CN101378801B - 毛细管气雾剂发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于产生气雾剂的设备，包括毛细管(20)，所述毛细管(20)包括至少一个弯曲部、与流体源(22)连通的流体入口(20a、20b)和沿所述弯曲部的出口(20c)。所述毛细管加热到足够蒸发所述毛细管中流体的温度，从而使蒸发的流体从出口排出，以形成气雾剂。本发明还公开了一种产生气雾剂的方法。

Description

毛细管气雾剂发生器
发明内容
气雾剂在很多应用方面非常有用。例如，通常期望使用例如吸入患者肺部的粉末、药物等液体和/或固体细微颗粒的气雾剂喷雾来治疗呼吸疾病或通过这种方式给药。气雾剂还用于例如给房间提供期望的气味，散布杀虫剂和喷送漆、燃料和润滑剂等。
本发明提供了一种呈毛细管形式的气雾剂发生器，所述毛细管包括至少一个弯曲部、流体入口和沿所述弯曲部的出口，其中，蒸发的流体膨胀出所述出口，并且与周围空气混合来形成气雾剂。所述流体入口可设置在毛细管端部。所述毛细管可包括多于一个弯曲部，例如在相同的平面中的多个弯曲部，或所述毛细管可为盘绕状。所述气雾剂发生器可包括与所述流体入口流体连通的液体源。所述毛细管可以是5毫米到40毫米长，优选为10毫米到25毫米长，具有0.1毫米到0.5毫米的内径，优选为0.1毫米到0.2毫米的内径。
本发明还提供了一种气雾剂发生器，包括毛细管，所述毛细管包括至少一个弯曲部、流体入口、沿所述弯曲部的出口和加热机构，所述加热机构将所述毛细管加热到足够蒸发所述毛细管中流体的温度。毛细管可由例如不锈钢等电阻加热材料制成，并且所述加热机构可以是具有引线的电源，所述引线连接到所述毛细管以使电流至少沿所述弯曲部经过，从而将所述毛细管加热到足够蒸发所述毛细管中流体的温度。所述气雾剂发生器还包括喷嘴和/或流体源。
本发明还提供了一种用于产生气雾剂的方法，包括以下步骤：将流体供到气雾剂发生器，所述气雾剂发生器包括毛细管，所述毛细管包括至少一个弯曲部、第一和第二流体入口以及沿所述弯曲部的出口；和将所述毛细管加热，从而将所述流体加热到足够蒸发所述流体的温度来形成蒸发的流体，以使所述蒸发的流体膨胀出所述毛细管的出口，所述蒸发的流体与周围大气混合来形成气雾剂。所述出口优选离所述第一和第二流体入口等距。流体可以相同或不同的流速供到所述第一和第二流体入口。相同或不同的流体可以是液体，可供到所述第一和第二流体入口。液体可供到第一流体入口，而气体可供到第二流体入口。供到所述毛细管的流体可包括烟草提取物和载体溶液和/或至少一种药物。
附图说明
图1是一种流体蒸发装置的图示。
图2是图1中所示装置的弯曲毛细管部分的示意图。
图3提供了弯曲毛细管的放大视图，其中图3a提供了前视图，图3b提供了俯视图，图3c提供了毛细管出口的放大视图。
图4a-4c提供了连接到并且延伸穿过具有控制器的电子驱动器印刷电路板的弯曲毛细管的立体图，其中图4a提供了前视图，图4b提供了侧视图，图4c提供了俯视图。
图5和图6显示了弯曲毛细管的其他实施例。图5的弯曲毛细管包括多个弯曲部，图6的弯曲毛细管包括具有多个弯曲部的盘管。
具体实施方式
提供了一种流体蒸发装置，可用于包括气雾剂发生应用在内的应用。所述装置包括弯曲毛细管或通道，所述弯曲毛细管或通道可通过通以电流来加热，并且流体流过所述弯曲毛细管或通道以便至少部分地蒸发，并且如果需要则产生气雾剂。优选地，弯曲毛细通道包括弧形通道部分和位于沿弧形通道位置处的出口。为了加热所述毛细管，由在毛细管一个入口端处的第一电极供给的电流沿毛细管传送到在毛细管另一个入口端处的第二电极。来自相同或不同源的流体可作为加压液体在入口处供给，并且当流体从入口端流经毛细管流向出口时，通过由来自沿毛细管的电流的电阻加热所产生的热的输入的作用而至少部分地转变为蒸气。当用作吸入器的气雾剂发生器时，例如用于气雾化药物或芳香物质的手持式吸入器的气雾剂发生器时，随着蒸气在毛细管出口处从毛细管排出，当蒸气进入周围大气时，产生气雾剂。
在一个优选的实施例中，弯曲毛细管包括至少一个弯曲部(或弧形部)，例如180°弯曲部，以使毛细管的这些入口端离毛细管的出口端等距离。因而，当弯曲毛细管具有流体从毛细管的入口端行进到出口所经过的多于一条路径(例如两条支腿)时，与包括具有流体从入口行进到出口所经过的单条路径的线性毛细管的气雾剂发生器相比较，弯曲毛细管提供了非常紧凑的结构。而且，为了实现目标流速，与包括具有流体从入口行进到出口所经过的单条路径的毛细管的气雾剂发生器相比较，使流体移动经过弯曲毛细管的两条支腿所需的压力更低。相反地，为了气雾剂的目标流速，流体移动经过毛细管每一条支腿的流速较慢。由于流体流经毛细管两条支腿的流速较慢，热更有效地从毛细管传递到流体中，需要较少的能量来使流经毛细管的液体蒸发(挥发)，并且可减小毛细管的所占面积。优选地，到流体到达出口时，传递了足够的热来蒸发所有进入弯曲毛细管的液体。
由于弯曲毛细管具有多于一个入口，可形成包括多于一种流体的气雾剂。更特别地，可能没有混合好的不同液体可被供到毛细管的各个入口端。替代地，包括液体和气体的气雾剂可通过将液体供入例如毛细管的一个入口端并且将气体供入例如毛细管的另一个入口端来形成。而且，包含烟草提取物或烟草芳香成分的载体溶液可用于形成气雾剂，合成的气雾剂具有类似于香烟烟雾的感官特性。
优选地，毛细管和流体的温度在出口处最高，并且优选地，出口位于毛细管中弯曲部的中心(例如，优选离毛细管的每一个入口端等距，并且优选离每一个电极等距)，并且出口优选具有大约等于弯曲毛细管内径的直径。但是，如果不同的流体供入毛细管的每一个入口端，为了优化气雾剂产生情况，则可优选出口离毛细管的每一个入口端不等距或离每一个电极不等距和/或电极不设置在从毛细管入口端到出口的各路径的相同位置中。而且，如果不同的流体供到毛细管的每一个入口端，为了优化气雾剂产生情况，可优选不同的流体以不同的流速供给。
毛细管可全部由导电材料制成，例如不锈钢，以当电压施加到毛细管一定长度时，通过流经毛细管的电流而加热毛细管，并且使经过毛细管的流体蒸发。作为替代方案，毛细管可由非导体或半导体材料制成，例如玻璃或硅，具有用于加热毛细管的铂等电阻加热材料覆盖层或涂层。特别地，毛细管可以是具有由电阻覆盖层形成的加热器部件的熔融石英。
提供了一种对用于蒸发流体的单毛细管装置的改进方案，在该装置中，热损失可能在最靠近毛细管出口的电引线处发生，并且造成沿毛细管朝向尖端温度显著下降。为了补偿这样的热损失，并且将尖端保持在足够高的用于产生高质量气雾剂的温度，毛细管中部可能被过加热。这种过加热使待气雾化的流体受到不必要的高温，所述高温在一些情况下可足够使流体成分热降解。
图1显示了呈用作手持式吸入器的气雾剂发生器10形式的流体蒸发装置的一个实施例。如所显示，气雾剂发生器10包括流体源12、阀14、包括弯曲(U字形)毛细管20的加热器装置、喷嘴18、可选的传感器15和控制器16。控制器16包括适当的电连接和辅助装置，例如电池等，所述辅助装置与控制器配合来操作阀14、传感器15并且供电来加热弯曲毛细管20。在操作中，在由传感器15检测由吸烟者/患者试图吸入来自气雾剂发生器的气雾剂而造成的喷嘴18中的压降之前或之后，阀14可打开以允许期望体积的来自源12的流体进入弯曲毛细管20。当流体供到弯曲毛细管20时，控制器16控制提供的功率量来充分加热毛细管以蒸发弯曲毛细管20中的流体，即控制器16控制经过毛细管来将流体加热到用于蒸发其中流体的适当温度的电量。蒸发的流体从弯曲毛细管20的出口排出，并且蒸发的流体形成可由个人在他/她在喷嘴18上吸取时吸入的气雾剂。
图1中所示的气雾剂发生器可改进为利用不同的流体供给装置。例如，流体源可包括输送阀，所述输送阀将预定体积的流体输送到弯曲毛细管20，并且/或者弯曲毛细管20可包括一个或多个用于容纳在吸气循环过程中要蒸发的预定量流体的预定尺寸的计量室。在弯曲毛细管20包括一个或多个用于容纳流体体积的计量室的情况下，所述装置可包括在所述室下游的一个或多个用于防止流体在其填充过程中流出所述室的阀。如果需要，所述室可包括预加热器，所述预加热器用于加热所述室中的流体，以使蒸气泡膨胀，并且将剩余的液体从所述室驱动到弯曲毛细管20中。这样的预加热器装置的详细内容可在共同拥有的US 6491233中找到，其公开内容在此通过引用并入。替代地，所述室中的流体可预加热到低于蒸气泡形成的设置温度。如果需要，可省略所述阀，并且流体源12可包括例如一个或多个注射泵的输送装置，所述注射泵直接将预定体积的流体供到弯曲毛细管20。在弯曲毛细管由例如不锈钢等导电材料制成的情况下，加热装置可以是形成弯曲毛细管20的毛细管的一部分，用于蒸发弯曲毛细管20中的液体。在气雾剂发生器10通过机械开关、电开关或其他适当技术手动操作的情况下，可省略或绕过传感器15。虽然图1中示出的气雾剂发生器10用于例如带有药物或香料的气雾剂等可吸入气雾剂的气雾化，但是弯曲毛细管也可用于蒸发其他流体，例如气体加味剂、杀虫剂、油漆、润滑剂和燃料等。
弯曲毛细管气雾剂发生器可接收从单个流体源流出的流体。通常为加压液体形式的流体和/或来自相同或分离流体源的预定体积流体通过毛细管的入口进入，并且朝向毛细管出口流经毛细管的支腿。优选地，单独的电极设置在毛细管的每一个入口端。由于流经所述电极之间的毛细管部分的电流的作用，毛细管在所述电极之间的部分被加热，并且进入入口端的液体在所述毛细管中被加热来形成蒸气。当蒸气从毛细管的出口排出，并且与周围的环境空气形成接触时，所述蒸气形成气雾剂。如果液体为悬浮液，则气雾剂可由悬浮液中的固体形成。如果液体为可凝结的液体的溶液，则气雾剂可由凝结蒸气液滴形成。如果出口横截面比毛细管内径小，则气雾剂可由被蒸发的液体驱动通过出口的雾状液体形成。
如图2中所示，液体蒸发装置包括毛细管20，来自流体源22的流体经过毛细管20。流体在第一入口端20a和第二入口端20b处进入毛细管20，并且作为蒸气从毛细管20的出口20c排出。第一电极23a靠近毛细管20的入口端20a连接，并且第二电极23b靠近入口端20b连接。
在毛细管20的入口20a处和入口20b处进入的液体在经过毛细管时被加热。足够的热输入到经过毛细管的流体，以当流体从毛细管的出口20c排出时蒸发至少一些流体。再次，虽然未示出，但是如上所说明的，气雾剂发生器可包括用于弯曲毛细管的每一个入口的多于一个流体源。
图3a-3b示出弯曲毛细管30的放大视图。图3a提供了弯曲毛细管30的俯视图，其中流体在第一入口端30a和第二入口端30b处进入，并且作为蒸气从毛细管30中的半圆弯曲部中的出口30c排出。第一电极33a靠近毛细管30的入口端30a连接，并且第二电极33b靠近入口端30b连接。图3b示出弯曲毛细管的前视图，图3c提供了毛细管出口的放大视图。
图4a-4c示出弯曲毛细管的立体图。具体地，图4a提供了弯曲毛细管的俯视图，其连接到并且延伸穿过具有控制器46的电子驱动器印刷电路板49，图4b提供了弯曲毛细管的侧视图，其连接到电子驱动器印刷电路板和控制器，图4c提供了弯曲毛细管的前视图，其连接到电子驱动器印刷电路板和控制器。弯曲毛细管的支腿优选通过例如焊锡或导电环氧树脂等导电粘合剂连接到电子驱动器印刷电路板，使电子驱动器印刷电路板向弯曲毛细管的支腿供电，以加热弯曲毛细管。
弯曲毛细管的其他实施例参照图5和6示意性示出。图5的弯曲毛细管包括多个弯曲部51a、51b、51c，优选沿最靠中心的弯曲部51b具有单个出口。图6的弯曲毛细管包括具有多个弯曲部61a、61b、61c、61d、61e的盘管，优选在最靠中心的弯曲部61c中具有单个出口。
弯曲毛细管装置设计成用于适应经过毛细管的各种液体流速，具有高能效，并且提供了紧凑的布置。在吸入器应用中，毛细管的加热区可以是5毫米到40毫米长，或更优选为10毫米到25毫米长，并且毛细管的内径可以是0.1毫米到0.5毫米，或更优选为0.1毫米到0.2毫米。在吸入器中采用毛细加热器的情况下，弯曲毛细管装置优选与周围空气及从毛细管排出的蒸气隔绝和/或隔离。例如，隔绝性的材料体可用于将弯曲毛细管支撑在喷嘴中，以使从毛细管排出的蒸气不接触毛细管的外表面。
从毛细管排出的方向公开在图3中，所述排出方向沿远离毛细管部分的端部在毛细管总平面中的方向定向。在替代方案中，排出可代替为沿朝向毛细管部分的端部在毛细管总平面中的方向或沿由毛细管形成的总平面外部的方向，例如正交于由毛细管形成的总平面的方向。
虽然以上描述了各种实施例，但是应可理解，可做出对本领域技术人员显而易见的改变和改进。这样的改变和改进被认为在本文所附权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种呈毛细管(20、30)形式的气雾剂发生器(10)，所述毛细管包括至少一个弯曲部、多个流体入口(20a、20b、30a、30b)、一个沿所述弯曲部的出口(20c、30c)和加热机构，所述加热机构将所述毛细管(20、30)加热到足够蒸发所述毛细管(20、30)中流体的温度，其中蒸发的流体从所述出口(20c、30c)排出以形成气雾剂。
2.根据权利要求1所述的气雾剂发生器(10)，其中，所述流体入口(20a、20b、30a、30b)设置在所述毛细管(20、30)的端部处。
3.根据权利要求1所述的气雾剂发生器(10)，其中，所述毛细管(20、30)包括多于一个弯曲部(51a、51b、51c；61a、61b、61c、61d、61e)。
4.根据权利要求1所述的气雾剂发生器(10)，还包括与所述流体入口(20a、20b、30a、30b)流体连通的液体源(12、22)。
5.根据权利要求1所述的气雾剂发生器(10)，其中，所述毛细管(20、30)为5毫米到40毫米长，并且具有0.1毫米到0.5毫米的内径。
6.根据权利要求1所述的气雾剂发生器(10)，其中，所述毛细管(20、30)为10毫米到25毫米长，并且具有0.1毫米到0.2毫米的内径。
7.根据权利要求1所述的气雾剂发生器(10)，其中，所述毛细管(20、30)由电阻加热材料制成，并且所述加热机构包括电源和连接到所述毛细管(20、30)的引线(23a、23b；33a、33b)，以使电流沿所述弯曲部经过并且将所述毛细管(20、30)加热到足够蒸发毛细管中流体的温度。
8.根据权利要求1所述的气雾剂发生器(10)，还包括喷嘴(18)。
9.一种用于产生气雾剂的方法，包括以下步骤：
将流体供到气雾剂发生器(10)，所述气雾剂发生器(10)包括毛细管(20、30)，所述毛细管包括至少一个弯曲部、第一流体入口(20a、30a)和第二流体入口(20b、30b)以及沿所述弯曲部的出口(20c、30c)；和
将所述毛细管(20、30)加热，以将所述流体加热到足够蒸发所述流体来形成蒸发的流体的温度，从而使所述蒸发的流体从所述毛细管(20、30)的出口(20c、30c)排出，以形成气雾剂。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述出口(20c、30c)离所述第一流体入口(20a、30a)和第二流体入口(20b、30b)等距。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，流体以相同的流速供到所述第一流体入口(20a、30a)和第二流体入口(20b、30b)。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，流体以不同的流速供到每一个流体入口(20a、20b、30a、30b)。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，相同的流体供到所述第一流体入口(20a、30a)和第二流体入口(20b、30b)。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，不同的流体供到所述第一流体入口(20a、30a)和第二流体入口(20b、30b)。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，相同的液体供到所述第一流体入口(20a、30a)和第二流体入口(20b、30b)。
16.根据权利要求9所述的方法，其中，不同的液体供到所述第一流体入口(20a、30a)和第二流体入口(20b、30b)。
17.根据权利要求9所述的方法，其中，液体供到所述第一流体入口(20a、30a)，而气体供到所述第二流体入口(20b、30b)。
18.根据权利要求9所述的方法，其中，所述蒸发的流体从沿所述毛细管(20、30)弧形部分的位置排放。
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