CN107261276A - 一种呼吸机的加热系统及呼吸机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种呼吸机的加热系统及呼吸机，该呼吸机包括湿化器，该加热系统包括电机和加热单元，加热单元包括半导体器件，半导体器件被设置为将电机制动过程中产生的电能转换为热能、以对湿化器内的液体进行加热。通过本发明的呼吸机的加热系统，能够将电机产生的制动回馈能量转换为热能对湿化器内的液体进行加热，加快了湿化器内液体的温度上升速度，缩短了湿化器达到预期湿化效果的反应时间；实现了能量再利用，节约能源的目的；加热单元采用的半导体器件成本低、体积小，能够节省该加热系统的电路空间，且半导体器件的外壳上均设置有散热片，能够将其产生的热量快速传导至湿化器内，避免加热系统的温度持续升高。

Description

一种呼吸机的加热系统及呼吸机

技术领域

本发明涉及呼吸机技术领域，更具体地，本发明涉及一种呼吸机的加热系统及呼吸机。

背景技术

呼吸机是指预期用于家庭或医院等医疗环境，治疗呼吸衰竭、呼吸功能不全、睡眠呼吸暂停综合症(SAS)及相关疾病的医疗设备，通常包括电机、加热单元和湿化器，电机作为驱动部件，将电能转化为动能，为病人提供具有一定压力及流速的气体；现有的湿化器的底部具有用于传导热量的导热材料，加热单元设置在该导热材料上，加热单元将电源提供的电能转换为热能、并通过该导热材料传导至湿化器内的液体中，使得液体的温度升高、进而加快液体的蒸发速率，以改变提供至病人端的气体的湿度，即对气体进行湿化。

但是现有的湿化器在满刻度加满水后存在温度上升较慢，达到预期湿化效果的反应时间过长的问题。

电机遵循电磁感应规律，在电机运行时，线圈感应电动势，电动势大小与电机速度成正比。电机作为机电转化装置，在感应电动势大于电机工作电压时，使电机进入发电机制动状态，将多余的动能转化电能。若这部分能量不能很好的消耗掉，将给呼吸机造成温度升高、减少寿命、烧毁器件等损坏。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种能够解决电机制动产生的电能不消耗掉将会对呼吸机造成损坏的问题的新的技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种呼吸机的加热系统，所述呼吸机包括湿化器，所述加热系统包括电机和加热单元，所述加热单元包括半导体器件，所述半导体器件被设置为将所述电机在制动过程中产生的电能转换为热能、以对所述湿化器内的液体进行加热。

可选的是，所述加热单元还包括导热材料，所述半导体器件设置在所述导热材料上，所述半导体器件转换的热能通过所述导热材料对所述湿化器内的液体进行加热。

可选的是，所述加热系统还包括储能元件，所述储能元件被设置为存储所述电能，并将至少部分所述电能释放至所述半导体器件。

可选的是，所述储能元件为电容。

可选的是，所述储能元件、所述电机和所述加热单元并联连接在所述能量回馈制动加热系统的电源端和接地端之间。

可选的是，所述半导体器件为P型达林顿管，所述加热单元还包括第一电阻，所述P型达林顿管的发射极与所述电源端连接，所述P型达林顿管的集电极与所述接地端连接，所述P型达林顿管的基极经所述第一电阻与所述接地端连接。

可选的是，所述加热单元还包括稳压二极管，所述稳压二极管连接在所述P型达林顿管的基极和所述接地端之间，其中，所述稳压二极管的阳极与所述接地端连接。

可选的是，所述半导体器件为N型达林顿管，所述加热单元还包括第二电阻，所述N型达林顿管的发射极与所述接地端连接，所述N型达林顿管的集电极与所述电源端连接，所述N型达林顿管的基极经第二电阻与所述电源端连接。

可选的是，所述加热单元还包括稳压二极管，所述稳压二极管连接在所述N型达林顿管的基极和所述电源端之间，其中，所述稳压二极管的阳极与所述基极连接。

可选的是，所述加热单元还用于将所述加热系统的电源端提供的电能转换为热能,以对所述湿化器内的液体进行加热。

根据本发明的第二方面，提供了一种呼吸机，包括根据本发明第一方面所述的加热系统。

本发明的发明人发现，在现有技术中，存在电机制动产生的电能不消耗掉将会对呼吸机造成损坏的问题。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。

本发明的一个有益效果在于，通过本发明的呼吸机的加热系统，能够将电机在制动过程中产生的电能转换为热能对湿化器内的液体进行加热，实现了电机制动回馈能量的再利用，节约能源的目的。加热单元采用的半导体器件成本低、体积小，能够节省该加热系统的电路空间，且半导体器件的外壳上均设置有散热片，能够将其产生的热量快速传导至湿化器内，避免加热系统的温度持续升高。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明呼吸机的加热系统的一种实施结构的方框原理图；

图2是根据本发明呼吸机的加热系统的另一种实施结构的方框原理图；

图3是根据本发明加热单元的一种实施结构的电路原理图；

图4是根据本发明加热单元的另一种实施结构的电路原理图。

附图标记说明：

U1-电机； U2-加热单元；

U3-储能元件； D1-稳压二极管；

R1、R2-电阻； Q1-P型达林顿管；

e1-P型达林顿管的发射极； b1-P型达林顿管的基极；

c1-P型达林顿管的集电极； Q2-N型达林顿管；

e2-N型达林顿管的发射极； b2-N型达林顿管的基极；

c2-N型达林顿管的集电极； VCC-电源端；

GND-接地端； P1-第一连接点；

P2-第二连接点。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了解决现有技术中存在的电机制动产生的电能不消耗掉将会对呼吸机造成损坏的问题，提供了一种呼吸机的加热系统。其中，该呼吸机包括湿化器。

如图1所示，该加热系统包括电机U1和加热单元U2，加热单元U2包括半导体器件，该半导体器件被设置为将电机U1制动过程中产生的电能转换为热能、以对湿化器U3内的液体进行加热。其中，电机U1在制动过程中可以将机械能转换电能，该电能即为电机制动回馈能量。

这样，通过本发明的呼吸机的加热系统，能够将电机制动产生的电能转换为热能、以对湿化器内的液体进行加热，实现了对电机制动回馈能量的再利用，可有效抑制电能施泄放不及时施加到电机上使得电机温度升高而导致输出效率降低的问题；还可以有效的降低呼吸机其他电路及电机的温度，提高呼吸机的使用寿命；还可以减少能源损耗，间接减低成本。

加热单元U2还可以用于将该加热系统的电源端VCC提供的电能转换为热能、以对湿化器U3内的液体进行加热，保证湿化器U3的湿化能力。具体的，加热单元U2在接收到电源端VCC提供的电能的情况下，无论电机U1是否制动产生电能，均能够通过加热单元U2对湿化器U3内的液体进行加热。加热单元U2中用于将电源端VCC提供的电能转换为热能的元件、和用于将电机U1制动过程中产生的电能转换为热能的元件可以相同，也可以不同。电源端VCC还用于向电机U1提供供电电压。这样，通过本实施例的加热系统，就可以加快湿化器内液体的温度上升速度，进而缩短湿化器达到预期湿化效果的反应时间。

具体的，半导体器件例如可以为N型三极管、P型三极管、N沟道MOS管、P沟道MOS管、N型达林顿管、P型达林顿管或者是绝缘栅双极型晶体管等。半导体器件的相对于制动开关控制的再生电阻结构而言，具有成本低、体积小、电路结构简单等优点，能节省该加热系统的电路空间；而且半导体器件的外壳上均设置有散热片，能够将其转换的热量快速传导至湿化器内，避免加热单元转换的热能使得加热系统的温度升高、进而导致能量回馈系统的电路发生损坏的问题发生。

进一步地，该加热系统还可以包括储能元件U4，储能元件U4被设置为存储电机制动过程中产生的电能，并将至少部分电能释放至半导体器件。其中，该储能元件U4例如可以为电容、电感或者化学电池。这样，通过该储能元件U4能够进一步提高电能的利用率。

在此基础上，如图2所示，储能元件U4、电机U1和加热单元U2可以是并联连接该加热系统的电源端VCC和接地端GND之间。其中，电源端VCC提供的供电电压即为电机U1的工作电压。电机制动产生的电能可以输出至储能元件U4进行存储，还可以输出至加热单元U2进行再利用。

由于达林顿管的放大倍数大于普通三极管的放大倍数，因此，半导体器件可以为达林顿管，这样能够进一步提高电机制动回馈能量的利用率。

具体的，在电机U1的制动过程中，电机U1产生的电能将回馈至电源端VCC，电机U1两端产生电动势，使得电源端VCC的电压升高，电源端VCC的电压为保证电机U1正常工作的供电电压和电机U1制动产生的电动势的和，供电电压和该电动势的电能可以均存储至储能元件U4，在电源端VCC的电压上升至高于加热单元U2的开启电压时，加热单元U2开始才开始将高于开启电压的部分的电能转换为热能。

在本发明的第一实施例中，如图3所示，该半导体器件为P型达林顿管Q1，该加热单元U2还包括第一电阻R1，P型达林顿管Q1的发射极e1与电源端VCC连接，P型达林顿管Q1的集电极c1与接地端GND连接，P型达林顿管Q1的基极b1经第一电阻R1连接至接地端GND。其中，第一电阻R1可以起到过流保护作用，防止过流损坏半导体器件。为了减少电能的浪费，第一电阻R1的阻值可以较小，那么就可以降低第一电阻R1的功耗。

具体的，电机U1在制动过程中将机械能转换为电能，电源端VCC的电压升高，即P型达林顿管Q1的发射极e1的电压升高，进而P型达林顿管Q1的基极b1电压也升高，当达到P型达林顿管Q1的开启电压时，P型达林顿管Q1导通发热，消耗电机U1产生的电能，且该P型达林顿管Q1工作在线性区，那么，发射极e1的电流就是基极b1电流的β倍，其中，β为P型达林顿管Q1的电流放大倍数，例如可以为100，这样，加热单元U2的功耗主要是产生在P型达林顿管Q1上，第一电阻R1的功耗很小可以忽略，这样，就能够提高能量的利用率，而且P型达林顿管Q1工作在线性区，能够得到更加准确的加热单元U2的开启电压，便于对电能的再利用进行精确控制。当电机U1停止制动时，电源端VCC的电压下降，即P型达林顿管Q1的发射极e1的电压下降，当发射极e1的电压小于加热单元的开启电压时，P型达林顿管Q1截止。

在本发明的第二实施例中，如图4所示，该半导体器件为N型达林顿管Q2，该加热单元U2还包括第二电阻R2，N型达林顿管Q2的发射极e1与接地端GND连接，N型达林顿管Q2的集电极c2与电源端VCC连接，N型达林顿管Q2的基极b2经第二电阻R2与电源端VCC连接。其中，第二电阻R2可以起到过流保护作用，防止过流损坏半导体器件。为了减少电能的浪费，第二电阻R2的阻值可以较小，那么就可以降低第二电阻R2的功耗。

具体的，电机U1在制动过程中将机械能转换为电能，电源端VCC的电压升高，当达到N型达林顿管Q2的开启电压时，N型达林顿管Q2导通发热，消耗电机U1产生的电能，且该N型达林顿管Q2工作在线性区，那么，发射极e1的电流就是基极b1电流的β倍，其中，β为N型达林顿管Q2的电流放大倍数，例如可以为100，这样，加热单元的功耗主要是产生在N型达林顿管Q2上，第一电阻R1的功耗很小可以忽略，这样，就能够提高能量的利用率，而且N型达林顿管Q2工作在线性区，能够得到更加准确的加热单元的开启电压，便于实现对电动势再利用的准确控制。当电机停止制动时，电源端VCC的电压下降至小于加热单元的开启电压时，N型达林顿管Q2均截止。

进一步地，为了能够使得该加热单元U2只有在电机U1产生电能时才对湿化器内的液体加热，可以使得加热单元U2的开启电压高于电源端VCC提供的供电电压。由于电源端VCC提供的供电电压可能不稳定、会在一定范围内波动，因此，为了使电机U1在未产生电能时，加热单元U2可以不对湿化器U3内的液体进行加热，加热单元U2的开启电压可以高于电源端VCC提供的供电电压波动的最大值。

在此基础上，加热单元U2还包括稳压二极管D1，在本发明的第一实施例中，如图3所示，稳压二极管D1连接在P型达林顿管Q1的基极b1和接地端GND之间，其中，稳压二极管D1的阳极与接地端GND连接。在本发明的第二实施例中，如图4所示，稳压二极管D1连接在N型达林顿管Q2的基极b2和电源端VCC之间，其中，稳压二极管D1的阳极与N型达林顿管Q2的基极b2连接。这样，稳压二极管D1的击穿电压与达林顿管的开启电压的和即为加热单元U2的开启电压。

例如，在电源端VCC提供的供电电压为24V的情况下，可以选择击穿电压为27V的稳压二极管D1，开启电压为1.5V的P型达林顿管Q1，那么，在电动势的电压大于4.5V，即电源端VCC的电压增大至超过28.5V时，稳压二极管D1和P型达林顿管Q1均导通，随着电动势的增大，P型达林顿管Q1工作在线性区，开始消耗电动势的电能，将该部分电能转换为热能对湿化器U3内的液体进行加热。

这样，使得本发明加热单元的电路设计更加灵活，可以根据需求的不同，采用击穿电压大小不同的稳压管D1可以灵活设置电机U1两端电动势再利用的阈值，也就是可以灵活调节加热单元U2开启电压的大小，使电源端VCC的电压达到此开启电压值时对电机U1产生的电能进行再利用。

进一步地，该加热单元还包括导热材料，半导体器件设置在导热材料上，该半导体器件产生的热能被设置为通过该导热材料传导至湿化器U3内的液体，以对湿化器U3内的液体进行加热。

在此基础上，该导热材料例如可以是铝基板或者是金属膜。

铝基板是一种具有良好散热功能的金属基覆铜板，一般单面板由三层结构所组成，分别是电路层(铜箔)、绝缘层和金属基层。半导体器件可以设置在铝基板的电路层，半导体器件产生的热量通过绝缘层快速传导到金属基层，然后由金属基层将热量传递出去，从而实现对热量的快速传导。

这样，就进一步加快了对湿化器内液体的加热速率，进而也进一步提高了电机制动回馈能量的利用率。

本发明还提供了一种呼吸机，包括上述的加热系统。该加热系统可以设置在呼吸机的气体管道上，这样，该呼吸机能够实现电机制动回馈能量的再利用。

上述各实施例主要重点描述与其他实施例的不同之处，但本领域技术人员应当清楚的是，上述各实施例可以根据需要单独使用或者相互结合使用。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (11)

1.一种呼吸机的加热系统，所述呼吸机包括湿化器，其特征在于，所述加热系统包括电机和加热单元，所述加热单元包括半导体器件，所述半导体器件被设置为将所述电机在制动过程中产生的电能转换为热能、以对所述湿化器内的液体进行加热。

2.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于，所述加热单元还包括导热材料，所述半导体器件设置在所述导热材料上，所述半导体器件转换的热能通过所述导热材料对所述湿化器内的液体进行加热。

3.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于，所述加热系统还包括储能元件，所述储能元件被设置为存储所述电能，并将至少部分所述电能释放至所述半导体器件。

4.根据权利要求3所述的加热系统，其特征在于，所述储能元件为电容。

5.根据权利要求3所述的加热系统，其特征在于，所述储能元件、所述电机和所述加热单元并联连接在所述加热系统的电源端和接地端之间。

6.根据权利要求5所述的加热系统，其特征在于，所述半导体器件为P型达林顿管，所述加热单元还包括第一电阻，所述P型达林顿管的发射极与所述电源端连接，所述P型达林顿管的集电极与所述接地端连接，所述P型达林顿管的基极经所述第一电阻与所述接地端连接。

7.根据权利要求6所述的加热系统，其特征在于，所述加热单元还包括稳压二极管，所述稳压二极管连接在所述P型达林顿管的基极和所述接地端之间，其中，所述稳压二极管的阳极与所述接地端连接。

8.根据权利要求5所述的加热系统，其特征在于，所述半导体器件为N型达林顿管，所述加热单元还包括第二电阻，所述N型达林顿管的发射极与所述接地端连接，所述N型达林顿管的集电极与所述电源端连接，所述N型达林顿管的基极经第二电阻与所述电源端连接。

9.根据权利要求8所述的加热系统，其特征在于，所述加热单元还包括稳压二极管，所述稳压二极管连接在所述N型达林顿管的基极和所述电源端之间，其中，所述稳压二极管的阳极与所述基极连接。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的加热系统，其特征在于，所述加热单元还用于将所述加热系统的电源端提供的电能转换为热能,以对所述湿化器内的液体进行加热。

11.一种呼吸机，其特征在于，包括权利要求1-10中任一项所述的加热系统。