EP2010261A2

EP2010261A2 - Verfahren zur steuerung eines tni-gerätes sowie tni-gerät

Info

Publication number: EP2010261A2
Application number: EP07722285A
Authority: EP
Inventors: Kilz Silvio; Ingo Müller; Martin Baecke; Ulla Schöbel
Original assignee: Seleon GmbH
Current assignee: TNI MEDICAL AG
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2007-04-24
Publication date: 2009-01-07
Also published as: WO2007121736A3; WO2007121736A2; DE102006019402A1; DE112007001535A5; US20100132707A1

Abstract

Diese Erfindung betrifft Verfahren zur Steuerung eines TNI-Geräts (1). Ein Verfahren kann die Istgastemperatur am Auslass des Befeuchters (19) messen. Ein Verfahren kann eine Sollgastemperatur (34) des Gases am Auslass eines Befeuchters (19) des TNI-Geräts (1) in Abhängigkeit einer Umgebungstemperatur (25) des TNI-Geräts (1) bestimmen oder eine Sollgastemperatur (34) des Gases am Auslass eines Befeuchters (19) des TNI-Geräts (1) in Abhängigkeit eines Gasflusses (28) im TNI-Gerät bestimmen. Ein Verfahren kann eine Sollgastemperatur (34) des Gases am Auslass eines Befeuchters (19) des TNI-Geräts (1) in Abhängigkeit eines von einem Benutzer vorgegebenen Komfortwerts (30) bestimmen oder die Heizleistung eines Heizdrahts (26) in einer Nasenbrille (27) eines TNI-Geräts (1) so einstellen, dass ein Gas beim Austritt aus der Nasenbrille (27) in etwa die gleiche Temperatur hat, die das Gas beim Austritt aus einem Befeuchter (19) des TNI-Geräts (1) hatte. Daneben betrifft die Erfindung entsprechende TNI-Geräte.

Description

Verfahren zur Steuerung eines TNI-Gerätes sowie TNI-Gerät

Die Erfindung bezieht sich auf Geräte zur transnasalen Insufflation, die im folgenden als TNI- Geräte bezeichnet werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zur Steuerung von TNI-Geräten sowie die Steuerung von TNI-Geräten.

Das Gebiet der Erfindung sind insbesondere TNI-Geräte gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 16, 19, 21 , 23, 24, 26 und 28.

TNI-Geräte sind beispielsweise aus der WO 02/062413 A2 bekannt und werden dort als Antischnarchgeräte bezeichnet. Solche Antisch narchgeräte bewirken eine Schienung der oberen Atemwege, indem Luft über eine herkömmliche oder modifizierte Sauerstoffbrille in die Nase eines Benutzers appliziert wird. Hierdurch wird der Druck in den Atemwegen um wenige mbar über den Umgebungsdruck angehoben.

Ähnlich funktioniert die CPAP-Therapie (continous positive airway pressure). Hierbei werden jedoch Nasen- oder Gesichtsmasken zur Applikation der Luft unter einem Druck von um die 5 mbar und maximal 30 mbar verwendet. Da die Masken mit einem gewissen Druck während der Nacht, also über lange Zeit, gegen das Gesicht gepresst werden, kommt es zu Hautreizungen und in der Folge zu Problemen mit der Akzeptanz des Patienten.

Darüberhinaus sind Verdunster, insbesondere Atemluftbefeuchter bekannt. Zusammen mit dieser Erfindung kann besonders vorteilhaft der aus der WO 2006/012877 A1 bekannte Verdunster eingesetzt werden.

In CPAP-Geräten werden oft Radiallüfter zur Förderung von Luft eingesetzt. Für TNI-Geräte sind aufgrund der geringeren Schlauchdurchmesser und der daraus resultierenden höheren Drücke Seitenkanalverdichter besser geeignet. Geräuscharme und damit speziell für hohe Gas-, insbesondere Luftflüsse geeignete Luftbrillen sind in der PCT/DE 2005/002335 beschrieben. Diese Luftbrillen weisen zusätzlich einen Heizdraht auf, um Kondensation in den Schläuchen der Luftbrille zu vermeiden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Verfahren für TNI-Geräte und TNI-Geräte anzugeben, die von den Benutzern bereitwillig eingesetzt werden, bei denen es also weniger Probleme mit der Akzeptanz der Benutzer oder Patienten gibt.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Vorteilhaft am Messen der Gastemperatur am Auslass des Befeuchters ist, dass an Hand der Gastemperatur entschiedenen werden kann, ob die applizierte Luft für den Benutzer angenehm

ERSATZBLATT ist. Diese Gastemperatur kann in überraschend vorteilhafter Weise als Istwert in einen Regelkreis zur Regelung der Befeuchterheizung verwendet werden.

Darüberhinaus ist es überraschend vorteilhaft, die Befeuchterheizleistung oder/und die Schlauchheizleistung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur einzustellen um Wärmeverluste an die Umgebung zu kompensieren und Kondensation in der Nasenbrille zu verhindern.

Es hat sich in Versuchsreihen herausgestellt, dass eine Vielzahl von Testpersonen eine Gastemperatur als angenehm empfindet, die etwa 10 K über der Umgebungstemperatur liegt.

Es ist ferner überraschend vorteilhaft, bei der Steuerung der Befeuchterheizleistung und/oder der Schlauchheizleistung den Luftfluss zu berücksichtigen, um eine für den Benutzer unangenehme oder gefährliche Temperatur des applizieren Gases, Kondensation in der Nasenbrille oder eine Zerstörung der Nasenbrille zu verhindern.

Vorteilhaft ist ferner, dem Benutzer gewisse Einstellmöglichkeiten am TNI-Gerät zu bieten. Die mittelbare Einstellung der Gastemperatur über einen Komfortwert bietet überraschenderweise die Möglichkeit, bei einer Änderung von Umgebungsparametern, insbesondere der Umgebungstemperatur, sowie anderen Einstellungen, wie dem Gasfluss, die Gastemperatur so anzupassen, dass sie vom Benutzer bei dem neuen Umgebungsparametern oder Einstellungen als angenehm empfunden wird, ohne dass der Komfortwert geändert wird.

Die gleichen Parameter, die zur Steuerung der Befeuchterheizleistung verwendet werden, können in überraschend vorteilhafter Weise auch zur Steuerung der Schlauchheizleistung verwendet werden.

Vorteilhaft ist es, die Schlauchheizleistung so einzustellen, dass sie gerade den Wärmeverlust des zu applizierenden Gases in der Nasenbrille kompensiert. Dann nämlich erhält der Benutzer möglichst feuchtes Gas, was dieser als angenehm empfindet, ohne dass es zur Kondensation in der Nasenbrille kommt. In einem weiten Bereich der Kennlinie führt eine Steigung der Schlauchheizleistung von -2% der maximalen Heizleistung bei 10l/min Gasfluss pro 1 l/min Gasflussunterschied dazu, dass die Gastemperatur an den Auslässen der Nasenbrille als angenehm empfunden wird.

Ein Abschalten oder zumindest Reduzieren der Schlauchheizleistung unterhalb eines Gasflusses von 10 I pro Minute verhindert in vorteilhafter Weise ein Einschmelzen des Heizdrahts in das Material (z. B. TPE oder Silicon) der Schläuche der Nasenbrille oder in die Isolation des Heizdrahtes wenn ein Schlauch abgeknickt wird und der Luftfluss zur Kühlung des Heizdrahts an der Knickstelle nicht mehr ausreicht. Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen TNI-Geräts,

Fig. 2 die Sollgastemperatur bei einem Komfortwert von 5K;

Fig. 3 die Sollgastemperatur bei einem Komfortwert von 10K;

Fig. 4 die Sollgastemperatur bei einem Komfortwert von 15K;

Fig. 5 die Schlauchheizleistung bei einem Komfortwert von 5K;

Fig. 6 die Schlauchheizleistung bei einem Komfortwert von 10K;

Fig. 7 die Schlauchheizleistung bei einem Komfortwert von 15K;

Fig. 8 eine Kompressorfunktion; und

Fig. 9 einen Ein- und Ausschaltvorgang.

Figur 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen TNI-Geräts 1. Unter einem TNI- Gerät wird in dieser Schrift ein Gerät verstanden, das zur transnasalen Insufflation geeignet ist. Das TNI-Gerät 1 besteht aus einer Kompressoreinheit 2 und einer Befeuchtereinheit 3, die durch eine Versorgungsspannungsverbindung 10, eine Datenverbindung 11 sowie einen Luftweg 12 miteinander verbunden sind. Als Datenverbindung 11 wird eine Serielle-Schnittstelle eingesetzt.

Die Befeuchtereinheit 3 umfasst einen Befeuchter 19, einen Gastemperatursensor 23, einen Volumenstromsensor 24, eine Nasenbrille 27, einen Umgebungstemperatursensor 25 sowie eine Befeuchterelektronik 13. Derzeit wird für den Gastemperatursensor 23 eine Genauigkeit von ±1K als ausreichend angesehen. Der verwendete Volumenstromsensor AWM92100 24 der Firma Honeywell arbeitetet nach dem By-Pass-Prinzip und weist deshalb keine Toträume auf, um eine zuverlässige Desinfektion zu gewährleisten.

Der Befeuchter 19 kann so aufgebaut sein, wie der in der WO 2006/012877 A1 beschriebene Befeuchter. Der Befeuchter 19 ist in Figur 1 lediglich schematisch dargestellt und umfasst einen Vorratsbehälter 20 zur Aufnahme der zu verdunstenden Flüssigkeit, insbesondere von Wasser, einen Deckel 21 , der druckdicht mit dem Befeuchtergehäuse 41 schließt, eine Befeuchterheizung 18, die außen am Befeuchtergehäuse 41 angebracht ist, einen Befeuchtertemperatursensor 22, der in engem thermischen Kontakt zur Befeuchterheizung 18 angebracht ist sowie aus Sicherheitsgründen einen Temperaturschalter 17, der ebenfalls in engem thermischen Kontakt zur Befeuchterheizung 18 angebracht ist. Die Nasenbrille 27 kann so aufgebaut sein, wie es in der PCT/DE 2005/002335 beschrieben ist. Insbesondere ist durch die Schläuche der Nasenbrille ein Heizdraht 26 geführt, über den Wärmeverluste durch die Schläuche an die Umgebung ausgeglichen werden können.

In der Befeuchterelektronik wird ein Hitachi H8S/HD2328 Mikrokontroller eingesetzt. Dieser Mikrokontroller weist einen integrierten Analog-Digital-Wandler auf, dem die analogen Signale des Volumenstromsensors 24, des Befeuchtertemperatursensors 22, die Spannung einer

Batterie, sowie die verstärkten Spannungsabfälle an Serienwiderständen zu dem Heizdraht 26 und der Befeuchterheizung 18 zugeführt werden. Über die Serienwiderstände ist es möglich, die

Ströme durch den Heizdraht 26 beziehungsweise die Befeuchterheizung 18 zu messen und Defekte zu erkennen. In einer anderen Ausführungsform können auch digitale Sensoren eingesetzt werden.

Die Batterie versorgt einen Uhrenbaustein sowie statische Speicherbausteine (SRAM) mit Strom, wenn das TNI-Gerät ausgeschaltet ist. Die Batterie selbst ist in Figur 1 nicht dargestellt. Dargestellt ist lediglich der Batteriespannungssensor 14.

Mit dem Mikrokontroller sind drei Drehimpulsgeber ohne Endanschlag, nämlich ein Gasflussgeber 28, ein Startverzögerungsgeber 29 sowie ein Komfortgeber 30 verbunden. Daneben sind drei Drucktasten 31 , 32 und 33 als Bedienelemente sowie eine nicht dargestellte, zweizeilige, 20 Buchstaben breite LCD-Anzeige vorgesehen. Mit dem Gasflussgeber 28 kann ein Gasflusses zwischen 10 I pro Minute und 20 I pro Minute eingestellt werden. Mit dem Komfortgeber 30 wird ein Komfortwert eingestellt, der im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 7 erläutert wird. Mit dem Startverzögerungsgeber 29 lässt sich die Zeit einstellen, ab der der Fluss von null auf seinen Sollwert hochgefahren wird.

Obwohl die Steuerung und Regelung digital und programmgesteuert erfolgt, sind im Kasten der Befeuchterelektronik 13 die wesentlichen Steuer- und der Regelfunktionen als Dreiecke dargestellt. Für die Erfindung am wichtigsten ist die Sollgastemperaturfunktion 35, die aus dem am Volumenstromsensor 24 gemessenen Gasfluss, dem am Komfortgeber 30 eingestellten Komfortwert Co sowie der vom Umgebungstemperatursensor 25 gemessenen Umgebungstemperatur T_u die Sollgastemperatur am Auslass des Befeuchters 19 berechnet. Hierauf wird weiter unten im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 4 genauer eingegangen.

Dem Gastemperaturregler 36 wird die Sollgastemperatur Tb am Auslass des Befeuchters 19 und die vom Gastemperatursensor 23 gemessene Istgastemperatur zugeführt. Der Gastemperaturregler 36 regelt die der Befeuchterheizung 18 zugeführte Befeuchterheizleistung Pb so, dass die Sollgastemperatur und die Istgastemperatur möglichst gut übereinstimmen. Als Gasttemperatursensor 23 ist ein digitaler Temperatursensor unter anderem wegen der geringeren Störanfälligkeit gegen elektromagnetische Einstreuung vorgesehen. Falls der verwendete Mikrokontroller ausreichend viele Analogeingänge aufweist oder die Eingänge gemultiplext werden, kann auch ein analoger Gasttemperatursensor als Gasttemperatursensor 23 eingesetzt werden. Die Steuerung der Heizleistung selbst erfolgt über Pulsweitenmodulation (PWM) in einem externen Baustein. Zwecks EMV-Verträglichkeit wurde die Schaltfrequenz auf wenige Herz herabgesetzt. Mittels Stützkondensoren werden die Schaltflanken verrundet, so dass an der Heizung eine Gleichspannung mit Restwelligkeit anliegt. Der Gasttemperaturregler 36 hat optimalerweise eine PID- (proportional, integral, differential) Charakteristik. In anderen Ausführungsformen kann aber auch ein Integral- und/oder Proportionalregler eingesetzt werden.

Für die Erfindung ebenfalls wichtig ist die Schlauchheizersteuerung 39, die die Schlauchheizleistung steuert, die dem Heizdraht 26 in der Nasenbrille 27 zugeführt wird. Der Schlauchheizersteuerung werden ebenfalls der am Volumenstromsensor 24 gemessene Gasfluss, der am Komfortgeber 30 eingestellte Komfortwert sowie die vom Umgebungstemperatursensor 25 gemessene Umgebungstemperatur zugeführt. Die Steuercharakteristik der Schlauchheizersteuerung 39 wird weiter unten im Zusammenhang mit den Figuren 5 bis 7 genauer erläutert. Im wesentlichen dient die Schlauchheizleistung dazu, einen Temperaturverlust des zu applizierenden Gases beim Fließen bis zur Nasenbrille zu kompensieren. Die Ansteuerung des Heizdrahts 26 erfolgt ebenfalls mit einer PWM von wenigen Herz, wobei die Schaltflanken ebenfalls verrundet werden. Da der Heizdraht 26 in der Nasenbrille 27 eine Schleife bildet, ist hier die Emission elektromagnetischer Störungen besonders kritisch.

Die Befeuchterelektronik 13 kann ferner einen Kompressorregler 37 aufweisen, dem das Flusssignal des Volumenstromsensors 24 sowie der am Gasflussgeber 28 eingestellte Gasfluss zugeführt werden. Das Ausgangssignal des Kompressorreglers 37 wird über die Datenverbindung 11 der Kompressorelektronik 5, insbesondere einer Kompressorfunktion 38 zugeführt. Die Kompressorfunktion 38 ist beispielhaft in Figur 8 dargestellt. Die Kompressorfunktion 38 linearisiert die Kennlinie des Kompressors 6, so dass die Befeuchterelektronik 13 über die Datenverbindung 11 einen bestimmten Gasfluss anfordern kann. Der Wert PWMCU ist proportional dem Tastverhältnis, mit dem der Motor des Kompressors 6 angesteuert wird, wobei ein Wert von 255 einer Pulsweite von 100% und damit der maximalen Motor- und Kompressorleistung entspricht.

Um eine Gefährdung des Benutzers auszuschließen, wird die Temperatur des Kompressors über einen digitalen Kompressortemperatursensor 9 und der Strom durch den Motor durch einen

Motorstrom sensor 7 erfasst. Der Motorstromsensor 7 besteht aus einem niederohmigen, mit dem

Motor in Serie geschalteten Widerstand sowie einem Verstärker und einem Tiefpassfilter. Der

Verstärker passt die geringe, am Widerstand abfallende Spannung an einen Analog-Eingang des in der Kompressoreinheit 2 verwendeten Mikrokontrollers an. Als Mikrokontroller in der Kompressoreinheit 2 wird der AT90S2313 oder ein Nachfolger ins Auge gefasst. Darüberhinaus wird die Motordrehzahl über interne Hallsensoren im Motor bestimmt. Das Schaltnetzteil 4 versorgt sowohl die Kompressoreinheit 2 als auch die Befeuchtereinheit 3 über die Versorgungsspannungsverbindung 10 mit 24 V Gleichspannung. Der 3-Phasen- Kompressormotor Papst ECA27.25 wird über einen entsprechenden Wechselrichter, der auch eine Pulsweitenmodulation durchführt, direkt an 24 V betrieben. Für die Steuerelektronik selbst wird die Versorgungsspannung nocheinmal auf 12 V und 5 V herabgesetzt. Darüberhinaus werden in der Befeuchtereinheit +3,3 V und -3,3 V zur Verfügung gestellt. Gemäß der Vorschrift EN 60601-1 werden alle Pole der Spannungsversorgung durch den Schalter auf der Rückseite des Gerätes vom Netz getrennt (all poles power disconnection).

In der Befeuchterelektronik 13 können, Compliance-Daten über den Einsatz des TNI-Gerätes durch den Benutzer gespeichertund über eine USB (Universal Serial Bus)-Schnittstelle der Befeuchterelektronik 13 ausgelesen werden. Die USB-Schnittstelle ist galvanisch isoliert, damit auch Computer, die nicht der EN 60601-1 genügent ausgeschlossen werden können.

Im Stand-by-Modus erscheint auf der Anzeige Stand-By. Alle Einrichtungen des TNI-Gerätes 1, die nennenswert Energie verbrauchen, sind ausgeschaltet. Im Betriebsmodus werden in der Anzeige das Datum und die Uhrzeit sowie drei Icons für den Gasfluss, den Komfortwert beziehungsweise die Startverzögerung angezeigt. Durch Drücken der Stand-by- Drucktaste 33 kann zwischen Stand-by-Modus und Betriebs-Modus und umgekehrt gewechselt werden. Wird einer der drei Drehgeber bedient, erscheint in der oberen Zeile der Anzeige ein Balken, der durch seine Breite den eingestellten Wert darstellt, und in der unteren Zeile eine Beschreibung des betätigten Drehgebers. Dieser Modus wird nach einigen Sekunden ohne Benutzerinteraktion wieder verlassen.

Zur Programmierung des Geräts, die mindestens das Einstellen der Parameter Datum und Uhrzeit umfasst, wird das TNI-Gerät durch Betätigen der ersten Drucktaste 31 in den Programmiermodus versetzt. Durch Drücken der zweiten Drucktaste 32 werden die Parameter zyklisch weiter geschaltet. Der angezeigte Parameter blinkt und wird durch Drehen des Gasflussgebers 28 geändert. Durch Drücken der ersten Drucktaste 32 werden die Parameter gespeichert und der Programmiermodus wird verlassen.

Wie oben erwähnt wird die Sollgastemperatur am Auslass des Befeuchters 19 mit Hilfe der Sollgastemperaturfunktion 35 in Abhängigkeit des eingestellten Gasflusses, des eingestellten Komfortwerts sowie der gemessenen Umgebungstemperatur T_u bestimmt. Die von drei Parametern abhängende Sollgastemperaturfunktion ist in den Figuren 2 bis 4 dargestellt. Ferner ist in den Figuren 5 bis 7 in ähnlicher Weise dargestellt, wie die Schlauchheizleistung P_s ebenfalls in Abhängigkeit vom eingestellten Gasfluss, vom eingestellten Komfortwert sowie von der gemessenen Umgebungstemperatur eingestellt wird. In den Figuren 2 bis 7 ist auf der Y- Achse der Fluss V in l/min und auf der X-Achse die Umgebungstemperatur T_u in "C aufgetragen. In den Figuren 2 bis 4 selbst sind Linien für gleiche Sollgastemperatur Tb eingetragen, wobei der Temperaturunterschied zwischen zwei benachbarten Linien 2,5 K beträgt und die Zahlen im Diagramm die Sollgastemperatur in ⁰C angeben. In den Figuren 5 bis 7 sind Linien für gleiche Schlauchheizleistung P_s in eingetragen, wobei die Zahlen die Schlauchheizleistung in W angeben und als Dezimaltrennzeichen ein Punkt verwendet wird. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Linien entspricht einem Schlauchheizleistungsunterschied von 1 ,25 W.

Die Figuren 2 bis 7 stellen das Ergebnis von umfangreichen Versuchen dar. Ziel dieser Versuche war es, die Feuchte und Temperatur des applizierten Gases so einzustellen, dass es vom Benutzer als möglichst angenehm empfunden wird.

Es stellte sich heraus, dass die Benutzer eine Temperatur von 10 K über der Umgebungstemperatur bei einer relativen Luftfeuchte von ca. 80% als angenehm empfanden. Daraus ergibt sich, dass die Befeuchtertemperatur in etwa der Temperatur des applizierten Gases entsprechen muss, um 80% relative Feuchte zu erreichen und die Temperatur des applizierten Gases in den Schläuchen der Nasenbrille nicht viel unter die Befeuchtertemperatur fallen darf, um Kondensation zu vermeiden. Tatsächlich ergibt sich aus einer genauen Auswertung der Versuchsdaten, dass beim eingesetzten, aus der WO 2006/012877 A1 bekannten Befeuchter die Befeuchtertemperatur wenige K über der Temperatur des applizierten Gases liegen muss, damit das applizierte Gas beim Austritt aus der Nasenbrille 80% relative Feuchte aufweist. Der Heizdraht 26 wird also so gesteuert, das er Wärmeverluste an die Umgebung der Nasenbrille 27 fast ausgleicht.

Um den Benutzern eine weitere Einstellmöglichkeit zu geben, die einigermaßen unabhängig von Umgebungsbedingungen, insbesondere der Umgebungstemperatur, zu gleichem Wohlbefinden führt, wurde der Komfortwert Co eingeführt. Er gibt den Temperaturunterschied zwischen der Umgebungstemperatur und der Temperatur des applizierten Gases an. Wie oben ausgeführt, wird ein Temperaturunterschied von 10 K in der Regel als angenehm empfunden. Dieser Komfortwert Co wurde für Figur 3 und 6 gewählt. In den Figuren 2 und 5 wurde ein Komfortwert von 5 K eingestellt. In den Figuren 4 und 7 wurde ein Komfortwert von 15 K eingestellt. Im derzeit angedachten TNI-Gerät ist der Komfortwert nicht in K geeicht. Vielmehr entspricht ein mittellanger Balken in der Anzeige einem Temperaturunterschied von 10 K. Ein längerer oder kürzerer Balken steht qualitativ für einen größeren beziehungsweise kleineren Tem peratu ru ntersch ied .

Es wird davon ausgegangen, dass im Betrieb der Gasfluss V über 10 l/min liegt. Sollte der Gasfluss unter 10 l/min fallen so ist vermutlich ein Schlauch der Nasenbrille abgeknickt. Um eine lokale Überhitzung an der Knickstelle und damit ein Einschmelzen des Heizdrahts 26 in das Schlauchmaterial der Nasenbrille zu verhindern, wird unterhalb von 10 l/min sowohl die Sollgastemperatur als auch die Schlauchheizleistung abgesenkt. Dies kann wie in den Figuren 5 bis 7 dargestellt näherungsweise linear erfolgen, so dass bei einem Fluss von 5 l/min oder darunter die Schlauchheizleistung auf 0 abgesenkt wird. Der Abfall der Befeuchterheizleistung ist steiler, weil die Befeuchterheizleistung dann abgeschaltet wird, wenn die Sollgastemperatur unter die Umgebungstemperatur fällt. Dies ist in Figuren 2 bis 4 unterhalb von etwa 8 l/min der Fall.

Im folgenden wird der Betriebsbereich oberhalb eines Gasflusses von 10 l/min diskutiert. Die Gasttemperatur am Auslass der Nasenbrille soll aufgrund von Zulassungsvorschriften nicht über 41⁰C liegen. Deshalb erkennt man in Figuren 2 bis 4, dass bei Umgebungstemperaturen T_u oberhalb von (41 "C-Komfortwert), also 36°C in Figur 2, 31⁰C in Figur 3 sowie 26°C in Figur 4 die Abstände zwischen den Linien gleicher Sollgastemperatur größer werden, so dass die Sollgastemperatur allmählich in eine Sättigung gefahren wird. In keiner Figur findet sich eine Linie für 42,5°C, so dass die Sollgastemperatur tatsächlich auf 41 ^CC begrenzt ist. Insbesondere in den Figuren 2 und 4 verlaufen die Linien gleicher Sollgastemperatur über 10 l/min und Temperaturen unterhalb von 30°C bzw. 20⁰C in etwa parallel zur Y-Achse, so dass hier die Abhängigkeit der Sollgastemperatur vom Gasfluss gering ist. In Figur 3 sind die Linien gleicher Sollgastemperatur etwas stärker geneigt, so dass bei gleicher Umgebungstemperatur die Sollgastemperatur mit dem Gasfluss zunimmt. Unterhalb von 20⁰C Umgebungstemperatur und oberhalb eines eines Flusses von 11 l/min beträgt die Zunahme der Sollgastemperatur etwa 0,2 K/(l/min). Im Übergangsbereich zur Sättigung der Sollgastemperatur zwischen 20°C und 30⁰C beträgt die Zunahme der Sollgastemperatur aufgrund des größeren Abstands der Linien gleicher Sollgastemperatur etwa 0,1 K/(l/min).

In den Figuren 5 bis 7 erkennt man bei Gasflüssen oberhalb von 10 l/min dass die Schlauchheizleistung mit steigender Umgebungstemperatur T_u heruntergefahren wird, weil aufgrund der geringeren Temperaturdifferenz zur Umgebung weniger nachgeheizt werden muss. Das Maximum der Heizleistung in den Figuren 5 und 6 bei 25°C Umgebungstemperatur ergab sich aus den Messungen. Eine Erklärung hierfür kann im Augenblick nicht angeboten werden.

Bei Gasflüssen oberhalb von 10 l/min, in den Figuren 5 und 6 oberhalb von 25°C und in Figur 7 im gesamten Umgebungstemperaturbereich weisen die Linien gleicher Schlauchheizleistung ein starkes Gefälle auf. Deshalb sinkt die Heizleistung bei gleicher Umgebungstemperatur mit 0,05 bis 0,2 W/(l/min) bei steigendem Gasfluss. Wie oben erwähnt, kompensiert die Schlauchheizleistung den Wärmeverlust an die Umgebung nicht vollständig. Strömt mehr Gas, transportiert das Gas mehr Wärmeenergie in den Schlauch, so dass die Schlauchheizleistung herunter geregelt werden kann. Wie im Zusammenhang mit den Figur 2 bis 4, insbesondere Figur 3, erläutert wurde, wird die Sollgastemperatur mit steigendem Gasfluss zusätzlich angehoben, was bei gleicher Temperatur des applizierten Gases zu einer stärkeren Abkühlung des Gases in den Schläuchen der Nasenbrille und damit zu einer geringeren Schlauchheizleistung führen muss. Die Figuren 2 bis 7 beschreiben das Verhalten des TNI-Gerätes, insbesondere das Verhalten der Sollgastemperaturfunktion und der Schlauchheizung im Betriebsmodus. Nach dem Einschalten durch den Benutzer wird ein Startprogramm durchlaufen, bevor das Gerät in den Betriebsmodus übergeht. Nach dem Ausschalten durch den Benutzer wird das TNI-Gerät zunächst in einen Ausschaltmodus versetzt, bevor es endgültig abgeschaltet wird. Dies wird im Folgenden anhand von Fig. 9 erläutert.

Das Startprogramm läuft zwischen den Zeiten t| und I₃ ab. Der Benutzer soll nach dem Einschalten des TNI-Gerätes durch Drücken der Stand-By-Taste 33 zum Zeitpunkt t| zunächst einschlafen, bevor das TNI-Gerät zum Zeitpunkt t₃ in den Betriebsmodus übergeht. Beim Übergang in den Betriebsmodus soll der Benutzer nicht aufgeweckt werden. Deshalb kann, wie oben erwähnt, über den Startverzögerungsgeber 29 eine Startverzögerungszeit (t₂-t|) im Bereich von 0 bis 60 min eingegeben werden, in der das TNI-Gerät im wesentlichen nichts tut. Bis zum Zeitpunkt t₂ wird insbesondere kein nennenswerter Gasfluss eingestellt, so dass der Benutzer das applizierte Gas nicht als besonders störend empfindet, auch wenn die Gastemperatur und Feuchte noch nicht optimal eingestellt sind.

Die Startverzögerungszeit wird aber genutzt, um den Flüssigkeitsvorrat in der Wanne vorzuwärmen. Bei dem in Figur 1 dargestellten TNI-Gerät ist jedoch kein Temperatursensor vorgesehen, der die Temperatur der Flüssigkeit im Befeuchter direkt misst. Die Leistung P_b1 kann aus folgender Formel (1) berechnet werden:

Dabei bezeichnen CH₂Q die Wärmekapazität des Flüssigkeitsvorrats und des Befeuchters 19,

Tb₈ die Sollgastemperatur am Auslass des Befeuchters 19, T_u die Umgebungstemperatur, -2 - t-_j die Startverzögerungszeit sowie W die Wärmeleitfähigkeit zwischen Befeuchterheizung

und Umgebung. Der Term C_|_|₂o — — — berücksichtigt die Leistung, die zur Erwärmung der t₂ - t<_| Flüssigkeit dient, der Term W(T_bs -T_u) berücksichtigt Wärmeverluste an die Umgebung, die um so stärker ins Gewicht fallen, je länger die Startverzögerungszeit ist. Dabei wird angenommen, dass der Flüssigkeitsvorrat zum Zeitpunkt t-i Umbebungstemperatur hat. Das muss nicht so sein, wenn der Flüssigkeitsvorrat gerade nachgefüllt wurde. Außerdem hängt die Wärmekapazität CH₂O eigentlich vom Füllstand ab, wird aber als konstant angenommen. Bei kurzen Startverzögerungszeiten t₂ - t-_j und kalten Umgebungstemperaturen T_u kann Leistung PM größer als die Leistung P_b3 werden. Aus dem Wärmewiderstand zwischen Befeuchterheizung 18 und Flüssigkeitsvorrat in der Wanne 20, der Heizleistung sowie der vom Befeuchtertemperatursensor 22 gemessenen Temperatur kann man auf die Flüssigkeitstemperatur T_F gemäß Formel (2) schließen:

T T , b1 / o \

^{Tp = Tu +} vV_b ^{( 2 )}

Dabei bezeichnet W_b die Wärmeleitfähigkeit zwischen Befeuchterheizung 18 und Flüssigkeitsvorrat. Die Wärmeleitfähigkeit ist unter Umständen großen Schwankungen unterworfen und schlecht reproduzierbar. Trotzdem ist dieses Verfahren vor allem dann gut, wenn oder sobald die Flüssigkeitstemperatur ungefähr stimmt und damit die Heizleistung P_b abgesenkt werden kann. Die Flüssigkeitstemperatur T_F kann als Istwert in einer Regelschleife verwendet werden.

Außerdem hat das geförderte Gas am Auslass des Befeuchters etwa die Flüssigkeitstemperatur T_F. Je größer der Gasfluss, desto schneller und genauer kann die Flüssigkeitstemperatur mittels des Gasttemperatursensors 23 gemessen werden. Der Gasfluss V^ hat vor allem den Zweck, eine Kondensation im Volumenstromsensor 24 zu vermeiden und beträgt zwischen 1 und 5 l/min.

Beim Vorheizen des Flüssigkeitsvorrats können Überschwinger zu hohen Temperaturen provoziert und zum Abtöten von Krankheitseregem ausgenutzt werden. Die drei oben erläuterten Verfahren zum Vorheizen des Flüssigkeitsvorrats können auch kombiniert werden.

Die Schlauchheizleistung P_s1 bleibt während der Startverzögerungszeit, also zwischen t-i und t₂ ausgeschaltet. Eine Kondensation in den Schläuchen der Nasenbrille wird in Kauf genommen. In einer anderen Ausführungsform kann die Schlauchheizleistung P_s1 auf maximal 5 W eingestellt werden.

Zum Zeitpunkt t₂ wechselt das TNI-Gerät in einen Rampenmodus, in dem der Gasfluss V sowie die Schlauchheizleistung P_s beispielsweise linear auf die aus den Figuren 2 bis 7 bestimmten

Betriebswerte V3 und P_s3 angehoben werden.

Die Sollgastemperaturfunktion 35 und der Gastemperaturregler 36 bestimmen die Befeuchterheizleistung während des Rampenmodus. Dies hat zur Folge, dass die Befeuchterheizleistung zunächst auf 0 absinkt und ab einem Fluss von etwa 8 - 9 l/min schnell ansteigt. Wünschenswerter wäre ein linearer Verlauf, der in Fig. 9 gestrichelt eingetragen ist, unbedingt notwendig ist dieser aber nicht, da die Zeitdauer ohne Befeuchterheizleistung durch die nachfolgend beschriebene Rampendauer zeitlich sehr begrenzt ist.

Zum Zeitpunkt t₃ wechselt das TNI-Gerät in den Betriebsmodus. Die Rampendauer t₃-t₂ kann im Bereich von 10s bis 600s als Parameter im TNI-Gerät eingestellt werden. Der Ausschaitmodus zwischen den Zeitpunkten U und t₅ dient vor allem dazu, die Nasenbrille trocken zu blasen und so Kondensation nach dem Abschalten der Befeuchterheizung 18 zu verhindern. Der Ausschaltmodus wird durch Drücken der Stand-By-Taste 33 zum Zeitpunkt U gestartet. Wird die Stand-By-Taste 33 während des Startprogramms gedrückt, wird ebenfalls in den Ausschaltmodus gewechselt. Wie in Figur 9 dargestellt, wird während des Ausschaltmodus wird die Befeuchterheizung sofort abgeschaltet, wohingegen der Gasfluss und die Schlauchheizleistung während des Ausschaltmodus konstant gehalten werden. Das TNI-Gerät kann vollständig abgeschaltet und damit der Ausschaltmodus beendet werden, wenn die vom Gasttemperatursensor gemessene Temperatur unter einen Schwellenwert fällt, der beispielsweise als arithmetisches Mittel aus der Sollgastemperatur beim Abschalten des TNI- Gerätes durch den Benutzer und der Umgebungstemperatur berechnet werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann eine maximale Zeit für den Ausschaltmodus als Parameter des TNI-Gerät programmiert werden. Obwohl bisher allgemein Gas erwähnt wurde, wird insbesondere Umgebungsluft durch erfindungsgemäße TNI-Geräte gefördert und appliziert.

Die Erfindung wurde zuvor anhand von bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. Für einen Fachmann ist jedoch offensichtlich, dass verschiedene Abwandlungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. Deshalb wird der Schutzbereich durch die nachfolgenden Ansprüche und ihre Äquivalente festgelegt.

Bezugszeichenliste

1 TNI-Gerät

2 Kompressoreinheit

5 3 Befeuchtereinheit

4 Schaltnetzteil

5 Kompressorelektronik

6 Kompressor

7 Motorstromsensor

10 8 Korn pressortem peratu rschalter

9 Kompressortemperatursensor

10 Versorgungsspannungsverbindung

11 Datenverbindung

12 Luftweg

15 13 Befeuchterelektronik

14 Batteriespannungssensor

15 Schlauchstromsensor

16 Heizstromsensor

17 Befeuchtertemperaturschalter

20 18 Befeuchterheizung

19 Befeuchter

20 Wanne

21 Deckel

22 Befeuchtertemperatursensor

25 23 Gasttemperatursensor

24 Volumenstromsensor

25 Umgebungstemperatursensor

26 Heizdraht

27 Nasenbrille

30 28 Gasflussgeber

29 Startverzögerungsgeber

30 Komfortgeber

31 , 32, 33 Drucktaste

34 Sollgastemperatur

35 35 Sollgastemperaturfunktion

36 Gasttemperaturregler

37 Kompressorregler

38 Kompressorfunktion Schlauchheizersteuerung Befeuchtergehäuse

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Steuerung eines TNI-Geräts (1 ) mit:

Messen (23) der Istgastemperatur am Auslass des Befeuchters (19).

2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , gekennzeichnet durch:

Bestimmen einer Sollgastemperatur (34) für den Auslass des Befeuchters (19); und

Steuern (36) der Heizleistung der Befeuchterheizung (18), so dass die Istgastemperatur möglichst gleich der Sollgastemperatur ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollgastemperatur (34) in Abhängigkeit einer Umgebungstemperatur (25) des TNI-Geräts (1 ) bestimmt wird.

4. Verfahren zur Steuerung eines TNI-Geräts (1 ) mit:

Bestimmen einer Sollgastemperatur (34) des Gases am Auslass eines Befeuchters (19) des TNI-Geräts (1) in Abhängigkeit einer Umgebungstemperatur (25) des TNI-Geräts (1).

5. Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollgastemperatur (34) etwa 10 K über der Umgebungstemperatur (25) liegt und die

Sollgastemperatur auf maximal 41⁰C begrenzt ist.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollgastemperatur (34) in Abhängigkeit eines Gasflusses (28) im TNI-Gerät bestimmt wird.

7. Verfahren zur Steuerung eines TNI-Geräts (1 ) mit:

Bestimmen einer Sollgastemperatur (34) des Gases am Auslass eines Befeuchters (19) des TNI-Geräts (1 ) in Abhängigkeit eines Gasflusses (28) im TNI-Gerät.

8. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollgastemperatur (34) mit steigendem Gasfluss (28) leicht zunimmt.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollgastemperatur (34) in Abhängigkeit eines von einem Benutzer vorgegebenen

Komfortwerts (30) bestimmt wird.

10. Verfahren zur Steuerung eines TNI-Geräts (1 ) mit: Bestimmen einer Sollgastemperatur (34) des Gases am Auslass eines Befeuchters (19) des TNI-Geräts (1) in Abhängigkeit eines von einem Benutzer vorgegebenen Komfortwerts (30).

11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Komfortwert (30) angibt, um wie viele Kelvin die Sollgastemperatur (34) über der

Umgebungstemperatur (25) liegt, wobei die Sollgastemperatur (34) auf maximal 41°C begrenzt ist.

12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung, die einem Heizdraht (26) in der Nasenbrille (27) eines TNI-Geräts (1) zugeführt wird, so eingestellt wird, dass Gas beim Austritt aus der Nasenbrille (27) etwa die gleiche Temperatur hat, die das Gas beim Austritt aus dem Befeuchter hatte.

13. Verfahren zur Steuerung eines TNI-Geräts (1 ) mit:

Einstellen der Heizleistung eines Heizdrahts (26) in einer Nasenbrille (27) eines TNI- Geräts (1 ) so, dass ein Gas beim Austritt aus der Nasenbrille (27) in etwa die gleiche Temperatur hat, die das Gas beim Austritt aus einem Befeuchter (19) des TNI-Geräts (1 ) hatte.

14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung des Heizdrahts (26) mit steigendem Gasfluss (28) abnimmt, wobei die Steigung beispielsweise -2% der maximalen Heizleistung bei 10l/min Gasfluss, vorgegebener Umgebungstemperatur (25) und vorgegebenem Komfortwert (30) pro 1 l/min Gasflussunterschied beträgt.

15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung des Heizdrahts (26) unterhalb eines Gasflusses von 8l/min abgeschaltet wird.

16. TNI-Gerät mit einer Befeuchtereinheit (3), wobei die Befeuchtereinheit umfasst:

einen Befeuchter (19) mit einem Einlass und einem Auslass für Gas;

gekennzeichnet durch:

einen Gastemperatursensor (23), der die Gastemperatur am Auslass des Befeuchters (19) misst.

17. TNI-Gerät gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das TNI-Gerät ferner umfasst:

eine Heizung (18) für den Befeuchter (19); und einen Temperaturregler (35, 36), der die der Heizung (18) zugeführten Leistung so regelt, dass die vom Temperatursensor (23) gemessene Temperatur mit einer Sollgastemperatur (34) übereinstimmt.

18. TNI-Gerät gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das TNI-Gerät (1 ) einen Umgebungstemperatursensor (25) zur Messung der Umgebungstemperatur aufweist, wobei die Umgebungstemperatur an den Temperaturregler (35,36) übergeben wird.

19. TNI-Gerät mit einer Befeuchtereinheit (3), wobei die Befeuchtereinheit umfasst:

einen Befeuchter (19) mit einem Einlass und einem Auslass für Gas;

eine Heizung (18) für den Befeuchter (19); und

einen Temperaturregler (35, 36) zur Steuerung der der Heizung (18) zugeführten

Heizleistung;

gekennzeichnet durch:

einen Umgebungstemperatursensor (25), der eine Umgebungstemperatur des TNI-Geräts (1 ) misst,

wobei der Temperaturregler (35, 36) mit dem Temperatursensor (25) elektrisch verbunden ist und der Temperaturregler (35, 36) die Heizleistung in Abhängigkeit des vom Umgebungstemperatursensor (25) gelieferten Signals einstellt.

20. TNI-Gerät gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das TNI- Gerät (1 ) ferner einen Gasflussgeber (28) zur Einstellung des Gasflusses aufweist, wobei der Temperaturregler (35, 36) elektrisch mit dem Gasflussgeber (28), verbunden ist und der

Temperaturregler (35, 36) die Sollgastemperatur (34) in Abhängigkeit vom eingestellten Gasfluss ändert.

21. TNI-Gerät mit einer Befeuchtereinheit (3), wobei die Befeuchtereinheit umfasst:

einen Befeuchter (19) mit einem Einlass und einem Auslass für Gas;

eine Heizung (18) für den Befeuchter (19); und

einen Temperaturregler (35, 36) zur Steuerung der der Heizung (18) zugeführten Heizleistung;

gekennzeichnet durch:

einen Gasflussgeber (28) zur Einstellung eines Gasflusses, wobei der Temperaturregler (35, 36) mit dem Gasflussgeber (28) elektrisch verbunden ist und der Temperaturregler (35, 36) die Heizleistung in Abhängigkeit des eingestellten Gasflusses einstellt, wobei die Heizleistung um so höher ist, je höher der Gasfluss ist.

22. TNI-Gerät gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das TNI- 5 Gerät (1 ) ferner einen Komfortgeber (30) zur Einstellung eines Komfortwerts aufweist, wobei der Temperaturregler (35, 36) elektrisch mit dem Komfortgeber (30) verbunden ist und der Temperaturregler (35, 36) die Sollgastemperatur (34) in Abhängigkeit vom eingestellten Komfortwert ändert, wobei eine Erhöhung des Komfortwerts die Sollgastemperatur (34) erhöht.

10 23. TNI-Gerät mit einer Befeuchtereinheit (3), wobei die Befeuchtereinheit umfasst:

einen Befeuchter (19) mit einem Einlass und einem Auslass für Gas;

eine Heizung (18) für den Befeuchter (19); und

15 gekennzeichnet durch:

einen Komfortgeber (30) zur Einstellung eines Komfortwerts,

wobei der Temperaturregler (35, 36) mit dem Komfortgeber (30) elektrisch verbunden ist und der Temperaturregler (35, 36) die Heizleistung in Abhängigkeit des Komfortwerts einsteilt, wobei die Heizleistung um so höher ist, je höher der Komfortwert ist.

20 24. TNI-Gerät mit:

einer Nasenbrille (27) in der ein Heizdraht (26) verläuft;

einer Schlauchheizersteuerung (39), die elektrisch mit dem Heizdraht (26) verbunden ist und dem Heizdraht (26) elektrische Leistung zuführt;

gekennzeichnet durch:

25 einen Umgebungstemperatursensor (25), der eine Umgebungstemperatur des TNI-Geräts

(1) misst, wobei die Schlauchheizersteuerung (39) die elektrische Leistung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur einstellt.

25. TNI-Gerät gemäß gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das TNI-Gerät (1 ) ferner einen Komfortgeber (30) zur Einstellung eines Komfortwerts aufweist, wobei die

30 Schlauchheizersteuerung (39) elektrisch mit dem Komfortgeber (30) verbunden ist und die Schlauchheizersteuerung (39) elektrische Leistung in Abhängigkeit vom Komfortwert einstellt, wobei ein hoher Komfortwert zu einer hohen Heizleistung führt.

26. TNI-Gerät mit einer Befeuchtereinheit (3), wobei die Befeuchtereinheit umfasst:

eine Nasenbrille (27) in der ein Heizdraht (26) verläuft;

eine Schlauchheizersteuerung (39), die elektrisch mit dem Heizdraht (26) verbunden ist und dem Heizdraht (26) elektrische Leistung zuführt;

gekennzeichnet durch:

einen Komfortgeber (30) zur Einstellung eines Komfortwerts,

wobei die Schlauchheizersteuerung (39) mit dem Komfortgeber (30) elektrisch verbunden ist und die Schlauchheizersteuerung (39) die elektrische Leistung in Abhängigkeit des

Komfortwerts einstellt, wobei elektrische Leistung um so höher ist, je höher der Komfortwert ist.

27. TNI-Gerät gemäß einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das TNI- Gerät (1) ferner einen Gasflussgeber (28) zur Einstellung des Gasflusses aufweist, wobei die Schlauchheizersteuerung (39) elektrisch mit dem Gasflussgeber (28) verbunden ist und die Schlauchheizersteuerung (39) die elektrische Leistung in Abhängigkeit vom eingestellten Gasfluss ändert.

28. TNI-Gerät mit einer Befeuchtereinheit (3), wobei die Befeuchtereinheit umfasst:

eine Nasenbrille (27) in der ein Heizdraht (26) verläuft;

gekennzeichnet durch:

einen Gasflussgeber (28) zur Einstellung des Gasflusses aufweist, wobei die Schlauchheizersteuerung (39) mit dem Gasflussgeber (28) elektrisch verbunden ist und die Schlauchheizersteuerung (39) die elektrische Leistung in Abhängigkeit vom eingestellten Gasfluss einstellt, wobei elektrische Leistung um so höher ist, je höher der Komfortwert ist.