CN105451892B - 用于无菌工艺的超声雾化器 - Google Patents

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Abstract

提供一种超声雾化器，能够在超声振动产生单元即使被暴露于高温的环境下，通过降低超声振动产生单元外周的温度而保持超声振动产生单元的恒定温度。该超声雾化器包括：用于产生超声波并雾化喷雾材料的超声振动产生单元；喷嘴单元，包括喷流通道和喷嘴末端，喷雾材料沿穿过超声振动产生单元中心的中心轴线移动通过喷流通道，喷嘴末端用于从喷流通道的一端接收喷雾材料并通过喷流通道的另一端喷射喷雾材料；围绕超声振动产生单元并且其中具有的多个热交换室的外壳；和热交换单元，其围绕超声振动产生单元、包括将热交换单元划分为多个热交换室的分离壁，并冷却由超声振动产生单元产生的热，其中多个热交换室包括：被设置在外壳内部超声振动产生单元外周并且包括加热空间的加热室；和围绕加热室并且包括冷却空间的冷却室，冷却空间由冷却室和加热室之间的邻接加热室的热交换单元隔离开。

Description

用于无菌工艺的超声雾化器
技术领域
提供一种用于使用超声振动喷射喷雾材料的装置。
背景技术
用于治疗患者的医疗药品需要在清洁的环境下生产以确保安全。特别地，被微生物等污染的注射剂可对人体具有致命的副作用。因此，用于生产注射剂的所有工艺需要在无菌状态下执行。为了在注射剂生产时保持无菌状态，需要在其他工艺之前对可能接触产品的所有机器执行灭菌的工艺。此外，需要保持无菌状态以进行生产注射剂的工艺。作为一般用于生产医疗药品的工艺的灭菌方法，有高温干热灭菌法和高压蒸汽灭菌法。
缓释微球注射剂一般通过诸如喷雾干燥法、O/W乳化法、W/O/W乳化法或者相分离法等工艺制造为包含活性物质的可生物降解聚合物微球剂量形式。
当缓释微球注射剂通过喷雾干燥法生产时，包含活性物质和可生物降解的聚合物的溶液、乳剂、悬浮液等可通过超声雾化器以微小液滴的形式被喷射到干燥器中。
超声雾化器是将电能转换为振动能，并且以具有输出频率的超声振动提供喷雾材料，从而喷射该喷雾材料的装置。在喷雾材料由超声波喷射的情况下，优点是液滴具有均一的直径，以及卓越且安静的(silent)雾化。超声雾化器可节省能量并防止污染，并且即使在流速低的位置和供应流率低的位置也可以使用。除了制造缓释微球的工艺，超声雾化器可被应用在多种工业领域，诸如制造半导体的工艺和燃料燃烧。
然而，在超声雾化器的超声元件暴露于高温的情况下，高温可能对超声振动产生单元有影响，使得超声振动产生单元可能劣化。因此，保持超声振动产生单元的恒定温度很重要。在相关领域中，因为这些特性，超声雾化器在高压蒸汽灭菌机中灭菌，并随后被安装在灭菌的喷雾干燥器中，然后执行喷雾干燥工艺。然而，因为用于分别灭菌各个装置并随后在喷雾干燥器中安装超声雾化器的工作，灭菌的喷雾干燥器和灭菌的超声雾化器可能再次被污染。为了解决以上问题，当喷雾干燥器在超声雾化器被安装在喷雾干燥器中的状态下通过高温干热灭菌法灭菌时，需要一种能够保护超声元件的方法。
发明内容
本发明已经努力提供一种超声雾化器，即使是在超声振动产生单元被暴露于高温的环境下，其也能够通过降低超声震动产生单元外周的温度而保持超声振动产生单元的恒定温度。
本发明的示例性实施例提供一种超声雾化器，包括：产生超声波并雾化喷雾材料的超声振动产生单元；喷嘴单元，其包括喷流通道和喷嘴末端，在所述喷流通道中所述喷雾材料沿着穿过所述超声振动产生单元中心的中心轴线移动，而且所述喷嘴末端从所述喷流通道的一端被供以所述喷雾材料，并且从所述喷流通道的另一端喷射所述喷雾材料；和围绕所述超声振动产生单元并且其中具有多个热交换室的外壳；和热交换单元，其围绕所述超声振动产生单元、包括将所述热交换单元划分为所述多个热交换室的分离壁，并冷却由所述超声振动产生单元产生的热，其中所述多个热交换室包括：被设置在所述外壳中所述超声振动产生单元外周并且包括加热空间的加热室；围绕所述加热室并且包括冷却空间的冷却室，所述冷却空间用所述冷却室和所述加热室之间的邻接所述加热室的所述热交换单元隔离开。
所述外壳的下中心部的高度可大于下外周部的高度，并且所述超声振动产生单元的下部可被设置在所述下中心部上。
所述热交换单元可包括：在邻接所述加热室的热吸收表面吸收热量并且通过邻接所述冷却室的热辐射表面辐射热量的热电元件；和具有暴露于所述外壳的外侧的一端和电连接到所述热电元件的另一端的热电元件连接单元。
所述超声雾化器可进一步包括：被设置成从所述冷却室向所述外壳上侧的一侧倾斜并且向所述热电元件的所述热辐射表面引导冷却空气流入的冷却空气流入单元；和被设置成从所述冷却室向所述外壳上侧的另一侧倾斜并且从所述热电元件的所述热辐射表面引导所述冷却空气流出的冷却空气排出单元。
所述超声雾化器可进一步包括：电连接至所述超声振动产生单元并产生通过输入电能产生输出频率的超声波振荡器；被设置成在所述喷嘴单元的一端暴露于所述外壳的外侧并在其中容纳所述喷雾材料的喷雾材料入口；电连接至所述超声波振荡器的超声波振荡器连接单元；和电连接至检测所述外壳中的温度的温度传感器的温度传感器连接单元。
所述超声振动产生单元可包括电连接至所述超声波振荡器并将由所述超声波振荡器产生的所述输出频率转换为超声振动能的多个压电元件；和传输超声波的电极。所述喷嘴单元可具有在从上侧至下侧的方向上变窄的形状。
【有益效果】
即使在所述超声振动产生单元被暴露于高温的环境下也能够在所述超声振动产生单元外周保持恒定的温度。
此外，即使所述超声雾化器被长期使用，也能够在不改变特性的情况下稳定地喷射喷雾材料。
附图说明
图1是例示根据本发明的示例性实施例的超声雾化器的透视图的视图。
图2是示意地例示根据本发明的示例性实施例的超声雾化器的局部剖视图。
图3是示意地例示根据本发明的示例性实施例的超声雾化器的冷却室中的冷却空气流的视图。
具体实施方式
这里使用的技术术语仅用于描述具体示例性实施例的目的，而非旨在限制本发明。这里使用的单数表现包含多数表现，除非它们明确具有相反的意思。说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”具体说明特定的特征、区域、整体(integer)、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加其他特定的特征、区域、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
这里使用的包括技术或科学术语在内的所有术语具有与本领域技术人员通常理解的含义相同的含义，除非其被不同地限定。事先限定的术语应被解释为使其具有与相关领域的上下文中的术语匹配的含义，并且不应被解释为具有理想的或过度的形式含义，除非其在本申请中被明确限定。
下面将参照附图更充分地描述本发明，附图中示出本发明的示例性实施例。如本领域的技术人员将意识到的，所描述的实施例可以以多种不同方式修改，均不背离本发明的精髓或范围。
图1是例示根据本发明的示例性实施例的超声雾化器的透视图的视图，并且图2是示意地例示根据本发明的示例性实施例的超声雾化器10的局部剖视图，并且例示超声振动产生单元102、喷嘴单元106、热交换单元和外壳100之间的联接关系。图3是示意性地例示根据本发明的示例性实施例的超声雾化器10的冷却室124中的冷却空气流128的视图。
参见图1至3，根据本发明的示例性实施例的超声雾化器10包括超声振动产生单元102、喷嘴单元106、热交换单元和外壳100。超声雾化器10包括冷却系统，即使在通过使用超声波喷射并干燥溶液、乳剂或悬浮液制造微粒形式的食物和医疗药品的喷雾干燥工艺期间超声雾化器10长时间地暴露于250℃甚至更高的高温，该冷却系统也能够保护设置在超声雾化器10中的超声振动产生单元102免受高温。即使在超声喷雾喷嘴被安装在超声雾化器10中的状态下通过喷雾干燥器执行高温干热灭菌，也能够保护超声振动产生单元102的电子特性。
超声振动产生单元102包括产生超声波并雾化喷雾材料的超声振动器。超声振动产生单元102可具有圆柱形结构。超声振动产生单元102包括多个被电连接至超声波振荡器(未示出)并将由超声波振荡器产生的输出频率转换为超声振动能的压电元件，以及传输超声波的电极。多个压电元件和电极可以以中空形状堆叠和插入。
喷嘴单元106包括喷流通道，在喷流通道中喷雾材料沿着穿过超声振动产生单元102中心的中心轴线移动。喷嘴单元106包括喷嘴末端，其从喷流通道的一端被供以喷雾材料，并从喷流通道的另一端将由超声振动产生单元102雾化的喷雾材料喷射到目标物上。喷嘴单元106可具有在从上侧至下侧的方向上变窄的形状，并且可通过增加由超声振动产生单元102振动的喷雾材料的振幅和输出来喷射喷雾材料。
热交换单元包括分离壁，其围绕超声振动产生单元102并且将热交换单元划分为多个热交换室124和126，使得热交换单元可冷却由超声振动产生单元102产生的热。热交换单元可具有圆柱形结构。热交换单元包括热电元件120，和热电元件连接单元122。当电流从热电元件连接单元122供应至热电元件120时，邻接加热室126的热吸收表面120a吸收热量，而邻接冷却室124的热辐射表面120b辐射吸收的热量。热电元件连接单元122被安装为从外壳100的上侧暴露于外侧，并且电连接至热电元件120。可将珀尔帖元件用作热电元件120。珀尔帖元件利用由珀尔帖效应引起的热吸收或热辐射，在本发明的示例性实施例中，超声振动产生单元102可由珀尔帖元件冷却。
珀尔帖元件利用由诸如铋(Bi)和碲(Te)的化合物(Bi2Te3)的半导体制成的PN结。可根据需要通过串联连接使用多个珀尔帖元件，珀尔帖元件可通过隔热体被隔离，并且散热片可被附接至珀尔帖元件的热辐射侧以辐射热量。当描述珀尔帖元件的冷却操作时，正(+)电流流过为热电半导体的N型元件，并且负(-)电流流过P型元件。因此，电子从P型元件向N型元件移动，并且热量在冷接点(邻接加热室126的热吸收表面120a)处被吸收，从而降低超声振动产生单元102的外周的温度。在冷接点处吸收的热量移动至珀尔帖元件的热接点(邻接冷却室124的热辐射表面120b)，使得热量在热沉和热辐射散热片周围辐射。
当电流被提供至设置于外壳100中并用作如上所述的冷却板的热电元件120时，即使在灭菌工艺期间外壳100的外侧被暴露于高温，外壳100中的超声振动产生单元102也可被保持在室温。
热交换室124和126可包括冷却室124和加热室126，冷却室124和加热室126均可具有圆柱形结构。冷却室124被形成在加热室126的外周，并且基于热电元件120被保持在隔离状态。冷却室124为由邻接加热室126的热吸收表面120a吸收的热量通过热辐射表面120b辐射，并且冷却空气流入并随后流出的空间。因此，冷却室124进一步包括冷却空气流入单元108和冷却空气排出单元110，以使冷却空气能够顺畅地流入和流出。冷却空气流入单元108被设置为从冷却室124向外壳100上侧的一侧倾斜，并且引导冷却空气128的流入，以便冷却空气128被喷射到热电元件120的热辐射表面120b上。冷却空气排出单元110被设置为从冷却室向外壳上侧的另一侧倾斜，并且引导已经冷却热电元件的热辐射表面120b的冷却空气流出。冷却空气128通过冷却空气流入单元108流入冷却室124中，充分地冷却热电元件120的热辐射表面120b，并随后通过冷却空气排出单元110排出至外壳100的外侧。
当超声振动产生单元102产生的热量由热电元件120的热吸收表面120a的热吸收作用冷却时，从热电元件120的热辐射表面120b辐射的高温热量由冷却空气128冷却。因此，热电元件120可不仅仅减少超声振动产生单元102产生的热量，而且也可防止超声振动产生单元102产生的热量被传递至外壳100的外侧。另外，通过热电元件120和外壳100之间的冷却空气128的冷却作用，热电元件120的温度不增长，从而提高热电元件120的冷却效率。
外壳100围绕在喷嘴末端处开口的喷嘴单元106、超声振动产生单元102、和热交换单元，并且其中具有多个热交换室124和126。外壳100可具有圆柱形结构，其具有由法兰覆盖的上部、凹进地形成的下部的中心部和中空空间。多个热交换室124和126包括冷却室124和加热室126。加热室126是在超声振动产生单元102的外周形成在外壳100的中心部的空间。在外壳100的中心部，冷却室124具有比超声振动产生单元102更长的长度。保护壁103被形成在围绕喷嘴单元106的冷却室124的下侧。流入冷却室124中的冷却空气128围绕热电元件120的热辐射表面120b，从而充分地冷却大幅加热的超声振动产生单元102。在外壳100的一侧，冷却室124具有包括邻接加热室126的热电元件120的中空的形状，并且在外壳100的纵向方向上延伸。冷却室124引导冷却空气128的流入和流出，从而恒定地保持降低的温度。
设置超声振动产生单元102的外壳100的下中心部的高度大于外壳100的下外周部的高度，并且超声振动产生单元102的下部被形成为由该下外周部围绕。也就是说，外壳100的下部具有的形状使得超声振动产生单元102被设置的中心部是凹进地形成的。通过将超声振动产生单元102对外侧的暴露最小化，能够减小可从外界环境传递至超声振动产生单元102的热量的影响。外壳100的下部是凹进地形成的，使得超声振动产生单元102被设置在外壳100内侧，从而使超声振动产生单元102的冷却效率最大化。
同时，根据本发明的示例性实施例的超声雾化器10进一步包括超声波振荡器、喷雾材料入口104、超声波振荡器连接单元112和温度传感器连接单元114。超声波振荡器被电连接至超声振动产生单元102，并且通过输入电能产生输出频率。喷雾材料入口104被安装为在喷嘴单元106的一端暴露于外壳100的外侧，并且在其中容纳喷雾材料。超声波振荡器连接单元112为电连接至超声波振荡器的连接单元。温度传感器连接单元114为电连接至检测外壳100中的温度的温度传感器的连接单元。
将参照图1至2描述根据本发明的示例性实施例的超声雾化器10的冷却操作。
当超声振动产生单元102被暴露于200℃或更高的高温时，超声振动产生单元102的电特性丧失，使得超声振动产生单元102不能正常运行。当超声振动产生单元102接触高温的热时，频率由于温度的增高而降低，并且静电电容增加，以致正常的超声波振荡不能发生。因此，在超声振动产生单元102外周的温度需要被恒定地保持。例如，在制造缓释微球注射剂的工艺期间生产无菌注射剂的情况下，超声喷嘴在蒸压器(autoclave)中被灭菌，然后被安装在喷雾干燥器中。然而，由于存在设备因此工作而将被污染的风险，喷雾干燥器需要在安装了超声喷嘴的状态下被灭菌(干热灭菌)。也就是说，需要一种即使在250℃的高温干热灭菌温度或更高的温度下也可保护超声振动产生单元102的方法。
本发明的示例性实施例可提供即使在高温干热灭菌温度或更高的温度下也可保护超声振动产生单元102的超声雾化器10。参见图1至2，冷却空气流入单元108和冷却空气排出单元110被安装在具有冷却室124和加热室126的外壳100中，并且冷却室124引导冷却空气128的冷却流，从而冷却加热的超声振动产生单元102。
首先，超声雾化器10的冷却操作将在假设超声振动产生单元102被加热的前提下描述。在超声振动产生单元102被加热的状态下，冷却空气128通过提供在外壳100中的冷却室124中的冷却空气流入单元108在热电元件120的热辐射表面120b的方向上被引导。排出至热电元件120的热辐射表面120b的冷却空气128被用作冷却超声振动产生单元102的冷却剂。冷却空气128根据形成在冷却室124中的气流执行冷却操作，并且通过冷却空气排出单元110被排出至外壳100的外侧。因此，能够防止在超声振动产生单元102中产生的热量被传递至外壳100的外侧，热电元件120的热辐射表面120b处的温度通过冷却室124中的冷却空气128的冷却作用被降低，从而提高热电元件120的冷却性能。
如上所述，当执行对超声雾化器10灭菌的工艺时，在将10℃或更低温度的冷却空气(即冷却空气128)供应至冷却室124中的情况下，即使外壳100的外侧被暴露于200℃或者更高的高温，也能够通过防止超声振动产生单元102被暴露于高温来保护超声振动产生单元102。根据本发明的示例性实施例的超声雾化器10可通过高温干热灭菌来灭菌，并且用热电元件120和冷却室124的组合配置，尽管长期使用，即使在超声雾化器10被暴露于高温的环境下，通过在超声振动产生单元102的外周保持恒定温度，超声雾化器10仍可稳定地喷射没有特性方面的改变的喷雾材料。
已经参照附图描述本发明的示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解本发明可在不改变技术精髓或其基本特征的情况下以其他特定形式实施。例如，本发明可进一步包括辅助外壳，其围绕整个外壳100以保护外壳100免受外界环境影响，并且可更有效地保持超声振动产生单元102外周的温度。当然，辅助外壳也属于本发明的范围。
因此，应当意识到，以上描述的示例性实施例旨在从各种意义上例示，而非限制性的。本发明的范围通过以下描述的权利要求来体现，而非所例举的陈述，并且其应当被解释为从权利要求的意义和范围得到的所有变化和修改的形式及其等同物均被包括在本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种超声雾化器，包括：
产生超声波并雾化喷雾材料的超声振动产生单元；
喷嘴单元，其包括喷流通道和喷嘴末端，在所述喷流通道中所述喷雾材料沿着穿过所述超声振动产生单元中心的中心轴线移动，而且所述喷嘴末端从所述喷流通道的一端被供以所述喷雾材料，并且从所述喷流通道的另一端喷射所述喷雾材料；
围绕所述超声振动产生单元并且其中具有多个热交换室的外壳；和
热交换单元，其围绕所述超声振动产生单元、包括将所述热交换单元划分为所述多个热交换室的分离壁，并冷却由所述超声振动产生单元产生的热，
其中所述多个热交换室包括：
被设置在所述外壳中所述超声振动产生单元外周并且包括加热空间的加热室；和
围绕所述加热室并且包括冷却空间的冷却室，所述冷却空间用所述冷却室和所述加热室之间的邻接所述加热室的所述热交换单元隔离开，并且
所述热交换单元进一步包括在邻接所述加热室的热吸收表面吸收热量并且通过邻接所述冷却室的热辐射表面辐射热量的热电元件。
2.如权利要求1所述的超声雾化器，其中
所述外壳的下中心部的高度大于其下外周部的高度，并且所述超声振动产生单元的下部被设置在所述下中心部上。
3.如权利要求1所述的超声雾化器，其中
所述热交换单元进一步包括在邻接所述加热室的热吸收表面吸收热量并且通过邻接所述冷却室的热辐射表面辐射热量的热电元件、以及具有暴露于所述外壳的外侧的一端和电连接到所述热电元件的另一端的热电元件连接单元。
4.如权利要求3所述的超声雾化器，进一步包括
被设置成从所述冷却室向所述外壳上侧的一侧倾斜并且向所述热电元件的所述热辐射表面引导冷却空气流入的冷却空气流入单元，和
被设置成从所述冷却室向所述外壳上侧的另一侧倾斜并且从所述热电元件的所述热辐射表面引导所述冷却空气流出的冷却空气排出单元。
5.如权利要求1所述的超声雾化器，进一步包括：
电连接至所述超声振动产生单元并通过输入电能产生输出频率的超声波振荡器；
被设置成在所述喷嘴单元的一端暴露于所述外壳的外侧并在其中容纳所述喷雾材料的喷雾材料入口；
电连接至所述超声波振荡器的超声波振荡器连接单元；和
电连接至检测所述外壳中的温度的温度传感器的温度传感器连接单元。
6.如权利要求5所述的超声雾化器，其中
所述超声振动产生单元包括：
电连接至所述超声波振荡器并将由所述超声波振荡器产生的所述输出频率转换为超声振动能的多个压电元件；和传输超声波的电极。
7.如权利要求1所述的超声雾化器，其中
所述喷嘴单元具有在从其上侧至下侧的方向上变窄的形状。
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