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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Dialysekonzentrats, wobei die Vorrichtung einen Zulauf für Lösungsmittel sowie eine Aufnahme für einen mittels des Lösungsmittels zu lösenden bzw. mit dem Lösungsmittel zu mischenden Konzentratrohstoff, und einen Mischbehälter zur Mischung von Lösungsmittel und Konzentratrohstoff aufweist.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Dialysekonzentrate nach einem weitgehend starr vorgegebenen Mischprozess aus einem oder mehreren Konzentratrohstoffen und Wasser bzw. Dialysewasser herzustellen. Dabei ist dieser Mischprozess üblicherweise so ausgelegt, dass von den schlechtesten Rahmenbedingungen ausgegangen wird. Diese sind beispielsweise kaltes Dialysewasser, eine kalte Umgebungstemperatur, ein zeitnaher Konzentratbedarf etc. Dies bedingt den Einsatz großer Mengen an Ressourcen, wie thermische und mechanische Energie sowie Zeit.
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Die wesentlichen Parameter, die Einfluss auf den Mischprozess haben, sind:
- 1. Mechanische Energie, wie diese beispielsweise durch das Rühren, den Betrieb von Pumpen etc. eingebracht wird,
- 2. Thermische Energie, wie z.B. die Dialysewassertemperatur, die Mischungstemperatur, der Betrieb einer Heizvorrichtung etc.
- 3. Zeit in Form der Mischzeit
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Die Rahmenbedingungen Dialysewassertemperatur, Umgebungstemperatur, Bedarfstermin etc. sind ihrerseits wiederum von vielen weiteren Rahmenbedingungen abhängig.
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Dabei gibt es regelmäßige, vorhersehbare Schwankungen: Temperaturen schwanken häufig über den Tagesverlauf, bedingt beispielsweise durch die Abwärme anderer Geräte, Dialysewasserverbrauch etc., über den Verlauf einer Woche (mittelfristige Aufwärmeffekte) und über die Jahreszeiten, z.B. bedingt durch Umgebungstemperaturen, die Leitungswassertemperatur etc.
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Hinzu kommen unregelmäßige, aber ggf. auch vorhersagbare Schwankungen, wie z.B. das Wetter, das beispielsweise bei der Warmwassererzeugung mittels Solarenergie zur Beimischung vom Eingangswasser und Regulation der Dialysewassertemperatur oder mittels Wärmetauscher eine Rolle spielt.
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Ein aus dem Stand der Technik bekannter Prozess zur Herstellung eines Dialysekonzentrats wird im Folgenden anhand der Figur beschrieben, wobei aus dem Stand der Technik nur der eingerahmte Bereich der Figur bekannt ist.
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In einem Mischbehälter 2 des Mischsystems 6 wird Dialysewasser mittels des Dialysewasserzulaufes 1 zu dosiert. Des Weiteren wird der Konzentratrohstoff manuell oder automatisch in einzelnen Bestandteilen oder vordosierten Gebinden zu dosiert. In dem Mischbehälter 2 erfolgt durch ein oder mehrere beliebige Mischverfahren, wie z.B. Rühren, Zirkulation oder beliebige andere Mischverfahren eine Mischung von Konzentratrohstoff mit Dialysewasser und somit die Herstellung des Dialysekonzentrats. Während des Mischvorgangs wird zur Prozesskontrolle oder zur Freigabe vor Abschluss des Mischvorgangs das in der Herstellung befindliche Dialysekonzentrat mittel der Pumpe 4 zum Zwecke der Qualitätskontrolle der Messvorrichtung 3 zugeführt. Es ist möglich, dass vor und/oder nach jedem dieser Mischvorgänge der Messvorrichtung eine Referenzflüssigkeit, wie z.B. Dialysewasser zugeführt wird, so dass ein automatischer Prozess zur Revalidierung bzw. Kalibrierung der Messvorrichtung 3 erfolgen kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Dialysatkonzentratherstellung dahingehend zu verbessern, dass die Herstellung des Dialysekonzentrats ressourcenschonend verläuft.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und des Weiteren durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Controller bzw. eine Controller-Unit aufweist, der folgendes umfasst:
- eine Parametereinheit, die zur Aufnahme oder Ermittlung von wenigstens einem Eingangsparameterwert ausgebildet ist,
- eine Optimierungseinheit, die zur Ermittlung einer Optimierung des Mischprozesses aus Konzentratrohstoff und Lösungsmittel basierend auf dem wenigstens einen Eingangsparameterwert ausgebildet ist,
- und eine Steuerungs- oder Regelungseinheit, die ausgebildet ist, den Herstellprozess der Vorrichtung mittels eines oder mehrerer Ausgangsparameterwerte basierend auf der ermittelten Optimierung zu steuern oder zu regeln.
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Es wird somit erfindungsgemäß nicht stets derselbe vorgegebene Herstellprozess, d.h. Mischvorgang zur Herstellung von Dialysekonzentrat durchgeführt. Vielmehr ist vorgesehen, dass ein oder mehrere Eingangsparameter berücksichtigt werden, wie z.B. ein oder mehrere Umgebungsparameter, wie beispielsweise die Temperatur etc. und basierend auf diesen eine Optimierung des Herstellprozesses durchgeführt wird. Mittels eines oder mehrerer Ausgangsparameter, wie z.B. die Dauer des Mischprozess, dessen Beginn etc., wird der Herstellprozess gesteuert oder geregelt. Liegt eine Regelung vor, ist der Controller ausgebildet, den Mischvorgang so durchzuführen, dass ein Sollwert möglichst erreicht wird, wie z.B. eine bestimmte Solldauer, bestimmte Sollkosten oder eine bestimmte Kapazität.
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Die Parametereinheit kann ausgebildet sein, den wenigstens einen Eingangsparameterwert von einem Sensor, von einer Datenbank oder sonstigen Datenquelle oder durch manuelle Eingabe durch den Nutzer zu erhalten. Die Parametereinheit kann somit entweder einen oder mehrere Eingangsparameterwerte erhalten, wie z.B. von einem oder mehreren Sensoren, wie z.B. Temperatursensoren, oder durch Eingabe durch einen Nutzer. Im letzteren Fall weist die Parametereinheit somit eine Schnittstelle für einen Nutzer, wie z.B. eine Tastatur auf. Auch ist es möglich, dass die Parametereinheit ausgebildet ist, den oder die Eingangsparameter selbst zu ermitteln, wie beispielsweise basierend auf historischen Werten oder allgemein durch eine Vorhersage, z.B. durch Vorhersage der Umgebungstemperatur.
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Die Vorrichtung kann eine Messvorrichtung, wie z.B. einen Sensor zur Ermittlung wenigstens eines Eingangsparameterwertes enthalten. Dabei kann es sich z.B. um die Temperatur der Umgebungsluft, des zugeführten Dialysewassers etc. oder der in dem Mischbehälter befindlichen Lösung enthalten. Im letzten Fall kann die Messvorrichtung vorzugsweise durch ein mit einer Pumpe versehenes Leitungssystem mit dem Mischbehälter verbunden sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zulauf für das Lösungsmittel ein Dialysewasserzulauf ist. Bei Dialysewasser handelt es sich vorzugsweise um Wasser, dass durch einen Filtrationsprozess gereinigt wurde, wobei das Wasser das Permeat des Filters darstellt.
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Die Aufnahme für den Konzentratrohstoff kann durch den Mischbehälter selbst gebildet werden. In diesem Fall wird der zu lösende bzw. zu mischende Konzentratrohstoff in dem Mischbehälter vorgelegt. Auch ist es denkbar, dass die Aufnahme durch ein von dem Mischbehälter unterschiedliches Bauteil der Vorrichtung gebildet wird.
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Bei dem Konzentratrohstoff kann es sich um ein Trockenkonzentrat oder um ein flüssiges Konzentrat oder um einen slurry-förmigen Konzentratrohstoff handeln.
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Under der „Mischung eines Konzentratrohstoff mit einem Lösungsmittel“ ist somit ein reiner Mischvorgang und/oder ein Lösungsvorgang zu verstehen.
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Vorzugsweise ist die Optimierungseinheit so ausgebildet, dass diese die Optimierung des Mischprozesses durch ein rechnergestützes Analyseverfahren und/oder Optimierungsverfahren durchführt. Exemplarisch sind neuronale Netze, Korrelationen, machine learning etc. zu nennen.
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Der Controller kann ausgebildet sein, bei der Steuerung oder Regelung einen oder mehrere der folgenden Ausgangsparameter zu beeinflussen bzw. bereitzustellen: Zeitpunkt der Dialysewasserdosierung, Zeitspanne zwischen der Dosierung und dem Mischvorgang, Zeitpunkt der Einleitung des Mischvorgangs, Dauer des Mischvorgangs, Anteile mechanischer, elektrischer und/oder thermischer Energie. Diese oder andere Ausgangsparameter werden sodann auf den Mischvorgang angewandt.
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Die Parametereinheit kann ausgebildet sein, einen Sollwert für einen zu optimierenden Optimierungsparameter zu empfangen, wobei der Controller des Weiteren ausgebildet ist, den Mischprozess derart zu steuern oder zu regeln, dass der Sollwert vollständig oder im Rahmen einer bestimmten Abweichung erhalten wird. Denkbare Optimierungsparameter sind die Kosten der Herstellung, die Zeitdauer der Herstellung oder die Kapazität. Im letzten Fall wird eine Optimierung dahingehend durchgeführt, wieviel Dialysewasser verfügbar ist und/oder wann ein Bedarfszeitpunkt für das Dialysekonzentrat erreicht ist.
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In einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die Parametereinheit ausgebildet, als Eingangsparameterwert einen Sensorwert und/oder einen nutzerseitig eingegebenen Wert und/oder einen durch Vorhersage ermittelten Wert aufzunehmen oder zu ermitteln.
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Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines Dialysekonzentrats, wobei das Verfahren die Mischung eines Konzentratrohstoff mit einem Lösungsmittel umfasst, in dem das Konzentratrohstoff löslich bzw. mit dem der Konzentratrohstoff mischbar ist, und wobei basierend auf einem oder mehreren Eingangsparameterwerten eine Optimierung des Mischvorgangs vorgenommen wird.
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Dabei kann die Optimierung als Steuerung oder als Regelung durchgeführt werden.
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Bei dem Eingangsparameterwert kann es sich um einen gemessenen Wert, ein nutzerseitig eingegebenen Wert oder um einen ermittelten Wert handeln. Bei dem ermittelten Wert kann es sich beispielsweise um einen durch Vorhersage bestimmten Wert bzw. prognostizierten Wert handeln.
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Die Optimierung liefert vorzugsweise einen oder mehrere Ausgangsparameterwerte, die dann im Rahmen der Herstellung des Dialysekonzentrats verwendet werden.
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Die Ausgangsparameter können in eine Ausführungsform einen oder mehrere der folgenden Parameter bilden: Zeitpunkt der Dialysewasserdosierung, Zeitspanne zwischen der Dosierung und dem Mischvorgang, Zeitpunkt der Einleitung des Mischvorgangs, Dauer des Mischvorgangs, Anteile mechanischer, elektrischer und/oder thermischer Energie.
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Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren mittels einer Vorrichtung gemäß der Erfindung durchgeführt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein System umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 sowie ein Blutbehandlungsgerät, wobei die Vorrichtung Bestandteil des Blutbehandlungsgerätes ist oder mit diesem in fluidischer Verbindung steht.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Blutbehandlungsgerät um ein Dialysegerät.
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An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „ein“ und „eine“ nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen können. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elementes in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
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Die Figur zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung von Dialysekonzentrat gemäß der Erfindung.
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Abweichend von der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung ist das bereits oben näher exemplarisch beschriebene Mischsystem 6 mit einem Controller 5 verbunden bzw. der Controller 5 ist Bestandteil des Mischsystems 6. Der Controller 5 ist ausgebildet, eine Erfassung und Analyse von Messwerten vorzunehmen und basierend darauf Einfluss auf den Mischprozess zu nehmen bzw. diesen zu optimieren.
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Der von dem Controller 5 optimierte Mischprozess wird sodann mittels eines oder mehrerer Ausgangsparameterwerte von dem Mischsystem 6 umgesetzt.
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Der Controller 5 steht allgemein für eine beliebige hard- und/oder softwarebasierte Hardware- und/oder Softwareeinheit.
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Der Controller 5 kann ausgebildet sein, Daten des Mischsystems 6 und/oder andere Daten zu empfangen, wie z.B. Umgebungsdaten bzw. Umweltdaten, die in der Figur mit dem Bezugszeichen 7 gekennzeichnet sind. Dabei kann es sich beispielsweise um die Dialysewasser-Temperatur, um die Umgebungstemperatur, um die Temperatur der Lösung und/oder um Daten anderer Systeme etc. handeln.
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Der Controller 6 sammelt und verarbeitet diese Daten. Er bestimmt basierend auf diesen Daten den optimalen Mischvorgang zur Herstellung eines Dialysekonzentrats.
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Der Controller 6 optimiert den Mischprozess mittels einer, mehrerer oder aller Steuerungsmöglichkeiten. Bei diesen Steuerungsmöglichkeiten, d.h. Ausgangsparameterwerten kann es sich beispielsweise um eine oder mehrere der folgenden Punkte handeln:
- · Zeitpunkt der Dialysewasserdosierung (Phasen erhöhter Dialysewassertemperatur, Energiekosten, Kapazität)
- • Pause zwischen der Dosierung und der Einleitung des Mischvorgangs (Nutzung der Umgebungstemperatur)
- • Zeitpunkt des Mischprozesses (Energiekosten)
- • Optimierung der Anteile mechanischer Energie, elektrischer Energie, thermischer Energie und/oder Mischdauer im Mischprozess.
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Der Controller 6 kann ausgebildet sein, um den Mischvorgang hinsichtlich einer oder mehrerer Größen zu optimieren. So sind einer oder mehrere der folgenden Zielwerte als Sollwerte denkbar:
- • Kosten
- • Zeit
- • Kapazität (Verfügbarkeit des Dialysewassers und/oder Bedarfszeitpunkt für das Dialysekonzentrat)
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Der Controller kann ausgebildet sein, die Rahmenbedingungen für den Mischprozess zu prognostizieren und basierend auf der Prognose den Mischprozess zu steuern. Diese Prognose kann beispielsweise auf der Basis folgender Daten erfolgen:
- • Historische Daten, wie beispielsweise wann wieviel Dialysewasser verbraucht wird,
- • Vorhersagedaten, wie z.B. die Wettervorhersage mit Einfluss auf die Zulaufwassertemperatur und/oder mit Einfluss auf die Umgebungstemperatur
- • Tagesprofile der Dialysewassertemperatur und/oder der Umgebungstemperatur, z.B. durch Wasserverbräuche, Heizungssteuerung, individuelle Profile der Behandlungszentren,
- • Wochenprofile der Dialysewassertemperatur und/oder der Umgebungstemperatur (durch mittelfristige Veränderungen der Heizungssteuerung, individuelle Profile der Behandlungszentren)
- • Saisonale Profile
- • Informationen zu verschiedenen Konzentratrohstoffen, wie z.B. die Korngröße, verschiedene Zusammensetzungen der Einzelbestandteile des Konzentratrohstoffes.
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Eingangsparameter bzw. deren Werte für den Optimierungsprozess, wie z.B. weitere Umweltdaten können über ein Interface an den Controller übergeben werden. Dabei ist es möglich, dass der Controller derart ausgebildet ist, dass die Eingangsparameterwerte über ein User-Interface eingegeben oder von einem Sensor ermittelt und/oder bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Daten über eine Schnittstelle aus beliebigen Datenbanken bzw. Datenquellen genutzt werden. Denkbar sind beispielsweise Eingangsparameterwerte aus historischen und/oder aktuellen Werten und/oder aus Vorhersagesystemen für die Zukunft, die durch Vorhersage bestimmte zukünftige Werte bereitstellen.
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Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei den Werten um historische, aktuelle oder geschätzte Werte oder Sensorsignale handeln, wie beispielsweise Temperatur, Druck, Fluss, Verbrauch, Preise und Verfügbarkeit von Energie, Medienbeschaffenheit, Zusammensetzung, Partikelgröße, Eigenschaften des oder der Ausgangsstoffe etc.
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An den Controller können über eine Schnittstelle ein oder mehrere Optimierungsziele übergeben werden, wie z.B. der erforderliche Zeitpunkt der Fertigstellung des Konzentrats, der Energieverbrauch für die Konzentratherstellung, die Zeit bzw. Dauer des Herstellprozesses, die Gesamtkosten für die Herstellung etc.
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Basierend darauf, bestimmt der Controller die Parameter und deren Werte des Herstellvorgangs, mittels derer die Zielvorgabe erreicht werden kann und steuert den Mischprozess entsprechend.
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Auch eine Regelung ist denkbar und zwar dahingehend, dass dem Controller während des Herstellvorgangs ein oder mehrere Werte zurückgemeldet werden und der Controller einen Vergleich zwischen Ist- und Sollwert vornimmt. Wird eine Abweichung festgestellt, kann der Controller so ausgebildet sein, derart Einfluss auf den Herstellvorgang, d.h. auf den Mischprozess zu nehmen, dass die Differenz minimiert wird bzw. den Wert Null einnimmt.
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Der Controller 5 kann beispielsweise mittels rechnergestützer Analyseverfahren und/oder Optimierungsverfahren, wie z.B. Korrelationen, neuronale Netze, machine learning etc. eine Optimierung des Mischprozesses des Misch- bzw. Zubereitungssystems durchführen. Dabei kann es sich beispielsweise um die Verlängerung oder Verkürzung der Mischdauer, um die Anpassung der Temperatur während des Mischprozesses, um die Steuerung und Zuführung von Energie, wie z.B. mechanischer Energie zu dem Mischprozess handeln. So kann der Controller 5 die erforderliche Qualität des Dialysekonzentrats bewerten und sicherstellen.
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Ein exemplarischer Ablauf eines erfindungsgemäßen Herstellprozesses wird im Folgenden erläutert:
- Zunächst erfolgt der Anschluss aller zur Herstellung des Dialysekonzentrats benötigen Rohstoffe, wie z.B. Flüssigkeiten, Lösungsmittel, Rohstoffe, Mischgut etc.
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Der Controller 5 erhält entweder durch Eingabe oder durch Abruf eine oder mehrere Daten bzw. Eingangsparametern, d.h. Istwerte von Parameterwerten. Dabei kann es sich um Daten von Datenbanken, um manuell eingegebene Daten oder um Sensordaten handeln. Beispielhafte Daten sind:
- • Historische Daten, wie z.B. wann wieviel Dialysewasser verbraucht wird und/oder welche Anteile in einem Ringleitungssystem zirkulieren und somit einen anderen Energiegehalt als frisch erzeugtes Dialysewasser haben,
- • Vorhersagedaten, wie z.B. Wettervorhersagen mit Einfluss auf die Temperatur des Zulaufwassers oder mit Einfluss auf die Umgebungstemperatur
- • Tagesprofile der Dialysewassertemperatur und/oder der Umgebungstemperatur, wie, z.B. durch Wasserverbräuche, die Heizungssteuerung, individuelle Profile der Behandlungszentren,
- • Wochenprofile der Dialysewassertemperatur und/oder der Umgebungstemperatur, basierend auf mittelfristigen Veränderungen der Heizungssteuerung, individuelle Profile der Behandlungszentren,
- • Saisonale Profile,
- • Informationen zu unterschiedlichen Konzentratrohstoffen, wie z.B. die Korngröße des Pulvers bzw. Granulats, das gelöst werden soll, und/oder deren Zusammensetzung aus Einzelstoffen.
- • Preise und/oder Verfügbarkeit von Energie
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Der Controller kann mittels rechnergestützter Analyseverfahren, wie z.B. Korrelationen, neuronale Netze, machine learing etc. hinsichtlich einer oder mehrerer vorgegebener Ziele, wie z.B. Kosten, Zeit bzw. Dauer, Kapazität (z.B. Verfügbarkeit von Dialysewasser und/oder des Bedarfszeitpunktes des Dialysekonzentrats) den Optimierungsprozess durchführen.
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Dabei können beispielsweise einer oder mehrere der im Folgenden genannten Parameter zur Optimierung herangezogen werden:
- • Zeitpunkt der Dialysewasserdosierung (Phasen erhöhter Dialysewassertemperatur, Energiekosten, Kapazität)
- • Pause zwischen der Dosierung und der Einleitung des Mischvorgangs (Nutzung der Umgebungstemperatur)
- • Zeitpunkt des Mischprozesses (Energiekosten)
- • Optimierung der Anteile mechanischer Energie, elektrischer Energie, thermischer Energie und/oder Mischdauer im Mischprozess.
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Sodann erfolgt eine Übergabe des oder der für den Mischprozess optimierten Parameter bzw. der Ausgangsparameterwerte an das Mischsystem 6 oder der Controller 5 führt den Mischprozess basierend auf diesen Parametern durch. Vorzugsweise erfolgt der Mischprozess durch Steuerung oder Regelung mittels des Controllers 5. Der Mischprozess erfolgt unter Nutzung der optimierten Parameter, wobei der Mischprozess vorzugsweise wie eingangs zum Stand der Technik beschrieben abläuft.
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Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen darin, dass die Parameter des Herstellungsprozesses für das Dialysekonzentrat nicht mehr auf den worst case ausgelegt werden müssen, wie z.B. geringe Temperaturen, hohe Energiekosten etc. Vielmehr erfolgt erfindungsgemäß eine Anpassung des oder der Parameter des Herstellungsprozesses für das Dialysekonzentrat angepasst auf die historischen, aktuellen oder zukünftigen Gegebenheiten, so dass Ressourcen geschont werden können.
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Ferner kann erfindungsgemäß nicht nur der Mischprozess auf die historischen, aktuellen oder zukünftigen Gegebenheiten angepasst werden. Auch ist es möglich, in Phasen der optimalen Rahmenbedingungen, wie z.B. Temperatur etc., den Mischvorgang mit einem auf diese Situation spezifisch angepassten Prozess zu mischen.
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Durch die Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten, wie z.B. der Heizung, einem Dialysegerät bzw. dem Dialysewasserverbrauch, oder der Umkehrosmoseanlage und eine adaptive Regelung des Dosier- und Mischprozesses durch den Controller 5 ist eine weitere Optimierung des Gesamtprozesses zur Ermöglichung der Dialysebehandlung und eine damit verbundene Ressourcenschonung möglich. Entsprechendes gilt für die Optimierung des Mischprozesses durch rechnergestützte Analyse- und Regelverfahren.
