DE102014017495A1

DE102014017495A1 - Heizungsregelungsvorrichtung für einen Inkubator für Säuglinge, Inkubator und Verfahren zur Heizungsregelung eines Inkubators

Info

Publication number: DE102014017495A1
Application number: DE102014017495.6A
Authority: DE
Inventors: Gdaniec Przemyslaw
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2034-11-28
Also published as: JP6523931B2; US11090211B2; JP2016101501A; US10314756B2; CN105640728B; US20190247259A1; CN105640728A; US20160151219A1; DE102014017495B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizungsregelungsvorrichtung (44) für einen Inkubator (10) für Säuglinge (12) mit einer Temperaturerfassungsvorrichtung (46) zur Erfassung zumindest eines ersten Temperaturmesswerts (T1) einer Temperatur im Inneren einer Inkubatorkammer (14) und zumindest eines zweiten Temperaturmesswerts (T2) einer Temperatur einer Heizvorrichtung (24) des Inkubators (10). Die Heizungsregelungsvorrichtung (44) weist einen ersten Betriebsmodus und einen zweiten Betriebsmodus auf, wobei im ersten Betriebsmodus eine Kaskadenregelung vorgesehen ist, wobei ein Sollwert (R1) für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer (14) vorgegeben ist, in einem ersten Regelungsschritt ein Sollwert (R2) für die Temperatur der Heizvorrichtung (24) in Abhängigkeit von dem Sollwert (R1) für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer (14) und dem zumindest einen ersten Temperaturmesswert (T1) berechnet wird und in einem zweiten Regelungsschritt eine Regelgröße (R) für die Heizvorrichtung (24) in Abhängigkeit von dem Sollwert (R2) für die Temperatur der Heizvorrichtung (24) und dem zumindest einen zweiten Temperaturmesswert (T2) berechnet wird. Im zweiten Betriebsmodus wird in einem ersten Regelungsschritt ein Sollwert (R2) für die Temperatur der Heizvorrichtung (24) unabhängig von dem zumindest einen ersten Temperaturmesswert (T1) berechnet und in einem zweiten Regelungsschritt eine Regelgröße (R) für die Heizvorrichtung (24) in Abhängigkeit von dem Sollwert (R2) für die Temperatur der Heizvorrichtung (24) und dem zumindest einen zweiten Temperaturmesswert (T2) berechnet. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Regelungsverfahren und eine Inkubator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungsregelungsvorrichtung für einen Inkubator für Säuglinge, einen Inkubator und ein Verfahren zur Heizungsregelung eines Inkubators.
Es sind Inkubatoren für Säuglinge bekannt mit einer Inkubatorkammer, in die der Säugling gelegt wird, wobei die Inkubatorkammer eine Haube aufweist, welche eine geschlossene Position, in der die Inkubatorkammer weitgehend zur Umgebung thermisch gedämmt ist, oder eine geöffnete Position, in der die Inkubatorkammer mit der Umgebung in Kontakt ist, einnehmen kann. In der geöffneten Position wird ein Kontakt von Säugling und Eltern oder Pflegepersonal erleichtert. Nach Übergang von der geöffneten Position in die geschlossene Position ist es wichtig, die Lufttemperatur in der Inkubatorkammer schnell auf die gewünschte Temperatur zu bringen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heizungsregelungsvorrichtung für einen Inkubator bereitzustellen, die eine schnelle Einstellung der gewünschten Temperatur ermöglicht, sowie einen entsprechenden Inkubator und ein entsprechendes Verfahren zur Heizungsregelung eines Inkubators.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Heizungsregelungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie einen Inkubator mit den Merkmalen der Ansprüche 7 oder 8 und ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Eine erfindungsgemäße Heizungsregelungsvorrichtung für einen Inkubator für Säuglinge umfasst eine Temperaturerfassungsvorrichtung zur Erfassung zumindest eines ersten Temperaturmesswerts einer Temperatur im Inneren einer Inkubatorkammer und zumindest eines zweiten Temperaturmesswerts einer Temperatur einer Heizvorrichtung des Inkubators. Die Heizungsregelungsvorrichtung weist einen ersten Betriebsmodus und einen zweiten Betriebsmodus auf. Im ersten Betriebsmodus ist eine Kaskadenregelung vorgesehen, wobei ein Sollwert für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer vorgegeben ist, in einem ersten Regelungsschritt ein Sollwert für die Temperatur der Heizvorrichtung in Abhängigkeit von dem Sollwert für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer und dem zumindest einen ersten Temperaturmesswert berechnet wird und in einem zweiten Regelungsschritt eine Regelgröße für die Heizvorrichtung in Abhängigkeit von dem Sollwert für die Temperatur der Heizvorrichtung und dem zumindest einen zweiten Temperaturmesswert berechnet wird. Im zweiten Betriebsmodus wird in einem ersten Regelungsschritt ein Sollwert für die Temperatur der Heizvorrichtung unabhängig von dem zumindest einen ersten Temperaturmesswert berechnet und in einem zweiten Regelungsschritt eine Regelgröße für die Heizvorrichtung in Abhängigkeit von dem Sollwert für die Temperatur der Heizvorrichtung und dem zumindest einen zweiten Temperaturmesswert berechnet.
Auf diese Weise wird eine Regelung der Heizvorrichtung in zwei unterschiedlichen Betriebsmodi ermöglicht. Da der zweite Betriebsmodus unabhängig vom ersten Temperaturmesswert einer Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer ist, eignet sich dieser Betriebsmodus für den Betrieb mit offener Inkubatorkammer, wodurch eine schnelle und genaue Einstellung einer Temperatur der Heizvorrichtung im geöffneten Zustand des Inkubators ermöglicht wird. Der erste Betriebsmodus ist dagegen für den Betrieb mit geschlossener Inkubatorkammer geeignet. Durch die Kaskadenregelung können die beiden Betriebsmodi gut gemeinsam umgesetzt werden.
Vorzugsweise ermöglicht die Heizungsregelungsvorrichtung eine Regelung der Körpertemperatur des Säuglings, wobei die Temperaturerfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Messwerts der Körpertemperatur des Säuglings und zur Erfassung eines Messwerts einer Lufttemperatur im Inneren der Inkubatorkammer als erste Temperaturmesswerte ausgebildet ist. Der erste Regelungsschritt des ersten Betriebsmodus umfasst eine Kaskadenregelung, wobei der Sollwert für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer ein Sollwert für die Körpertemperatur des Säuglings ist und in einem ersten Kaskadenschritt des ersten Regelungsschritt ein Sollwert für die Lufttemperatur im Inneren der Inkubatorkammer in Abhängigkeit von dem Sollwert für die Körpertemperatur des Säuglings und dem Messwert der Körpertemperatur des Säuglings berechnet wird. In einem zweiten Kaskadenschritt des ersten Regelungsschritts wird ein Sollwert für die Temperatur der Heizvorrichtung in Abhängigkeit von dem Sollwert für die Lufttemperatur im Inneren der Inkubatorkammer und dem Messwert der Lufttemperatur im Inneren der Inkubatorkammer berechnet.
Es ist möglich, dass in der Heizungsregelungsvorrichtung die Temperaturerfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Messwerts der Lufttemperatur in Inneren der Heizvorrichtung und zur Erfassung eines Messwerts einer Temperatur eines Heizelements als zweite Temperaturmesswerte ausgebildet ist, und der zweite Regelungsschritt des ersten und/oder zweiten Betriebsmodus eine Kaskadenregelung umfasst, wobei der Sollwert für die Temperatur der Heizvorrichtung ein Sollwert für die Lufttemperatur in Inneren der Heizvorrichtung ist und in einem ersten Kaskadenschritt des zweiten Regelungsschritt ein Sollwert für die Temperatur des Heizelements in Abhängigkeit von dem Sollwert für die Lufttemperatur in Inneren der Heizvorrichtung und dem Messwert der Lufttemperatur in Inneren der Heizvorrichtung berechnet wird. In einem zweiten Kaskadenschritt des zweiten Regelungsschritts wird die Regelgröße für die Heizvorrichtung in Abhängigkeit von dem Sollwert für die Temperatur des Heizelements und dem Messwert der Temperatur des Heizelements berechnet.
Eine vorteilhafte Berechnung des Sollwerts für die Temperatur der Heizvorrichtung wird durch eine Heizungsregelungsvorrichtung ermöglicht, in der die Temperaturerfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Messwerts der Umgebungstemperatur des Inkubators ausgebildet ist und wobei im zweiten Betriebsmodus ein Sollwert. für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer vorgegeben ist, wobei im ersten Regelungsschritt des zweiten Betriebsmodus der Sollwert für die Temperatur der Heizvorrichtung in Abhängigkeit von dem Sollwert für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer und dem Messwert der Umgebungstemperatur berechnet wird.
Die Heizungsregelungsvorrichtung kann ausgebildet sein, um ein Gebläse der Heizvorrichtung zu steuern oder zu regeln, wobei im zweiten Betriebsmodus ein Mindestluftstrom durch die Heizvorrichtung eingestellt wird, um einen Wärmeaustausch innerhalb der Heizvorrichtung zu gewährleisten. Auf diese Weise wird eine optimale Funktion der Regelung im zweiten Betriebsmodus gewährleistet.
Ferner kann eine Inkubatorstatus-Erfassungsvorrichtung vorgesehen sein, welche einen geöffneten Zustand oder einen geschlossenen Zustand der Inkubatorkammer erkennt und wobei die Heizungsregelungsvorrichtung die Heizvorrichtung im geschlossenen Zustand im ersten Betriebsmodus betreibt und im geöffneten Zustand im zweiten Betriebsmodus betreibt.
Ein erfindungsgemäßer Inkubator für Säuglinge umfasst eine Inkubatorkammer zur Aufnahme des Säuglings, welche in einem geöffneten Zustand in Kontakt mit der Umgebung ist und welche in einem geschlossenen Zustand zumindest teilweise zur Umgebung thermisch gedämmt ist, einen Inkubatorstatus-Sensor zur Erkennung, ob sich die Inkubatorkammer im geöffneten oder geschlossenen Zustand befindet, und eine Heizvorrichtung zum Heizen der Luft in der Inkubatorkammer, welche einen Luftzuströmungs-Sensor aufweist, der eine Lufttemperatur der aus der Heizvorrichtung in die Inkubatorkammer strömenden Luft erfasst, wobei die Heizvorrichtung ausgebildet ist, um so geregelt zu werden, dass die durch den Luftzuströmungs-Sensor gemessene Lufttemperatur der aus der Heizvorrichtung in die Inkubatorkammer strömenden Luft einem vorbestimmten Sollwert entspricht, wenn der Inkubatorstatus-Sensor erkennt, dass sich die Inkubatorkammer im geöffneten Zustand befindet. Auf diese Weise kann die Heizvorrichtung im geöffneten Zustand automatisch auf einen Sollwert der Lufttemperatur der aus der Heizvorrichtung in die Inkubatorkammer strömenden Luft geregelt werden. Somit wird eine effektive und genau Vorheizung der Heizvorrichtung im geöffneten Zustand ermöglicht, wodurch bei einer Rückkehr in den geschlossenen Zustand eine schnelle Erwärmung der Luft im Inneren der Inkubatorkammer ermöglicht.
Die Erfindung stellt ferner einen Inkubator für Säuglinge, insbesondere einen oben beschriebenen Inkubator, mit einer oben beschriebenen Heizungsregelungsvorrichtung bereit.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Heizungsregelung eines Inkubators für Säuglinge umfasst die Verfahrensschritte der Detektion eines geöffneten oder geschlossenen Zustands einer Inkubatorkammer und der Wahl eines ersten oder zweiten Betriebsmodus einer Kaskadenregelung in Abhängigkeit des Zustands der Inkubatorkammer, wobei eine Heizvorrichtung im geschlossenen Zustand im ersten Betriebsmodus und im geöffneten Zustand im zweiten Betriebsmodus betrieben wird. Im ersten Betriebsmodus ist eine Kaskadenregelung vorgesehen, wobei ein Sollwert für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer vorgegeben ist, in einem ersten Regelungsschritt ein Sollwert für die Temperatur der Heizvorrichtung in Abhängigkeit von dem Sollwert für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer und zumindest einem ersten Temperaturmesswert der Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer berechnet wird und in einem zweiten Regelungsschritt eine Regelgröße für die Heizvorrichtung in Abhängigkeit von dem Sollwert für die Temperatur der Heizvorrichtung und zumindest einem zweiten Temperaturmesswert berechnet wird. Im zweiten Betriebsmodus wird in einem ersten Regelungsschritt ein Sollwert für die Temperatur der Heizvorrichtung unabhängig von einer Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer berechnet und in einem zweiten Regelungsschritt eine Regelgröße für die Heizvorrichtung in Abhängigkeit von dem Sollwert für die Temperatur der Heizvorrichtung und dem zumindest einen zweiten Temperaturmesswert berechnet.
Das Verfahren ermöglicht eine Heizungsregelung eines Inkubators mit den oben genannten Vorteilen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Inkubator in einem geschlossenen Zustand;
2 den Inkubator aus 1 in einem offenen Zustand;
3 eine Detailansicht des Inkubators aus 2 mit einer erfindungsgemäßen Heizungsregelungsvorrichtung; und
4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Heizungsregelungsvorrichtung.
Die 1 und 2 zeigen einen Inkubator 10 für einen Säugling 12 mit einer Inkubatorkammer 14 zur Aufnahme des Säuglings 12.
Der Inkubator 10 umfasst eine. Haube 16, welche den oberen Bereich der Inkubatorkammer 14 bildet. In 1 ist die Haube 16 in einem geschlossenen Zustand gezeigt, in dem die Inkubatorkammer 14 im Wesentlichen gegenüber der Umgebung thermisch gedämmt ist. Die Haube 16 kann von der geschlossenen Position in eine geöffnete Position gebraucht werden, die in 2 gezeigt ist. In der geöffneten Position kann der Säugling in die Inkubatorkammer 14 gelegt werden und ein Kontakt zwischen Säugling und Eltern oder Pflegepersonal wird erleichtert. In der geöffneten Position ist die Inkubatorkammer 14 in direktem Kontakt mit der Umgebung. Eine Wärmelampe 18 ist vorgesehen, welche eine Wärmebestrahlung der Inkubatorkammer 14 und des Säuglings in der geöffneten Position der Haube 16 ermöglicht.
Die Inkubatorkammer 14 weist ferner seitliche Fenster 20 auf, durch die auch im geschlossenen Zustand der Inkubatorkammer 14 in das Innere der Inkubatorkammer 14 hineingegriffen werden kann.
Ein Inkubatorstatus-Sensor 22 zur Erkennung, ob sich die Inkubatorkammer. im geöffneten oder geschlossenen Zustand befindet ist vorgesehen.
3 zeigt eine Detailansicht der Inkubatorkammer 14 und einer Heizvorrichtung 24. Die Heizvorrichtung 24 ist zum Heizen der Luft in der Inkubatorkammer 14 vorgesehen. Die Heizvorrichtung 24 umfasst einen Luftansaugkanal 26, welcher von Kopf- und Fußende der Inkubatorkammer 14 zu einem Gebläse 28 führt. Vom Gebläse 28 führt ein Luftzuführungskanal 30 zu den Längsseiten der Inkubatorkammer 14 an denen Austrittsöffnungen vorgesehen sind, über die die in der Heizvorrichtung 24 erwärmte Luft in die Inkubatorkammer 14 strömt.
Im Luftansaugkanal 26 und/oder im Luftzuführungskanal 30 ist ein Heizelement 32 vorgesehen, welches Wärme an die in den Kanälen geführte Luft abgibt und diese erwärmt. In der gezeigten Ausführungsform ist das Heizelement als Platte ausgebildet, an der der Luftstrom entlang geführt wird. An der Unterseite der Platte sind elektrische Heizstäbe vorgesehen, die mit der Platte wärmeleitend verbunden sind.
Es kann jedoch auch eine andere geometrische Anordnung der Luftkanäle 26, 30, des Gebläses 28 und des Heizelements 32 vorgesehen sein. Beispielsweise kann auch eine Mehrzahl von Heizelementen 32 vorgesehen sein, die individuell oder gemeinsam geregelt werden können.
Die Heizvorrichtung 24 weist zudem einen Luftzuströmungs-Sensor 34 auf, der eine Lufttemperatur der aus der Heizvorrichtung 24 in die Inkubatorkammer 14 strömenden Luft erfasst. In der gezeigten Ausführungsform ist der Luftzuströmungs-Sensor 34 im Luftzuführungskanal 30 angeordnet, vorzugsweise in der Nähe der Austrittsöffnungen. Es können auch mehrere Luftzuströmungs-Sensoren 34 an verschiedenen Bereichen angeordnet sein, wodurch beispielsweise eine gleichmäßige Temperaturverteilung überprüft werden kann.
Die Heizvorrichtung 26 ist ausgebildet, um bei geöffneten Zustand der Haube 16 so geregelt zu werden, dass die durch den Luftzuströmungs-Sensor 34 gemessene Lufttemperatur der aus der Heizvorrichtung 24 in die Inkubatorkammer 14 strömenden Luft einem vorbestimmten Sollwert entspricht. Der Zustand der Haube 16 wird automatisch durch den Inkubatorstatus-Sensor 22 erkannt. Auf diese Weise kann die Heizvorrichtung 24 im geöffneten Zustand der Inkubatorkammer 14 automatisch auf einen Sollwert der Lufttemperatur der aus der Heizvorrichtung 24 in die Inkubatorkammer 14 strömenden Luft geregelt werden. Somit wird eine effektive und genau Vorheizung der Heizvorrichtung 24 im geöffneten Zustand ermöglicht, wodurch bei einer Rückkehr in den geschlossenen Zustand eine schnelle Erwärmung der Luft im Inneren der Inkubatorkammer 14 ermöglicht.
Der Inkubator 10 weist ferner einen Körpertemperatursensor 36 am Körper des Säuglings 12, welcher eine Körpertemperatur (Hauttemperatur) des Säuglings 12 erfasst, einen Innentemperatursensor 38, welcher eine Lufttemperatur im Inneren der Inkubatorkammer 14 erfasst, einen Heizelementtemperatursensor 40, welcher eine Temperatur der Heizelemente 32 erfasst, und einen Außentemperatursensor 42, welcher eine Temperatur der Umgebung des Inkubators erfasst.
Der Inkubatorstatus-Sensor 22, der Luftzuströmungs-Sensor 34, der Körpertemperatursensor 36, der Innentemperatursensor 38, der Heizelementtemperatursensor 40 und der Außentemperatursensor 42 sind mit einer Heizungsregelungsvorrichtung 44 der Heizvorrichtung 24 verbunden.
In 4 ist eine schematische Ansicht der Heizungsregelungsvorrichtung 44 dargestellt.
Das Grundprinzip der Heizungsregelungsvorrichtung 44 wird zuerst anhand der in 4 mit gestrichelten Linien eingezeichneten Regelungselementen erläutert.
Die Heizungsregelungsvorrichtung 44 umfasst eine Temperaturerfassungsvorrichtung 46 zur Erfassung zumindest eines ersten Temperaturmesswerts T1 einer Temperatur im Inneren einer Inkubatorkammer und zumindest eines zweiten Temperaturmesswerts T2 einer Temperatur einer Heizvorrichtung des Inkubators.
In der gezeigten Ausführungsform kann ein erster Temperaturmesswert T1 ein Messwert Ts der Körpertemperatur des Säuglings und/oder ein Messwert Ti der Lufttemperatur im Inneren der Inkubatorkammer 14 sein.
Ein zweiter Temperaturmesswert T2 kann ein Messwert Tc der Lufttemperatur im Inneren der Heizvorrichtung 24 und/oder ein Messwert Th der Temperatur des Heizelements 32 sein.
Die Temperaturerfassungsvorrichtung 46 kann durch die entsprechenden Sensoren, d. h. dem Luftzuströmungs-Sensor 34, dem Körpertemperatursensor 36, dem Innentemperatursensor 38 und dem Heizelementtemperatursensor 40 und/oder durch eine Schnittstelle für entsprechende externe Sensoren ausgebildet sein.
Die Heizungsregelungsvorrichtung 44 weist einen ersten Betriebsmodus und einen zweiten Betriebsmodus auf.
Im ersten Betriebsmodus ist eine Kaskadenregelung vorgesehen. Ein Sollwert R1 für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer wird vorgegeben.
In einem ersten Regelungsschritt 48 wird ein Sollwert R2 für die Temperatur der Heizvorrichtung in Abhängigkeit von dem Sollwert R1 für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer und dem zumindest einen ersten Temperaturmesswert T1 berechnet.
Der berechnete Sollwert R2 wird an einen zweiten Regelungsschritt 50 der Kaskadenregelung weitergeleitet, in dem eine Regelgröße R für die Heizvorrichtung 24 in Abhängigkeit von dem Sollwert R2 für die Temperatur der Heizvorrichtung und dem zumindest einen zweiten Temperaturmesswert T2 berechnet wird.
Auf diese Weise wird eine Kaskadenregelung mit zwei Stufen vorgesehen, wobei die erste Stufe eine Regelung der Temperatur innerhalb der Inkubatorkammer 14 bildet und die zweite Stufe eine Regelung der Temperatur innerhalb der Heizvorrichtung bildet. Die Kaskadenregelung ermöglicht eine schnelle Regelung, wobei für jede Regelungsstufe bestimmte Temperaturgrenzen vorgesehen sind. Beispielsweise ist für die Lufttemperatur im Inneren der Inkubatorkammer 14 eine maximale Temperatur von 39°C vorgesehen, um eine Überhitzung des Säuglings zu verhindern. Im Inneren der Heizvorrichtung 24 dagegen ist beispielsweise eine maximale Temperatur von 200°C, vorzugsweise 150°C vorgesehen.
Jeder Regelungsschritt wird dabei so vorgenommen, dass eine Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Messwert minimiert wird.
Der erste Betriebsmodus ist für den geschlossenen Zustand der Inkubatorkammer 14 geeignet, da sich in diesem Zustand eine stabile Temperatur innerhalb der von der Umgebung thermisch gedämmten Inkubatorkammer 14 ausgebildet. Störungen, beispielsweise durch Öffnen eines der seitlichen Fenster 20 können durch die Regelung im ersten Betriebsmodus schnell ausgeglichen werden.
Im Anschluss wird eine konkrete Ausführungsform mit einer vierstufigen Kaskadenregelung beschrieben, die in 4 mit den durchgezogenen Linien dargestellte ist und bei der die beiden oben genannten Regelungsschritte 48, 50 jeweils in zweistufige Kaskadenregelungen unterteilt sind.
Zu diesem Zweck ist die Temperaturerfassungsvorrichtung zur Erfassung des Messwerts Ts der Körpertemperatur des Säuglings 12, des Messwerts Ti der Lufttemperatur im Inneren der Inkubatorkammer 14, des Messwerts Tc der Lufttemperatur im Inneren der Heizvorrichtung 24 und des Messwerts der Temperatur des Heizelements 24 ausgebildet.
Der Sollwert R1 für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer 14 ist ein Sollwert Rs für die Körpertemperatur des Säuglings. Auf diese Weise wird die Körpertemperatur des Säuglings geregelt.
In einem ersten Kaskadenschritt 52 des ersten Regelungsschrittes 48 wird ein Sollwert Ri für die Lufttemperatur im Inneren der Inkubatorkammer 14 in Abhängigkeit von dem Sollwert Rs für die Körpertemperatur des Säuglings 12 und dem Messwert Ts der Körpertemperatur des Säuglings 12 berechnet.
In einem zweiten Kaskadenschritt 54 des ersten Regelungsschritts 48 wird ein Sollwert Rc für die Lufttemperatur in Inneren der Heizvorrichtung 24 als Sollwert R2 für die Temperatur der Heizvorrichtung 24 berechnet. Der Sollwert Rc für die Lufttemperatur in Inneren der Heizvorrichtung 24 wird in Abhängigkeit von dem Sollwert Ri für die Lufttemperatur im Inneren der Inkubatorkammer und dem Messwert Ti der Lufttemperatur im Inneren der Inkubatorkammer berechnet.
In einem ersten Kaskadenschritt 56 des zweiten Regelungsschritt 50 wird ein Sollwert Rh für die Temperatur des Heizelements 32 in Abhängigkeit von dem Sollwert Rc für die Lufttemperatur in Inneren der Heizvorrichtung 24 und dem Messwert Tc der Lufttemperatur in Inneren der Heizvorrichtung 24 berechnet.
In einem zweiten Kaskadenschritt 58 des zweiten Regelungsschritts 50 wird die Regelgröße R für die Heizvorrichtung 24 in Abhängigkeit von dem Sollwert Rh für die Temperatur des Heizelements 32 und dem Messwert Th der Temperatur des Heizelements berechnet.
Die Regelgröße R für die Heizvorrichtung 24 ist beispielsweise ein Stromwert für die elektrischen Heizstäbe des Heizelements 32.
Da zum einen bei der Regelung der Körpertemperatur des Säuglings 12 biologische Prozesse eine große Rolle spielen können dort entsprechend stark nicht-lineare Effekte in der Regelung zu berücksichtigen sein. Ferner können insbesondere bei der Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer 14 starke Störungen, beispielsweise durch das Öffnen der seitlichen Fenster 20 zu Hineingreifen in die Inkubatorkammer 14 zu berücksichtigen sein. Dagegen können für die Regelungsschritte der Temperatur im Inneren der Heizvorrichtung 24 und der Temperatur des Heizelements 32 eher einfache lineare Verhältnisse und geringe Störungen erwartet werden. Durch die Kaskadenregelung können die einzelnen Regelungsschritte jeweils an die Umstände entsprechend angepasst werden.
Ferner ist es relativ einfach einen zweiten Betriebsmodus wie im Folgenden beschrieben in die Kaskadenregelung einzugliedern.
Im zweiten Betriebsmodus wird in einem ersten Regelungsschritt 60 ein Sollwert R2 für die Temperatur der Heizvorrichtung 24, beziehungsweise ein Sollwert Rc für die Lufttemperatur in Inneren der Heizvorrichtung 24, unabhängig von dem zumindest einen ersten Temperaturmesswert T2, beziehungsweise unabhängig von dem Messwert Ts für die Körpertemperatur des Säuglings und unabhängig von dem Messwert Ti der Lufttemperatur im Inneren der Inkubatorkammer, berechnet.
In einem zweiten Regelungsschritt 50 zweiten Betriebsmodus wird, analog zum ersten Betriebsmodus, eine Regelgröße R für die Heizvorrichtung 24 in Abhängigkeit von dem Sollwert R2 für die Temperatur der Heizvorrichtung 24 und dem zumindest einen zweiten Temperaturmesswert T2 berechnet.
Dadurch, dass der zweite Regelungsschritt 50 im zweiten Betriebsmodus analog zum ersten Betriebsmodus erfolgt, können die beiden Betriebsmodi einfach, in eine gemeinsame Regelungsvorrichtung kombiniert werden. Da der zweite Betriebsmodus unabhängig vom ersten Temperaturmesswert einer Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer ist, eignet sich dieser Betriebsmodus für den Betrieb mit offener Inkubatorkammer, wodurch eine schnelle und genaue Einstellung einer Temperatur der Heizvorrichtung im geöffneten Zustand des Inkubators.
In der gezeigten Ausführungsform wird die Berechnung des Sollwerts R2 für die Temperatur der Heizvorrichtung 24, beziehungsweise des Sollwerts Rc für die Lufttemperatur in Inneren der Heizvorrichtung 24, in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Sollwert Ri für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer 14 und einem Messwert Ta der Umgebungstemperatur berechnet. Zu diesem Zweck ist die Temperaturerfassungsvorrichtung 46 zur Erfassung des Messwerts Ta der Umgebungstemperatur des Inkubators 10 ausgebildet. Der Messwert Ta der Umgebungstemperatur wird in der in 3 gezeigten Ausführungsform durch den Außentemperatursensor 42 erfasst.
Die Umgebungstemperatur kann als niedrigste mögliche Temperatur angesehen werden, die bei der Regelung erreicht werden kann, da im Allgemeinen keine Kühlung für Inkubatoren vorgesehen ist. Das Temperaturdifferenz-Verhältnis (Tc – Ta)/(Ti – Ta) ist im stationären Fall konstant und in dynamischen Fall bei ähnlicher Dynamik von Tc und Ti annähernd konstant: (Tc – Ta)/(Ti – Ta) = k (1) wobei k eine Konstante ist.
Aus diesem Verhältnis kann somit durch die Vorgabe eines Sollwerts Ri für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer 14 ein Sollwert Rc für die Lufttemperatur im Inneren der Heizvorrichtung 24 berechnet werden.
Alternativ oder ergänzend kann der Sollwert Rc für die Lufttemperatur im Inneren der Heizvorrichtung 24, bzw. der Sollwert R2 für die Temperatur der Heizvorrichtung 24 aus der Strahlungsleistung P_IR der Wärmelampe 18 berechnet werden.
Im offenen Zustand der Inkubatorkammer 14, bei sogenannter offener Pflege, hat der Säugling 12 je nach Verfassung und Kleidung einen bestimmten Wärmebedarf. Die Wärmelampe 18 erhöht die Körpertemperatur Ts gegenüber der Umgebungstemperatur Ta proportional zur Leistung P_IR. Es gilt somit: T_s = P_IRk_I2s + T_a (2)
Im geschlossenen Zustand, bei sogenannter geschlossener Pflege, soll die Lufttemperatur Ti in etwa der gewünschten Körpertemperatur Ts entsprechen. Nun kann man die später benötigte Temperatur Tc im Inneren der Heizvorrichtung 24 aus dem oben genannten Temperaturverhältnis berechnen: T_c = (T_i – T_a)k + T_a (3) wobei mit der oben genannten Annahme Ti gleich Ts gesetzt werden kann: T_c = (T_s – T_a)k + T_a(4) und durch Einsetzen der Gleichung (2): Tc = (P_IRk_I2s)k + T_a (5)
Somit kann die Solltemperatur Rc in offener Pflege mit R_c = (P_IRk_I2s)k + T_a (6)
In Abhängigkeit der Strahlungsleistung P_IR der Wärmelampe 18 und der Umgebungstemperatur berechnet werden.
Auf diese Weise kann bei offenem Zustand des Inkubators die Heizvorrichtung 24 in Abhängigkeit von der gemessenen Umgebungstemperatur und vorzugsweise Strahlungsleistung P_IR der Wärmelampe 18 oder der Körpertemperatur Ts des Säuglings 12 in einer Weise betrieben werden, die einer gewünschten Lufttemperatur in der Inkubatorkammer 14 bei geschlossenem Zustand entsprechen würde. Auf diese Weise erfolgt eine Vorwärmung der Heizvorrichtung 24, d. h. der Heizelemente 32 und der Luftkanäle 26, 30, sodass bei einem Wechsel vom offenen Zustand in den geschlossenen Zustand eine schnelle und zuverlässige Einstellung der gewünschten Temperatur durch die Regelungskaskade ermöglicht wird.
Der zweite Betriebsmodus kann sowohl mit einem manuellen Modus der Wärmelampe 18, in dem der Arzt selbst die Heizleistung einstellt, als auch mit einem geregelten Modus, in dem die Strahlungsleistung P_IR in Abhängigkeit von der Körpertemperatur Ts des Säuglings geregelt wird, kombiniert angewandt werden.
Im zweiten Betriebsmodus wird in der beschriebenen Ausführungsvariante den Sollwert R2 für die Temperatur der Heizvorrichtung 24 darstellende Sollwert Rc für die Lufttemperatur im Inneren der Heizvorrichtung 24 unabhängig von dem ersten Temperaturmesswert (T1) berechnet wird, der im ersten Betriebsmodus für die Berechnung des Sollwerts R2 für die Temperatur der Heizvorrichtung 24 vorgesehen ist, d. h. dem Messwert (Ti) der Lufttemperatur im Inneren der Inkubatorkammer (14).
Das Gebläse 28 der Heizvorrichtung 24 wird dabei von der Heizungsregelungsvorrichtung 44 gesteuert oder geregelt, wobei im zweiten Betriebsmodus ein Mindestluftstrom durch die Heizvorrichtung 24 eingestellt wird, um einen Wärmeaustausch innerhalb der Heizvorrichtung 24 zwischen dem Heizelement 32 und den Luftkanalwänden und den entsprechenden Temperatursensoren zu gewährleisten.
In der gezeigten Ausführungsform weist die Heizungsregelungsvorrichtung 44 ferner eine Inkubatorstatus-Erfassungsvorrichtung auf, die beispielsweise durch den Inkubatorstatus-Sensor 22 oder eine entsprechende Schnittstelle für einen externen Sensor ausgebildet ist. Die Inkubatorstatus-Erfassungsvorrichtung erkennt den geöffneten Zustand oder den geschlossenen Zustand der Inkubatorkammer 14. In Abhängigkeit des erkannten Zustands der Inkubatorkammer 14 wird die Heizungsregelungsvorrichtung 44 die Heizvorrichtung 24 im geschlossenen Zustand im ersten Betriebsmodus und im geöffneten Zustand im zweiten Betriebsmodus betreiben. Auf diese Weise erfolgt eine automatische Anpassung des Betriebsmodus.
Bezugszeichenliste

10: Inkubator
12: Säugling
14: Inkubatorkammer
16: Haube
18: Wärmelampe
20: Fenster
22: Inkubatorstatus-Sensor
24: Heizvorrichtung
26: Luftansaugkanal
28: Gebläse
30: Luftzuführungskanal
32: Heizelement
34: Luftzuströmungs-Sensor
36: Körpertemperatur-Sensor
38: Innentemperatursensor
40: Heizelementtemperatursensor
42: Außentemperatursensor
44: Heizungsregelungsvorrichtung
46: Temperaturerfassungsvorrichtung
48: erster Regelungsschritt
50: zweiter Regelungsschritt
52: Kaskadenschritt
54: Kaskadenschritt
56: Kaskadenschritt
58: Kaskadenschritt
60: erster Regelungsschritt

Claims

Heizungsregelungsvorrichtung (44) für einen Inkubator (10) für Säuglinge (12) mit einer Temperaturerfassungsvorrichtung (46) zur Erfassung zumindest eines ersten Temperaturmesswerts (T1) einer Temperatur im Inneren einer Inkubatorkammer (14) und zumindest eines zweiten Temperaturmesswerts (T2) einer Temperatur einer Heizvorrichtung (24) des Inkubators (10); wobei die Heizungsregelungsvorrichtung (44) einen ersten Betriebsmodus und einen zweiten Betriebsmodus aufweist, wobei im ersten Betriebsmodus eine Kaskadenregelung vorgesehen ist, wobei ein Sollwert (R1) für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer (14) vorgegeben ist, in einem ersten Regelungsschritt ein Sollwert (R2) für die Temperatur der Heizvorrichtung (24) in Abhängigkeit von dem Sollwert (R1) für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer (14) und dem zumindest einen ersten Temperaturmesswert (T1) berechnet wird und in einem zweiten Regelungsschritt eine Regelgröße (R) für die Heizvorrichtung (24) in Abhängigkeit von dem Sollwert (R2) für die Temperatur der Heizvorrichtung (24) und dem zumindest einen zweiten Temperaturmesswert (T2) berechnet wird, und im zweiten Betriebsmodus in einem ersten Regelungsschritt ein Sollwert (R2) für die Temperatur der Heizvorrichtung (24) unabhängig von dem zumindest einen ersten Temperaturmesswert (T1) berechnet wird und in einem zweiten Regelungsschritt eine Regelgröße (R) für die Heizvorrichtung (24) in Abhängigkeit von dem Sollwert (R2) für die Temperatur der Heizvorrichtung (24) und dem zumindest einen zweiten Temperaturmesswert (T2) berechnet wird.
Heizungsregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Temperaturerfassungsvorrichtung (46) zur Erfassung eines Messwerts (Ts) der Körpertemperatur des Säuglings (12) und zur Erfassung eines Messwerts (Ti) einer Lufttemperatur im Inneren der Inkubatorkammer (14) als erste Temperaturmesswerte (T1) ausgebildet ist, und der erste Regelungsschritt des ersten Betriebsmodus eine Kaskadenregelung umfasst, wobei der Sollwert (R1) für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer (14) ein Sollwert (Rs) für die Körpertemperatur des Säuglings (12) ist, in einem ersten Kaskadenschritt des ersten Regelungsschritt ein Sollwert (Ri) für die Lufttemperatur im Inneren der Inkubatorkammer (14) in Abhängigkeit von dem Sollwert (Rs) für die Körpertemperatur des Säuglings (12) und dem Messwert (Ts) der Körpertemperatur des Säuglings (12) berechnet wird und in einem zweiten Kaskadenschritt des ersten Regelungsschritts ein Sollwert (R2) für die Temperatur der Heizvorrichtung (24) in Abhängigkeit von dem Sollwert (Ri) für die Lufttemperatur im Inneren der Inkubatorkammer (14) und dem Messwert (Ti) der Lufttemperatur im Inneren der Inkubatorkammer (14) berechnet wird.
Heizungsregelungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperaturerfassungsvorrichtung (46) zur Erfassung eines Messwerts (Tc) der Lufttemperatur in Inneren der Heizvorrichtung (24) und zur Erfassung eines Messwerts (Th) einer Temperatur eines Heizelements (32) als zweite Temperaturmesswerte (T2) ausgebildet ist, und der zweite Regelungsschritt des ersten und/oder zweiten Betriebsmodus eine Kaskadenregelung umfasst, wobei der Sollwert (R2) für die Temperatur der Heizvorrichtung (24) ein Sollwert (Rc) für die Lufttemperatur in Inneren der Heizvorrichtung (24) ist, in einem ersten Kaskadenschritt des zweiten Regelungsschritt ein Sollwert (Rh) für die Temperatur des Heizelements (32) in Abhängigkeit von dem Sollwert (Rc) für die Lufttemperatur in Inneren der Heizvorrichtung (24) und dem Messwert (Tc) der Lufttemperatur in Inneren der Heizvorrichtung (24) berechnet wird und in einem zweiten Kaskadenschritt des zweiten Regelungsschritts die Regelgröße (R) für die Heizvorrichtung (24) in Abhängigkeit von dem Sollwert (Rh) für die Temperatur des Heizelements (32) und dem Messwert (Th) der Temperatur des Heizelements (32) berechnet wird.
Heizungsregelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperaturerfassungsvorrichtung (46) zur Erfassung eines Messwerts (Ta) der Umgebungstemperatur des Inkubators (10) ausgebildet ist und im zweiten Betriebsmodus ein Sollwert (Ri) für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer (14) vorgegeben ist, wobei im ersten Regelungsschritt des zweiten Betriebsmodus der Sollwert (R2) für die Temperatur der Heizvorrichtung (24) in Abhängigkeit von dem Sollwert (Ri) für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer (14) und dem Messwert (Ta) der Umgebungstemperatur berechnet wird.
Heizungsregelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Heizungsregelungsvorrichtung (44) ausgebildet ist, um ein Gebläse (28) der Heizvorrichtung (24) zu steuern oder zu regeln, wobei im zweiten Betriebsmodus ein Mindestluftstrom durch die Heizvorrichtung (24) einstellt wird, um einen Wärmeaustausch innerhalb der Heizvorrichtung (24) zu gewährleisten.
Heizungsregelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Inkubatorstatus-Erfassungsvorrichtung vorgesehen ist, welche einen geöffneten Zustand oder einen geschlossenen Zustand der Inkubatorkammer (14) erkennt und die Heizungsregelungsvorrichtung die Heizvorrichtung (24) im geschlossenen Zustand im ersten Betriebsmodus betreibt und im geöffneten Zustand im zweiten Betriebsmodus betreibt.
Inkubator (10) für Säuglinge (12), mit einer Inkubatorkammer (14) zur Aufnahme des Säuglings (12), welche in einem geöffneten Zustand in Kontakt mit der Umgebung ist und welche in einem geschlossenen Zustand zumindest teilweise zur Umgebung thermisch gedämmt ist, einem Inkubatorstatus-Sensor (22) zur Erkennung, ob sich die Inkubatorkammer (14) im geöffneten oder geschlossenen Zustand befindet, und einer Heizvorrichtung (24) zum Heizen der Luft in der Inkubatorkammer, welche einen Luftzuströmungs-Sensor (34) aufweist, der eine Lufttemperatur der aus der Heizvorrichtung (24) in die Inkubatorkammer (14) strömenden Luft erfasst, wobei die Heizvorrichtung (24) ausgebildet ist, um so geregelt zu werden, dass die durch den Luftzuströmungs-Sensor (34) gemessene Lufttemperatur der aus der Heizvorrichtung (24) in die Inkubatorkammer (14) strömenden Luft einem vorbestimmten Sollwert entspricht, wenn der Inkubatorstatus-Sensor (22) erkennt, dass sich die Inkubatorkammer (14) im geöffneten Zustand befindet.
Inkubator (10) für Säuglinge (12), vorzugsweise nach Anspruch 7, mit einer Heizungsregelungsvorrichtung (44) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zur Heizungsregelung eines Inkubators (10) für Säuglinge mit den Verfahrenschritten: Detektion eines geöffneten oder geschlossenen Zustands einer Inkubatorkammer (14); Wahl eines ersten oder zweiten Betriebsmodus einer Kaskadenregelung in Abhängigkeit des Zustands der Inkubatorkammer (14), wobei eine Heizvorrichtung (24) im geschlossenen Zustand im ersten Betriebsmodus und im geöffneten Zustand im zweiten Betriebsmodus betrieben wird, und wobei im ersten Betriebsmodus eine Kaskadenregelung vorgesehen ist, wobei ein Sollwert (R1) für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer (14) vorgegeben ist, in einem ersten Regelungsschritt ein Sollwert (R2) für die Temperatur der Heizvorrichtung (24) in Abhängigkeit von dem Sollwert (R1) für die Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer (14) und zumindest einem ersten Temperaturmesswert (T1) der Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer (14) berechnet wird und in einem zweiten Regelungsschritt eine Regelgröße (R) für die Heizvorrichtung (24) in Abhängigkeit von dem Sollwert (R2) für die Temperatur der Heizvorrichtung (24) und zumindest einem zweiten Temperaturmesswert (T2) berechnet wird, und im zweiten Betriebsmodus in einem ersten Regelungsschritt ein Sollwert (R2) für die Temperatur der Heizvorrichtung (24) unabhängig von einer Temperatur im Inneren der Inkubatorkammer (14) berechnet wird und in einem zweiten Regelungsschritt eine Regelgröße (R) für die Heizvorrichtung (24) in Abhängigkeit von dem Sollwert (R2) für die Temperatur der Heizvorrichtung (24) und dem zumindest einen zweiten Temperaturmesswert (T2) berechnet wird.