一种改进的加热器板的制作方法

1.本发明涉及加热器板，并且更具体地涉及用于提供加湿空气或加湿气体的加热器板。


背景技术：

2.加湿器是提供加湿空气或加湿气体的常用器具和设备。加湿器用于房屋、医院等并且形式多样。加湿器可以利用热量或超声振动。
3.加湿器和其他医疗设备因此通常包含加热器板，该加热器板加热以将热能传导至例如水或包含水的容器，从而致使水蒸发和/或甚至沸腾。典型的加热器板包含加热元件，通常是电加热元件，最近，陶瓷加热元件已经变得流行，并用于例如呼吸加湿器，以帮助需要呼吸加湿空气的患者。参见，例如，2017年11月21日授予tang等人并转让给resmed有限责任公司的us 9,821,135 b2。
4.加热器、加湿器和医疗设备通常包含各种传感器，以检测例如加热器板温度、水储存器中的水位、水储存器的存在或缺失、空气的湿度等。在许多情况下，加热器板的温度经由间接接触或通过计算温度来测量。然而，现在已经发现这种方法可能是不准确的，其中温度变化高达例如10℃。
5.这种温度变化反过来可能导致气体中的湿度不足，或者气体中的湿度过高。这也可能导致气体对患者来说太热或太冷。这还可能导致其他问题，不如水储存器中的细菌生长，和/或当所有的水从水储存器中蒸发时水储存器干涸。
6.因此，期望更准确地测量加热器板温度。


技术实现要素：

7.在本文的一个实施例中，用于加湿器的加热器板包含导热板，该导热板具有顶部表面和与顶部表面相反的底部表面。温度传感器固定至底部表面，并且导热层直接固定至底部表面。陶瓷加热元件直接固定至导热层。
8.不受理论的限制，认为发明人发现，以前间接测量或估计加热器板的温度的技术是不准确的，并且可能变化例如10℃。这继而可能导致过度的能量使用、对患者来说太热的加湿空气、对患者来说太冷的加湿空气、没有携带足够的湿气从而对患者来说太干燥的加湿空气、携带太多湿气的加湿空气，从而导致呼吸回路中冷凝增加和/或从一分钟到下一分钟在温度上变化很大。相比之下，通过将温度传感器直接固定至加热器板的导热板的底部表面，并且甚至更好地，固定在多个陶瓷加热元件之间，则可以认为本发明可以更准确地测量加热器板的真实温度，而不是估计它。这又可以通过设备的控制器/微处理器提供更准确和更及时的反馈。此外，认为本发明可以提供具有更均匀分布的加热廓线的加热器板。
附图说明
9.图1示出了本发明的加热器板的一个实施例的倒置分解视图；
10.图2示出了本发明的加热器板的一个实施例的底部表面的俯视图；并且
11.图3示出了在此有用的电气系统的实施例的示意图。
12.本文的附图仅用于说明目的，并且不一定按比例绘制。
具体实施方式
13.除非另有特别规定，所有测量均以公制单位进行。此外，本文所有百分比、比率等以重量计，除非另有特别说明。
14.如本文所使用的，术语“固定到”及其变体表示两个或更多个项目根据期望直接或间接彼此连接。因此，在没有其他描述符的情况下，术语“固定到”及其变体包括“直接固定到”和“间接固定到”。
15.本发明的实施例涉及包含导热板的加热器板，该导热板包含顶部表面和底部表面。底部表面与顶部表面相反，并包含固定至底部表面的温度传感器、直接固定至底部表面的导热层和直接固定至导热层上的陶瓷加热元件。
16.加热器板可以用于加热例如加湿器/加湿系统或医疗设备的水储存器中的水。加湿器和加湿系统以及采用加热器板的医疗设备在本领域是众所周知的。
17.为了准确地确定加热器板的温度，温度传感器被固定至形成加热器板的一部分的导热板的底部表面。温度传感器可以直接或间接固定至导热板的底部表面。在本文的一个实施例中，温度传感器直接固定至导热板的底部表面。不受理论的限制，认为将温度传感器固定至底部表面、或直接固定至底部表面，允许更好地直接测量温度，而不是经由间接测量和/或估计温度。在本文的一个实施例中，温度传感器位于陶瓷加热元件附近；或者，如果有多个陶瓷加热元件，那么温度传感器可以位于至少两个陶瓷加热元件之间；或者在多个陶瓷加热元件之间。
18.温度传感器通常可以是本领域已知的任何类型。在本文的一个实施例中，本文的温度传感器选自负温度系数(ntc)传感器、正温度系数(ptc)传感器、铂电阻温度传感器、数字温度传感器及其组合、或ntc传感器。在本文的一个实施例中，温度传感器是集成电路上的带隙温度传感器，比如可从https://www.sensirion.com/en/获得的sensirion湿度和温度传感器sht21。认为这种温度传感器在期望的温度范围中提供了良好的稳定性和高精度。
19.导热层增强了陶瓷加热元件和导热板的底部表面之间的热传递。典型地，陶瓷加热元件坚硬但易碎，并且因此不建议用陶瓷材料制造加热器板和/或导热板本身。然而，通过在底部表面和陶瓷加热元件之间放置导热层，使这些零件之间的接触更加完全，并且还增强了热传递，同时加热器板和/或导热板保护陶瓷加热元件免受冲击、湿气等。在本文的一个实施例中，导热层是粘合剂层，其有助于密封并确保陶瓷加热元件牢固地固定到底部表面。在本文的一个实施例中，导热层包含导热硅酮片、导热粘合剂、导热硅酮脂及其组合；或者导热硅酮片、导热粘合剂及其组合；或者导热硅酮片和导热粘合剂。不受理论限制，认为导热硅酮片可以提供冲击吸收效果，从而保护加热元件，尤其是可能易碎的陶瓷加热元件。不受理论的限制，认为导热硅酮脂可以提供改善的热传递，而不会随着时间的推移而变得坚硬和易碎。
20.陶瓷加热元件在本领域中是已知的(参见liu的us 4,939,349，该专利在1990年7月3日授权，被转让给中国台湾高雄市uppermost electronic industries公司)，并且可以
形成各种形状和尺寸。这种陶瓷加热元件可从世界各地的多个制造商处获得，并且可以例如以条带或板；或者条带；或一系列属性的长条带的形式获得。在本文的一个实施例中，陶瓷加热元件在约100w至约250w的瓦数范围内有效。不受理论限制，认为陶瓷加热元件提供一个或更多个益处，比如高热导率、小尺寸、高效发热和/或长寿命。
21.然而，如所述，陶瓷加热元件可能易碎并且具有低抗冲击性。因此，它们通常不旨在形成需要抵抗冲击、掉落等的加热器板和/或导热板的顶部表面。这样，陶瓷加热元件通常将仅覆盖底部表面的一部分，从而也允许将其它物品，比如，例如温度传感器，附接至底部表面。在本文的优选实施例中，陶瓷加热元件包含多个直接或间接固定至导热板的底部表面的陶瓷加热元件。在本文的一个实施例中，陶瓷加热元件围绕底部表面以一定间隔均匀布置；或者布置成环；或者多个同心环。
22.在本文的一个实施例中，加热器板包含多个陶瓷加热元件；或者约2至约10个陶瓷加热元件；或者约2至约6个陶瓷加热元件；或者约2至约4个陶瓷加热元件；或者约2个陶瓷加热元件。在本文的一个实施例中，陶瓷加热元件是条带；或细条带；或者多个条带；或者多个细条带的形式。在本文的一个实施例中，条带具有至少一个面；或者从约1个面到约6个面。典型地，每个面都是平坦的，但是应该认识到，每个面都可以是不同的形状，和/或一个面可以是弯曲的。不旨在受到理论限制，认为多个围绕底部表面均匀分布的加热元件可以在加热器板上提供更均匀的热分布，使得导热板将具有更均匀分布的加热廓线，这又导致水的更均匀蒸发。不旨在受到理论限制，认为条带或细条带形式的陶瓷加热元件的额外益处是陶瓷加热元件不太可能由于相对小的面积和细的轮廓而随着时间或者在长的加热时间内破裂或断裂。在本文的一个实施例中，温度传感器定位在多个陶瓷加热元件之间，并且温度传感器和陶瓷加热元件固定至导热板。因此，温度传感器直接检测导热板的温度。
23.当使用加热器板来加热例如水储存器中的水时，能够辨别水储存器是否存在通常是重要的。因此，在本文的一个实施例中，本文包括水储存器传感器，以检测水储存器的存在或缺失，和/或检测水储存器是否存在、被正确放置和/或被正确附接。如果水储存器不存在、没有被正确放置和/或没有被正确附接，那么水储存器传感器可以通过例如物理地或电气地断开加热器板的加热元件电路来直接或间接地防止加热器板激活。
24.此外，为了防止当水全部蒸发时加热器板被激活，还可能期望能够辨别水储存器中是否有足够的水。因此，在本文的一个实施例中，加热器板还包含水位传感器；或者压敏水位传感器、光学水位传感器、水位温度传感器及其组合；或者光学水位传感器。压敏水位传感器可以定位在加热器板的底部下方。按照需要，当没有水储存器被放置在加热器板上时和/或当水储存器中没有放置足够的水时，压敏水位传感器可以或可以不与加热器板物理接触。当最小重量(即包括最小水量)的水储存器放置在加热器板上时，加热器板则可以下降或下落，以便物理地激活开关。在本文的一个实施例中，开关包含弹簧或其他设备，所述弹簧或其他设备将开关偏置到特定位置和/或防止开关启动，除非预定重量(即，水储存器和其中的水)下压在加热器板上。
25.或者，光学水位传感器可以检测何时存在足够的水，以便允许激活加热器板的加热元件电路。在另一个实施例中，水位温度传感器可以检测加热器板和/或水储存器的温度是否高于预定温度，比如，例如100℃；或101℃；或105℃，这表明水储存器中存在不足够的水。
26.在一个实施例中，当设备满足水储存器存在并且其中提供了足够的水时，则加热器板的加热元件电路闭合，并且电路完整，使得电力可以流动到加热元件中。然而，当该设备不满足水储存器存在并且其中提供了足够的水时，则加热器板的加热电路是开路，并且因此电力停止并且不能流动通过加热元件。
27.在本文的一个实施例中，为了防止温度传感器、导热层和/或本文的陶瓷加热元件从加热器板移开，可以提供保护板。在这里本文的一个实施例中，保护板被固定至底部表面，并且因此将导热层和/或陶瓷加热元件夹在底部表面和保护板之间。因此，导热层和/或陶瓷加热元件位于底部表面和保护板之间。不旨在受到理论限制，认为保护板也可以将来自陶瓷加热元件的热量反射回加热器板，从而提高加热器板的热效率。不旨在受到理论限制，还认为导热层也可以减少陶瓷加热元件和加热器板的底部表面之间短路产生火花的机会。诸如加热器板、加湿器、医疗设备等可以用于医院或其他环境，在这些环境中，患者可能需要高于正常水平的氧气含量，避免火花和短路尤为重要。
28.在本文的一个实施例中，导热板、保护板或两者可以包含金属、或铝、或钢、或者铝和钢的组合，因为认为金属、或铝、或钢和/或其组合有效导热，易于形成预期形状。在本文的一个实施例中，导热板由铝合金形成，比如由美国弗吉尼亚州阿灵顿的铝协会定义的铝合金aa6061和铝合金aa6063，这两种铝合金可从全球多个供应商处获得。不旨在受到理论限制，认为铝合金可以提高加热器板的整体导热效率。
29.在本文的一个实施例中，加湿器中的电源包含控制电流的开关电源。具体而言，当实现高达约250w的功率输出时，加热器板的电压被控制为约24v或更低。从而减少了用户触电的机会。不旨在受到理论限制，认为如果流动通过加热器板的电压太大，比如，例如超过约36v，就会发生这种电击。
30.典型地，加热器板、加湿器和/或医疗设备将包含控制器，该控制器可以是例如印刷电路板、微控制器和/或软件和硬件的组合；或者软件和硬件的组合。控制器协调加热器板、加湿器和/或医疗设备的各种功能、输入、输出等。例如，控制器可以从开关、水箱指示器和/或水位传感器接收信号，以便调整流动至陶瓷加热元件的电，即或者允许电流动至加热元件，或者阻止该电流动至陶瓷加热元件。控制器还可以例如从温度传感器接收温度信息，以确定和调整应该流动至陶瓷加热元件的电量。控制器可以进一步收集和/或处理接收到的数据和/或经由导线、便携式或永久存储设备、无线连接等将这些数据传递到另一个单元。
31.转向附图，图1示出了本发明的加热器板1的一个实施例的倒置分解图。包含导热板10的加热器板1具有顶部表面12和与顶部表面12相反的底部表面14。底部表面14包含温度传感器16，所述温度传感器直接固定至底部表面14。底部表面14还包含多个或两个导热层18，所述导热层直接固定至底部表面14。多个或者两个陶瓷加热元件20直接固定至多个或者两个导热层18。
32.在图1中，每个陶瓷加热元件20包含一对电接触件22，所述电接触件通常直接或间接连接(例如，经由导线)到控制器(参见图2，在42处)。提供包含多个切口26和螺钉孔28的保护板24。
33.当保护板24经由螺钉30固定至底部表面14并通过螺钉孔28螺纹连接时，保护板24覆盖陶瓷加热元件20和导热层18，以保护它们免受损坏和移动。此外，开关32(在这种情况
下是保护开关)被固定至底部表面14。当温度传感器16检测到加热板的温度过高时，可以向控制器发送信号(参见图2，在42处)，以致使保护开关中断通往陶瓷加热元件20的电流。或者，根据需要，开关可以是例如压敏开关或其他类型的开关。
34.通常情况下螺钉(未示出)从保护板24中的切口26突出。将温度传感器16连接到控制器(参见图2，在42处)和/或将电接触件22连接到控制器(参见图2，在42处)的导线(未示出)也可以从切口26突出。
35.在图1中，底部表面14还包含多个槽34。陶瓷加热元件20中的每一个都位于槽34中并固定至所述槽，以减少陶瓷加热元件20的移动。槽34可以具有多个面36，或约三个面36。此外，槽的尺寸和形状被设计成使得陶瓷加热元件紧贴地装配在其中；或者陶瓷加热元件的三个侧部接触所述槽的面。不旨在受到理论限制，认为以这种方式，陶瓷加热元件的至少三个面将接触(tough)槽的边缘，并因此接触底部表面。这又增加了热量从陶瓷加热元件20到底部表面14的直接传递，并因此增加了到导热板10和加热器板1的直接传递。
36.图2示出了本发明的加热器板1的一个实施例的底部表面14的俯视图。保护板24通过多个螺钉30连接到导热板10的底部表面14。可以看到电接触件22从切口26突出，或者穿过(见22’)保护板24。温度传感器16直接附接至底部表面14，并通过螺钉30固定就位。温度传感器16邻近开关32固定，在这种情况下，开关是保护开关。
37.图3示出了电气系统40的实施例的示意图，该电气系统40在此可以用于医疗设备、加湿器和/或导热板。控制器42经由开关32电连接并可操作地连接到多个或者两个陶瓷加热元件20，所述开关可以是压敏开关或者保护开关。控制器42还电连接并可操作地连接到温度传感器16、电源44、附加传感器46和附加部件48等。
38.此处有用的附加部件包括例如存储器或数据储存部件、用于数据传输的无线收发器、与另一设备的有线连接件、时钟等。
39.在此有用的附加传感器46包括，例如，水位传感器50(例如，用于检测水储存器中是否存在足够的水)、水箱检测器52(例如，用于检测水储存器是否存在和/或其是否被适当地附接/固定)、环境温度传感器、湿度传感器、空气流量传感器、空气速度传感器、心跳传感器及其组合；或者水位传感器50、水箱检测器52、环境温度传感器、湿度传感器及其组合；或者水位传感器50、水箱检测器52、环境温度传感器及其组合。
40.应该理解的是，以上仅示出和描述了可以实施本发明的示例，并且在不脱离本发明的精神的情况下，可以对其进行修改和/或变更。
41.还应该理解，为了清楚起见在分开的实施例的背景下描述的本发明的某些特征也可以组合地提供在单个实施例中。相反，为了简洁起见在单个实施例的背景下描述的本发明的各种特征也可以分开地提供，或者以任何合适的子组合提供。
42.本文具体引用的所有参考文献在此全部引入作为参考。然而，引用或并入这样的参考文献不一定是承认其作为本发明的现有技术的适当性、可引用性和/或可用性。