DE3736713C2

DE3736713C2 -

Info

Publication number: DE3736713C2
Application number: DE19873736713
Authority: DE
Inventors: David Robert Lakewood Col. Us Shouldice; Dennis Michael Morrison Col. Us Treu
Original assignee: Cobe Laboratories Inc
Current assignee: Terumo BCT Inc
Priority date: 1986-10-30
Filing date: 1987-10-29
Publication date: 1990-06-21
Also published as: GB8725434D0; JPS63121910A; FR2605893B1; GB2196760B; CA1277007C; FR2605893A1; JPH0564801B2; GB2196760A; DE3736713A1; US4715398A

Description

Die Erfindung betrifft ein Durchflußgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere ein derartiges Durchflußgerät zur Verwendung in einer Dialysezubereitungseinrichtung.

Oft ist es erforderlich, das Niveau bzw. den Flüssigkeitsstand einer durch eine Kammer strömenden Flüssigkeit zu überwachen und zu regeln. Wenn beispielsweise das Niveau der Flüssigkeit in einer Entlüftungs- oder Luftabscheidungskammer, wie sie üblicherweise in einer Dialysezubereitungseinrichtung verwendet wird, unter den Auslaß absinkt, wird die aus der Flüssigkeit entfernte Luft in unerwünschter Weise mit dem Wasser abgepumpt.

Aus der US-PS 43 71 385 ist eine Einrichtung zum Abscheiden von Luft aus einer Flüssigkeit bekannt, die einen Einlaß und einen Auslaß für die zu entlüftende Flüssigkeit sowie einen Gasauslaß für die aus der Flüsssigkeit freigesetzte Luft enthält, wobei mit dem Auslaß für die Flüssigkeit und dem Gasauslaß Pumpen zum Erzeugen eines negativen Drucks verbunden sind. Ein solches Gerät wird im Oberbegriff des Anspruchs 1 als bekannt vorausgesetzt.

Auch ist es aus der US-PS 43 71 385 bekannt, in einer Dialyse einrichtung das Volumen des einen Patienten entzogenen Ultra filtrats zu messen, indem mittels Ultraschall der Flüssigkeits stand in einem Meßzylinder bestimmt und in Ansprache auf das Ergebnis der Messung Ventile zum Zuführen und Abführen des Ultrafiltrats zu bzw. von dem Meßzylinder umgeschaltet werden.

Diese bekannte Einrichtung zum Messen eines Flüssigkeitsstandes steht jedoch in keinem hinsichtlich der vorliegenden Erfindung relevanten Zusammenhang mit der aus derselben Druckschrift bekannten Luftabscheidungseinrichtung.

Weiter ist aus der DE-PS 32 09 744 ein Durchflußmeldegerät bekannt, bei dem ein Schwimmer in einer Kammer von einer Ruhe stellung bei leerer Kammer in eine Arbeitsstellung bei gefüllter Kammer gehoben und dann durch Zusammenwirken des Schwimmers mit einem Schalter ein Steuersignal erzeugt wird, das einen von zwei Schaltzuständen annehmen kann, um entweder den gefüllten oder den leeren Zustand der Kammer zu melden.

Aus der DE-OS 36 09 300 ist es zum Regeln des Füllstandes eines Austreibers in einer Sorptionspumpe bekannt, den Flüssigkeits stand in einer Kammer jeweils mittels eines Sollwert-Gebers für den maximalen bzw. minimalen Flüssigkeitsstand und einem Ist-Wert-Geber für den mittleren Flüssigkeitsstand zu überwachen und in Abhängigkeit der von den drei Meßwertgebern abgegebenen Ausgangssignale eine Pumpe als Stellglied zum Regeln des Flüssigkeitsstandes anzusteuern.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Durchfluß gerät mit einer Gasabscheidungskammer insbesondere für eine Dialysezubereitungseinrichtung zu schaffen, bei der die Gas abscheidungseigenschaften wesentlich verbessert sind, insbe sondere eine maximale Entgasung der Flüssigkeit erfolgt und dennoch verhindert wird, daß aus der Flüssigkeit freigesetztes Gas in den Kreisverlauf der entgasten Flüssigkeit gelangt.

Diese Aufgabe wird durch ein Durchflußgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Strömung durch eine Kammer unter Verwendung eines Niveaugebers bzw. Flüssigkeits standfühlers geregelt oder gesteuert, der ein Steuersignal liefert, dessen Größe in einer Beziehung zum Niveau der Flüssig keit in der Kammer steht, in dem das Signal zur Steuerung des Schaltverhältnisses eines Ventils verwendet wird, das alter nierend öffnet und schließt, um die Strömung in die Kammer oder die Strömung aus der Kammer zu steuern, wobei während jeder Schaltperiode mehrmals ein Sollwert für das Schaltverhältnis errechnet und dieser mit dem Teil der Zeit, während der das Ventil geöffnet war, verglichen und das Ventil geschlossen wird, wenn der Sollwert des Schaltverhältnisses gleich oder kleiner ist als der Teil der Zeit, während der das Ventil geöffnet war.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.

In der Zeichnung ist als bevorzugtes Ausführungs- und Anwendungsbeispiel der Erfindung ein Gasabscheidungsteil eines Dialysegerätes dargestellt.

In der Zeichnung ist vereinfacht ein Gerät (10) zum Entlüften von Wasser dargestellt, wie es in einer Dialysatzubereitungs- und Versorgungsmaschine der aus der US-PS 43 71 385 gekannten Art verwendet werden kann. Das Gerät hat einen Einlaß (12) zur Zuführung von Leitungswasser und enthält einen Einlaßdruckregler (14) (der auf einen Auslaßdruck von 6 psi bzw. 41 kPa eingestellt ist, wenn sein Auslaß nicht mit einer weiteren Druckmindervorrichtung verbunden ist), ein zwei Stellungen (geöffnet-geschlossen) aufweisendes Magnetventil (16), einen Wärmetauscher (18), einen Strömungsschalter (19), eine Heiz/Entlüftungsvorrichtung (20), eine Entlüftungs pumpe (22), eine Saug- und Verwerfungspumpe (24) und eine elektronische Steuereinrichtung (26), die Signale u. a. von einem Niveaugeber (40) erhält und das Ventil (16) sowie andere, nicht dargestellte Komponenten der Dialysatzubereitungseinrichtung steuert. Bei den Pumpen (22) und (24) handelt es sich um Verdrängungspumpen, insbesondere Zahnradpumpen. Die Steuereinrichtung (26) ist programm gesteuert und enthält einen PID-Regler, der die Niveau geberinformation vom Niveaugeber (40) zur Steuerung des Schaltverhältnisses des Ventils (16) verwendet.

Die Heiz/Entlüftungsvorrichtung (20) enthält einen von der Flüssigkeit durchströmten rohrförmigen Heizkanal (28), der einen Heizer (30) umgibt und über einen Überlauf mit einem Verbindungskanal (32) auf der linken Seite einer Trennplatte zwischen der Heizzone im Heizkanal (28) und einer Gasabscheidungskammer (36) in Verbindung steht. Die Gasabscheidungskammer (36) enthält Polypropylenkörper (Kugeln und Zylinder mit einem Durch messer von etwa 2,3 mm), die zwischen Gittern (38) gehalten werden, von denen sich das obere unterhalb eines Niveau gebers (40) befindet, der einen magnetischen Hall-Effekt- Positionsgeber enthalten kann, der in einem festen vertikalen Führungsstab angeordnet ist und auf die Position von Magneten anspricht, die sich in einem Schwimmer befinden, der am Führungsstab vertikal verschiebbar angeordnet ist. Die Gasabscheidungskammer (36) weist oben ein Ablaßventil (42) auf, das das Abfließen von Flüssigkeit durch einen Gasauslaß (44) verhindert, der mit der Saug- und Verwerfungspumpe (24) verbunden ist.

Das beschriebene Gerät arbeitet wie folgt: Das durch den Einlaß (12) eintretende Wasser durchströmt den Druckregler (14), der zum Schutz gegen stärke Leitungs druckschwankungen dient, und das Magnetventil (16), das alternierend geöffnet und geschlossen wird und mit einer Periode von 6 Sekunden arbeitet. Das Schaltver hältnis, also die Relation von Öffnungszeit und Schließzeit des Ventils (16) während einer Periode, wird durch die Steuereinrichtung (26) so gesteuert, daß die Zeitspanne, in der das Ventil während der 6 Sekunden dauernden Schaltperiode geöffnet ist, vom Flüssigkeitsniveau abhängt, welches durch die Ausgangsspannung des Niveaugebers (40) dargestellt wird, wie noch näher erläutert werden soll.

Das Wasser fließt dann durch den Wärmetauscher (18), wo es Wärme aus verbrauchtem Dialysat aufnimmt, und tritt dann in den Heizkanal (28) ein, in dem es nach oben strömt. Dann läuft das Wasser in den Verbindungskanal (32) über sowie unter der Trennplatte (34) hindurch in die Gas abscheidungskammer (36). Die Flüssigkeit in der Heiz/ Entlüftungsvorrichtung (20) wird durch die Entlüftungs pumpe (22) und die Saug- oder Vakuumpumpe (24) unter Unterdruck gehalten. Die Pumpe (22) wird mit fester Spannung betrieben, so daß sie mit konstantem Durchsatz fördert, der von einer Bedienungsperson eingestellt werden kann, während die Pumpe (34) die Luft aus der Kammer (36) absaugt, um in der Kammer (36) einen Unterdruck zu erzeugen, der so stark wie möglich ist, ohne die Pumpe (22) übermäßig zu beanspruchen. Der Unterdruck und die Erhöhung der Temperatur bewirken ein Ausdampfen gelöster Gase aus der Flüssigkeit. Die Kunststoffkörper zwischen den Gittern (38) bilden Keimbildungsstellen, an denen sich Luft- und Gasblasen bilden. Das sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels ansammelnde Gas strömt durch das Ventil (42), die Leitung (44) und die Pumpe (24) während das Flüssigkeitsniveau durch den Niveaugeber (40) und die Steuereinrichtung (26) im Mittel konstant gehalten wird.

Die Steuereinrichtung (26) greift die Spannung des Gebers (40), die den Istwert des Flüssigkeitsniveaus in der Kammer (36) darstellt, mehrmals in der Minute ab und steuert das Schaltverhältnis mittels des PID-Reglers, der mit Proportional-, Integral- und Differential-Rechenfunktionen arbeitet, wie es z. B. aus: Kuo, Digital Control Systems, Verlag Holt, Rinehart & Winston, 1980, S. 509-514 bekannt ist.

Jedesmal wenn ein Abtastwert abgegriffen wird, bestimmt die Steuereinrichtung (26) die Differenz zwischen dem Istwert AL und einem Sollwert CL, der am einfachsten als ein gewünschter mittlerer Pegel, den die Steuereinrichtung anstrebt, angesehen werden kann. Das Schaltverhältnis D zum Zeitpunkt i wird dann mittels der folgenden Formel errechnet:

wobei K _p und K _i die empirisch ermittelten Verstärkungs faktoren für den Proportional- bzw. Integral-Term sind und K _d der Verstärkungsfaktor für den Differential-Term ist, der bei der bevorzugten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung gleich Null gesetzt wird.

Diese Rechenoperation wird nach jeder Probe durchgeführt. Wenn irgendwann während des Offen-Teiles der 6-Sekunden- Periode der Anteil der Zeit in der 6-Sekunden-Periode gleich oder größer als das errechnete Schaltverhältnis D ist, wird das Ventil (16) geschlossen. Der Integralteil der Gleichung bezieht sich auf das langzeitige Mittel während der Proportionalteil das momentane Niveau betrifft. Durch den Integralteil werden Phasenverzögerungsschwingungen vermeiden, die bei alleiniger Verwendung des Proportional teils der Gleichung auftreten können.

Wenn der Istwert des Niveaus für länger als 20 Sekunden unter einen vorgegebenen Mindestwert fällt und/oder wenn das Schaltverhältnis 100% beträgt und/oder wenn der Strömungsschalter anzeigt, daß die Strömung für 10 Sekunden ausgefallen ist, wird der Heizer (30) abgeschaltet, um seine Beschädigung zu verhindern. Das entgaste Wasser, welches durch die Pumpe (22) zum Rest des Flüssigkeits kreises der Dialysatzubereitungsmaschine gefördert wird, wird mit Diaylysatkonzentrat gemischt und zur Dialysat seite eines Dialysators geliefert. Das verbrauchte Dialysat strömt vom Dialysator zurück zu einem Einlaß (27) des Wärmetauschers (18) und wird über die Saug- und Verwerfungspumpe (24) abgefördert.

Claims

1. Durchflußgerät, insbesondere für eine Dialysezubereitungs einrichtung, mit

- einem Gehäuse, das eine Gasabscheidungskammer (36) bildet, die einen Einlaß und einen Auslaß zum Hindurchleiten von Flüssigkeit durch die Kammer sowie an der Oberseite des Gehäuses einen Gasauslaß (44) zum Entfernen vonGas, das sich aus der Flüssigkeit verflüchtigt hat, aufweist,
- einer mit dem Auslaß verbundenen Pumpe und
- einer mit dem Gasauslaß (44) verbundenen Einrichtung (24) zur Erzeugung negativen Drucks,

gekennzeichnet durch

- einen Niveaugebeber (40), der ein Steuersignal liefert, dessen Größe vom Flüssigkeitsniveau in der Kammer abhängt,
- ein mit dem Kammereinlaß hydraulisch verbundenes Ventil (16) zur Steuerung der Strömung in den Einlaß, und
- einer Steuereinrichtung (26), die das Ventil mit einem von der Größe des Steuersignals abhängigen Schaltverhältnis alternierend öffnet und schließt,

und dadurch,

- daß die Steuereinrichtung (26) während jeder Schaltperiode mehrmals einen Schaltverhältnis-Sollwert errechnet, und
- daß die Steuereinrichtung (26) den Schaltverhältnis-Sollwert mit dem Teil der Zeit, die das Ventil (16) während der Schaltperiode geöffnet war, vergleicht und das Ventil schließt, wenn der Schaltverhältnis-Sollwert gleich oder kleiner als der genannte Teil ist.

2. Durchflußgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltverhältnis-Sollwert von der Steuereinrich tung (26) durch Errechnen der Differenz zwischen dem Istwert des Niveaus in der Kammer und einem Niveau- Sollwert ermittelt wird.

3. Durchflußgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (26) zur Einstellung des Schalt verhältnisses das Integral der genannten Differenz errechnet.

4. Durchflußgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (26) die Summe einer Konstanten multipliziert mit der genannten Differenz und einer Konstanten multipliziert mit dem Integral errechnet.

5. Durchflußgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn zeichnet durch eine in Strömungsrichtung vor der Kammer (36) angeordnete Heizvorrichtung (30), die von der Steuerein richtung (26) bei einem bestimmten Strömungszustand abschalt bar ist.

6. Durchflußgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Strömungszustand durch ein Schalt verhältnis von 100% angezeigt ist.

7. Durchflußgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Strömungszustand dem Absinken des Niveaus unter einen unteren Grenzwert für eine Zeitspanne, die länger als eine vorgegebene Zeitspanne ist, entspricht.

8. Durchflußgerät nach Anspruch 5, 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen Strömungsschalter (19), der das Vorliegen einer Strömung durch die Kammer (36) anzeigt, wobei der besondere Strömungszustand dem Fehlen der Strömung entspricht.