用于呼吸機的濕化裝置以及包含其的呼吸機的制作方法

本發明涉及呼吸機設備，特別是一種用于呼吸機的濕化裝置。本發明還涉及包括這種濕化裝置的呼吸機。

背景技術：

呼吸機，顧名思義，用以輔助人們呼吸的一種特殊的醫用機械設備，其能代替、控制或改變人的正常生理呼吸，進而能達到增加肺的通氣量，改善呼吸功能，減輕呼吸功消耗等功效。生活中，其已經得到了廣泛使用，且其主要包括有創呼吸機、無創呼吸機等，但不論哪種類型的呼吸機，其一般均會增設濕化裝置。濕化裝置是呼吸機的重要組成部分，其作用是加溫、濕化氣體，使吸入患者體內的氣體溫暖而濕潤，增加通氣潮氣量、減少寒冷干燥氣體對呼吸道黏膜的刺激。

目前市面上的用于呼吸機的濕化裝置通常都包括底座和液體容器，且一般都采用熱傳導方式給液體容器中的水加熱。有些濕化裝置的加熱器(例如電熱絲)設置在底座中，通過導熱板將熱量傳遞至液體容器的底部，進而對液體容器內的水進行加熱。但是這種加熱方式的缺點在于，一方面熱傳遞的效率較低，另一方面導熱效率還與導熱板和液體容器的底部的平整度和貼合程度有關，對制作工藝要求較高。

為了克服上述缺陷，有些制造者將加熱器集成在液體容器的底部。這種方式雖然解決了上述問題，但是需要額外地在液體容器和底座上設置對接插頭，以便通過底座將電力供給到液體容器中的加熱器。該方案雖然可以在一定程度上提高熱傳遞效率，但是額外增加的對接插頭帶來新的風險，除了增加成本以及操作步驟外，插頭外露帶來的防水問題以及其帶來的風險將遠超過上述熱損失帶來的麻煩。

此外，上述兩種濕化裝置的加熱器都是采用熱傳導加熱，除了熱損失的問題外，同時帶來潛在的風險，當液體容器從底座上取下加水時，導熱板或液體容器底部存在外露的情況，由于采用熱傳導的原理，所以導熱板或液體容器底部的表面溫度相對較高，可能燙傷患者或者操作者或者附近人員。

技術實現要素：

為了至少部分地解決現有的用于呼吸機的濕化裝置中存在的加熱效率低、加熱器的表面高溫帶來的潛在的燙傷風險等問題，本發明提供一種用于呼吸機的濕化裝置，所述濕化裝置包括：底座，其具有電源連接器；液體容器，其可放置在所述底座上，所述液體容器具有進氣口和出氣口，所述液體容器的底部包括由含鐵元素材料制成的發熱體；以及第一電磁感應加熱器，其設置在所述底座中，所述第一電磁感應加熱器包括第一電磁感應線圈，所述第一電磁感應線圈的兩端連接至所述電源連接器。

優選地，所述液體容器的底蓋至少部分由含鐵元素材料制成，以形成所述發熱體。

優選地，所述液體容器的底蓋由導熱材料制成，所述發熱體貼合至所述底蓋的外表面。

根據本發明的另一方面，還提供一種用于呼吸機的濕化裝置，所述濕化裝置包括：底座，其具有電源連接器；液體容器，其可放置在所述底座上，所述液體容器具有進氣口和出氣口；第一電磁感應加熱器，其設置在所述底座中，所述第一電磁感應加熱器包括第一電磁感應線圈，所述第一電磁感應線圈的兩端連接至所述電源連接器；以及第二電磁感應加熱器，其設置在所述液體容器的底部，所述第二電磁感應加熱器包括第二電磁感應線圈和加熱器，所述第二電磁感應線圈的兩端連接至所述加熱器。

優選地，所述液體容器內的底部設置有容器空腔，所述第二電磁感應線圈設置在所述容器空腔中。

優選地，所述加熱器為加熱板，所述加熱板覆蓋在所述容器空腔上，所述加熱板的邊緣密封地連接至所述液體容器的側壁。

優選地，所述第二電磁感應加熱器還包括第二芯體，所述第二芯體由導磁性材料制成，所述第二電磁感應線圈纏繞在所述第二芯體上。

優選地，所述第二電磁感應線圈與所述第一電磁感應線圈相對設置。

優選地，所述液體容器的底蓋由導熱材料制成，所述第二電磁感應加熱器在所述液體容器的外部連接至所述液體容器的底部，其中所述加熱器貼合至所述底蓋的外表面。

優選地，在所述底座中靠近所述底座的上表面處設置有底座空腔，所述第一電磁感應加熱器設置在所述底座空腔中。

優選地，所述第一電磁感應加熱器包括第一芯體，所述第一芯體由導磁性材料制成，所述第一電磁感應線圈纏繞在所述第一芯體上。

優選地，所述濕化裝置還包括設置在所述底座中的相互連接的整流電路和控制電路，所述整流電路用于將電源提供的交流電壓整流為直流電壓，所述控制電路用于將所述直流電壓轉換為具有預定頻率的高頻直流電壓。

根據本發明的又一個方面，還提供一種呼吸機，所述呼吸機包括用于提供氣流的主機、以及如上所述的任一種濕化裝置，其中所述濕化裝置的所述進氣口與所述主機相連通，以將所述氣流導入所述濕化裝置中。

本發明提供的濕化裝置和呼吸機，利用電磁感應加熱器對液體容器內的液體加熱，完全摒棄熱損失較高的熱傳導的加熱形式。電磁感應加熱器的熱轉化率高(熱轉化率可以達到95％)，因此節能環保，節約成本。該方案無需在液體容器和底座上設置額外的接插件(例如對接插頭)，因此有效地避免了插接件外露帶來的潛在風險。此外，傳統接觸式熱傳導的加熱慣性較大，導致加熱端的溫度遠高于導熱端的溫度，增加能耗及燙傷風險，而本發明所采用的電磁感應加熱器中發熱和傳熱部件少于傳統熱傳導加熱方式，所以熱慣性較小。電磁感應加熱器的電磁感應線圈保持可以涼爽，即工作環境表面常溫，人體可觸摸，避免了高溫區域外露燙傷的風險，而且使產品壽命有效延長。進一步，處于交變磁場的區域都屬于加熱區，因此可以實現加熱無死角，使被加熱物體均勻受熱。

在發明內容中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。

以下結合附圖，詳細說明本發明的優點和特征。

附圖說明

本發明的下列附圖在此作為本發明的一部分用于理解本發明。附圖中示出了本發明的實施方式及其描述，用來解釋本發明的原理。在附圖中，

圖1為根據本發明一個實施例的濕化裝置的立體圖；

圖2為根據本發明一個實施例的濕化裝置的剖視圖；

圖3為圖2中的濕化裝置的分解剖視圖；

圖4為根據本發明另一個實施例的濕化裝置的剖視圖；以及

圖5為圖4中的濕化裝置的分解剖視圖。

具體實施方式

在下文的描述中，提供了大量的細節以便能夠徹底地理解本發明。然而，本領域技術人員可以了解，如下描述僅示例性地示出了本發明的優選實施例，本發明可以無需一個或多個這樣的細節而得以實施。此外，為了避免與本發明發生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行詳細描述。

根據本發明的一個方面，提供一種濕化裝置。該濕化裝置主要在呼吸機上使用。呼吸機通常包括主機和通過氣體管路與該主機相連的濕化裝置。在主機內設置有風機，氣體管路能將風機產生的一定壓力的氣體從主機導入到濕化裝置內。濕化裝置內的加熱裝置能夠將液體容器內的液體加熱并蒸發出來，這樣從濕化裝置吹出的氣體具有適宜的溫度和濕度。濕化后的氣體通過柔性管道連接至呼吸面罩，供患者治療使用。其中，由主機吹出的氣體可以為氧氣、空氣或其他治療氣體。

圖1-3示出了根據本發明一個實施例的濕化裝置100。如圖1-3所示，濕化裝置100包括底座110、液體容器120和第一電磁感應加熱器131。

底座110用于支撐液體容器120。通常情況下，底座110具有電源連接器，用于為第一電磁感應加熱器131供電。所述電源可以為市電，例如220V、50Hz/60Hz的市電。電源連接器可以為電插頭。可選地，底座110中還可能設置其他電元件，包括后文將要提到的整流電路和控制電路。需要說明的是，某些電元件也可以單獨地設置，或者設置在液體容器120中。但是電元件單獨地設置會增加零部件的數量，而設置在液體容器120上還需要考慮防水問題，因此，優選地，這些電元件可以設置在底座110中或連接至底座110。

液體容器120可放置在底座110上。液體容器120具有進氣口121和出氣口122。主機連接至進氣口121。主機提供的氣體從進氣口121進入濕化裝置內，經濕化和溫化后從出氣口122吹出，提供給患者接口(例如呼吸面罩)。液體容器120用于儲存液體，例如水。如果需要的話，液體中可以包括其他物質，例如治療用的藥物等。液體容器120優選地可拆卸地放置在底座110上，以便液體容器120內的液體使用完畢之后，可以僅將液體容器120移至液體源處，重新將液體容器120充滿。如上文提到的，底座110中通常包括電元件，僅將液體容器120移至液體源處可以避免電元件受潮，因此不必考慮底座的防水問題。

第一電磁感應加熱器131設置在底座110中。在圖2-3所示的實施例中，液體容器120包括由含鐵元素材料制成的發熱體，其中鐵元素材料可以為單質鐵或鐵的化合物等，在此不進行特殊限定。在一個優選實施例中，液體容器120的底蓋123至少部分由含鐵元素材料制成，以形成發熱體。也就是說，底蓋123中由含鐵元素材料制成的部分為所述發熱體。后文將對發熱體的發熱原理進行詳細描述。可選地，液體容器120的底蓋的一部分由含鐵元素材料制成。優選地，液體容器120的底蓋完全由含鐵元素材料制成，以增大發熱體的面積，提高熱轉化效率。在其它實施例中，也可以在底蓋上另外地連接(例如粘貼、焊接等)由含鐵元素材料制成的所述發熱體。發熱體可以在液體容器120的內部連接至底蓋123。在此情況下，發熱體直接與液體容器120內的液體接觸，將熱量直接傳到至液體。可選地，發熱體也可以設置在液體容器120的外部。為了將熱量傳導至液體容器120內的液體，液體容器120的底蓋123由導熱材料制成，發熱體貼合至底蓋123的外表面。

第一電磁感應加熱器131實際上是利用電、磁、熱能間的轉換使被加熱物體自身發熱的加熱裝置。其中，上述由含鐵元素材料制成的發熱體為被加熱物體。第一電磁感應加熱器131通常包括第一電磁感應線圈131a。利用第一電磁感應加熱器131加熱的原理主要包括電生磁和磁生熱兩個階段。電生磁的過程發生在第一電磁感應加熱器131端，磁生熱的過程發生在發熱體端。電生磁是指給第一電磁感應線圈131a通以高頻變化的電壓，快速變化的高壓電流在其周圍產生高速變化的磁場。由含鐵元素材料制成的發熱體的表面切割交變磁力線而在發熱體的內部產生交變的電流(即渦流)，渦流使發熱體中的金屬原子(通常為鐵原子)高速無規則運動，原子互相碰撞、摩擦而產生熱能，也就是磁生熱的過程。產生的熱能可以給液體容器120內的液體加熱。優選地，液體容器120的側壁和頂蓋都可以全部或部分為透明或半透明材料(例如玻璃、塑料等)制成，以方便觀察液體容器內的液位。

本發明提供的濕化裝置和呼吸機，利用第一電磁感應加熱器對液體容器內的液體加熱，完全摒棄熱損失較高的熱傳導的加熱形式。第一電磁感應加熱器的熱轉化率高(熱轉化率可以達到95％)，因此節能環保，節約成本。該方案無需在液體容器和底座上設置額外的接插件(例如對接插頭)，因此有效地避免了插接件外露帶來的潛在風險。此外，傳統接觸式熱傳導的加熱慣性較大，導致加熱端的溫度遠高于導熱端的溫度，增加能耗及燙傷風險，而本發明所采用的電磁感應加熱方式中發熱和傳熱部件少于傳統熱傳導加熱方式，所以熱慣性較小。第一電磁感應加熱器131可以保持涼爽，即工作環境表面常溫，人體可觸摸，避免了高溫區域外露燙傷的風險，而且使產品壽命有效延長。進一步，處于交變磁場的區域都屬于加熱區，因此可以實現加熱無死角，使被加熱物體均勻受熱。

參見圖2-3，在底座110中靠近底座110的上表面處設置有底座空腔112。第一電磁感應加熱器131設置在底座空腔112中。可選地，該底座空腔112可以是開放的，例如在底座110的上表面上具有開口。可選地，該底座空腔112也可以是封閉的，如圖3所示。封閉的底座空腔112的優勢在于：可以使底座110的外觀整潔，且不致使第一電磁感應加熱器131裸露在外，因而不必考慮防水問題。根據第一電磁感應加熱器131周圍的磁力線分布規律，將第一電磁感應加熱器131靠近液體容器120設置可以具有較高的熱轉化效率。此外，由于第一電磁感應加熱器131設置在底座110中，因此，可以不必在液體容器120上設置任何通電結構，進而無需在液體容器120和底座110上設置外露的對接插頭，因此不必考慮液體容器120的防水問題，簡化設計。

為了增強第一電磁感應線圈131a產生的磁場的強度，提高第一電磁感應加熱器131的電磁轉化效率，優選地，第一電磁感應加熱器131還包括第一芯體131b，如圖3所示。第一芯體131b可以為圖中所示的條塊狀，還可以為圓形棒狀。第一芯體131b主要由導磁性材料制成。所述導磁性材料包括以下提到的材料中的一種或多種：純鐵、低碳鋼、鐵硅系合金、鐵鋁系合金、鐵硅鋁系合金、鎳鐵系合金、鐵鈷系合金、鐵氧體等等。優選地，第一芯體131b由鐵氧體制成。第一電磁感應線圈131a纏繞在第一芯體131b上。第一電磁感應線圈131a連接至底座110的電源連接器。第一電磁感應線圈131a可以根據所需要的加熱效率來設計纏繞匝數。此外，根據期望的加熱效率，底座110中可以設置一個或多個第一電磁感應加熱器131。當設置多個第一電磁感應加熱器131時，它們在底座110中可以靠近其上表面且平行地布置。

本發明提供了另一組實施例，如圖4-5所示，濕化裝置100’包括第二電磁感應加熱器132，用于代替上述發熱體。在該實施例中，第二電磁感應加熱器132作為熱源將熱量傳遞至液體容器120內的液體，對液體進行加熱。除此之外，圖4-5示出的濕化裝置100’與圖2-3示出的濕化裝置100基本相同。因此，在圖4-5中，對于與前述實施例中的部件相同或相似的部件，采用了與前述實施例相同的附圖標記，并且為了簡潔，本文將不再進一步詳細地描述。下文將僅針對不同之處進行具體描述。

如圖4-5所示，第二電磁感應加熱器132設置在液體容器120’的底部。第二電磁感應加熱器132包括第二電磁感應線圈132a和加熱器132c。第二電磁感應線圈132a的兩端連接至加熱器132c。在此實施例中，第二電磁感應加熱器132可以不連接電源。當底座110中的第一電磁感應加熱器131通電后，第二電磁感應加熱器132位于第一電磁感應加熱器131產生的交變磁場中，因而在第二電磁感應線圈132a的兩端產生感生電動勢。該感生電動勢可以產生電流，使得電連接至第二電磁感應線圈132a的加熱器132c產生熱能，進而對液體容器120’內的液體起到加熱作用。第二電磁感應線圈132a可以根據所需要的加熱效率來設計纏繞匝數。此外，根據期望的加熱效率，底座110中可以設置多個第二電磁感應線圈132a，多個第二電磁感應線圈132a均電連接至加熱器132c。當設置多個第二電磁感應線圈132a時，它們在液體容器120’內可以靠近其底部且平行地布置。加熱器132c可以為加熱板或加熱電阻絲。

在圖示實施例中，液體容器120’內的底部設置有容器空腔121。第二電磁感應線圈132a可以設置在容器空腔121中。考慮到對液體容器120’的防水要求較高，優選地容器空腔121是封閉的。容器空腔121可以設置在液體容器120’的內部，以保證液體容器120’的外觀平坦、整潔。當加熱器132c為加熱板時，加熱器132c可以覆蓋在容器空腔121上，如圖5所示，加熱器132c的邊緣密封地連接至液體容器120’的側壁，以使液體容器120’內部的液體容納腔(用于容納液體的部分)表面平整，便于日常清洗和維護。當然，加熱器132c也可以設置在容器空腔121周圍的液體容器120’的底蓋上。可選地，當加熱器132c為加熱板時，加熱板可以密封地連接至液體容器120’的側壁，以將加熱板與液體容器120’的底蓋之間的空間封閉起來形成該容器空腔121。

在未示出的其他實施例中，第二電磁感應加熱器132也可以設置在液體容器120’外部。為了將熱量傳導至液體容器120’內的液體，液體容器120’的底蓋由導熱材料制成，其中第二電磁感應加熱器132的加熱器貼合至所述底蓋的外表面，這樣，加熱器產生的熱量可以通過底蓋傳遞至液體。

此外，通過合理地布置第一電磁感應加熱器131和第二電磁感應加熱器132的位置關系，可以使兩者產生的感生磁力相互吸引，進而通電后將液體容器120’鎖定在底座110上，斷電后磁力消失自動解鎖。這種磁力鎖定解決了傳統的濕化裝置中需要鎖定的繁瑣機構，同時產生的磁力起到自動糾正的功能，不需刻意安裝，操作便利，更加人性化。優選地，第二電磁感應線圈132a與第一電磁感應線圈131a相對設置，如圖4-5所示。這樣，第二電磁感應線圈132a通電時產生磁力可以與第一電磁感應線圈131a中的感應電流產生的磁力相互吸引，進而實現液體容器120’與底座110的自動鎖定-解鎖功能。

優選地，第二電磁感應加熱器132還可以包括第二芯體132b，以增強第二電磁感應線圈132a產生的磁場的強度，提高第二電磁感應加熱器132的電磁轉化效率。第二芯體132b主要由導磁性材料制成。所述導磁性材料包括以下提到的材料中的一種或多種：純鐵、低碳鋼、鐵硅系合金、鐵鋁系合金、鐵硅鋁系合金、鎳鐵系合金、鐵鈷系合金、鐵氧體等等。優選地，第二芯體132b由鐵氧體制成。第一芯體131b和第二芯體132b可以由相同或不同的導磁性材料制成。第二電磁感應線圈132a纏繞在第二芯體132b上。第二芯體132b可以為圖中所示的條塊狀，還可以為圓形棒狀。

進一步，濕化裝置100和100’還可以包括相互連接的整流電路和控制電路。所述整流電路用于將電源提供的交流電壓整流為直流電壓。作為示例，整流電路可以將例如50Hz/60Hz的交流電變換成直流電壓。控制電路用于將該直流電壓轉換為具有預定頻率的高頻直流電壓。作為示例，所述預定頻率可以為20-40KHz。對于整流電路和控制電路，可以采用本領域已知的各種常規電路。整流電路和控制電路可以集成在電路板上。如上文所提到的，優選地，整流電路和控制電路可以設置在底座110中。

本發明提供的再一組實施例中，可以將上述兩種實施方式相結合，即采用導磁性材料來制作液體容器的底部至少一部分，同時在該液體容器的底部設置第二電磁感應加熱器，以提高加熱效率。

根據本發明的另一個方面，還提供一種呼吸機。該呼吸機包括用于吹風的主機、以及如上所述的任一種濕化裝置。濕化裝置的進氣口與主機相連通，以將氣體導入濕化裝置中。對于濕化裝置所包含的各個部件和主機可以參照上文相應部分的描述，這里不再贅述。

本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制于所描述的實施例范圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發明并不局限于上述實施例，根據本發明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發明所要求保護的范圍以內。本發明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。