Устройство для генерации аэрозоля содержит капиллярную трубку (20), содержащую по меньшей мере один изгиб, впускные отверстия (20а, 20b) для текучей среды, сообщающиеся с источником (22) текучей среды, и выпускное отверстие (20с) вдоль изгиба. Капиллярная трубка нагревается до температуры, достаточной для испарения текучей среды в капиллярной трубке, так что испаряемая текучая среда выбрасывается из выпускного отверстия для формирования аэрозоля. Предлагается также способ генерации аэрозоля.

[0001] Аэрозольный генератор, содержащий

[0002] Аэрозольный генератор по п.1, в котором впускные отверстия для текучей среды расположены на концах капиллярной трубки.

[0003] Аэрозольный генератор по п.1, в котором капиллярная трубка содержит по меньшей мере два изгиба.

[0004] Аэрозольный генератор по п.1, дополнительно содержащий источник жидкости, сообщающийся проходом для текучей среды с впускными отверстиями для текучей среды.

[0005] Аэрозольный генератор по п.1, в котором капиллярная трубка составляет от 5 до 40 мм в длину и имеет внутренний диаметр от 0,1 до 0,5 мм.

[0006] Аэрозольный генератор по п.1, в котором капиллярная трубка составляет от 10 до 25 мм в длину и имеет внутренний диаметр от 0,1 до 0,2 мм.

[0007] Аэрозольный генератор по п.1, в котором капиллярная трубка изготовлена из электрически резистивного нагревательного материала, а нагревательное средство содержит источник питания и провода, присоединенные к капиллярной трубке так, что ток проходит вдоль изгиба и нагревает капиллярную трубку до температуры, достаточной для испарения текучей среды в капиллярной трубке.

[0008] Аэрозольный генератор по п.1, дополнительно содержащий мундштук.

[0009] Аэрозольный генератор по п.7, дополнительно содержащий источник текучей среды.

Сущность изобретения

Аэрозоли полезны во многих областях применения. Например, лечение респираторных заболеваний или доставку лекарств часто желательно осуществлять посредством впрысков аэрозолей из мелкораспыленных частиц жидкости и/или твердого вещества, например порошка, медикаментов и т.д., которые вдыхаются в легкие пациента. Аэрозоли используют также в таких целях, как обеспечение желаемого аромата в комнатах, распыление инсектицидов и доставка краски, топлива и смазки.

Предлагается аэрозольный генератор в форме капиллярной трубки, при этом капиллярная трубка содержит по меньшей мере один изгиб, впускные отверстия для текучей среды и выпускное отверстие вдоль изгиба, причем испаряемая текучая среда распространяется из выпускного отверстия и смешивается с окружающим воздухом для формирования аэрозоля. Впускные отверстия для текучей среды могут быть расположены на концах капиллярной трубки. Капиллярная трубка может содержать по меньшей мере два изгиба, например множество изгибов в одной и той же плоскости, или трубка может быть спирально свернутой. Аэрозольный генератор может содержать источник жидкости, сообщающийся проходом для текучей среды с впускными отверстиями для текучей среды. Капиллярная трубка может составлять от 5 до 40 мм в длину, предпочтительно от 10 до 25 мм, и иметь внутренний диаметр от 0,1 до 0,5 мм, предпочтительно от 0,1 до 0,2 мм.

Предлагается также аэрозольный генератор, содержащий капиллярную трубку, содержащую по меньшей мере один изгиб, впускные отверстия для текучей среды и выпускное отверстие вдоль изгиба и нагревательный механизм, который нагревает капиллярную трубку до температуры, достаточной для испарения текучей среды в капиллярной трубке. Капиллярная трубка может быть изготовлена из электрически резистивного нагревательного материала, например нержавеющей стали, и нагревательный механизм может быть источником питания с проводами, присоединенными к капиллярной трубке для пропускания электрического тока, по меньшей мере, вдоль изгиба, чтобы нагревать капиллярную трубку до температуры, достаточной для испарения текучей среды в капиллярной трубке. Аэрозольный генератор может дополнительно содержать мундштук и/или источник текучей среды.

Дополнительно предлагается способ для генерации аэрозоля, содержащий этапы, заключающиеся в том, что подают текучую среду в аэрозольный генератор, содержащий капиллярную трубку, содержащую по меньшей мере один изгиб, первое и второе впускные отверстия для текучей среды и выпускное отверстие вдоль изгиба, и нагревают капиллярную трубку, чтобы нагреть текучую среду до температуры, достаточной для испарения текучей среды для формирования испаряемой текучей среды, так что испаряемая текучая среда вытесняется из выпускного отверстия капиллярной трубки, причем испаряемая текучая среда смешивается с окружающим атмосферным воздухом для формирования аэрозоля. Выпускное отверстие предпочтительно находится на равных расстояниях от первого и второго впускных отверстий для текучей среды. Текучая среда может подаваться в первое и второе впускные отверстия для текучей среды с одинаковыми или разными скоростями течения. В первое и второе впускные отверстия для текучей среды могут подаваться одинаковые или разные текучие среды, которые могут быть жидкостями. Жидкость можно подавать в первое впускное отверстие для текучей среды и газ можно подавать во второе впускное отверстие для текучей среды. Текучая среда, подаваемая в капиллярную трубку, может содержать табачные экстракты и раствор-носитель и/или по меньшей мере один медикамент.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для испарения текучей среды; на фиг. 2 показано схематичное изображение участка изогнутой капиллярной трубки устройства на фиг. 1; на фиг. 3 - увеличенное изображение изогнутой капиллярной трубки, при этом на фиг. 3a представлен вид спереди, на фиг. 3b - вид сверху и на фиг. 3c - увеличенное изображение выпускного отверстия капиллярной трубки; на фиг. 4а-с показаны виды в перспективе изогнутой капиллярной трубки, соединенной с печатной платой электронного задающего устройства с контроллером и продолжающейся через данную плату, при этом на фиг. 4а представлен вид спереди, на фиг. 4b - вид сбоку и на фиг. 4с - вид сверху; на фиг. 5-6 даны изображения дополнительных вариантов осуществления изогнутой капиллярной трубки.

Изогнутая капиллярная трубка, показанная на фиг. 5, содержит несколько изгибов, и изогнутая капиллярная трубка, показанная на фиг. 6, содержит змеевик с несколькими изгибами.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Предлагается устройство для испарения текучей среды, пригодное для применений, включающих в себя генерацию аэрозоля. Устройство содержит изогнутую капиллярную трубку или канал, которую(ый) можно нагревать пропусканием через нее(него) электрического тока и через которую(ый) протекает текучая среда для, по меньшей мере, частичного испарения и, при необходимости, генерации аэрозоля. В предпочтительном варианте изогнутый капиллярный канал содержит дуговидный участок канала и выпускное отверстие в месте вдоль дуговидного канала. Для нагревания трубки электрический ток, подводимый первым электродом на одном впускном конце трубки, пропускается по трубке до второго электрода на другом впускном конце трубки. Текучая среда из одного и того же или разных источников может подаваться в виде жидкости под давлением во впускные отверстия и, по меньшей мере, частично превращается в пар благодаря подведению тепла, выделяемого при резистивном нагревании, обусловленном протеканием электрического тока по трубке, когда текучая среда протекает от впускных концов по трубке к выпускному отверстию. При использовании в качестве аэрозольного генератора ингалятора, например ручного ингалятора для аэрозолизации медикаментов или ароматизирующих веществ, поскольку пар выходит из трубки через выпускное отверстие капиллярной трубки, аэрозоль создается, когда пар поступает в окружающую атмосферу.

В предпочтительном варианте осуществления изогнутая капиллярная трубка содержит по меньшей мере один такой изгиб (или дугообразный участок), например 180 °-ный изгиб, что впускные концы трубки находятся на равном расстоянии от выпускного отверстия трубки. Таким образом, поскольку изогнутая капиллярная трубка содержит по меньшей мере два прохода (например, два плеча), по которым текучая среда движется от впускных концов трубки к выпускному отверстию, то изогнутая капиллярная трубка обеспечивает очень компактную структуру, сравнимую с аэрозольным генератором, содержащим линейную капиллярную трубку, содержащую единственный проход, по которому текучая среда движется от впускного отверстия к выпускному отверстию. Кроме того, по сравнению с аэрозольным генератором, содержащим капиллярную трубку, содержащую единственный проход, по которому текучая среда движется от впускного отверстия к выпускному отверстию, требуется меньшее давление, необходимое для перемещения текучей среды по двум ветвям изогнутой капиллярной трубки и для обеспечения, при этом, заданной скорости потока. И, наоборот, при заданной скорости потока аэрозоля оказывается медленнее скорость потока текучей среды, движущейся по каждой ветви трубки. В результате снижения скорости потока текучей среды, движущейся по двум ветвям трубки, тепло эффективнее передается от трубки в текучую среду, требуется меньше энергии для испарения (улетучивания) жидкости, протекающей по трубке, и можно уменьшить площадь основания трубки. В предпочтительном варианте передается достаточно теплоты для испарения всей жидкости, поступающей в изогнутый капилляр, к моменту, когда текучая среда подходит к выпускному отверстию.

Поскольку изогнутая капиллярная трубка содержит по меньшей мере два впускных отверстия, то возможно формирование аэрозоля, содержащего по меньшей мере две текучих среды. В частности, разные жидкости, которые не могут хорошо смешиваться, можно подавать в соответствующие впускные концы трубки. В альтернативном варианте аэрозоль, содержащий жидкость и газ, можно формировать подачей жидкости, например, в один впускной конец трубки и газа, например, в другой впускной конец трубки. Кроме того, для формирования аэрозоля можно использовать раствор-носитель, содержащий табачные экстракты или табачные ароматизирующие компоненты, и, в результате, получать аэрозоль, обладающий органолептическими свойствами, аналогичными табачному дыму.

В предпочтительном варианте температуры трубки и текучей среды являются максимальными у выпускного отверстия и в предпочтительном варианте выпускное отверстие находится в центре изогнутой трубки (например, находится предпочтительно на равном расстоянии от каждого впускного конца трубки и предпочтительно на равном расстоянии от каждого электрода), и выпускное отверстие предпочтительно имеет диаметр, приблизительно равный внутреннему диаметру изогнутой капиллярной трубки. Однако если в каждый выпускной конец трубки подаются разные текучие среды, чтобы оптимизировать генерацию аэрозоля, то, возможно, предпочтительным был бы вариант, в котором выпускное отверстие находится не на равных расстояниях от каждого впускного конца трубки или не на равных расстояниях от каждого электрода и/или электроды не расположены в идентичных позициях при соответствующих проходах от впускных концов трубки к выпускному отверстию. Кроме того, если в каждый впускной конец трубки подаются разные текучие среды, чтобы оптимизировать генерацию аэрозоля, то, возможно, предпочтительным был бы вариант, в котором разные текучие среды подаются с разными скоростями течения.

Капиллярная трубка может быть изготовлена целиком из токопроводящего материала, например нержавеющей стали, чтобы, когда к участку длины трубки прикладывалось напряжение, трубка нагревалась электрическим током, протекающим по трубке, и текучая среда, протекающая по трубке, испарялась. В альтернативном варианте трубка может быть изготовлена из непроводящего или полупроводникового материала, например стекла или кремния, с покрытием или слоем резистивно нагревающегося материала, например платины, для нагревания трубки. В частности, трубка может быть из плавленого кварца с нагревательным элементом, образованным резистивным покрытием.

Предлагается усовершенствование конструкции с единственной капиллярной трубкой, применяемой для испарения текучей среды, в которой тепловые потери могут иметь место в электрическом проводнике в окрестности выпуска из капиллярной трубки и вызывать резкое снижение температуры вдоль капиллярной трубки по пути к наконечнику. Для компенсации подобных тепловых потерь и поддерживания температуры наконечника достаточно высокой температуры для генерации качественного аэрозоля среднюю часть капилляра можно перегревать. Такой перегрев подвергает текучую среду, подлежащую аэрозолизации, воздействию слишком высоких температур, которые могут, в некоторых случаях, оказаться достаточными для приведения к термическому разложению компонентов текучей среды.

На фиг. 1 представлен вариант осуществления устройства для испарения текучей среды в форме аэрозольного генератора 10 для применения в качестве ручного ингалятора. Как показано, аэрозольный генератор 10 содержит источник 12 текучей среды, клапан 14, нагревательное приспособление, содержащее изогнутую (или петлеобразную) капиллярную трубку 20, мундштук 18, дополнительный датчик 15 и контроллер 16. Контроллер 16 содержит подходящие электрические соединения и вспомогательное оборудование, например батарейку, которое взаимодействует с контроллером для управления клапаном 14, датчиком 15 и подачей электричества для нагревания изогнутой капиллярной трубки 20. Во время работы клапан 14 может открываться, чтобы требуемый объем текучей среды из источника 12 мог попасть в изогнутую капиллярную трубку 20 до или после обнаружения датчиком 15 падения давления в мундштуке 18, вызванного попыткой курильщика/пациента вдохнуть аэрозоль из аэрозольного генератора 10. Когда текучая среда подается в изогнутую капиллярную трубку 20, контроллер 16 управляет значением мощности, подаваемой для достаточного нагревания капиллярной трубки, чтобы испарять текучую среду в изогнутой капиллярной трубке 20, т.е. контроллер 16 управляет количеством электричества, пропускаемого по капиллярной трубке для нагревания текучей среды до температуры, подходящей для испарения текучей среды в данной трубке. Испаряемая текучая среда выходит из выпускного отверстия изогнутой капиллярной трубки 20 и формирует аэрозоль, который может всасываться человеком после втягивания через мундштук 18.

Аэрозольный генератор, показанный на фиг. 1, можно модифицировать для использования конструкций для подачи разных текучих сред. Например, источник текучей среды может содержать клапан подачи, который подает заданный объем текучей среды в изогнутую капиллярную трубку 20, и/или изогнутая капиллярная трубка 20 может содержать по меньшей мере одну дозирующую камеру заданного размера для вмещения заданного объема текучей среды, подлежащей испарению, во время ингаляционного цикла. В случае если изогнутая капиллярная трубка 20 содержит по меньшей мере одну дозирующую камеру для вмещения объема текучей среды, устройство может содержать клапан или клапаны дальше по ходу от камер(ы) для предотвращения протекания текучей среды за камеру(ы) во время их наполнения. При желании камера(ы) могут содержать предварительный нагреватель, выполненный с возможностью нагревания текучей среды в камере(ах) настолько, чтобы пузырек пара расширялся и выталкивал остающуюся жидкость из камер в изогнутую капиллярную трубку 20. Подробные сведения о конструкции подобного предварительного нагревателя можно найти в патенте США № 6491233, описание которого включено сюда путем ссылки. В альтернативном варианте текучая среда в камере(ах) может предварительно нагреваться до установленной температуры ниже образования пузырьков пара. При желании, клапан(ы) можно исключить, и источник 12 текучей среды может содержать конструкцию для подачи, например, по меньшей мере в один шприцевой насос, который подает заданный объем текучей среды непосредственно в изогнутую капиллярную трубку 20. В случае, когда изогнутая трубка изготовлена из токопроводящего материала, например нержавеющей стали, нагревательная конструкция может быть участком капиллярной трубки, образующим изогнутую капиллярную трубку 20, выполненным с возможностью испарения жидкости в изогнутой капиллярной трубке 20. Датчик 15 может отсутствовать или шунтироваться в том случае, когда аэрозольный генератор 10 включают вручную механическим переключателем, электрическим переключателем или другим подходящим методом. Хотя аэрозольный генератор 10, показанный на фиг. 1, полезен для аэрозолизации ингалируемых аэрозолей, например лекарств или аэрозолей с ароматизирующими веществами, изогнутую капиллярную трубку можно также использовать для испарения других текучих сред, например душистых веществ, инсектицидов, красок, смазок и топлив.

Аэрозольный генератор на изогнутой капиллярной трубке может принимать поток текучей среды из единственного источника текучей среды. Текучая среда, обычно в форме жидкости под давлением, и/или заданный объем текучей среды из одного и того же или раздельных источников текучей среды поступает через впускные отверстия капиллярной трубки и протекает по плечам трубки к выпускному отверстию трубки. В предпочтительном варианте обеспечен отдельный электрод на каждом впускном конце капиллярной трубки. Участок капиллярной трубки между электродами нагревается в результате протекания электрического тока по участку трубки между электродами, и жидкость, поступающая во впускные концы, нагревается внутри трубки для формирования пара. Когда пар выходит из выпускного отверстия капиллярной трубки и приходит в контакт с окружающим внешним воздухом, пар образует аэрозоль. Если жидкость является суспензией, то аэрозоль может быть сформирован из твердых веществ в суспензии. Если жидкость является раствором конденсируемой жидкости, то аэрозоль может быть сформирован из капелек конденсированного пара. Если выпускное отверстие имеет поперечное сечение меньше, чем внутренний диаметр капиллярной трубки, то аэрозоль может быть сформирован из распыленной жидкости, вытесняемой через выпускное отверстие испаряемой жидкостью.

Как показано на фиг. 2, устройство для испарения текучей среды содержит капиллярную трубку 20, при этом текучая среда из источника 22 текучей среды проходит по капиллярной трубке 20. Текучая среда поступает в капиллярную трубку 20 на первом впускном конце 20а и втором впускном конце 20b и выходит в виде пара из выпускного отверстия 20с капиллярной трубки 20. Первый электрод 23а подсоединен вблизи впускного конца 20а капиллярной трубки 20, и второй электрод 23b подсоединен вблизи впускного конца 20b.

Жидкость, поступающая на впускном конце 20а капиллярной трубки 20 и впускном конце 20b, нагревается по мере того, как проходит по капиллярной трубке. К текучей среде, протекающей по трубке, подводится достаточно тепла, чтобы испарять, по меньшей мере, некоторую часть текучей среды, когда она выходит из выпускного отверстия 20с капиллярной трубки. И, вновь, хотя и не показано, но, как изложено выше, аэрозольный генератор может содержать по меньшей мере один источник текучей среды на каждом впускном конце изогнутой капиллярной трубки.

На фиг. 3a-b представлены увеличенные виды изогнутой капиллярной трубки 30. На фиг. 3a представлен вид сверху изогнутой капиллярной трубки 30, в которой текучая среда поступает на первом впускном конце 30а и втором впускном конце 30b и выходит в виде пара из выпускного отверстия 30с в полукруглом изгибе капиллярной трубки 30. Первый электрод 33а подсоединен вблизи впускного конца 30а капиллярной трубки 30, и второй электрод 33b подсоединен вблизи впускного конца 30b. На фиг. 3b представлен вид спереди изогнутой капиллярной трубки, и на фиг. 3c представлено увеличенное изображение выпускного отверстия капиллярной трубки.

На фиг. 4а-с представлены виды в перспективе изогнутой капиллярной трубки. В частности, на фиг. 4а представлен вид сверху изогнутой капиллярной трубки, которая соединена с печатной платой 49 электронного задающего устройства с контроллером 46 и продолжается через данную плату, на фиг. 4b представлен вид сбоку изогнутой капиллярной трубки, которая соединена с печатной платой электронного задающего устройства и контроллером, и на фиг. 4с представлен вид спереди изогнутой капиллярной трубки, которая соединена с печатной платой электронного задающего устройства и контроллером. Плечи изогнутой капиллярной трубки предпочтительно присоединены к печатной плате электронного задающего устройства токопроводящим связующим материалом, например припоем или токопроводящим эпоксидным компаундом, что позволяет печатной плате электронного задающего устройства подавать электричество в плечи изогнутой капиллярной трубки для нагревания изогнутой капиллярной трубки.

Дополнительные варианты осуществления изогнутой капиллярной трубки схематично представлены со ссылкой на фиг. 5 и 6. Изогнутая капиллярная трубка, показанная на фиг. 5, содержит несколько изгибов 51а, 51b, 51с и предпочтительно содержит единственное выпускное отверстие на центральном изгибе 51b. Изогнутая капиллярная трубка, показанная на фиг. 6, содержит змеевик с несколькими изгибами 61а, 61b, 61c, 61d, 61e и предпочтительно содержит единственное выпускное отверстие на центральном изгибе 61с.

Конструкция изогнутой капиллярной трубки предназначена для работы с множеством разных скоростей течения жидкости по капиллярной трубке, является очень энергоэффективной и обеспечивает компактное построение. При применении в качестве ингалятора зоны нагревания капиллярной трубки могут составлять от 5 до 40 мм в длину или в более предпочтительном варианте от 10 до 25 мм в длину и внутренние диаметры трубки могут быть от 0,1 до 0,5 мм или в более предпочтительном варианте от 0,1 до 0,2 мм. При реализации капиллярного нагревателя в ингаляторе конструкция изогнутой капиллярной трубки предпочтительно изолирована и/или отделена от окружающего воздуха и пара, испускаемого из капиллярной трубки. Например, можно применить корпус из изоляционного материала в качестве опоры для изогнутого капилляра внутри мундштука, чтобы пар, выходящий из капиллярной трубки, не контактировал с внешней поверхностью капиллярной трубки.

Направление выброса из капилляра показано на фиг. 3 ориентированным в направлении, находящимся в общей плоскости капилляра, от конца участков капилляра. В альтернативном варианте, наоборот, выброс может осуществляться в направлении в общей плоскости к концу участков капилляра или в направлении наружу от общей плоскости, образованной капилляром, например в направлении, которое ортогонально общей плоскости, образованной капилляром.

Выше описаны различные варианты осуществления, однако следует понимать, что можно прибегнуть к вариантам и модификациям, как очевидно специалистам в данной области техники. Подобные варианты и модификации следует считать находящимися в пределах сферы действия и объема притязаний формулы изобретения, прилагаемой к настоящему описанию.