术的加湿器装置10，其具有包括加热板18的控制基座16。水槽12包括空气入口20、空气出口22和导热槽基座14，并适于安放在控制基座16的加热板18上。基座系统典型地包括弹簧加载式加热板18，水槽12连接到弹簧加载式加热板18上。弹簧加载式加热板18确保了与水槽12的槽基座14的良好热接触，尽管在加热板18和水槽12之间发生了一些热损耗。例如，Fisher&Paykel HC200TM系统和Respironics RemStarTM加热式加湿器具有弹簧加载式加热板。然而，这样的弹簧加载式加热板会对水槽的插入提供摩擦力，这可能使得对于一些使用者特别是老人或者虚弱的使用者来说难以安装水槽。
水槽12中的水经由加热板18和水槽12的槽基座14之间的热传导来加热。槽基座14一般由铝或者不锈钢形成。槽基座14通常形成为水槽12的分离部件并且例如使用粘合剂或者模压卷边(stamped rolled edge)而密封地联结到水槽的上部。例如，见申请人的WO2007/019626 A1，其全部内容通过引用合并于此。这就导致在加湿器的制造期间需要组装多个部件并且增大了装置的尺寸和重量。此外，组装的结构增大了被密封的部件之间渗漏的风险。
其它形式的加热器是公知的，但是目前为止很少或几乎没有用在商业上使用的呼吸加湿器中。一个例子是申请人的WO2007/101298A1中所述的感应加热器，上述申请文件的全部内容通过引用合并于此。柔性层式加热器也是公知的并且已经用在一定范围的应用中，包括防雾镜、电视荧光屏、摄影机和移动电话以及电热毯加热器。例如，包括诸如碳油墨或银油墨的导电性和电阻性油墨的印刷厚膜加热元件已经得到了利用。图2示出了印刷厚膜加热元件28的大体结构，印刷厚膜加热元件28包括带有印刷在其上的导电性和电阻性油墨层34的第一膜衬底层30和第二膜32。两层膜30、32用压敏粘合剂层压在一起并将油墨层34夹入中间。膜典型地是诸如聚酯或聚酰亚胺的热塑性或热固性的聚合物。可以将这种柔性层式加热器连接到所需的表面上以提供所需的加热功能。
许多产品设置有贴到它们的表面上的标签。标签一般用于给产品提供装饰图案、打烙印、构造、用法说明、警告和其它的此类图解材料。存在许多不同形式的产品标签和技术以用于将这样的标签贴到物体上。模内贴标是一种用于将标签贴到模制对象物的表面上的方法，其中所述标签被贴到模制对象物的壁内。模内贴标用于吹塑模制或注塑模制的产品，如玩具和用于清洁产品、机油、饮料等的容器等。使用公知的印刷技术诸如苯胺印刷术、胶版印刷、丝网印刷或者热印刷将标签印刷到膜上。美国专利6551671(Nishizawa等人)描述了用于模内贴标的处理。
图3图示了模内标签35的大体结构，其中图片38印刷在膜36上。将已形成的印刷膜36、38放置并保持在敞口式模具内，且膜36的表面邻近模具。将模具闭合，并且将诸如塑料聚合物的热模制树脂40挤压或注入到模具中以形成带有整体模制标签的所需对象物造型。膜36通常由聚丙烯和聚乙二醇构成，包括便于在模制对象物的壁内连接印刷膜的热激活粘合剂。
传统加湿器具有的缺点是需要组装许多不同的部件并增加了重量。组装不同的部件并且使用加热板和带有导电基板的槽增加了漏水的风险。本发明试图处理这些缺点中的一个或多个或者至少提供合理的可供选择的办法。
发明内容
本发明的一个方案涉及一种提供安全和有效加热的加热元件。本发明的另一方案提供了一种在制造期间被模制在容器内的加热元件。本发明的又一方案涉及一种模内加热元件，其包括具有印刷在至少一个表面上的导电油墨的聚合物膜。在另一方案中，导电油墨为碳油墨和/或银油墨。在又一方案中，聚合物膜为聚酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯或聚丙烯。
本发明的另一方案涉及一种加热元件，其包括具有印刷在至少一个表面上的导电油墨的聚合物膜，其中聚合物膜被模制在模制对象物的至少一个表面中。在另外的方案中，加热元件包括紧固到导电油墨上以提供电力和/或控制信号的电接插件。在又一方案中，加热元件包括传感器，诸如用于控制加热元件的温度的温度传感器。又一方案包括热熔丝以提供保护系统来防止加热元件过热。
本发明的另一方案涉及一种用于制造包括模内加热元件的对象物的方法。在又一方案中，对象物通过注塑形成。在可选的方案中，对象物通过挤塑形成。
本发明的另一个方案涉及一种用于制造包括模内加热元件的加湿器的方法。在又一方案中，加湿器具有减少数量的部件和/或具有简单的组装过程。
本发明的又一方案涉及包括由模内加热元件形成的加热器的呼吸加湿器。
本发明再一方案涉及一种具有简单电连接器的电加热器。
根据本发明的一个示范实施例，加热元件包括第一聚合物膜，该第一聚合物膜具有设置在一表面上的导电电路。第一聚合物膜是电绝缘的并且被模制在模制对象物的至少一个表面中。
根据本发明的另一示范实施例，制造模内加热元件的方法包括：i)将导电电路设置在第一聚合物膜的第一表面上；ii)将包括导电电路的第一聚合物膜放置在模具中，使得第一聚合物膜的与第一表面相对的第二表面邻近模具；以及iii)插入模制树脂以形成预定的模制造型，使得第一聚合物膜被结合在模制造型的至少一个表面内。
根据本发明的又一示范实施例，加湿器包括：槽，其被配置为容纳供水；以及加热器，其包括第一聚合物膜，该第一聚合物膜具有设置在一表面上的导电电路。第一聚合物膜是电绝缘的，槽由模制树脂形成，并且加热器被至少部分地模制在树脂内。
根据本发明的又一示范实施例，对加压可呼吸气流进行加湿的方法，包括使加压可呼吸气流通过容纳在槽中的供水，其中槽由模制树脂形成并且加热器被至少部分地模制在树脂内，其中该加热器包括在第一表面上具有导电电路的第一聚合物膜。
根据本发明的再一示范实施例，模制对象物包括加热元件，上述加热元件包括在一表面上具有导电电路的第一聚合物膜。第一聚合物膜被模制在模制对象物的至少一个表面中。控制系统被配置为控制加热元件的温度。
通过结合附图的下列详细描述，本发明的其它方案、特征和有益效果将变得清晰，所述附图为本公开的一部分并且以示例的方式示出了本发明的原理。
附图说明
将结合附图对本发明的示范实施例进行描述，其中：
图1示意地图示了现有技术的加湿器装置；
图2示意地图示了根据现有技术的厚膜碳加热器；
图3示意地图示了根据现有技术的模内标签；
图4a示意地图示了根据本发明的示范实施例的模内厚膜碳加热器；
图4b示意地图示了根据本发明的示范实施例的模内厚膜碳加热器；
图4c示意地图示了根据本发明的示范实施例的模内厚膜碳加热器；
图4d示意地图示了具有平行带的导电油墨图案的示范实施例；
图4e示意地图示了具有单个连续电路的导电油墨图案的示范实施例；
图4f示意地图示了根据本发明的示范实施例的加热元件；
图4g示意地图示了根据本发明的另一示范实施例的加热元件；
图4h示意地图示了根据本发明的另一示范实施例的加热元件；
图4i示意地图示了根据本发明的另一示范实施例的加热元件；
图4j示意地图示了根据本发明的另一示范实施例的加热元件；
图4k示意地图示了根据本发明的另一示范实施例的加热元件；
图5a示意地图示了根据本发明的示范实施例的加湿器；
图5b示意地图示了根据本发明的示范实施例的加湿器；
图5c示意地图示了根据本发明的示范实施例的加湿器；
图5d示意地图示了根据本发明的示范实施例的加湿器；
图6a-6e示意地图示了本发明的示范的电连接器的实施例；
图7a示意地图示了根据本发明的示范实施例的为电连接器提供接入到模制于加湿器中的加热元件的结构；
图7b示意地图示了根据本发明的示范实施例的为电连接器提供接入到模制于加湿器中的加热元件的结构；
图8根据本发明的示范实施例示意地图示了加热元件连接器的结构；
图9a示意地图示了用于模制加热元件连接器与供电单元的配合布置的示范实施例；
图9b示意地图示了通过图9a的配合布置的A-A的横截面；
图10示意地图示了根据本发明的另一示范实施例的电接插件的设计；
图11示意地图示了根据本发明的另一示范实施例的加热元件和控制电路；
图12示意地图示了根据本发明的另一示范实施例的加热元件和控制电路；
图13示意地图示了根据本发明的另一示范实施例的加热元件和控制电路；
图14和15示意地图示了根据本发明的另一示范实施例的用在加湿器槽中的加热元件和控制电路；
图16和17示意地图示了根据本发明的另一示范实施例的用在加湿器槽中的加热元件和控制电路；
图18示意地图示了根据本发明的另一示范实施例的用在加湿器槽中的加热元件和控制电路；
图19示意地图示了根据本发明的另一示范实施例的用在加湿器槽中的加热元件和控制电路；
图20示意地图示了根据本发明的另一示范实施例的用在加湿器槽中的加热元件和控制电路；
图21示意地图示了根据本发明的另一示范实施例的用在加湿器槽中的加热元件和控制电路。
具体实施方式
加热元件第一实施例
图4a图示了根据本发明的方法所形成的模内加热元件41的大体结构。将诸如碳油墨或银油墨的导电油墨44印刷在膜42的表面上。然后将结合后的印刷膜和加热元件72放置在一敞口模具内，膜42邻接模具。将模具闭合，并且将模制树脂46注入或挤压到闭合的模具中以形成所需对象物。产生的模制对象物使印刷膜加热元件72模制在对象物的壁内。
在一个实施例中，膜42是热塑性的或热固性的聚合物材料，诸如提供了良好的导热性及电绝缘特性和对印刷油墨的机械保护的聚酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚丙烯或其它聚合物。膜足够厚以对印刷油墨提供稳定的膜，同时还能提供足够的热传递。膜可以具有0.01mm到1mm之间的厚度，例如在0.05mm到0.5mm之间的厚度。加热元件第二实施例
在图4b中所示的另一示范实施例中，第二膜43可以用于将导电油墨44夹住(sandwich)以在导电油墨44和模制树脂46之间提供保护层。第二膜43也可以由热塑性或热固性的聚合物材料构成。类似于膜42，第二膜43可以是电绝缘的。可选地，如下面更详细地描述的，第二膜43可以是电阻性的或者导电性的。加热元件第三实施例
在如图4c所示的另一示范实施例中，将第二保护油墨层45印刷在导电油墨44上以提供保护层。
导电油墨可以是碳油墨或银油墨或任何其它合适的导电油墨。通常导电油墨被印刷成厚度为大约5μm到40μm，例如10μm到25μm。然而，更大或更小的导电油墨的厚度也认为是在本发明的范围内。在一个示范实施例中，利用丝网印刷方法来将导电油墨印刷在膜上。然而，需要注意的是，也可以利用其它印刷方法，例如刻蚀法。
导电油墨的图案影响电路中热和电阻的分布。可以调节涂覆到膜上的导电油墨的图案以提供不同的功率密度。导电油墨图案的厚度、宽度、长度和材料特性(电阻率/导电率)确定了电路中的电阻。较厚或较宽的油墨图案具有的电阻低于较薄或窄的油墨图案具有的电阻，然而电阻随着导电油墨图案的长度的增加而增加。加热元件第四实施例
在一个示范实施例中，设计油墨图案以提供给定的电阻，从而允许特定的电压作用在电路上。例如，导电油墨可以涂覆成一系列平行带，例如在平行带的周边处用垂直带相联接，或者油墨可以涂覆为单一连续电路。
图4d图示了具有一系列相联接的平行带的油墨图案。箭头表示对电路末端进行的电连接。应该理解的是，这仅是一个示例，而其它油墨图案也被认为是在本发明的范围内。
导电油墨电路可以包括诸如碳油墨和银油墨的导电油墨的组合以在加热元件内提供不同的电阻特性。与银油墨相比，碳油墨具有更高的电阻。例如，如图4d所示，碳油墨47可以用来形成所述一系列平行带，而银油墨49可以用来在碳油墨带47的周边联接碳油墨带47。加热元件第五实施例
图4e图示了具有单一连续电路的油墨图案。如图4d所示，箭头表示对电路末端进行的电连接。同样可以理解的是，这只是连续电路的一个示例，而其它油墨连续图案也被认为是在本发明的范围内。加热元件第六实施例
在又一示范实施例中，导电油墨电路也可以包括诸如金属带的其它导电元部件，以联接一系列导电油墨带或用于电连接。图4f示出了加热元件72，其包括上面印刷有导电油墨44的第一层膜42a和覆盖第一层膜42a上的油墨44的金属层70。第二膜42b被层压以保持金属层70。可以使用任何导电金属或合金，例如铜、金和镍铬合金，或任何其它导电金属。加热元件第七实施例
尽管关于导电油墨的利用已经描述了各种示范的加热元件实施例，但是应该理解的是，代替导电油墨或除了导电油墨之外，加热元件电路可以由例如导电性或电阻性聚合物膜或包覆成型层(overmolded layer)形成。例如，如图4g所示，加热元件41可以包括由导电性或电阻性聚合物膜43形成的电路，其中导电性或电阻性聚合物膜43被模压以提供电路图案。可以将导电性或电阻性聚合物膜43电路设置在聚合物膜42上以形成模压膜加热元件(stamped film heat element)73。加热元件第八实施例
如图4h所示，加热元件电路可以由包覆成型57电路的图案到膜42上形成，以形成包覆成型膜加热元件(overmolded film heat element)75。包覆成型层57可以由电阻材料或导电材料形成。加热元件第九实施例
结合图4i，加热元件41及其控制电路可以通过导电油墨44、导电或电阻聚合物膜43和/或包覆成型物(overmolding)57的任意组合而形成。还应该理解的是，例如，加热元件41和控制电路可以与关于图4f在上面描述的金属层一起使用。加热元件电路和/或控制电路可以由导电油墨、导电性或电阻性聚合物膜(一个或多个)、和/或包覆成型物组成的多层而形成以控制热特性。加热元件第十实施例
结合图4j，加热元件电路可以由导电油墨44(一个或多个)形成，并且膜或箔43可以对例如热敏电阻的热传感器90、94进行定位、连接和/或热保护。然后热传感器可以被包覆成型57以控制传感器的热特性，和/或使传感器与加湿器槽的水隔离。加热元件第十一实施例
如图4k所示，加热元件可以是印刷膜加热元件72、模压膜加热元件73和/或包覆成型加热元件75，并且可以形成为诸如螺旋的形状，被配置为引起差温加热从而使得形成水流。例如，加热元件可以被配置为产生回旋流。如另一实施例，加热元件可以形成有这样的部分：该部分会在加湿器的区域中引起差温加热，在该区域中，与加湿器的其它部分相比，水流往往减少或停滞。
在上面讨论的实施例中，可以使用任何合适的模制树脂，树脂包括诸如聚碳酸酯、聚碳酸酯ABS混合物(诸如AstaloyTM)、聚乙烯和聚丙烯。可以使用挤塑或注塑技术或任何其它合适的模制技术来形成模制对象物46。包括了本发明的模内加热器41的模制对象物46可以被制成任意所需形状并且可以用于一定范围的加热应用，例如水浴器、加热器、加热架、注射加热器、加湿器、诸如电池加热器的加热容器以及其它适合的可模制的对象物和产品，其中内模制加热器41包括印刷膜加热元件72、模压膜加热元件73和/或包覆成型加热元件75。加湿器和加湿器槽第一实施例
在一个示范实施例中，模内加热元件41形成在加湿器装置内，例如形成在呼吸加湿器装置51中。图5a示出了本发明的模内加热元件41用在呼吸加湿器装置51中的实施例。在模制加湿器槽50期间，将导电油墨44印刷在膜42上，并且将随后形成的印刷油墨膜加热元件72模制到加湿器槽50的基座和/或侧面中。在该实施例中，加湿器槽50包括上部54和下部52。下部52包括在加湿器槽50的基座处的模内加热元件41。然而，应该理解的是，模内加热元件41可以形成在加湿器槽50的任何部分中，例如在侧面、基座、顶部中或以上部分的组合中。加湿器和加湿器槽第二实施例
在图5b所示的另一示范实施例中，模内印刷加热元件41可以用于加热通过加湿器的空气，以提高空气吸收的湿度或调节所输送的空气的温度。
加湿器槽50的上部54包括空气入口120和空气出口122。然而，空气入口120或空气出口122或两者都可以位于下部52中。上部54可以形成为可移除的盖子以易于清洁和/或将水注入槽。可选地，上部54例如可以通过焊接或胶合或公知为密封地紧固部件的任何其它技术永久地紧固在下部52上。在上部54和下部52之间可以使用密封件以降低漏水的风险。上部54和下部52之间的接合处可以位于加湿器槽50的最大注水线上方，以降低从加湿器槽50漏水的可能性。
如以下更详细描述的，为模内加热元件41提供电力的电连接器48可以形成为加湿器槽内模制处理的一部分。在示范实施例中，电连接器48连接到电源和/或控制源上并且位于加湿器槽的最大注水线的上方。
模制呼吸加湿器可以被配置为独立加湿器装置，或被设计为集成装置以连接到诸如PAP装置的相关产品上，例如与ResMedS8TMPAP装置和HumidAireTM3i加湿器装置类似。应该理解的是，模内加热元件可以模制到任何需要加热元件的合适的模制对象物中。加湿器槽第三实施例
图5c示出了示范的加湿器槽实施例，其中模内加热元件41不是位于加湿器槽150的内表面内，而是位于槽150的外表面上。在该实施例中，如上所述，模内加热元件41可以被模制到槽150的基座的外表面中，或者加热元件41可以是呈厚膜加热器形式的印刷油墨膜加热元件72，该印刷油墨膜加热元件72例如利用粘合剂连接到槽150的基座上。为防止接近加热元件41，槽150还包括连接到槽150的基座上的基座盖176。在一个实施例中，基座盖176在接触点178处被密封以易于在例如洗碗机中清洁槽，而不会干扰加热元件41。空腔174形成在加热元件41和基座盖176之间以提供绝缘。可以将绝缘材料插入到空腔174中以防止热传递到基座盖176。该实施例允许易于接入电连接器，因为它们设置在槽的外表面上。加湿器槽第四实施例
如图5d示出了用于加湿器槽的另一个示范实施例。在此实施例中，加湿器槽250模制有敞开式基座。加热元件41位于加湿器槽250的基座中并且基座盖276连接到加湿器槽250的基座上。基座盖276可以利用在底部周边的夹具290而连接到加湿器槽250的基座上。密封件278可以位于加湿器槽250和基座盖276之间以防止漏水。夹具290可以例如利用粘合剂或卷边夹具将基座盖276永久地连接到加湿器槽250上。可选地，夹具290可以允许移除基座盖276以用于清洁或消毒目的。在此实施例中，夹具290可以是螺旋结构或压入配合结构的形式或者是一个或多个夹子的形式。此外，夹具290可以形成为基座盖276的组成部分，例如呈螺旋基座盖(未示出)的形式。加热元件41可以如上所述被模制到基座盖276中，或者是位于加湿器的基座中作为层压加热元件272。层压加热元件272可以例如使用粘合剂连接到基座盖276上，或位于基座盖276上方以在层压加热元件272下方提供空腔274。层压加热元件272可以提供加湿器槽250的内部基座，以使得槽中的水不能流到层压加热元件272下方。在该实施例中，加热元件下方的空腔274可以提供绝缘层以保护基座盖276免于过热。可选地，层压加热元件272可以位于加湿器槽250内以允许水在加热元件272的两侧流动，从而允许加热加热元件272两侧的水。电连接器
模内加热元件41需要电连接器以操作加热元件。在模制对象物(如加湿器槽)的合适外部位置处，需要接入(access)模内加热元件41的至少一部分或者接入与加热元件41连接的接插件以能够连接到供电单元上。电接插件结构必须在加热元件电路和电触头之间建立电连接，其中加热元件电路例如为导电油墨、导电性或电阻性聚合物膜和/或包覆成型物。
在一个示范实施例中，在模制处理期间，电连接器与加热元件一起被模制到对象物中。电连接器可以直接接触加热器电路或者连接到诸如电线或金属触头的附加部件。图6a-6e示出了用于电连接器的示范实施例。在所有实施例中，示出了包括加热元件电路的膜42被模制到模制树脂46中，所述加热元件电路诸如为印刷油墨膜加热元件72的印刷导电油墨层44。电连接器第一实施例
图6a、6b和6c示出了到模内加热元件41(例如导电油墨44)的直接接口60的实例，用于直接接触例如在底座单元或支架单元上的电接头或电接插件。模内加热单元41被放置在形状互补的接头或接插件上，接头或接插件可以连接到供电单元或电插头上。在图6a和6b中，模制树脂46被定形以形成凹槽60。相反地，在图6c中，膜42和导电油墨44被暴露在模具的一部分中以使得在印刷膜的一部分上没有形成模制树脂46。电连接器第二实施例
图6d和6e示出了用于电连接器的附加部件的使用。图6d示出了电线62，其固定到膜42上的导电油墨44上。可以利用用于固定诸如压接板或接线板(crimping or terminal blocks)的电连接器的技术，将电线62固定到膜42上的导电油墨44上。可选地，被固定的电线62可以包括刚性机械接触接头以连接到膜42上的导电油墨44上，刚性机械接触接头例如为诸如扁形接头或插塞接头的插头插座型连接器。在模制树脂的模制步骤之前将电线62紧固到膜42上的导电油墨44上。从而，电连接器和电线62与膜42上的导电油墨44一起被模制到模制对象物中。在另一示范实施例中，如图6e所图示，诸如金属触头的导电材料64被紧固到膜42上的导电油墨44上，并且导电材料64暴露在模制对象物46的外表面上，从而为图6a-6c所示实施例所述的底座单元或支架单元上的互补电触头提供直接电接触。加湿器槽第五实施例
图7a示出了具有加热元件41的加湿器槽350，加热元件41模制到加湿器槽350中。加热元件41可以是印刷油墨膜加热元件72并且形成在加湿器槽350的基座351中，并从至少一个侧壁352向上延伸。侧壁352模制有加热元件72，以在加湿器槽350中水W的上方和/或远离水W处提供电力和控制连接器的外部接入。图7b示出了为电连接器提供接入的可选的布置，此处加热元件72被模制通过加湿器槽的侧壁352。示出的加热元件72是在侧壁352的上表面上，然而加热元件72也可以设置在下表面上。电连接器第三实施例
利用诸如印刷油墨膜加热元件72的内模制加热元件41的特征，可以形成用于如加湿器槽的模制对象物的电接插件。图8示出了接插件区域区域(connector region)的实施例。接插件包括膜42，膜42具有印刷在上面的导电油墨层44并且还具有覆盖在导电油墨层44上的金属层70。将模制树脂46添加在加热元件72周围以形成如加热器槽的模制对象物。在该设计中，模制树脂46形成在对象物的内表面上而加热元件72位于外表面上。模制树脂46提供了对电连接器的结构上和物理上的支撑。当加热元件接插件与电源接插件接合时，模制也可以设计成提供引导辅助。金属层70可以暴露在外表面上以提供导电触头接插件。电连接器第四实施例
图9a和9b示出了配套的接插件设计的示例。诸如上述印刷油墨膜加热元件72的模内加热元件41形成在模制对象物46的外露表面内。形状互补的接插件部形成在供电单元74中。当模制对象物46沿方向78插入供电单元74时，供电单元74上的弹簧触头76向模制对象物46中的加热元件72上的外露的触头(例如金属层70)提供电连接。图9b示出了模制对象物的触头部的横截面。模制接插件区域的形状可以提供对接插件的对准。对准部分可以如80和82所示形成不同的形状。电连接器第五实施例
图10示出了用于电接插件结构的示范实施例以在加热元件和电触头之间提供电连接。在该实施例中，具有带头部85的针状结构83的电接插件81穿过模制对象物46和例如印刷油墨膜加热元件72的模内加热元件41。电接插件81的针部83从模制对象物46的内部插入，直到头部85靠着模制对象物46的内表面定位。在一个实施例中，电接插件81在制造期间模制到模制对象物46中。在一个可选实施例中，电接插件81在制成模制对象物46之后被插入。电接插件81随着其穿过模制对象物46的壁而接触如导电油墨层44的加热元件电路。模制对象物46也可以设计为使膜42暴露在外表面上以使得一部分导电油墨44暴露在外表面上。固定单元84连接到电接插件81的针部83上以提供增加的导电接触面42a并且将电接插件81固定在适当位置。固定单元84可以为螺旋适配器、铆接适配器或胶合适配器等形式。可以设置密封件86以保证稳固和安全的连接。电接插件可以在加湿器槽中的水位的上方。控制系统第一实施例
可以利用诸如热敏电阻或热电偶的温度传感器来控制由模内加热元件加热的程度。在如图11所示的示范实施例中，模内加热器72包括与电源和膜42上的印刷导电油墨44相串联的一个或多个热敏电阻90、92。根据应用，正温度系数(PTC)热敏电阻或负温度系数(NTC)热敏电阻可以用于控制加热程度。例如，随着温度朝期望温度增加，PTC热敏电阻起作用以降低对加热元件的热力。PTC热敏电阻可以用在呼吸加湿器装置中。控制系统第二实施例
如图12中所描述的示范实施例所示，温度传感器94或热敏电阻或具有PTC电特性的导电热塑弹性体(PTC-TPE)可以与膜42上的诸如导电油墨44的加热元件电路一起被模制到模制对象物46中。控制系统第三实施例
在图13中所示的另一个示范实施例中，热熔丝96可以以紧密接近加热器72的表面的方式与膜42上的导电油墨44结合以预防过热。控制系统第四实施例
参考图14和图15，加湿器槽50可以包括模内加热元件，模内加热元件包括例如模压膜加热元件73，模压膜加热元件73包括模压的电阻性或导电性聚合物膜43和聚合物膜42。槽50还可以包括使聚合物膜43的部分43a、43b、43c隔离的包覆成型材料57。如图14所示，当水位W位于包覆成型材料57上方时，水与聚合物膜43的部分43a、43b、43c形成了导电电路。当水位W位于包覆成型材料57下方时，部分43a、43b、43c之间的导电通路被断开。因此聚合物膜43可以用作水位传感器。例如，安培计可以连接到聚合物膜43上。当水位W降到包覆成型材料57之下时，导电通路被断开并且安培计将检测电流的流失。应该理解的是，导电油墨可以用来代替聚合物膜43，或者除使用聚合物膜43外还可以使用导电油墨。还应该理解的是，聚合物膜43可以由例如导电油墨箔所代替。控制系统第五实施例
根据如图16和图17所示的另一示范实施例，加湿器槽50可以包括具有导电油墨44和聚合物膜42的印刷油墨膜加热元件72。加湿器槽50也可以包括形成在加热元件72上的包覆成型材料57。如图16和图17所示，包覆成型材料57可以包括形成在包覆成型材料57的余留部分(remainder)上方的丘(一个或多个)或“火山”57a(一个或多个)。例如，丘57a可以包括另一个加热器，所述另一加热器包括另一印刷油墨膜加热器72或模压膜加热器73、热敏电阻90或92、温度传感器94或98和/或热熔丝96(一个或多个)。如图16所示，当水位W位于包覆成型丘57a的上方时，附加的加热元件72或73可以导电，而如图17所示，当水位W位于包覆成型丘57a(一个或多个)的下方时，附加的加热元件72或73不可导电。因此，丘57a(一个或多个)就可以允许附加加热元件72或73操作为上述水位传感器。相似地，热敏电阻90或92和/或温度传感器94或98可以充当水位传感器。例如，当水位降到包覆成型丘57a(一个或多个)下方时，可以感觉到指示水位已经降到丘57a下方的较大的温差。控制系统第六实施例
在如图18所示的另一个示范实施例中，温度传感器98可以邻近加湿器槽的基座来定位并且可以用于提供对水位的指示。例如，如果水位非常低，则加热元件将非常迅速地加热。诸如湿度传感器的其它传感器也可以被包括在模制对象物内位于加热元件上以提供对湿度水平的指示。传感器可以利用导电粘合剂而被加载到加热元件上与导电油墨接触，并且覆盖有环氧树脂以提供保护。模制到模制对象物的不同部分中的温度传感器也可以通过在两个温度传感器之间检测温度和速率(rate)来提供对流速(flow rate)的指示。控制系统第七实施例
结合图19，加湿器槽可以包括下部52和上部54。上部54可以包括空气入口120和空气出口122。下部52可以包括印刷膜加热元件72，但是应该理解的是，加热元件可以是如上所述的模压膜加热元件或包覆成型膜加热元件。
下部52可以包括多个温度传感器98、100、102、104。随着下部52中的水位下降，每个传感器104、102、100、98将相继地暴露在通过加湿器的气流中。从水到气流所检测出的温度的变化提供了对水位的指示。控制系统第八实施例
结合图20，加热元件72可以沿着加湿器槽50的下部52的侧壁延伸，并且包括多个设置在加热元件中以提供对水位的指示的传感器98、100、102、104。加热元件72在下部52中的未暴露到水中的区域中更迅速地加热，并且位于加热器的未暴露到水中的该区域中的传感器将指示更高的温度。应该理解的是，如在其它相关实施例中所描述的，加热元件72的电路也可以包括例如热敏电阻和/或热熔丝。更应该理解的是，还是如上所述，加热元件可以是模压膜加热元件或包覆成型膜加热元件。控制系统第九实施例
参考图21，加湿器槽50可以包括上部54和下部52。上部还可以包括热传感器或传感器106、108、110。一个或多个热传感器106、108、110可以被放置在水位上方，例如放置在下部52中所限定的最大注水位的上方，以检测上部54中的空气的温度。如果空气温度超过预定温度(例如40℃)，则可以控制提供给加热元件72的电力以降低空气温度。
应该理解的是，如图21所示，加热元件72可以设置在下部52的基座中，或者可以将加热元件72如图20那样来配置。还应该理解的是，可以设置任意实际数量的温度传感器106、108、110，并且温度传感器可以设置在加湿器槽50的上部54中的多个部位处。例如，温度传感器可以设置在入口120和/或出口122处以提供对加热元件的控制。随着入口空气温度的变化，可以控制供给到加热元件72的电力以在出口处保持预定的温度。控制系统变量
膜还可以包括水位传感器。例如，水位传感器可以被包括在诸如加湿器槽的模制对象物中，水位传感器包括阴极探针或利用温度传感器的热梯度仪(thermal gradient)。传感器将依赖于加热器和水之间的热关系以及对模制对象物的形状进行模制以适应加湿器的机械要求的能力。一个或多个湿度传感器、绝对和/或相对湿度传感器可以设置在加湿器中以允许控制加热元件。例如，这样的控制系统公开在分别于2008年3月6日提交的申请号为61/034,318和2008年4月3日提交的申请号为61/042,112的美国申请中，上述两个申请的全部内容通过引用合并于此。
加热器也可以是分区的。例如，加热器可以设置在膜或包覆成型材料上以包括水暖部分和热风部分。在每个分区中的每个加热器可以包括设置在膜上的独立的感测元件、控制元件和/或热保护元件。对于感测和加热来讲，分区也可以是水平的。水平分区将允许仅加热水的表面以改善加热时间并减少能量损耗。
除了经由膜或包覆成型膜材料模制到模制对象物中的温度传感器之外，电子电路或电路可以设置在膜或包覆成型材料上并且模制到模制对象物中。例如，转换控制元件可以设置在膜或包覆成型材料上以回收通常被耗散的热损失。回收的热可用于对加湿器室中的水进行加热。电源
电源可以是独立的供电单元或结合在辅助装置中，诸如为包括模内加热器的装置(诸如集成加湿器装置)提供动力和电气控制系统的PAP装置。可选地，供电单元形成了加湿器装置的部件。有益效果
使用模内加热元件可以比常规加热技术提供许多有益效果，包括降低成本、容易制造、减少重量和提高效率。例如将加热元件模制在模制对象物内的能力使得部件的数量减少了并且降低了组装完整的对象物的时间和复杂性。热板和导热板不再需要且已被结合了，因为模内加热元件执行了相同的功能。这种减少也可以产生显著的成本节约。此外，由于加热元件被准确地包括在需要加热的地方，因此可以提高加热效率和响应时间。将加热元件模制在模制对象物内还可以使得设计为保存液体的模制对象物(如加湿器)内的渗漏的可能性降到最低。
对于呼吸加湿器，使用模内加热元件可以具有一些显著的好处。例如，加湿器可以不再需要托架或底盘单元，而托架或底盘单元通常包括热板和固定加湿器槽的结构特征以确保加湿器槽基座和热板之间的良好热接触。不再需要加湿器槽基座密封件，能够减少或最小化渗漏问题。这些使得部件的成本节约并且简化了组装，使得制造加湿器不那么昂贵。将加热元件结合在模制加湿器槽内能够提供增强的安全和保护以防止接触到热的加热元件，尤其是当加湿器正在使用时。
尽管已经结合目前认为是最实用的实施例描述了本发明，但是应理解的是，本发明并不局限于所公开的实施例，相反，本发明意图涵盖包括在本发明的精神和范围内的各种改进和等同的布局。同时，上述不同实施例可以结合其它实施例来被实施，例如，一个实施例的方案可以与另一个实施例的方案相结合以形成另一个实施例。此外，任何给出的组件的各个独立特征或部件可以构成另外的实施例。另外，尽管本发明对于患有OSA的患者具有特定应用，但是应理解的是，患有其它疾病(例如，充血性心力衰竭、糖尿病、病态肥胖症、中风和肥胖手术等)的患者也可以从以上教导中获益。而且，上述教导在非医学应用中对于患者和非患者具有同样的实用性。

Claims (72)

1.一种呼吸加湿器，其用于对来自呼吸装置的加压可呼吸气流进行加湿并被配置为与呼吸装置联结，所述呼吸加湿器包括：
槽，其被配置为容纳供水；
气体入口，其接收来自呼吸装置的气体；
气体出口，其通过气体导管将经加湿的加压可呼吸气流从所述槽输送到患者的呼吸道；以及
加热器，其包括具有设置在一表面上的导电电路的第一聚合物膜，其中所述第一聚合物膜是电绝缘的，所述槽由模制树脂形成，并且所述加热器被至少部分地模制在所述树脂内。
2.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述导电电路包括以下几种中的至少一种：导电油墨、第二聚合物膜和包覆成型在所述加热器上的导电材料或电阻材料。
3.如权利要求1或权利要求2所述的呼吸加湿器，其中所述第一聚合物膜是热塑性或热固性的聚合物。
4.如权利要求3所述的呼吸加湿器，其中所述第一聚合物膜是聚酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯或聚丙烯。
5.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述第一聚合物膜的厚度为0.01mm-1mm。
6.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述模制树脂是聚碳酸酯、聚碳酸酯ABS混合物、聚乙烯或聚丙烯。
7.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述树脂被注塑成形。
8.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述树脂被挤塑成形。
9.如权利要求2所述的呼吸加湿器，其中导电油墨层的厚度为5μm-40μm。
10.如权利要求2所述的呼吸加湿器，其中所述导电油墨层被丝网印刷在所述第一聚合物膜上。
11.如权利要求2所述的呼吸加湿器，其中所述导电油墨层被刻蚀在所述第一聚合物膜上。
12.如权利要求2所述的呼吸加湿器，其中所述导电油墨层是碳油墨、银油墨或者前两者的组合。
13.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述电路包括单个连续图案。
14.如权利要求13所述的呼吸加湿器，其中所述单个连续图案包括螺旋形或螺线形。
15.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述电路包括多个平行带，多个平行带由垂直于所述平行带的至少一个带联接。
16.如权利要求15所述的呼吸加湿器，其中所述平行带是碳油墨，而至少一个垂直带是金属。
17.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述电路被配置为提供预定的电阻。
18.如权利要求2所述的呼吸加湿器，还包括覆盖所述导电油墨层的保护油墨层。
19.如权利要求2所述的呼吸加湿器，还包括覆盖所述导电油墨层的金属层。
20.如权利要求19所述的呼吸加湿器，其中所述金属层包括导电金属或合金。
21.如权利要求19或20所述的呼吸加湿器，还包括覆盖所述金属层的第二聚合物膜。
22.如权利要求21所述的呼吸加湿器，其中所述第二聚合物膜是层压式的。
23.如权利要求2所述的呼吸加湿器，还包括覆盖所述导电油墨层的第二聚合物膜。
24.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述槽包括上部和下部，并且所述上部能够从所述下部移除。
25.如权利要求24所述的呼吸加湿器，其中所述上部包括用于可呼吸气流的入口和出口。
26.如权利要求24所述的呼吸加湿器，其中所述加热器位于所述上部中。
27.如权利要求24所述的呼吸加湿器，其中所述加热器位于所述下部中。
28.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述加热器设置在所述槽的最大注水线之下。
29.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述槽包括基座，并且所述加热器被至少部分地模制在所述基座的外表面中。
30.如权利要求29所述的呼吸加湿器，还包括连接到所述基座上的基座盖。
31.如权利要求30所述的呼吸加湿器，其中所述基座盖密封地连接到所述基座上。
32.如权利要求30或31所述的呼吸加湿器，其中在所述基座和所述基座盖之间形成空腔。
33.如权利要求32所述的呼吸加湿器，其中所述空腔充满绝缘材料。
34.如权利要求29至31中的任意一项所述的呼吸加湿器，其中所述基座是敞开式基座。
35.如权利要求1所述的呼吸加湿器，还包括被配置为将加热器连接到电源的电接插件。
36.如权利要求35所述的呼吸加湿器，其中所述电接插件包括所述电路的外露部分，所述外露部分被配置为接触所述电源的电触头。
37.如权利要求35所述的呼吸加湿器，其中所述电接插件包括连接到所述电路并且被部分地模制在所述树脂中的电线。
38.如权利要求37所述的呼吸加湿器，其中所述电线通过紧固电连接器连接到所述电路上。
39.如权利要求37所述的呼吸加湿器，其中所述电线通过机械接触接头而紧固到所述电路上。
40.如权利要求35所述的呼吸加湿器，其中所述电接插件包括与所述电路接触且被部分地模制在所述树脂中的导电材料。
41.如权利要求40所述的呼吸加湿器，其中所述导电材料是金属触头。
42.如权利要求35所述的呼吸加湿器，其中所述电接插件包括针状元件，所述针状元件贯穿所述模制树脂和所述加热器以便与所述导电油墨层接触。
43.如权利要求42所述的呼吸加湿器，其中所述针状元件包括在所述槽的内表面之上的头部。
44.如权利要求43所述的呼吸加湿器，还包括在所述针状元件的头部和所述内表面之间的密封件。
45.如权利要求42所述的呼吸加湿器，还包括连接到所述针状元件的针部的固定单元，其中所述固定单元包括与所述导电油墨层接触的导电接触面。
46.如权利要求35至45中的任意一项所述的呼吸加湿器，其中所述电源设置在底座单元或支架单元中。
47.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述加热器的至少一部分暴露在所述槽的内表面上。
48.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述加热器的至少一部分暴露在所述槽的外表面上。
49.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述加热器的至少一部分通过所述槽的壁。
50.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述加热器包括温度传感器。
51.如权利要求50所述的呼吸加湿器，其中所述温度传感器包括热电偶。
52.如权利要求50所述的呼吸加湿器，其中所述温度传感器包括正导热系数热敏电阻或负导热系数热敏电阻。
53.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述加热器包括热熔丝。
54.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述加热器包括湿度传感器。
55.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述加热器包括转换控制元件。
56.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述加热器包括水位传感器。
57.如权利要求56所述的呼吸加湿器，其中所述水位传感器包括阴极探针。
58.如权利要求56所述的呼吸加湿器，其中所述水位传感器包括热梯度仪。
59.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述加热器包括分区。
60.如权利要求59所述的呼吸加湿器，其中一些分区被配置为加热所述槽中容纳的水，而一些分区被配置为加热所述槽中的空气。
61.如权利要求59或60所述的呼吸加湿器，其中每个分区包括温度传感器、湿度传感器、水位传感器、热熔丝和/或转换控制元件。
62.如权利要求61所述的呼吸加湿器，其中所述加热器被配置为仅加热与所述槽中容纳的水的表面对应的分区。
63.如权利要求2所述的呼吸加湿器，其中所述包覆成型材料被配置为使所述导电油墨和/或所述第二聚合物膜中的部分隔离，以使得在第一水位处，在至少一些被隔离的部分之间形成导电通路，而在第二水位处，在任何被隔离的部分之间均未形成导电通路。
64.如权利要求2所述的呼吸加湿器，其中所述包覆成型材料包括配置为对温度传感器、熔丝或第二加热器三者中的至少一个进行支撑的至少一部分，以使得在第一水位处，所述温度传感器、所述熔丝和/或所述第二加热器被水覆盖，而在第二水位处，所述温度传感器、所述熔丝和/或所述第二加热器未被水覆盖。
65.如权利要求1所述的呼吸加湿器，其中所述第一聚合物膜的厚度为0.05mm-0.5mm。
66.如权利要求2所述的呼吸加湿器，其中导电油墨层的厚度为10μm-25μm。
67.如权利要求19所述的呼吸加湿器，其中所述金属层包括铜、金、镍或铬。
68.如权利要求37所述的呼吸加湿器，其中所述电线通过压接板或接线板而连接到所述电路上。
69.如权利要求37所述的呼吸加湿器，其中所述电线通过插头插座型连接器而紧固到所述电路上。
70.如权利要求69所述的呼吸加湿器，其中所述插头插座型连接器为扁形接头或插塞接头。
71.如权利要求15所述的呼吸加湿器，其中所述平行带是碳油墨，而所述至少一个垂直带是银油墨。
72.一种用于将可呼吸气流输送给患者的呼吸设备，包括如权利要求1所述的加湿器。
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