CN105210449A - 加热装置和制造的方法 - Google Patents

Abstract

用于呼吸管（73）的加热元件包括具有碳的印制的环状轨道（21,31,41）的电绝缘衬底（22,45,50）该轨道在一个端部处沿着两个金属端子（25,26,43,44,74,75）之间的衬底延伸。加热元件优选地通过在绝缘衬底（50）上将若干个环状轨道（51到59）并排地印制、在轨道环的自由端部上沿着板的一个边缘（61）应用金属母线（60）制成。在轨道（51到59）的自由端部之间切割母线，以形成与轨道的相反端部连接的绝缘端子垫。板在轨道（51到59）之间切割以将其分割成分立的加热元件。

Description

加热装置和制造的方法

技术领域

本发明涉及包括导电材料的电阻路径的类型的加热器，该电阻路径在所述路径的相反端部处的两个端子之间延伸，通过所述加热器可以跨过所述路径应用电压以产生加热效果。

本发明更尤其地但专有地涉及使用在呼吸回路中的加热器和加热元件。

背景技术

呼吸湿化器和雾化器遭受对于由装备产生的一些蒸气倾向于在将蒸气传送给病人的呼吸管回路中冷凝的问题。冷凝物在吸气性或呼气性呼吸分支中的存在是个问题，因为如果其传到病人则其呈现可能的危险。其还可为细菌的积聚提供场所，导致感染的风险。移除和处理任何聚集的冷凝物的需要也是个问题。已知的是该“凝雨”可通过加热管来减少，以便沿着其流动的气体不太可能冷凝。该加热通常通过在管内或管外延伸的电阻金属丝来获得。先前加热布置的实例在US6078730、US6167883和US8122882中描述。该丝加热元件的成本对于一次性组件是相对的高，并且难以给丝加热元件提供在不同位置处的不同加热特征，以便加热效果在需要的地方可得到最大化和功率需求得到最小化。

发明内容

本发明的目的是提供替代的加热装置和制造的方法。

根据本发明的一个方面，提供上面指定类型的加热器，其特征在于，所述电阻路径由在具有电绝缘表面的衬底上的非金属材料的轨道提供。

所述端子可位于所述衬底的相同端部处。导电材料优选地包括碳，其可印制在所述衬底上。所述衬底可以是电绝缘塑料材料。所述加热器可构造成具有不同加热效果的不同区域。所述不同区域可由具有不同横截面或不同电阻率的轨道的区域提供。替代地，所述加热器可在所述不同区域中具有不同数量的轨道。

根据本发明的第二方面，提供一种制造加热元件的方法，包括步骤：提供具有电绝缘表面的平面衬底；在所述平面上沉积导电非金属材料的多个电阻轨道，每个轨道是以环的形式，其中每个环的封闭端部被定位成朝着所述衬底的一个边缘和每个环的两个开口端部被定位成朝着所述衬底的相反的边缘；在所述轨道沉积之前或之后提供导电端子，所述端子以与每个轨道的端部电接触延伸横穿每个轨道的开口端部；和随后切割在相邻轨道之间的所述衬底以形成多个分立的加热元件。

所述端子最初可以是以连续的母线的形式，从相同轨道的开口端部之间被移除的母线的材料被移除，以彼此电绝缘开口端部。所述衬底优选地是电绝缘塑料材料并且所述轨道包括碳。

根据本发明的第三方面，提供由根据本发明的上面第二方面所述的方法制成的加热元件。

根据本发明的第四方面，提供一种用于在制造多个加热元件中使用的板，其特征在于，所述板包括具有电绝缘表面和两个相反边缘的平面衬底，导电非金属材料的多个电阻轨道在所述表面上延伸，每个轨道是环，该环具有定位成邻近所述边缘中的一个的两个开口端部，每个环的所述封闭端部定位成邻近相反的边缘，和导电端子以与每个轨道的所述开口端部电接触平行于和邻近所述一个边缘延伸。

所述衬底优选地是电绝缘材料并且所述轨道包括碳。

根据本发明的第五方面，提供由根据本发明的上面第四方面所述的板制成的加热元件。

根据本发明的第六方面，提供一种由根据本发明的上面第四方面所述的板制造多个加热元件的方法，其中所述端子是连续的母线，其特征在于，所述方法包括步骤：将不同轨道彼此分立，和在所述轨道彼此分立之前或之后将每个轨道的两个开口端部之间的母线中断。

根据本发明的第七方面，提供由根据本发明的上面第六方面所述的方法制成的加热元件。

根据本发明的第八方面，提供一种用于将呼吸气体传送给病人或从病人传送呼吸气体的呼吸管，包括根据本发明的上面一个方面所述的加热器或根据本发明的上面第三、第五或第七方面所述的加热元件。

附图说明

根据本发明的加热元件、包括加热元件的呼吸管和加热元件的制造方法现在将参考附图通过实例的方式来描述，其中：

图1是传统的现有技术的加热元件的平面图；

图2是本发明的加热元件的平面图；

图3和图4是替代的加热元件的平面图；

图5是可形成九个加热元件的板的平面图；和

图6是包括加热元件的呼吸管的横截面侧视图。

具体实施方式

首先参考图1，示出传统的加热元件，其中电阻路径由绝缘的导电电阻丝1的长度提供，该电阻丝由诸如铜的金属制成并在相反的端部处连接到导电端子接头片2和3。丝1被形成环并且折回以形成并排延伸的四个区段4到7，以便改善到沿着其被嵌入在内的呼吸管流动的气体的传热。端子2和3位于元件的相同端部处，以便它们从管的一个端部可接进。在具有大约150cm长度的典型呼吸管中，可以看到加热元件将需要具有近似150×4﹦600cm的丝。铜的高成本使加热元件相对昂贵，尤其对于设计为在单次使用后被处理掉的组件。希望呼吸管在对减少凝雨有很大影响的区域能够提供最大的加热效果，以便对于给定的功率输入产生最佳效果。然而，难以沿着现有的加热元件变化加热效果以产生希望的加热效果。

图2示出根据本发明的以加热元件20的形式的加热装置的第一实例，其由沉积在平面衬底的电绝缘表面上的非金属导电轨道提供。更具体地，该元件采用印制在长方形的聚酯板22的表面上并形成环的碳轨道21的形式，其在板的一个端部处具有两个自由端部22和23，和在板的相反端部处具有封闭端部24。自由端部22和23与叠盖在轨道的端部22和23上的诸如铜的相应的金属端子垫25和26接触。轨道21不需要全部是碳而是可与其他材料混合以产生希望的电阻率。碳轨道21的横截面被选择以在自由端部之间提供希望的电阻，即，通过轨道的宽度和/或厚度的合适选择。通常，碳轨道的电阻率比铜丝的电阻率大，因此碳轨道比同样电阻的丝将具有更大的横截面。这意味被印制的碳轨道的表面面积将比等效铜丝的表面面积大，以便热消散将比同样长度的铜丝的热消散大。这样，碳轨道可比具有相同热消散的铜丝更短，从而避免以在图1中示出的先前金属丝的方式折回轨道的需要。因此，对于同样长度的呼吸管，与相对昂贵的铜或其他金属的折回的元件相比，根据本发明的加热元件仅仅需要一半长度的相对便宜的碳。

应该理解，电阻轨道需要被支撑在电绝缘的表面上。这可由绝缘衬底提供，如上面描述的，或该衬底可是导电的但是具有轨道被沉积在其上的一层绝缘材料。

如在图3中所示，根据本发明的加热装置还能够提供加热电路，通过在被沉积的轨道的特征中沿着其长度的适当变化具有多个不同的温度区域。在该布置中，碳轨道31具有在图2中所示的相同的形状，但是，替代沿着其长度具有相同的横截面的轨道，轨道的横截面和因此电阻率沿着加热元件30在不同的位置处是不同的。在图3中示出的轨道31沿着其长度具有三个不同的区域A、B和C。区域A和C从自由端部32和33沿着加热元件的大约三分之一的长度延伸，然而区域B在两个端部区域之间延伸，提供环的封闭端部。轨道31在区域A和C是相对宽的，即，具有较大的横截面，因而具有相对低的电阻率；区域B是较窄的，即，具有较小的横截面，因而其具有较大的电阻率。沿着区域A和C即朝向元件30的端子端部的每单元长度的加热效果将比沿着区域B即远离端子端部的加热效果更低。因而，该加热元件将在远离端子处比邻近端子处更热。

沿着加热元件的加热效果可以以其他方法变化。例如，替代使用相同的轨道材料和改变其横截面（宽度和/厚度），将可以通过使用不同材料即通过沿着轨道将不同电阻率的非金属材料沉积在不同的区域处来改变加热效果。这些不同材料一个接一个地可被印制或以其他方式沉积。应该理解，通过横截面的变化和不同电阻率的材料的使用两者的组合可以变化加热效果。

在图4中示出用于沿着加热元件的长度改变加热效果的另一个构造。其示出具有与两个端子43和44连接并彼此并行连接的两个印制的电阻轨道41和42的加热元件40。一个轨道41沿着衬底45的整个长度在环中延伸。另一个轨道42也形成在环中并在更长的轨道41内从相同的端子43和44延伸，但仅在元件的端子端部处沿着加热元件40的大约三分之一长度延伸。该加热元件40在靠近端子43和44的区域中比在远离端子的区域中产生更大的加热效果。通过适当地选择用于这两个轨道的可以是相同或不同的材料或横截面，可以进一步改变加热效果。加热元件不仅需要具有两个轨道，而且可具有三个或更多。

本发明的加热元件可以以在图5中示出的方式容易地制造。提供绝缘材料诸如聚酯的长方形板50或具有绝缘上层的导电板，并且在板的上表面上彼此并排地水平印制含碳材料的九个电阻轨道环51到59。每个电阻轨道环51到59的开口端部定位成邻近板50的左手边缘61，和封闭端部定位成邻近相反的右手端部62。可以使用诸如喷墨印刷、丝网印刷和光刻法等的任何合适的碳印刷技术。可以印制两个或多个轨道的任意数量。接着，以诸如铜的薄金属母线60的形式的端子装置在轨道51到59的自由端部的顶部上被垂直放置在板50的左手边缘61下，以便它们都被电桥接。母线60可以以任何传统方法形成，诸如通过由导电粘合剂将金属箔结合到轨道51到59并且到衬底50来形成。替代将母线应用在轨道的顶部上，其可在轨道之前放置在衬底上，以便轨道在母线的顶部上延伸。下一步骤是在每个轨道51到59的这两个自由端部之间中断母线60，以便它们通过母线不是电相互连接的。这通过移除在每个轨道51到59的自由端部之间的一部分母线60得到。最方便地，这还涉及移除板50的下面的部分，但是这不是必须的。移除可以通过诸如铣、磨或切割的机械方法或通过诸如蚀刻的化学方法或通过诸如激光烧蚀或切割的一些其他方法获得。最后步骤是简单地在每个轨道51到59之间将板50水平地切割八次，以便将其分割成九个分立的和相同的加热元件。图5示出下面的三个切割线63。如上面描述的，中断每个轨道的自由端部之间的母线的步骤可以在板被切割成分立元件之后而不是在该步骤之前执行。

端子装置不需要放置在板上，因为连续的母线却可以例如在印制碳轨道之前或之后被印制为一系列的彼此分立的金属端子垫。

该制造技术能够使加热元件以低成本大量制造。

加热元件70沿着在图6中示出类型的呼吸管73的孔被嵌入以便吸气、呼气或双向使用。加热元件70具有位于管73的机械端部72的其端子端部71，并且端子74和75与延伸穿过机械端部耦接件78的壁的相应的触头76和77电连接。触头76和77与匹配的连接器79连接，该连接器与加热器控制单元80连接，以将功率传送到加热元件70。呼吸管73可包括来自于连接在呼吸回路中的传感器（未示出）的温度反馈，以保持沿着管流动的气体的恒定的希望温度。

Claims (18)

1.一种包括导电材料的电阻路径的加热器（20,30,40,70），所述电阻路径在所述路径的相反端部处的两个端子之间延伸，通过加热器可以跨过所述路径应用电压以产生加热效果，其特征在于，所述电阻路径由在具有电绝缘表面的衬底（22,45）上的非金属材料的轨道（21,31,41,42）提供。

2.如权利要求1所述的加热器，其特征在于，端子（25,26,43,44,74,75）位于所述衬底（22,45,50）的相同端部（61）处。

3.如权利要求1或2所述的加热器，其特征在于，所述轨道（21,31,41,42）的所述导电材料包括碳。

4.如在先权利要求中的任意一项所述的加热器，其特征在于，所述电阻轨道（21,31,41,42）印制在所述衬底（22,45,50）上。

5.如权利要求1到4中的任意一项所述的加热器，其特征在于，所述衬底（22,45）是电绝缘塑料材料。

6.如在先权利要求中的任意一项所述的加热器，其特征在于，所述加热器（30,40）构造成具有不同加热效果的不同区域。

7.如权利要求6所述的加热器，其特征在于，所述不同区域由具有不同横截面或不同电阻率的轨道（31）的区域（A,B和C）提供。

8.如权利要求6所述的加热器，其特征在于，所述加热器（40）在所述不同区域中具有不同数量的轨道（41,42）。

9.一种制造加热元件的方法，包括步骤：提供具有电绝缘表面的平面衬底（50）；在所述平面上沉积导电非金属材料的多个电阻轨道（51到59），每个轨道是以环的形式，其中每个环的封闭端部被定位成朝着所述衬底（50）的一个边缘（62）并且每个环的两个开口端部被定位成朝着所述衬底的相反的边缘（61）；在所述轨道沉积之前或之后提供导电端子（60），延伸横穿每个轨道（51到59）的开口端部的所述端子（60）与每个轨道的端部电接触；和随后切割（63）在相邻轨道之间的所述衬底（50）以形成多个分立的加热元件。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述端子最初是以连续的母线（60）的形式，并且所述母线的材料从相同轨道的开口端部之间被移除以彼此电绝缘开口端部。

11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述衬底（50）是电绝缘塑料材料并且所述轨道（51到59）包括碳。

12.一种由根据权利要求9到11中的任意一项所述的方法制造的加热元件。

13.一种在制造多个加热元件中使用的板，其特征在于，所述板包括具有电绝缘表面和两个相反边缘（61和62）的平面衬底（50），在所述表面上延伸的导电非金属材料的多个电阻轨道（51到59），每个轨道（51到59）是环，所述环具有定位成邻近所述边缘（61）中的一个的两个开口端部，每个环的封闭端部定位成邻近相反的边缘（62），和导电端子（60）以与每个轨道的所述开口端部电接触平行于和邻近所述一个边缘延伸。

14.如权利要求13所述的板，其特征在于，所述衬底（50）是电绝缘材料并且所述轨道（51到59）包括碳。

15.一种由根据权利要求13或14所述的板制成的加热元件。

16.一种由根据权利要求13或14所述的板制造多个加热元件的方法，其中所述端子是连续的母线（60），其特征在于，所述方法包括步骤：将不同轨道（51到59）彼此分立，和在所述轨道彼此分立之前或之后将每个轨道的两个开口端部之间的所述母线（60）中断。

17.一种由根据权利要求16所述的方法制造的加热元件。

18.一种用于将呼吸气体传送给病人或从病人传送呼吸气体的呼吸管（73），包括根据权利要求1到8中的任意一项所述的加热器或者根据权利要求12、15或17中的任意一项所述的加热元件。