CN112823049A - 液滴带通过滤器 - Google Patents

Abstract

液滴带通过滤器和改善悬浮在气体中的液滴群的液滴尺寸分布的方法。使悬浮在气体中的液滴流过具有曲折路径的带通过滤器，该曲折路径包括位于邻近流动方向改变位置处的至少一冲击器区域。较大的液滴在冲击器区域撞击，而较小的液滴保持悬浮在气体中并在第一输出方向上流动。曲折路径可以有利地包括其他流动限制器。过滤器尤其适用于输送具有减少的大液滴群的灭菌剂气溶胶(例如过氧化物)。

Description

液滴带通过滤器

技术领域

本发明涉及用于从具有液滴粒径分布的气雾中减少不需要的尺寸的液滴数量的方法和装置。主要参考为诸如超声探头的医疗物品进行灭菌的灭菌腔室提供对灭菌剂气溶胶的气雾进行过滤来描述本发明，但应当理解的是，本发明不限于该用途并且可以用于期望控制液滴尺寸的其他情况。

背景技术

在整个说明书中对现有技术的任何讨论绝不应被理解为承认该现有技术为众所周知的或属于本领域公知常识的一部分。

在医疗、食品和包装行业使用灭菌器以杀灭并由此阻止诸如孢子、真菌和细菌的可传播介质的传播。典型的灭菌器在有效杀死几乎所有这些可传播介质的灭菌腔室内创造一系列物理条件。

将需要灭菌的物品与灭菌剂气雾或灭菌剂气溶胶接触是一种已知的灭菌方法。常规的气雾灭菌装置具有带有气雾入口阀和气雾出口阀的灭菌腔室、通过入口阀与腔室以流体形式连通的气雾生成器(通常为超声波雾化器)、以及位于气雾生成器上游并与气雾生成器以流体形式连通的风机。

在使用中，将需要灭菌的物品放置在腔室中，然后将其密封。打开气雾入口阀并且关闭气溶胶出口阀。使用风机，其创造通过或经过气雾生成器进入腔室的气流。灭菌腔室中的被动通气口为了压力平衡的需要而允许气体流入和流出灭菌腔室。启动包含所需灭菌剂的气雾生成器，将大量小的灭菌剂液滴加入气流中。液滴的该等气雾被气流带入灭菌腔室。气雾流中的灭菌剂浓度可以通过改变气流的流速、气雾生成器的生产率或所用液体灭菌剂的浓度来调节。

被动排气口允许某些气流通过，从而使灭菌腔室保持在大约室压。该被动系统可以包括经过催化元件通向外部空气的用于流动的路径，催化元件与灭菌剂(在许多情况下是过氧化物)发生反应并将灭菌剂分解成适于排放的更为安全的化学物质。

一段时间后，停止风机和气雾生成器，并关闭进气阀，从而完成消毒剂输送阶段。然后打开出口阀，并且通常通过将气雾和蒸汽以高速从灭菌腔室抽出的泵主动地去除气雾。去除系统可以包括灭菌腔室和经过催化元件的外部空气之间的用于流动的路径，催化元件与灭菌剂反应并将灭菌剂分解为适于处理的更为安全的化学物质。被动通气口允许将新鲜空气源从外部空气引入灭菌腔室。

通常期望总灭菌周期的时间尽可能短。短的再处理持续时间增加了在给定时间段内灭菌物品能够被使用的次数，从而增加了每天能够治疗的患者数量。如果待灭菌的物品是高成本的医疗设备，那么短的周期时间能够为医疗保健提供者节省大量资金。

重要的是要确保灭菌剂气雾液滴不会在物品表面聚结并形成液滴或冷凝液区域。在待灭菌物品表面上的这种冷凝液区域在许多方面都是成问题的。

为确保整个过程达到最大效率，高度期望灭菌的物品在一系列的多次重新施加气雾中的每次重新施加之间保持干燥状态。积聚在表面上的冷凝液或液滴的层包含阻碍新鲜的灭菌剂气雾与表面接触的可能已经失活的灭菌剂。

在经受灭菌的物品表面形成液体层也能导致多层类B.E.T.的吸收。在灭菌过程结束时，难以从物品上有效地去除聚结和吸收的液滴，实际上使其保持湿润状态。留在灭菌的物品上的残存灭菌剂能够对操作者和患者有害，因此在全自动灭菌设备中是不期望的。

可以通过清洗去除灭菌的物品表面上的残存灭菌剂，但是将该特征添加到自动灭菌设备中是昂贵的，并且要求并非总是能够轻易获得的无菌水和清水的供应。可选地，也不期望工作人员对物品进行手洗，因为这要求使用昂贵的安全装置(例如通风橱)，占用宝贵的时间和空间，并且还增加了有害的灭菌剂与操作员或患者接触的风险。手动过程的添加抵消了自动化的许多优势。

清洗阶段还需要随后的干燥阶段，这大大增加了装置的周转时间。

一般而言，气雾中较大的液滴更可能在物品表面冷凝，并由此降低灭菌过程的整体功效。

因此，期望将待灭菌的物品与大液滴尺寸数量减小的气雾接触。能够使用多种方式从液体产生气雾，例如，通过施加超声波能量或通过控制压力，但是无论采用何种确定的制备方法，每一气雾中都包含广泛的粒径变化。图1中的理想化图对此进行了说明，其中例如，液滴的粒径范围高达约200μm，而平均粒径约为50μm。

在形成的气雾中的液滴尺寸分布的固有特性意味着，为了防止不期望的较大的液滴尺寸接触待灭菌的物品，需要对气雾进行处理以去除较大的液滴，并从而优先允许较小的液滴尺寸接触待灭菌的物品。

本发明的目的是克服或改善现有技术的至少一个缺点，或提供有用的替代方案。

发明概述

根据第一方面，本发明提供了改善悬浮在气体中的液滴群的液滴尺寸分布的方法，所述方法包括使悬浮在气体中的所述液滴群流过曲折路径的步骤，其中所述曲折路径包括位于邻近从第一输入流动方向变为至少一第一输出流动方向的流动方向改变位置处的至少一冲击器区域，并且其中所述液滴的第一部分撞击并留在冲击器区域，以及所述液滴的第二部分保持悬浮在所述气体中并在所述至少一第一输出方向上流动。

曲折的流动路径由导管约束(并限定)，导管可以具有任何横截面，例如正方形、六边形、八边形横截面，尽管最为优选地，导管具有圆形横截面。所述气体中的液滴从导管的一端流向另一端。

曲折流可以为导管中的弯曲这一最简单的形式。

曲折流可以是具有一个第一输入流动方向和两个第一输出方向的分岔流。在每一各自第一输出流动方向上流优选为相同的，即，所述分岔是对称的。所述输出方向优选为相反的。

优选地，第一输出流中的颗粒的液滴尺寸分布与第一输入流中的液滴尺寸分布相比有利于较小的粒径。即，输出流具有增加比例的较小颗粒，例如相对于输入流，所述输出流中减少的MMAD就可以表明这一点。输出流中颗粒的MMAD小于输入流中颗粒的MMAD。

所述第一输入方向和所述第一输出方向优选为正交的。理想地定位所述冲击器区域以便沿着由所述第一输入方向的线性延续所限定的路径来接收液滴。

所述方法还可以包括使所述气雾通过一个或多个弯曲的步骤，从而引起流动方向从第n+1输入流动方向变为第n+1输出流动方向的正交方向。

例如优选地，所述方法还可以包括使所述气雾通过弯曲的步骤，从而引起流动方向从第二输入流动方向变为第二输出流动方向的正交方向。在该情况下，所述第一输出流变为所述第二输入流。

更优选地，所述方法还可以包括使所述气雾通过弯曲的步骤，从而引起从第三输入流动方向变为第三输出流动方向的正交流动方向。在该情况下，所述第二输出流变为所述第三输入流。

可以选择所述流动路径的一个或多个性质，例如路径直径，以提供具有预定的液滴尺寸谱的气雾。

优选地，所述预定的液滴尺寸谱排除或基本排除等于或大于预定直径的液滴，或者所述预定的液滴尺寸谱是所述气雾中的液滴的MMAD(质量中值空气动力学直径)。

本发明所述的方法还可以包括使所述气雾通过直径减小的出口的步骤。

根据本发明的第二方面，提供了用于气雾的液滴带通过滤器，其包括第一入口导管、与所述第一入口导管正交的至少两个第一出口导管、以及位于所述入口导管的端部并定位以接收通过所述入口导管的液滴的线性流的冲击器区域。

优选地，所述液滴带通过滤器还包括n个正交的弯曲，每一弯曲具有第n+1入口导管和第n+1出口导管。

优选地，所述液滴带通过滤器还包括具有第二入口导管和第二出口导管的正交的弯曲。在该情况下，所述第一出口导管与所述第二入口导管以流体形式连通并限定所述第二入口导管。

更优选地，液滴带通过滤器还包括具有第三入口导管和第三出口导管的正交的弯曲。在该情况下，所述第二出口导管与所述第三入口导管以流体形式连通并限定所述第三入口导管。

优选地，每一各自导管的横截面为圆形和/或具有相同的横截面积。

本发明所述的液滴带通过滤器还包括在末端位置的流动限制器。所述流动限制器可以为具有孔的板，或可选地为在流动方向上尺寸收缩的管。

根据本发明的第三方面，提供了灭菌装置，其包括超声雾化器、灭菌腔室、以及根据所述第二方面的液滴带通过滤器，所述液滴带通过滤器位于所述超声雾化器和所述灭菌腔室之间并与它们以流体形式连通，以将在雾化器中产生的液滴运送并过滤至所述腔室中。

除非上下文清楚地另外要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”等应解释为与非排他性或穷举性相反的包含性的；换言之，意为“包括但不限于”。

如本文中所使用，提及“灭菌”和“消毒”是可以互换使用，并且还意图包括其他水平的微生物的减少，包括但不限于灭菌、高水平和低水平的消毒。

如本文中所使用，“气雾”是包含悬浮在气体中的具有尺寸群的相对小尺寸的大量离散液体颗粒的体系。气体可以是空气。在液滴附近，还可能存在来自液滴的汽化的，即气态物质。例如，气雾可以是作为气体悬浮在空气中的液态过氧化氢或过乙酸的水性颗粒。

附图简要说明

图1示出了气雾中液滴尺寸的分布。

图2示出了基于粒径的分离技术。

图3示出了本发明的低通过滤器的效果。

图4示出了本发明的T型交汇或冲击器。

图5示出了由本发明的T型交汇或冲击器导致的液滴尺寸衰减。

图6示出了本发明的弯曲过滤器。

图7示出了在单弯曲附近的液滴穿透。

图8示出了本发明的双弯曲过滤器。

图9示出了在双弯曲过滤器附近的液滴穿透。

图10示出了与单弯曲结合的T型交汇或冲击器的计算机模拟。

图11示出了除了双弯曲过滤器之外，还具有T型交汇或冲击器的本发明的优选实施方案。

图12示出了除了具有双弯曲过滤器和最终限制过滤器之外，还具有T型交汇或冲击器的本发明的优选实施方案。

图13示出了最终限制的特性。

图14示出了通过最终限制的示例的液滴穿透。

图15示出了本发明的各过滤器元件的累积作用。

图16示出了灭菌装置中本发明的曲折过滤器的配置。

图17示出了灭菌装置中本发明的曲折过滤器的另一配置。

描述

本发明提供了用于从气雾中去除在气雾形成时固有地产生的较大尺寸的液滴的方法和装置。如上所述，在本发明的上下文中，即灭菌，期望从气雾中去除较大的液滴，由于这些液滴能够在被消毒的物品的表面促进液体层的形成。这些液体层能够防止其他活性灭菌剂接触表面，并且能够使物品在灭菌程序后保持湿润。不但认为湿润的物品是不期望的，而且如果它们含有活性灭菌剂，则还会对操作员和患者构成重大危险。对于能够严重损害粘膜的过氧化物而言尤其如此。能够通过清洗和/或进一步干燥去除物品上的残存灭菌剂，然而这并非是所期望的，因为随着灭菌周期的延长成本也随之增加。

有几种方法可供从气雾化溶液中去除液滴尺寸的特定群。这些方法包括例如洗涤、旋风分离、物理过滤和电荷分离。这些方式通常产生对液滴流的高阻力，并且实施起来昂贵。

诸如筛选的物理方法可能对去除较大的颗粒有效，但是它们倾向于以也显着减少较小颗粒的数量的方式进行去除。从浪费灭菌剂以及对回收的未使用灭菌剂的增加的再循环或分解的需要的角度来看，这是不期望的。

物理过滤装置还具有高的流动阻力，这是尤为不期望的。如此会对能源不利，而基于气雾技术的医疗灭菌器通常使用尺寸适中且功率输出适中的超声雾化器。相似地，用于推动气雾的风机也是相对适中的，因此使用高阻力过滤器是不切实际的。

诸如旋风分离和电荷分离方法的其他方法是非常复杂且昂贵的。

如上所讨论，在当前情况下，非常期望产生在尺寸分布谱的小端具有的颗粒的气雾的方法。

本发明凭借的是气雾生成器(典型地是超声雾化器)与目标(包含待灭菌的物品的灭菌腔室)之间的流动路径的方向变化或横截面的变化。令人惊讶的是，通过选择由导管限定的曲折路径的特定配置，能够设置预定的有效颗粒截断尺寸。

本案采用的一般原理是，进入低通过滤器的空气流包含具有颗粒分布的气雾。当气雾在路径中的转弯处流动时，那些质量大(并由此动量较高)的颗粒将无法转弯，并将撞击围绕路径的导管壁并从气流中去除。气雾中剩余的液滴能够在转弯处流动而不撞击导管壁并离开导管。大致的工作原理如图2所示，其示出了单一弯曲的情况。较大的液滴无法在必要的半径内转弯并与相对的壁碰撞。

这种方向变化导致相对于入口流，输出流的尺寸分布发生变化，并且如图3所示，较大颗粒通过的可能性降低。高达一定尺寸后，可以确定颗粒将能够转弯并通过过滤器。对于一定尺寸以上的颗粒，颗粒无法转弯并撞击冲击器的可能性降低。

有趣的是，可以看出该效应在S形曲线中具有相对陡峭的拐点，这意味着能够调整参数使得不但限制较大颗粒的通过，而且还允许较小颗粒的通过。

控制颗粒截断尺寸的因素是流速和限制或曲折路径的特性。随着气体中颗粒流速的增加和/或限制的增加(即，随着转弯数量的增加和/或流动路径横截面面积的减小)，允许通过的最大粒径将减小。相似地，随着气体中颗粒流速的减少或限制的减少(即，随着转弯数量的减少和/或流动路径横截面面积的增加)，允许通过的粒径增加。

通常，在灭菌装置中，基于设备的运行参数和可产生的气雾的总量，进入腔室的流速是固定的。尽管流动是控制截断尺寸的一种方法，但在医疗灭菌设备中，通常无法显着改变流动，因为要求在一定时间内输送所需量的灭菌剂，因此，以某些方式对流动进行限制是唯一可行的控制方法。

图6示出了本发明最简单的实施方案。能够通过使气雾1沿第一流动方向8流过曲折路径6来改变气雾的液滴尺寸分布，其中该曲折路径包括位于弯曲7附近的导管10的壁上的冲击器区域，其中流动方向从第一输入流动方向8变为第一出口流动方向9处。与较大尺寸的液滴相对应的一部分液滴撞击冲击器区域，并由此从气雾中去除。与较小尺寸的液滴相对应的第二部分液滴以及较大液滴的减少的部分，保持悬浮在气体中并继续在第一出口方向9上流动。

图4示出了本发明简单的优选实施方案。能够通过使气雾1沿第一流动方向2流过曲折路径3来改变气雾的液滴尺寸分布，其中曲折路径包括位于流动方向从第一输入流动方向2变为第一出口流动方向5处的冲击器区域4。与较大尺寸的液滴相对应的一部分液滴撞击冲击器区域，并由此从气雾中去除。与较小尺寸的液滴相对应的第二部分液滴以及较大液滴的减少的部分，保持悬浮在气体中并继续在第一出口方向5上流动。

可以存在多个第一出口方向。在所示的实施例中，曲折路径为分岔的“T”形，其中悬浮的液滴在第二方向5上具有两个可选的但等概的流动路径。

该图示出了在一个平面内曲折路径的横截面，尽管可能存在不在平面内的一个或多个弯曲，只要所设置的任何第二流动路径与第一流动路径正交，则便是可接受的。

尽管第二路径与第一路径成90°角，但严格正交的路径并非绝对必要的。如果需要，路径能够成更大或更小的角度。

T型交汇或冲击器处变量之间的关系由以下关系控制：

元件1：冲击器

参数：

已知系数：	值
		a<sub>t</sub>/W＝输入直径/喷嘴直径	2.2cm
P<sub>p</sub>＝颗粒密度	1.45g/cm<sup>3</sup>
		C<sub>c</sub>＝滑移修正系数	1.012
μ＝流体的绝对粘度	1.83×10<sup>-4</sup>dyn.s/cm<sup>2</sup>

斯托克斯数决定颗粒是否撞击冲击器区域。如果斯托克斯数为1或更大，则颗粒将撞击并且不会通过过滤器。斯托克斯数小于0.1的颗粒被视为具有零撞击。

由此，斯托克斯数与颗粒直径之间的关系如下：

Stk＝P_pC_cD_p ²U/9μW

简化可得：

Stk＝17953×D_p ²

然后，根据气雾中各种粒径的样品的表现，能够将结果制成如下的表格：

通过冲击器的液滴尺寸去除：

结果如图5所示。这表明，使用所述的设计原理配置的上述T型交汇或冲击器会衰减约80μm及以上的所有气雾颗粒。10μm及以下的颗粒进行第一次转弯时撞击的概率很低，并且几乎可以确保留在气雾中。

该过程是有利的，因为它不仅从气雾中除去了大的不需要的颗粒，而且还允许较小的颗粒不受阻碍地通过。与限制性方法相比，这是重大优势，所述限制性方法不但去除大颗粒，而且通常会对小颗粒的数量产生不利影响。通过允许小颗粒不受阻碍地通过，以非常有效的方式使用本方法产生气雾，同时将由有用尺寸的颗粒引起的灭菌剂的浪费最小化。由去除较大的不想要的颗粒而引起的灭菌剂损失是不可避免的，但是本发明的优点在于，期望尺寸的较小颗粒被优先保留在气雾中，从而使缘于去除期望尺寸的颗粒的灭菌剂损失最小化。

此外，使用以上关系允许通过控制各种构造元件来选择并输送预定的粒径。例如控制输入直径能够用于控制截断尺寸。例如，增加喷嘴直径降低给定粒径的斯托克斯数并使颗粒更易通过。如果需要特定的截断尺寸，则能够通过考虑其他参数并适当调整导管的尺寸进行选择，以确保斯托克斯数如所需的等于或小于1。

已经发现的是，包括附加元件以进一步增强旁路过滤器的选择性是进一步有利的。

具体地，本发明包括一个或多个串联的弯曲。弯曲可以单独使用，或可以接收离开上述的T型交汇或冲击器的气雾。至于弯曲情况下的基本前提与T型交汇或冲击器并无不同。气雾流过弯曲处，并且较大尺寸的颗粒具有更大的动量，因此无法不撞击弯曲的壁而进行转弯。弯曲通常由横截面统一的导管形成。单一弯曲过滤器如图6所示。气雾1以初始流动方向8流入导管6。气雾流经弯曲7进入正交布置的导管10，并在与原始方向8正交的出口方向9上离开。具有足够小的尺寸以在7处转弯的颗粒将通过，其他颗粒将在弯曲7处或弯曲7之后在出口侧10撞击导管壁。

元件2：弯曲

参数：

已知系数：	值
		a<sub>t</sub>/W＝输入直径/喷嘴直径	2.2cm
P<sub>p</sub>＝颗粒密度	1.45g/cm<sup>3</sup>
		C<sub>c</sub>＝滑移修正系数	1.012
μ＝流体的绝对粘度	1.83×10<sup>-4</sup>dyn.s/cm<sup>2</sup>

具有以下变量：	值
		D<sub>p</sub>＝颗粒直径	1×10<sup>-4</sup>cm-400×10<sup>-4</sup>cm

弯曲中的损耗由以下参数决定：

其中

η＝部分穿透

Q＝体积流量

A＝沉积面积

F＝面积系数

其中：

以及：

以及：

A＝F(π²R_B a_t)

合并可得：

1nη＝-0.72P_pD_p ²Q/18a_t ³μ

lnη＝-52929D_p ²/a_t ³

这给出了粒径与部分穿透之间的关系(即该尺寸的颗粒通过弯曲的可能性)。然后，根据气雾中各种粒径的样品的表现，可以将结果制成如下的表格：

通过单一弯曲的液滴尺寸去除：

结果如图7所示，其表明直径为100μm的颗粒将沉积在单一弯曲的壁上，而所有直径为1μm至100μm的颗粒都将衰减。小于10微米的较小颗粒的衰减小于4％，小于或等于5微米的颗粒的衰减小于1％。

还可以再使用另一弯曲，该弯曲可以与第一弯曲相同或不同。如图8所示。气雾1以初始流动方向8流入导管6。气雾流经弯曲7进入正交布置的导管10，并在与原始方向8正交的出口方向9上离开。具有足够小的尺寸以在7处转弯的颗粒将通过，其他颗粒将在弯曲7处或弯曲7之后在出口侧10撞击导管壁。在弯曲11处重复该过程，其中出自第一弯曲7的已过滤的气雾成为用于弯曲10的气雾，其进入在13处排出双重过滤的气雾的进一步导管12。

在第二弯曲与第一弯曲相同的情况下，适用相同的方程式。因此，双弯曲的效果是相乘的。由此，能够在图9中示出用于第二相同弯曲的液滴带通。在这种情况下，能够看出过渡区域的斜率实际上变得更为接近垂直，从而导致更为急剧的截断和较大粒径的更为彻底的衰减。5μm或更小的粒径进行两次转弯的概率为98％(0.99×0.99)，而对于例如100μm的颗粒，每10,000个颗粒中只有4个会通过两次转弯并输送至灭菌腔室。

通过双弯曲的液滴尺寸去除：

颗粒直径(D<sub>p</sub>)μm	颗粒直径(D<sub>p</sub>)cm	η	％通过	％撞击
					1	1×10<sup>-4</sup>	0.996	99％	1％
5	10×10<sup>-4</sup>	0.99	98％	2％
					10	30×10<sup>-4</sup>	0.961	92％	8％
20	20×10<sup>-4</sup>	0.853	73％	27％
					35	35×10<sup>-4</sup>	0.614	38％	62％
50	50×10<sup>-4</sup>	0.37	14％	86％
					65	65×10<sup>-4</sup>	0.186	3％	97％
80	80×10<sup>-4</sup>	0.08	0％	100％
					100	100×10<sup>-4</sup>	0.019	0％	100％

尽管装置的尺寸和气雾路径的总长度是在现实中需要适应的竞争性优先事项，但对于任何数量的弯曲，结果都是能够重复的。

由此能够看出，使用具有多个弯曲的曲折路径能够充分用作截断过滤器以有效地去除所有约80μm或更大的颗粒(仅0.64％通过)，并确实使气雾衰减，以致50微米或更大的颗粒的数量不超过气雾的百分之几。

该关系适用于气体(气溶胶)中任何稳定的液滴气雾。灭菌气雾包括诸如水性过氧化氢或水性过乙酸的过氧化物化合物的气雾。

元件3：限制

本发明还包括在其末端(即在距离液滴源最远的路径的一个或多个端点)具有限制的曲折路径。

限制的特性如图13所示，其示出了限制器区域中导管的横截面。起始直径为A₁、最终直径为A₀、以及半角为θ。由起始直径、最终直径和半角来确定限制部分的长度。在θ等于零的情况下，管不具有限制。在θ等于90度的情况下，限制为带孔的板。

限制可以为板的形式，或更优选地，为在流动方向上横截面逐渐收缩(锥形)的形式。

参数：

已知系数：	值
		A<sub>0</sub>/A<sub>1</sub>＝收缩的直径的差异	θ＝半角
θ＝半角	45°

限制的损失由以下公式给出：

η＝1-1/1+(Stk(1-(A₀/A₁))/3.14exp(-0.0185θ))^-1.24

斯托克斯数与颗粒直径之间的关系如前所述：

Stk＝P_p C_cD_p ²U/9μW

简化可得：

Stk＝17953×D_p ²

这给出了粒径与部分穿透之间的关系(即该尺寸的颗粒通过限制的可能性)。

然后，根据气雾中各种粒径的样品的表现，能够将结果制成如下的表格：

通过限制的液滴尺寸去除：

颗粒直径(D<sub>p</sub>)μm	颗粒直径(D<sub>p</sub>)cm	η	％通过	％撞击
					10	10×10<sup>-4</sup>	0.996	99％	1％
30	30×10<sup>-4</sup>	0.938	94％	6％
					50	50×10<sup>-4</sup>	0.806	80％	20％
52.8	52×10<sup>-4</sup>	0.785	78％	22％
					74.6	75×10<sup>-4</sup>	0.607	61％	39％
80	80×10<sup>-4</sup>	0.588	59％	41％
					100	100×10<sup>-4</sup>	0.439	44％	56％
200	200×10<sup>-4</sup>	0.315	31％	69％

结果如图14所示，其示出了在圆形横截面管的直径上对各种直径的液滴的尺寸限制的作用。

从以上能够看出，当多个元件，即冲击器、第一弯曲、第二弯曲、以及限制器加在一起时，各个元件以乘积的方式协同作用以提供具有明显限定的截断区域的过滤器。每一过滤器元件的作用在下一个过滤器上以乘积的方式叠加。这在图15中示出。协同工作的元件数量导致接近带通过滤器的过滤器谱。基于合适的起始气雾，能够通过选择符合上述原理的管的配置调整本发明的过滤器，以创造任何合适截断的带通过滤器，例如10μm的过滤器。

仅以示例的方式，根据上表能够得出流动路径中具有冲击器、双弯曲、以及限制器的系统将允许接近80％的10μm液滴通过，而仅允许约6％的50μm的液滴离开路径。不会有100μm范围内的液滴接触待灭菌的物品。

相对于使用液滴尺寸范围广的气雾，尤为期望获得过滤大于10微米的颗粒的带通过滤器的过滤，以实现液滴的最大且有效的微观功效，并减少达到所需消毒水平的时间。在实现非常有效的消毒的同时，使用此类液滴还形成了对于使用者的操纵以及后续与患者的接触来说安全的系统。

重要的是，在当前情况下，运行本发明的过滤器减少较大尺寸颗粒的数量的同时，而不会大大减少较小颗粒的数量。因此，本发明的带通过滤器不仅高效，而且在允许大量期望的小颗粒通过方面也是有效的。

从效率的角度来看，避免较大的液滴也很重要，尤其是在灭菌应用中。较大的液滴不仅会导致以上讨论的润湿问题，而且与较小的液滴相比其含有明显更多的灭菌剂。例如，100μm的颗粒比40μm的颗粒携带的液体多15倍，或者比10μm的颗粒携带的液体多1000倍。去除大颗粒并回收过氧化物随着时间的推移能够产生显着的功效。此外，大多数灭菌器会产生需要在能够排入环境之前进行处理的残存灭菌剂，例如，过氧化氢通常需要催化分解。通过在有可能进行回收的时候从系统中去除大的不可用的液滴，大大减少了废弃灭菌剂处理系统不必要的负荷。

对具有T型交叉冲击器和单一弯曲的本发明的系统进行了详细的计算机模拟，结果如图10所示。

模拟显示，当包含5000个直径为40μm的颗粒的气雾通过本发明的带通过滤器(T型冲击器以及单一弯曲的形式)时，约1200个颗粒离开系统。包含5000个10μm尺寸的颗粒的气雾允许大约4500个颗粒离开系统。由此，能够看出，具有单一冲击器和单一弯曲的配置对40μm颗粒的限制远高于10μm颗粒，即使对于这种中等范围的颗粒也有效地进行了过滤。例如，第二弯曲的使用将不成比例地减少40μm的颗粒，而对10μm的颗粒的影响极小，从而进一步提高了带通过滤器的效率。

通过使用本文提出的等式，可以设计出能够获得预定的输出的系统。例如，在知道目标粒径和气雾流速的情况下，能够调节限定曲折和/或受限路径的导管的直径以提供例如特定的截断尺寸，尤其是冲击器的设计。可选地，能够控制液滴群的其他参数，例如MMAD(质量中值空气动力学直径)。

图11示出了高度优选的系统。气雾1通过曲折路径3进入第一流动方向2，其中曲折路径包括位于流动方向从第一输入流动方向2变为第一出口流动方向5处的冲击器区域4。

与较大尺寸的液滴相对应的一部分液滴撞击冲击器区域，并由此从气雾中去除。与较小尺寸的液滴相对应的第二部分液滴以及较大液滴的减少的部分，保持悬浮在气体中并继续在第一出口方向5上流动。

该路径还包括串联的正交的弯曲7和11。在5处离开冲击器的气雾进入弯曲7，然后进入11并在13处离开。在弯曲7和11处，根据上述双弯曲的原理进行尺寸限制。

已经参考优选实施方案描述了本发明，但是在其范围内包括T型交汇和弯曲的各种配置。

本发明可以是单独的简单的T型交汇(冲击器)，或者可以是单一弯曲。如上所述，本发明可以是T型交汇以及在离开T型交汇的每一分岔路径上的弯曲，或者可以具有双弯曲。弯曲可以相同或不同。

T型交汇不必是气雾碰到的第一元件。各元件可以以任何顺序存在。例如，本发明可以首先包括弯曲，然后是T型交汇，或者可选地，包括位于前导弯曲和离开T型交汇的每一分岔路径上的后随弯曲之间的T型交汇，或者可以是之后直接是T型交汇的双弯曲。

另外，已经发现，在曲折路径的端部增加流动限制14对供给灭菌腔室的较大颗粒的衰减提供了进一步的益处。参考图12，其示出了配备有终端限制的图11的优选实施例。

本发明还包括使用T型交汇以及限制，或弯曲和限制以及其他布置，例如之后是离开T型交汇的每一分岔路径的弯曲，并以限制结束的T型交汇，或者可以是之后是离开T型交汇的每一分岔路径上的一系列弯曲，并以限制结束的T型交汇。

图16示出了在灭菌装置的背景下的本发明的优选实施方案。风机100位于雾化室200的上游并与之以流体形式连通，雾化室200包含超声雾化器201。风机100将在200中产生的气雾经由本发明的曲折过滤器250吹入腔室300，其中能够对其包含的物品进行灭菌。曲折过滤器包括T型交汇以及每一分岔上的弯曲过滤器。限制可以位于过滤器250与腔室300汇合的位置处或附近。

图17示出了在灭菌装置的背景下本发明可选的优选实施方案。风机100位于雾化室200的上游并与之以流体形式连通，雾化室200包含超声雾化器201。风机100将在200中产生的气雾经由本发明的曲折过滤器270吹入腔室300中，其中能够对其包含的物品进行灭菌。曲折过滤器包括T型交汇以及每一分岔上的双弯曲过滤器。如图所示，第二弯曲270与第一弯曲正交并且与之不在同一平面内，尽管这当然不是必须的，并且可以使用任何合适的布置将气雾输送至腔室300。限制可以位于过滤器270与腔室300汇合的位置。

此外，与通过常规气雾进行灭菌的装置相比，用本发明的气雾进行灭菌的装置经过测试后显示是干燥的，并且另外提供了与没有汇集和吸附液体的较小颗粒的气雾相一致的生物学数据。

Claims (31)

1.改善悬浮在气体中的液滴群的液滴尺寸分布的方法，所述方法包括使悬浮在气体中的所述液滴群流过曲折路径的步骤，其中所述曲折路径包括位于邻近从第一输入流动方向变为第一输出流动方向的流动方向改变位置处的至少一冲击器区域，并且其中所述液滴的第一部分撞击并留在冲击器区域，以及所述液滴的第二部分保持悬浮在所述气体中并在所述第一输出方向上流动。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述曲折流是具有一个第一输入流动方向和两个第一输出方向的分岔流。

3.如权利要求2所述的方法，其中在每一各自的两个第一输出方向上的所述流是相同的。

4.如权利要求2至4中任一权利要求所述的方法，其中所述各自第一输出方向是相反的。

5.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述第一输出流中的颗粒的所述液滴尺寸分布与所述第一输入流中的所述液滴尺寸分布相比有利于较小的粒径。

6.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述第一输入方向和第一输出方向是正交的。

7.如前述任一权利要求所述的方法，其中定位所述冲击器区以便沿着由所述第一输入方向的线性延续所限定的路径来接收液滴。

8.如前述任一权利要求所述的方法，还包括使所述气雾通过一个或多个弯曲的步骤，从而引起从第n+1输入流动方向变为第n+1输出流动方向的正交流动方向。

9.如权利要求8所述的方法，还包括使所述气雾通过弯曲的步骤，从而引起从第二输入流动方向变为第二输出流动方向的正交流动方向。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述第一输出流变为所述第二输入流。

11.如权利要求9或10所述的方法，还包括使所述气雾通过弯曲的步骤，从而引起从第三输入流动方向变为第三输出流动方向的正交流动方向。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述第二输出流变为所述第三输入流。

13.如前述任一权利要求所述的方法，其中选择所述流动路径的性质以提供具有预定的液滴尺寸谱的气雾。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述流动路径的性质为路径直径。

15.如权利要求13或14所述的方法，其中所述预定的液滴尺寸谱排除或基本排除等于或大于预定直径的液滴。

16.如权利要求13或14所述的方法，其中所述预定的液滴尺寸谱是所述气雾中的液滴的MMAD(质量中值空气动力学直径)。

17.如前述任一权利要求所述的方法，还包括使所述气雾通过直径减小的出口的步骤。

18.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述悬浮在气体中的液滴是悬浮在空气中的灭菌剂气溶胶的液滴。

19.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述悬浮在气体中的液滴是悬浮在空气中的水性过氧化氢或水性过乙酸的液滴。

20.用于气雾的液滴带通过滤器，其包括第一入口导管、与所述第一入口导管正交的至少两个第一出口导管、以及位于所述入口导管的端部并定位以接收通过所述入口导管的液滴的线性流的冲击器区域。

21.如权利要求20所述的液滴带通过滤器，还包括n个正交的弯曲，每一弯曲具有第n+1入口导管和第n+1出口导管。

22.如权利要求20所述的液滴带通过滤器，还包括具有第二入口导管和第二出口导管的正交的弯曲。

23.如权利要求20所述的液滴带通过滤器，其中所述第一出口导管与所述第二入口导管以流体形式连通并限定所述第二入口导管。

24.如权利要求20所述的液滴带通过滤器，还包括具有第三入口导管和第三出口导管的正交的弯曲。

25.如权利要求20所述的液滴带通过滤器，其中所述第二出口导管与所述第三入口导管以流体形式连通并限定所述第三入口导管。

26.如权利要求20至21中任一权利要求所述的液滴带通过滤器，其中每一各自导管的横截面为圆形。

27.如权利要求20至26中任一权利要求所述的液滴带通过滤器，其中每一各自导管具有相同的横截面积。

28.如权利要求20至27中任一权利要求所述的液滴带通过滤器，还包括在末端位置的流动限制器。

29.如权利要求28所述的液滴带通过滤器，其中所述流动限制器为具有孔的板。

30.如权利要求29所述的液滴带通过滤器，其中所述流动限制器为在所述流动方向上尺寸收缩的管。

31.如前述任一权利要求所述的液滴带通过滤器，其被配置为提供用于去除直径大于10微米的液滴的带通过滤器。

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