DE10017193B4

DE10017193B4 - Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases und Verfahren zur Steuerung

Info

Publication number: DE10017193B4
Application number: DE10017193A
Authority: DE
Inventors: Claus Negele; Harald VÖGELE; Stefan Dr. Madaus
Original assignee: MAP Medizin Technologie GmbH
Current assignee: Resmed R&D Germany GmbH
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2020-04-08
Also published as: DE10066392B4; DE10017193A1

Abstract

Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases auf einem über dem Umgebungsdruck liegenden Druckniveau mit:
– einer Fördereinrichtung zur Förderung des Atemgases,
– einer Luftbefeuchtungseinrichtung zur Befeuchtung des Atemgases und
– einem Netzteil zur Spannungsversorgung der Fördereinrichtung und der Luftbefeuchtungseinrichtung,
gekennzeichnet durch
– eine Leistungssteuereinrichtung, die die Spannungsversorgung der Fördereinrichtung und der Luftbefeuchtungseinrichtung derart abstimmt, dass die Spannungsversorgung der Gebläseeinrichtung mit einer höheren Priorität erfolgt als die Spannungsversorgung der Luftbefeuchtereinrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases unter Überdruck.
Derartige Vorrichtungen finden insbesondere im Bereich der Schlafmedizin zur Behandlung schlafbezogener Atmungsstörungen Anwendung. Bei den bekannten Vorrichtungen wird ein mittels einer Fördereinrichtung, beispielsweise eines Gebläses gefördertes Atemgas über eine flexible Schlauchleitung einer Atemmaske zugeführt.

Im Hinblick auf die physiologischen Bedürfnisse der behandelten Person sowie insbesondere auch allgemein zur Verbesserung des Therapiekomforts ist es möglich, das dem Patienten zugeführte Atemgas zu befeuchten. Bei den bekannten Befeuchtungsvorrichtungen wird hierbei das Atemgas durch eine Befeuchtungseinrichtung geleitet, in welcher das Atemgas mit einem vorzugsweise erwärmten Befeuchtungsmedium in Kontakt tritt. Die Erwärmung des Befeuchtungsmediums kann über eine in das CPAP-Gerät integrierte elektrische Heizeinrichtung erfolgen. Bei den bekannten CPAP-Gerätesystemen erfolgt die Spannungsversorgung der elektrischen Komponenten des CPAP-Gerätes über eine Spannungsversorgungsleitung, die an die hausseitige Spannungsversorgung anschließbar ist. Die für die einzelnen Gerätekomponenten erforderliche Betriebsspannung wird hierbei unter Zwischenschaltung eines Netzteils zur Verfügung gestellt.

Um eine möglichst hohe Laufruhe der CPAP-Geräte zu erreichen, sind diese Geräte allgemein mit Schallabsorptionsmitteln versehen, durch welche die Laufgeräusche der Gebläseeinrichtung isoliert werden.

Im Hinblick auf die seitens der Gebläseeinrichtung sowie des Netzteils erzeugte Abwärme bereitet die akustische Abschirmung der elektrischen Komponenten des CPAP-Gerätes Probleme. Insbesondere bei einer äußerst gedrängten Anordnung der elektrischen Komponenten im Inneren des CPAP-Geräts besteht daher das Problem eines erheblichen Wärmestaus.

Die DE-A-199 36 499 betrifft eine Vorrichtung zur Atemgasbefeuchtung sowie ein hierfür vorgesehenes CPAP-Gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases zu schaffen, bei welcher ein ordnungsgemäßer Betrieb ohne der Gefahr einer thermischen Überlastung der elektrischen Komponenten des Gerätes sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, die thermische Belastung der elektrischen Komponenten des CPAP-Gerätes deutlich zu reduzieren, so daß wirkungsvollere Schallschutzmaßnahmen ergriffen werden können, ohne daß im Inneren des CPAP-Gerätes unzulässig hohe Temperaturen erreicht werden. Darüber hinaus ist es möglich, auch mit insgesamt leistungsschwächeren und kompakteren Netzteilen eine bedarfsgerechte Energieversorgung der elektrischen Komponenten zu gewährleisten. In dieser Hinsicht erweist sich die erfindungsgemäß vorgeschlagene Maßnahme auch unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten als besonders vorteilhaft.

Gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der zeitliche Verlauf, insbesondere die Historie, des Leistungsbezuges überwacht. Hierdurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, die bereits eingetretene thermische Belastung des CPAP-Gerätes abzuschätzen und einer unzulässigen Steigerung derselben zukünftig durch eine gezielte Leistungsvergabe vorzubeugen.

Die Leistungsvergabe an die einzelnen Komponenten des CPAP-Gerätes erfolgt vorzugsweise unter Berücksichtigung bestimmter Prioritäten. So ist es beispielsweise möglich, die Leistungszufuhr zu einer Heizeinrichtung des Befeuchters unter Berücksichtigung des Leistungsbezuges der Gebläseeinrichtung zu steuern. Insbesondere ist es möglich, die elektrische Heizeinrichtung nur dann zu betreiben, wenn der Leistungsbezug der Gebläseeinrichtung unter einem vorbestimmten Grenzwert liegt. Hierdurch wird ein besonders gleichmäßiger Leistungsbezug des Netzteils erreicht. Es ist auch möglich, im Falle einer besonders hohen thermischen Belastung der elektrischen Komponenten vorübergehend sämtliche redundanten Verbraucher abzuschalten und lediglich eine Spannungsversorgung der Gebläseeinrichtung und deren Steuerung zu gestatten, oder auch ein Notbetriebsprogramm abzuarbeiten. Weiterhin ist es in vorteilhafter Weise möglich, im Falle einer erwarteten hohen thermischen Belastung die Regelung der Gebläseeinrichtung derart abzuändern, daß bestimmte Gebläsebetriebsphasen mit hohem Leistungsbezug entsprechend abgemildert werden.

Gem. einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die thermische Belastung des CPAP-Gerätes durch geräteintern angeordnete Meßorgane erfaßt. Alternativ hierzu oder auch in Kombination mit dieser Maßnahme ist es möglich, die thermische Belastung der elektrischen Komponenten aus dem zeitlichen Verlauf des Stromes bzw. des zurückliegenden Leistungsbezuges zu erreichen, insbesondere zu integrieren.

Durch die erfindungsgemäß erreichte Verringerung des Spitzenleistungsbezugs in Richtung des durchschnittlichen Leistungsbezuges des CPAP-Gerätes wird es in vorteilhafter Weise möglich, das CPAP-Gerät zumindest temporär unabhängig von der hausseitigen Spannungsversorgung mittels Akkumulatoren zu betreiben. Wird beispielsweise seitens der Leistungssteuerungseinrichtung erkannt, daß das CPAP-Gerät über einen Akkumulator mit Spannung versorgt wird, wird beispielsweise eine auf einen insgesamt geringeren Leistungsbezug ausgerichtete Gerätebetriebsweise ausgewählt. Wird seitens der Steuereinrichtung erkannt, daß das CPAP-Gerät an eine hausseitige Spannungsversorgung angeschlossen ist, so zielt die Leistungsverwaltung im wesentlichen auf die Vermeidung einer unzulässig hohen thermischen Belastung ab. Hierdurch wird eine bestmögliche Ausnutzung der Leistungsfähigkeit des Netzteils erreicht.

Es ist auch möglich, mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung zur Steuerung des geräteinternen Leistungsbezugs ein Notbetriebsprogramm abzuarbeiten, das bei Ausfall einer externen Spannungsversorung eine Energieversorgung durch einen vorzugsweise intern angeordneten Akkumulator vornimmt, wobei im Rahmen dieses Notprogrammes sämtliche redundanten Energieverbraucher sowie insbesondere die Befeuchtungseinrich tung abgeschaltet werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
1 ein vereinfachtes Diagramm zur Erläuterung der durch die Steuerungseinrichtung vorgenommenen Abstimmung des Leistungsbezugs der Gebläseeinrichtung und der Befeuchtungseinrichtung;
2 eine vereinfachte Prinzipskizze zur Erläuterung eines in Kompaktbauweise aufgebauten CPAP-Gerätes.
In 1 ist stark vereinfacht der zeitliche Verlauf des durch die erfindungsgemäße Leistungsteuereinrichtung überwachten Leistungsbezug der elektrischen Komponenten des CPAP-Gerätes dargestellt. Der Graph 1 beschreibt dabei den zeitlichen Verlauf des Leitungsbezugs des Elektromotors einer zur Förderung des Atemgases vorgesehenen Gebläseeinrichtung. Der Graph 2 beschreibt hier den Verlauf des elektrischen Leistungsbezugs eines Luftbefeuchters zur Befeuchtung des Atemgases.
Der Graph 3 verdeutlicht den zeitlichen Verlauf des Gesamtleistungsbezugs eines Netzeils, der neben dem Leistungsbezug von Motor und dem hierauf abgestimmten Leistungsbezug des Luftbefeuchters auch noch weitere Verbraucher einschließt.
Wie anhand des Graphen 1 erkennbar ist, ist der Leistungsbezug des Motors nicht konstant, sondern schwankt in Abhängigkeit von der Atmungsaktivität einer durch das CPAP-Gerät hinsichtlich der Atmung unterstützten Patienten. Insbesondere im Rahmen der Inspirationsintervalle I nimmt der Leistungsbezug des Gebläsemotors zu, um im Bereich einer Atemmaske einen vorgegebenen Solldruckpegel aufrechtzuerhalten.
Im Rahmen der Expirationszyklen E fällt der Leistungsbezug des Gebläsemotors ab. Insbesondere durch bzgl. des Leistungsbezugs des Gebläsemotors gegenphasige Ansteuerung des Leistungsbezugs des Luftbefeuchters wird die Maximalbelastung eines insgesamt zur Spannungsversorgung vorgesehenen Netzteils deutlich reduziert. Wie anhand des Graphen 2 deutlich wird, wird bei der hier dargestellten Ausführungsform im Rahmen der Inspirationsvorgänge dem Luftbefeuchter keine elektrische Energie zugeführt. Alternativ zu einer derartigen stufenartigen Ansteuerung des Luftbefeuchters ist es auch möglich, den Leistungsbezug zum Luftbefeuchter negativ komplementär zum Leistungsbezug des Gebläsemotors vorzunehmen.
Der Motorstrom wird vorzugsweise so begrenzt, daß die maximal zulässige Netzteilbelastung (ermittelt aus der Historie des Leistungsbezuges) nicht überschirtten wird. In Phasen hohen Motorstrombedarfs werden Verbraucher niedrigerer Priorität abgeschaltet.
Sofern seitens der Leistungssteuereinrichtung eine bereits eingetretene hohe thermische Belastung des Netzteils festgestellt wird, ist es möglich, den maximalen Leistungsbezug der redundanten oder teilredundanten elektrischen Komponenten des CPAP-Gerätes zu reduzieren. Lediglich beispielhaft ist hier dargestellt, wie beispielsweise der maximale Leistungsbezug des Luftbefeuchters nach einer anfänglich gestatteten Maximalbelastung reduziert wird (Regelungszyklen R_n+7, R_n+8, R_n+9...).
Durch diese Maßnahme wird eine weitere Zunahme der thermischen Belastung des Netzteils des CPAP-Gerätes vermieden. Der Graph C3 zeigt deutlich, daß selbst während der Phasen des Maximalleistungsbezugs des Gebläsemotors (Inspirationsphasen) die Belastung des Netzteils nicht zu einer unzulässigen Erhöhung führt.
In 2 ist ein äußerst kompakt aufgebautes CPAP-Gerät dargestellt, von welchem das Außengehäuse abgenommen ist. Erkennbar sind hier eine Netzteilplatine 1, eine Steuerungsplatine 2, ein Außengehäuse 3 einer Gebläseeinrichtung, das zur Spannungsversorgung und Steuerung der Gebläseeinrichtung vorgesehene Motorkabel 4 und ein Akkumulatorblock 5.
Das Netzteil 1 ist über eine hier nicht dargestellte, beispielsweise aus dem rückwärtigen Gerätebereich herausgeführte Anschlußleitung mit einer hausseitigen Spannungsversorgung (230 V AC) verbindbar. Die Verwaltung des Leistungsbezugs der einzelnen elektrischen Verbraucher des CPAP-Gerätes erfolgt über eine Leistungssteuereinrichtung 6, die hier in Verbindung mit einem speicherprogrammierbaren Baustein unmittelbar auf der Steuerungsplatine 2 angeordnet ist. Über die Leistungssteuerungseinrichtung 6 wird hier der elektrische Leistungsbezug der Gebläseeinrichtung, des Akkumulators, des Luftbefeuchters sowie einer Kondensatoranordnung gesteuert. Die Steuerung des Leistungsbezuges erfolgt derart, daß der Maximalleistungsbezug der Komponenten in Abhängigkeit von der Historie des Leistungsbezugs, bzw. von der bereits eingetretenen thermischen Belastung festgelegt wird. Bei der Festlegung des zulässigen Leistungsbezugs der einzelnen Komponenten wird die Priorität dieser Komponenten berücksichtigt. Vorzugsweise hat die Spannungsversorung der Gebläseeinrichtung die höchste Priorität. Für den Fall, daß auch bei einer deutlichen Prioritätsverteilung zugungsten der Gebläseeinrichtung eine unzulässig hohe Belastung des Netzteils 1 zu erwarten ist, kann ggf. auch die Strategie der Druckregelung verändert werden, mit dem Ziel, den Maximalleistungsbezug des Gebläses zu verringern.
Für den Fall, daß durch die Steuereinrichtung ein Ausfall der externen Spannungsversorgung festgestellt wird, schaltet diese vorzugsweise das CPAP-Gerät in einen Notbetrieb, bei welchem eine Spannungsversorgung über die integrierte Akkumulatoranordnung 5 erfolgt. Im Rahmen eines derartigen Akkumulatorbetriebs werden redundante oder nicht sicherheitsrelevante elektrische Verbraucher vorzugsweise vollständig abgeschaltet. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird es möglich, anstelle eines Netzteils mit z.B. einer Leistung von 150 W, das CPAP-Gerät mit einem 80 W-Netzteil auszustatten.
Durch die erfindungsgemäß erreichte geräteinterne Steuerung wird eine erhebliche Reduzierung der thermischen Belastung der elektrischen Komponenten erreicht. Aufgrund der insgesamt erreichten geringeren Wärmeentwicklung wird es möglich, zusätzliche Schallisolationsmittel im Inneren des CPAP-Gerätes vorzusehen, ohne daß hierbei einzelne elektrische Bauteile unzulässig stark erwärmt werden würden.

Claims

Vorrichtung zur Zufuhr eines Atemgases auf einem über dem Umgebungsdruck liegenden Druckniveau mit: – einer Fördereinrichtung zur Förderung des Atemgases, – einer Luftbefeuchtungseinrichtung zur Befeuchtung des Atemgases und – einem Netzteil zur Spannungsversorgung der Fördereinrichtung und der Luftbefeuchtungseinrichtung, gekennzeichnet durch – eine Leistungssteuereinrichtung, die die Spannungsversorgung der Fördereinrichtung und der Luftbefeuchtungseinrichtung derart abstimmt, dass die Spannungsversorgung der Gebläseeinrichtung mit einer höheren Priorität erfolgt als die Spannungsversorgung der Luftbefeuchtereinrichtung.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer elektrischer Verbraucher eine Atemgas-Heizeinrichtung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer elektrischer Verbraucher eine Atemschlauch-Heizeinrichtung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer elektrischer Verbraucher eine Akkumulatorladeeinrichtung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der verwaltete Leistungsanteil im Bereich von 60 bis 100 W liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungssteuereinrichtung die thermische Belastung der elektrischen Komponenten, insbesondere des Netzteils, berücksichtigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungssteuereinrichtung die thermische Belastung aus der Historie des Leistungsbezugs ermittelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel, insbesondere Sensoren, vorgesehen sind, zur Erzeugung hinsichtlich der thermischen Belastung indikativer Daten.
Verfahren zur Steuerung des Leistungsbezugs eines ersten elektrischen Verbrauchers und eines zweiten elektrischen Verbrauchers eines medizinischen Geräts, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leistungsbezug der beiden Verbraucher unter Berücksichtigung der Priorität der beiden Verbraucher aufeinander zeitlich abgestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmung des Leistungsbezugs der elektrischen Verbraucher unter Berücksichtigung der Prioritäten der Verbraucher komplementär aufeinander abgestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leistungsbezug elektrischer Verbraucher niedriger Priorität in Phasen hohen Leistungsbezugs elektrischer Verbraucher hoher Priorität abgesenkt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Festlegung der Prioritäten unter Berücksichtigung der Historie des Leistungsbezugs erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergabe der Prioritäten für die einzelnen elektrischen Verbraucher unter Berücksichtigung der momentanen thermischen Belastung erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 9-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergabe der Prioritäten für den Leistungsbezug der elektrischen Verbraucher im Hinblick auf die für die Zukunft erwartete Belastung eines Netzteils erfolgt.