JP2020514612A - 作動デバイスおよび作動デバイスを動作させるための方法、ならびに作動デバイスおよび膜ポンプデバイスを有する膜ポンプ、ならびに膜ポンプを有する血液処理装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ダイアフラムポンプデバイス（２）を機械的に作動するための動作デバイス（１）に関し、動作デバイスは、ダイアフラムポンプデバイス（２）のための取付け面（７）を備え、制御流体接続部（７８、７９）から、取付け面（７）における制御流体開口部（３４、３６）に延びる制御流体ライン（３３、３５）が通る基体（４）を有する。制御流体ライン（３３、３５）は、制御流体ライン（３３、３５）の断面を変更するように設計された制御流体バルブ（７４、７５）を含む。動作デバイスはまた、作動移動を提供するために取付け面（７）上に位置する流体アクチュエータ（３８）を備える作動デバイス（９、１４）と、基体（４）を通る作動流体ライン（８５、８６）の断面を変更するように設計された作動流体バルブ（８１、８２）とを有する。制御流体バルブ（７４、７５）および作動流体バルブ（８１、８２）は、制御流体バルブ（７４、７５）および作動流体バルブ（８１、８２）を電気的に作動するように設計された制御デバイス（７０）に電気的に接続されている。本発明はまた、この種の動作デバイスおよびこの種のダイアフラムポンプデバイスを有するダイアフラムポンプ、ならびにこの種のダイアフラムポンプを有する血液処理装置にも関する。

Description

本発明は、膜ポンプデバイスを機械的に制御するための作動デバイス、およびかかる作動デバイスを動作させるための方法に関する。本発明は追加的に、かかる作動デバイスおよびかかる膜ポンプデバイスを有する膜ポンプ、ならびにかかる膜ポンプを有する血液処理装置、特に透析装置にも関する。

膜ポンプは、医療用液体を搬送するための医療技術で使用される。膜ポンプの利点は、駆動ユニットが、搬送される流体から膜によって分離されるということである。

医療技術では、膜ポンプの高い要求がなされる。ある特定の用途のために、膜ポンプは、低い流量でも高い搬送精度を有するべきである。例えば透析におけるクエン酸抗凝固（ＣｉＣａ抗凝固）は、低い流量での特に正確な計量を必要とする。

単回使用のみを意図した膜ポンプデバイスを有する膜ポンプが既知である。これらの膜ポンプから成る膜ポンプデバイスは、弾性膜によって閉鎖された凹部が形成される使い捨てカセットの形態であり得る。吸入段階中、ポンプチャンバからの流体の流れが遮られ、圧力段階中、ポンプチャンバへの流体の流れが遮られる。弾性膜は、単回使用を意図していない作動デバイスによって駆動され得る。

一般的なタイプの作動デバイスは、膜ポンプデバイスの入力口（input port）から膜ポンプデバイスの出力口（output port）に、特に液体であり得る流体を搬送するように膜ポンプデバイスを機械的に制御するために使用される。膜ポンプデバイスは、例として、吸入流路が入力口からポンプチャンバに延び、圧力流路がポンプチャンバから出力口に延びている平面流路体を備える。ポンプチャンバが、流路体の表面に凹部の形態で差し込まれ、封止的に流路体に取り付けられた膜によって閉鎖されることが提供される。膜を移動させることによって、ポンプチャンバの容積が変更され、その結果、さらに吸入流路および圧力流路が循環的に遮断されたり開放されたりすることが提供されて、流体についての質量流量が発生され得る。

本発明の目的は、膜ポンプデバイスの搬送動作が確実に実行されることを可能にする膜ポンプデバイスを制御するための作動デバイスを製造すること、および膜ポンプデバイスの搬送動作が確実に実行されることを可能にする作動デバイスを動作させるための方法を提供することである。

本発明のさらなる目的は、医療用液体を搬送するための膜ポンプの搬送精度を改善すること、特に、非常に低い流量でも、例えばＣｉＣａ抗凝固のための溶液といった流体の特に正確な計量を可能にする膜ポンプを製造することであり、流体の一定の質量流量を確保することを意図する。

さらに、本発明は、流体の一定の質量流量を有する非常に低い流量でも、例えばＣｉＣａ抗凝固のための溶液といった流体の特に正確な計量を可能にする膜ポンプを有する、血液処理装置、特に透析装置を提供することの課題に対処する。

これら目的は、独立請求項に記載の特徴によって本発明にしたがって達成される。従属請求項は、本発明の有利な実施形態に関連する。

本発明による作動デバイスは、膜ポンプデバイスのための取付け面を備え、制御流体口から、取付け面において開口している制御流体開口部に延びる制御流体ラインが通る基体を有し、制御流体バルブが、制御流体ラインに配置され、制御流体ラインの断面に影響を与えるように設計されている。作動デバイスはさらに、調整移動を提供するための、取付け面上に配置された流体アクチュエータを有する調整デバイスと、基体を通る作動流体ラインの断面に影響を与えるように設計された作動流体バルブとを備え、制御流体バルブおよび作動流体バルブは、制御流体バルブおよび作動流体バルブを電気的に制御するように設計された制御デバイスに電気的に接続されている。

基体は、１ピースまたは複数部品の形態のいずれかであり得、膜ポンプデバイスの結合のための、取付け面と称される、少なくともインターフェースが装備されている。膜ポンプデバイスの設計に依存して、取付け面は、平面であり得るか、または特に平坦領域を有する３次元構造面の形態であり得る。特にそれ自体のアクチュエータシステムおよび／またはセンサシステムを有さない全体として受動的な構造要素の形態である膜ポンプデバイスの作動を可能にするために、制御流体ラインが、基体を通り、制御流体口から制御流体開口部に延びている。制御流体口は、基体上に直接配置され得るか、または基体から離隔され得、この場合、例えばホース接続が制御流体口と制御流体ラインとの間に提供されることが可能である。制御流体ラインは、制御流体口から開始して、取付け面において開口している制御流体開口部に延びている。例えば、制御流体ソース（control fluid source）、特に圧縮空気源、または制御流体シンク（control fluid sink）、特に真空発生器が、制御流体口に接続され得る。制御流体によって、膜ポンプデバイスのポンプ膜の移動が、循環または非循環の加圧および／または真空適用によって発生され、その結果、搬送される流体は、ポンプ膜によって、ポンプチャンバに引き込まれ得、および／またはポンプチャンバから押し出され／排出され得る。制御流体の流量に影響を及ぼすことができるようになるために、制御流体バルブが制御流体ラインに配置され、当該制御流体バルブは、特に制御流体ラインの完全な遮断のための閉位置と、制御流体ラインの断面の完全な開放のための開位置との間で、制御流体ラインの断面に影響を与えるように設計されている。

また基体に関連付けられるものは、膜ポンプデバイス上に設けられた膜バルブを機械的に作動するように設計された調整デバイスである。この膜バルブは、例えば、膜ポンプデバイスに同様に形成されたポンプチャンバに流体接続され得、ポンプチャンバへの、またはポンプチャンバからの流体の流量を制御するように構成され得る。膜バルブの作動のために、調整デバイスは、取付け面上に配置された流体アクチュエータを有し、当該流体アクチュエータは、例として、小型構造の空気圧シリンダである。調整デバイスは、休止位置と機能位置との間で直線的におよび／または交替して（rotatory）移動され得、かつ特に機能位置では取付け面を越えて突き出る移動可能なアクチュエータ部材を備える。結果として、反対側に取り付けられ得る膜ポンプデバイスの膜バルブの膜は、例えば膜バルブの閉位置を引き起こすために局部的に変形され得る。さらに、アクチュエータ部材が、特に取付け面の表面と同一平面である休止位置をとるときに、膜バルブが開位置にあることが提供され得る。調整デバイスの流体アクチュエータの流体制御のために、基体を通る作動流体ラインに関連付けられた作動流体バルブが設けられる。それによって作動流体バルブは、例として、作動流体ラインの完全な遮断のための閉位置と、作動流体ラインの断面の完全な開放のための開位置との間で切り替えられ得るか調整され得る。流体アクチュエータを作動するための作動流体は、例として、加圧された作動流体または真空を供給するための流体ソースまたは流体シンクが接続され得る別個の作動流体口を介して供給され得る。代替的に、作動流体ラインは制御流体口に接続され得る。

制御流体バルブおよび作動流体バルブの両方は、制御流体バルブおよび作動流体バルブを電気的に制御するように設計された制御デバイスに電気的に接続される。例として、制御デバイスは、制御流体バルブおよび作動流体バルブのための定義可能な制御プログラムを実行するように設計されたマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラであり得る。制御デバイスは次に、より高次の制御配置、特にプログラム可能な論理コントローラとの通信のために設けられ得、その目的のために、好適な通信インターフェース、特に多極インターフェースまたはバスインターフェースを備え得る。

本発明の好ましい実施形態は、制御流体圧力センサが基体上に配置されることを提供し、当該制御流体圧力センサは、制御デバイスに電気的に接続され、制御流体圧力を検出するように設計されている。制御流体圧力センサは、流体ラインを介して制御流体ラインに流体接続され得るか、または制御流体ラインに配置もしくは制御流体開口部に隣接して配置され得、作動デバイスが膜ポンプデバイスに結合されたときに、ポンプ膜に加えられ得る制御流体圧力を検出する役割をする。測定された制御流体圧力および／または測定された制御流体圧力の時間導関数に基づいて、ポンプ膜が変形され、および流体が膜ポンプデバイスによって搬送されるための搬送動作が行われる様式に関して結論が制御デバイスにおいて引き出され得る。

本発明のさらなる展開では、作動流体圧力センサが作動流体ラインに配置されることが提供され、当該作動流体圧力センサは、制御デバイスに電気的に接続され、作動流体圧力を検出するように設計されている。作動流体圧力センサは、センサラインを介して作動流体ラインに流体接続され得るか、または作動流体ラインに配置され得る。作動流体圧力センサのセンサ信号は、作動流体バルブおよび／または制御デバイスのいずれかにおいて処理され、特に流体アクチュエータに設けられた作動流体圧力を調節する役割をする。作動流体圧力センサのセンサ信号が制御デバイスに供給されると、例として膜ポンプデバイスの膜バルブを作動するように設計された流体アクチュエータは、制御流体圧力センサのセンサ信号を追加的に含むことによって特に厳密に制御され得る。

本発明のさらなる実施形態では、凹状の制御チャンバが、ポンプ膜のための移動チャンバとして取付け面上に形成され、制御流体開口部が制御チャンバの表面において開口することが提供される。凹状の制御チャンバは、膜ポンプデバイス上に形成された膜ポンプのための有利なポンプストロークを可能にし、これは、いずれの場合でも制御流体ラインが加圧されたときに可能である凹状の変形状態に加えて、膜ポンプの膜はまた、真空が制御チャンバに適用されたときに生じ得る凸状の変形状態にもなり得るからである。制御チャンバでは、流体透過性の成形体が好ましくは設けられ、当該成形体は、制御チャンバの表面から離隔され、真空が膜ポンプの膜に適用されたときに、膜のための接触面としての役割をする。制御チャンバの表面と膜に面する成形体の接触面との間の空間容積は、制御流体のための作動チャンバとしての役割をし、当該制御流体は、制御流体開口部において利用可能にされ得、例えば真空が制御チャンバに適用され、その結果膜が接触面上に平らに置かれた後に、膜ポンプの排出動作のために使用されることになる。

基体には、真空口から制御チャンバまたは制御流体ラインに延びる真空ラインが好ましくは形成され、当該真空ラインには、真空ラインの断面に影響を与えるように設計された真空バルブが配置され、この真空バルブは制御デバイスに電気的に接続されている。制御チャンバおよびそこに任意選択で収容された成形体の形態に依存して、真空ラインが、制御チャンバの表面において直接開口すること、または制御流体ラインに流体接続されることのいずれかが提供され得る。制御チャンバおよびそれに結合され得る膜ポンプデバイスの膜に対して循環的に交互に作用することによって、制御流体ラインが加圧されたときの凹状の変形状態と、凸状の変形状態との間での膜のためのポンプ移動、ひいては最大ポンプストロークが可能にされる。真空ラインは同様に制御流体ラインである。

作動流体ラインが制御流体口に流体接続される場合に有利である。

本発明のさらなる有利な展開では、制御デバイスが、制御流体圧力センサの圧力信号に基づいて膜ポンプデバイスにおける流体の質量流量を決定するように設計されたオブザーバアルゴリズム（observer algorithm）を含むことが提供される。オブザーバアルゴリズムの目的は、その目的のためのセンサデバイスが膜ポンプデバイスに直接一体化されることなく、膜ポンプデバイスにおける流体の質量流量を決定することである。オブザーバアルゴリズムは、連立方程式の形態または例えばニューラルネットワークの形態であり得る。オブザーバアルゴリズムは、好ましくは、作動デバイスおよびそれに取り付けられた膜ポンプデバイスを備える基準配置ならびに外部の正確な流量計によって、制御流体圧力センサおよび外部流量計の信号を比較することによって較正される。

特に好ましい実施形態では、第１の作動流体バルブを有する第１の調整デバイスおよび第２の作動流体バルブを有する第２の調整デバイスが基体上に配置され、第１の作動流体バルブはスイッチバルブの形態であり、第２の作動流体バルブは比例バルブの形態、特に圧力調節バルブの形態である。結果として、作動デバイスは、膜ポンプデバイスがそれに結合されたときに、ポンプチャンバへの流体流入に影響を与えること、およびポンプチャンバからの流体流出に影響を与えることの両方を行い得る。制御デバイスは好ましくは、制御チャンバへの制御流体の供給に依存して、２つの調整デバイスの循環的に繰り返す反対の制御を可能にするように設計されている。好ましくは、第１の調整デバイスが制御された動作で動作され、第２の調整デバイスが、特に第２の作動流体バルブに関連付けられた作動流体圧力センサのセンサ信号に依存して、調節された動作で動作されることが提供される。調節された動作において、第２の作動流体バルブは、圧力調節バルブとして動く。それによって、特に、ポンプストローク中に膜ポンプデバイスによって搬送される流体の質量流量のための狭い制限された流れ間隔が維持されることが確実にされ得る。

作動デバイスを動作させるための、本発明による方法では、作動流体バルブは、制御デバイスによって制御され、当該制御デバイスは、オブザーバアルゴリズムを使用して、制御流体圧力センサの圧力信号に基づいて膜ポンプデバイスにおける流体の質量流量を決定し、決定された流体の質量流量に依存して作動流体バルブのための目標圧力値を決定し、それにより、膜ポンプデバイスの排出段階中の流体の一定の質量流量を確保する。

本方法のさらなる展開では、制御デバイスが、制御流体ラインおよび真空ラインが遮断されるように、膜ポンプデバイスの排出段階中、制御流体バルブおよび真空バルブを制御することが提供される。したがって、膜ポンプのポンプチャンバからの流体の排出は、制御チャンバへの制御流体のさらなる流入なく、それよりも、膜ポンプの変形された膜における内部応力と共に、排出段階の初めに制御チャンバに存在する制御流体圧力に基づいて行われる。したがって制御流体圧力は、制御チャンバ内の容積の変化の尺度として、ひいては膜ポンプのポンプチャンバからの流体の質量流量の尺度として間接的に、使用され得る。

本発明による作動デバイスによって機械的に制御され得る、本発明による膜ポンプデバイスは、好ましくは、ポンプチャンバを形成するように弾性膜によって閉鎖された凹部が形成されるポンプチャンバ本体を有する。さらに、膜ポンプデバイスは、ポンプチャンバの吸込開口部に入力口を接続する流入通路と、ポンプチャンバの吐出開口部を出力口に接続する流出通路とを備える。吸込バルブが流入通路に設けられ、吐出バルブが流出通路に設けられ、それにより流入通路または流出通路における液体の流量に影響を与えることができる。

膜ポンプデバイスまたは膜ポンプデバイスの一部分は、膜ポンプの作動デバイスと使用されることを意図した、単回使用を意図したカセットの形態であり得る。膜ポンプデバイスは、作動デバイスの取付け面に結合され得るデバイスの形態であり得る。しかしながら、膜ポンプデバイスおよび作動デバイスはまた、使用中互いに分離可能でないデバイスでもあり得る。

本発明による膜ポンプは、本発明による作動デバイスと、本発明によるポンプデバイスとを備える。

膜ポンプは、医療技術で有利に使用され得る。しかしながら、他の技術分野で使用されるときも利点がある。特に好ましい使用は、比較的低い流量で特に高い搬送精度で搬送されるべき医療用液体、特に抗凝固液を供給するための容器を有する、血液処理装置、特に透析装置において膜ポンプを使用することである。

ポンプデバイスおよび作動デバイスを備える膜ポンプの実施形態は、下記に詳細に説明される。

制御チャンバおよび調整デバイスを有する作動デバイスの一部分の断面図である。 膜ポンプデバイスの断面図である。 図１による作動デバイスの概略的な回路図である。 図１による作動デバイスのための制御図である。

詳細な説明

図１に示される作動デバイス１は、図２に示される膜ポンプデバイス２を機械的に制御するために設けられ、作動デバイス１および膜ポンプデバイス２の機械的アセンブリ（図示せず）は、搬送される好ましくは液体流体が作動デバイス１から完全に分離されながら流体が搬送されることを可能にする。

図１の図によれば、作動デバイス１は、単に例として、図１の図の平面に対して垂直に向けられ中心軸３を備える対称平面に対して鏡面対称である。作動デバイス１は基体４を備え、これは、例として四角形の形態であり、特に射出成形されたプラスチック部品の形態で製造され得る。基体４の、例として平らである上側５に取り付けられるものは、図３に関連して下記により詳細に説明される制御モジュール６である。例として少なくとも実質的に平らである基体４の下側は、図２に示され、また同様に下記により詳細に説明される膜ポンプデバイス２のための取付け面７としての役割をする。

図１の部分的な破断図から明らかなように、制御チャンバ８および調整デバイス９が基体４内に配置されている。膜ポンプデバイス２内に形成される膜ポンプ２００の膜２０１を作動するために制御チャンバ８が設けられる。調整デバイス９は、膜ポンプデバイス２内に同様に形成された膜バルブ２０２、２０３を制御する役割をする。

制御チャンバ８は、例として取付け面７における回転対称の凹部の形態であり、中心軸３は、制御チャンバ８の縦断面のための回転軸として提供されている。制御チャンバ８は、実質的に、カップ形状の断面が設けられ、円形下部領域１０、先細りした壁領域１１、環状接触面１２、およびそれに隣接して先細りした排出領域１５を有する。下部領域１０は、例として環状封止要素１６の表面によって形成され、当該環状封止要素１６は、制御チャンバ８に隣接する凹部１７に挿入され、中心軸３に対してＬ字形状の縦断面を有する。封止要素１６は、凹部１７の反対側の内面（参照番号設けず）に円形円筒外面１８と平らに置かれ、半径方向内向きに面する環状鍔部１９を短い方のＬ字アーム（L-limb）上に有し、当該環状鍔部１９は、中心軸３に対して回転対称に形成された流路部分２０の外面上の接触部を封止するために設けられている。封止要素１６および流路部分２０が厳密に配設されることを確実にするために、凹部１７は半径方向内向きに突出した環状鍔部２１を有し、ここに封止要素１６の軸方向の環状端面２２が連結して置かれている。次に端面２２上に段差２３を伴い流路部分２０が置かれている。中央凹部２４、２５は、封止要素１６および流路部分２０の各々を通り、当該中央凹部は、制御流体ライン３３の一部としてみなされるべきである。

制御チャンバ８には成形体２６が収容され、これは、単に例として、中心軸３に対して回転対称であり、実質的にボールソケット部分の形態である本体２７、そこから半径方向外向きに突き出る環状鍔部２８、および中心軸３と同軸に向けられた支持リング２９を備える。本体２７は、そこを通る中央に配置された凹部３０を有し、支持リング２９から離れた表面上に球面キャップの形状の接触面３１を形成する。

環状鍔部２８は、制御チャンバ８の接触面１２に置かれているが、支持リング２９は、制御チャンバ８の下部領域１０上の前端部に支持されている。接触面３１は、膜作動領域３２と称される空間の境界を定める役割をし、膜ポンプデバイス２が作動デバイス１に取り付けられたときに膜ポンプ２００の膜２０１の変形を制限する。成形体２６の凹部３０は、制御流体開口部３４としての役割をする。

例として流体的に動作可能なリニアアクチュエータである調整デバイス９は、制御チャンバ８に隣接して基体４内に配置される。例として、調整デバイス９は、凹部３７に直線的に移動可能に受容され、かつ膜ポンプデバイス２の膜バルブ２０２、２０３を作動するために設けられた調整部材３８を備える。調整部材３８は、例として、ばね（図示せず）の作用によって、加圧された流体の供給なく、休止位置（図示せず）に変位される。図１の図によれば、調整部材３８は、加圧された流体の供給によって機能位置に位置している。調整部材３８は、円筒プランジャ３９を備え、その縦軸４０は、取付け面７に対して横方向に向けられている。プランジャ３９は、接続プレート４１に後端部領域のそばで取り付けられ、プレート形態の封止膜４３に前端部領域４２のそばで固定される。接続プレート４１は、単に例として円板の形態であり、プランジャ３９が中央に取り付けられる前側４４上に、半径方向外側の領域に環状支持リング４５を有し、これはプランジャ３９と同じ方向に突き出る。図１の図から明らかなように、支持リング４５は、中央に配置された周溝４６を有するＵ字形状の断面を有し、前側４４から離れた凸状に湾曲した支持面４７を有する封止リング４８上に置かれている。

封止リング４８は、プランジャ３９と同軸かつ縦軸４０に対して回転対称であり、半径方向内側および半径方向外側の環状封止ビード４９、５０を有する。内側封止ビード４９は、基体４内の溝のような周方向の窪み５１に収容され、単に例としてねじ付きリング５２によって基体４に固定され、当該ねじ付きリング５２は、縦軸４０と同軸に形成され、かつプランジャ３９のための凹部５３が設けられた、基体４のねじ継手５４にねじ止めされている。同じように、外側封止ビード５０は、ねじ付きリング５５によって基体４に同様に固定され、当該ねじ付きリング５５は、基体４上に形成された雌ねじ５７に雄ねじ５６でねじ止めされている。

内側封止ビード４９と外側封止ビード５０との間の領域において、環状凹部６０が、支持リング４５と反対側の基体４に形成され、当該環状凹部は、図１の図による、縦軸４０に沿いかつ下方への調整部材３８の直線移動を可能にする。基体４に封止的に固定された封止リング４８は、環状凹部６０とともに、作動流体流路５８の端部領域を表し、かつ加圧された流体が供給され得る作動チャンバを決定する。このように作動チャンバが供給されると、調整部材は、封止リング４８の弾性変形により、休止位置（図示せず）から図１による機能位置に変位される。これによって封止膜４３も変形され、取付け面７から突き出る位置から、表面と少なくとも実質的に同一平面である図１による位置にもってこられ得る。封止膜４３が休止位置では膜ポンプデバイス２の関連付けられた膜バルブ２０２、２０３上に置かれ、それにより膜バルブ２０２、２０３を開位置から閉位置にもってくることが提供される。加圧された流体が作動チャンバに加えられると、図３にも概略的に示されるように、図１による機能位置への調整部材３８の関連付けられた変位は、膜ポンプデバイス２の関連付けられた膜バルブ２０２、２０３のための開口部移動３０を実施する。

封止膜４３は、プランジャ３９に面する上側６１に環状鍔部６２を有し、当該環状鍔部６２には、前端部領域４２上に形成された環状溝６４に連結して係合する、半径方向内向きに面する突出部６３が設けられている。プランジャ３９と封止膜４３との間のこの連結接続により、プランジャ３９から封止膜４３へまたその逆の双方向の力伝達が可能となる。封止膜４３の半径方向外側の周辺領域で、封止膜には同軸に突き出る一体的に形成された保持リング６５が設けられ、これは縦軸４０と同軸に基体４の溝の様式で形成された環状溝６６に摩擦係合によって固定され、その結果、封止膜４３は、移動チャンバ５９と作動デバイス周囲の環境との間の流体分離を確実にする。

図２は、単に膜ポンプデバイス２の概略的な断面図であり、当該膜ポンプデバイス２は作動デバイス１に結合されるように設計され、入力口２０４において供給された流体を出力口２０５に搬送するために使用され得る。例として、膜ポンプデバイス２は、凹部２０８を有する下側２０７に設けられる四角形ベースプレート２０６を備える。凹部２０８は、下側２０７から取り付けられ、かつ下側２０７から離れた中央領域に支持突出部２１１を有する閉鎖プレート２１０で少なくとも大部分充填され、当該支持突出部２１１は、上側２０９に向かって延び、下側２０７から離れた端面２１２上に凹状部、特に球面キャップ形状を有する。それによって、ポンプデバイス２のハウジング本体２５４の一部であるポンプチャンバ本体２５３内にポンプチャンバ２５２が形成される。ベースプレート２０６の凹部２０８は、閉鎖プレート２１０をベースプレート２０６に取り付けた後に、溝形状の流入流路２１３および溝形状の流出流路２１４が形成されるように形成され、その各々は、支持突出部２１１に隣接する開口部２１５、２１６において上側２０９に向かって開口する。支持突出部２１１から離れた端部領域において、流入流路２１３は、第１の膜バルブ２０２の、例として円筒状であるバルブチャンバ２１７に通じており、同じように、流出流路２１４は、支持突出部２１１から離れた端部領域において、第２の膜バルブ２０３の、例として円筒状であるバルブチャンバ２１８に通じている。

第１の膜バルブ２０２は、入力口２０４、バルブチャンバ２１７、および流入流路２１３を含む、流入通路２１９に影響を与えるための吸込バルブとして設けられる。このために、環状バルブシート２２０がバルブチャンバ２１７内に配置され、当該環状バルブシートの端面２２１は、ベースプレート２０６の上側２０９から離隔され、当該環状バルブシートの中央をバルブ流路２２２が通る。対照的に、バルブチャンバ２１７と流入流路２１３との間の流体接続が、バルブチャンバ２１７の半径方向外側の領域で実現される。

第２の膜バルブ２０３は、出力口２０５、バルブチャンバ２１８、および流出流路２１４を含む、流出通路２２３に影響を与えるための吐出バルブとして設けられる。この目的のために、環状バルブシート２２４がバルブチャンバ２１８内に配置され、当該環状バルブシートの中央をバルブ流路２４０が通る。バルブシート２２４の端面は、ベースプレート２０６の上側２０９から離隔される。バルブシート２２４は、バルブチャンバによって同心円状に取り囲まれ、流出流路２１４は、膜ポンプ２００の開口部２１６、すなわちその吐出開口部を、バルブチャンバ２１８に接続する。バルブチャンバ２１８と出力口２０５との間の流体接続が、バルブチャンバ２１８の半径方向外側の領域で実現される。流出通路２２３は、吐出バルブ２０３に通じる第１の流出流路２１４に加えて、吐出バルブ２０３から分岐し、かつバルブ流路２４０に接続される第２の流出流路２１４Ａを含む。第２の流出流路２１４Ａは、バルブ流路２４０を出力口２０５に接続する。

流出通路が、ポンプチャンバの吐出開口部を吐出バルブのバルブチャンバの吸込開口部に接続する第１の流出流路を含み、吐出バルブ流路を出力口に接続する第２の流出流路を含むとき、吐出バルブシートの断面積は、吐出バルブシートを取り囲む吐出バルブチャンバの領域の断面積よりも小さく、液体流量の調節の挙動は、さらに改善され得る。かかる配置における調節が振動に影響されやすくないことが示された。しかしながら、原理上、第１の流出流路がポンプチャンバの吐出開口部を吐出バルブ流路に接続すること、および第２の流出流路が吐出バルブのバルブチャンバの吐出開口部を出力口に接続することもまた可能である。

単に例として、ベースプレート２０６の上側２０９全体は、例えば、一体的に接合されることによって上側２０９に固定されたゴム製の弾性膜２０１で被覆され、よってバルブチャンバ２１７、２１８と膜ポンプデバイス２周囲の環境との間の流体分離を確実にする。さらに膜２０１は、凹部２０８および支持突出部２１１ならびに膜２０１が境界となっているポンプチャンバ２２７を、膜ポンプデバイス２周囲の環境から分離する役割もする。

膜ポンプデバイス２が作動デバイス１に取り付けられると、例えば、図１に示される第１の調整デバイス９によってバルブシート２２０にわたる膜２０１の変形を実施することが可能であり、それにより局部封止的にバルブシート２２０の端面２２１に膜２０１を押圧し、よって入力口２０４と流入流路２１３との間の流体接続を遮る。さらに、図１に示される調整デバイスの鏡面図であるが明確さのため図１には示されていない第２の調整デバイス９（１４）によって、バルブシート２２４にわたる膜２０１の変形が実施され得、それにより局部封止的にバルブシート２２４の端面２２５に膜２０１を押圧し、よって第１の流出流路２１４と出力口２０５との間の流体接続を遮る。

加えて、支持突出部２１１の上部のポンプチャンバ２２７の領域にある膜２０１は、好適に凹部３０に制御流体または真空を適用することによって、図２に示されるニュートラル位置（neutral position）から、図３に単に概略的に示される凸状の吸入構成に、または図３に単に概略的に示される凹状の排出構成にもってこられ得る。

既に上述されたように、図３に示される作動デバイス１は、単に例として、基体４および制御モジュール６に分けられ、基体４に含まれる構成部品は、図１に関連して既に詳しく上述されている。

制御モジュール６は、例えばマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラの形態であり得、かつ定義可能なシーケンスプログラムを実行するように設計された制御デバイス７０を含む。例として、制御デバイス７０がインターフェース７１を介して、例えばプログラム可能な論理コントローラであり得るより高次の制御デバイス（図示せず）と電気的に接続するようにされることが提供され、その結果、より高次の制御デバイスが、制御コマンドを制御デバイス７０に与えることができる。代替的に、制御デバイス７０が外部コマンドを用いずに独立して機能し、下記により詳細に説明される構成部品を好適に制御できることが提供される。これらの構成部品は、一方では制御チャンバ８に制御流体を供給するための制御流体配置７２であり、他方では、吸込調整デバイス９および吐出調整デバイス１４と称され得る、概略的に示される２つの調整デバイス９、１４に作動流体を供給するための作動流体配置７３である。

制御流体配置７２は、第１の制御流体バルブ７４および第２の制御流体バルブ７５を備え、それらは各々、例として、ソレノイドバルブ（solenoid valve）の形態であり得、制御ライン７６、７７を介して制御デバイス７０に電気的に接続される。第１の制御流体バルブ７４は、第１の制御流体開口部３４を有する制御チャンバ８に開口する第１の制御流体ライン３３を介して流体接続される。さらに、第１の制御流体バルブ７４は、第１の制御流体口７８に流体接続され、第１の制御流体口７８と第１の制御流体開口部３４との間の流体接続が開放または遮断のいずれかをされることを可能にする。

第２の制御流体バルブ７５は、第２の制御流体開口部３６を有する制御チャンバ８に開口する第２の制御流体ライン３５を介して流体接続される。さらに、第２の制御流体バルブ７５は、第２の制御流体口７９に流体接続され、第２の制御流体口７９と第２の制御流体開口部３６との間の流体接続が開放または遮断のいずれかをされることを可能にする。

好ましくは、圧縮空気源（図示せず）が第１の制御流体口７８に接続されて、真空源（図示せず）が第２の制御流体口７９に接続されることが提供される。図２に示される膜ポンプデバイス２は、図３に示される作動デバイス１に取り付けられると、これに応じて、好適に、好ましくは交互して、特に循環的に繰り返して、２つの流体制御バルブ７４および７５を制御することによって、制御チャンバ８への一連の加圧および真空の適用を実行することが可能であり、その結果、膜ポンプ２００の膜２０１は、ニュートラル位置１８０から、最初に凸状に湾曲した吸入位置１８１に、次いで凹状に湾曲した排出位置１８２にもってこられ得る。膜ポンプ２００の膜２０１のこの交互する変形は、膜ポンプ２００に収容された流体のための搬送ストロークを実施し、その結果、膜バルブ２０２および２０３の好適な制御で、流体は入力口２０４から出力口２００に搬送され得る。２つの膜バルブ２０２および２０３のこの制御を実施することができるようになるために、吸込調整デバイスおよび吐出調整デバイス９および１４が設けられ、これら各々は、膜２０１の反対部分にある関連付けられた吸込および吐出調整部材３８と共に動くことができ、それにより膜２０１がそれぞれのバルブシート２２０、２２４上に封止的に置かれることを可能にするか、またはそれぞれのバルブシート２２０、２２４が開放されることを可能にする。

この目的のために、単に例として流入流路２１３に関連付けられた膜バルブ２０２に影響を与えるために設けられた吸込調整デバイス９は、制御デバイス７０に制御ライン８３を介して接続された第１の作動流体バルブ８１を備え、それにより作動流体バルブ８１が電気的に制御されることを可能にする。さらに、作動流体バルブ８１は、第１の制御流体口７８に流体接続され、第１の作動流体ライン８５を介して第１の調整デバイス９に流体結合される。したがって、特に２／２方向のソレノイドバルブであり得る作動流体バルブ８１は、加圧された作動流体を吸込調整デバイス９に供給すること、または調整デバイス９から空気を除去することのいずれかを実施し得、空気の除去は、第１の空気除去流路８７を介して第１の消音器８９へ行われる。図１の図から明らかなように、加圧された流体を第１の調整デバイス９に加えることは、プランジャ３９の調整移動につながり、その結果、図１のニュートラル位置にある封止膜４３は、下向きに撓み、その下面に取り付けられ得る膜ポンプデバイス２の膜２０１は、バルブシート２２０に押圧され得、それにより、流入流路２１３のための所望の遮断活動を発生させる。

単に例として流出流路２１４に関連付けられた膜バルブ２０３に影響を与えるために設けられた吐出調整デバイス１４は、制御デバイス７０に制御ライン８４を介して接続された第２の作動流体バルブ８２を備え、それにより作動流体バルブ８２が電気的に制御されることを可能にする。さらに、作動流体バルブ８２は、第１の制御流体口７８に流体接続され、第２の作動流体ライン８６を介して吐出調整デバイス１４に流体結合される。したがって、特に３／３方向のピエゾ圧力調節バルブであり得る作動流体バルブ８２は、加圧された作動流体を第２の調整デバイス１４に供給すること、または第２の調整デバイス１４から空気を除去することのいずれかを実施し得、空気の除去は、第２の空気除去流路８８を介して第２の消音器９０へ行われる。

図１の図から明らかなように、加圧された流体を吐出調整デバイス１４に加えることは、プランジャ３９の調整移動につながり、その結果、その下面に取り付けられ得る膜ポンプデバイス２の膜２０１を流出流路２１４のための遮断活動が発生されるようにバルブシート２２４に押圧する、図１のニュートラル位置にある下向きに撓んだ封止膜４３は、図１に示されるように封止膜４３が少なくともほぼ平らである機能位置にもってこられ得、それにより、その下面に取り付けられ得る膜ポンプデバイス２の膜２０１は、その弾性特性によりバルブシート２２４から持ち上げられ、流出流路２１４を開放する。

制御チャンバ８における圧力調節のために、圧力センサ９１が設けられ、これは、センサライン９２を介して制御デバイス７０に電気的に接続され、単に例として、流体ライン９４によって第１の制御流体ライン３３に流体接続される。これによって圧力センサ９１は、制御チャンバ８に存在する流体圧力を決定し、それを電気信号として、センサライン９２を介して制御デバイス７０に送信することができる。

例として、圧力センサ９３は第２の作動流体バルブ８２に追加的に関連付けられ、単に例として第２の作動流体バルブ８２に一体化され、関連付けられた第２の制御ライン８４を介して制御デバイス７０に電気的に接続される。

図４は、厳密には概略的な、制御信号１０１〜１０４についての例示的なシーケンスを示し、これら信号は、作動デバイス１の個々の構成部品を制御するために制御デバイス７０によって供給される。信号レベルも時間区分も縮尺通りに選択されていない。

時間ｔ０では、制御デバイス７０によっていずれの制御信号も送信されていない。したがって２つの調整デバイス９、１４は各々、関連付けられた調整部材３８によりそれぞれの封止膜４３が取付け面７から突き出ることが可能となる休止位置にあり、したがってそれぞれの反対の膜バルブ２０２、２０３の膜の変形が確実にされる。これは、膜バルブ２０２、２０３の一点短鎖線によって示される膜に基づいて図３から明らかである。したがって、流入流路２１３および流出流路２１４の両方は、この時間では遮断される。

時間ｔ１において、制御デバイス７０は、第１の作動流体バルブ８１のための制御信号１００を送信し、その結果、作動流体バルブは、空気除去位置から空気導入位置に切り替えられ、吸込調整デバイス９の加圧が行われる。この加圧の結果、吸込調整デバイス９のプランジャ３９は、封止膜４３が取付け面７から突き出る、図３によるニュートラル位置から出て、関連付けられた膜バルブ２０２の、図３に一点短鎖線によって示される膜は、図３の破線によって示される機能位置に変形される。それによって、図３の破線によって示されるように、反対側に取り付けられ得る膜ポンプデバイス２の膜バルブ２０２は開き、少なくとも原理上、入力口２０４から膜ポンプ２００への流体の流入を可能にする。

時間ｔ２において、制御回路７０は、第２の制御流体バルブ７５に制御信号１０１を送信し、その結果、制御流体バルブは遮断位置から開放位置に切り替えられ、制御チャンバ８に真空が適用される。この真空適用の結果、膜ポンプ２００の膜２０１は、制御チャンバ８に引き込まれ、成形体２６の接触面３１上に置かれ、その結果、それは凸状に湾曲した吸入位置１８１をとる。この時間において、膜ポンプ２００のポンプチャンバ２２７は最大容積を有し、搬送される流体は、膜２０１が変形されるにつれて、入力口２０４からポンプチャンバ２２７に引き込まれる。

時間ｔ３において、制御回路７０は、第１の作動流体バルブ８１のための制御信号１００をスイッチオフし、その結果、作動流体バルブは空気導入位置から空気除去位置に切り替えられ、吸込調整デバイス９の加圧は終了する。結果として、吸込調整デバイス９のプランジャ３９は、特に戻しばね（図示せず）のばね作用により、図１に示される機能位置から、図３の一点短鎖線によって示されるような、取付け面７から突き出るニュートラル位置に移動し、その結果、反対側に取り付けられ得る膜ポンプデバイス２の膜バルブ２０２は閉じる。この時間ｔ３において、膜ポンプデバイス２における流入流路２１３が遮断され、流体は膜ポンプ２００のポンプチャンバ２２７から漏れるのが防止される。

時間ｔ４において、制御信号１０１は制御回路７０によってスイッチオフされ、その結果、第２の制御流体バルブ７６は再度遮断位置をとり、制御チャンバ８は最初にこの時間ｔ４から開始する一定の真空を有する。

時間ｔ５において、制御回路７０は、第１の制御流体バルブ７４に制御信号１０２を送信し、その結果、第１の制御流体バルブは遮断位置から開放位置に切り替えられ、制御チャンバ８の加圧が行われる。この加圧の結果、膜ポンプ２００に収容された流体は追加的に圧力下に置かれる。制御チャンバ８内の圧力は、好ましくは、この後の排出動作で、膜ポンプ２００の膜２０１が凸状の湾曲した吸入位置１８１から凹状の湾曲した排出位置に完全に変形されるようにするものであり、その結果、最大量の流体が膜ポンプ２００によって搬送され得る。

時間ｔ６において、制御信号１０２は制御回路７０によってスイッチオフされ、その結果、第１の制御流体バルブ７４は再度遮断位置をとる。

時間ｔ７において、制御回路７０は、第２の作動流体バルブ８２に制御信号１０３を供給し、その結果、第２の作動流体バルブは、吐出調整デバイス１４に関連付けられたプランジャ３９の調節された調整運動を行うことができる。制御信号１０３は、圧力センサ９１の圧力信号に依存してオブザーバアルゴリズムによって制御回路７０において計算され、それにより、例えば、膜ポンプ２００から出力口２０５への流体の可能な限り一定の質量流量をもたらす。

したがってプランジャ３９の位置は、流体搬送動作中、動的に変化し、膜バルブ２０３は、比例バルブの様式で動作される。制御チャンバ８内の過度の圧力により、膜ポンプ２００のポンプチャンバ２２７内の流体は出力口２０５に変位され、この動作は好ましくは、膜２０１が支持突出部２１１の端面２１２上に平らに置かれるまで続き、よってポンプチャンバ２２７は少なくともほぼ完全に空である。

時間ｔ８において、制御回路７０は制御信号１０３をスイッチオフし、その結果、この時間において、膜ポンプ２００のための搬送動作は終了し、新たな搬送動作が始まり得る。

Claims (14)

1. 流体、特に血液処理のための医療用液体を搬送するための膜ポンプデバイスを機械的に制御するための作動デバイスであって、
   膜ポンプデバイスのための取付け面を備え、制御流体口から前記取付け面において開口している制御流体開口部に延びる制御流体ラインが通る基体を有し、ここにおいて、制御流体バルブが前記制御流体ラインに配置され、前記制御流体バルブは、前記制御流体ラインの断面に影響を与えるように設計され、
   調整移動を提供するための、前記取付け面上に配置された流体アクチュエータを備える調整デバイスと、前記基体を通る作動流体ラインの断面に影響を与えるように設計された作動流体バルブとを有し、ここにおいて、前記制御流体バルブおよび前記作動流体バルブは、前記制御流体バルブおよび前記作動流体バルブを電気的に制御するように設計された制御デバイスに電気的に接続されている、
   作動デバイス。
2. 制御流体圧力センサが前記基体上に配置され、前記制御流体圧力センサが、前記制御デバイスに電気的に接続され、制御流体圧力を検出するように設計されていることを特徴とする、請求項１に記載の作動デバイス。
3. 前記制御デバイスがオブザーバアルゴリズムを含むことを特徴とし、前記制御デバイスは、前記オブザーバアルゴリズムに基づいて、膜ポンプデバイスの流体の質量流量が前記制御流体圧力センサの圧力信号に依存して決定されるように構成されている、請求項２に記載の作動デバイス。
4. 作動流体圧力センサが前記作動流体ラインに関連付けられ、前記作動流体圧力センサが、前記制御デバイスに電気的に接続され、作動流体圧力を検出するように設計されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の作動デバイス。
5. 凹状の制御チャンバが、ポンプ膜のための移動チャンバとして前記取付け面に形成されること、および前記制御流体開口部が前記制御チャンバの表面において開口していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の作動デバイス。
6. 真空ラインが前記基体に形成され、前記真空ラインが、真空口から前記制御チャンバまたは前記制御流体ラインに延び、前記真空ラインの断面に影響を与えるように設計された真空バルブが配置されることを特徴とし、前記真空バルブは前記制御デバイスに電気的に接続されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の作動デバイス。
7. 前記作動流体ラインが前記制御流体口に流体接続されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の作動デバイス。
8. 第１の作動流体バルブを有する第１の調整デバイスおよび第２の作動流体バルブを有する第２の調整デバイスが前記基体上に配置されることを特徴とし、前記第１の作動流体バルブがスイッチバルブの形態であり、前記第２の作動流体バルブが比例バルブの形態、特に圧力調節バルブの形態である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の作動デバイス。
9. 前記制御デバイスが、前記第２の作動流体バルブが前記制御デバイスによって制御されるように構成され、前記制御デバイスが、流体の一定の質量流量が前記膜ポンプデバイスの排出段階中に発生されるように、膜ポンプデバイスにおける流体の質量流量を決定し、流体の前記決定された質量流量に依存して前記第２の作動流体バルブのための目標圧力値を決定することを特徴とする、請求項８に記載の作動デバイス。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の膜ポンプデバイスを機械的に制御するための作動デバイスを動作させるための方法であって、前記作動流体バルブが前記制御デバイスによって制御され、前記制御デバイスが、オブザーバアルゴリズムに基づいて、制御流体圧力センサの圧力信号に依存して膜ポンプデバイスにおける流体の質量流量を決定し、流体の前記決定された質量流量に依存して前記作動流体バルブのための目標圧力値を決定し、それにより、前記膜ポンプデバイスの排出段階中の流体の一定の質量流量を確保することを特徴とする、方法。
11. 前記制御デバイスが、前記制御流体ラインおよび前記真空ラインが遮断されるように、前記膜ポンプデバイスの排出段階中、前記制御流体バルブおよび前記真空バルブを制御することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の作動デバイスおよび膜ポンプデバイスを有する、流体、特に血液処理のための医療用液体を搬送するための膜ポンプ。
13. 前記膜ポンプデバイスが、
    ポンプチャンバを形成するように弾性膜によって閉鎖された凹部が形成されるポンプチャンバ本体と、
    入力口を前記ポンプチャンバの吸込開口部に接続する流入通路と、
    前記ポンプチャンバの吐出開口部を出力口に接続する流出通路と、
    前記流入通路における液体の流量に影響を与えるために前記流入通路に設けられた吸込バルブ、および前記流出通路における液体の流量に影響を与えるために前記流出通路に設けられた吐出バルブと
    を有することを特徴とする、請求項１２に記載の膜ポンプ。
14. 血液処理装置、特に透析装置であって、医療用液体、特に抗凝固液を供給するための容器と、医療用液体、特に抗凝固液を搬送するための請求項１２または１３に記載の膜ポンプとを有する血液処理装置。

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