JP2005525131A - 蒸発した液体を発生するための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体材料を蒸発させることによって、様々なアプリケーションに対する蒸発した液体の治験使用(investigational use)を容易にするためのプログラマブルな装置を提供する。
エアゾールは、多種多様なアプリケーションで有用である。例えば、患者の肺に吸入される液体及び/又は固体(例えば、粉、薬物等)の、細かく分割された粒子のエアゾールスプレーを用いて呼吸器疾患を治療したり、或いは、これらを用いて薬物を供給したりすることが望ましい。エアゾールはまた、所望の香りを部屋に提供したり、皮膚の上に香りを付けたり、塗料や潤滑剤を供給したりする等の目的に使用される。エアゾールはまた、高性能エンジンやタービン用の燃料供給システムも対象として考慮される。これらの高性能エンジンやタービンでは、小さな粒子サイズが点火速度、燃焼効率及び火炎速度に影響を及ぼす。燃焼領域でのエアゾールの発生は、最初はエアゾール形成の原因となるが、点火後は燃焼で経験した温度によって蒸気だけを発生することに成り得る。
V(電圧)=I(電流)・R(抵抗) (1)
Power=V・I=V2/R (2)
一例を挙げると、約3.12オームの平均内部抵抗を持つ、0.001〜0.020インチの内径/0.018〜0.030インチの外径の304ステンレス鋼チューブ(この例では、抵抗が全ての温度に対して一定であると仮定する)及び2.5ボルトの直流を供給する電圧源に対して、流路223へのエネルギ伝達率は以下のように表される。
Power=(2.5V)2/ (3.12ohm)=19.5 joules/sec (3)
したがって、チューブ内に発生した熱は、V(流路にかかる電圧降下)及びチューブの平均抵抗Rの関数である。
ρ(ohm-cm)=4.474x10-5+l.0x10-7T−3.091x10-llT2 (4) である。ここで、Tは、ケルビン温度である。0。669オームの低温の抵抗(室温の24℃)で、28ゲージ、44mmの長い毛細管を備えるヒータの平均温度のプロットが、その抵抗を関数として、図5に示される。図5に示す値は、ヒータの平均温度を表す。すなわち、ヒータの長さに沿った実際の温度は、銅線からの熱損失及び流体の蒸発等の諸要因によって変動しうる。そして、流路323の端部331及び開放端部325に最も近いヒータの温度は、ヒータの中央よりも低くなる傾向があるだろう。
Energy = (Input1・Input2・0.100・Energy Coef) +Energy (5)
Resistance = (Inputl/(Input2・100))・Resist Coef (6)
これらの方程式はオームの法則に基づく。入力1は、多機能測定(multifunction measurement)であり、ヒータにかかる電圧降下を測定する制御ユニットであり、入力2は、分流器にかかる電圧降下を測定する入力端子である。分流器は、0.010オームの抵抗を持つことができる。したがって、ジュールで示されるエネルギは:
Energy = Power x Time =Vheater・I・t. (7)
である。ここでVheaterはヒータ(入力1)にかかる電圧降下であり、Iはシステムを通る電流であり、tはヒータに適用される継続時間(例えば、1ミリ秒)である。システムを通る電流は、分流器にかかる電圧降下とその既知の抵抗から以下のように計算することができる:
I = Vshunt/Rshunt (8)
Energy = Input1・(Input2/0.001 (ohm))・0.001 (sec) = Input1・Input2・0.100.(9)
ここで、Vshuntは分流器にかかる電圧降下(Input 1)であり、Rshuntは分流器(0.010オーム)の抵抗値である。
Resistance = Vheater/I=(Vheater/(Vshunt/Rshunt))= Input1/(Input2・100) (10)
次に、抵抗値は、較正係数RCFによって修正される。
例えば、ヒータ機構は、導管や管材料等の複数の流体の流路に接続されうる。エアゾール化された出力は、バルブ操作によって異なる通路を通して実施されうる。バルブ制御によって、所定時間間隔で、エアゾール化された出力は異なる出口に向けられることができる。例えば、ヒータが不適合な条件(例えば、非定常状態の条件)にあるときは、蒸気/エーロゾルは、第1の流路を通るように向けられる。そして、ヒータが適合な条件(例えば、定常状態の条件)にヒータがあるときは、バルブ機構は、蒸気/エーロゾルを第2の流路を通るように向ける。本発明の実施の形態は、一定で反復可能な分量がボランティアの人間に投与されることが望まれる臨床実験に使用することができる。
Claims (48)
- 蒸発した材料をプログラム可能に発生する装置であって、
第1の開放端部を有する少なくとも1つの流路と、
前記流路に液体材料を供給するように動作可能な液体供給部と、
前記蒸発した材料が前記流路の前記開放端部から外に広がるように、前記流路内の液体の材料を蒸発させるのに十分な温度まで前記流路を加熱するように構成された少なくとも1つのヒータ機構と、
前記ヒータの動作を制御し、前記液体供給部の動作を制御するように動作可能なコントローラと、
前記コントローラにヒータ性能データを供給するように動作可能なモニタリング機構であって、所望の温度範囲に前記ヒータ機構を維持するために、前記ヒータ機構にパワーを供給するか、又は、前記ヒータ機構へのパワーを遮断するように、該データが前記コントローラによって用いられるモニタリング機構と、
前記装置に関連したパラメータを格納するように動作可能なメモリと、
を備えることを特徴とする装置。 - 前記モニタリング機構は、前記ヒータ機構へのパワーの供給を制御するスイッチングデバイスを含むことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記ヒータ機構は、前記流路を規定する金属チューブの一部分を随意的に有する少なくとも1つの抵抗ヒータを含むことを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 前記流路は、毛細管の内側等の毛細管サイズの通路を含むことを特徴とする請求項3に記載の装置。
- 前記モニタリング機構は、前記抵抗ヒータの温度に依存する抵抗を示すデータを出力し、前記コントローラは、前記モニタリング機構から受信した前記データに基づいて前記抵抗ヒータのモニタされた抵抗を計算し、前記コントローラは、少なくとも前記モニタされた抵抗が目標抵抗以下に下がる場合に、前記抵抗ヒータにパワーのパルスを供給する前記スイッチングデバイスを操作することを特徴とする請求項3に記載の装置。
- 前記少なくとも1つのヒータ機構は、複数の抵抗ヒータを備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記液体供給部は、所定の期間の間、前記液体を供給するように動作可能なバルブ機構を含み、前記所定の期間の間は、前記コントローラへの命令コマンドの入力によって決定されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記コントローラは、前記液体供給部によって供給される前記液体材料を加熱する前記ヒータ機構を動作させる前に、前記バルブ機構を動作させることを特徴とする請求項7に記載の装置。
- 前記装置の設定を表示するディスプレイを更に備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記流路に供給される液体材料の量をモニタする計測デバイスを更に備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記ヒータ機構は、2ミクロン以下のマスメジアン粒径を有するエアゾールを形成するヒータ機構を備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記エアゾールは、0.2〜2ミクロンのマスメジアン粒径を有することを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 固体粒子が前記液体材料の溶液中を浮遊し、前記固体粒子は、前記エアゾールが前記液体材料及び前記固体粒子の凝縮粒子を含むように、前記蒸発した材料が広がるときに前記流路の前記開放端部から強制的に外に出されることを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記流路は、ステンレス鋼チューブの内径によって規定され、前記ヒータ機構は、前記チューブ上に軸方向に間隔が開けらた位置に取り付けられた一対の導線を備え、直流電源が前記一対の導線に電気的に接続され、スイッチング機構が前記電源から前記チューブへの直流電流の流れを遮断するように動作可能であり、前記コントローラは、液体材料が前記チューブに供給されるときに前記チューブにパルス状のパワーの供給を行う前記スイッチング機構に動作可能に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記流路は、セラミックラミネイト内の通路によって規定され、前記ヒータ機構は、前記流路に沿って配置された抵抗ヒータを備え、直流電源が一対の導線を介して前記ヒータに電気的に接続され、スイッチング機構が前記電源から前記ヒータへの直流電流の流れを遮断するように動作可能であり、前記コントローラは、液体材料が前記ヒータに供給されるときに前記ヒータにパワーの供給を行う前記スイッチングに動作可能に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの流路は、複数の流路を有し、前記少なくとも1つのヒータ機構は、複数のヒータ機構を備え、前記流路の各々は、前記ヒータ構成のうちの1つと結合され、前記ヒータ機構は、前記コントローラによって選択的に動作可能であり、前記流路の各々は、同じ又は異なる液体材料が供給され、前記流路の出口は、多岐管に向けられていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 請求項1に記載の装置を動作させる方法であって、
前記流路内で液体材料を蒸発させるのに十分な温度に対応する目標パラメータを選択する工程と、
前記流路に前記液体材料を供給する工程と、
前記ヒータ機構にエネルギを与える工程と、
前記ヒータ機構の抵抗加熱要素のモニタされたパラメータを周期的に決定する工程と、
前記モニタされたパラメータを前記目標パラメータと比較する工程と、
前記モニタされたパラメータが前記目標パラメータ以下の場合に、前記抵抗加熱要素にパワーを供給する工程と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記モニタされた抵抗を周期的に決定する前記工程では、分流器にかかる電圧降下を測定し、前記抵抗加熱要素にかかる電圧降下を測定する工程を含むことを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記抵抗加熱要素は、1〜100ミリ秒のデューティサイクルを有するパルスでパワーが供給されることを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記目標パラメータは目標抵抗であり、前記モニタされたパラメータはモニタされた抵抗であることを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記コントローラは、前記流路に前記液体材料を供給する継続時間を制御するように動作可能であることを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記流路は、ステンレス鋼チューブの内径によって規定され、前記ヒータ機構は、前記チューブ上に軸方向に間隔が開けらた位置に取り付けられた一対の導線を備え、直流電源が前記一対の導線に電気的に接続され、スイッチング機構が前記電源から前記チューブへの直流電流の流れを遮断するように動作可能であり、前記コントローラは、液体材料が前記チューブに供給されるときに前記チューブにパルス状のパワーの供給を行う前記スイッチング機構に動作可能に接続されていることを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記流路は、セラミックラミネイト内の通路によって規定され、前記ヒータ機構は、前記流路に沿って配置された抵抗ヒータを備え、直流電源が一対の導線を介して前記ヒータに電気的に接続され、スイッチング機構が前記電源から前記ヒータへの直流電流の流れを遮断するように動作可能であり、前記コントローラは、液体材料が前記ヒータに供給されるときに前記ヒータにパワーを供給する前記スイッチング機構を動作させることを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの流路は、複数の流路を有し、前記少なくとも1つのヒータ機構は、複数のヒータ機構を備え、前記流路の各々は、前記ヒータ構成のうちの1つと結合され、前記ヒータ機構は、前記コントローラによって選択的に動作可能であり、前記流路の各々は、同じか又は異なる液体材料が供給され、前記流路の出口は、多岐管機構に向けられていることを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 蒸発した材料を発生する装置であって、
出口を有する少なくとも1つの流路と、
前記流路に液体材料を供給するように動作可能な液体供給部と、
前記蒸発した材料が前記流路の前記出口から外に広がるように、前記流路内の液体の材料を蒸発させるのに十分な温度まで前記流路を加熱するように構成された少なくとも1つのヒータであって、前記蒸発した材料が随意的に空気と混合してエーロゾルを形成するヒータと、
前記流路の前記出口と流体的に伝達する第1の流路と、
前記流路の前記出口と流体的に伝達する第2の流路であって、前記第1の流路とは異なる第2の流路と、
前記流路の前記出口と流体的に伝達する第1のバルブと、
前記蒸発した材料又はエーロゾルが、(i)前記ヒータが不適合な条件にある場合には、前記第1の流路を通って流れ、(ii)前記ヒータが適合な条件にある場合には、前記第2の流路を通って流れるように、前記第1のバルブの動作を制御するように動作可能なコントローラと、
を備えることを特徴とする装置。 - 前記第1の流路と流体的に伝達するポンプを更に備え、前記蒸発した材料又はエーロゾルは、前記ヒータが不適合な条件にある場合には、前記第1のバルブによって前記ポンプに向けられることを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 前記ポンプは、前記蒸発した材料又はエーロゾルにフィルタをかけるフィルタを備え、前記ポンプは、フィルタされた空気を環境に排出することを特徴とする請求項26に記載の装置。
- 出口を有するマウスピースであって、前記第2の流路と流体的に伝達するマウスピースと、
前記マウスピースと流体的に伝達する圧力センサと、
を更に備え、
前記圧力センサは、ユーザが前記マウスピースの前記出口の上で吸入した場合に、前記コントローラに少なくとも1つの信号を出力することを特徴とする請求項25に記載の装置。 - 前記コントローラは、前記圧力センサが前記マウスピース内で閾値圧力降下を検出した場合に、前記蒸発した材料又はエアゾールが前記第2の流路を通って前記マウスピースに流れ込むように、前記第1のバルブの動作を制御するように動作可能であることを特徴とする請求項28に記載の装置。
- 前記コントローラは、前記蒸発した材料又はエアゾールが前記第2の流路を通って、選択された期間の間、前記マウスピースに流れ込むように、前記第1のバルブの動作を制御するように動作可能であることを特徴とする請求項29に記載の装置。
- 前記コントローラは、該コントローラが前記圧力センサから前記閾値圧力降下が所定の時間間隔の後に検出されたことを示す信号を受信しない場合には、前記ヒータによって蒸発した材料の形成が終了するようにプログラムされることを特徴とする請求項29に記載の装置。
- 前記コントローラは、所定の時間間隔の範囲内で、該コントローラが前記圧力センサから前記閾値圧力降下が検出されたことを示す信号を受信する場合には、前記ヒータによって蒸発した材料の形成を継続するように動作可能であることを特徴とする請求項29に記載の装置。
- 前記マウスピースと流体的に伝達する第2のバルブを更に備え、前記コントローラは、空気の流れを前記マウスピースに向ける第2のバルブの動作を制御するように動作可能であることを特徴とする請求項28に記載の装置。
- 前記コントローラは、前記ヒータ及び前記液体供給部の動作を制御するようにプログラムされ、
前記装置は、更に、
前記コントローラにヒータ性能データを供給するように動作可能なモニタリング機構であって、所望の温度範囲に前記ヒータを維持するために、前記ヒータにパワーを供給するか、又は、前記ヒータへのパワーを遮断するように、該データが前記コントローラによって用いられるモニタリング機構と、
前記装置に関連したパラメータを格納するように動作可能なメモリと、
を備えることを特徴とする請求項25に記載の装置。 - 前記ヒータは、少なくとも1つの抵抗ヒータであることを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 前記ヒータの前記適合な条件は、定常状態の抵抗値であることを特徴とする請求項35に記載の装置。
- 前記ヒータの前記適合な条件は、前記流路の選択された温度範囲であることを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 前記装置は、前記蒸発した材料が空気と混合して前記エアゾールを形成するように構成された空気供給部を含むことを特徴とする請求項25に記載の装置。
- 請求項25に記載の装置を動作させる方法であって、
前記流路に液体材料を供給する工程と、
前記蒸発した材料が前記流路の前記出口から外に広がるように、前記ヒータを用いて前記流路内の前記液体材料を加熱する工程と、
前記蒸発した材料を空気と随意的に混合してエアゾールを形成する工程と、
前記ヒータをモニタする工程と、
前記蒸発した材料又はエーロゾルが、(i)前記ヒータが不適合な条件にある場合には、前記第1の流路を通って流れ、(ii)前記ヒータが適合な条件にある場合には、前記第2の流路を通って流れるように、前記第1のバルブの動作を制御する工程と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記ヒータの前記適合な条件は、定常状態の抵抗値であることを特徴とする請求項39に記載の方法。
- 前記ヒータの前記適合な条件は、前記流路の選択された温度範囲であることを特徴とする請求39に記載の方法。
- 前記第1の流路を通って流れる前記蒸発した材料又はエアゾールをフィルタリングする工程と、空気を環境に排出する工程とを更に含むことを特徴とする請求項39に記載の方法。
- 前記装置は、更に、
前記第2の流路と流体的に伝達するマウスピースと、
前記マウスピースと流体的に伝達する圧力センサと、
を更に備え、
前記方法は、前記マウスピース上でユーザが吸入した場合に、前記マウスピース内の圧力降下を検出する工程を更に含むことを特徴とする請求項39に記載の方法。 - 前記圧力センサが前記マウスピース内で閾値圧力降下を検出した場合に、前記蒸発した材料が前記第2の流路を通って前記マウスピースに流れ込むように、前記コントローラを用いて前記第1のバルブの動作を制御する工程を更に含むことを特徴とする請求項43に記載の方法。
- 前記蒸発した材料又はエアゾールが前記第2の流路を通って、選択された期間の間、前記マウスピースに流れ込むように、前記コントローラを用いて前記第1のバルブの動作を制御する工程を更に含むことを特徴とする請求項43に記載の方法。
- 所定の時間間隔の後に、前記コントローラが前記圧力センサから前記閾値圧力降下が検出されたことを示す信号を受信しない場合には、前記ヒータによって蒸発した材料の形成が終了する工程を更に含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
- 所定の時間間隔の範囲内で、前記コントローラが前記圧力センサから前記閾値圧力降下が検出されたことを示す信号を受信する場合には、前記ヒータによって蒸発した材料の形成を継続する工程を更に含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
- 前記エアゾールを形成するために前記蒸発した材料を空気と混合する工程を更に含むことを特徴とする請求項39に記載の方法。
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