CN104288853A - 包括热量回收的透析系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透析系统，其包括优选渗透型的水处理单元，所述水处理单元的出口连接有包括多个分支连接的水供应管线，所述分支连接以可选择的方式与透析器流体连接，并且所述透析系统还包括引流管线，通过它可以从流体连接的透析器排出用过的透析液。根据本发明，提供位于透析器外部的至少一个热交换器，所述热交换器在一侧上连接到紧接在所述分支连接上游的所述水供应管线，并且在其另一侧上连接到所述引流管线。

Description

包括热量回收的透析系统

技术领域

本发明涉及一种包括热量回收和中央能量管理的透析系统，尤其根据权利要求1的前序部分，涉及一种透析系统，所述透析系统包括固定的水/流体供应和优选地具有移动设计的透析器，这些透析器可选择地与所述水/流体供应连接。

背景技术

一般说，相关种类的透析系统包括具有多个分接选项(分接点)的固定水供应，优选地，所述分接点可选择地与移动透析器流体连接。除了其它部件以外，这样的透析器尤其配备有内部加来热系统，以便在透析阶段将从固定水供应分出的水加热到体温，并在消毒阶段加热到稍低于沸点的温度(约90℃)。为此目的所需的初始能量以电力的形式供应给透析器。此外，透析器可以各自具有集成的热交换器，以便将存在于用过的透析液中的热能供应至从固定水供应分出的水和由其新鲜制备的透析液，并以此方式来减少由各个透析器的初始能量消耗。

因此，这些已知的概念基本上基于完全独立运作透析器形式的所谓单独解决方案原理，这些透析器各自独立地(单独地)以各自的合适状态(温度、浓度)并且在各自的合适时刻来利用所需的功能物质，如消毒剂或透析液等。

如前面已经说明，在透析处理过程中，流经透析器的透析液必须被加热到预定的目标温度-通常大约37℃。在透析器中，传入的透析液/水首先由上述内部热交换器预加热，然后由加热器加热，优选电加热，直至达到目标值。然而，将每个透析器配备热交换器是复杂的，也很昂贵。取决于所连接的透析器的数量，由此使得整个透析系统的成本越来越高。然而，如果放弃使用内部热交换器，将由于初始能量的消耗增加而导致操作成本增加过多。

在WO 2012/175210 A2中提出能量供应概念，其基本上提供在例如装备有根据上述结构设计的透析系统的透析中心消耗的廉价产生的初始能量。因此，除了别的以外，将用于产生电力的光伏系统与尤其用于加热处理室的热泵结合，所述热泵吸收来自用于用过的透析液的排出管线/管道的热能并且将有用的能量传递到处理室中。用过的透析液中包含的能量因此可以由热泵回收。然而，在开头涉及个别透析器所描述的独立解决方案原理仍然未改变。

发明内容

考虑到现有技术，本发明是基于以下目标，即提供用于透析中心的能量供应概念，由此可以整体降低透析中心的费用开支。

这个目标通过包含权利要求1的特征的透析系统来实现。本发明的有利的进一步发展是从属权利要求的标的物。

本发明是基于下面的能量相关考虑因素：

透析中心操作效率的提高并不仅限于提供廉价产生的初始能量，和借助于已知能量转换系统来回收已使用过的能量，它还延及这种能量的有利使用。为此目的，有必要分析透析中心用于获得、维护和当前运作的货币支出，并通过适当集中所使用的能量来对这些支出进行优化。

事实证明，例如，特别在透析器的情况下，对透析器单独配备热交换器导致成本显著增加，特别是关于获得和维护(包括消毒)。尽管例如与此同时用于加热透析中心的费用开支可以通过根据上述现有技术的替代能量转换系统来降低，但是根据本发明的结果，由此所得到的成本节约低于上述成本增加。因此根据本发明的经营管理研究结果，可有利地使用回收的热能，以使得个别热交换器也许可以省去或至少它们的尺寸可以减小。

根据最新的研究结果，透析器的个别操作还可能导致一种情况，即透析器意外地在相同的操作阶段，例如，在消毒阶段以较高的能量消耗操作。这导致暂时的功率消耗峰值，出于电价的原因，这会导致过多的电能成本。因此，应配置可回收初始能量的使用，并且进行控制，以使得以前仅个别操作的透析器可加以协调，以避免而且至少减少这种消耗峰值。

根据可作为独立方面主张保护的本发明第一个方面，所述透析系统在其固定部分中配备有优选渗透型的(中央)水处理单元，向其供应新鲜水(自来水)或进料水，并且其出口具有与其连接的用于(非固定)透析器的水供应管道，所述水供应管道具有包括多个分支连接的部分。优选地，移动透析器以可选择方式与这些分支连接流体连接或改适成与这些分支连接进行连接。至于其结构，这些机器实质上对应于从现有技术已知的机器，但是，在适当情况下，它们也可被设计成不具有用于能量回收的内部热交换器。此外，透析系统包括引流管线，通过它可以从在所讨论的时刻流体连接到引流或收集罐的透析器累积排放用过的透析液。根据本发明，提供(固定/中央)第一热交换器(WT1)，其设置于透析器外部，并且在其一侧、分别在水处理单元与在流动方向上看到的最接近分支连接和包括分支连接的管线部分之间连接到水供应管线，并且在其另一侧连接到引流管线和/或累积用过的透析液的收集罐。

换句话说，根据本发明，利用用过透析液中所包含的热能并利用集中加热，特别是第一热交换器，所述系统的固定部分/区域中的水(渗透物)被加热并且可经由水供应管道提供至透析器，所述管道优选为环形管线。在这种情况下主要存在以下难题，当用于渗透的进料水被加热时，水处理单元中的微生物污染的风险增加。因为渗透隔膜通常也存在最大温度限制，所以进料水只能被加热到有限的程度，并且对透析器电再加热难免是有必要的。这将限制能量回收的使用。

然后，根据本发明，已经被处理的水(渗透物)在处理装置的下游被预加热，这样将避免渗透隔膜的温度增加。

优选地，水供应管道构成环形管线，所述环形管线在多个分支连接的下游以反馈管道形式返回到水处理装置。这防止了未使用、已预加热的水(渗透物)的损失，而是经由水处理装置或在其下游直接再次供应到第一热交换器以进一步预加热。

此外，可以规定布置另一个温度传递构件，它包括第二热交换器，所述第二热交换器设置在透析器外部，并且在一侧、优选在水处理装置与第一热交换器之间连接到水供应管道，并且在另一侧、分别在水处理装置与在流动方向上看到的位于最远端的分支连接或包括分支连接的管道部分之间连接到反馈管道。或者或另外，可提供热泵，其吸收来自引流管道和/或反馈管道的热能并且将有用的能量分别在水处理装置与在流动方向上看到的位于最近端的分支连接或包括分支连接的管道部分之间传递至水供应管道。

由此可见，借助于第二热交换器进行预加热，同时利用经由环形管线来传导的未使用的水中的剩余能量，从而使反馈回到处理装置的水冷却下来，并因此避免了处理装置(以及其中所提供的渗透隔膜)的加热。热泵提供如下优点：用过的透析液中的剩余能量也得以回收，以馈送到水供应管道的水中。在这种情况下，具体地说，热泵是电子可控制的，从而将水供应管道中的水的温度增加至合适/期望的值或降低所述温度(在这种情况下，热泵可以反过来作为冷却装置来操作)。

根据可作为独立方面主张保护的本发明另一个方面，根据本发明的透析系统配置有中央(固定)电子控制单元，其具有与其连接的至少一个温度传感器，用于至少在第一热交换器(WT1)与包括分支连接的管道部分之间测量水供应管道中的实际温度，其中所述控制单元据此控制第一热交换器和/或热泵的区域中的热传递控制器，以达到期望的温度，从而可通过第一热交换器和/或热泵来调节转移或可转移的热量。由此，可最初基本上防止环形管线中提供的水的过度加热。

优选地，中央电子控制单元另外电连接或可连接到当前被流体连接的透析器，从而获得关于这些机器的当前操作阶段的信息，并且根据这个信息来控制热传递控制器和/或热泵。所述反馈允许能量管理，根据这种能量管理，水供应管道/环形管线中所提供的水的温度设定到一定值，所述值将根据透析器的各个操作阶段为分别加热水所需要的能量减小到最低程度。此为目的，将水供应管道/环形管线中的期望温度设定到当前所连接的透析器所要求的温度值中的最低温度值是有利的。

根据可作为独立方面主张保护的本发明另一个方面，可规定电子控制单元可直接/间接介入当前流体连接的透析器的操作循环，以协调它们的当前操作阶段，从而使得操作阶段，特别是展示高电能消耗的那些操作阶段，错开时间来执行，以使得时间重叠最少。以此方式，可避免/降低功率消耗峰值，使得可以例如以较便宜的电价来购买电力。

附图说明

在下文中，借助于优选实施方案并参考附图来对本发明进行详细说明。此图显示了透析系统以及电子控制构件的示意性流体框图，所述电子控制构件用于监测和控制透析系统的流体机械元件并且分别用于集中协调当前所连接的透析器以及其当前操作阶段。

具体实施方式

根据本发明，根据本发明的透析系统可以基本上被细分成固定区域和非固定/移动区域。移动区域本质上是关于透析器，它们任选地彼此分开地连接到固定区域，或者可以投入操作来执行患者的相应透析处理。固定区域尤其包括：管路系统，其具有集成在其中的流体相关功能元件(阀、限流器、过滤器等)，用于正确地将经过净化/预处理的水供应到当前以操作状态来连接/提供的透析器并且用于排出用过的流体；以及中央控制，其用于借助于合适的功能元件(电子控制单元、温度/压力传感器、热交换器、热泵、压力泵等)提供在期望状态(净化、加热、加压等)下的水。

至于它们的结构和功能，透析器基本上对应于现有技术的机器，但在本发明中，它们可以被设计成不包括任何热交换器或仅包括小的内部热交换器。此外，透析器包括电子I/O接口，通过它涉及各自当前操作状态/操作阶段的数据/信息可从透析器内部计算机(CPU)撷取，并且可以输入用于外部影响当前操作状态/操作阶段的控制信号。在此，下文的描述主要针对根据本发明的透析系统的固定区域。

此区域首先包括进料水供应管道1，其包括集成过滤器、可能的水软化装置和可能的限流器，通过所述进料水供应管道1，进料水自进料水源(当地水供应、水井等)供应给水处理单元2，优选以预净化状态并且降低到特定压力供应至渗透过滤器设施的入口处。在水处理单元2中，尤其进行水处理以将所述进料水处理成适用于透析的水。这种类型的水处理单元从现有技术中为人们所熟知，以致于没有必要在本上下文中作任何的进一步描述。

所述水处理单元2的出口连接有适用于透析的水的供应管道4，所述供应管道4通向具有多个连接点10的管道部分6。根据上述设计的透析器8任选地与所述连接点(分接点)10流体连接。在流动方向上看时，包括多个连接点10的管道部分6转变成返回管道12，所述返回管道12回到水处理单元2，尤其是到其入口。以此方式，形成固定环形管线，其中适用于透析的水永久循环，并反复经受水处理单元2中的清洗过程。或者，基本上也有可能是返回管道直接在水处理单元的下游通向适用于透析的水的进料管道(在下面将简称为水进料管道)，其中在这种情况下，来自处理设施的净化水被馈送至环形管线的量将使得从连接点分出的体积被替代。最后，可在水供应管道和/或返回管道中安装压力泵，以维持在特定流速下的水循环。

另外，提供用于用过的透析液的收集管道14，所述收集管道14优选具有与其连接的选定透析器8的多个连接点，以便通过收集管道14排出用过的透析液并且将它在引流装置或储罐中处理掉。这个收集管道14因此在下文被称为废水管道或引流管道。

在水供应管道4中的水处理单元2与包括所述多个连接点10的管道部分6之间，第一固定热交换器WT1在其一侧WT1/1互联，并且所述热交换器WT1的另一侧WT1/2在引流管道14中互联。以这种方式，从在引流管道14中排出的流体中去除热量，所述热量被供应到在水供应管道4中流过的水，从而使所述水被加热。

优选地，所述第一固定热交换器WT1可针对它的热传递能力来进行电子/电气控制。为此目的，第一固定热交换器WT1和它的电控制构件RE分别被电连接到中央电子控制单元(CPU)CT1。此外，多个温度传感器T1-T4连接到电子控制单元CT1，所述温度传感器在流动方向上彼此间隔布置在水供应管道4上，以使得至少一个温度传感器位于第一热交换器WT1的上游和下游。优选地，两个温度传感器T1、T4布置在热交换器WT1的下游，并在流动方向上间隔开。

在第一固定热交换器WT1与水处理单元2之间，第二固定热交换器WT2布置成其一侧WT2/1互联至水供应管道4中，并且所述热交换器WT2的另一侧WT2/2互联至返回管道12中。一个温度传感器T2提供于两个热交换器WT1、WT2之间的水供应管道4上，而另一个温度传感器T3提供于第二固定热交换器WT2与水处理单元2之间的水供应管道4上。以这种方式，电子控制单元CT1获得关于从水处理单元2开始到包括分支连接点10的管道部分6的沿水供应管线4的温度分布的信息。此外，中央电子控制单元CT1电连接到当前与环形管线流体连通的透析器8的相应I/O接口，以便获得关于所述透析器的当前操作状态/操作阶段的信息，并且必要时，根据下文的描述对应于特定标准来干预所述透析器的当前操作状态/操作阶段，以便对它们进行控制。

最后，提供固定热泵WP，其吸收来自引流管道14和/或返回管道12的(剩余)热能，并且在水处理单元2与包括分支连接点10的管道部分6之间将有用的能量传递至水供应管道4。更确切地说，所述热泵WP吸收来自在第一热交换器WT1下游的引流管道14中流动的流体的剩余热能，并将热能传递至在第二热交换器WT2下游的水供应管道4中流动的水，优选地在第一热交换器WT1的区域内。

具有上述结构的根据本发明的透析系统的运作可以描述如下：

基本上，在本发明的透析系统中，进料水在水处理单元2中净化，以使得其获得适合于随后透析处理的质量。随后，处理过的水流向下游的环形管线，其中根据水循环，水从水供应管道4和包括分支连接点10的管道部分6流到返回管道12中并且从所述返回管道12回到水处理单元2中。

通过流过紧接在水处理单元2下游的第二热交换器WT2，水供应管道4中的水首先由于从返回管道12中提取热能并转移到水供应管道4中而得到预加热。以此方式，返回到处理设施2中的水以冷却状态到达那里，这样避免例如在处理设施2中的渗透隔膜的温度增加。

接着，水供应管道4中的水流过第一热交换器WT1，所述第一热交换器WT1现在以受控的方式将来自输送用过透析液的排出管道14的热能传递至水供应管道4。另外，任选地操作热泵WP，所述热泵WP从引流管道14中提取没有被第一热交换器WT1利用的用过透析液中的剩余能量，并且将所述剩余能量馈送到位于所述第一热交换器WT1下游的水供应管道4部分。或者，所述热泵WP也可以反过来操作，以便冷却环形管线中的水，例如在透析器8中的消毒循环的情况下，此时强热透析器8必须尽可能快地冷却到处理温度。

通过第二热交换器WT2上游、第一与第二热交换器之间和第二热交换器WT2下游的温度传感器T1-T4，可以测量沿水供应管道4的温度过程，其中测量结果被提供给中央控制单元CT1。中央控制单元CT1也从当前连接的透析器8获得信息，所述信息尤其是关于提供个别透析器8的当前操作阶段以及对于此阶段所供应的水应该具有的合适温度。

以此为依据，中央控制单元CT1确定作为目标值的各自最低要求温度值，并通过第一热交换器WT1和/或热泵WP来将水温调节到当前连接的透析器8一侧上所要求的这个最低值。通过集中加热和控制，从而缩短了个别透析器8的有效准备时间。此外，根据本发明的中央控制单元CT1还提供更深远的控制选项。

在透析中心中，通常轮换运作。因此，时间过程是相似的，并且连续重复。由于在透析处理后，透析器8基本上必须经历消毒阶段，因此所需要的总电力在中心中以循环方式高地不成比例地增加，尤其当多个透析器8同时经历消毒阶段时。因为公用事业公司除纯功率消耗外，还取决于所需要的峰值功率来收取费用，所以可能时避免或减少这种功率峰值是合理的。

透析器的能量密集的消毒通常以下列步骤进行：

-冲洗透析液，

-预加热，

-吸入消毒剂，

-加热消毒剂溶液，

-使热溶液循环，

-冲洗热溶液，

-冷却透析器。

每台机器的热容量在1,500至2,000W范围内。

如前面已经说明的，中央控制单元CT1获得关于所连接的透析器8的当前操作阶段的信息，并适于对透析器内部控制进行干预，以使得通过对上述加热阶段进行时间偏移启动(例如，约15分钟范围内)，减少所需峰值功率(大约20％，与同步透析器比较)。基于中央控制单元CT1与各自连接的透析器8之间的上述通信，利用相应的时间偏移加热阶段，对各自的冲洗步骤也导致同样的时间偏移，由此，用于冲洗的最大水量也得以减少。

在无透析时间中，保持环形管线中的水的循环。类似于冰箱原理，温度的降低会导致微生物生长减少。通过将热泵WP与中央控制单元CT1一起并入根据本发明的透析系统中，环形管线中的水温可以降低到适当低值。此外，如前面已经说明的，热泵WP还可用于在消毒阶段之后使所连接的透析器8以迅速和良好靶向的方式冷却下来。

通过固定水供应(包括水处理单元)与透析技术之间的通信，提供了一种接口，它除了上述效果以外还产生了其它益处：

-在集中消毒的情况下，可以进行内联热清洗。这样做，不仅环形管线(可能包括水处理单元)得到消毒，而且也包括透析器。通过中央控制单元，可以调整透析器包括到热清洗中的最佳方式。这是通过在水供应的加热阶段完成后集中控制各个透析器来完成的。在这种情况下，导致透析器在时间偏移下开始集中热清洗的进水阶段，以使得供应管道中的温度可以基本上保持不变。因此，这个操作的同步通过控制单元来集中进行，而相比之下，根据目前的常见做法，每个机器必须被单独设置。

-在操作阶段控制的同步/协调中纳入中央控制单元使得安全性增加。在过去，许多事件/事故变得为人所知，在这些情况下，分支连接与透析器之间的软管连接单独脱落或遭到破坏，导致透析中心受到严重水害。然而，在中央控制单元的帮助下，通信可以在个别透析器与固定水供应之间进行。水供应和它的控制接收例如关于多少透析器包括在热清洗中，以及必须提供多少水用于此目的的数据。除非在送入环形管线的水与返回至水处理单元的水之间的比率正确，否则中央控制单元将能够得出存在泄漏的结论，并且例如自动关闭设施。耗费大量成本的损坏因此可得以避免。

总之，公开了一种透析系统，其包括优选渗透型的水处理单元，其出口连接有包括多个分支连接的水供应管道，所述分支连接以可选择方式流体连接到透析器，并且所述透析系统还包括引流管道，通过它可以自流体连接的透析器排出用过的透析液。根据本发明，提供至少一个机器外部热交换器，其在一侧上连接到紧接在分支连接上游的水供应管道，并在其另一侧连接到引流管道。

Claims (8)

1.一种透析系统，其包括

-优选渗透类型的水处理单元(2)，所述水处理单元的出口具有与其连接的水供应管线(4)，所述水供应管线通向具有多个分支连接(10)的至少一个管线部分(6)，所述多个分支连接以可选择的方式与透析器(8)流体连接，并且包括

-引流管线(14)，通过所述引流管线可以从所述流体连接的透析器(8)排出用过的透析液，

其特征在于

-处于所述透析器外部的第一热交换器(WT1)，其一侧(WT1/1)在所述水处理单元(2)与包括所述分支连接(10)的所述管线部分(6)之间连接到所述水供应管线(4)，并且另一侧(WT1/2)连接到所述引流管线(14)。

2.根据权利要求1所述的透析系统，其特征在于，所述水供应管线(4)界定了环形管线，所述环形管线在包括所述多个分支连接的所述管线部分(6)的下游返回到所述水处理单元(2)，所述环形管线在此被配置为反馈管线(12)。

3.根据权利要求2所述的透析系统，其特征在于，具有另一个温度传递单元，其由以下部件组成：

-设置在所述透析器外部的第二热交换器(WT2)，所述第二热交换器(WT2)的一侧(WT2/1)在所述水处理单元(2)与所述第一热交换器(WT1)之间连接到所述水供应管线(4)，并且所述第二热交换器(WT2)的另一侧(WT2/2)在所述水处理单元(2)与包括所述分支连接的所述管线部分(6)之间连接到所述反馈管线(12)，和/或

-热泵(WP)，所述热泵吸收来自所述引流管线(14)和/或所述反馈管线(12)的热能，并且在所述水处理单元(2)与包括所述分支连接的所述管线部分(6)之间，将有用的能量传递至所述水供应管线(4)。

4.根据权利要求3所述的透析系统，其特征在于，如果布置所述热泵(WP)，那么所述热泵(WP)被连接到所述第一热交换器(WT1)下游的所述引流管线(14)并且将有用的能量传递至所述第一热交换器(WT1)的一侧(WT1/1)。

5.根据权利要求3所述的透析系统，其特征在于，如果布置热泵(WP)，那么所述热泵(WP)被连接到所述引流管线(14)和紧接在所述第一热交换器(WT1)下游的所述水供应管线(4)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的透析系统，其特征在于，连接有至少一个温度传感器(T1-T4)的中央电子控制单元(CT1)，所述温度传感器至少在所述第一热交换器(WT1)与包括所述分支连接的所述管线部分(6)之间测量所述水供应管线(4)中的实际温度，并且据此控制热传递控制器(RE)和/或所述热泵(WP)，以实现目标温度，从而可通过所述第一热交换器(WT1)和/或所述热泵(WP)来调节所述转移或可转移的热量。

7.根据权利要求6所述的透析系统，其特征在于，所述中央电子控制单元(CT1)电连接到在所讨论的时刻流体连接的所述透析器(8)，以便获得关于其当前操作阶段的信息，并且根据这个信息来控制所述热传递控制器(RE)和/或所述热泵(WP)，以使得所述水供应管线(4)中的所述目标温度调整到所述当前流体连接的透析器(8)中的一个透析器所要求的最小值。

8.根据权利要求6所述的透析系统，其特征在于，所述电子控制单元(CT1)对在所讨论的时刻流体连接的所述透析器(8)的操作顺序进行干预，以协调它们的当前操作阶段，使得具有高电力消耗的操作阶段在时间偏移下进行，以使得它们尽可能少地在时间上彼此重叠。