Fresenius Medical Care Deutschland GmbH, Bad Homburg

Hintergrund

In vielen Bereichen der angewandten Medizin wird Reinstwasser - auch als Permeat bezeichnet- benötigt. Zum Beispiel wird für Behandlung von Dialysepatienten Reinstwasser benötigt. Dabei wird in aller Regel das Permeat aus Rohwasser durch eine besondere Form der Filtration, einer Ultrafiltration, nach dem Prinzip der Umkehrosmose aufbereitet. Anschließend wird das Wasser über eine Ringleitung an die entsprechenden Abnahmestellen zur Verfügung gestellt. Entsprechende Abnahmestellen können z.B. Dialysegerät 5008, 4003 oder GENIUS Preperator usw. der Anmelderin sein.

Dabei kann es auch auftreten, dass eine erhebliche Menge von Permeat in relativ kurzer Zeit benötigt wird. In diesen Fällen kann z.B. ein Zwischenspeicher, wie er z.B. unter der Bezeichnung Äquator 500 L oder 1000 L von der Anmelderin erhältlich ist, vorgesehen sein. Allerdings wird dann auch eine Erwärmung des Permeats auf eine körpernahe Temperatur (z.B. 34°C) vorgesehen, um die Heizleistung an den Abnahmestellen reduzieren zu können.

Da auch Reinstwasser bei längerem Verbleib in einer Leitung qualitative Einbußen erleiden kann, wird das Reinstwasser in einer Ringleitung in Bewegung gehalten.

Allerdings ist ein grundsätzliches Problem die Aufrechterhaltung der Hygiene.

Aus dem Stand der Technik ist hierzu bekannt, die Anlagen entweder regelmäßig oder bei Überschreiten von Grenzwerten für eine biologische Belastung chemisch zu desinfizieren.

Dies erweist sich jedoch als zeitaufwändig, da anschließend auch die Desinfektionslösung rückstandsfrei entfernt werden muss. Zudem ist dieser Vorgang nur in Ausnahmefällen komplett automatisierbar. In dieser Zeit ist eine Reinstwasserabnhame in der Regel nicht möglich. Dies stellt insbesondere für Behandlungszentren und deren Patienten ein großes Problem dar. Daher wurde in der Vergangenheit bereits versucht die chemische Desinfektion durch eine thermische Desinfektion zu ersetzen. Solcherlei Desinfektionsverfahren sind auch als heiß- Desinfektion bekannt.

Beispielsweise ist aus der DE 600 20 268 T2 eine thermische Desinfizierung eines Wasserversorgungssystems, und aus der DE 199 33 223 B4 ein Verfahren zur thermischen Desinfektion von Hämodialyseanlagen bekannt.

Dabei tritt häufig das Problem auf, dass die Anlage in kurzer Zeit erhitzt werden muss, sodass eine entsprechende elektrische Anschlussleistung zur Verfügung gestellt werden muss.

Um diesem Problem zu begegnen wurde in der Vergangenheit häufig nur die Ringleitung heiß- desinfiziert, d.h. Vorratsgefäße und/oder Abnahmestellen wurden nicht mit-desinfiziert.

In solchen Systemen kamen bisher häufig Wärmetauscher in Verbindung mit einem elektrischen Niederdruckboiler zum Einsatz, bei denen das Permeat im Wärmetauscher erhitzt wurde.

In anderen Ansätzen wird das Permeat in einem Tank auf körpernaher Temperatur gehalten, wobei eine geringere elektrische Leistung benötigt wird, und über einen längeren Zeitraum hinweg erwärmt wird, um so eine kurzfristige hohe Stromabnahme zu vermeiden. Hierbei ist im Blick zu behalten, dass die Versorgung mit elektrischer Energie nicht in allen Teilen der Welt konstant vorhanden ist und elektrische Installationen häufig nur unzureichend ausgelegt sind, sodass eine kurzfristige hohe Stromabnahme in aller Regel zu vermeiden ist, um nicht eine Abschaltung anderer Geräte in einem Klinikumfeld oder gar Brände durch überlastete Leitungen zu riskieren. Allerdings stellt gerade der Tank ein erhebliches Problem für heiß-Desinfektion dar, da dieser ein großes Volumen und eine große Oberfläche aufweist und nur schwer thermisch zu desinfizieren ist.

Zwar könnte man den Tank zumindest teilweise für die heiß-Desinfektion entleeren, allerdings kann damit nun nicht mehr die vollständige Desinfektion des Heißwasserspeichers bewerkstelligt werden.

Alternativ kann -wie bereits erwähnt - der Tank mittels einer Bypass-Leitung aus der Desinfektion komplett ausgenommen werden. Allerdings ist auch dies aus hygienischer Sicht bedenklich.

Kurzdarstellung der Erfindung

Ausgehend von dem eingangs zitierten Hintergrund der Erfindung ist es eine Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Wasseraufbereitungssystem zur Verfügung zu stellen, das eine hygienische Bereitstellung von Permeat ermöglicht. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Wasseraufbereitungssystem für Dialysebehandlungen, wobei das Wasseraufbereitungssystem einen Permeat-Kreislauf mit einer Umkehrosmose-Anlage und zumindest einer Entnahme-Stelle für Permeat aufweist. Dabei wird die Umkehrosmose-Anlage durch den Rückfluss von der zumindest einen Entnahme-Stelle für Dialysebehandlungen und / oder einem Rohwasserzufluss gespeist. Das Wasseraufbereitungssystem weist weiterhin einen Wärmetauscher auf, wobei ein erster Kreislauf des Wärmetauschers mit einem Puffertank zur Speicherung von thermischer Energie verbunden ist, und wobei ein zweiter Kreislauf des Wärmetauschers in den Permeatkreislauf integriert ist, wobei kontrolliert Wärme aus dem Puffertank mittels des Wärmetauschers auf Permeat im Permeatkreislauf übertragen wird. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der Beschreibung.

Kurzdarstellung der Figuren

In Figur 1 wird eine Prinzip-Darstellung gemäß Ausführungsformen der Erfindung gezeigt.

Detaillierte Beschreibung

Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figur dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.

Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter„ein", „eine" und „eines" nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.

In einem erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungssystem 1 für Dialysebehandlungen weist das Wasseraufbereitungssystem 1 einen Permeat-Kreislauf mit einer Umkehrosmose-Anlage (RO) und zumindest einer Entnahme-Stelle ESx Oder aber mehreren Entnahme-Stellen ES ₂ . _N für Permeat auf. Die Umkehrosmose-Anlage O kann zum einen durch den Rückfluss von der zumindest einen Entnahme-Stelle ES ₁ oder aber mehreren Entnahme-Stellen ES ₂ ...N für Dialysebehandlungen zum anderen aber auch alternativ oder zusätzlich durch einen Rohwasserzufluss RZ gespeist werden.

Das Wasseraufbereitungssystem weist weiterhin einen Wärmetauscher WT auf. Ein erster Kreislauf PK (Primärkreislauf) des Wärmetauschers WT ist mit einem Puffertank PT verbunden, wobei der Puffertank zur Speicherung von thermischer Energie eingerichtet ist. Ein zweiter Kreislauf SK (Sekundärkreislauf) des Wärmetauschers WT hingegen ist in den Permeatkreislauf integriert, wobei nunmehr kontrolliert Wärme aus dem Puffertank PT mittels des Wärmetauschers WT auf Permeat im Permeatkreislauf übertragen werden kann. D.h. durch die Erfindung wird es ermöglicht nunmehr das zu desinfizierende Volumen klein zu halten, während aber zugleich die Möglichkeit zur Verfügung gestellt wird sowohl große Volumen an zur Verfügung gestelltem Permeat mittels des Wärmetauschers WT auf körpernahe Temperaturen zu bringen oder aber auch kurzfristig hohe Temperaturen für eine Heiß-Desinfektion zur Verfügung zu stellen, wobei alle mit Permeat durchflossenen Analgenteile nunmehr heiß-desinfizierbar sind. In einer Ausführungsform der Erfindung wird in einem ersten Betriebsmodus des Wasseraufbereitungssystems 1 für Dialysebehandlungen die Temperatur des Permeats nach dem Durchlauf des Wärmetauschers WT auf eine körpernahe Temperatur von circa 20°C bis zu circa 37°C angehoben. Hierdurch kann die Heizleistung von Geräten an den Entnahme-Stellen ES _{1 2} ... _N entsprechend geringer ausfallen, wodurch diese kostengünstiger im Betrieb und Herstellung werden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in einem zweiten Betriebsmodus des Wasseraufbereitungssystems 1 für Hygienebehandlung von zumindest Teilen des Permeatkreislaufes die Temperatur des Permeats nach dem Durchlauf des Wärmetauschers (WT) auf Temperaturen von 70°C und mehr angehoben wird. Insbesondere kann die Temperatur auf 85° oder auch bis über 100° angehoben werden, um so eine schnellere thermische Desinfektion zur Verfügung zu stellen. Dabei kann z. B. die Ausführungszeit des zweiten Betriebsmodus abhängig gemacht werden von der Temperatur, die das Permeat vor und/oder nach dem Wärmetauscher aufweist.

Von besonderem Vorteil ist, dass die Erfindung in einer Ausführungsform auch eine solarthermische oder geothermische Quelle oder einen Phasenwechselspeicher zur Speisung des Puffertanks (PT) mit Wärmeenergie aufweisen kann. In Figur 1 ist beispielsweise eine Speisung mittels Solarkollektoren angedeutet. Hierdurch kann auch in Gebieten, in denen die kontinuierliche Bereitstellung von elektrischer Energie ein Problem ist oder aber die über ein entsprechendes Energieangebot verfügen, eine entsprechende Versorgung mit thermischer Energie für den Puffertank PT zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere sind die Wirkungsgrade von direkt abgenommener thermischer Energie erheblich höher als eine Wandlung aus elektrischer Energie. Hierzu kann auch eine Pumpe P ₁ zur Umwälzung vorgesehen sein.

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit der Erfindung kann aber der Permeatkreislauf weiterhin einen Bypass BP zur Abkürzung des Permeatkreislaufes aufweisen, wobei der Bypass zur Vorbeileitung an der zumindest einen Entnahme-Stelle ES _{1; 2} ...N für Dialysebehandlungen angeordnet ist. Dies kann für bestimmte Betriebszustände des Wasseraufbereitungssystems 1 von Vorteil sein.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Wärmetauscher WT einen Wirkungsgrad von 75 % und mehr auf. Insbesondere weist der Wärmetauscher WT einen Wirkungsgrad von 90 % und mehr auf.

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann der Permeatkreislauf einen Pufferspeicher für Permeat aufweisen oder aber keinen Pufferspeicher für Permeat aufweisen. Insofern sind dem Anlagendesign keine Grenzen gesetzt. Dabei ist von Vorteil, dass z.B. der Puffertank PT lediglich an die zur Verfügung zu stellende Heizleistung angepasst sein sollte, während ein eventuell vorhandener Pufferspeicher für Permeat lediglich auf die zur Verfügung zu stellende Menge an Permeat und die Reinigungsleistung der Umkehr-Osmose RO angepasst sein sollte. D.h. die Erfindung erlaubt ein äußerst flexibles Analgendesign, sodass die Erfindung in einer Vielzahl von Anwendungsszenarien Verwendung finden kann.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein erster Temperaturfühler TF _X nach dem Ausgang des zweiten Kreislaufs SK angeordnet. Dann kann in Abhängigkeit der vom ersten Temperaturfühler TF _X gemessenen Permeatkreislauf Ausgangs-Temperatur T _PKout der Zufluss des ersten Kreislaufs PK zum Wärmetauscher WT geregelt werden, sodass eine gewünschte Zieltemperatur, z.B. körpernahe Temperatur oder Temperatur für Heiß-Desinfektion erreicht wird.

Beispielsweise kann die Pumpe P ₂ entsprechend gesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein zweiter Temperaturfühler TF ₂ vor dem Eingang des zweiten Kreislaufs SK angeordnet sein, wobei ebenfalls in Abhängigkeit der vom zweiten Temperaturfühler TF ₂ gemessenen Permeatkreislauf Eingangs-Temperatur T _PKi n der Zufluss des ersten Kreislaufs PK zum Wärmetauscher WT geregelt werden. Insbesondere, wenn sowohl ein erster Temperaturfühler TF _X und ein zweiter Temperaturfühler TF ₂ vorgesehen sind, kann der Temperatureintrag in den Wärmetauscher über den ersten Kreislauf besonders präzise geregelt werden.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass in Ausführungsformen der Erfindung ein Durchflussmesser VM im zweiten Kreislaufs SK angeordnet ist. Der genaue Ort des Durchflussmessers kann dabei geeignet gewühlt werden und muss nicht wie in der Figur 1 gezeigt gewählt sein. Insbesondere kann ein Durchflussmesser VM aber auch am Ort eines möglicherweise vorhandenen Temperaturfühlers TFi, TF ₂ angeordnet sein. Nunmehr kann alternativ oder zusätzlich auch in Abhängigkeit des vom Durchflussmesser VM gemessenen Volumens der Zufluss des ersten Kreislaufs PK zum Wärmetauscher WT geregelt werden.

Beispielsweise kann der Volumenmesser auch durch eine Pumpe P ₃ zur Verfügung gestellt werden.

D.h. die Ausführungsformen der Erfindung erlauben ein hygienisches Design eines Wasseraufbereitungssystems, weil die Trennung des Permeatkreislaufs von dem Puffertank ein kompakteres Design des Permeatkreislaufs ermöglicht, verbunden mit einer einfacheren Desinfizierbarkeit des Permeatkreislaufs.

Obwohl vorstehend ein einziger Wärmetauscher WT gezeigt wurde, kann natürlich aus Effizienzgründen auch vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Wärmetauscher im Permeatkreislauf befindlich sind. So kann z.B. ein erster Wärmetauscher optimiert zur Wärmeabgabe für einen ersten Betriebsmodus optimiert sein, während ein zweiter Wärmetauscher zur Wärmeabgabe für einen zweiten Betriebsmodus optimiert ist. D.h. die Wärmetauscher sind z.B. bezüglich der Betriebsparameter und des jeweiligen Wirkungsgrades optimiert. Offensichtlich kann für diese Art der Anlagengestaltung auch vorgesehen sein, dass jeder Wärmetauscher aus einem eigenen ersten Kreislauf mit jeweils eigenem Puffertank gespeist wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass beide Wärmetauscher aus einem gemeinsamen ersten Kreislauf mit einem einzigen Puffertank gespeist werden.

D.h. die Erfindung zeichnet sich durch eine hydraulische Trennung aus. Das Volumen und die innere Oberfläche des Permeatkreislaufes werden somit deutlich verkleinert, was die Desinfizierbarkeit deutlich verbessert und die Energie zum Erreichen der für die Heiß-Desinfektion notwendigen Temperatur stark reduziert. Der Puffertank PT dient in dem System der Erfindung ausschließlich als Energiespeicher, d.h. es ist keine Permeatentnahme aus dem Tank möglich.

Da der Puffertank eine für eine Heiß-Desinfektion notwendige Energie puffert kann dieser langsam erwärmt werden, wodurch die notwendige Leistung reduziert werden kann. Da das Volumen im Permeatkreislauf gering gehalten werden kann, kann das Permeat schnell auf Heißdesinfektionstemperatur aufgeheizt werden. Zudem kann mittels einer höheren Temperatur, die durch das geringe Volumen ermöglicht wird auch die Dauer für eine komplette Desinfektion der Ringleitung reduziert werden.