用于填充容器的装置的使用和控制方法以及填充装置与流程

本发明的实施例涉及一种方法，定义了一种涉及包括蠕动泵的填充装置，将预定量的流体精确且准确地输送到容器中的方法。

本发明还涉及一种使用所述方法使用和控制连续输送精确和准确数量的流体以填充容器的填充装置。

根据本发明的所述填充装置特别地但非限制性地应用于药物或健康领域，并且无论如何，在任何情况下，受限定和控制的量的流体产品(有利地连续地)输送到合适的容器中，即使是输送最小值。

背景技术：

根据其处理的流体的类型及其精确的目的地，采用蠕动泵的一些应用必须精确并准确地、有时要非常准确地输送规定数量的流体。

一些应用向患者提供以液体形式连续输送药物。

例如，文献us-a-2015/0037168(us’168)描述了一种用于连续输送恒定流量的液体药物的输送器，所述输送器具有单辊蠕动泵，在其入口端和出口端的相邻节段设置有柔性管。

因此，该方案旨在用恒定流量管理患者中的药物的有限量输送。

然而，在药物、化学、健康或其他产品的生产中，向适当的容器中连续注入预先确定的液体量(即使是少量)需要很高的精度，该解决方案不适合获得连续的精确输送。事实上，us’168中描述的输送器并不是旨在获得填充容器所要求的连续输送的精确可重复性。

考虑到与相邻节段及蠕动泵的驱动和停止瞬变有关的具体问题，us’168并未建议使用任何能够允许获得多个精确输送的输送器的方法。

us’168中描述的输送器提供了当辊作用于相邻节段时，提高辊的转速，因为在一些特定条件下，即远离瞬变，辊的转速的增加允许以恒定流量连续输送一定量的药物。

文献us’168中描述的所述解决方案对小量输送、或者是在辊起步阶段的任何情况下是无效的。

应用us’168中描述的已知解决方案，对通过辊的小旋转或在后者启动期间输送量的趋势没有影响。这意味着所述已知解决方案不适用于利用辊的重复启动和停止而离散输送的量来填充容器，尤其是辊在相邻节段启动。因此，us’168的解决方案不允许连续准确地向容器中注入所需数量的液体，因为，它既受相邻节段内不同的液体位移量影响，又受当辊被驱动时，即在辊的启动和停止瞬变阶段，液体输送不可控的影响。

在用液体产品连续填充容器的部分，通常按要求或条件间隔连续不断地重复输送。

这对于用于药学、化学、健康或其他产品的液体而言是十分急迫的，对于这些产品来说，要求高精度的输送组分，并且其中一些甚至数以千计的剂量以非常高的生产率进行生产。

已知的蠕动泵通常具有插入圆柱形容纳结构的柔性管，其包括围绕同一轴线旋转的按压元件，通常为行星辊。轴线是圆柱形容纳结构的中心，并且围绕自身轴线旋转的按压元件压靠设置在圆柱形容纳结构的内部周边的至少一部分上的柔性管上，且按压元件内存在需要输送的流体。柔性管从圆柱形容纳结构的入口和出口通常符合u形布置。例如，现有技术文献us-a-2005/0047925和us-a-2015/0013825描述了两种蠕动泵，其具有带有多个行星辊的u形柔性管。

在这种已知的蠕动泵中，按压元件在蠕动泵旋转过程中施加在柔性管上的渐进的、连续的按压，将流体从入口端到输送端连续不断的并以限定量输送流体。

众所周知，蠕动泵需要经常维护，因为由于行星辊对柔性管多次压缩，后者一方面容易磨损，另一方面在受压侧容易提前老化，甚至发生变形和/或不可逆损伤。

也存在这样的已知蠕动泵，其柔软管形状类似“γ”(希腊字母γ)，而不是u形。在这种构造中，所述柔性管具有相邻节段，其中的入口和出口的延伸部基本彼此相邻和对立。

us’825中所述的蠕动泵要求在每个时机和每次输送时将辊重新定位在初始位置，以便获得蠕动泵的初始配置，使得后者可以在每次重复从相同的初始配置开始输送所需流体量。

然而，这需要存在三通阀，这不仅使系统更加复杂，而且也是沿着与其连接的管道维护和停滞液体的其他问题的根源。

已知的蠕动泵具有按压元件，按压元件可以由一个辊、两个相对的辊、一个轨道等组成。

已知的蠕动泵，如果用于输送至少在体积上需要控制的流体，其在精确控制方面产生很多困难。

实际上，在相邻节段，按压元件同时地，有时不均匀地在柔性管的两个延伸部上工作，其中按压元件也作用在柔性管的相邻节段中，其入口和出口瞬变是不均匀的，并且不对应于柔性管的其余部分的特征。

当所输送的量要求按压元件全部或部分的沿着相邻节段移动时，这种行为使得难以对输送的流体量进行精确和期望的控制。

实际上，在重复输送的情况下，按压元件无论如何也是随机地会在任意角度临时停止，其中，蠕动泵必须能够一次输送一定量的流体，但不是不均匀的。

因此，有必要完善和提供一种使用和控制填充装置的方法，该方法克服了现有技术中的的至少一个缺点。

本发明的目的是获得一种使用和控制包括蠕动泵的填充装置的方法，在蠕动泵中存在管的入口和出口的延展部的相邻节段，并且其中要求对输送量精确控制，所述输送量被重复并且能够随时间变化或者以精确频率变化。

所述方法允许输送精确和准确的流体量，甚至是最小量的流体，确保随着时间变化以及在按压元件作用在相邻节段上的瞬变期间输送的流体体积的恒定性。

本发明的另一个目的是提供一种填充装置，该填充装置用所述控制方法输送限定的和精确量的流体，也用于连续填充容器。

申请人已经设计，测试和实施了本发明以克服现有技术的缺点并获得这些和其他目的和优点。

技术实现要素：

在独立权利要求书中陈述和描述了本发明，而从属权利要求描述了本发明的其他特征或主要发明构思的变体。

根据上述目的，本发明涉及一种使用和控制装用于填充容器的装置的方法，其中借助于选择性地启动蠕动泵以执行填充容器的循环，将预定量的流体离散地输送到每个容器中。

所述蠕动泵可以包括具有圆柱形腔室的容纳结构，腔室内周向的设置有柔性管，所述柔性管设置有连接到电源的入口延伸部和具有用于输送流体的出口的出口延伸部。

所述柔性管具有圆周段，所述圆周段限定了至少部分入口延伸部的与出口延伸部相邻的相邻节段。

所述蠕动泵可以包括单个旋转辊，其能够沿圆周方向逐步压缩柔性管至所需角度，以便离散地输送预定量的流体。

术语“离散地”是指蠕动泵选择性地启动和停止，以便为每个容器填充所需的量。

所述柔性管具有其入口和出口延伸部的至少部分的相邻节段，且柔性管构造为“γ”形。

所述柔性管功能上与按压元件相关联，所述按压元件能够针对由预期流量确定的所需圆周路径逐步并连续地压缩柔性管，以便将预定量及精确量的流体从柔性管自身的入口端输送到输送端。

根据使用这种蠕动泵的可能实施例，按压元件可以输送所需量的流体，经过柔性管的一部分，或柔性管的一个或多个回路，甚至不完整的回路和/或部分相邻节段。

根据本发明的一个方面，所述使用和控制方法包括：

-限定包括相邻节段的柔性管的扇区，所述扇区与圆周路径相关并取决于他们的周向位置，所述扇区通过角节段依次识别。

-确定所述旋转辊的初始角度位置；

-确定在所述旋转辊的初次接触与出口延伸部的出口之间限定的各个扇区中包含的流体体积；

-对每个需要输送的预定量的流体，记录旋转辊的周向开始和结束位置，其中需要输送到每个容器中的预定量对应于受旋转辊影响的多个扇区和/后者的角部分所包含的体积之和；

-选择性的启动旋转辊以相对于旋转辊的周向开始位置将预定量的流体连续地输送到容器中；

-检测通过旋转辊的作用而逐步输送的瞬时流体量；

-控制输送到每个容器中的流体量，将瞬时量与需要输送的预定量进行比较，以便在达到预定量的输送时停用旋转辊。

由于所述旋转辊的角初始位置以及特定扇区所含流体的体积是已知的，因此可以连续地将精确量的流体输送到合适的容器中。

该方面实现了对蠕动泵实际输送量的有效且连续的控制，这允许管理后者的功能，直到达到要输送到每个容器中的体积。

根据可能的实施例，检测可以通过传感器执行，例如重量传感器、水平传感器、存在传感器或其他适合检测输送的瞬时流体量的传感器。

根据可能的实施例，所述使用和控制方法能够提供以相对于旋转辊的初始位置处理待输送的流体的总体积，并对应于需要输送的流体的特定总体积，沿着在旋转辊的开始位置和停止位置之间限定的圆周命令所述旋转辊。

根据可能的实施例，所述扇区可以是相同的或不同的，并且还可以根据与待输送的流体量和绝对值相关的允许的最小公差来确定大小。

根据可能的实施例，所述使用和控制方法允许输送的流体量，还考虑到与需要完成的流体体积相关的扇区部分。

根据可能的实施例，所述方法可以提供通过由受控制和命令单元控制的运动构件来驱动旋转辊，以便在每种情况下限定旋转辊的特定角位置。

根据可能的实施例，所述旋转辊的角速度可以是恒定的。

根据可能的实施例，所述旋转辊的角速度可以连续变化或者在一次输送和下一次输送之间变化。

根据可能的实施例，体积的确定可以通过应用结合了流体的一种或多种化学-物理特性与蠕动泵的一个或多个结构特征的函数关系来获得，所述化学-物理特性选自包括黏度、对压缩的反应、对表面的粘附性能和柔性管中的滑动特性的集合，结构特征选自包括对柔性管的压缩的反应、其在圆柱形腔室中的设置、其壁的厚度以及流体通过的通道的直径的集合。

根据可能的实施例，本发明涉及一种蠕动泵的填充装置以填充容器，其将预定量的流体离散地输送到每个容器中，该填充装置包括选择性地被启动以执行填充容器的循环的蠕动泵。

所述蠕动泵可以包括具有圆柱形腔室的容纳结构，腔室内周向的设置有柔性管，所述柔性管设置有连接到动力源的入口延伸部和具有用于输送流体的出口的出口延伸部，其中，所述柔性管具有限定了至少部分入口延伸部的与出口延伸部相邻的相邻节段的圆周段，所述蠕动泵包括单个旋转辊，其能够沿圆周路径逐步压缩柔性管至所需角度，以便离散地输送预定量的流体。

根据本发明的一个方面，所述填充装置包括：

-检测元件，其确定所述旋转辊的角位置；

-处理单元，其配置为确定由包括相邻节段的柔性管的角节段，依次限定的扇区中所含的流体体积，角节段位于旋转轴的初次接触以及出口延伸部的出口之间；

-记忆单元，其配置为对每个待输送的预定量的流体，记录旋转辊的周向启动和停止位置，其中，需要输送到每个容器中的预定量对应于受旋转辊影响的若干扇区和/或后者的角部分所包含的体积之和。

-至少一个传感器，其检测输送流体的瞬时量；

-控制和命令单元，其配置为选择性地启动所述旋转辊，以相对于所述旋转辊的圆周起始位置将预定量的流体连续地输送到容器中；所述控制和命令单元配置为控制输送到每一个容器中的流体量，将传感器检测到的瞬时量与待输送的预定量进行比较以便当达到需要输送的预定量时停用所述旋转辊。

根据可能的实施例，所述传感器可以是重量传感器，如称重传感器。

根据可能的实施例，由于旋转辊的起始位置和待输送的流体体积是已知的，所述控制和命令单元可以配置为对应于所要输送的特定总流体量而确定在所述旋转辊的启示和停止位置之间限定的周向路径。

根据可能的实施例，所述旋转辊可以配置为以恒定的角速度进行。

根据可能的实施例，所述旋转辊可以配置为以连续变化的角速度或在一次输送和下一次输送之间变化的角速度运行。

所述控制和命令单元旨在利用每次需输送的限定和准确的体积来关于按压元件的位置协调地命令按压元件。

附图说明

从以下参考附图作为非限制性示例给出的一些实施例的描述中，本发明的这些和其他特征将变得显而易见，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的可能的实施例的蠕动泵；

图2-图3示出了图1中的细节，其中按压元件在柔性管的相邻节段的初始和最终位置操作；

图4示出了图2和图3相邻节段的区域重叠。

为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来标识附图中的相同的共同元件。应当理解，一个实施例的元件和特征可以方便地结合到其他实施例中而无需其他说明。

具体实施方式

本发明的实施例涉及一种控制蠕动泵10的方法，该蠕动泵10配置为以精确、准确和受控的方式输送所需量的流体11。

应当注意，本发明允许控制输送任何性质，甚至包括不同的物质、以及具有多种化学-物理特征的流体11。

应当考虑的是，举例来说，流体11应当是其化学-物理特性关于其自身用途的特定需要为已知的任意流体。

作为非限制性实施例，所述化学-物理特性可以是黏度、对压缩的反应、对表面的粘附性质，或与柔性管中的流体流动相关的其他性质。

特别考虑的是液体或半液体形式的药物或健康产品，其在每种情况下必须以限定及精确的量输送，其公差范围也非常有限。在每种情况下可以限定输送，或重复限定的或可限定的次数。

使用图1描述的可能的实施例涉及一种用于容器的填充装置100，预定量的流体11离散地填充到每个容器中，所述填充装置包括可以选择性地启动以执行容器的填充循环的蠕动泵10。

蠕动泵10包括具有圆柱形腔室13的容纳结构12，圆柱形腔室13内周向设置有柔性管14，柔性管14的一侧连接至动力源15，并且在另一侧连接到输送用户装置16。

根据可能的实施例，相对于柔性管14进入和离开的开口，容纳结构12可以包括合适的连接件17，该连接件17配置为通过可能的管或连接手段18将柔性管14连接至动力源15和/或输送用户装置16。

作为非限制性示例，动力源15可包括输送器、容器或另一种类型的流体源11，流体源11设置有与蠕动泵10流体式连接的开口28。

作为示例，输送用户装置16可以包括流体11的输送器或能够连续地和/或顺序地将一种或多种期望数量的流体11输送到容器或其他中的其他类似元件。

柔性管14的内径可以是任何正常但已知的值，正如组成材料的特性是已知的。柔性管14构造成输送流体11并且具有封闭在环中的圆周段29，从而得到其至少部分入口延伸部21的与出口延伸部20相邻的相邻节段19。

柔性管14在功能上与按压元件22相关联，按压元件22沿着由预期流速确定的圆周路径逐渐地且连续地以所需的角度值压缩柔性管14，以便将限定的和精确的数量的流体11从柔性管14自身的输入端23输送到输送端24。

在所示的示例中，按压元件22是适合于所述目的的辊。

根据可能的实施例，按压元件22因此可以包括单个旋转辊。

根据其他实施例，按压元件22可包括多个旋转辊，或轨道叶或其他。

根据可能的实施例，按压元件22由作用在运动构件25上的马达构件(未示出)驱动，该运动构件25构造成允许按压元件22沿着圆周段29以受控的方式操作。运动构件25受控制和命令单元27控制，以在每种情况下限定特定角度位置并因此限定按压元件22的圆周路径。

按压元件22的旋转运动由与编码器系统或其它类似系统相关联的控制和命令单元27成角度地控制，在按压元件22作用在相邻节段19时该编码器系统或其它类似系统能够在瞬态中精确识别按压元件22的角位置。

根据可能的实施例，在按压元件22由单个辊构成的情况下，它将围绕容纳结构12的圆柱形腔室13的旋转轴线30旋转。

柔性管14由按压元件22逐步且连续地压缩，使得柔性管14逐渐且连续地被挤压，使得流体11向下游前进并且在上游吸入流体11。

按压元件22可以通过柔性管14的一部分或其中的一个或多个不完整的回路，和/或相邻节段19的一部分输送所需的流体量11。

显然，当按压元件22与柔性管14的相邻节段19配合时，流体11的量发生变化并且不再能够以期望的精度正确地控制。

因此，即使当按压元件22与相邻节段19延伸部的部分或全部配合时，会产生对输送的精确控制的问题。

然而，必须记住，由于柔性管14被逐步挤压的通常行为，在按压元件22刚好与相邻节段19直接相关之前，量已经发生了变化。

因此，本发明的构思提供了识别由按压元件22在柔性管14的相邻节段19上产生的扰动的起点和终点。

由于按压元件22在柔性管14行进的区段中输送和/或在相邻的区段19中输送中的扰动是已知的，因此可以将柔性管14分成包括相邻节段19的限定节段si。

扇区si将与流体流11中所需的精度相关联。

根据操作需要，扇区si可以是均匀的或不同的。扇区si的尺寸可以根据相对于待输送的流体11的数量所允许的最小公差来确定。

由于在输送开始时按压元件22的瞬态和周向位置的细分以及在输送结束时的位置是已知的，可以精确地限定输送的流体11的量。

根据可能的实施例，该定义可以是理论上的和/或实际的。

根据可能的实施例，填充设备100的使用和控制方法可以提供：

-限定与圆周路径相关的扇区si，其根据它们的圆周位置是相同的或不同的，所述扇区si由角度节段顺序地识别；

-确定关于特定圆周位置的包含在每个单独扇区si中的流体并且与柔性管14有关的精确体积vi；

-限定和圆周定位位于压紧元件22与柔性管14的相邻节段19的初始接触和对应的端部出口之间限定的扇区si；

-记忆按压元件22的角度起始位置；

-针对待输送的流体11的每个总体积，记录按压元件22的周向开始和停止位置；

-关于各个扇区相对于圆周位置的位置以及相对于按压元件22的圆周路径，处理精确的各个扇区si中的流体11的各个体积vi。

指示符号i指的是包含第i个体积(v1，v2，v3，...)的第i个扇区(s1，s2，s3，...)。

根据可能的实施例，使用和控制方法可以提供连续地检测与由按压元件22逐步影响的扇区si的体积vi的总和相关的流体11的体积，以比较每种情况下转移的流体11的总体积与待输送的流体11的体积，并且当达到要输送的限定的和精确的流体体积时命令压制元件22停止。

根据可能的实施例，使用和控制方法可以提供以处理相对于按压元件22的起始位置的待输送的流体11的总体积，并且根据起始位置沿着精确圆周路径命令按压元件22，该圆周路径根据开始位置并因此根据要输送的流体的精确体积进行限定。

显然，所输送的流体11的量的检测可以使用合适的传感器和适合于该目的的装置在输送端24之前或与输送端24相对应地进行。

根据可能的实施例，使用和控制方法也允许根据包含在扇区si的部分中的流体11的体积从扇区si的部分输送大量的流体11。

根据可能的实施例，按压元件22可以沿着圆周路径的至少一部分输送所需数量的流体11。

根据可能的实施例，该多个扇区si可以关于柔性管14以及由每次按压元件22经过的圆周路径确定。该路径可以包括柔性管14的相邻部分19，在该相邻部分19中，如果不适当地控制，流体11在出口处的流速将发生变化。

例如，如果相邻节段19根据按压元件22相对于圆柱形腔室13中的旋转中心30的角位置来限定，则扇区si可以被限定为由按压元件22经过的角扇区。

通过应用基于流体11的化学-物理特性和蠕动泵10的结构特征的函数关系来确定流体11的体积vi，也就是说，柔性管14的特征及它如何设置在圆柱形腔室13中的特征使得可以精确地确定包含在相邻节段19的各个扇区si中的流体11的量。

该函数关系结合了流体11的一种或多种化学-物理特性与蠕动泵的一个或多个结构特征，该化学-物理特性选自包括粘度、对压缩的反应、对表面的粘附性质和柔性管14内的滑动性质的集合，该结构特征选自包括对柔性管14的压缩的响应、柔性管14在圆柱形腔室13中的设置、柔性管14的壁的厚度以及柔性管14的通道26的直径的集合。

压紧元件22的位置可以，例如通过诸如与其相关联的(例如位于运动构件25的旋转轴线30上)编码器的检测元件31进行检测。编码器可以包括在控制和命令单元27中。

通过利用按压元件22的瞬时位置处理流体11的体积vi，可以通过移动构件25以受控且精确的方式命令按压元件22，以便输送所需数量的流体11。

由于相邻节段19的各个扇区si中的流体11的体积vi是已知的，可以针对按压元件22在相邻节段19中操作的瞬态中确定的出口处的流体11的流速的变化进行补偿。

实际上，根据本发明，可以通过移动构件25命令按压元件22，使得它根据所执行的处理改变其角速度，这确定并量化了流体11的流速的变化。

根据输送要求，压紧元件22的角速度可以是恒定的，或者可以连续地或每种情况下变化。

根据本发明，这些操作由控制和命令单元27执行、控制和管理。

控制和命令单元27可以是微处理器，或能够执行所描述的一个或多个操作的其他电气和/或电子设备，该电气和/或电子设备可以通过专用部件或子单元来执行控制和命令单元27本身被配置的的各个操作。

填充装置100可包括：

-检测元件31，其用于确定旋转辊22的角位置；

-处理单元32，其配置为确定包含在扇区si中的流体11的体积vi，这些扇区si由旋转辊22的初始接触与出口延伸部21的出口之间的柔性管14的角节段(包括相邻节段19)依次限定。

-记忆单元33，其配置为针对待输送的每个预定量的流体11，记录旋转辊22的周向开始和停止位置，其中待输送到每个容器中的预定量对应于包含在受旋转辊22的影响的多个扇区si和/或其角部分中的体积的总和；

-至少一个传感器34，其用于检测输送的流体11的瞬时量；

-控制和命令单元27，其配置成选择性地启动旋转辊22，以相对于旋转辊22的圆周起始位置将预定量的流体11连续地输送到容器中；所述控制和命令单元27被配置成将由传感器34检测到的瞬时量与要输送的预定量进行比较，以便在达到预定量的输送时停用旋转辊22。

控制和命令单元27可以配置成每次确定按压元件22的位置，以处理关于各个扇区si的流体11的体积vi，该各个扇区si由按压元件22相对于圆周路径旋转而影响。根据可能的实施例，控制和命令单元27被配置为连续地比较每次移动的流体11的体积与待输送的流体11的体积，并且在已达到要输送的限定且精确体积的流体11时命令按压元件22停止。

由于按压元件22的起始位置和待输送的流体11的体积是已知的，控制和命令单元27可以配置成确定要输送待输送的限定且精确体积的流体11而按压元件22必须执行的周向路径。

本发明的构想还提供了一种蠕动泵10，其包括控制和命令单元27，以输送精确和准确量的流体。

显然，在不脱离本发明的领域和范围的情况下，可以对使用和控制蠕动泵10的方法以及使用如上所述的所述方法的相应的蠕动泵10进行部件的修改和/或添加。

同样清楚的是，尽管已经参考一些具体示例描述了本发明，但是本领域技术人员当然应该能够实现许多其他等效形式的方法来使用和控制蠕动泵10，并且使用所述方法的相应的蠕动泵10具有如权利要求中所述的特征，因此这些全部属于由此限定的保护区域。