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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Versorgung mit und Befeuchtung von Gasen, insbesondere, aber nicht nur, zum Liefern einer Atemhilfe für Patienten oder Benutzer, die eine Gasversorgung mit positivem Druck für die Behandlung von Krankheiten wie der obstruktiven Schlafapnoe (OSA), Schnarchen, oder chronischen obstruktiven Lungenerkrankung (COPD) usw. benötigen. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf einen Verdichter oder ein Gebläse zur Verwendung in einem Gasversorgungsgerät, der/das im Betrieb in das Gasversorgungsgerät integriert ist.
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Zusammenfassung des Stands der Technik
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Vorrichtungen oder Systeme zum Liefern eines befeuchteten Gasstroms an einen Patienten zu therapeutischen Zwecken sind im Stand der Technik bekannt. Systeme zur Bereitstellung einer derartigen Therapie, zum Beispiel einer CPAP-Therapie, haben einen Aufbau, bei dem Gase auf dem erforderlichen Druck von einem Gebläse (auch als Verdichter, Atmungsunterstützungseinheit, Ventilatoreinheit, Flussgenerator oder Druckgenerator bekannt) an eine Befeuchterkammer hinter dem Gebläse geliefert werden. Wenn die Gase durch die angewärmte, befeuchtete Luft in der Befeuchterkammer geführt werden, werden sie mit Wasserdampf gesättigt. Die Gase werden dann über eine Gasleitung an einen Benutzer oder Patienten hinter dem Befeuchter geliefert.
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Befeuchtete Gase können von einem modularen System an einen Benutzer geliefert werden, das aus getrennten Einheiten zusammengesetzt wurde (d. h. ein System, bei dem die Befeuchterkammer/Heizeinrichtung und die Atmungsunterstützungseinheit/das Gebläse getrennte Elemente sind), die über Leitungen in Reihe geschaltet sind. Eine schematische Ansicht eines Benutzers 1, der Luft von einem bekannten (Stand der Technik) modularen System aus Atmungsunterstützungseinheit und Befeuchter erhält, ist in 1 gezeigt. Druckluft wird von einer Atmungsunterstützungseinheit oder einem Gebläse 2a über eine Verbindungsleitung 10 an eine Befeuchterkammer 4a geliefert. Befeuchtete, erwärmte und unter Druck stehende Gase treten aus der Befeuchterkammer 4a über eine Benutzerleitung 3 aus und werden an den Patienten oder Benutzer 1 über eine Benutzerschnittstelle 5 geliefert.
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Es wird immer üblicher, integrierte Gebläse/Befeuchter-Systeme zu benutzen. Ein typisches integriertes System besteht aus einem Hauptgebläse oder einer Hauptatmungsunterstützungseinheit, das (die) einen Druckgasstrom liefert, und einer Befeuchtereinheit, die mit der Gebläseeinheit gekoppelt oder anders starr damit verbunden ist. Dieses Koppeln erfolgt zum Beispiel durch eine Aufsteck- oder Aufschiebeverbindung, so dass der Befeuchter fest auf der Hauptgebläseeinheit gehalten wird. Eine schematische Ansicht des Benutzers 1, der Luft von einer bekannten, integrierten Gebläse/Befeuchtereinheit 6 gemäß dem Stand der Technik empfängt, ist in 2 gezeigt. Das System arbeitet in der gleichen Weise wie das in 1 gezeigte modulare System, abgesehen davon, dass die Befeuchterkammer 4b in die Gebläseeinheit integriert wurde, um die integrierte Einheit 6 zu bilden.
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Die in den 1 und 2 gezeigte Benutzerschnittstelle 5 ist eine Nasal-Maske, die die Nase des Benutzers 1 bedeckt. Es ist aber anzumerken, dass bei Systemen dieser Art eine Maske, die sowohl Mund als auch Nase bedeckt, eine Vollgesicht-Maske, eine Nasal-Kanüle oder jede andere geeignete Benutzerschnittstelle die gezeigte Nasal-Maske ersetzen könnte. Es könnte auch eine Nur-Oral-Schnittstelle oder Oral-Maske verwendet werden. Auch könnte das Patienten- oder Benutzerende der Leitung mit einem Tracheostoma-Anschlussstück oder mit einer endotrachealen Intubation verbunden sein.
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US 7,111,624 enthält eine ausführliche Beschreibung eines integrierten Systems. Eine 'Aufsteck'-Wasserkammer ist im Betrieb mit einer Gebläseeinheit verbunden. Eine Variation dieser Gestaltung ist eine Aufsteck- oder Anhänge-Gestaltung, bei der die Kammer im Betrieb innerhalb eines Teils der integrierten Einheit eingeschlossen ist. Ein Beispiel dieser Art von Gestaltung ist in der
WO 2004/112873 gezeigt, die ein Gebläse, oder einen Flussgenerator
50, und einen zugeordneten Befeuchter
150 beschreibt.
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Für diese Systeme ist die üblichste Betriebsart wie folgt: Luft wird vom Gebläse durch einen Einlass in das Gehäuse gesaugt, das mindestens den Gebläseteil des Systems umrundet und einschließt. Das Gebläse setzt den Luftstrom vom Flussgenerator-Auslass unter Druck und führt ihn in die Befeuchterkammer. Der Luftstrom wird in der Befeuchterkammer erwärmt und befeuchtet und tritt aus der Befeuchterkammer über einen Auslass aus. Ein Schlauch oder eine Leitung ist entweder direkt oder indirekt mit dem Befeuchterauslass verbunden, und die erwärmten, befeuchteten Gase werden über die Leitung an einen Benutzer geleitet. Dies ist schematisch in 2 gezeigt.
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Ventilatoren von der Art Laufrad oder Gebläse werden am häufigsten bei Atmungssystemen dieser Art verwendet. Eine Laufradschaufeleinheit ist in einem Laufradgehäuse enthalten. Die Laufradschaufeleinheit ist mit einem Antrieb beliebiger Form über eine zentrale Spindel verbunden. Ein typisches Laufradgehäuse ist in den
3 und
4 gezeigt. Eine typische drehende Laufradschaufeleinheit, die sich im Betrieb in dem Gehäuse befindet, ist in den
5 und
6 gezeigt. Luft wird in die Mitte der Laufradeinheit durch eine Öffnung gesogen und dann von den Schaufeln der drehenden Laufradeinheit von der Mitte des Gehäuses nach außen zu einem Ausgangsdurchgang (der sich üblicherweise auf einer Seite des Gehäuses befindet) gedrängt. Ein für die Verwendung mit einem Atmungssystem geeignetes Laufradgebläse ist in der
US 6,881,033 beschrieben.
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Allgemein erfahren häusliche Benutzer eine Behandlung für Schlafapnoe oder Ähnliches. Am häufigsten wird eine Nasal-Maske oder eine sowohl Mund als auch Nase bedeckende Maske verwendet. Wenn eine Nasal-Maske verwendet wird, wird üblicherweise der Mund durch ein Band oder einen Klebestreifen geschlossen gehalten, so dass die Verwendung des Systems wirksam ist (eine Undichtigkeit über den Mund und der zugehörige Druckabfall werden deutlich verringert oder beseitigt). Für den vom Atmen des Benutzers diktierten Strömungsbereich liefert der Druckgenerator der CPAP-Vorrichtung eine Gasströmung auf einem im Wesentlichen konstanten Druck. Der Druck kann üblicherweise vor der Benutzung oder während der Benutzung entweder von einem Benutzer oder einer medizinischen Fachkraft eingestellt werden, die das System aufbaut. Es sind auch Systeme bekannt, die während der Benutzung veränderlichen Druck liefern – zum Beispiel BiPAP-Maschinen, die zwei Druckpegel liefern: einen zum Einatmen (IPAP) und einen niedrigeren Druck während der Ausatmungsphase (EPAP).
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Eine Person, die ein Atmungsunterstützungsgerät benutzt, atmet als Teil ihres Atmungszyklus ein und aus. Wenn der Benutzer ausatmet, atmet er gegen den vom Gebläse gelieferten ankommenden Gasstrom aus. Auf diesem Gebiet der Technik ist es bekannt, auf oder nahe der Maske oder Schnittstelle ein Einweg- oder Vorspannventil hinzuzufügen. Eine Maskenentlüftung ist in der
US 6,662,803 beschrieben. Dies ermöglicht die Entlüftung von ausgeatmeter Luft in die Atmosphäre.
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Eine Maskenentlüftung anderer Gestaltung ist in der
EP 1275412 beschrieben.
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US 6,123,074 offenbart ein System, bei dem die Maske einen Absauganschluss enthält, und bei dem Druck im Atmungssystem durchgehend überwacht wird und ein Druckregler hinter dem Flussgenerator (zwischen der Maske und dem Flussgenerator) einen konstanten Druck in der Leitung aufrechterhält.
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US 6,526,974 offenbart eine CPAP-Vorrichtung, bei der die Größe des Einlasses in das Gebläse oder den Flussgenerator verändert werden kann, oder bei dem die Größe des Einlasses automatisch als Reaktion auf die Bedürfnisse des Benutzers variiert wird. Es ist auch ein Ausatmungspfad vorgesehen.
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Der Begriff ”enthaltend”, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, bedeutet ”zumindest zum Teil bestehend aus”. Bei der Interpretation jeder Aussage in dieser Beschreibung, die den Begriff ”enthaltend” umfasst, können auch andere Merkmale als das oder diejenigen vorhanden sein, denen der Begriff zugeordnet ist. Verwandte Begriffe wie ”enthalten” und ”enthält” sind in gleicher Weise zu interpretieren.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Atmungsunterstützungsgerät bereitzustellen, das einiges dazu beiträgt, die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen, oder das zumindest die Öffentlichkeit oder Industrie mit einer nützlichen Wahl beliefert.
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Demzufolge kann allgemein gesagt werden, dass die Erfindung aus einer Ventilatoreinheit besteht, die im Betrieb Teil einer Gasversorgungseinheit ist, welche zur Verwendung als Teil eines Systems zum Liefern erwärmter Gase an einen Benutzer geeignet ist, wobei die Ventilatoreinheit enthält:
ein Gehäuse, das einen Leitradabschnitt, eine Schnecke, eine Einlassöffnung und einen Auslass definiert, wobei die Schnecke weiter von einem Kanal definiert wird, der das Leitrad umrundet, wobei der Auslass eine Ausgangsöffnung hat,
ein in dem Gehäuse angeordnetes Laufrad, das zur Verbindung mit einem Motor geeignet ist, um im Betrieb die Drehung des Laufrads um eine Achse anzutreiben, wobei das Leitrad zumindest teilweise ringförmig um das Laufrad angeordnet ist, wobei das Laufrad weiter einen Inducer, der geeignet ist, um einen Gasstrom von der Einlassöffnung zu empfangen, und einen Exducer hat, um die Gasversorgung an das Leitrad und die Schnecke auszustoßen,
einen Durchgang, der eine Fluidverbindung zwischen einem Bereich nahe dem Exducer und einem Bereich nahe dem Inducer liefert,
wobei eine untere Fläche des Leitrads und eine Innenwand des Kanals einen Winkelübergang von mehr als 270 Grad definieren.
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Gemäß einem anderen Aspekt kann gesagt werden, dass die Erfindung aus einer Ventilatoreinheit besteht, die im Betrieb Teil einer Gasversorgungseinheit ist, welche zur Verwendung als Teil eines Systems zum Liefern erwärmter Gase an einen Benutzer geeignet ist, wobei die Ventilatoreinheit enthält:
ein Gehäuse, das einen Leitradabschnitt, eine Schnecke, eine Einlassöffnung und einen Auslassdurchgang definiert, wobei der Auslassdurchgang eine Ausgangsöffnung umfasst,
ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes Laufrad, das zur Verbindung mit einem Motor geeignet ist, um im Betrieb die Drehung des Laufrads um eine Achse anzutreiben, wobei das Laufrad das Leitrad ringförmig dazu angeordnet hat, wobei das Leitrad um die Achse zentriert ist, wobei die Schnecke von einem Kanal definiert wird, der einen sich vergrößernden Innenbereich hat und das Leitrad um die Achse umrundet, wobei das Laufrad einen Inducer, der geeignet ist, um eine Gasversorgung von der Einlassöffnung zu empfangen, und einen Exducer hat, um den Gasstrom zum Leitrad und zur Schnecke auszustoßen,
einen Durchgang, der eine Fluidverbindung zwischen einem Bereich nahe dem Exducer und einem Bereich nahe dem Inducer liefert,
wobei das Laufrad eine Fläche hat, die zumindest teilweise in einer axialen Richtung geneigt ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt kann allgemein gesagt werden, dass die Erfindung aus einer Ventilatoreinheit besteht, die im Betrieb Teil einer Gasversorgungseinheit ist, welche zur Verwendung als Teil eines Systems zum Liefern erwärmter Gase an einen Benutzer geeignet ist, wobei die Ventilatoreinheit enthält:
ein Gehäuse, das einen Leitradabschnitt, eine Schnecke, eine Einlassöffnung und einen Auslassdurchgang definiert, wobei der Auslassdurchgang eine Ausgangsöffnung umfasst,
ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes Laufrad, das zur Verbindung mit einem Motor geeignet ist, um im Betrieb die Drehung des Laufrads um eine Achse anzutreiben, wobei das Laufrad das Leitrad ringförmig dazu angeordnet hat, wobei das Leitrad um die Achse zentriert ist, wobei die Schnecke von einem Kanal definiert wird, der einen sich vergrößernden Innenbereich hat und das Leitrad um die Achse umrundet, wobei das Laufrad einen Inducer, der geeignet ist, um eine Gasversorgung von der Einlassöffnung zu empfangen, und ein Exducer hat, um dem Gasstrom zum Leitrad und zur Schnecke auszustoßen,
einen Durchgang, der eine Fluidverbindung zwischen einem Bereich nahe dem Exducer und einem Bereich nahe dem Inducer liefert,
wobei der das Laufrad verlassende Luftstrom zumindest teilweise in axialer Richtung gelenkt wird.
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Gemäß einem anderen Aspekt kann allgemein gesagt werden, dass die Erfindung aus einer Ventilatoreinheit besteht, die im Betrieb Teil einer Gasversorgungseinheit ist, welche zur Verwendung als Teil eines Systems zum Liefern erwärmter Gase an einen Benutzer geeignet ist, wobei die Ventilatoreinheit enthält:
ein Gehäuse, das ein Leitrad, eine Schnecke, einen Einlass und einen Auslass definiert, wobei die Schnecke weiter von einem Kanal definiert wird, der das Leitrad umrundet,
ein Laufrad, das in dem Gehäuse angeordnet und zur Verbindung mit einem Motor geeignet ist, wobei das Laufrad weiter einen Inducer hat, der geeignet ist, um einen Gasstrom vom Gehäuseeinlass zu empfangen, wobei das Leitrad zumindest teilweise ringförmig zum Laufrad angeordnet ist, wobei das Laufrad weiter einen Exducer hat, der geeignet ist, um Gase zum Leitrad und zur Schnecke auszustoßen,
einen Durchgang, der einen Gasstrompfad zwischen einem Bereich nahe dem Exducer und einem Bereich nahe dem Inducer liefert,
wobei eine untere Fläche des Leitrads und eine Innenwand der Schnecke einen Winkelübergang von mehr als 270 Grad definieren.
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Gemäß einem anderen Aspekt kann allgemein gesagt werden, dass die Erfindung aus einer Ventilatoreinheit besteht, die im Betrieb Teil einer Gasversorgungseinheit ist, welche zur Verwendung als Teil eines Systems zum Liefern erwärmter Gase an einen Benutzer geeignet ist, wobei die Ventilatoreinheit enthält:
ein Gehäuse, das ein Leitrad, eine Schnecke, einen Einlass und einen Auslass definiert, wobei die Schnecke weiter von einem Kanal definiert wird, der das Leitrad umrundet,
ein Laufrad, das im Gehäuse angeordnet und zur Verbindung mit einem Motor geeignet ist, um um eine Laufradachse zu drehen, wobei das Laufrad weiter einen Inducer hat, der geeignet ist, um einen Gasstrom vom Gehäuseeinlass zu empfangen, wobei das Leitrad zumindest teilweise ringförmig zum Laufrad angeordnet ist, wobei das Laufrad weiter einen Exducer hat, der geeignet ist, um Gase zum Leitrad und zur Schnecke auszustoßen,
einen Durchgang, der einen Gasstrompfad zwischen einem Bereich nahe dem Exducer und einem Bereich nahe dem Inducer liefert,
wobei ein das Laufrad verlassender Luftstrom in eine Richtung gelenkt wird, die bezüglich der Laufradachse und zum Eingang des Durchgangs spitzwinklig ist.
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In einem anderen Aspekt kann allgemein gesagt werden, dass die Erfindung aus einer Ventilatoreinheit besteht, die im Betrieb Teil einer Gasversorgungseinheit ist, welche zur Verwendung als Teil eines Systems zum Liefern erwärmter Gase an einen Benutzer geeignet ist, wobei die Ventilatoreinheit enthält:
ein Gehäuse, das ein Leitrad, eine Schnecke, einen Einlass und einen Auslass definiert, wobei die Schnecke weiter von einem Kanal definiert wird, der ein sich radial ausdehnendes Volumen hat, welches das Leitrad umrundet,
ein Laufrad, das im Gehäuse angeordnet und zur Verbindung mit einem Motor geeignet ist, um um eine Laufradachse zu drehen,
wobei das Laufrad weiter mindestens einen Gasstrompfadeingang, um Gase vom Gehäuseeinlass zu empfangen, und einen Gasstrompfadausgang hat, um Gase zum Leitrad, zur Schnecke und zum Gehäuseauslass auszustoßen,
einen Durchgang, der einen Gasstrompfad von einem Bereich nahe dem Laufrad-Gasstrompfadausgang zu mindestens einem Laufrad-Gasstrompfadeingang liefert,
wobei durch das Laufrad geführte Gase in eine Richtung gelenkt werden, die bezüglich der Laufradachse und zum Eingang des Durchgangs spitzwinklig ist.
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Vorzugsweise ist die innere Fläche des Gehäuses von einer Augenwand zu einer oberen Wand gebogen.
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Vorzugsweise beträgt der Winkelübergang nicht mehr als 276 Grad.
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Vorzugsweise hat das Laufrad eine Vielzahl von Schaufeln, die von einem Deckel bedeckt sind.
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Vorzugsweise hat der Deckel eine zentrale Öffnung, um einen Einlass zum Laufrad zu liefern und dadurch einen Einlassstrompfad zu definieren.
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Vorzugsweise wird der Kanal von einem Luftspalt zwischen dem Deckel und dem Gehäuse definiert.
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Vorzugsweise hat der Kanal einen inneren Bereich, der sich in einer radialen Richtung vergrößert.
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Vorzugsweise umrundet der Kanal das Leitrad nach unten.
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Vorzugsweise ist die untere Fläche des Leitrads ein trennbares Bauteil.
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Vorzugsweise ist das trennbare Bauteil ein Ring, der das Laufrad zumindest teilweise umrundet.
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Vorzugsweise ist die untere Fläche des Leitrads um bis zu 6 Grad von einer Ebene tangential zur Achse der Laufraddrehung geneigt.
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Vorzugsweise ist die Ventilatoreinheit Teil eines medizinischen Atmungsunterstützungssystems.
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Vorzugsweise kann das medizinische Atmungsunterstützungssystem mit einem Patienten verbunden werden, um unter Druck stehende Atemgase zu liefern.
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Vorzugsweise kann der Gehäuseauslass mit einer Befeuchtungskammer verbunden werden.
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Vorzugsweise enthält die Ventilatoreinheit eine Vielzahl von Schaufeln, wobei die Schaufeln sich zumindest teilweise in einer Richtung der Laufraddrehung erstrecken.
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Gemäß einem anderen Aspekt kann von der Erfindung allgemein gesagt werden, dass sie aus einer Ventilatoreinheit besteht, die im Betrieb Teil einer Gasversorgungseinheit ist, welche zur Verwendung als Teil eines Systems zum Liefern erwärmter Gase an einen Patienten geeignet ist, wobei die Ventilatoreinheit enthält:
ein Gehäuse, das ein Leitrad, eine Schnecke, einen Einlass und einen Auslass definiert, wobei die Schnecke weiter von einem Kanal definiert wird, der das Leitrad umrundet,
ein Laufrad, das im Gehäuse angeordnet und zur Verbindung mit einem Motor geeignet ist, wobei das Laufrad weiter einen Inducer hat, der für den Empfang eines Gasstroms vom Gehäuseeinlass geeignet ist, wobei das Leitrad zumindest teilweise ringförmig zum Laufrad angeordnet ist, wobei das Laufrad weiter einen Exducer hat, der geeignet ist, um Gase zum Leitrad und zur Schnecke auszustoßen,
einen Durchgang, der einen Gasstrompfad zwischen einem Bereich nahe dem Exducer und einem Bereich nahe dem Inducer liefert,
wobei der das Laufrad verlassende Luftstrom zumindest teilweise in eine nach oben weisende axiale Richtung gelenkt wird.
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Gemäß einem anderen Aspekt kann von der Erfindung allgemein gesagt werden, dass sie aus einem Atmungsunterstützungsgerät zum Liefern erwärmter Gase an einen Patienten besteht, wobei die Geräteeinheit enthält:
ein Gehäuse, das ein Leitrad, eine Schnecke, einen Einlass und einen Auslass definiert, wobei die Schnecke von einem Kanal innerhalb des Gehäuses definiert wird, der das Leitrad umrundet,
ein Laufrad, das im Gehäuse angeordnet und zur Verbindung mit einem Motor geeignet ist, wobei das Laufrad einen Inducer hat, der geeignet ist, um einen Gasstrom vom Gehäuseeinlass zu empfangen, wobei das Leitrad zumindest teilweise ringförmig zum Laufrad angeordnet ist, wobei das Laufrad weiter einen Exducer hat, der geeignet ist, um Gase zum Leitrad und zur Schnecke auszustoßen,
einen Durchgang, der einen Gasstrompfad zwischen einem Bereich nahe dem Exducer und einem Bereich nahe dem Inducer liefert,
wobei der das Laufrad verlassende Luftstrom zumindest teilweise in eine nach oben weisende axiale Richtung gelenkt wird.
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Vorzugsweise wird der das Laufrad verlassende Luftstrom von der unteren Fläche des Leitrads gelenkt.
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Vorzugsweise wird der das Laufrad verlassende Luftstrom von der unteren Fläche des Laufrad-Exducers gelenkt.
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Vorzugsweise wird der das Laufrad verlassende Luftstrom von einem Umriss in der unteren Fläche des Exducers gelenkt, wobei der Umriss sich zumindest teilweise entlang der Leitradfläche fortsetzt.
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Vorzugsweise ist eine innere Fläche des Gehäuses von einer Außenwand zu einer oberen Wand gebogen.
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Vorzugsweise hat das Laufrad eine Vielzahl von Schaufeln, die von einem Deckel bedeckt werden.
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Vorzugsweise hat der Deckel eine zentrale Öffnung, um einen Einlass zum Laufrad zu liefern und dadurch einen Einlassstrompfad zu definieren.
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Vorzugsweise wird der Kanal von einem Luftspalt zwischen dem Deckel und dem Gehäuse definiert.
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Vorzugsweise hat der Kanal einen inneren Bereich, der sich in radialer Richtung vergrößert.
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Vorzugsweise umrundet der Kanal das Leitrad nach unten.
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Vorzugsweise ist die untere Fläche des Leitrads ein trennbares Bauteil.
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Vorzugsweise ist das trennbare Bauteil ein Ring, der das Laufrad zumindest teilweise umrundet.
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Vorzugsweise ist die Ventilatoreinheit Teil eines medizinischen Atmungsunterstützungssystems.
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Vorzugsweise kann das medizinische Atmungsunterstützungssystem mit einem Patienten verbunden werden, um unter Druck gesetzte Atemgase zu liefern.
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Vorzugsweise kann der Gehäuseauslass mit einer Befeuchtungskammer verbunden werden.
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Vorzugsweise enthält das Laufrad eine Vielzahl von Schaufeln, wobei die Schaufeln sich zumindest zum Teil in einer Richtung der Laufraddrehung erstrecken.
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Vorzugsweise wird der das Laufrad verlassende Luftstrom von der unteren Fläche des Leitrads gelenkt.
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Vorzugsweise wird der das Laufrad verlassende Luftstrom von der unteren Fläche des Laufrad-Exducers gelenkt.
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Vorzugsweise wird der das Laufrad verlassende Luftstrom von einem Umriss in der unteren Fläche des Exducers gelenkt, wobei der Umriss sich zumindest teilweise entlang der Leitradfläche fortsetzt.
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Vorzugsweise kann der Gehäuseauslass mit einem Patienten verbunden werden, um unter Druck stehende Atemgase zu liefern.
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Vorzugsweise kann der Gehäuseauslass mit einer Befeuchtungskammer verbunden werden.
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Vorzugsweise lenkt eine untere Fläche des Leitrads den das Laufrad verlassenden Luftstrom in eine Richtung, die bezüglich der Laufradachse und zum Eingang des Durchgangs spitzwinklig ist.
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Vorzugsweise lenken eine untere Fläche des Laufrads und eine untere Fläche des Leitrads den das Laufrad verlassenden Luftstrom in eine Richtung, die bezüglich der Laufradachse und zum Eingang des Durchgangs spitzwinklig ist.
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Vorzugsweise lenkt eine untere Fläche den das Laufrad verlassenden Luftstrom in eine Richtung, die bezüglich der Laufradachse und zum Eingang des Durchgangs spitzwinklig ist.
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Vorzugsweise hat das Laufrad eine Vielzahl von Schaufeln, die von einem Deckel bedeckt werden, wobei der Deckel eine zentrale Öffnung hat, um einen Einlass zum Laufrad zu liefern.
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Vorzugsweise hat der Kanal einen inneren Bereich, der sich in einer radialen Richtung vergrößert und das Leitrad nach unten umrundet.
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Vorzugsweise ist die Ventilatoreinheit Teil eines medizinischen Atmungsunterstützungssystems, das mit einem Patienten verbunden werden kann, um unter Druck stehende Atemgase zu liefern.
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Vorzugsweise enthält das Laufrad eine Vielzahl von Schaufeln, wobei die Schaufeln sich zumindest zum Teil in einer Richtung der Laufraddrehung erstrecken.
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Vorzugsweise ist die Ventilatoreinheit Teil eines Atmungsunterstützungsgeräts zum Liefern erwärmter Gase an einen Patienten.
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Vorzugsweise kann der Gehäuseauslass mit einem Patienten verbunden werden, um unter Druck stehende Atemgase zu liefern.
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Vorzugsweise kann der Gehäuseauslass mit einer Befeuchtungskammer verbunden werden.
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Von dieser Erfindung kann auch gesagt werden, dass sie allgemein aus den Bauteilen, Elementen und Merkmalen, auf die in der Beschreibung der Anmeldung einzeln oder zusammen Bezug genommen wird, und beliebigen oder allen Kombinationen von beliebigen zwei oder mehr Bauteilen, Elementen oder Merkmalen besteht, und wo spezifische Ganzzahlen hier erwähnt werden, die bekannte Äquivalente im Stand der Technik haben, auf den sich diese Erfindung bezieht, wird angenommen, dass solche Äquivalente hier einbezogen sind, als ob sie einzeln dargelegt würden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine bevorzugte Form der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Benutzers, der befeuchtete Luft von einem modularen Gebläse/Befeuchter-System einer bekannten Art des Stands der Technik empfängt.
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2 zeigt eine schematische Ansicht eines Benutzers, der befeuchtete Luft von einem integrierten Gebläse/Befeuchter-System einer bekannten Art des Stands der Technik empfängt.
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3 zeigt eine Draufsicht auf ein Laufradgehäuse oder Ventilatorgehäuse einer bekannten Art des Stands der Technik, das mit dem Gebläse oder integrierten Gebläse/Befeuchter der 1 und 2 verwendet werden kann.
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4 zeigt eine Seitenansicht des Ventilatorgehäuses der 3.
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5 zeigt eine perspektivische Draufsicht einer Laufradeinheit, wie sie als Teil des Ventilators der 3 und 4 verwendet werden könnte.
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6 zeigt eine perspektivische Ansicht von unten einer Laufradeinheit, wie sie als Teil des Ventilators der 3 und 4 verwendet werden könnte.
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7 zeigt einen integrierten Gebläse/Befeuchter, der Teil der vorliegenden Erfindung ist, oder mit dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann.
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8 zeigt eine auseinander gezogene Ansicht des integrierten Gebläse/Befeuchters der 7.
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9 zeigt eine perspektivische Ansicht von unten des Gebläses der 7 und 8.
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10 zeigt eine perspektivische Seitenansicht von unten des Gebläses der 7 und 8.
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11 zeigt eine perspektivische Draufsicht eines Ventilatorgehäuses zur Verwendung mit einem System, das erwärmte, befeuchtete Luft an einen Benutzer liefert, wobei das Gehäuse einen Einlass und einen Auslassdurchgang hat.
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12 zeigt eine Draufsicht des Ventilatorgehäuses der 11.
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13 zeigt eine perspektivische Ansicht von unten des Ventilatorgehäuses der 11 und 12.
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14 zeigt eine Ansicht von unten des Ventilatorgehäuses der 11, 12 und 13.
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15 zeigt eine Querschnittsansicht des Ventilatorgehäuses der bevorzugten Ausführungsform, mit einem eingesetzten Laufrad.
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16 zeigt eine stilisierte Querschnittsansicht des Ventilatorgehäuses und Laufrads der bevorzugten Ausführungsform.
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17 zeigt eine graphische Darstellung von Luftstromeigenschaften des Laufrads und Ventilatorgehäuses der vorliegenden Erfindung über einen Bereich von Betriebsbedingungen.
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18 zeigt eine stilisierte Querschnittsansicht des Laufrads und Leitrads, des Ventilatorgehäuses und Laufrads einer alternativen Ausführungsform.
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19 zeigt eine stilisierte Querschnittsansicht des Laufrads und Leitrads einer alternativen Ausführungsform.
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20 zeigt eine stilisierte Querschnittsansicht des Laufrads und Leitrads einer alternativen Ausführungsform.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf ein System beschrieben, bei dem die Befeuchterkammer in die Gasversorgungseinheit (auch als Beatmungseinheit oder Gebläseeinheit bezeichnet) integriert ist. Es ist aber anzumerken, dass das System ebenfalls auf ein modulares System anwendbar ist.
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Eine integrierte Gasversorgungseinheit 7, mit der die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, ist in 7 gezeigt. Die integrierte Einheit 7 enthält zwei Hauptbestandteile: eine Gasversorgungseinheit oder Gebläseeinheit 8 und eine Befeuchtereinheit 9. Die Befeuchtungseinheit 9 ist im Betrieb teilweise in die Außenhülle 80 der Gebläseeinheit 8 eingeschlossen, abgesehen von der Oberseite der Befeuchtungseinheit 9.
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Der Körper der Gasversorgungseinheit
8 hat die Form eines allgemein rechtwinkligen Blocks mit im Wesentlichen senkrechten Seiten- und Rückwänden, und eine Vorderseite, die leicht nach hinten gewinkelt ist (alle Wände können, falls erforderlich, leicht nach innen gewinkelt sein). In der bevorzugten Ausführungsform sind die Wände, Ober- und Unterseite alle so weit wie möglich hergestellt und verbunden, um das Auftreten von Nähten zu minimieren, und alle notwendigen Nähte sind abgedichtet. Wie in
7 gezeigt, umfasst die Gasversorgungseinheit
8 einen Steuerknopf
11, der sich im unteren Abschnitt der Vorderseite der Gasversorgungseinheit
8 befindet, wobei eine Kontrollanzeige
12 direkt über dem Knopf
11 angeordnet ist. Es ist ein Patientenauslass
30 gezeigt, der aus der Rückwand der Gasversorgungseinheit
8 austritt. In der bevorzugten Ausführungsform weist das freie Ende des Auslasses
30 nach oben zur bequemeren Verbindung. Der Patientenauslass
30 ist geeignet, um sowohl eine pneumatische als auch eine elektrische Verbindung mit einem Ende einer Leitung – z. B. Leitung
3 – zu erlauben, die zwischen der integrierten Einnheit
7 und einer Patientenschnittstelle – z. B. der Schnittstelle
5, verläuft. Ein Beispiel der Art von Verbinder, die verwendet werden kann, und der Art von Doppelverbindung, die durchgeführt werden kann, ist in der
US 6,953,354 beschrieben. Es ist anzumerken, dass zum Zweck des Lesens dieser Beschreibung von der Patientenschnittstelle angenommen werden kann, dass sie sowohl die Schnittstelle
5 als auch die Leitung
3 umfasst, wenn es zweckmäßig ist, sie so zu lesen.
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Der innere Aufbau und die Bestandteile der Gasversorgungseinheit 8 werden nun unter Bezug auf die 8, 9 und 10 beschrieben. Die Gasversorgungseinheit 8 umfasst eine umschließende Außenhülle 80, die Teil der Gasversorgungseinheit 8 ist und sie umschließt. Die Hülle 80 umfasst innere Luftdurchgänge zum Leiten der durch die Gasversorgungseinheit 8 gehenden Luft, und auch innere Vertiefungen, Hohlräume oder Schlitze, in denen im Betrieb Baugruppen der Gasversorgungseinheit 8 angeordnet sind. Die Hülle 80 der Gasversorgungseinheit 8 ist weiter geeignet, um ein oben offenes Abteil 13 zu umfassen. Im Betrieb ist die Befeuchterkammer 9 innerhalb des Abteils 13 angeordnet. Die Gebläseeinheit 8 umfasst einen Heizboden oder eine Heizplatte (nicht gezeigt), der/die am Boden des Abteils 13 angeordnet ist. Eine Befeuchter-Einlassöffnung 15 und eine Befeuchter-Auslassöffnung 16 sind an der Wand des Abteils 13 zur Oberseite des Abteils 13 hin angeordnet. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Einlass- und Auslassöffnungen 15, 16 fluchtend ausgerichtet, um zu den Einlass- und Auslass-Befeuchteranschlüssen 17, 18 zu passen, die an der Befeuchterkammer 9 angeordnet sind, wenn das System in Betrieb ist. Es ist anzumerken, dass andere Formen eines Befeuchtereinlasses möglich sind. Zum Beispiel eine Leitung, die zwischen der Gasversorgungseinheit 8 und z. B. dem Deckel der Befeuchterkammer 9 verläuft. Auch wenn die Befeuchterkammer ein getrenntes Teil ist (d. h. im Betrieb nicht starr mit der Gasversorgungseinheit verbunden), ist die Befeuchter-Einlassöffnung 15 nicht direkt mit der Befeuchterkammer verbunden, sondern stattdessen mit einem Ende einer Leitung oder Ähnlichem, die von der Befeuchter-Einlassöffnung auf der Gasversorgungseinheit zur Befeuchterkammer führt.
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Luft aus der Atmosphäre wird in die Hülle der Gasversorgungseinheit 8 durch eine atmosphärische Einlasslüftungsöffnung 19 angesaugt. Diese Lüftungsöffnung 19 kann überall da angeordnet sein, wo es auf der Außenfläche der Hülle der Gasversorgungseinheit 8 geeignet ist. In der bevorzugten Ausführungsform, wie in 9 gezeigt, ist die Einlasslüftungsöffnung 19 an der Rückseite der Hülle der Gasversorgungseinheit 8 auf der rechten Seite der Rückseite (rechte Seite beim nach vorne blicken) angeordnet. In der bevorzugten Ausführungsform wird Luft durch die Einlasslüftungsöffnung 19 mittels einer Ventilatoreinheit 20 angesaugt, die Teil der Gasversorgungseinheit 8 ist, und die innerhalb der umschließenden Außenhülle der Gasversorgungseinheit 8 angeordnet ist. Die Ventilatoreinheit 20 liefert einen unter Druck stehenden Gasstrom für die Gasversorgungseinheit und daher das Atmungsunterstützungssystem. Die Ventilatoreinheit 20 wird nachfolgend ausführlicher beschrieben. Die Luft wird in die Ventilatoreinheit 20 indirekt über einen gekrümmten Einlasspfad 22 angesaugt, der durch die Hülle der Gasversorgungseinheit 8 geformt ist. Der Pfad 22 verläuft von der Einlasslüftungsöffnung 19 zu einer Öffnung 23, die in der Gasversorgungseinheit-Hülle 80 geformt ist, wobei die Öffnung 23 in eine Vertiefung 21 geht, die in der Gasversorgungseinheit-Hülle 80 geformt ist, in der die Ventilatoreinheit 20 angeordnet ist.
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Der Gasstrom geht durch die Ventilatoreinheit 20 zur Befeuchter-Einlassöffnung 15 wie folgt: die Hülle der Gasversorgungseinheit 8 umfasst eine Kammer oder einen Auslassleitungskanal 26, die/der mindestens einen Teil eines Auslassluftpfads bildet, um eine Gasverbindung zwischen der Ventilatoreinheit 20 und der Befeuchter-Einlassöffnung 15 zu ermöglichen. In der bevorzugten Ausführungsform verläuft der Auslassleitungskanal 26 nach oben zwischen der rechten Seitenwand der Gasversorgungseinheit 8 (von hinten nach vorne gesehen) und der vorderen Wand, nach oben zur Befeuchter-Einlassöffnung 15. Wie in den 9 und 10 gezeigt, tritt aus der Ventilatoreinheit 20 austretende Luft in den Leitungskanal 26 ein.
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Im Betrieb tritt Luft aus der Hülle der Gasversorgungseinheit oder des Gebläses 8 über die Befeuchter-Einlassöffnung 15 aus und tritt in die Befeuchterkammer 9 ein. In der bevorzugten Form bildet die Befeuchter-Einlassöffnung 15 einen Auslass am Ende des Leitungskanals 26. Die Gase werden in der Kammer 9 befeuchtet und erwärmt, ehe sie aus der Kammer 9 durch die Befeuchter-Auslassöffnung 16 gehen, die direkt oder indirekt mit dem Patientenauslass 30 verbunden ist (es ist anzumerken, dass der Auslass der Befeuchterkammer 9 auch vollständig von der Gasversorgungseinheit 8 getrennt sein könnte). Das erwärmte befeuchtete Gas wird dann über die Leitung 3 zum Benutzer 1 geleitet.
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Der Patientenauslass 30 ist geeignet, um eine pneumatische Befestigung der Patientenleitung 3 zu ermöglichen, und in der bevorzugten Ausführungsform ist der Auslass 30 auch geeignet, um eine elektrische Verbindung über einen elektrischen Verbinder zu ermöglichen. Eine kombinierte elektrische und pneumatische Verbindung kann zum Beispiel nützlich sein, wenn die Leitung 3 erwärmt werden soll. Das elektrische Heizen einer Leitung wie der Leitung 3 kann das Auftreten einer Kondensation innerhalb der Leitung 3 verhindern oder minimieren. Es ist auch anzumerken, dass die Auslassverbindung nicht über die Hülle der integrierten Einheit 7 erfolgen muss. Falls erforderlich, kann die Verbindung für die Leitung 3 direkt auf einem Auslass von der Befeuchterkammer 9 angeordnet sein.
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Im Betrieb wird die Gebläseeinheit 8 auf einen benutzerspezifischen Druckpegel eingestellt. Der Durchsatz für die bevorzugte Ausführungsform variiert im Betrieb, abhängig vom Atmen des Benutzers. Die Leistung an die Ventilatoreinheit 20 kann verändert werden, um die Geschwindigkeit der Drehung des Laufrads 24 und somit den Druck zu verändern.
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Nun wird der Aufbau der Ventilatoreinheit 20 unter besonderem Bezug auf die 11 bis 16 beschrieben. Im Betrieb ist die Ventilatoreinheit 20 in der Vertiefung 21 der Hülle der Gasversorgungseinheit 8 angeordnet, wie oben unter Bezug auf die 9 und 10 beschrieben. In der bevorzugten Form enthält die Ventilatoreinheit 20 eine drehende Laufradeinheit 24, die innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, das die Form eines Schnecken- oder Spiralgehäuses 25 hat. Der im Gehäuse 25 angeordnete Verdichter oder Ventilator wird zum Zweck dieser Beschreibung allgemein als ein 'Ventilator', und für die spezifische bevorzugte Ausführungsform als 'Laufradeinheit 24' bezeichnet. Man kann sehen, dass die Ventilatoreinheit 20 in der Ebene gesehen allgemein kreisförmig erscheint, wie in den 12 und 14 gezeigt. Das Ventilatorgehäuse 25 umfasst eine Einlassöffnung 27. In der bevorzugten Form ist die Einlassöffnung 27 ein kreisförmiges Loch, das in etwa in der Mitte der unteren Seite des Gehäuses 25 angeordnet ist und von der Außenseite des Gehäuses zur Innenseite geht. Luft vom Einlasspfad 22 tritt in das Ventilatorgehäuse 25 über die Einlassöffnung 27 ein. Es ist anzumerken, dass da, wo es angebracht wäre, die Öffnung 23 und zumindest einen Teil der Vertiefung 21 als Teil des Lufteinlasspfads zu umfassen, die Beschreibung als diese Elemente umfassend gelesen werden sollte. Die bevorzugte Form des Gehäuses 25 der Ventilatoreinheit 20 umfasst auch einen Auslassdurchgang 28. In der bevorzugten Form ist der Auslassdurchgang 28 ein kurzer Durchgang, der als integraler Bestandteil des Gehäuses 25 geformt ist und im Wesentlichen in Umfangsrichtung mit dem Rest des allgemein kreisförmigen Gehäuses 25 fluchtend ausgerichtet ist. Eine Ventilatorgehäuse-Auslassöffnung oder Ausgangsöffnung 29 ist am äußeren Ende des Durchgangs 28 angeordnet. Es ist anzumerken, dass die Ventilatorgehäuse-Ausgangsöffnung 29 überall da auf dem Durchgang 28 angeordnet sein kann, wo es zweckmäßig ist (d. h. es muss nicht am Ende des Durchgangs sein, es könnte durch die Durchgangswand hindurch auf halbem Weg seiner Länge sein). Die Ausgangsöffnung 29 öffnet sich in den Leitungskanal 26.
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Der Auslassdurchgang 28 bildet einen Teil des Luftpfads vom Ventilator zur Befeuchter-Einlassöffnung 15. Das Ventilatorgehäuse 25 umschließt den Ventilator im Betrieb, mit Ausnahme der Einlassöffnung 27 und der Ausgangsöffnung 29 des Durchgangs 28.
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In der bevorzugten Ausführungsform wird die Drehung der Ventilatoreinheit 20 von einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben, der sich außerhalb des Gehäuses 25 befindet, wobei der Ventilator oder die Laufradeinheit 24 zur Verbindung mit dem Motor geeignet ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Motor unter dem Gehäuse 25 in der Vertiefung 21 angeordnet und ist ein elektromagnetischer Motor. Die Laufradeinheit 24 umfasst eine Spindel 60, die senkrecht nach unten aus dem Gehäuse 25 heraus verläuft, um sich mit dem Motor zu verbinden. Im Betrieb wird der Motor angetrieben, um die Spindel zu drehen, was die Drehung der Laufradeinheit 24 verursacht. In alternativen Ausführungsformen könnte der Ventilator indirekt vom Motor betrieben werden, zum Beispiel durch Zahnradgetriebe oder Ähnliches, die den Ventilator mit dem Motor verbinden, oder durch magnetische Induktion oder Ähnliches. Luft oder Gase werden durch die Einlassöffnung 27 in die Mitte des Gehäuses 25, in die Mitte der Laufradeinheit 24 angesaugt und werden dann als ein Gasstrom durch die Ausgangsöffnung 29 des Auslassdurchgangs 28 von den Laufradschaufeln 31 nach außen gedrängt, wenn die Laufradeinheit 24 dreht.
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In der bevorzugten Form ist der Ventilator-Auslassdurchgang oder Ausgangsdurchgang 28 im Wesentlichen tangential zum Gehäuse 25 fluchtend angeordnet. Der Querschnitt des Ventilator-Auslassdurchgangs 28 könnte eine beliebige geeignete Form haben, wie oval, rechtwinklig oder kreisförmig. Der Ventilator-Auslassdurchgang 28 bringt die von der Laufradeinheit 24 nach außen gedrängten Gase dazu, als ein fluidischer Gasstrom zusammenzufließen und gibt die Richtung vor, in der der Gasstrom strömt. Es entsteht unvermeidlich eine gewisse Verwirbelung der Gase innerhalb des Durchgangs. Der grobe Pfad oder die Gesamtrichtung des Gasstroms verläuft aber entlang des Durchgangs vom Ventilator zur Ventilatorgehäuse-Ausgangsöffnung 29.
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Eine Person, die ein Atmungsunterstützungsgerät nutzt, atmet als Teil ihres Atmungszyklus ein und aus. Wenn der Benutzer ausatmet, atmet er gegen den vom Gebläse gelieferten ankommenden Gasstrom aus, wodurch der Druck in der Leitung 3 erhöht und die Strömung des Gasstroms gedrosselt wird. Der Druckanstieg kann dazu führen, dass die Strömung durch ein Laufrad sich abrupt verlangsamt oder umkehrt, was wiederum das Laufrad dazu bringt, einen Strömungsabriss oder einen Pumpstoß hervorzurufen. Ein Strömungsabriss oder Pumpstoß kann zu Hochfrequenzschwankungen im Druck des gelieferten Gasstroms führen. Die Schwankungen können vom Benutzer durch den Gasstrom gefühlt werden und können zu hörbaren Geräuschen führen, die beide für einen Benutzer störend sind. Die Schwankungen können auch zu einer Vibration in mechanischen Strukturen des Systems führen, die ein zusätzliches Geräusch verursachen können, das für einen Benutzer störend ist.
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Es wurde gefunden, dass die Hinzufügung eines Gasrückführungsdurchgangs zur Ventilatoreinheit 20 einiges dazu beiträgt, den Beginn eines Strömungsabrisses oder Pumpstoßes zu verhindern. Der Rückführungsdurchgang ermöglicht es, dass der aus dem Laufrad austretende Gasstrom zum Eingang des Laufrads in einer allgemeinen Strömungsrichtung entgegengesetzt zu derjenigen der Hauptströmung zurückgeführt wird. Der Rückführungsdurchgang ermöglicht es, den Beginn eines Pumpstoßes oder Strömungsabrisses zugunsten eines geringeren Massenluftstroms am Ausgang der Ventilatoreinheit 20 zu verschieben. Zum Beispiel, wenn der Benutzer während eines normalen Teils seines Atemzyklus ausatmet, fällt der Massenluftstrom durch das Laufrad 24 aufgrund des Druckanstiegs am Ausgang des Gebläses.
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Der Rückführungsdurchgang hält den Luftdurchsatz durch das Laufrad aufrecht, um eine Strömungsinstabilität und die zugehörigen Nebenwirkungen zu vermeiden, während auch ein gewünschter Ausgangsdruck aufrechterhalten wird. Der Nutzbetriebsbereich des Laufrads wird dadurch erhöht. Eine bevorzugte Form eines Gas-Rückführungsdurchgangs wird nun unter besonderem Bezug auf 15 beschrieben.
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15 zeigt eine Querschnittszeichnung der Gebläseeinheit 20. Ein Motor 102 treibt eine zentrale Welle 103 an, die mit dem Laufrad 24 verbunden ist. Vorzugsweise wird der Motor 102 elektrisch angetrieben, wie zum Beispiel von einem bürstenlosen Gleichstrommotor. Wenn der Motor 102 eingeschaltet wird, wird das Laufrad 24 gedreht, damit Luft durch die Einlassöffnung 27 angesaugt wird. Ein Führungsbauteil 104, das direkt über und ringförmig zum Laufrad 24 angeordnet ist, gewährleistet, dass in das Gebläse 20 angesaugte Luft zwischen dem Laufradeinlass und – auslass geführt wird. In dieser Beschreibung ist der Teil des Laufrads, wo der Luftstrom eintritt, als Inducer 106 bezeichnet, und der Teil des Laufrads, wo der Luftstrom austritt, als Exducer 105 bezeichnet. Das Führungsbauteil 104 kann in alternativen Formen durch eine integrale Fläche ersetzt werden, um die Laufradschaufeln abzudichten. Die bevorzugte Form des Rückführungsdurchgangs 108 ist als fluidisch die Gasstrompfade nahe dem Exducer 105 und dem Inducer 106 des Laufrads verbindend gezeigt. Es ist anzumerken, dass der Rückführungsdurchgang 108 konstruiert sein kann, um es zu ermöglichen, dass der Gasstrom von einem beliebigen Standort hinter dem Laufrad-Exducer 105 eintritt. Das vordere Ende (d. h. an oder nahe dem Inducer 106) des Rückführungsdurchgangs 108 kann eine Lippe 109 oder einen Umriss umfassen, um den Luftstrom zum Inducer 106 zu führen, um ein gleichmäßiges Zusammenführen von rückgeführten Gasen mit durch die Öffnung 27 eintretenden Gasen zu gewährleisten.
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Die innere Konstruktion des Laufradgehäuses 20 umfasst idealerweise ein Leitradteil 112 und eine Schnecke 111. Das Leitrad 112 dient dazu, den aus dem Laufrad austretenden Gasstrom zu verlangsamen, wodurch der statische Druck erhöht wird. Die allgemeine Form der Schnecke 111 ist in 13 als ein sich verbreiternder Kanal dargestellt, der das Laufrad 24 umrundet. Die Schnecke 111 sammelt das Gas vom Leitrad 112 und transportiert es zum Auslassdurchgang 28. Während des Sammelns des Gases verlangsamt die Schnecke 111 den Strom weiter aufgrund des sich vergrößernden Querschnittsbereichs, um den statischen Druck des Gasstroms zu erhöhen. Die Schnecke verbreitert sich typischerweise in einer Richtung nach unten bezüglich der Richtung des in das Laufrad eintretenden Luftstroms. Eine andere in dieser Beschreibung verwendete Sprache, um die Richtungen nach oben und nach unten zu beschreiben, soll sich auf Richtungen bezüglich der Richtung des in das Laufrad eintretenden Luftstroms beziehen, wenn nichts anderes gesagt wird.
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Wenn ein übermäßiger Druck am Ausgangsdurchgang 28 aufgebaut wird, zum Beispiel, wenn der Benutzer ausatmet, wird der Gasstrom vom Leitrad 112 zur Schnecke 111 verlangsamt, angehalten oder sogar umgekehrt. Unter diesen Bedingungen strömt der aus dem Laufrad 24 austretende Luftstrom durch den Rückführungsdurchgang 108, während der Durchgang ein 'Pfad des geringsten Widerstands' wird. Unter solchen Bedingungen wird die Geschwindigkeit des Gasstroms durch das Laufrad aufrechterhalten, während der Strom am Ausgang der Gebläseeinheit 20 nur erzeugt wird, wenn es vom Benutzer gefordert wird.
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Im Augenblick des Stromaufbaus oder der Stromumkehr, wenn ein ausreichend hoher Druck vom ausatmenden Benutzer erzeugt wird, kann der Gasstrom nicht durch den Auslassdurchgang 28 austreten oder kehrt sogar über den Auslassdurchgang 28 in die Schnecke 111 zurück. Der Gasstrom im Leitrad 112, der aus dem Laufrad ausgetreten ist, vereint sich mit dem wieder in die Schnecke eintretenden Gasstrom an der angrenzenden Kante der Schnecke und des Leitrads in turbulenter Weise. Die Turbulenz kann zu einer Strominstabilität im Laufrad und im Leitrad 112 führen, wodurch die Wirksamkeit des Rückführungsdurchgangs 108 verringert und möglicherweise ein unerwünschter Strömungsabriss oder Pumpstoß im Laufrad erzeugt wird. Die angrenzende Kante hat typischerweise einen 90° Winkelübergang, der von der im Wesentlichen waagrechten Ebene des Leitrads und der inneren Wand des Schneckenkanals gebildet wird. Typischerweise umrundet der Winkelübergang, der von der angrenzenden Kante des Leitrads und der Schnecke geformt wird, das Laufrad ganz. Es wird aber in Betracht gezogen, dass der Winkelübergang nur teilweise das Laufrad umrunden kann, zum Beispiel, wenn zusätzliche Schaufeln von Luftstromführungsbauteilen innerhalb des Gehäuses verwendet werden, um Luftstromeigenschaften zu verändern.
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In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, um eine Strömungsinstabilität als Ergebnis einer Strömungsumkehr zu vermeiden, bildet eine ringförmige Rampe, ein Keilbauteil oder eine geneigte Fläche 110 einen Teil der Konstruktion der Ventilatoreinheit 20. Die Rampe, der Keil oder die Fläche wird nachfolgend als das Keilbauteil 110 bezeichnet. Das Keilbauteil 110 ist angeordnet und bemessen, um zumindest teilweise den Laufrad-Exducer 105 zu umrunden. Das bevorzugte Keilbauteil 110 ist geformt und ausgerichtet, um den aus dem Laufrad austretenden Gasstrom zur oberen Fläche des Laufradgehäuses 20 zu lenken, wodurch ein größerer Einfallwinkel gegen die obere Schneckenwand 107 erzeugt wird. Der am meisten bevorzugte Rampenwinkel des Keilbauteils 110 bezüglich der Ebene von aus dem Laufrad austretenden Gasen beträgt vorzugsweise nicht mehr als 6 Grad, um einen Zusammenbruch von Luftstromgrenzlagen im Leitrad zu vermeiden, der eine Strömungsstabilität weiter behindern würde. Das Lenken des Luftstroms im Leitrad 112 zumindest teilweise in Richtung des wieder von der Schnecke 111 in das Leitrad eintretenden Luftstroms liefert eine gleichmäßigere Zusammenführung der zwei Gasströme, wodurch Turbulenz reduziert wird. Eine gekrümmte Innenwand 107 der Schnecke 111 vereinfacht auch einen gleichmäßigeren Strompfad zum Eingang des Rückführungsdurchgangs 108 dadurch, dass es dem Gasstrom ermöglicht wird, einem gleichmäßigeren Umriss zu folgen, der jede weitere Turbulenz vermeidet, die den Luftstrom behindern kann.
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Der aus dem Laufrad austretende Luftstrom hat tangentiale und radiale Komponenten. Die Stärke dieser Komponenten hängt etwas vom Umriss der Laufradschaufeln ab. Zum Beispiel verleihen nach vorne weisende Laufradschaufeln dem Luftstrom eine starke tangentiale Geschwindigkeit. Wogegen nach hinten weisende Schaufeln dem Luftstrom eine starke radiale Geschwindigkeit verleihen. Beim bevorzugten Laufrad weisen die Schaufeln nach vorne, so dass dem das Laufrad verlassenden Luftstrom starke tangentiale und verringerte radiale Geschwindigkeitskomponenten verliehen werden. Auf diese Weise wird der Luftstrom angeregt, tangential innerhalb des Leitrads 112 und der Schnecke 111 zu verwirbeln. Die verringerte radiale Geschwindigkeitskomponente des Luftstroms liefert einen weniger turbulenten Übergang um die angrenzende Kante des Leitrads 112 und der Schnecke 111 herum durch Lenken des Luftstroms zur oberen Fläche der Schnecke 107, ehe er nach unten entlang der Außenwand geht. Das Wirbeln begünstigt auch einen gleichmäßigeren Luftstrom in den Rückführungsdurchgang 108. Das Verwirbeln kann auch durch Positionieren von Ventilatorflügeln im Leitrad zum Lenken des Luftstroms in eine radiale Richtung erzeugt werden.
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Vorzugsweise wird das Keilbauteil 110 in das Laufradgehäuse geformt. Es wird aber in Betracht gezogen, dass der Keil auch lösbar sein kann, um eine Nachrüstung in die Leiträder existierender Gebläse, oder die Fähigkeit zu erlauben, einen von mehreren Rampenwinkeln auszutauschen, die am besten für ein besonderes Atmungsprofil eines Benutzers geeignet sind.
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16 zeigt eine Darstellung des Laufrads 24 innerhalb des Laufradgehäuses 25. Vorzugsweise hat die Innenwand des Gehäuses 107 einen größtmöglichen Radius 121, um einen gleichmäßigeren Luftstrom zum Rückführungsdurchgang 108 zu begünstigen. Es hat sich herausgestellt, dass der Rückführungsdurchgang erfolgreich arbeitet, wenn er 1 mm hoch ist, wie durch die Abmessung 120 gezeigt ist. Eine Vergrößerung der Durchgangshöhe 120 würde mehr Luftstromrückführung begünstigen, was weiter eine Verringerung einer möglichen Luftstrominstabilität begünstigen würde, wobei die Abstimmung der Verringerung der Massenluftstromrate am Ausgang des Gebläses erhältlich ist. Es ist außerdem offensichtlich, dass der Rückführungsdurchgang 108 eine Reihe von Durchgängen enthalten kann. Der kollektive Bereich der Durchgänge definiert die Rate der Luftstromrückführung.
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Der Rückführungsdurchgang 108 kann durch eine Öffnung, oder zumindest eine Fluidverbindung, definiert werden, die in dem Gebläsegehäuse 25 oder einem getrennten Aufbau geformt ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Laufrad mit einem 'Deckel' 118 geformt, um die Schaufeln im Wesentlichen zwischen dem Inducer 106 und Exducer 105 einzuschließen. Ein Luftspalt über dem Deckel formt den erforderlichen Rückführungsdurchgang 108 dadurch, dass Luft über dem Laufrad 24 strömen kann, ohne den Luftstrom durch die Laufradschaufeln zu behindern. Weiter kann der Rückführungsdurchgang von einer Fluidverbindung zwischen zwei beliebigen Punkten vor, hinter oder in der Mitte bezüglich des Laufrads gebildet werden.
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Vorzugsweise ist das Keilbauteil 110 vollständig kreisförmig und verläuft ganz um das Laufrad 24 herum. Es hat sich aber gezeigt, dass auch ein teilweise ringförmiger Keil verbesserte Pumpstoßeigenschaften liefert. Rampenwinkel des Keils können mehr oder weniger als 6° betragen, um den wirkungsvollsten gleichmäßigen Luftstrom-Zusammenführungswinkel an und um den Winkelübergang 122 abzustimmen, wobei steilere Winkel eine gleichmäßige Zusammenführung und flachere Winkel eine turbulentere Zusammenführung liefern. Der Winkelübergang 122 erstreckt sich radial um die Außenseite der unteren Fläche des Leitrads, wo sie auf die Schnecke 107 trifft. Typischerweise hat der Winkelübergang von der Leitradfläche zur Schnecke einen Winkel von 270 Grad. Die Hinzufügung des Keilbauteils 110 vergrößert diesen Winkel. Vergrößerte Rampenwinkel des Keilbauteils 110 können auch verwendet werden, um den Rückführungsgrad durch den Rückführungsdurchgang 108 zu erhöhen, wenn auch auf Kosten erhöhter Geräuschpegel. Kleinere Rampenwinkel können verwendet werden, um eine Verringerung an Luftstromrückführung durch den Rückführungsdurchgang 108 und somit eine Verringerung an Massenluftstrom und Druck zu liefern.
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Zusätzlich zum Winkel der Rampe kann der Kanalbereich durch den Rückführungsdurchgang 108 verbreitert werden, um die Menge an rückgeführtem Luftstrom, und daher den Massenluftstrom und Druck, den das Laufrad erfährt, zu vergrößern. Das Volumen des Rückführungsdurchgangs kann aber bis zu dem Punkt vergrößert werden, in dem zu viel Luftstrom zurück zum Inducer 24 entweicht. Unter solchen Bedingungen könnte eine Labyrinthdichtung im Rückführungsdurchgang verwendet werden, um den Druckverlust zu verringern.
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17 zeigt ein Versuchsdiagramm, das einen Massenluftstrom und Druck zwischen Gebläsekonfigurationen mit dem und ohne den ringförmigen Keil 110 zeigt. Die Linie 101 zeigt eine Strömungskurve für ein Gebläse ohne den ringförmigen Keil. Die Linie 100 zeigt eine Strömungskurve für das gleiche Gebläse mit dem eingesetzten Keilbauteil 110. Bei hohem Druck und niedrigen Massenstromraten (der Bereich, in dem die Strömungsinstabilität am wahrscheinlichsten auftritt) sieht man, dass die Hinzufügung des Keilbauteils 110 den Massenluftstrom erhöht hat. Die Verbesserung ist besonders offensichtlich, wenn die Massenstromrate gegen Null geht, zum Beispiel, wenn der Benutzer ausatmet.
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In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat das Laufrad 24 einen Exducer 105, der geformt ist, um den das Laufrad verlassenden Luftstrom in einer Richtung nach oben, oder zumindest in der allgemeinen Richtung des Eingangs des Rückführungsdurchgangs 108 zu lenken. Das Lenken des Luftstroms nach oben kann vereinfacht werden durch Formen des Laufrads, indem mindestens ein Teil der abdichtenden unteren Fläche sich zur Oberseite des Leitrads neigt, wie in 19 gezeigt. Auf diese Weise hat der Gasstrom eine axiale Geschwindigkeitskomponente, die dem Luftstrom verliehen wird, und das Keilbauteil 110 wäre nicht erforderlich. Es ist den Fachleuten auch klar, dass alternative Anordnungen möglich sind. Zum Beispiel eine Kombination des Keilbauteils 110 und einer nach oben geneigten unteren Dichtfläche des Laufrads. 20 zeigt eine Querschnittsansicht des Laufrads, das am Exducer 105 nach oben geneigt ist, und das Keilbauteil 110 ist geformt, um die Krümmung des Exducers für eine gewisse Strecke fortzusetzen.
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In der bevorzugten Form wird die Gebläseeinheit von einem Benutzer auf eine konstante Druckeinstellung eingestellt, die je nach den Bedürfnissen des Benutzers auf verschiedene Pegel (konstanter Druck) eingestellt werden kann. Der von der CPAP-Einheit oder der Gebläseeinheit 8 für jede besondere konstante Druckeinstellung gelieferte Durchsatz ist variabel und hängt vom Atemmuster eines einzelnen Benutzers ab. Idealerweise würde eine CPAP-Vorrichtung einen konstanten Druck für alle Durchsätze liefern. Im Betrieb liefert die Gebläseeinheit 8 aber für jede gegebene Druckeinstellung einen variablen Druck und Durchsatz, wenn ein Benutzer atmet.
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Die bevorzugte Form der Ventilatoreinheit ist geschwindigkeitsanpassbar, um einen Druckbereich zu liefern, der vorzugsweise zwischen etwa 4 cmH2O und 20 cmH2O für Durchsätze von bis zu 240 1/Minute liegt.
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Während bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben werden, ist vorgesehen, dass die Fachleute verschiedene Änderungen der vorliegenden Erfindung entwickeln können, ohne den Rahmen der beiliegenden Ansprüche zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7111624 [0006]
- WO 2004/112873 [0006]
- US 6881033 [0008]
- US 6662803 [0010]
- EP 1275412 [0011]
- US 6123074 [0012]
- US 6526974 [0013]
- US 6953354 [0092]
