CN101610805A - 弯曲毛细管气溶胶发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种包括毛细管(20)的气溶胶发生装置,其中所述毛细管(20)包括至少一个弯曲部、流体入口(20a,b)、位于所述流体入口与所述至少一个弯曲部之间的壁厚减小区域和沿着所述至少一个弯曲部的出口(20c)。所述毛细管被加热到足以使毛细管内的流体挥发的温度,以使得挥发的流体从所述出口排出从而形成气溶胶。
Description
相关申请交叉引用
本申请要求2006年12月29日提交的美国临时专利申请US60/877650的优先权,其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
气溶胶可用在各式各样的应用中。例如,经常希望通过吸入肺中的液体和/或固体的细分颗粒(例如粉末、药剂等)的气溶胶喷雾来治疗呼吸道疾病或给药。气溶胶还被用于比如向房间提供希望的香味、散布杀虫剂和输送油漆和润滑剂。
发明内容
本发明提供了一种毛细管形式的气溶胶发生器。所述毛细管包括至少一个弯曲部、流体入口、位于流体入口与弯曲部之间的壁厚减小区域、和沿着弯曲部的出口。挥发的流体从出口扩散出来并与环境空气混合从而形成气溶胶。优选地,电阻在壁厚减小区域中增大。流体入口可位于毛细管的端部处。毛细管可包括多于一个的弯曲部,例如位于同一平面的多个弯曲部,或者所述毛细管可以是盘绕式的。气溶胶发生器可包括与流体入口处于流体连通的液体源。毛细管的长度可以是5毫米至40毫米,优选10毫米至25毫米;毛细管的内径为0.1毫米至0.5毫米,优选0.1毫米至0.2毫米。毛细管的壁厚可以为约0.1毫米,壁厚减小区域的壁厚可以为约0.01毫米至0.09毫米,优选为约0.04毫米。
本发明还提供一种包括毛细管的气溶胶发生器。该毛细管包括至少一个弯曲部、流体入口、位于流体入口与至少一个弯曲部之间的壁厚减小区域、沿着至少一个弯曲部的出口、和将毛细管加热到足以使毛细管内的流体挥发的加热机构。毛细管可以由电阻加热材料(比如不锈钢)制成,电阻优选地在壁厚减小区域增大,加热机构可以是电源,电源通过引线与毛细管附接以使电流至少沿所述弯曲部流过以将毛细管加热到足以使毛细管内的流体挥发的温度。优选地,壁厚减小区域位于引线与弯曲部之间。气溶胶发生器还可包括接口件(mouthpiece)和/或流体源。
本发明还提供一种用于产生气溶胶的方法。该方法的步骤包括:向包括毛细管的气溶胶发生器提供流体,其中所述毛细管包括至少一个弯曲部、第一和第二流体入口、位于流体入口与弯曲部之间的壁厚减小区域和沿着弯曲部的出口;和加热毛细管以将流体加热到足以使流体挥发的温度,从而形成挥发流体,以使得挥发流体从毛细管的出口扩散出去,所述挥发流体与环境大气混合从而形成气溶胶。壁厚减小区域可以通过例如电解抛光、无心研磨、常规机加工、化学蚀刻或其组合形成。所述出口优选与所述第一和第二流体入口距离相等。流体可以以相同或不同的流速向所述第一和第二流体入口提供。可以向第一和第二流体入口提供相同或不同的流体,其中所述流体可以为液体。可以向第一流体入口提供液体,而向第二流体入口提供气体。提供给毛细管的流体可以包括烟精、药剂、燃料、水、香味素和/或载体。
附图说明
图1示出了流体汽化装置。
图2是图1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图。
图4a-c提供了连接至并且贯穿具有控制器的电子驱动器印刷电路卡的弯曲毛细管的透视图,其中图4a提供了俯视图,图4b提供了前视图,图4c提供了侧视图。
图5和图6显示了弯曲毛细管的其它实施例。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。
图7显示了一个弯曲毛细管的实施例,弯曲毛细管具有位于毛细管的流体入口与弯曲部之间的壁厚减小区域。
具体实施方式
本发明提供了一种可用于包括气溶胶产生应用的应用场合的流体汽化装置。该装置包括弯曲(或“弓形”)毛细管或通道,其可以通过使电流经过其中进行加热,流体流过其中以便至少部分被汽化并在需要时产生气溶胶。优选地,弯曲毛细通道包括弓形通道部分和位于沿着弓形通道的某一位置处的出口。为了加热管,使由位于管的一个入口端的第一电极提供的电流沿着管传送到达位于管的另一入口端的第二电极。可以在入口处作为加压液体供应来自相同源或不同源的流体,在所述流体从入口端经过所述管流向出口端时,通过由沿管流动的电流而实现的电阻加热所产生的热量输入使所述流体至少部分转化成蒸汽。当用作吸入器的气溶胶发生器(比如用于使药剂或调味剂气溶胶化的手持式吸入器)时,在蒸汽从毛细管的出口流出所述管时,随着蒸汽进入周围的大气而产生气溶胶。
在一个优选实施方案中,弯曲毛细管包括至少一个弯曲部(弯曲或弓形部分),比如180°的弯曲部。毛细管的出口位于弯曲部上,使得管的入口端与管的出口距离相等。因此,由于弯曲毛细管具有多于一条的流体从管的入口端流向出口所通过的路径(例如两条腿),与包括具有单条的流体从入口流向出口所通过的路径的线性毛细管的气溶胶发生器相比,这种弯曲毛细管提供了一种非常紧凑的结构。此外,与包括具有单条的流体从入口流向出口所通过的路径的毛细管的气溶胶发生器相比,为了获得目标流速,使流体运动通过弯曲毛细管的两条腿所需的压力较低。反过来说,对于气溶胶的目标流速,流经管的每条腿的流体的流速较低。由于流经管的两条腿的流体的流速较低,热量能更有效地从管传递至流体,从而使流过管的液体汽化所需的能量较少,管的所占面积(footprint)也可减小。
由于弯曲毛细管具有多于一个的入口,可形成包括一种以上流体的气溶胶。更具体地,可以向管的每一个入口端输入可能没有很好混合的不同液体。替代地,可以通过向例如管的一个入口端输入液体而向例如管的另一入口端输入气体而形成包括液体和气体的气溶胶。此外,包括烟精或烟草香味成分的载体溶液可用于形成气溶胶,所形成的气溶胶具有不经燃烧而产生的烟草烟雾的味道属性。
优选地,管和流体的温度在出口处最高,且出口位于管中的弯曲部的中心(例如与管的每一个入口端距离相等以及与每一个电极距离相等)。优选地,出口的直径与弯曲毛细管的内径大致相等。但是,如果向管的每一个入口端输入不同流体,为了使气溶胶的形成最优化,优选地,可以使得出口与管的每一个入口端距离不相等或与每一个电极的距离不相等和/或电极不位于从管的入口端到出口的相应路径上的相同位置处。此外,如果向管的每一个入口端输入不同流体,为了使气溶胶的形成最优化,优选地,可以按不同流速输入不同流体。
毛细管可以完全由导电材料(比如不锈钢)制成,使得当向一段长度的管施加电压时,管被流过管的电流加热,经过管的流体被汽化。替代地,管可以由不导电材料或半导体材料(比如玻璃或硅)制成,该不导电材料或半导体材料(比如玻璃或硅)具有用于对管进行加热的电阻加热材料(比如铂)的涂层或层。特别地,管可以是具有由电阻涂层形成的加热元件的熔融石英。
在一个优选实施例中,弯曲毛细管可描述为具有三个区域:只存在蒸汽的管区域/存至少一些液体的管区域和液体汽化的转变区域(transition region)(位于出口与入口之间)。优选地,管的出口位于存在足以产生希望的气溶胶的蒸汽的管区域。优选地,液体进入管中的管区域具有减小的壁厚,且具有不同壁厚的管区域之间的交界面可位于既存在蒸汽又存在液体的转变区域。然而,根据形成气溶胶的化合物而定,具有不同壁厚的管区域之间的交界面可位于更接近出口处。
可选择壁厚减小区域的长度以实现期望的加热分布。例如,对于具有一个弯曲部且从电引线到电引线的长度为18毫米至20毫米的毛细管来说,毛细管的每一段(从毛细管的出口到每一根电引线)的长度为9毫米至10毫米,在该长度范围内,壁厚减小区域可各自为5毫米至7毫米。
在选定区域的毛细管的壁厚减小增加了从毛细管传递至流体的热量。此外,通过在预定区域减小毛细管壁厚,可以控制该毛细管长度上的温度梯度。因此,热能可传递至气溶胶形成区域以快速形成气溶胶,同时保证毛细管在存在较少流体的管区域中不超过预定温度范围。另外,通过在预定区域减小毛细管壁厚,可以显著降低将毛细管温度从室温升高到工作温度所需的电能量。
通过减小壁厚提高了电阻。结果,将管加热到工作温度所需的能量和时间较少。可以采用任何适合的制造技术来有效地减小毛细管的外径。这些技术包括例如电解抛光、无心研磨、常规机加工、化学蚀刻及其组合。特别地,对于规格为30的不锈钢毛细管(外径约0.3毫米,内径约0.1毫米,壁厚约0.1毫米),可通过电解抛光将选定区域的毛细管外径减小到约0.2毫米的外径,使壁厚保持约0.04毫米。
当将毛细管加热到气溶胶发生器的工作温度并且液体开始流过所述管时,需要给定量的能量以便由所述液体形成气溶胶。在液体存在和流动的毛细管区域中,大量的热能从毛细管内壁传递到所述液体中。但是,在所述弯曲部中从毛细管内壁传递到所述液体的热量受所述液体在形成气溶胶时所吸收的能量的限制,而任何多余的热量保留在毛细管的所述弯曲部中。因此,通过将壁厚减小区域设置在所述弯曲部之前,可以增加那些区域的加热,且所述弯曲部的较厚管壁使所述弯曲部上的电阻与壁厚减小区域相比减小,以在整个毛细管上提供更均匀的温度梯度。
图1显示了一个用作手持式吸入器的呈气溶胶发生器10形式的流体汽化装置的实施例。如图所示,气溶胶发生器10包括流体源12、阀14、包括弯曲毛细管20的加热器装置、接口件18、可选的传感器15和控制器16。控制器16包括合适的电连接和辅助装置,比如与控制器配合的电池,用于操作阀14、传感器15和用于供电从而加热弯曲毛细管20。在操作时,可以开启阀14以在传感器15对由人抽(吸)气溶胶发生器10而导致的接口件18中的压力降进行检测之前或之后,使希望体积的流体从源12进入弯曲毛细管20。在将流体供给弯曲毛细管20时,控制器16控制提供的电力量以将毛细管加热到足以使弯曲毛细管20内的流体挥发,即控制器16控制经过毛细管的电量以将流体加热到使管内流体挥发的合适温度。挥发的流体从弯曲毛细管20的出口流出,该挥发的流体形成气溶胶,该气溶胶可由人对接口件18进行抽吸时吸入。
图1所示的气溶胶发生器可被修改以便使用不同的流体供给装置。例如,流体源可以包括一个向弯曲毛细管20输送预定体积的流体的输送阀和/或弯曲毛细管20可包括一个或多个预定大小的计量室以容纳在吸入周期将要挥发的预定体积的流体。在弯曲毛细管20包括一个或多个计量室以容纳一定体积流体的情况下,所述装置可包括位于所述一个或多个室下游的一或多个阀,用于防止流体在填充所述一个或多个室时溢出所述一个或多个室。如果需要,所述一个或多个室可包括用于加热一个或多个室中流体的预热器,使得汽泡扩张并将剩余液体从所述室推入弯曲毛细管20。这种预热器装置的细节可在申请人共同拥有的美国专利US6,491,233中找到,其公开内容通过引用并入本文。替代地,所述一个或多个室中的流体可被预热到一低于汽泡形成温度的设定温度。如果需要,可省略所述一个或多个阀,而流体源12可包括输送设备,比如将预定体积的流体直接供给弯曲毛细管20的一个或多个注射泵。在弯曲管由导电材料(比如不锈钢)制成的情况下,加热装置可以为形成弯曲毛细管20的毛细管的一部分,用于使弯曲毛细管20中的液体挥发。在通过机械开关、电子开关或其它适用技术手动地操作气溶胶发生器10的情况下,可省略或绕过传感器15。尽管图1所示的气溶胶发生器10用于进行可吸入气溶胶(比如承载药物或味道的气溶胶)的气溶胶化,但弯曲毛细管还可用于汽化其它流体,比如,例如有气味的东西。
弯曲毛细管气溶胶发生器可以从单个流体源接收流体流。流体通常为来自同一流体源或分离流体源的加压液体和/或预定体积流体形式,通过毛细管的入口进入并经过管腿流向管的出口。分离的电极设在毛细管的每一个入口端。由于电流流过位于电极之间的管部分,位于电极之间的毛细管部分被加热,并且进入入口端的液体在管内被加热以形成蒸汽。当蒸汽从毛细管的出口流出并与周围的大气发生接触时,蒸汽形成气溶胶。如果液体为悬浮液,则气溶胶可以由悬浮液中的固体形成。如果液体为可冷凝液体的溶液,则气溶胶可以由凝结蒸汽的液滴形成。如果出口的横截面小于毛细管内径的横截面,则气溶胶可以由被汽化的液体从所述出口驱出的雾化液体形成。
如图2所示,流体汽化装置包括毛细管20,其中来自流体源22的流体穿过毛细管20。流体在第一入口端20a和第二入口端20b进入毛细管20,并以蒸汽形式从毛细管20的出口20c流出。第一电极23a连接在毛细管20的入口端20a附近,第二电极23b连接在入口端20b附近。
在毛细管20的入口20a和入口20b处进入的液体在其穿过毛细管时被加热。足够多的热量被输入给穿过管的流体,以使在流体从毛细管的出口20c流出时至少一些流体被汽化。同样,虽然未示出但如上所指出的,气溶胶发生器可包括多于一个流体源,用于弯曲毛细管的各个入口。
图3a至图3b显示了弯曲毛细管30的放大图。图3a提供了弯曲毛细管30的前视图,其中流体在第一入口端30a和第二入口端30b处进入,并以蒸汽形式从毛细管30的半圆形弯曲部中的出口30c流出。第一电极33a连接在毛细管30的入口端30a附近,第二电极33b连接在入口端30b附近。图3b显示了弯曲毛细管的俯视图,图3c提供了毛细管出口的放大图。
图4a至图4c显示了弯曲毛细管的透视图。具体地,图4a提供了弯曲毛细管的俯视图,其中弯曲毛细管连接到并且贯穿具有控制器46的电子驱动器印刷电路卡49;图4b提供了与电子驱动器印刷电路卡和控制器连接的弯曲毛细管的前视图;图4c提供了与电子驱动器印刷电路卡和控制器连接的弯曲毛细管的端视图。优选地,弯曲毛细管的腿通过导电粘合剂(比如,例如焊料或导电环氧树脂)与电子驱动器印刷电路卡连接,允许电子驱动器印刷电路卡向弯曲毛细管的腿供电以加热弯曲毛细管。
参照图5和图6,它们示意性显示了弯曲毛细管的其它实施例。图5的弯曲毛细管包括多个弯曲部51a、51b、51c,优选地具有沿最中心的弯曲部51b的单个出口。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,优选地具有沿最中心的弯曲部61c的单个出口。
弯曲毛细管装置设计成能适应通过毛细管的不同液体流速,其能量效率非常高并且提供了一种紧凑布置。在吸入器应用中,毛细管的加热区的长度可以是5至40毫米,优选长度为10至25毫米,管的内径可以为0.1至0.5毫米,或更优选为0.1至0.2毫米。在吸入器中装入毛细管加热器时,弯曲毛细管装置优选与大气和从毛细管中发出的蒸汽隔离和/或分离。例如,在支承接口件内,由绝缘材料构成的物体可用于弯曲毛细管,以使得流出毛细管的蒸汽不与毛细管的外表面相接触。
图3公开了毛细管的排出方向,其定向成沿着在毛细管的大致平面内远离毛细管端部的方向。替代地,排出方向也可以沿着在毛细管的大致平面内朝向毛细管端部的方向或者沿着在毛细管所形成的大致平面之外的方向,比如沿着与毛细管所形成的大致平面正交的方向。
如图7所示,流体汽化装置优选包括毛细管,来自流体源的流体在第一入口端70a和第二入口端70b处进入毛细管,并以蒸汽形式从毛细管的弯曲部中的出口70c流出。第一电引线73a连接在毛细管的入口端70a附近,第二电引线73b连接在入口端70b附近。在毛细管的流体区域75,毛细管的壁厚与毛细管的弯曲区域76相比优选在区域75减小。通过这种布置,与存在较少液体的区域76中的电阻加热相比,可增大区域75中的电阻加热。
虽然以上描述了不同实施例,但应当理解,对于所属领域技术人员来说显而易见的是还可采取许多变型和改变。这些变型和改变被认为落入后附的权利要求书的权限和范围之内。
Claims (15)
1.一种呈毛细管形式的气溶胶发生器,所述毛细管包括至少一个弯曲部、流体入口、位于所述流体入口与所述弯曲部之间的壁厚减小区域和沿着所述弯曲部的出口,其中挥发的流体从所述出口排出以形成气溶胶。
2.如权利要求1所述的气溶胶发生器,其中,电阻在壁厚减小区域增大。
3.如权利要求1所述的气溶胶发生器,其中,所述流体入口位于毛细管的端部。
4.如权利要求1所述的气溶胶发生器,其中,所述毛细管包括位于所述包括至少一个弯曲部的毛细管的第一端的第一流体入口和位于所述包括至少一个弯曲部的毛细管的第二端的第二流体入口。
5.如权利要求1所述的气溶胶发生器,其中,所述毛细管包括多于一个的弯曲部,所述毛细管的长度为5至40毫米,毛细管的内径为0.1至0.5毫米。
6.如权利要求1所述的气溶胶发生器,其中,所述气溶胶发生器还包括与所述流体入口流体连通的液体源。
7.如权利要求1所述的气溶胶发生器,其中,所述毛细管的长度为10毫米至25毫米,所述毛细管的内径为0.1毫米至0.2毫米,所述毛细管的壁厚为约0.1毫米。
8.如权利要求1所述的气溶胶发生器,其中,所述壁厚减小区域的壁厚为约0.01毫米至0.09毫米。
9.如权利要求1所述的气溶胶发生器,其中,所述壁厚减小区域的壁厚为约0.04毫米,所述壁厚减小区域的长度为约5.0毫米至约7.0毫米。
10.如权利要求1所述的气溶胶发生器,其中,所述毛细管包括两个壁厚减小区域。
11.一种气溶胶发生器,包括:
毛细管,所述毛细管包括至少一个弯曲部、流体入口、位于所述流体入口与所述弯曲部之间的壁厚减小区域和沿着所述弯曲部的出口;和
加热机构,所述加热机构将毛细管加热到足以使毛细管内的流体挥发的温度。
12.如权利要求11所述的气溶胶发生器,其中,所述毛细管由电阻加热材料制成,电阻在所述壁厚减小区域增大,所述加热机构包括电源和与所述毛细管附接的引线,从而使得电流沿所述弯曲部流过并将毛细管加热到足以使毛细管内的流体挥发的温度。
13.如权利要求12所述的气溶胶发生器,其中,所述壁厚减小区域位于所述引线与所述弯曲部之间。
14.如权利要求11所述的气溶胶发生器,其中,所述气溶胶发生器还包括接口件和/或流体源。
15.一种用于产生气溶胶的方法,包括步骤:
向包括毛细管的气溶胶发生器提供流体,其中所述毛细管包括至少一个弯曲部、第一和第二流体入口、位于所述第一和第二流体入口与所述弯曲部之间的壁厚减小区域和沿着所述弯曲部的出口;和
加热毛细管以将所述流体加热到足以使流体挥发的温度,从而形成挥发的流体,使得挥发的流体从所述毛细管的出口排出从而形成气溶胶。
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