JP2016000280A - ノズル及びノズルホルダ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】濃縮器は、スリット形状の半径方向に延びる複数の加速チャンネルを有する彫刻された加速プレートと、スリット形状の半径方向に延びる複数の減速プレートチャンネルを有する彫刻された減速プレート7120とを備える。加速プレート基部表面と減速プレート基部表面との間に生成される相対的に大きなギャップ7300が、低流抵抗で該相対的に大きなギャップを介して排出される廃棄体積流量を許すように、複数の加速チャンネル出口開口は、加速プレートの出口側の基部表面から間隔があり、複数の彫刻された減速チャンネル入口開口は、減速プレートの入口側の基部表面から間隔がある。複数の開口は、少なくとも二つの異なる長さの開口を含む。
【選択図】図7C
Description
本出願は、2005年12月22に出願され、2007年6月28日に公開番号US−2007−0144514−A1として公開された米国非仮出願11/315,951の優先権を主張する一部継続出願である。この先行する非仮出願11/315,951は、参照することにより本出願に全て含まれる。
本発明は、許可番号HL78281に基づく、国立衛生研究所、国立心肺血液研究所からの米国政府支援によりなされた。米国政府は本発明の一部の権利を保有する。
本発明は、水溶液又は懸濁液から濃縮された呼吸性乾燥粒子の発生のための小型ポータブル装置に関する。
(a)貯蔵された結果として得られた粉末粒子は、安定性があり且つ望ましくは高湿度に対して耐久性がなければならない。
(b)容易に分散されるような添加剤を処方しなければならない。
(c)二つの化学薬品が個々に形成される場合、薬粒子の大きさは、一般的に、添加剤の大きさより小さい。
(d)吸入可能な混合物は、吸入体積ではなく、カプセルの大きさに限定される。
(e)噴霧乾燥法は、効率約60%であり、且つ、乾燥粉末吸入具による肺への供給効率30%であり、結果的に活性薬剤の約80%の損失をもたらす。
(f)急速吸入は、結果的にカプセル内の粉末の大部分のエアロゾル化をもたらすが、口及び喉への多くの付着をもたらす。遅い吸入は、結果的に、肺の奥深くへの多くの付着をもたらすが、カプセル内の粉末のエアロゾル化の低効率をもたらす。これらの結果は、1回分の投与の大きなばらつきの原因となり、効率及び安全性の懸念の両方をもたらす。
本開示の第2の目的は、洗浄のためにデバイスを容易に組み立て及び解体できるように、高圧結合を除くことである。
本発明の第3の目的は、希釈ガスを供給するための小型ブロワを用いる小型デバイスの構成を可能とするために、デバイスを通過するガス流に対する抵抗を減らすことである。
本開示の第4の目的は、デバイスの様々な要素の間――構造が完全に維持される間における各要素間の接合部――におけるガス及び/又はエアロゾルの漏れを最小限にすることである。
本開示の第5の目的は、エアロゾルプルームと正確に同軸であり、エアロゾルプルームに対して反対向きの逆流ガスの供給を容易にすることである。
本開示の第6の目的は、熱損失を最小化しつつ、ノズル及び逆流チューブの両方に加熱された圧縮ガスを供給することである。
本開示の第7の目的は、蒸発チャンバの外側の源から、水の最小赤外吸収波長で、局所的な放射熱を新たに形成された水性エアロゾル粒子に供給することである。
本開示の第8の目的は、デバイスが、圧縮ガスが、中央開口を介して配送されるようにする又は中央流体流を取り囲むことを可能にする、互いに異なる容易に交換可能なノズルホルダ構造と一緒に使用されることができるようにすることである。
本開示の第9の目的は、フローコンディショナにおける使用のために調節されたこれらのノズルホルダを有すること、及び流体注入口の代わりに圧縮性流体容器を含むための能力を有することである。
本開示の第10の目的は、小型デバイスにおいて、一の方向に流れている間に加熱される高速ガス流を提供し、その後、エアロゾルプルーム及び逆流ガスに起因する摂動が可能な間に、反対方向に均一な低速流を提供することである。
本開示の第11の目的は、入力及び排出ガス間の最小限の圧力損失で、0.5ミクロンより大きい呼吸性エアロゾルを効率的に濃縮することである。
本開示の第12の目的は、軸及び回転の高精度アライメントを維持しつつ、組み立て及び解体を容易にすることである。
本開示の第13の目的は、濃縮器排出ガス流内のエアロゾル粒子が大気を汚染することを防ぐことである。
本開示の第14の目的は、濃縮器の出力における乱流に起因するエアロゾルの付着を最小限にすることである。
本開示の第15の目的は、出力コーンの放物線形状性質(parabolic shaped nature)の手段による出力において、濃縮されたエアロゾルを配送する効率的な手段を提供することである。
本開示の第16の目的は、十分な吸入圧力の発生に問題がある患者、及び他の乾燥粉末吸入具の誘因となる流量、のための圧力支援を提供する小さな正圧で、濃縮されたエアロゾルを提供することである。
本発明の第1態様によれば、これらと他の目的は、加圧ガスの第1体積流量を供給する工程と、前記加圧ガスの第1体積流量を予熱する工程と、希釈ガスの第2体積流量を供給する工程と、前記希釈ガスの第2体積流量を予熱する工程と、流体の第3体積流量を供給する工程と、前記加圧ガスの第1体積流量及び前記流体の第3体積流量の少なくとも一部を、ノズルを介して排出することにより、濃縮された第1エアロゾルを発生する工程と、前記濃縮された第1エアロゾルが抑えられるように、前記濃縮された第1エアロゾルとは反対方向のガスの第4体積流量を供給する工程と、希釈された第2エアロゾルを発生するために、前記抑えられた第1エアロゾルを前記希釈ガスの第2体積流量と混合する工程と、を備えるエアロゾルを発生する方法を用いる本願発明により達せられる。
本発明の望ましい実施形態によれば、乾燥粉末、ガス及び蒸気を含む第3エアロゾルを発生するために、液体は第2エアロゾルから蒸発される。しかしながら、エアロゾルは、乾燥粒子に加えて残留リキッドエアロゾルも含んでよい。
(a)希釈ガスは、小さな(2インチ×2インチ×1インチ)ガスブロワ又はファンにより供給される。
(b)デバイスは、気密高圧封(seal)を必要としないので、洗浄及びメンテナンスのための容易な組み立て及び解体を可能にする。
(c)排出ガスは、負圧源を必要としないので、大気圧で配送される。
(d)局所的な逆流噴流は、正確に再現可能な同軸アライメントで構造的に安定している。
(e)局所的に加熱された噴流及び逆流ガスは、局所的な赤外線照射と供に、1グラム/ccより低い密度の粒子を生じるデバイスの能力の増強に加えて、壁損失の低下と、効率の増加につながるエアロゾルの迅速な乾燥を提供する。
エアロゾル発生器の説明を目的とする図1を参照して、下記のアセンブリグループ、即ち、(a)希釈ガス乾燥チャンバ、ブロワ及びヒータ、(b)圧縮ガスヒータ、(c)フローコンディショナマニフォールド、及び(d)逆流チューブ、が明らかにされる。
リキッドエアロゾルを希釈し蒸発させるための低圧ガスは、流れ要素(flowing components)を介して伝わる。ガスドライヤ1002は、例えば、これに限定されないが、酸化アルミニウムパレットのような乾燥剤1003を含む。チャンバ1002は、ガスフィルタ1021、及び小型のブロワ1001又は同等のガスムーバのための取り付け部品1022に接続される。ブロワは、流量計測デバイス1023を介して、希釈流ヒータ1004に接続される。流量計測デバイスは、気流計、熱ワイヤ流速計、質量流量メータ又は他の低抵抗デバイスであってよい。ヒータ1004は、耐熱シリンダ(外径1.0インチ、内径0.75インチ)1005内に設けられている。望ましい構造では、このシリンダは、セラミックにより形成されている。速加熱赤外線電球1006は、チューブ内の中央に配置される。望ましい構造では、この速加熱赤外線電球1006は、ガス流抵抗を低減するためにテーパのついた端部を有する。セラミック加熱チューブ1005は、直角内腔の取り付け部品1007内にぴったり合う。取り付け部品1007の他の開口は、テーパのついた容器(図示せず)を有する。これは、フローコンディショナマニフォールド1020の類似のテーパのついたメスの取り付け部品(図示せず)の容易な配置を可能とする。望ましい構造では、このポート及び容器のテーパは、呼吸器のテーパの標準的な22mmである。取り付け部品1007の直角チャンネルの内腔のガス流内に配置される鉄コンスタンタン熱電対(図示せず)がある。この熱電対は、温度加減デバイス1008に接続される。望ましい構造では、温度加減デバイスは、赤外線電球1006への電力供給を制御するPIDである。ノズル1024を伴うノズル1101において流体のエアロゾルを発生させ、エアロゾルプルームを抑えるために逆流チューブ1102を介して同軸の逆流を提供する、高圧ガスは、流れ要素を構成する。圧縮ガスは、取り付け部品1019に入り、ヒータ1011内で温められる。望ましい構造では、ヒータは、赤外線電球1010がその内部に配置される外径0.75インチ、内径0.56インチのセラミックチューブ1009を構成する。鉄コンスタンタン熱電対は、ヒータ1011の下流の、クイックディスコネクト1032のメス部の出口ガス流(図示せず)又は他の都合のよい位置に、配置される。この熱電対は、例えばPIDコントローラのような温度加減デバイス1012に接続されている。このクイックディスコネクトは、テフロンチューブ1031を介して、直角取り付け部品1013に接続されている。説明のために、圧縮ガス流の接続性を示すために、チューブ1060は、フローコンディショナマニフォールド1020の注入口(図4C参照)内に挿入される。望ましい機能を達成する他の構造も可能である。
300リットルまでの希釈ガスは、小型ブロワ1001又は同等のガスムーバにより供給される。比較的湿気のある室内ガスが、乾燥される流体の、望ましいエアロゾル化される体積より高い場合、この希釈ガスは、乾燥剤1003を含むガス乾燥チャンバ1002を通過してよい。この乾燥ガスは、取り付け部品1022を介して、(乾燥剤ゴミに起因する)擦り切れからブロワを守るためのフィルタ1021を通過して、ブロワ1001に移動する。この乾燥ガスは、ブロワ1001により、流量メータ又は流量計測デバイス1023を通って、希釈流ヒータ1004へ押し出される。ガスは、赤外線電球1006と、セラミックチューブにより形成された耐熱シリンダ1005の内壁との間を通過する間に、ヒータ1004内で加熱される。チューブから出るガスの温度は、ガス流内に直接配置された鉄コンスタンタン熱電対(図示せず)で測定され、ガスは、例えばヒータ電球1006への電力供給を加減するPIDコントローラのような、温度加減デバイス1008を用いて、望ましい温度、典型的には35−45℃に維持される。同様に、ノズル及び逆流ガスで用いられる圧縮ガスは、ヒータ1011を通過する。このガスは、赤外線ヒータ1010と、セラミックチューブ1009の壁との間を通過する間に加熱される。チューブから出るガスの温度は、鉄コンスタンタン熱電対(図示せず)で測定され、第2PIDコントローラ1012を用いて、望ましい温度、典型的には100−140℃、に維持される。このPIDコントローラは、赤外線電球1010における電力を加減する。
ノズルホルダの望ましい構造の特徴を示す概略図は、図2Aから図2Cに示される。ノズルホルダは、バレル2001の端部の首2003上の取り付け部品2112内に取り付けられたエアロゾル発生ノズル1024により構成される。バレルから首2003までの狭窄は、ガスがノズルに隣接する首に沿った流線に向かうことを可能にする。これは、ノズル近くの大きな流れ表面により引き起こされる渦流を介する、ノズルの前面上の粒子の付着を最小化する。図2Eのノズル1024は、一以上のポート2008で終わる2つのチャンネルに、順に、接続された小型圧力等化チャンバ2015に、近接する。ノズルに近接し、ノズルオリフィスと同軸のチューブ2014は、他のチャンネル2103及び2107、コネクタ2005に接続される。バレルの他端は、フローコンディショナマニフォールド1020内の容器(図4A及び図4Cの4030参照)内へのノズルホルダの容易な挿入及び離脱を可能にするいくつかの円周溝を伴う、ノブ2006である。ノズルの反対側の端部のコネクタ2005は、アタッチメント流体線(attachment a fluid line)(図示せず)を可能にする。望ましい構造では、これはルアーコネクタ(Luer connector)である。バレル2001におけるポート2008は、フローコンディショナマニフォールド1020における圧縮ガス供給溝(図4Cの2071参照)と調和する。本発明によれば、これらのノズルホルダは、フローコンディショナ内に挿入されなければならない。この特徴は、患者によるこのノズルホルダの無差別な使用を本質的に除去する。これは、患者を守り、カートリッジの中身の適切な配送の保証を助ける。
図3A、3B、3C、3E、3Fは、ノズル、及び低圧流体流の中央の高圧ガスを用いるノズルホルダを示す。この第2のノズル及びノズルホルダは、全く異なる操作機能性の合併したノズルのためのフローコンディショナマニフォールド1020内において、容器4030(図4参照)の構造の有用性の幅の実例として用いられる。構造及びエアロゾル発生の本質は全くことなるが、この別のノズルホルダは、外部特徴及び共通の機能性を有する。これらのノズルは、両方とも単一経路ノズルである、即ち、液体の全ては、ノズルの通過中にエアロゾル化される。再循環される流体はない。しかしながら、両方のノズルは、液体及び気体間のせん断力を通じて、エアロゾルが発生されるという特質を共有する。いずれの場合にも、固体上の液体のせん断を通じてエアロゾルが発生される。これは、エアロゾル化される流体に溶解された又は懸濁している大きな分子のせん断劣化に起因する高せん断力の可能性を低減する。
図3A、3B、3C、3D、3E及び3Fに示すノズルホルダの望ましい構造では、圧縮ガスが、ノズル内のチャンネルオリフィス3209に供給されることにより、エアロゾルが発生される。エアロゾル化される流体は、低圧で、更に、コーン3240からオリフィス3209に向かう毛細管力により、環状のキャビティ3206、容器3213及び環状のチャンネル3230を介して、ノズルの外部表面に供給される。エアロゾル化される流体は、外部ポンプ(図示せず)によりポート2005に供給される。流体は、ポート2005及びチャンネル3203内に注ぎ込まれ、オリフィス本体3204の基部を囲む環状の空間3206に供給される。この流体は、ノズルの頂部3211の側面にある複数の溝3210各々、及び複数の溝3212を介して小型容器3213に分配される。流体が中央オリフィスステム3214を囲むキャビティ3230で均一であることを保証するために、頂部の先端はへこんでいる。流体は、ステムアニュラス(stem the annulus)間の空間3230を一様に通って、ノズルの縁3215へ流れる。望ましい構造では、ノズルステム3206は、アニュラスを通って、約0から0.050インチ突き出してよい。オリフィスステム3214内のコーン3240の内部表面上の薄いフィルムを形成するために、流体はこの縁3215を超えて流れる。圧縮ガスは、ポート2008を介して、ノズルバレル2001の側面に入る。ガスは、中央同軸チャンネル3202を介して、オリフィス本体330の軸に沿って、チャンネル3234へ流れる。圧縮ガスは、その後、オリフィス3209を通る。エアロゾル化は、コーンに流れ込む流体と、コーン3240の先端のオリフィス3209の周囲のガス噴流との相互作用によって形成される接点で生じる。この方法では、固体表面と流体との間の大きなせん断応力が回避される。粒子のない中央を有するエアロゾルのプルームが発生される。コーン内の負圧が、コーンの内部表面上の薄い流体フィルムの形成に役立つガス噴流により引き起こされる。最適な機能のために、コーン先端は、約45度、望ましくは15乃至80度、の立体角の範囲で定められるべきである。しかしながら、10乃至80度の他の角度も可能である。流れるように作られた流体が通過する又は超える表面全ては、高表面エネルギーを有するべきである、即ち、流体によりぬらされるべきである、ことに留意する。流体は、毛細管力によりコーンの縁を超えて流れる。これらの力は、流体がコーンの先端に向かって流れる際に増加する。既に述べたように、この薄い流体層の維持は、オリフィス3209を出るガスの噴流により発生された負圧によっても支援される。最適な機能のために、頂部及びノズルステム、並びにアニュラスの内部表面を含むノズル本体の表面が、水性基材流体によりたやすくぬらされるような高表面エネルギーを有することが重要である。他方で、アニュラス3205の先端表面は、アニュラスを超える流体流を阻止するために、疎水性コーティングを有する。ノズルステム及びアニュラス間の距離は、表面張力が、重力が支配する流体の移動よりも大きくなるように、例えば〜0.17mmのように十分小さい。ノズルステムが高表面エネルギーを有する場合、流体は、ノズルのステム3214上のコーン3240の縁3215と、アニュラスとの間のメニスカス(meniscus)を形成する。
フローコンディショナ内への挿入のためのノズルホルダの位置決めは、図4A、4B及び4Cに示される。ノズルホルダは、フローコンディショナマニフォールド1020(図4A及び図4C参照)内の中央軸上容器4030にそろえられている。ノズルホルダのバレル2001又は3001は、フローコンディショナ1020のこの容器4030内に挿入される。ノズルホルダが全て挿入された場合、エアロゾル化に用いられる、圧縮ガスのためのポート2008は、フローコンディショナ1020内の円形の溝4071にそろう。溝4071からの圧縮ガスの漏れを防ぐために、溝の各側面上にOリング4033が存在する。圧縮ガスは、圧縮ガス入力4028に順に接続されるチャンネル4036を介して、円形の溝4071に入る。マニフォールドの中央には、柱4040がある。この柱4040は、4:1の長幅比の容器4030の包含を容易にする。これは、ノズルバレル2001又は3001の適切な位置決めと、それの正確な同軸アライメントとを保証する。これは、効率的なパフォーマンスのために、エアロゾルプルームが、逆流ガスの軸と正確にそろえる必要がある場合に重要である。
希釈ガスの流れプロファイルに作用するフローコンディショナを含む個々の要素を示す分解図及び断面図が、図5A、5B、5C、5D、5E及び5Fに示される。図5Aでは、隣接する蒸発チャンバ5100も表示される。密閉空間におけるリキッドエアロゾルの迅速な蒸発に言及するために、記載されたノズルのいずれか一つにより形成されるエアロゾルプルームは、十分な熱エネルギーが蒸発液体に供給される間、迅速に分散され希釈される必要がある。フローコンディショナは、極小の圧力損失が再び生じた際に、蒸発チャンバ5100を介してガスの均一な流れを提供しなければならない。これは、エアロゾルプルーム2106(図5A参照)の存在、及び逆流チューブ1102からのガス5120(図5D参照)の噴流により、より困難なものにされる。既に述べたように、これは、要求されるファンのパワー及びサイズを最小化するための、フローコンディショナの全域の最小圧力損失で達成される必要がある。製造にそれほど費用がかからず、洗浄のために容易に組み立て及び解体される小型フローコンディショナは、最終製品を商用的により魅力的にする。フローパーティショナは、入ってくる希釈ガスの半径方向の速度を減らし、蒸発チャンバの出口においてガスがほぼ均一な速度となるようにガスを分配するように、構成される。これらのフローコンディショナの要素は、全ての機能性が維持される間、容易に組み立て及び解体されるように構成されている。
図5Aにおいて、圧縮ガスは、クイックディスコネクト取り付け部品5019と、フローコンディショナ1020のマニフォールド上の直角取り付け部品1013を通るテフロンチューブ1031を介して、接続されることが分かる。デバイスの単純且つ実践的な使用のために、圧縮ガス4028のためのフローコンディショニングマニフォールド上にたった一つのコネクタがある。圧縮ガス流は、フローコンディショナマニフォールドの内部に配置されたフロー分割器を用いて、分割される。一方の流れは、チャンネル4036を通って環状の溝へ、圧縮ガスをノズルホルダへ供給する中央容器内の環状の溝4071へ、向けられる。中央容器4030内の環状の溝4071の一方の側面上の複数の溝内のOリング4033は、圧縮ガスの漏れに対して密封する。他の流れは、エアロゾル化ノズル1024へ入ってくる体積流量率と同等又はわずかに大きな逆流ガスの流量率に制限する制限器4024を通過する。リキッドエアロゾルプルーム2016は、よどみ点5300がノズル及び逆流ポート5026(図5A参照)の中ほどになるように、逆流チューブ1102のポート5026からのガス5120の同軸逆流噴流により抑えられる。
入力ポート5122(図5B参照)からの入力ガス流は、円周方向に向けられ、フローコンディショナの第1ステージの中央柱4040(図4C参照)の周りの圧力等化チャンネル5021にある。この第1ステージは、低ガス流抵抗の中空「ドーナツ(donut)」である。ガスの回転速度は、フローパーティショナ5103上の複数のメーロン5042の間の周囲に位置するスロット5012(図5C参照)を通って、垂直に移動する間に、減衰される。これらのスロットは、第1ドーナツ形状の圧力等化チャンバ5021を形成するチャンネルの抵抗よりも高い抵抗のガス流経路を形成する。ガスは、これらのスロット5012を介してフローコンディショナの第2ステージに入り、低流抵抗で第2ドーナツ形状の圧力等化チャンネル5022に入る。このチャンネルから、2つの経路、(a)「煙突」5008の周りの穴5009を通る、更に、第2フローパーティショナの中央部分の穴5223を実質的に通る、(b)第2フローパーティショナ5102の外側領域の同心穴5013を通る、に分配される。これらの穴(又はスリット)の位置及びサイズは、第2フローパーティショナ5103及び蒸発チャンバ5100の壁へのエアロゾルの付着を最小化しながら、バーチャルインパクタ面板(face plate)での均一な流れプロファイルを達成する。蒸発チャンバの中央に向かうガス流の一部は、この「煙突」内の穴5009のサイズにより加減される。
図5Aに見られる蒸発チャンバ5100の特徴は、図6A、6B、6C及び6Dに示される。蒸発チャンバ5100は、フローコンディショナマニフォールド1020とエアロゾル濃縮器6100との間にぴったり合う。蒸発チャンバの望ましい構造は、赤外線照射に対して透過的であり、外径2.75インチ、内径2.56インチ、長さ6インチのチューブからなる。他の同様の寸法が可能である。望ましい構造では、このチューブは、石英又はホウケイ酸ガラスで作られてよい。このチューブは、フローコンディショナマニフォールド1020の端部の開口に、フローパーティショナ5102(図5A参照)隣接するまで、挿入される。マニフォールド開口及びチューブの寸法は、摩擦が(a)チューブを支持、及び(b)チャンバの内部から大気への実質的なガス漏れを防止、するのに十分な摩擦ばめ(friction fit)のようなものである。蒸発チャンバの他方の端部は、バーチャルインパクタ型のエアロゾル濃縮器6100の加速プレート6110(図6A参照)上の円周の溝6055(図6A及び図7C参照)内に挿入される。再び、これは摩擦ばめである。或いは、縁シール若しくはチューブ5100のテーパのついた端部、及びマニフォールド1020上の対応するメスのテーパ、及び濃縮器加速プレート6110は、蒸発チャンバ5100と、フローコンディショナマニフォールド又はエアロゾル濃縮器6100との間のガス漏れをなくすために用いることができる。
蒸発チャンバ5100は、逆流チューブ1102(図1及び図5A参照)も含む。逆流チューブは、マニフォールド1020の柱4040(図4C参照)のスロット5031に配置される逆流チューブに取り付けられた小さな板5029(図5C参照)を伴う容器4041(図4C及び図5A参照)内に配置される。フロー分割器からのガスを収容する、このチューブ5052(図5A参照)は、短い直線部分に続く180度カーブを有する。このカーブの曲率は、小さな板5029(図5C参照)がマニフォールドのスロット5031に正しく挿入された場合に、逆流チューブのポート5026がチャンバの中心及びエアロゾルノズルのオリフィス1024と正確に同軸になるようなものである。
図7A、7B、7C、7D、7E及び7Fに詳細に示されるバーチャルインパクタが、蒸発チャンバ5100からの出力エアロゾルの濃縮に用いられる。図7Cに示すように、蒸発チャンバ5100のホウケイ酸/石英チューブは、バーチャルインパクタ6100の加速プレート6110内の円周の溝6055へのぴったりした嵌め合い(fit)を構成する。図7Aに戻り、バーチャルインパクタは、長い加速スリットノズル7002を含む加速プレート6110、中級のスリットノズル7102、及び短い加速スリットノズル7202、並びに中級の7103及び短い7203補助減速スリットノズル、からなる。排出ガスカウリング7021及び排出ポート7022(図7D及び7E)は、減速プレート7120に取り付けられる。加速面板6110により形成されたプルーム7004、減速プレート7020及び排出ガスカウリング7021は、加速ノズル7002、7102、7202の縁と、減速ノズル7003、7103及び7203の受容スリットとの間のギャップから発散する排出ガスのための低抵抗流路を提供する。加速プレート6110は、長い7002、中級の7102及び短い7202加速ノズルが、長い7003、中級の7103及び短い7203減速ノズルと夫々正確にそろうように、バーチャルインパクタ減速プレート7020内にぴったり合う。これら加速ノズル及び補助減速ノズルのオリフィス間に小さなギャップ7300がある。加速ノズルのスリットは1.1mm幅である。受容スリットは1.4mm幅であり、複数の加速ノズル間の中間のギャップ7300となるように配置され、減速ノズルは1.3mmである。これらは実践的な解法としての記載であり、他の同様の寸法の除外を意図するものではない。排出ガス内で浮遊して運ばれる粒子が大気へ入ることを防ぐために、フィルタ(図示せず)が出口ポート7022に取り付けられてよい。
(a)蒸発チャンバに直接隣接する源から、新たに形成された水性エアロゾル粒子に対し、水の最大赤外線吸収波長で、局所的な輻射熱を供給する。
(b)デバイスが、容易に交換可能なように構成された異なるノズルホルダを利用することを可能とする。これらのノズルホルダは、圧縮ガスが、中央オリフィス又は中央流体ステムの周囲の一方へ送られることを可能にする。ノズルホルダは、フローコンディショナに向かって調整され、さらに、圧縮可能な流体容器を含んでも含まなくてもよい。
(c)エアロゾルプルーム及び逆流ガスに起因する摂動がある間に、一の方向の加熱された高速ガス逆流と、反対方向の均一な低速流とについての手段を提供する。これは、2ステージフローコンディショナを用いて、最小の圧力損失で達成される。
(d)上流及び下流表面の両方で放物線状の輪郭となる入力及び出力コーンと共に、1.1mm幅の半径方向の入力スリット及び1.4mm幅の出力スリットを有する様々な長さのスリット濃縮器を用いて、入力及び排出ガスの間の最小圧力損失で、吸入可能なエアロゾルを効率的に濃縮する。
(e)濃縮器の出力における乱流に起因するエアロゾルの付着を、これらの渦を減衰可能なキャビティを含むことにより、最小化する。
(f)内部の放物線形状の出力コーンを利用することにより、出力における濃縮されたエアロゾルを配送する効率的な手段を提供する。
(g)洗浄のためにデバイスが容易に組み立て及び解体されるように、大直径の高圧結合を取り除く。
(h)希釈ガスを提供する小型のブロワを用いて、小型デバイスの構造を可能とするために、ガス流の抵抗を下げる。
(i)少なくとも2つ、望ましくは3又は4の互いに直交する表面を含むことにより、要素間の構造的な健全結合が維持される間、デバイスの様々な要素間で、ガス及び/又はエアロゾルの漏れを最小化する。
(j)エアロゾルプルームと正確に同軸にされ、エアロゾルプルームに対し反対方向の、着脱可能な逆流ガスの供給を容易にし、逆流チューブはフローコンディショナ内に差し込まれた。
(k)加熱された圧縮ガスを、フローコンディショナ内のフロー分割器及びフロー加減オリフィスを包含することにより、熱損失を最小にしながら、ノズル及び逆流チューブの両方へ供給する。
(l)濃縮器の中央に隆起されたオスの円筒形の突出及び十字と、相対関係を示すメスの凹凸と、を有することにより、濃縮器プレートの正確な組み立て及び解体を容易にする。
(m)カウリング及びフィルタポートを用いて、排出ガス流中のエアロゾル粒子が大気を汚染することを防ぐ。
(n)十分な吸気圧の発生、及び他の乾燥粉末吸入の要因となる流れに問題がある患者のための圧力支援としてのわずかな正圧で、濃縮されたエアロゾルを供給する。
(o)デバイス内の正圧と一緒に、実施形態の殺菌可能な要素を用いて、ほぼ無菌のエアロゾルを発生、乾燥及び濃縮する。
エアロゾル化される液体は、ノズルホルダ内の入力ポート2005内に供給され、チャンネルを介して、ノズル1024に導かれる。圧縮ガスは、エアロゾル化される液体が取り付け部品1019に供給されることを必要とする。それは、それが要求温度まで温められるヒータ1011を通過する。この温度は熱電対により計測され、ヒータはPIDコントローラにより加減される。この加熱されたガスは、2つの流れに分割される。一方の流れは、流量制限オリフィス5024を通って、逆流チューブ1102へ向かう。残りの流れは、環状の溝4071内に進み、そこからバレルポート2008、3008に入り、ノズル1024へ向かう。ノズルにおけるエアロゾル化される液体と高圧ガスとの相互作用が、リキッドエアロゾルのプルーム2106の発生を引き起こす。逆流チューブ内の温かいガスは、エアロゾルプルーム内へ、同軸ではあるが該プルームに対して反対方向に、向かう。このガス流は、ノズル及び逆流チューブの端部間の中ほどのエアロゾルプルームを抑える。この加熱されたガスのエアロゾルプルーム内への注入は、液溶媒の迅速な蒸発を促進する。
米国特許出願200701445に記載のバーチャルインパクタ濃縮器は、2.5マイクロメートルのカットオフを有する。従来技術システムは、乾燥粉末混合物を収集し、再び懸濁する必要、即ち、時間消費と潜在的な浪費手続と、を取り除いた。しかしながら、液体−乾燥粉末エアロゾル発生器は、比較的高圧(20−50ポンド毎平方インチ)で300リットルまでの希釈ガスを使っていた。これは、5馬力のコンプレッサと加圧ガスのタンクとを必要とする。このような大きなそして高価なコンプレッサ及び/又は大きな加圧ガスタンクを利用することは、従来技術のデバイスを、家庭用としては非現実的なものとする。
Claims (7)
- エアロゾル流における粒子濃度を増加するための濃縮器であって、
第1エアロゾル体積流量を収容し、第1累積断面サイズに構成されたスリット形状で半径方向に延びる複数の加速プレート入力開口と、前記第1エアロゾル体積流量を配送し、前記第1累積断面サイズよりも小さい第2累積断面サイズに構成されたスリット形状で半径方向に延びる複数の加速プレート出口開口と、を有する彫刻された加速プレートと、
前記第1エアロゾル体積流量に比べて高粒子濃度の第2エアロゾル体積流量を収容し、第3累積断面サイズに構成されたスリット形状で半径方向に延びる複数の減速プレート入力開口と、前記第2エアロゾル体積流量を配送し、前記第3累積断面サイズよりも大きい第4累積断面サイズに構成されたスリット形状で半径方向に延びる複数の減速プレート出口開口と、を有する彫刻された減速プレートと、
を備え、
複数の彫刻された加速チャンネルは、前記複数の加速プレート入力開口と前記複数の加速プレート出口開口との間を延び、複数の彫刻された減速チャンネルは、前記複数の減速プレート入力開口と前記複数の減速プレート出口開口との間を延び、
前記複数の加速プレート出口開口は、前記加速プレートの出口側の基部表面から間隔をあけて配置され、前記複数の減速プレート入力開口は、前記減速プレートの入力側の基部表面から間隔をあけて配置され、
ギャップは、前記加速プレートの前記基部表面及び前記減速プレートの前記基部表面との間に設けられ、前記ギャップは、前記第1エアロゾル体積流量に比べて低粒子濃度の第3体積流量を配送するように構成され、
前記複数の加速プレート出口開口は、前記複数の減速プレート入力開口に実質的に重なり、前記複数の加速プレート出口開口及び前記複数の減速プレート入口開口は、前記加速プレート及び前記減速プレート各々の中央に近い位置から、半径方向に、前記加速プレート及び前記減速プレート各々の外縁に近い位置に向かって延び、
前記複数の加速プレート出口開口及び前記複数の減速プレート入口開口は、少なくとも二つの異なる長さの開口を含む
ことを特徴とする濃縮器。 - 前記少なくとも二つの異なる長さの開口のうち、より長いスリット形状の開口の第1グループは、前記加速プレート及び前記減速プレートの中央に近い位置から外縁に近い位置に向かって延び、より短いスリット形状の開口の第2グループは、中央に近い位置から外縁に近い位置に向かって延びることを特徴とする請求項1に記載の濃縮器。
- 前記少なくとも二つの異なる長さの開口のうち、中級のスリット形状の開口の第3グループは、前記より長いスリット形状の開口の第1グループ及び前記より短いスリット形状の開口の第2グループ夫々の間の長さを有し、前記中央に近い位置から距離をあけた位置から前記外縁に近い位置に向かって延び、前記より短いスリット形状の開口の第2グループよりも前記中央からの距離が短くなるように配置されていることを特徴とする請求項2に記載の濃縮器。
- 前記複数の加速プレート出口開口及び前記複数の減速プレート入口開口各々の前記第1グループは、互いに90度の角度で配置されたスリット形状の4つの開口を有し、前記第3グループは、互いに90度、且つ前記第1グループの隣接するスリット形状の開口と45度の角度で配置されたスリット形状の4つの開口を有し、前記第2グループは、互いに45度、且つ前記第1及び第3グループの隣接する開口と22.5度の角度で配置されたスリット形状の8つの開口を有することを特徴とする請求項3に記載の濃縮器。
- 前記加速プレート及び前記減速プレートが互いに並行に並べられ、且つ互いにギャップによって間があくように、前記加速プレート及び前記減速プレートのお互いの半径方向及び円周方向のアライメントのために、前記減速プレートにおける隆起したロケータ及び前記加速プレートにおける対応する凹凸のある容器、或いは、前記加速プレートにおける隆起したロケータ及び前記減速プレートにおける対応する凹凸のある容器の一方を有するコネクタを更に備え、前記アライメントは、前記複数の加速プレート出口開口が前記複数の減速プレート入力開口と実質的にそろうように、円周方向における角度配向を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の濃縮器。
- 前記隆起したロケータ及び前記対応する凹凸のある容器は十字形状であることを特徴とする請求項5に記載の濃縮器。
- 前記複数の加速プレート出口開口は、0.4−1.6mm幅であり、前記複数の減速プレート入力開口は、0.6−2mm幅であり、前記複数の加速チャンネルの長さは10−25cmであり、前記加速プレートの前記基部表面及び前記減速プレートの前記基部表面間のギャップは0.8−2cmであることを特徴とする請求項1に記載の濃縮器。
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