JP2728096B2 - 温度監視方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、一般的には、マイクロ波の周波数において
透過性である容器、コネクタ、バッグ、あるいはこれに
類するもののなかに保持されている、マイクロ波の周波
数において吸収性である材料あるいは物質の温度を監視
する非侵入型技法に関するものである。さらに具体的に
は、本発明の非侵入型温度監視装置は、マイクロ波殺菌
法の場合、通常、連続流動腹膜透析（Continous Ambula
tory Peritoneal Dialysis、CAPD）などに使用されてい
る液である材料、あるいは物質が加熱された温度の正確
な読みを呈示するために、マイクロ波殺菌器に関連して
使用される。さらに詳細に言えば、本発明の少なくとも
１つの実施例によって、マイクロ波殺菌装置の温度設定
用に非侵入法が提供されており、その装置において、殺
菌される液体が、殺菌のために、マイクロ波エネルギに
より加熱されるコネクタ内に保持されている。 ここで、マイクロ波殺菌器に関して1983年に出願さ
れ、本譲受人に譲渡されている同時係属出願NO、466,89
4が引用される。そのなかで、その殺菌器は、管を塩類
溶液などの液体源から人体へ差し込まれた管へ接続する
カップリングまたはコネクタを殺菌するために使用され
るものとして説明されている。その殺菌器の装置は、カ
ップリングまたはコネクタを密閉するために使用されて
いる導波部材と、バクテリアを死滅するに十分な時間に
液体の最初の投入量を、高めた温度へ加熱するために導
波部材を励起する装置とより構成されている。この装置
では、殺菌が、特定の時間加えられたマイクロ波の電力
により適確に発生していると考えられていた。そこで起
る基本的問題は、液体あるいは溶液の実際の温度が測定
されていないので、殺菌が十分に行われたか確信するこ
とが出来ないという点である。例えば、マイクロ波発生
器が適切に機能していない、すなわち、所要の電力を出
力していないならば、殺菌が行われ十分な時間をかけて
いると見えても、実際には、十分な殺菌が行われていな
かったことになる。 温度測定の一般的技法は、容器の表面を監視すること
である。しかし、容器、コネクタ、バッグ、あるいはこ
れに類するものが、断熱材あるいは半断熱材である場
合、正確な温度の測定値を得ることは不可能である。ま
た、熱的時間の遅れがありがちである。 以上の点から、非侵入性を基礎にして、マイクロ波周
波数において透過性である容器、バッグ、コネクタ、あ
るいはこれに類するものに保持されるがマイクロ波周波
数において吸収性である（また、マイクロ波エネルギに
より加熱される）、通常は液体である材料または物質の
温度測定法を提供することが、本発明の目的である。 本発明のもう１つの目的は、殺菌の目的で、液体のマ
イクロ波加熱に関して一般に液体である殺菌物質の温度
測定に非侵入法を提供することである。本発明により、
殺菌と温度検出の組合せが、何らの干渉もなく成立し、
それによって、加熱は検出周波数以外の周波数で行われ
る。 本発明のそのほかの目的は、構造が比較的に簡単であ
り、それ自体が容易にマイクロ波殺菌器に使用され、小
型に製作出来、殺菌の所要温度に容易に達することが出
来る非侵入型温度監視装置を提供することである。 本発明のさらにもう１つの目的は、マイクロ波エネル
ギに対し吸収性であり、マイクロ波エネルギに対し透過
性であるプラスチック製バッグあるいはこれに類するも
ののなかに一般的に収容される、溶液の特に暖熱化の改
良された装置を提供することである。 本発明のそのほかの目的は、後述の請求の範囲におい
て説明されるように、比較的大型のバッグあるいは容器
の加熱に特に使用されるコンフォーマル（Conformal）
配列された要素の形式である装置を提供することであ
る。 発明の要約 本発明の前記及びほかの目的、特徴、利点を達成する
ために、マイクロ波殺菌器の一部より成る導波装置と関
連して使用される非侵入型温度監視装置が提供されてい
る。この導波装置は、マイクロ波周波数において吸収性
であり、マイクロ波周波数において透過性である容器、
バッグ、コネクタ、あるいはこれに類するものなどに収
納され、一般に液体である材料または物質のマイクロ波
加熱に使用されている。本発明の装置は、ある長さの導
波管と、導波装置内に接続開孔を形成している装置と、
より成っている。この導波管は、エネルギを導波装置の
内部から導波管の反対の端部へ接続するための接合開孔
の回りに固定されたその１端により保持されている。マ
イクロ波輻射計の検出回路も備えられており、導波管か
らこの検出回路へ接続するための装置も設けられてい
る。検出回路の出力部には、正確で高解像度の温度表示
器があり、これは、加熱されている材料もしくは物質
（通常は液体）の検出中の温度を連続的に表示する。マ
イクロ波加熱は１つの周波数で行われ、検出はより高い
周波数で行われる。例えば、加熱は915メガヘルツであ
り、検出は4.7ギガヘルツの周波数で設計されている。
接続開孔は導波管の断面積より小さい断面積を有するこ
とが好ましい。また、接続開孔は、導波装置の加熱特性
が実質的に乱されないように、導波装置との比較によっ
て大きさが決められている。また、導波管は、高周波を
通し、低い加熱周波数を除波する高域フィルタとして働
くように寸法が設定されている。導波管は、単に、低い
周波数の加熱エネルギを遮断により阻止するように設計
されているのに過ぎない。 本発明のもう１つの実施例によれば、バッグまたは容
器を収納するように一般に比較的大きい寸法である導波
装置に関連して使用される非侵入型温度監視装置を備え
ている。本発明のこの実施例では、マイクロ波エネルギ
は、マイクロ波エネルギに対し吸収性でありかつプラス
チック製バッグもしくは容器に収められた溶液を暖熱化
するために使用される。バッグもしくは容器は、マイク
ロ波エネルギに対し透過性である。本発明による他の実
施例において、比較的に大容積のバッグもしくは容器に
関連して使用される要素の配列が提供されている。この
要素の配列は、バッグもしくは容器の外表面上に直接に
配置されており、この配列により、バッグ内に収められ
ている材料または溶液が加熱され、暖熱化される。要素
の配列は、熱の均一性が良く、この装置は、熱伝導が良
くないか、あるいは均質的でない材料または溶液に関し
て特に有利である。 図面の簡単な説明 本発明の多くの他の目的、特徴、利点は、付属図面と
共に記載された次の詳細な説明を読むことにより明らか
になるであろう。 第１図は、マイクロ波殺菌器に関連して使用されてい
るような、本発明の非侵入型温度監視装置を示す説明図
である。 第２図は、マイクロ波殺菌装置と温度監視装置との断
面図である。 第３図は、加熱されている液体が充填しているコネク
タ装置を更に示している縦断面図である。 第４図は、感知している温度を表示するために使用さ
れるマイクロ波輻射計の回路図である。 第５図は、加熱されている液体用のバッグ形容器に関
連して使用されるような本発明の非侵入型温度監視装置
を示す説明図である。 第６図は、バッグまたは容器に収納された加熱あるい
は暖熱溶液のために、バッグまたは容器に関連して使用
されているコンフォーマル配列の要素を示す説明図であ
る。 第７図は、整合している配列の要素を示す第６図の７
−７線に沿った横断図である。 詳細な説明 第１図から第３図には、殺菌のためにマイクロ波のエ
ネルギにより加熱されている液体の温度を非侵入的に測
定する技法が示されている。これには、同時係属出願N
O.466,894、1983年２月16日出願に引用されたCAPDマイ
クロ波殺菌器の少なくとも一部が説明されている。本発
明の概念は、CAPDマイクロ波殺菌器に関連して主に説明
されているが、この原理は、マイクロ波周波数において
吸収性である材料あるいは物質が、マイクロ波周波数に
おいて透過性である容器、バッグ、コネクタ、あるいは
これに類するもののなかに収容されている間に加熱され
るすべての装置に適用出来ることにも留意されるべきで
ある。 短い同軸ケーブル12へ接続しているマイクロ波発生器
から作動されるマイクロ波殺菌器を示している第１図か
ら第３図を参照する。 第２図に示されているように、不平衡形態から平衡形
態へ変換させるための平衡不平衡変成器（Balun）11も
備えられている。また、第２図には、導波装置を適切に
同調するための端末同調可変コンデンサ14と15が示され
ている。導体17と18は、短絡路または開路で終わってい
る平衡状態の伝送路を形成している。この装置で、液体
に始めに吸収されない送信器の電力は、損失のある液体
へ反射されるか、戻される。本構造による損失は、マイ
クロ波送信器と適切に整合するに十分である。 マイクロ波発生器10は、周波波950メガヘルツで作動
することが好適であり、例えば12ボルトの通常の電源で
作動し、蓄電池もしくは低圧電源装置から安全作動する
ことが出来る。915メガヘルツの固定素子発生器の出力
は約15ワットである。この低電力作動により、装置はコ
ンパクトで効率がよく、安全に作動する。 第２図と第３図は、枢動加熱ブロック20と静止加熱ブ
ロック22とを示す。所要の機械的運動により、枢動加熱
ブロック20は静止加熱ブロックとの間を閉じて、雄部材
26と雌部材28とより成るコネクタ24を包囲する。第３図
は、雌部材28と係合した雄部材26のスパイク27を示す。
第３図は、また、コネクタ24を殺菌するためにコネクタ
24内で加熱されている液体30を示す。 第２図に示されているように、２ワイヤの伝送路は湾
曲した導体17と18とより成っている。各導体は、液体か
らの熱の伝導を最小にするためにステンレス鋼製であ
る。回転ヒンジ継手33は、加熱ブロック20の枢軸運動を
行うために備えつけられている。各加熱ブロックは、ハ
ウジング部材34と35、及び内部断熱部材37と38とよりそ
れぞれ構成されていることが好ましい。この外部々材34
と35はプラスチック材とすることが出来、その断熱材
は、コネクタ24内に集中した熱を保持するために採用さ
れている。 第２図と第３図はスプリング39も示している。これ
は、加熱ブロックの底部に配置されている。このスプリ
ングは、回転可能な加熱ブロック20に対する開放機構用
に設けられている。第２図では、雄のスパイク27の端部
は、雌コネクタの内側に、加熱に際してその回りの液体
と共に示されている。 ここでは、本発明により、非侵入をベースにして温度
測定を行うために、殺菌のために使用される導波装置を
構成している湾曲した導体の１つに接合している長い導
波管40が備えられている。一方の湾曲導体17は、所定の
位置に機械的に溶接されており、この溶接された導体
は、温度センサを有しているか、または組み込んでいる
ことが好ましい。第１図と第２図において、導波管40は
湾曲部材17と接続している。マイクロ波エネルギの温度
感知用導波管40への接続は、導体17の壁を貫通している
接続開孔42により行われる。導波管40は、湾曲導体17へ
適切に固定された一端44を有している。この固定は、僅
小な溶接か、または何かほかの適当な取付器具により行
われている。接続開孔は、導波管40に対して、一様に中
心にあることが好ましい。 接続開孔は、湾曲導体17と18の加熱特性を乱さないよ
うに十分に小さい。導波管40の長さに関して、これは、
915キロヘルツの低い周波数で遮断が行えるように十分
に長い。この装置では、導波管40は、高域フィルタとし
て作用し、輻射計が殺菌中の液体の温度に関係するエネ
ルギだけを検出するように、加熱エネルギが輻射計で検
出されるのを防止する。 導波管40は、誘電体で満された導波管である。従っ
て、導波管は、酸化アルミニウムなどのセラミック材の
コアを有しており、コアの表面には金属導電被膜により
形成された導波管の外境界面がある。この構造は、被膜
とセラミック材とを示す小さい切断部で第１図に示され
ている。この点について、第２図にも、被膜46と酸化ア
ルミニウム・コア48が示されている。 第２図は、また、導波管40の端部50からの接続を示し
ている。この接続には、輻射計54へのライン53を経由し
た通常設計の接続器であるコネクタ52を含んでいる。 前に示されているように、本発明の好適な実施例にお
いて、導波管40は誘電体で満されている。導波管は、91
5メガヘルツで適切に減衰するようにして、加熱周波数
が感度の良い受信器へ直接に接続されていることを防止
するように構成されている。マイクロ波殺菌器に関して
呈示された実施例では、コネクタ24に使用されているプ
ラスチックは、損失が低く、従って輻射計は、そこに収
容されている液体からの放射だけを主に読みとる。ま
た、第１図と第２図とに示されているような他方の湾曲
導体18は、望まれてもいる接続開孔へエネルギを戻す反
射体として作用する。この装置により、良好な信号強度
が与えられ、比較的簡単な輻射計を使用することが出来
る。 第４図は、導波管接続装置を60で表しているマイクロ
波輻射計回路を示す。これは、第２図で示されている導
波管40を表示している。この接続装置はディケイ・スイ
ッチ（Dickey Switch）62へ接続している。輻射計は、
フェライト・スイッチよりむしろダイオード・スイッチ
を使用しているディケイ・スイッチ形であることが好ま
しい。これによって、低コストのマイクロ波集積回路技
術を回路組立に使用することが出来る。好適な形式で
は、ディケイ・スイッチ62に関連する検出ダイオードは
導波管40を横切って保持されている。先に示されている
ように、導波管自体は、915メガヘルツの低い周波波で
遮断を行うに十分に長い。 ディケイ・スイッチ62の出力端子は、高周波増幅器64
へ接続している。高周波増幅器64の出力端子は、局部発
振器68からも出力を受ける混合回路66へ接続している。
混合回路66の出力端子は、ビデオ増幅器70を経由してロ
ックイン増幅器72へ接続している。低周波数100サイク
ル／秒スイッチ・ドライバ74も配置されており、このド
ライバは、ロックイン増幅器72とディケイ・スイッチ62
との両方を制御するためのフィードバック構成に接続さ
れている。マイクロ波輻射計回路の出力は、ロックイン
増幅器72から出力路75に引き出されている。主な部品に
関しては、第４図に示されているマイクロ波輻射計回路
は通常の設計によるものであり、従って、ここで詳細に
考察しない。この回路の動作は、実質的には、本譲受人
所有にもなっている米国特許第4,346,716号に示されて
いる回路の動作と同じである。 第５図は、第１図に示されている導体17と18より直径
が大きい導波導体80と81を示す説明図である。第５図の
実施例の目的は、一般に物質である材料を収容するバッ
グ83またはこれに類した容器に関連して本発明の概念を
示すことであり、この物質は、マイクロ波周波数で吸収
性であり、マイクロ波周波数で透過性である容器または
バッグで容器またはバッグ内に収容されて導体80と81内
で加熱されている。第５図の実施例において、第２図の
導波管40に類似した導波管84と輻射計86への接続も示さ
れていることが留意される。導波管部84と構造と導体81
内の接続開孔の使用とは、第１図から第３図に関連して
先に示され且つ説明されたことと実質的に同じである。 配列された要素は、バッグまたは容器の外表面に直接
に配置され、この配列によってバッグ内に収納された材
料または溶液の加熱及び暖熱化が可能となる。配列され
た要素により、熱の分布が良く一様化され、この配置
は、特に、良い熱伝導体でなく、あるいは、均質でない
材料または溶体に関して有利である。 第６図と第７図は、バッグまたは容器に収容された溶
液の加熱もしくは暖熱化に関連して適用された場合の本
発明の原理を示す。一般に、これは、第６図に示された
バッグ88のような２リッターのバッグである。バッグ88
は透析溶液を収容し得る。 コンフォーマル配列された要素90は、バッグの各側に
１つの配列が配置されていることが好ましい。これに関
連して、第７図は、片側に要素90Aと反対側に要素90Bを
示す。第７図は、また、対応する端子91Aと91Bも示して
いる。要素90の各要素は、第６図にも示されているよう
に、１つの端子に共通結線されている。要素90は、バッ
グの外表面に配置することも出来る。要素はバッグの表
面上に屈折される。配列された要素90は、容器表面の大
部分を覆うように配置されることが好ましい。要素90
は、適切な被覆を形成し、従って適切に一様に加熱する
ように、ある形の規則的配列で配置されることが好まし
い。 加熱用マイクロ波オーブンと異なり、第６図と第７図
に示された配列は、はるかに一様な加熱パターンを形成
する。例えば、市販のマイクロ波オーブンに関しては、
固定化された波のパターンがそこに設定されているの
で、加熱される材料を物理的に回転するか、または動か
す必要がある。市販のマイクロ波オーブンは、オーブン
内で多様な大きさと形状の広範囲な材料を加熱するよう
に設計されているので、第６図と第７図に示された装置
よりも一段と効率が低い。一方、本発明により、この配
列では、バッグ内に収められた溶液だけを加熱すること
が意図されている。 また、第６図と第７図に示された本発明のコンフォー
マル配列の面によれば、さらに大きい適応性が提供され
る。例えば、配列は、ほかの部分以上にバッグの１つの
部分を加熱する理由が何かある場合、不均一な加熱パタ
ーンを形成するように構成できる。これは、バッグが分
割され、２種類の異なる形の液体を収容する場合であ
る。他方の部分以上に一方の部分を加熱することを望む
ことが出来、この点から、望ならば、コンフォーマル配
列は非常によく適用して、各種加熱パターンあるいは不
均一な加熱パターンを形成する。 バッグの各側の各グループの全ての要素90は、すべて
単一の端子へ接続されている。これは、バッグの片側の
要素用端子91Aとして、及びバッグの反対側の要素に接
続している端子91Bとして第７図に示されている。第６
図は、また、要素90のすべてを第６図の端子91Aへ基本
的に共通結線している電気的相互接続も示している。適
切なマイクロ波エネルギは、先に説明された実施例に関
連してマイクロ波エネルギが加えられたと同様に、端子
91Aと91Bへ接続される。 ここでは、本発明の限られた数の実施例を説明した
が、多くの他の実施例が、本発明の範囲にあるものとし
て考えられることは、当該技術分野の専門家には明らか
であろう。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．マイクロ波周波数において吸収性である物質であっ
   て、マイクロ波周波数において透過性である手段内に保
   持され、マイクロ波エネルギにより加熱されている物質
   の温度を非浸入的に監視する温度監視方法において、長
   い導波管を与えるステップと、接続開孔を導波手段内に
   形成するステップと、前記長い導波管をその一端で前記
   接続開孔の回りに支持するステップと、マイクロ波輻射
   計検出回路を与えるステップと、前記長い導波管から前
   記検出回路へ接続するステップと、より成り、 前記マイクロ波加熱は１つの周波数において行われ、前
   記検出回路による検出はより高い周波数で行われ、更
   に、前記接続開孔は、前記導波管の断面積よりも小さな
   断面積を有し、かつ前記導波手段の加熱特性を実質的に
   乱さずに維持するように前記導波手段に比較して寸法が
   設定されており、前記導波管は、前記のより高い周波数
   を通しかつ前記の１つの周波数を除波する高域フィルタ
   として動作するように寸法が設定されている温度監視方
   法。 ２．マイクロ波周波数において吸収性である物質であっ
   て、マイクロ波周波数において透過性である手段内に保
   持されている物質のマイクロ波に適合された導波手段と
   共に使用される非浸入形の温度監視装置において、長い
   導波管と、前記導波手段内に接続開孔を形成する手段
   と、前記長い導波管をその一端で前記接続開孔の回りに
   支持する手段と、マイクロ波輻射計検出回路と、前記長
   い導波管から前記検出回路へ接続する手段と、より成
   り、 前記マイクロ波加熱は１つの周波数において行われ、前
   記検出回路による検出はより高い周波数で行われ、更
   に、前記接続開孔は、前記導波管の断面積よりも小さな
   断面積を有し、かつ前記導波手段の加熱特性を実質的に
   乱さずに維持するように前記導波手段に比較して寸法が
   設定されており、前記導波管は、前記のより高い周波数
   を通しかつ前記の１つの周波数を除波する高域フィルタ
   として動作するように寸法が設定されている温度監視装
   置。 ３．前記導波管が誘電体で満たされている請求の範囲第
   ２項に記載の温度監視装置。 ４．マイクロ波周波数において吸収性である前記物質
   が、殺菌中のコネクタ手段より成る請求の範囲第２項に
   記載の温度監視装置。 ５．マイクロ波周波数において吸収性である前記物質が
   液体より成り、マイクロ波周波数において透過性である
   前記手段が容器手段より成る請求の範囲第２項に記載の
   温度監視装置。 ６．マイクロ波周波数において吸収性である前記物質が
   液体より成り、マイクロ波周波数において透過性である
   前記手段が結合手段より成る請求の範囲第２項に記載の
   温度監視装置。 ７．殺菌に使用される導波手段と組み合わされ、マイク
   ロ波周波数において吸収性である物質のマイクロ波加熱
   を行うために前記導波手段を作動するための手段を含む
   非侵入型の温度監視装置において、マイクロ波周波数に
   おいて透過性である物質用の容器又はこれに類するもの
   と、長い導波管と、前記導波手段内の接続開孔を形成す
   る手段と、前記長い導波管をその一端で前記接続開孔の
   回りに支持する手段と、マイクロ波輻射計検出回路と、
   前記長い導波管から前記検出回路へ接続する手段と、を
   有し、 前記マイクロ波加熱は１つの周波数において行われ、前
   記検出回路による検出はより高い周波数で行われ、更
   に、前記接続開孔は、前記導波管の断面積よりも小さな
   断面積を有し、かつ前記導波手段の加熱特性を実質的に
   乱さずに維持するように前記導波手段に比較して寸法が
   設定されており、前記導波管は、前記のより高い周波数
   を通しかつ前記の１つの周波数を除波する高域フィルタ
   として動作するように寸法が設定されている温度監視装
   置。 ８．前記導波管が誘電体で満たされている請求の範囲第
   ７項に記載の温度監視装置。