JP6663355B2 - 流量計及び流量計のためのカセットモジュール - Google Patents

Description

本発明は、流量計に関し、特に、第１流体流れと第２流体流れの間の差を測定するための差動流量計に関する。本発明はまた、差動流量計に使用するための第１及び第２流体流れのためのチャネルを有するカセットモジュールに関する。

尿内で除去すべき液体及び物質を取り除くために、機械を使用して血液を浄化する及び／又は処理する様々な方法が慢性腎不全を治療するのに使用されている。血液透析法（ＨＤ）では拡散性物質輸送が支配的であり、血液濾過法（ＨＦ）では薄膜を通した対流性物質輸送が行われる。血液透析濾過法（ＨＤＦ）は、これら２つの方法の組合せである。腹膜透析法（ＰＤ）では、体外循環は必要とされず、腹膜が接触膜として使用される。

交換量が大きいために、引き出される流体を一方では供給される流体と、他方では同じく公知の方法及び連続動静脈ＨＦ、連続静静脈ＨＦ、及び血漿濾過（ＰＦ）も用いる全処置時間にわたる限外濾過を受ける体積とを正確に均衡させることが必要である。重量測定及び体積測定均衡システムが従来技術で公知である。

これに加えて、透析器に流入する流体及び透析器から流出する流体の流体流れを連続的に測定してそれらを互いに対して均衡させる公知の方法も存在する。様々な設計の流れ測定センサ又は流量計がこの目的に使用される。

電磁流量計又は誘導式流量計としても公知である磁気流量計は、誘導電圧を測定することによる既知の又は制御された磁場を通過する導電流体の流速の測定に基づいている。既知の流れ断面を使用して、流量又は体積流れは、流速から誘導することができ、かつ次に以下の説明における流体流れの概念に従わなければならない。電圧は、流れが導電流体中に存在するイオンの荷電分離を通過する時に通る磁場に発生し、かつ誘導電圧として測定することができる。電圧測定は、典型的には、導電流体と電気的に接触しているか又は流体に容量的にリンクしている１対の電極から誘導された電圧を導出することによって実行される。この電圧は、流速に比例し、かつ磁場強度に依存する。荷電分離は、流れの方向とかつ磁場の方向と垂直な方向に生じる。磁気流量計の磁場は、従って、好ましくは、対応する流体チャネル中の流れ方向と垂直に配置され、誘導電圧を分岐する電極対は、好ましくは、磁場と垂直にかつ同じく流体チャネル中の流れ方向と垂直に配置される。

典型的な電磁流量計は、その内側を電気絶縁材料で裏打ちした非磁性かつ磁化不能なパイプから構成される。

磁場は、典型的には、流体が流れるチューブの外側に配置された１又は２以上のコイルによって発生する。流体流れによって誘導された電圧は、典型的には、電圧計によって決定される。電圧測定の結果は、測定された電圧に基づいて流体流れ、すなわち、流量又は体積流れを決定するための評価ユニットに送られる。

電磁流量計が、第１及び第２の流体搬送チャネル間の流れの差を測定するための差動流量計として設計される場合に、結合磁場は、第１及び第２の流体搬送チャネルを貫通することになるので有利である。

第１及び第２の流体搬送チャネルが、それらの幾何学的寸法に関して互いに対応する場合に、第１の流体搬送チャネル上に配置された第１の電極対と第２の流体搬送チャネル上に配置された第２の電極対との間の電圧差は、第１のチャネル中の流れと第２のチャネル中の流れとの間の差を直接的に示す。第１及び第２の電極対が直列に接続される場合に、この電圧差は、直接的に拾い上げることができる。

電磁差動流量計は、１つのカセットモジュールから構成されるので有利であり、カセットモジュールには、各々が電極対、電極対間に磁場を発生させるための電磁石又は永久磁石、及び電極対間の電圧又は差動電圧を評価するための評価ユニットを有する流体搬送チャネルが形成される。

流体搬送チャネルが形成されたカセットモジュールは、使い捨て部品として、例えば、透析液循環の一部として設計されるので有利である。

カセットモジュールは、透析液循環の一部として透析液循環の追加要素を有する場合があり、又はそうでない場合がある。

本発明の発明者は、第１の流体搬送チャネルと第２の流体搬送チャネル間の温度差が差動流量計の精度の低下をもたらす可能性があることを認識した。

従って、本発明の目的は、流体流れの均衡の改善を提供することである。

この目的は、請求項１によるカセットモジュールにより、同じく請求項１０による差動流量計によって達成される。有利な改良は従属請求項に定められる。

本発明の教示に従って差動流量計のためのカセットモジュールが利用可能にされる。差動流量計は、第１及び第２のチャネルを有するカセットモジュールと、第１及び第２のチャネルに磁場を発生させるための磁石とを含有し、各チャネルは、導出された電圧の差が第１のチャネル及び第２のチャネルを通る流体流れの間の差を示すように、流体が第１及び／又は第２のチャネルを通って流れる時に第１及び第２のチャネルでの電圧をタッピングするためにカセットモジュール上に配置された電極対を有する。

カセットモジュールは、第１のチャネル及び第２のチャネル間の温度差に起因するチャネルの幾何学的変形を殆ど排除するか又は少なくとも最小にするように設計される。チャネルの幾何学的変形が排除されるか又は最小にされるという事実により、第１のチャネル及び第２のチャネル間に温度差が支配している時も電極と磁場間の位置関係は保たれる。

電極と磁場間の一定の位置関係は、差動流量計の測定精度の改善に寄与する。

差動流量計の作動中のチャネルの変形は、カセットモジュールが、流体搬送チャネルがそれに取り付けられるベース本体を形成し、幾何学的変形が、ベース本体の補強構造により最小にされるという事実によって本質的に排除されるか又は低減することができる。補強構造は、ベース本体が中実であるように設計され、従って、ベース本体自体が補強構造を形成するという事実によって保証されるので有利である。カセットモジュールの代替実施形態において、補強構造は、補強リブによって形成される。

チャネルの変形はまた、チャネルの断熱のための断熱層がチャネル間に設けられるという事実によって排除するか又は最小にすることができる。断熱層は、断熱体、例えば、セラミック又は発泡材料として機能する断熱材料で製造することができる。代替実施形態において、チャネルがそれらの間に位置する空気の層によって断熱されるように、凹部がチャネル間に設けられる。

カセットモジュールの有利な実施形態において、チャネルの変形に起因して生じる測定値の変化は、チャネル間のケルビン温度差につき０．０５パーセント未満になる。

別の有利な実施形態において、幾何学的変形は、第１及び第２のチャネル間の接触ゾーンが最小にされるという事実によって最小にされるか又は防止される。第１及び第２のチャネルが互いに接近するチャネルの領域は、接触ゾーンと見なされる。この領域は、一般的に、共通磁場が第１及び第２のチャネルを貫通し、かつ電極対が配置される領域であることになる。

第１及び第２のチャネル間の接触ゾーンは、第１及び第２のチャネルが互いに本質的に直角に配置されるという事実によって有利な実施形態では最小にされる。

カセットモジュールの別の実施形態において、少なくとも２つの第１のチャネルと少なくとも２つの第２のチャネルとが設けられ、チャネルは、第１及び第２のチャネル間の温度差に起因する機械的応力が補償されるように配置される。

例えば、４つのチャネルの全てが互いに平行に配置され、かつ２つの第１のチャネル及び２つの第２のチャネルが各々互いに反対であるように、２つの第１のチャネルは、流れの一方の方向に対して設けることができ、２つの第２のチャネルは、流れの反対方向に対して設けることができる。

このような構成はまた、次に、特定の補強構造が設けられる時にほとんど又は全く変形をもたらさない。このような構成は、従って、特に材料を節約する。

一実施形態において、カセットモジュールは、透析液循環の一部であり、差動流量計は、血液処理ユニットへの新鮮な透析液の流入流れと使用済透析液のための流出流れとの間で透析液を均衡させるために設けられる。１つの有利な実施形態において、カセットモジュールは、例えば、透析液ポンプのような透析液循環の追加要素を含有する。

１つの有利な実施形態において、カセットモジュールは、使い捨て物品として使用するために提供される。

差動流量計のためのカセットモジュールの異なる実施形態を示す図である。 差動流量計のためのカセットモジュールの異なる実施形態を示す図である。 差動流量計のためのカセットモジュールの異なる実施形態を示す図である。 差動流量計のためのカセットモジュールの異なる実施形態を示す図である。 差動流量計のためのカセットモジュールの異なる実施形態を示す図である。 差動流量計のためのカセットモジュールの異なる実施形態を示す図である。

図１は、差動流量計のためのカセットモジュール１９の一実施形態を示している。カセットモジュール１９は、中実ベース本体１２を有し、そこに差動流量計が作動される時に流体を搬送するチャネル１６、１７が形成される。流体搬送ライン１０、１１は、流体搬送チャネル１６、１７に接続される。一実施形態において、差動流量計は、透析液循環において透析液を均衡させる均衡ユニット１０５の一部である。この場合に、ライン１０、１１、同じくチャネル１６、１７は、透析液循環の一部である。

チャネル１６、１７は、磁石（図示せず）によって発生される磁場１３によって貫通される。磁場は、チャネル１６、１７中の流れ方向に対して本質的に垂直である。電極１０１、１０２は、磁場１３に対して及びチャネル１６，１７中の流れ方向に対して本質的に垂直にチャネル１６、１７上に配置され、それぞれの流れ方向に対して横断方向に電圧をタッピングする。電極は、タッピングされた電圧、特に、導出された電圧の差に基づいてチャネルにおける流体流れの差及び従って流体搬送ライン間の流体均衡を決定する評価ユニット１０３に接続される。

ベース本体１２の中実設計により、補強構造が設けられ、ライン１０、１１間の温度差に起因するベース本体の幾何学的変形を最小にする。代替実施形態において、補強構造はまた、補強リブによって形成することができる。

図２は、差動流量計のためのカセットモジュール２９の代替実施形態を示している。カセットモジュール２９は、中実ベース本体２１２を有し、そこに差動流量計が作動される時に流体を搬送するチャネル２１６、２１７が形成される。流体搬送ライン２１０、２１１は、流体搬送チャネル２１６、２１７に接続される。チャネル２１６、２１７は、磁場２１３により透過される。本明細書であまり詳細には示さない電極でタッピングされる電圧は、磁場２１３により誘導され、かつ図１に関して既に説明した構成に対応する流体均衡の決定を可能にする。

ベース本体は、流体搬送チャネル２１６及び２１７間にチャネルの断熱のための断熱層を形成する凹部２１４を形成する。凹部は、セラミック又は発泡体のような断熱性材料で充填することができる。代替実施形態において、チャネルの断熱は、チャネル間に位置する空気層が断熱効果を有するという事実によって与えられる。チャネル２１６及びチャネル２１７間の断熱は、ライン２１６及び２１７間の温度差に起因するベース本体のあらゆる幾何学的変形の最小化をもたらす。

図３は、差動流量計のためのカセットモジュール３１９の別の代替実施形態を示している。カセットモジュール３１９は、ベース本体３１２を有し、そこに差動流量計が作動されている時に流体を搬送するチャネル３１６、３１７が形成される。流体搬送ライン３１０、３１１は、流体搬送チャネル３１６、３１７に接続される。磁石（図示せず）によって発生する磁場は、接触ゾーンで第１及び第２のチャネルを透過する。電子上に誘導される電圧を分岐する電子も、この領域に配置される。電極で導出された電圧は、図１と合わせて既に説明した構成に対応する流体均衡を決定することを可能にする。

第１及び第２のチャネル間の接触ゾーンは、第１及び第２のチャネルが互いに対して本質的に直角に配置されるという事実により、有利な実施形態では最小にされるか又は防止される。

チャネル３１６及びチャネル３１７間の最小にされた接触ゾーンは、ライン２１６及び２１７間の温度差に起因するベース本体のあらゆる幾何学的変形を最小にするという結果を有する。

図４は、差動流量計のためのカセットモジュール４１４の代替設計を示している。カセットモジュール４１４は、ベース本体を有し、そこに差動流量計の作動中に流体を搬送する第１のチャネル及び第２のチャネルが形成される。これらのチャネルは、流体搬送ライン４１１、４１２の一部であり、かつ磁石（図示せず）によって発生する磁場４１３によって透過される。磁場は、チャネル中の流れ方向に対して本質的に垂直である。

磁場４１３により誘導され、かつ電極（本明細書では詳細に示さない）でタッピングされた電圧は、図１と合わせて既に説明した構成に従って流体均衡を決定することを可能にする。

ある一定の磁力線は、第１及び第２のチャネルの両方を透過する。従って、本質的に同じ磁場が、第２のチャネルにおけるように第１のチャネルにおいて支配的である。これは、流体均衡の特に正確な決定を可能にする。

カセットモジュールは、ベース本体が中実設計を有する限り、図１と合わせて説明したカセットモジュールに対応する。ベース本体の中実設計により、補強構造が設けられ、ライン４１１、４１２間の温度差に起因するベース本体のあらゆる幾何学的変形を最小にする。

図５は、差動流量計のためのカセットモジュール５９の別の代替実施形態を示している。カセットモジュールは、各々が流体搬送ライン５１０、５１１の一部である第１及び第２のチャネルを形成するベース本体５１２を有する。

チャネルは、磁石（図示せず）によって発生される磁場５１３によって透過される。磁場は、チャネル中の流れ方向に対して本質的に垂直である。

磁場５１３により誘導され、かつあまり詳細には示さない電極でタッピングされた電圧は、図１に関して既に説明した構成に対応する流体均衡の決定を可能にする。

ある一定の磁力線は、第１及び第２のチャネルの両方を通過する。従って、本質的に同じ磁場が、第２のチャネルにおけるように第１のチャネルにおいて支配的である。これは、流体均衡の特に正確な決定を可能にする。

カセットモジュールは、チャネルの断熱のためにベース本体５１２に凹部５１４を有する。凹部は、セラミック又は発泡体のような断熱性材料で充填することができる。代替実施形態において、チャネルの断熱は、チャネル間に位置する空気層が断熱効果を有するという事実によって与えられる。

第１のチャネル及び第２のチャネル間の断熱は、ライン５１０及び５１１間の温度差に起因するベース本体の幾何学的変形を最小にさせる。

図６は、差動流量計のためのカセットモジュール６１２の代替実施形態を示している。カセットモジュール６９は、ベース本体６１２を有し、そこに差動流量計が作動中である時に流体搬送チャネルである第１のチャネル６１１及び６１５、及び第２のチャネル６１０、６１６が形成される。第１のチャネルは、差動流量計の作動中に流体搬送ラインである第１のラインの一部であり、そのためにラインは、２つの第１のチャネルに分かれ、第２のチャネルは、差動流量計の作動中に流体搬送し、かつ２つの第２のチャネルに分かれる第２のラインの一部である。

言い換えれば、２つの第１のチャネル中の流れの方向は、互いに対応し、２つの第２のチャネル中の流れの方向も、互いに対応する。流体は、対向するチャネルを通って同じ方向に流れる。

チャネルのこの構成は、２つの第１のチャネル及び２つの第２のチャネル間の温度差に対応する第１のライン及び第２のライン間の支配的な温度差によって生じる機械的応力が均一化されるという結果を有する。

チャネル６１１、６１０、６１６、６１５は、磁石（図示せず）によって発生される磁場６１３によって透過される。磁場は、チャネル６１１、６１０、６１６、６１５中の流れの方向に対して本質的に垂直である。

電極（図示せず）は、それらが、それぞれの流れ方向に対して横断方向に電圧をタッピングするように磁場６１３に対してかつチャネル６１１、６１０、６１６、６１５中の流れ方向に対して本質的に垂直であるようにチャネル６１１、６１０、６１６、６１５上に配置される。

電極は、第１のライン中の流体流れと第２のライン中の流体流れとの間の差を示し、従って、第１及び第２のライン間の流体均衡の場合にそれによってタッピングされた電圧に基づいて示す評価ユニット（図示せず）に接続される。

第１のチャネルの電極でタッピングされた電圧は、各々加えられて２つの第１のチャネルでの全電圧を取得し、第２のチャネルの電極でタッピングされた電圧は、加えられて２つの第２のチャネルでの全電圧を取得する。２つの全電圧は、次に、一方が他方から差し引かれる。

代替実施形態において、電極対が、単に第１のチャネルのうちの１つと第２のチャネルのうちの１つとに設けられる。

このような構成も、次に、特定の補強構造を設けない場合にほとんど又は全く変形をもたらさない。従って、このような構成は、特に材料を節約する。

カセットモジュールの有利な実施形態において、チャネルの変形に帰される測定値の変化は、ケルビン度あたり０．０５パーセント未満になる。

以下の規則も全ての実施形態に当て嵌まる。チャネルの幾何学的変形が防止されるか又は最小にされるという事実より、第１及び第２のライン間に温度差が支配する時に電極と磁場間の位置関係が保存される。電極と磁場間の一定の位置関係は、差動流量計の測定精度の改善に寄与する。

１２ 中実ベース本体
１３ 磁場
１９ カセットモジュール
１０１、１０２ 電極
１０５ 均衡ユニット

Claims (6)

1. 差動流量計の作動中に２つの第１の流体搬送チャネル（６１１、６１５）と２つの第２の流体搬送チャネル（６１０、６１６）とを形成する該差動流量計のためのカセットモジュール（６９）であって、
   カセットモジュールが、前記２つの第１の流体搬送チャネル（６１１、６１５）及び前記２つの第２の流体搬送チャネル（６１０、６１６）の間の温度差に起因する該チャネルの幾何学的変形が最小にされるか又は防止されるように設計され、
   前記２つの第１の流体搬送チャネル（６１１、６１５）は互いに鏡面対称に配置され、前記２つの第２の流体搬送チャネル（６１０、６１６）は互いに鏡面対称に配置され、前記２つの第１の流体搬送チャネル（６１１、６１５）及び前記２つの第２の流体搬送チャネル（６１０、６１６）は、４回対称の位置に配置され、前記２つの第１の流体搬送チャネル（６１１、６１５）及び前記２つの第２の流体搬送チャネル（６１０、６１６）の間の温度差に起因する機械的応力が均一化され、
   前記チャネルがその上に取り付けられるベース本体を有し、
   前記幾何学的変形は、前記ベース本体の補強構造によって最小にされるか又は防止される、
   ことを特徴とするカセットモジュール（６９）。
2. 差動流量計の作動中に第１の流体搬送チャネル（３１６）と第２の流体搬送チャネル（３１７）とを形成する該差動流量計のためのカセットモジュール（３１９）であって、
   前記カセットモジュールが、前記第１の流体搬送チャネル（３１６）と前記第２の流体搬送チャネル（３１７）を互いに本質的に直角に配置することにより、前記第１の流体搬送チャネル（３１６）と前記第２の流体搬送チャネル（３１７）の間の温度差に起因する該チャネルの幾何学的変形が最小にされるか又は防止されるように設計される、
   ことを特徴とするカセットモジュール（３１９）。
3. 前記チャネルの変形に帰属され得る測定値の変化が、ケルビン度あたり０．０５パーセント未満になることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカセットモジュール（３１９、６９）。
4. 使い捨て物品として使用するための請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のカセットモジュール（３１９、６９）。
5. 流体流れの間で均衡させるための差動流量計（１０５）であって、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のカセットモジュール（３１９、６９）と、
   前記カセットモジュールの前記第１の流体搬送チャネル（３１６、６１１、６１５）に及び前記第２の流体搬送チャネル（３１７、６１０、６１６）に磁場を発生させるための磁石であって、各チャネルが、前記第１の流体搬送チャネル（３１６、６１１、６１５）で及び前記第２の流体搬送チャネル（３１７、６１０、６１６）で電圧をタッピングするための電極対（１０１、１０２）を有し、流体が前記第１及び／又は前記第２の流体搬送チャネルを通って流れる時に、前記タッピングされた電圧間の差が、前記第１の流体搬送チャネル（３１６、６１１、６１５）を通る及び前記第２の流体搬送チャネル（３１７、６１０、６１６）を通る流体流れ間の差を示す前記磁石と、
   を含むことを特徴とする差動流量計（１０５）。
6. 前記第１の流体搬送チャネル（３１６、６１１、６１５）でタッピングされた電圧と前記第２の流体搬送チャネル（３１７、６１０、６１６）でタッピングされた電圧との間の前記差を決定し、所定の電圧差に基づいて前記流体流れ間の前記差を決定するための評価ユニット（１０３）を含むことを特徴とする請求項５に記載の差動流量計（１０５）。

Images