DE3338650A1

DE3338650A1 - Heizungssteuerung fuer ein inhalationsgeraet

Info

Publication number: DE3338650A1
Application number: DE19833338650
Authority: DE
Inventors: John Vernon Hills Ill. Gupton
Original assignee: Kendall Co
Current assignee: Teleflex Medical Inc
Priority date: 1982-10-29
Filing date: 1983-10-25
Publication date: 1984-05-03
Anticipated expiration: 2003-10-26
Also published as: AU2054283A; ZA837869B; CA1218730A; US4564748A; GB2130401B; BR8305949A; SE8305895D0; ES526855A0; JPH0438434B2; ES8407220A1; DE3338650C2; GB8329037D0; SE8305895L; MX157420A; NL8303735A; DK496583D0; FR2535484A1; DK168938B1; NL192636B; JPS59151967A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für das Erwärmen von Wasser, welches zur Befeuchtung von Sauerstoff -]0 dient, der in einem Inhalationsgerät verwendet wird.

Das Anwenden von Wärme auf befeuchteten Sauerstoff ist in Verbindung mit Inhalationsgeräten beispielsweise aus der US-PS 3 903 883 bekannt. Die Heizungssteuerung des bekannten Geräts weist einen Temperaturfühler auf, der in der Inhalationsleitung, durch welche der befeuchtete Sauerstoff zugeführt wird, untergebracht ist, um die Temperatur in der Nähe des Patienten zu messen, und zwar in einem gewissen Abstand zur Heizung. Das Temperaturmeßsignal des Fühlers wird der Heizungssteuerung zugeführt und soll die zugeführte Wärmemenge so steuern, daß die Temperatur des befeuchteten Sauerstoffs beim Eintritt in den Patienten auf einem von Hand ausgewählten Wert konstant gehalten wird. Außerdem dient ein in

dem Heizblock untergebrachter zweiter Temperaturfühler dazu, die Heizungstemperatur anzuzeigen und über eine Steuerung das überhitzen der Heizung zu verhindern.

Wegen des Abstands zwischen der Heizung und dem Temperaturfühler in der Nähe des Patienten tritt aufgrund des strömenden Mediums und der damit verbundenen thermischen Trägheit ein Temperaturstabilitätsproblem innerhalb des ausgewählten Temperaturbereichs und bei den zu erwartenden Strömungsschwankungen auf. Das bekannte In-

halationsgerät neigt dazu, die vorgewählte Temperatur

- ίο -

häufig zu überschreiten und führt zu einem übermässigen Temperaturüberschwinger. Dieser muß wieder gedämpft werden; das Ausmaß einer derartigen Temperaturinstabilität

hängt von den StrömungsSchwankungen des befeuchteten 5

Sauerstoffs ab.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Heizungssteuerung für ein Inhalationsgerät zu schaffen, mit der -10 die Temperaturinstabilität und das Temperaturüberschwingen trotz zu erwartender Strömungsschwankungen minimiert sind.

Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, eine verbesserte Heizungssteuerung zu schaffen, mit welcher eine Anzahl von Alarmzuständen feststellbar ist und bei der die Heizung automatisch abgeschaltet werden kann,

. um eine Beschädigung des Geräts und eine Verletzung des Patienten zu verhindern.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung hat sich insbesondere in Verbindung mit einer Vorrichtung gemäß US-PS 4 110 419 als zweckmäßig gewiesen, auf welche hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Dort ist eine geniale Luftbefeuchtungspatrone beschrieben. Sie weist einen länglichen, im allgemeinen zylindrischen Körper auf und besitzt eine untere und eine obere Kappe, die beide aus Kunststoff hergestellt sein können. Die zwei Kappen sind durch eine zylindrischen Körper verbunden, der zur Erzielung von guten Wärmeaustauscheigenschaften aus Metall, beispielsweise aus Aluminium hergestellt ist.

BAD

Eine elektrische Heizung weist eine große Durchgangsbohrung auf, welche zur Aufnahme und Halterung der Patrone dient. Innen ist hinsichtlich der unteren und der oberen Kappe sowie des zylindrischen Körpers ein zylindrisches Kapillarteil vorgesehen, welches einen so großen Durchmesser hat, daß es in wesentlichem Kontakt mit der Innenwand des Körpers steht, wodurch das Kapillarteil in der Heizung eine hervorragende Wärmeaustauschposition mit der Heizung hat. Während die Patrone mit einer festen Wassermenge für die Luftbefeuchtung vorgesehen sein kann, hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, Wasser in nachfüllbarer Weise von einem Zuführbehälter zur Verfügung zu stellen, welcher eine über Kopf angeordnete Wasserflasche sein kann. Die

Flasche und die Heizung können auf geeignete Weise zusammengefaßt sein, so daß die gesamte Einheit montierbar ist. Der Boden der Patrone und der den Wasservorrat enthaltenden Flasche sind strömungsmäßig durch geeignete Auslaß- und Einlaßöffnungen und durch eine Verbin-

dungsleitung miteinander verbunden, um einen invertierten Syphon für die kontinuierliche Zufuhr von Wasser aus der Flasche in die Patrone zu schaffen, wenn dieses davon entnommen wird. Das Wasser in der Patrone befeuchtet das Kapillarteil, um damit eine größere Fläche für die Verdunstung von Wasser zu schaffen, als dies ohne daß Kapillarteil der Fall wäre. Die obere Kappe ist mit einem konzentrisch angeordneten Rohr versehen, an welches eine Leitung für die Zufuhr von unter Druck stehendem Sauerstoff angeschlossen ist. Das Rohr hat einen nach unten reichenden Fortsatz, der sich konzentrisch in den erwähnten Körper erstreckt. Die obere Kappe ist mit einer Auslaßöffnung versehen, welche quer zur Achse der Patrone angeordnet ist. Die Öffnung ist an eine flexible Leitung angeschlossen, welche dazu dient, das

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befeuchtete Gas einem Patienten zuzuführen. Die Austrittsöffnung steht in Verbindung mit einem Ringraum, welcher das sich nach unten erstreckende Rohr der oberen Kappe umgibt. Auf diese Weise werden die Gase zuerst nach unten durch das Rohr geleitet und dann nach oben durch den erwähnten Ringraum zu der Austrittsöffnung geführt.

Es wird außerdem Bezug genommen auf die US-Patentschriften 4 172 105 und 4 195 044, welche weitere Bauteile zeigen, die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet sind.

Die erfindungsgemäße Heizungssteuerung mit veränderlicher Temperatureinstellung ist für ein beheiztes Nebelbildungs-Therapiegerät vorgesehen und weist einen Strömungsmedium-Temperaturfühler in der Inhalationsleitung in der Nähe des Patienten und einen Überhitzungs-Temperaturfühler auf dem Heizblock auf. Die zwei Fühler dienen im allgemeinen dazu, um die Erwärmung des Strömungsmediums auf einen von Hand gewählten Wert in der Nähe des Patienten einzustellen und eine Überhitzung am Ort der Heizung zu verhindern. Außerdem beeinflußt der Überhitzungsfühler den Betrieb einer Aufwärmungssteuerung, durch welche das Wasser in zyklischer Weise an- und abgeschaltet wird, wenn die Temperatur des strömenden Mediums sich dem von Hand vorgewählten Wert während der Aufwärmphase annähert. Die Heizung wird außerdem in Abhängigkeit von einer Anzahl von Alarmzuständen abgeschaltet, welche durch Anschlüsse an die beiden Fühler festgestellt werden, wobei ein Tieftemperatur-Alarmzustand eingeschlossen ist, der von einem Tieftemperaturdetektor gemessen wird, wenn die Temperatur des Strömungsmediums unter einer Untergrenze

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am Ende des Aufwärmvorgangs bleibt, in welchem der Tieftemperaturdetektor unter Steuerung von einer von Hand rückstellbaren Abschaltschaltung abgeschaltet ist.

Weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:
10

Figur 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels;

Figur 2 ein Blockschaltbild einer Heizungssteuerung '° der Vorrichtung gemäß Figur 1; und

Figuren Einzelheiten zeigende Schaltbilder der Hei-

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zungssteuerung.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Inhalationsgerät von der in der US-PS 3 903 883 beschriebenen Art mit einem Nebelbildner/Luftbefeuchter 10, in welchem Wasser mit gasförmigem Sauerstoff vermischt wird, welcher durch eine Leitung 12 eingeleitet wird, um einem· Patienten durch eine Leitung 14 befeuchteten Sauerstoff zuzuführen. Die Leitung 14 ist somit eine Inhalationsleitung. Das Wasser wird aus einem Tank 16 durch eine Säule in einem Heizblock 18 hochgezogen. Das Erwärmen des Wassers im Heizblock 18 wird von einem Temperaturfühler 20, der in der Leitung 14 nahe am Patienten angeordnet ist, und einem Temperaturfühler im Heizblock 18 zusammen mit einer Heizungssteuerung gesteuert, die aus trennbaren Einheiten wie einer Steuerta-

fei 22, einer Anzeigetafel 24 und einem Netzgerät 26

aufgebaut ist. Gemäß Figur 2 trägt die Anzeigetafel 24 einen Analog-Digital-Umsetzer 28, einen Dekoder und Treiber 30 und eine zweistellige Temperaturanzeige 32. Der Heizblock 18 weist ein Blockheizelement 34 und einen Überhitzungsfühler 36 auf. Mit Ausnahme des Temperaturfühlers 20 sind alle anderen Bauteile der Heizungssteuerung auf der Steuertafel 22 untergebracht.

Gemäß Figur 2 liefert der die Temperatur des befeuchteten und erwärmten Sauerstoffgases in der Leitung 14 unmittelbar vor dem Eintritt in den Patienten messende Temperaturfühler 20 ein analoges Temperatursignal V
über einen Zwischenspeicher-Verstärker 38 an eine Erkennungsschaltung 40, an den Analog-Digital-Umsetzer 28 und an einen Differentialverstärker 42. Das analoge Temperatursignal wird dadurch im A-D-Umsetzer 28 digitalisiert, um die Anzeige 32 zu treiben, welche die vom Temperaturfühler 2 0 gemessene Temperatur anzeigt. Im Differentialverstärker 42 wird das analoge Temperatursignal um einen Wert V verringert, welcher von einer Temperatureinstellschaltung 44 festgelegt wird, um ein Fehlersignal V an einen Eingang eines Spannungsvergleichers 46 zu legen, dessen anderer Eingang zur Aufnahme einer Rampenspannung V dient, welche von einem Rampen-

spannungsgenerator 48 zugeführt wird. Wenn das Fehlersignal gleich groß wie oder größer als die Ramp en spannung ist, dann erzeugt der Spannungsvergleicher ein Heizung-Ein-Signal V , welches einer Heizungstreiberschaltung 50 zugeführt wird, die die Erregung der Heizelemente 34 steuert. Die Temperatur der Heizelemente 34 wird von einem Fühler 36 gemessen, der von einem Block getragen wird und an einen Zwischenspeicher-Verstärker 52 angeschlossen ist, über welchen die Heizungstemperatur von

-3R einem Überhitzungsf ühler 54 in der Erkennungsschal-

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;333ööbU

tung 40 angezeigt wird. Die Erkennungsschaltung 40 weist außerdem Hoch- und Tief-Temperaturfühler 56 und 58 auf, welche an den Ausgang des Zwischenspeicher-Verstärkers 38 über eine Temperatursignalleitung 60 angeschlossen sind, um eine analoge Temperatureingabe von dem Fühler 20 aufzunehmen. Außerdem ist ein Detektor 61 an die Leitung 60 angeschlossen, um eine offene Schaltung am Fühler 20 festzustellen. Ein offener Schaltkreis am Fühler 36 wird von einem weiteren Detektor 62 in der Detektorschaltung festgestellt, welcher direkt an den Ausgang des Fühlers 36 angeschlossen ist. Die Ausgänge dep Detektoren 61, 56, 58 und 62 sind durch eine gemeinsame Alarmsignalleitung 64 über eine Alarmschaltung 66 an einen optischen und akustischen Alarm

68 angeschlossen, um die Bedienungsperson auf vier unterschiedliche Alarmzustände aufmerksam zu machen, welche eine Schaltungsunterbrechung an den Fühlern 2 0 und 36 und unerwünschte Arbeitsweisen der Heizung sind, wobei die letzteren durch Temperaturmessungen am Fühler 20 definiert werden, der Werte über einer Obergrenze oder unter einer Untergrenze anzeigt. Die Alarmausgaben der Detektoren 61, 56 und 58 werden außerdem an eine gemeinsame Abschalt-Signalleitung 70 gelegt, an welche der Ausgang des Überhitzungsdetektors 54 ebenfalls angeschlossen ist. Durch eine Heizungsabschaltsteuerung 72, die an eine Leitung 70 angeschlossen ist, wird ein Signalabschaltpfad oder ein Signalumleitungspfad in der Leitung 74 erzeugt, um das Treiben der Heizung 34 durch Entfernen von jeglicher Fehlersignaleingabe zum Vergleicher 46 zu unterbrechen. Unter offenen Schaltkreisbedingungen oder extremen Temperaturbedingungen am Fühler 2 0 oder unter Überhitzungsbedingungen an der Heizung 34 erfolgt eine Abschaltung der Heizung. Zur gleichen Zeit wird ein Hcizungsfunktionsan-

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zeiger 76 von der Steuerung 72 abgeschaltet, wobei der Anzeiger 76 in Reihe zwischen den Ausgang des Vergleichers 46 und die Heizungstreiberschaltung 50 geschaltet ist, und zwar durch Leitungen 78 und 79, um auf andere Weise den Betrieb der Heizung anzuzeigen.

Eine Aufwärmschaltung 80 dient dazu, ein periodisches An- oder Abschaltsignal an die Abschaltsignalleitung 70 zu legen, über welche ein Abschalten der Heizung in Abhängigkeit von Alarmzuständen bewirkt wird, wie sie von den Detektoren 61, 58, 56 und 54 festgestellt werden. Dieses An- und Abschaltsignal für die Heizung wird als Funktion der Heizungstemperatur und der gewünschten Ausgangstemperatur erzeugt, welche von der Temperatures einstellschaltung 44 ausgewählt wird. Somit nimmt die Aufwärmungssteuerung 80 eine Temperatursignaleingabe auf einer Leitung 82 auf, welche vom Fühler 36 über den Zwischenverstärker 52 und einer Temperatureinstellspannung auf der Leitung 84 abgeleitet ist, die ebenfalls ^O an den Differentialverstärker 42 führt. Die Heizung wird dadurch in einem intermittierenden oder periodischen Betrieb während der Aufwärmphase betrieben, um zu verhindern, daß die gewünschte eingestellte Temperatur überschritten wird, auf welche der befeuchtete

Sauerstoff unter Steuerung vom Temperatursignal in der Leitung 60 und der eingestellten Temperaturspannung in der Leitung 84 über den Differential verstärker 42, den Spannungsvergleicher 46 und die Heizungstreiberschaltung 50 erwärmt wird.

Eine Tieftemperatur-Abschaltschaltung 86 ist gemäß Figur 2 vorgesehen und dient dazu, um einen Sperrzyklus während der Aufwärmphase einzurichten, welcher den Tieftemperaturdetektor 58 über die Leitung 88 abschaltet.

Während eines solchen Steuerungszyklus wird der Hochtemperaturdetektor 56 über eine Rückstellsignalleitung 90 freigegeben. Am Ende des sperrenden Steuerungszyklus wird der Detektor 58 freigegeben. Falls die von dem R Fühler 2 0 angezeigte ansteigende Temperatur sich noch unter dem Untergrenzen-Schwellenwert des Fühlers 58 befindet, wird ein Tieftemperaturalarmsignal erzeugt. Die Abschaltschaltung 86 läßt sich jederzeit durch eine Handsteuerung 94 zurückstellen, um einen weiteren sper- -10 renden Steuerungszyklus auszulösen. Die Steuerung 94 kann auch aktiviert werden, um den Tieftemperaturdetektor 58 während eines sperrenden Steuerungszyklus freizugeben.

Figur 3 zeigt Einzelheiten der Schaltung der Anzeigetafeleinheit 24 in Verbindung mit dem Temperaturfühler 20. Ein geerdeter Thermistor, welcher den Temperaturfühler 20 in der befeuchteten und erwärmten Sauerstoffleitung 14 darstellt, ist an den nicht-invertierenden Eingang des Zwischenverstärkers 38 gemäß Figur 3 angeschlossen. Der Zwischenverstärker ist mit seinem Ausgang an seinen invertierenden Eingang rückgekoppelt, wobei an seinen Ausgang die Temperatursignalleitung 60 angeschlossen ist. Die Leitung 60 liefert eine analoge Signalspannung an ein Spannungsteilernetzwerk, welches von Spannungsreduzierenden Widerständen 100 und 102 gebildet ist, die gegen Erde in Reihe geschaltet sind. Außerdem sind Reihenwiderstände 96 und 98 zwischen Erde und die+12 Volt Klemme des Netzgeräts geschaltet. Die

Verbindungsstellen 104 und 106 zwischen Paaren von Widerständen 100, 102 und 96, 98 sind an Spannungseingabeleitungen 108 und 110 angeschlossen, über welche ein Kondensator 112 gelegt ist, um ein analoges Eingangssignal an den Analog-Digital-Umsetzer 28 zu legen. Die analoge Eingabe wird dadurch in eine kodierte digitale

Ausgabe umgesetzt, welche über vier Datenleitungen 114 an den Dekoder und Treiber 30 übertragen wird, von welchem die Ansteuerung der zweistelligen Anzeige 32 erfolgt. Die Anzeige 3 2 zeigt somit andauernd die Tempeln ratur in C an. Die Anzeige 3 2 wird durch +5 Volt vom Netzgerät über zwei Transistoren 116 und 118 aktiviert, welche synchron mit dem Umsetzer über Leitungen 120 und 122 geschaltet werden.

-IQ Gemäß Figur 4 wird das analoge Temperatursignal V auf der Leitung 60 außerdem über einen Widerstand 124 an den nicht-invertierenden Eingang des Differentialverstärkers 42 gelegt, der einen invertierenden Eingang besitzt, über welchen die Temperatureinstellung von einer Bedienungsperson für unterschiedliche Strömungsbedingungen durch die Temperatureinstellschaltung 44 durchführbar ist. Ein Widerstand 126 koppelt die Ausgabe des Verstärkers 128 in der Temperatureinstellschaltung an den invertierenden Eingang des Differentialverstärkers 42. Die Ausgabe des Verstärkers 128 ist proportional zu ihrer nicht-invertierenden Eingabe von einem von einer Bedienungsperson einstellbaren Widerstand 130, der mit den Widerständen 132 und 134 zwischen die +12 Volt Klemme des Netzgerätes und Erde geschaltet ist.

Ein von einer Bedienungsperson ausgewähltes Spannungssignal V wird somit an den Differetialverstärker 42 gelegt, um eine Fehlerspannung V an seinem Ausgang zu ,erzeugen, welcher über einen Rückkopplungswiderstand 136 an den invertierenden Eingang angeschlossen ist.

Das Fehlerspannungssignal V wird über einen Kopplungswiderstand 138 an den nicht-invertierenden Eingang des Spannungsvergleicherverstärkers 46 gelegt, dessen Ausgang über einen Rückkopplungskondensator 140 an den nicht-invertierenden Eingang angeschlossen ist. Der invertierende Eingang des Vergleicherverstärkers 46 nimmt

ein Rampenspannungssignal V vom Rampenspannungsgenerator 48 über eine Rampenspannungssignalleitung 142 auf. Der Rampenspannungsgenerator 48 weist Verstärker 144 und 146 mit jeweils nicht-invertierenden Eingängen auf, welche über Spannungsreduzierende Widerstände 148 und 150 an die +12 Volt Klemme des Netzgerätes angeschlossen sind, wobei Rückkopplungsverbindungen zu den invertierenden Eingängen bestehen. Der Ausgang des Verstärkers 144 ist an die Basis eines Transistors 152 ange-

"10 schlossen und steuert diesen auf, um einen negativ werdenden Signalstrom bei einem eingestellten Wert in der über einen Widerstand 154 an Erde angeschlossenen Rampenspannungssignalleitung 142 durchzulassen. Dieser Signalstrom wird außerdem an den invertierenden Eingang des Verstärkers 144 zurückgeführt. Die Spannungsausgabe des Verstärkers 146 wird an die Rampenspannungssignalleitung 142 über den Kondensator 156 gelegt, zu dem ein Widerstand 158 parallel liegt, wenn der Transistor 160 durch ein negatives Spannungssignal durchgeschaltet wird, das über einen Widerstand 162 an seine Basis gelegt wird. Der Widerstand 162 ist an eine Nullspannungserkennungsleitung 164 angeschlossen.

Der Differentialverstärker nimmt das Temperatureinstellsignal V auf der Leitung 85 von der Temperatureinstellschaltung 44 durch den Widerstand 126 auf, während das Ausgangssignal V_n vom Vergleicher 46 über die Leitung 78 an die Treiberschaltung 50 nur dann zugeführt wird, wenn die Fehlerspannungseingabe V gleich groß wie oder größer als die Rampenspannung V ist. Der Rampenspannungswert läßt sich über einen geerdeten Widerstand 168 einstellen, der an den nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 144 parallel zu einem geerdeten Kondensator 170 gelegt ist. Die Detektorschaltung 40 empfängt ^⁵ eine Eingabe von der Temperatursignalleitung 60, um ver-

schiedene Alarmzustände zu erzeugen. Die Signalabschaltleitung 7 4 ist an den nicht-invertierenden Eingang des Spannungsvergleichers 46 angeschlossen, um das daran angelegte Fehlersignal nebenzuschließen, damit die Heizung auf die zuvor erwähnte Weise abschaltbar ist.

Die Heizungsaufwärmsteuerung 80 nach Figur 5 steuert die Spannungsversorgung der Heizelemente 34 im Heizblock 18, in welchem der Temperaturfühler 3 6 montiert

-10 ist. Ein Ausgangssignal· V vom Vergl·eicher 46 wird auf der Leitung 78 an die Anzeige 76 geiegt und anschließend über eine Leitung 79 an eine Licht emittierende Diode 72 eines Optokopplers l·74 in der Heizungstreiberschaltung 50 geführt, um einen Triac 176, 177 über seine Steuerelektrode zu schalten. 'Der Triac ist mit einem Induktor 17 8 in Reihe geschaltet und an eine Kiemme des Heizeiements 34 angeschlossen. Er ist außerdem an den Leistungsschalter 180 angeschlossen, mit welchem die andere abgesicherte Klemme des Heizelements verbunden ist. Der Leistungsschalter 180 ist an eine 115 Volt Wechselstromquelle angeschlossen. Bei geschlossenem Leistungsschalter aktiviert die Heizungstreiberschaltung 50 das Heizelement in Abhängigkeit von einer Signalspannung V auf der Leitung 178. Die 115 Volt Wechselspannung wird außerdem an das Netzgerät 182 andauernd angelegt, wenn der Schalter 180 geschlossen wird, um die Versorgungsspannungen +12 Volt und +5 Volt zu erzeugen.

Die Temperatur des Heizblocks 18 wird von einem Thermistor-Fühler 36 gemessen, um Temperaturspannungssigna-Ie über eine Leitung 184 an den nicht-invertierenden Eingang des Zwischenverstärkers 52 zu legen, von welchem eine verstärktes Temperatursignal über die Leitung 82 an die Detektorschaltung 40 und über den Wider-

stand 184 an den invertierenden Eingang des Verstärkers 186 in der Heizungsaufwärmsteuerung 80 gelegt wird. Das Temperatureinstellsignal V auf der Leitung 84 wird über einen Widerstand 188 an den nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 186 gelegt. Eine Steuersignalausgabe von dem Verstärker 186 wird über eine Diode 190 auf die Abschaltsteuerleitung 70 gebracht. Die Steuersignalausgabe vom Verstärker 186 wird durch die Eingabe von der Temperatureinstellschaltung bestimmt, welche an ihren nicht-invertierenden Eingang gelegt wird, und von Eingaben, die von dem Zwischenverstärker 52 über den Widerstand 184 und von einer Temperatur-Grenzwertsteuerschaltung 142 stammen, die über einen Widerstand 194 an den invertierenden Eingang des Verstärkers 186 angeschlossen ist. Ein Widerstand 19 6 verbindet den Ausgang des Verstärkers 186 mit der Steuerschaltung 142 gemäß Figur 5, um dessen Betrieb zu takten und eine Bezugsspannung an den Verstärker 186 zu legen, und zwar für die An-Aus-Zyklussteuerung der Heizung durch die Abschaltsteuerleitung 70. Die Steuerschaltung 192 bewirkt dabei ein allmähliches Steigern der Temperaturgrenzen des Heizblocks nach jeweils zwei An/Aus-Zyklen der Heizung .

Unter Bezugnahme auf die Detektorschaltung 4 0 gemäß Figur 6 ist zu bemerken, daß das Temperatursignal vom Sensor 20 auf der Leitung 60 parallel an einen Sensorunterbrechungsdetektor 61, einen Hochtemperaturdetektor

3Q 56 und einen Tieftemperaturdetektor 58 gelegt wird. Der Sensorunterbrechungsdetektor 61 weist einen Transistor 198 auf, über welchen ein Temperatursignalstrom durch eine Diode 200 zu einer Alarmsignalleitung 64 geleitet wird. Das Signal von dem anderen Fühler 36 in dem Heizblock, welches an die Leitung .184 gelegt wLrd, wird

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von dem Fühlerunterbrechungsdetektorverstärker 2 02 verstärkt, dessen Ausgabe ebenfalls durch eine Diode 204 auf die Alarmsignalleitung 64 gelegt wird. Andere Ausgabesignale werden an diese Alarmsignalleitung 64 über Dioden 206 und 208 durch Verstärker 210 und 212 der Detektoren 56 und 58 gelegt. Die Temperatursignalleitung 60 ist durch einen Widerstand 214 an den invertierenden Eingang des Hochtemperatur-Detektorverstärkers 210 gekoppelt, während der Widerstand 216 die Leitung "Ό 60 an den nicht-invertierenden Eingang des Tieftemperatur-Detektorverstärkers 212 anschließt. Beide der zuletzt genannten Verstärker weisen seriell angeschlossene Rückkopplungswiderstände und Dioden mit einer einstellbaren Widerstandssteuerung 218 für den Verstärker 210 auf. Die ausgegebenen Alarmsignale, welche auf die Signalleitung 64 gelegt werden, werden der Alarmschaltung 66 eingegeben. Aus der Tieftemperatur-Abschaltschaltung 86 werden Abschalt- und Rückstellsignale (über eine Freigabe/Rückstellschaltung 94 gemäß Figur

7) über Dioden 222 bzw. 22 0 an die invertierenden Eingänge der Detektorverstärker 212 und 210 durch Leitungen 88 bzw. 90 rückgekoppelt. Die Signalausgaben der Detektoren 61 und 56 und des Verstärkers 22 3 zur Feststellung von Überhitzung sind über Dioden 224, 22 6 und

228 an eine gemeinsame Abschaltsteuerleitung 70 parallel angeschlossen, welche an die Heizungsabschaltsteuerung 73 und an den Ausgangsverstärker 186 in der Aufwärmsteuerung 80 angeschlossen sind.

Figur 7 zeigt die Alarmschaltung 66, an welche die Alarmsignale über die Leitung 64 an die Basis eines Transistors 230 gelegt werden. Wenn der Transistor 230 von einem Alarmsignal aufgesteuert wird, dann leitet er

•55 Strom zu der akustischen Alarmeinrichtung 232 und durch

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einen Widerstand 234 an eine optische LED-Alarmanzeige 236, welche den Alarmteil 68 bilden. Die optische LED-Anzeige 176 wird andererseits zum Leuchten gebracht, um den Heizungsbetrieb anzuzeigen. Ein Signal V_n auf der-Leitung 78 wird an die Anzeige 76 gelegt, um diese zu aktivieren, sofern das Signal nicht von einem Transistor 238 der Abschaltsteuerung 72 gegen Erde verzweigt, wird, welcher von einem Freigabesignal auf der

Leitung 70 gesperrt gehalten wird, das von der Detektor-10

Schaltung 40 stammt, die über einen Widerstand 24 0 an die Basis, des Transistors 238 angeschlossen ist. Die Abschaltungssteuerungsleitung 70 ist außerdem durch einen Widerstand 242 an die Basis eines Transistors 244

-| 5 angeschlossen, um in ähnlicher Weise die Umleitung des ausgegebenen Fehlersignals V vom Differentialverstärker 42 durch die Leitung 74 zu steuern. Fühlerunterbrechungen und extreme Temperaturbedingungen bewirken somit nicht nur einen Alarm, sondern schalten außerdem den Heizungsbetrieb und die Funktionsanzeige 76 ab. Ein Tieftemperaturalarm schaltet bei seiner Auslösung ebenfalls die Heizung ab.

Die andere, in Figur 7 dargestellte Funktionsanzeige 92 wird über einen Transistor 246 aktiviert, welcher mit einer Diode 247 in Reihe geschaltet ist, um anzuzeigen, daß der Tieftemperaturdetektor 58 abgeschaltet ist. Der " Transistor 246 wird von einer negativen Vorspannung durchgeschaltet, welche über einen Widerstand 252 an seine Basis gelegt ist. Im durchgesteuerten Zustand legt der Transistor 246 ein positives Signal über die Leitung 88.. und die Diode 222 an den invertierenden Eingang des Verstärkers 212, um den Tieftemperaturdetektor 58 abzuschalten. Das Steuersignal auf der Leitung

88 wird von einer Steuerungsschaltung 250 in der

Abschaltschaltung 86 gesteuert und von der von Hand betreibbaren Steuerung 94 erzeugt.

Wenn die Stromversorgung anfänglich eingeschaltet wird, g lösen die an die Steuerungsschaltung 250 angelegten +12 Volt einen sperrenden Steuerungszyklus aus, an dessen Ende ein positives Spannungssignal über den Widerstand 252 an die Basis des Transistors 246 gelegt wird/ um diesen zu sperren. Wenn die von dem Temperaturfüh-

-jO 1^er 20 gemessene Ausgangstemperatur nicht zu diesem Zeitpunkt bis über den unteren Grenzwert angestiegen ist, wird dies festgestellt und die Alarmeinrichtungen 2 32 und 2 36 werden auf die zuvor erwähnte Weise durch den Transistor 66 aktiviert. Dieser Tieftemperaturbetrieb des Alarmteils 68 wird von der vorhergehenden Aktivierung der Tieftemperatur-Abschaltanzeige 92 durch den Transistor 246 während des sperrenden Steuerungszyklus identifiziert. Der an die Tieftemperatur-Feststellschaltung während des sperrenden Steuerungszyklus angelegte Absperrstrom in der Leitung 88 kann dadurch gewünschtenfalls sofort unterbrochen werden, indem der Schalter 254 in der Steuerung 94 in die Tieftemperatur-Freigabeposition gebracht wird, in welcher er den Kontakt 256 berührt, der über eine Torschaltung 258 und

eine Diode 248 an die Basis des Transistors 246 angeschlossen ist, so daß dieser gesperrt wird. Auf diese Weise wird die Tieftemperatur-Detektorschaltung 58 vor dem Ende des sperrenden Steuerungszyklus freigegeben,

um festzustellen, ob die Tieftemperaturgrenze bereits 30

zu einem zu frühen Zeitpunkt durchlaufen worden ist.

Der sperrende Steuerungszyklus kann zu jedem Zeitpunkt nach dem Einschalten der Spannungsversorgung ausgelöst werden, indem der Schalter 254 in die Rückstellposition

TK gebracht wird, in der er den Rückstellkontakt 260

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berührt, welcher an die Torschaltung 258 und an die Rückstellklemme der Steuerungsschaltung 250 angeschlossen ist. Ein derartiges Rückstellen aktiviert erneut die Anzeige 92 über den Transistor 246, und zwar für die Dauer des Steuerungszyklus.

Wenn die vom Temperaturfühler 20 gemessene Ausgangstemperatur die in der Hochtemperatur-Detektorschailtung 56 erzeugte obere Grenze überschreitet, dann aktiviert das auf die Signalleitung 64 gelegte Ausgangssignal die Alarmeinrichtungen 232 und 236 über den Transistor 230. Gleichzeitig wird ein Abschaltsignal auf der Abschaltsteuerungsleiiung 70 über Widerstände 240 und 242 an die Basis der Transistoren 238 und 244 gemäß Figur 7 ^ gelegt, was ein Abschalten der Heizung über die Leitung 74 und ein Ausschalten der Anzeige 76 veranlaßt. Der invertierende Eingang des Hochtemperatur-Detektorverstärkers 210 ist über die Rückstellsignalleitung. 90 an einen Rückstellkontakt 260 angeschlossen, so daß der

Schalter 254 bei der Rückstellfunktion die Tieftemperatur-Detektorschaltung 58 absperrt und die Aktivierung der Heizung wieder aufnimmt, vorausgesetzt, daß die Ausgangstemperatur unter der Obergrenze liegt, welche

p,_ von dem Hochtemperaturdetektor 56 eingestellt ist.

Eine Optokopplerschaltung 264, die an Netzgerät 182 gemäß Figur 5 angeschlossen ist, erzeugt ein genaues Rampensignal, das an die Spannungssignalleitung 164 gelegt wird, welche über den Widerstand 162 gemäß Figur 4 an die Basis des Transistors 160 angeschlossen ist. Ein Rückstellsignal wird dadurch über den Transistor 160 an den Rampenspannungsgenerator 48 gelegt.

Der Temperaturfühler 1!() ist durch d ic zuvor beschriebene Steuerung funktionsfähig und liefert eine optimale

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Temperaturstabilität unter einer Vielzahl von angenommenen Strömungsbedingungen, einschließlich von belüfteter und unbelüfteter Strömung innerhalb eines zweckmäßigen Strömungsgeschwindigkeitsbereichs wie beispielsweise 5 bis 30 l/min. Die Temperaturstabilität ist in einer Ausführung der' Erfindung gekennzeichnet durch eine verhältnismäßig kleine Abweichung der Ausgangstemperatur von 2 C gegenüber einer gewünschten Temperatur, die über die Temperatureinstellschaltung 44 eingestellt ist, und zwar nach einer anfänglichen Aufwärmphase, auf die die Steuerungsschaltung 250 eingestellt ist. Dabei wird angenommen, daß die Strömungsgeschwindigkeit des befeuchteten Sauerstoffs in der Leitung 14 innerhalb des zuvor erwähnten Funktionsbereichs liegt. Sollte die von dem Temperaturfühler 20 gemessene Ausgangstemperatur eine Obergrenze überschreiten, auf welche der Hochtemperaturdetektor 56 eingestellt ist, beispielsweise zwischen 39,6 und 40,6⁰C, dann tritt ein

Alarm auf, welcher den Alarmteil 68 aktiviert und die 20

Heizung 34 abschaltet, bis die Ausgangstemperatur unter einen Schaltpunkt abgefallen ist, wobei der Schalter 254 von Hand in die Rückstellposition verbracht wird. Der Tieftemperaturdetektor 58, der während des sperrenden Steuerzyklus der Steuerschaltung 250 abgeschaltet ist, wird dadurch eingeschaltet, daß der Schalter 254 in die Tieftemperatur-Freigabestellung gekippt wird, in der er den Kontakt 256 berührt. Die Alarmsperrungs-Zeitverzögerung wird auch ausgelöst, wenn die Stromversorgung anfänglich eingeschaltet wird. Ein derartiger Tieftemperatur-Alarmbetrieb bewirkt, daß man sich vor einer Überhitzung schützt, die sonst auftreten würde, falls der Temperaturfühler 2 0 aus der Leitung 14 entfernt wurde.

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Es werden außerdem Alarme in der Steuerung ausgelöst, wenn der Schaltkreis an den Fühlern 20 und 36 unterbrochen wird.! Ein unterbrochener Schaltkreis am Temperaturfühler 20 j wird durch eine geringe Anzeige oder eine

Nullanzeige in der Anzeige 32 angezeigt. Alle Alarmzustände bewirken ein Abschalten der Heizung 34 und löschen die IJeizungsfunktionsanzeige 76.

Eine Überhitzung durch die Heizung 34 auf einen Wert ^0 über die gewünschte Temperatur wird von der Heizungs-Aufwärmsteuerung 80 in Verbindung mit dem Einstellen der Tempera^ur-Einste11schaltung 44 derart minimiert, daß die Heizung 34 beim Annähern an die gewünschte Temperatur während der Aufwärmphase periodisch an- und

ausgeschaltet wird.

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Claims

PATENTANWÄLTE

BESELERSTRASSE 4 D-SOOO HAMBURG 32

ciJROPEAN PATENT ATTORNEYS

DR J-D FRHR von UEXKUlL DR ULRICH GRAF STOLBERG DIPL ING. JÜRGEN SUCHANTKE DIPL-ING. ARNULF HUBER DR ALLARD von KAMEKE DR KARL-HEINZ SCHULMEYER

THE KENDALL COMPANY
One Federal Street
Boston, Massachusetts

V.St.A.

(Prio.: 29. Okt. 1982 US 437 562 20080/Hü/wo)

Oktober 1983

Heizungssteuerung für ein Inhalationsgerät

Patentansprüche

Heizungssteuerung für ein Inhalationsgerät, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

- eine Heizung zum Heizen eines strömenden Gases, wobei die Heizung einen Heizblock aufweist;

- einen Temperaturfühler, der stromabwärts von der Heizung liegt und dazu dient, die Temperatur des strömenden Gases zu messen und ein entsprechendes Fühlersignal zu liefern;

- einen Temperaturfühler zum Messen der Temperatur dos Heizungsblocks und zur Erzeugung eines ententsprechenden Fühlersignals;

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- eine Einstelleinrichtung zum Auswählen einer gewünschten Temperatur für das strömende Gas und zur Erzeugung eines entsprechenden Einstellsignals ;

- eine Steuerung, welche an die Temperaturfühler und an die Einstelleinrichtung angeschlossen ist und dazu dient, die Arbeitsweise der Heizung zu steuern;

- eine Anzeige zum Anzeigen der Temperatur des

strömenden Gases, welche von dem Temperaturfühler stromabwärts von der Heizung gemessen wird;

- wobei die Steuerung eine Hochtemperaturgrenze und eine Tieftemperaturgrenze definiert, um

einen zulässigen Temperaturbereich einzurichten 15

und wobei die Steuerung außerdem dazu dient, die Heizung immer dann abzuschalten, wenn das Fühlersignal anzeigt, daß die Temperatur des strömenden Gases außerhalb des zulässigen Temperaturbereichs liegt;
^y

- wobei die Steuerung ferner einen Grenzwert für die Blocktemperatur definiert und die Heizung abschaltet, wenn das Fühlersignal anzeigt, daß die Temperatur des Heizblocks die Blocktemperaturgrenze überschreitet, so daß ein Temperatur

weglauf im wesentlichen verhindert ist; und

- wobei die Steuerung das Fühlersignal und das Einstellsignal aufzeichnet und die Heizung in vorgegebener Weise immer dann freigibt, wenn das Fühlersignal anzeigt, daß die Temperatur des

strömenden Gases unter der gewünschten Temperatur liegt.
2. Heizungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung einen Differential-

Verstärker zur Aufnahme des Einstellsignals und des Fühlersignals aufweist, der in Abhängigkeit davon ein Fehlersignal ausgibt.
3. Heizungssteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung ferner einen Rampengenerator zur Erzeugung eines Rampensignals und einen Vergleicher für die Aufnahme und den Vergleich des Fehlersignals mit dem Rampensignal auf-10

weist, und daß der Vergleicher dazu dient, immer dann ein Heizungseinschaltsignal zu liefern, wenn eine vorgegebene Beziehung zwischen dem Fehlersignal und dem Rampensignal vorliegt.
4. Heizungssteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Fehlersignal vorbeileitet, um die Heizung abzuschalten.
5. Heizungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung eine Tieftemperatur-Abschalteinrichtung zum Sperren von jeder Abschaltung der Heizung basierend auf der Tieftemperaturgrenze während eines vorgegebenen Steuerungszyklus aufweist.
6. Heizungssteuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tieftemperatur-Abschalteinrichtung eine Steuerungseinrichtung zum Takten des vor-

gegebenen Steuerungszyklus aufweist.
7. Heizungssteuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung einen Handschalter zum

Zurückstellen der Tieftemperatur-Abschalteinrich-35

tung und der Steuerungseinrichtung aufweist, um den vorgegebenen Steuerungszyklus erneut auszulösen .
8. Heizungssteuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung eine Aufwärmeinrichtung zum intermittierenden Anschalten und Abschalten der Heizung unter vorgegebenen Aufwärmbedingungen aufweist, um ein Überschreiten der gewünschten ^0 Temperatur im wesentlichen zu vermeiden.
9. Heizungssteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwärmeinrichtung an den Temperaturfühler und an die Einstelleinrichtung ange-

schlossen und von diesen angesteuert ist.
10. Heizungssteuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwärmeinrichtung dazu dient, die von dem Temperaturfühler gemessene Temperatur des Heizblocks durch intermittierendes Anschalten der Heizung schrittweise zu erhöhen, während sich die Temperatur des strömenden Gases der gewünschten Temperatur annähert.
11. Heizungssteuerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwärmeinrichtung eine Steuerschaltung zur Lieferung von schrittweise größer werdenden Steuersignalen und eine Verstärkungseinrichtung zur Aufnahme des Fühlersignals und der schrittweisen ansteigenden Steuerspannung sowie zum entsprechenden Erzeugen eines Freigabe/Abschaltsignals aufweist.
12. Heizungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung ferner einen Fühler zum Aufzeigen des Betriebszustands der Temperaturfühlereinrichtung und des Temperaturfühlers aufweist.
13. Heizungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung so gestaltet ist, daß sie ein in Wärmeübertragung stehendes Säulenelement aufnehmen kann, wie es in Befeuchtern verwendet wird.
14. Heizungssteuerung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Säulenelement an eine Flüssigkeitsquelle arbeitsmäßig angeschlossen ist, wobei die Flüssigkeitsquelle die Flüssigkeit in gesteuerter Weise an das Säulenelement liefert.
15. Heizungssteuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Alarmeinrichtung, welche an die Steuerung angeschlossen und von dieser angesteuert ist und welche zur Anzeige des Betriebszustandes der Steuerung dient.
16. Heizungssteuerung nach einem der Ansprüche 1, 5, 9

" oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung eine Rückstelleinrichtung zum funktionsmäßigen Rückstellen und Wiederauslösen der Steuerung aufweist, wobei die Steuerung das Abschalten der Hei-

zung solange aufrechterhält, bis die Rückstelleinrichtung betätigt ist.
17. Vorrichtung zum gesteuerten Erwärmen eines strömenden Gases, gekennzeichnet durch die Merkmale:

- eine Luftbefeuchtungspatrone;

- Einrichtungen zum Durchleiten eines Gases durch die Luftbefeuchtungspatrone zur Erzeugung des strömenden Gases;

- eine Heizung zum Erwärmen des strömenden Gases,

wobei die Heizung einen Heizblock aufweist, der zur Aufnahme der Luftbefeuchtungspatrone geeignet ist ;

- einen Temperaturfühler, der stromabwärts von der Heizung liegt und dazu dient, die Temperatur des

strömenden Gases zu messen und ein entsprechendes Fühlersignal zu liefern;

- einen Temperaturfühler zum Messen der Temperatur des Heizungsblocks und zur Erzeugung eines entsprechenden Fühlersignals;

- eine Einstelleinrichtung zum Auswählen einer gewünschten Temperatur für das strömende Gas und zur Erzeugung eines entsprechenden Einstellsignals;

- eine Steuerung, welche an die Temperaturfühler

und an die Einstelleinrichtung angeschlossen ist und dazu dient, die Arbeitsweise der Heizung zu steuern;

- eine Anzeige zum Anzeigen der Temperatur des

strömenden Gases, welche von dem Temperaturfühler stromabwärts von der Heizung gemessen wird;

- eine Alarmeinrichtung, welche an die Steuerung angeschlossen und von dieser angesteuert ist und

zum Anzeigen einer Reihe von Betriebszuständen

der Vorrichtung dient;

- wobei die Steuerung eine Hochtemperaturgrenze und eine Tieftemperaturgrenze definiert, um einen zulässigen Temperaturbereich einzurichten

und wobei die Steuerung außerdem dazu dient, die 35

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Heizung immer dann abzuschalten, wenn das Fühlersignal anzeigt, daß die Temperatur des strömenden Gases außerhalb des zulässigen Temperaturbereichs liegt;

- wobei die Steuerung ferner einen Grenzwert für die Blocktemperatur definiert und die Heizung abschaltet, wenn das Fühlersignal anzeigt, daß die Temperatur des Heizblocks die Blocktemperaturgrenze überschreitet, so daß ein Temperaturweglauf im wesentlichen verhindert ist; und

- wobei die Steuerung das Fühlersignal und das Einstellsignal aufzeichnet und die Heizung in vorgegebener Weise immer dann freigibt, wenn das Fühlerisignal anzeigt, daß die Temperatur des

"¹^ strömenden Gases unter der gewünschten Tempera

tur liegt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Alarmeinrichtung eine Anzeige aufweist, 'welche dazu dient, anzuzeigen, wenn sich die Temperatur des strömenden Gases außerhalb des zulässigen Bereichs befindet und wann immer die Heizung von der Steuerung angeschaltet ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung eine Tieftemperatur-Abschalteinrichtung zum Sperren des Abschaltens der Heizung für den Fall aufweist, in dem die Tief temperaturgrenze während einer vorgegebenen Zykluszeit nach der Aktivierung der Vorrichtung verletzt wird.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung ferner eine Aufwärmeinrichtung aufweist, die unter vorgegebenen Bedingungen

arbeitet und zum schrittweisen Erhöhen der Temperatur des Heizblocks durch intermittierendes Anschalten der Heizung bei der Annäherung der Temperatur des strömenden Gases an die gewünschte Temperatur dient.
21. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung eine Rückstelleinrichtung zur Wiedereinschaltung der Vorrichtung aufweist, -ΙΟ wobei jedes Abschalten der Heizung durch die Steuerung solange andauert, bis der Betrieb der Vorrichtung durch die Rückstelleinrichtung wiederbegonnen wird.

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