JP2017501017A - 無菌工程用超音波噴霧装置 - Google Patents

Abstract

超音波振動で噴射材を噴霧する装置が提供される。超音波振動発生部の周辺温度を冷却して、超音波振動発生部が高温に露出する環境でも、超音波振動発生部の温度を一定に維持することができる超音波噴霧装置を提供する。超音波噴霧装置は、超音波を発生し、噴射材を霧化させる超音波振動発生部と、超音波振動発生部の中心を貫通する中心軸に沿って噴射材が移動する噴射流路を含み、噴射流路の一側端から噴射材の供給を受け、噴射流路の他側端には噴射材を噴射するノズルチップを含むノズル部と、超音波振動発生部を囲み、内部に複数の熱交換室を有するハウジングと、超音波振動発生部を囲み、複数の熱交換室を区分する分離壁を含み、超音波振動発生部から発生した熱を冷却する熱交換部とを含み、複数の熱交換室は、ハウジングの内部で超音波振動発生部の周辺に位置し、発熱空間を含む発熱室と、発熱室を囲み、発熱室と接する熱交換部を挟んで隔離して冷却空間を含む冷却室とを含む。

Description

超音波振動で噴射材を噴霧する装置が提供される。

患者の治療を目的として使用される医薬品は、安全性を確保するために清浄な環境下で生産されなければならない。特に、注射剤は、製品が微生物などに汚染した場合、人体に致命的な副作用を発生させ得る。従って、注射剤は、生産の全ての工程が無菌状態で行われる必要がある。注射剤を生産する時に無菌状態を維持するために、製品と接触可能性のある全ての機械装置には、滅菌工程が先行される必要がある。そして、注射剤の生産工程は、無菌状態が維持されなければならない。このような制約された工程で一般に使用される滅菌方法としては、高温乾熱滅菌法、高圧蒸気滅菌法などがある。

徐放性微粒球注射剤は、一般に噴霧乾燥方法、Ｏ／Ｗエマルション法、Ｗ／Ｏ／Ｗエマルション法、相分離法などの工程を通じて活性物質を含有する生分解性高分子微粒球剤形で製造される。

徐放性微粒球注射剤は、噴霧乾燥方法で生産される時、超音波噴霧装置を利用して活性物質と生分解性高分子を含む溶液、エマルション、懸濁液などを乾燥機内部に微細な液滴で噴霧させることができる。

超音波噴霧装置は、電気エネルギーを通じて噴射材に周波数と出力を有する超音波振動を加えて振動エネルギーに変化させて噴霧する装置である。超音波を使用して噴射材を噴霧する場合、均一な粒径と細粒化に優れ、静粛な噴霧化が可能であるという長所がある。超音波噴霧装置は、エネルギー節約と公害防止だけでなく、流速の低いところと供給流量の少ないところでも利用可能である。超音波噴霧装置は、徐放性微粒球製造工程の他にも、半導体製造工程、燃料燃焼などの様々な産業分野に応用することができる。

しかし、超音波噴霧装置は、超音波素子が高温に露出する場合、超音波振動発生部にも影響を及ぼし、劣化現象が起こり得る。従って、超音波振動発生部の温度を一定に維持することが重要である。このような特性により、従来の超音波噴霧装置は、高圧蒸気滅菌器内で滅菌後、滅菌された噴霧乾燥機に装着した後、噴霧乾燥工程を実施した。しかし、それぞれの装置を別途滅菌した後、超音波噴霧装置を噴霧乾燥機に装着する作業により、滅菌された噴霧乾燥機と超音波噴霧装置が再汚染する結果をもたらすことがある。このような問題点を解決するために、超音波噴霧装置が噴霧乾燥機に装着された状態で、噴霧乾燥機を高温乾熱滅菌する場合に超音波素子を保護することができる方案が必要である。

超音波振動発生部の周辺温度を冷却して、超音波振動発生部が高温に露出する環境でも、超音波振動発生部の温度を一定に維持することができる超音波噴霧装置を提供する。

超音波噴霧装置は、超音波を発生し、噴射材を霧化させる超音波振動発生部と、超音波振動発生部の中心を貫通する中心軸に沿って噴射材が移動する噴射流路を含み、噴射流路の一側端から噴射材の供給を受け、噴射流路の他側端には噴射材を噴射するノズルチップを含むノズル部と、超音波振動発生部を囲み、内部に複数の熱交換室を有するハウジングと、超音波振動発生部を囲み、複数の熱交換室を区分する分離壁を含み、超音波振動発生部から発生した熱を冷却する熱交換部とを含み、複数の熱交換室は、ハウジングの内部で超音波振動発生部の周辺に位置し、発熱空間を含む発熱室と、発熱室を囲み、発熱室と接する熱交換部を挟んで隔離して冷却空間を含む冷却室とを含む。

ハウジングにおいて、下側中心部の高さは下側周辺部の高さより高く、超音波振動発生部の下部は下側中心部に位置することができる。

熱交換部は、発熱室と接する吸熱面で熱を吸収し、冷却室と接する放熱面を通じて放熱する熱電素子、そして一端がハウジング外部に露出し、他端が熱電素子と電気的に連結する熱電素子連結部を含むことができる。

冷却室において、ハウジングの上部一側に傾斜して位置し、熱電素子の放熱面に冷却空気の流入を案内する冷却空気流入部と、冷却室において、ハウジングの上部他側に傾斜して位置し、熱電素子の放熱面から冷却空気の排出を案内する冷却空気排出部とをさらに含むことができる。

超音波振動発生部と電気的に連結し、電気エネルギーを通じて入力された周波数と出力を発生する超音波発振部と、ノズル部の一側端において、ハウジング外部に露出して位置し、内部に噴射材を収容する噴射材注入部と、超音波発振部と電気的に連結する超音波発振部連結部と、ハウジングの内部温度を検出する温度センサーと電気的に連結する温度センサー連結部とをさらに含むことができる。

超音波振動発生部は、超音波発振部と電気的に連結し、超音波発振部から発生する周波数と出力を通じて超音波振動エネルギーに変換する複数の圧電素子を含み、超音波を伝達する電極を含むことができる。ノズル部は、上部から下部にいくほど幅が狭くなる形状を有することができる。

超音波振動発生部が高温に露出する環境でも、超音波振動発生部の周辺温度を一定に維持することができる効果がある。

また、超音波噴霧装置の長時間の使用にも特性の変化がなく安定した噴霧を可能にする効果がある。

本発明の実施例に係る超音波噴霧装置の斜視図である。 本発明の実施例に係る超音波噴霧装置を概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施例に係る超音波噴霧装置の冷却室で冷却空気の流れを概略的に示す図面である。

ここで使用される専門用語は、単に特定実施例を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。ここで使用される単数形態は、文句がこれと明確に反対の意味を表さない限り、複数形態も含む。明細書で使用される「含む」の意味は、特定特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分を具体化し、他の特定特性、領域、整数、段階、動作、要素、成分および／または群の存在や付加を除外するものではない。

他に定義してはいないが、ここで使用される技術用語および科学用語を含む全ての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が一般に理解する意味と同一の意味を有する。通常使用される辞典に定義された用語は、関連技術文献と現在開示された内容に符合する意味を有すると追加解釈され、定義しない限り、理想的であるか非常に公式的な意味として解釈されない。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例について本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態に具現されることができ、ここで説明する実施例に限らない。

図１は、本発明の実施例に係る超音波噴霧装置の斜視図であり、図２は、本発明の実施例に係る超音波噴霧装置１０を概略的に示す部分断面図であり、超音波振動発生部１０２、ノズル部１０６、熱交換部、そしてハウジング１００の結合関係を示したものである。図３は、本発明の実施例に係る超音波噴霧装置１０の冷却室１２４で冷却空気１２８の流れを概略的に示す図面である。

図１〜図３を参照すると、本発明の実施例に係る超音波噴霧装置１０は、超音波振動発生部１０２、ノズル部１０６、熱交換部、ハウジング１００を含む。超音波噴霧装置１０は、超音波を利用して溶液、エマルション、懸濁液などを噴霧乾燥して微細粒子の食品および医薬品を製造する噴霧乾燥工程において、超音波噴霧装置１０が２５０℃以上の高温に長時間露出しても、内部に位置する超音波振動発生部１０２を高温で保護することができる冷却システムを含む。超音波噴霧装置１０は、超音波噴霧ノズルが装着された状態で噴霧乾燥機の高温乾熱滅菌を進行しても、超音波振動発生部１０２の電子的な特性を保護することができる。

超音波振動発生部１０２は、超音波を発生し、噴射材を霧化させる超音波振動子を含む。超音波振動発生部１０２は、円筒形構造を有することができる。超音波振動発生部１０２は、超音波発振部（図示せず）と電気的に連結し、超音波発振部から発生する周波数と出力を通じて超音波振動エネルギーに変換する複数の圧電素子と超音波を伝達する電極を含む。複数の圧電素子と電極は、中空状態で積層して介在されることができる。

ノズル部１０６は、超音波振動発生部１０２の中心を貫通する中心軸に沿って噴射材が移動する噴射流路を含む。ノズル部１０６は、噴射流路の一側端から噴射材の供給を受け、噴射流路の他側端には超音波振動発生部１０２によって霧化した噴射材を対象物に噴射するノズルチップを含む。ノズル部１０６は、上部から下部にいくほど幅が狭くなる形状を有し、超音波振動発生部１０２によって振動する噴射材の振幅と出力を向上させて噴霧することができる。

熱交換部は、超音波振動発生部１０２を囲み、複数の熱交換室１２４、１２６を区分する分離壁を含み、超音波振動発生部１０２から発生する熱を冷却することができる。熱交換部は、円筒形構造を有することができる。熱交換部は、熱電素子１２０と熱電素子連結部１２２とを含む。熱電素子１２０は、熱電素子連結部１２２から電流が供給されることにより、発熱室１２６と接する吸熱面１２０ａで熱を吸収し、冷却室１２４と接する放熱面１２０ｂを通じて吸熱した熱を放熱する。熱電素子連結部１２２は、ハウジング１００の上側外部に露出して設置され、熱電素子１２０と電気的に連結する。熱電素子１２０は、ペルチェ（Ｐｅｌｔｉｅｒ）素子を使用することができる。ペルチェ素子は、ペルチェ効果による吸熱または発熱を利用したもので、本発明の実施例では、ペルチェ素子を使用して超音波振動発生部１０２の冷却を具現することができる。

ペルチェ素子は、ビスマス（Ｂｉ；ｂｉｓｍｕｔｈ）とテルル（Ｔｅ）の化合物（Ｂｉ２Ｔｅ３）等の半導体で作ったＰＮ接合を使用する。ペルチェ素子は、必要に応じて多数個を直列に連結して使用することができ、断熱材で断熱すると同時に、放熱側にはフィン（ｆｉｎ）を付着して放熱することもできる。ペルチェ素子の冷却動作を説明すると、熱伝半導体のｎ型素子に（＋）電流を流し、ｐ型素子に（−）電流を流す。すると、電子は、Ｐ型素子側からＮ型素子側に移動し、冷接点（発熱室１２６と接する吸熱面１２０ａ）で熱を吸収しながら超音波振動発生部１０２の周辺温度を下げる。冷接点で吸収した熱は、ペルチェ素子の温接点（冷却室１２４と接する放熱面１２０ｂ）側に移動し、ヒートシンク（Ｈｅａｔ Ｓｉｎｋ）および放熱ピンの周囲に熱が放出される。

上記のように、ハウジング１００内部で冷却板機能をする熱電素子１２０に電流が供給されれば、滅菌工程の進行時に、ハウジング１００の外部は高温に露出しても、ハウジング１００内部の超音波振動発生部１０２は常温を維持することができる。

熱交換室１２４、１２６は、冷却室１２４と発熱室１２６を含むことができ、冷却室１２４と発熱室１２６のそれぞれは、円筒形構造を有することができる。冷却室１２４は、発熱室１２６の周辺に形成され、熱電素子１２０を基準として隔離した状態を維持する。冷却室１２４は、発熱室１２６と接する吸熱面１２０ａで吸収した熱が放熱面１２０ｂを通じて放熱される空間であり、冷却空気が流入して排出する空間である。従って、冷却室１２４は、冷却空気の円滑な流入と排出のために、冷却空気流入部１０８と冷却空気排出部１１０をさらに含む。冷却空気流入部１０８は、冷却室１２４のハウジング１００の上部の一側に傾斜して位置し、熱電素子１２０の放熱面１２０ｂに噴霧されるように冷却空気１２８の流入を案内する。冷却空気排出部１１０は、冷却室のハウジングの上部の他側に傾斜して位置し、熱電素子の放熱面１２０ｂを冷却した冷却空気の排出を案内する。冷却空気１２８は、冷却室１２４の冷却空気流入部１０８を通じて流入し、熱電素子１２０の放熱面１２０ｂを十分に冷却させ、冷却空気排出部１１０を通じてハウジング１００の外部に排出する。

熱電素子１２０の吸熱面１２０ａにおいて、吸熱作用で、超音波振動発生部１０２で発生する熱を冷却する時に、熱電素子１２０の放熱面１２０ｂで発熱する高い熱は、冷却空気１２８で冷却される。従って、熱電素子１２０は、超音波振動発生部１０２で発生する熱を減少させるだけでなく、超音波振動発生部１０２で発生した熱がハウジング１００の外部に伝達することを防止することができる。また、熱電素子１２０とハウジング１００との間では、冷却空気１２８の冷却作用により熱電素子１２０の温度が上昇しなくなり、熱電素子１２０の冷却効率を上昇させることができる。

ハウジング１００は、ノズルチップ部分が開放した状態のノズル部１０６と超音波振動発生部１０２、そして熱交換部を囲み、内部に複数の熱交換室１２４、１２６を有する。ハウジング１００は、上部がフランジで覆われ、下部の中心部が凹状であり、内部が中空型の円筒形構造を有することができる。複数の熱交換室１２４、１２６は、冷却室１２４と発熱室１２６を含む。発熱室１２６は、ハウジング１００の中心部で超音波振動発生部１０２の周辺に形成される空間である。冷却室１２４は、ハウジング１００の中心部で超音波振動発生部１０２の長さよりさらに長く形成される。冷却室１２４の下部でノズル部１０６を囲む部分には、保護壁１０３が形成される。冷却室１２４に流入する冷却空気１２８は、熱電素子１２０の放熱面１２０ｂを囲むことにより、実質的に発熱した超音波振動発生部１０２を十分に冷却することができる。冷却室１２４は、ハウジング１００の側部で発熱室１２６と接する熱電素子１２０を挟んで中空型の形状を有し、ハウジング１００の長さ方向に伸張する。冷却室１２４には、冷却空気１２８の流入と排出を案内して冷却された温度を一定に維持することができる。

ハウジング１００は、超音波振動発生部１０２が位置する下側中心部の高さが下側周辺部の高さよりさらに高く形成され、超音波振動発生部１０２の下部が下側周辺部に囲まれるように形成される。つまり、ハウジング１００の下部形状は、超音波振動発生部１０２が位置する中心部が凹状を有する。超音波振動発生部１０２が外部に露出することを最少化することにより、周辺環境から超音波振動発生部１０２に伝達され得る温度の影響を減少させることができる。超音波振動発生部１０２がハウジング１００の内側に位置するようにハウジング１００の下部形状を凹状に形成することで、超音波振動発生部１０２の冷却効率を極大化することができる。

一方、本発明の実施例に係る超音波噴霧装置１０は、超音波発振部、噴射材注入部１０４、噴射材注入部１０４、超音波発振部連結部１１２、そして温度センサー連結部１１４をさらに含む。超音波発振部は、超音波振動発生部１０２と電気的に連結し、電気エネルギーを通じて入力された周波数と出力を発生する。噴射材注入部１０４は、ノズル部１０６の一側端でハウジング１００の外部に露出して設置され、内部に噴射材を収容する。超音波発振部連結部１１２は、超音波発振部と電気的に連結する連結部である。温度センサー連結部１１４は、ハウジング１００の内部温度を検出する温度センサーと電気的に連結する連結部である。

図１と図２を参照して、本発明の実施例に係る超音波噴霧装置１０の冷却動作を説明する。

超音波振動発生部１０２は、２００℃以上の高温に露出する場合、電子的な特性を失い、正常的な動作ができなくなる。このような超音波振動発生部１０２は、高温に接触すれば温度上昇で周波数が低くなり、静電容量が高くなることにより正常的な超音波発振が行われない。従って、超音波振動発生部１０２の周辺温度が一定に維持されなければならない。例えば、徐放性微粒球注射剤を製造する工程で無菌注射剤を生産する場合、超音波ノズルをオートクレーブ（Ａｕｔｏｃｌａｖｅ；加圧滅菌器）で滅菌した後、噴霧乾燥機に装着する。しかし、このような作業により設備汚染の危険性があるので、超音波ノズルが装着した状態で噴霧乾燥機を滅菌（乾熱滅菌）する必要がある。つまり、高温乾熱滅菌温度の２５０℃以上でも、超音波振動発生部１０２を保護することができる方案が必要である。

本発明の実施例は、高温乾熱滅菌温度以上でも超音波振動発生部１０２を保護することができる超音波噴霧装置１０を提供する。図１と図２を参照すると、冷却室１２４と発熱室１２６を具備したハウジング１００に冷却空気流入部１０８と冷却空気排出部１１０が装着され、冷却室１２４で冷却空気１２８の冷却気流を案内して発熱した超音波振動発生部１０２の冷却を維持することができる。

先ず、超音波振動発生部１０２が発熱したと仮定して、超音波噴霧装置１０の冷却動作を説明する。超音波振動発生部１０２が発熱した状態で、ハウジング１００内の冷却室１２４に具備される冷却空気流入部１０８を通じて冷却空気１２８を熱電素子１２０の放熱面１２０ｂ方向に案内する。熱電素子１２０の放熱面１２０ｂに排出される冷却空気１２８は、実質的に発熱した超音波振動発生部１０２を冷却する冷媒として使用される。冷却空気１２８は、冷却室１２４に形成された気流により冷却動作を行い、冷却空気排出部１１０からハウジング１００の外部に排出する。従って、超音波振動発生部１０２で発生する熱がハウジング１００の外部に伝達されることを防止することができ、冷却室１２４では、冷却空気１２８の冷却作用によって熱電素子１２０の放熱面１２０ｂ側の温度を冷却させることにより、熱電素子１２０の冷却性能を向上させることができる。

上記のように超音波噴霧装置１０の滅菌工程を進行させる時、冷却空気１２８を利用して冷却室１２４の内部に１０℃以下の冷たい空気を供給すれば、ハウジング１００の外部は、２００℃以上の高温に露出しても、超音波振動発生部１０２は高温に露出しないように保護可能である。本発明の実施例に係る超音波噴霧装置１０は、高温乾熱滅菌が可能であり、熱電素子１２０と冷却室１２４との組み合わせ構成によって、高温に露出する環境でも、超音波振動発生部１０２の周辺温度を一定に維持して、長時間の使用にも特性の変化がなく安定した噴霧が可能である。

以上を通じて、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付の図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能である。例えば、ハウジング１００全体を囲むことで、ハウジング１００を外部環境から保護し、超音波振動発生部１０２の周辺温度をより効率的に維持することができる補助ハウジングをさらに含んでもよい。これも、本発明の範囲に属することは当然である。

従って、以上で記述した実施例は、全ての面で例示的なものであり、限定的ではないと理解すべきである。本発明の範囲は、発明の詳細な説明よりは後述する請求の範囲によって表され、請求の範囲の意味および範囲、そしてその均等概念から導出される全ての変更または変更された形態が本発明の範囲に含まれると解釈されなければならない。

Claims (7)

1. 超音波を発生し、噴射材を霧化させる超音波振動発生部と、
   前記超音波振動発生部の中心を貫通する中心軸に沿って前記噴射材が移動する噴射流路を含み、前記噴射流路の一側端から前記噴射材の供給を受け、前記噴射流路の他側端には前記噴射材を噴射するノズルチップを含むノズル部と、
   前記超音波振動発生部を囲み、内部に複数の熱交換室を有するハウジングと、
   前記超音波振動発生部を囲み、前記複数の熱交換室を区分する分離壁を含み、前記超音波振動発生部から発生した熱を冷却する熱交換部と、
   を含み、
   前記複数の熱交換室は、
   前記ハウジングの内部で前記超音波振動発生部の周辺に位置し、発熱空間を含む発熱室と、
   前記発熱室を囲み、前記発熱室と接する前記熱交換部を挟んで隔離して冷却空間を含む冷却室と、
   を含み、
   前記熱交換部は、
   前記発熱室と接する吸熱面で熱を吸収し、前記冷却室と接する放熱面を通じて放熱する熱電素子をさらに含む超音波噴霧装置。
2. 前記ハウジングにおいて、下側中心部の高さは下側周辺部の高さより高く、前記超音波振動発生部の下部は前記下側中心部に位置する請求項１に記載の超音波噴霧装置。
3. 前記熱交換部は、
   一端が前記ハウジングの外部に露出し、他端が前記熱電素子と電気的に連結する熱電素子連結部をさらに含む請求項１に記載の超音波噴霧装置。
4. 前記冷却室において、前記ハウジングの上部一側に傾斜して位置し、前記熱電素子の放熱面に冷却空気の流入を案内する冷却空気流入部と、
   前記冷却室において、前記ハウジングの上部他側に傾斜して位置し、前記熱電素子の放熱面から冷却空気の排出を案内する冷却空気排出部と、
   をさらに含む請求項３に記載の超音波噴霧装置。
5. 前記超音波振動発生部と電気的に連結し、電気エネルギーを通じて入力された周波数と出力を発生する超音波発振部と、
   前記ノズル部の一側端において、前記ハウジングの外部に露出して位置し、内部に噴射材を収容する噴射材注入部と、
   前記超音波発振部と電気的に連結する超音波発振部連結部と、
   前記ハウジングの内部温度を検出する温度センサーと電気的に連結する温度センサー連結部と、
   をさらに含む請求項１に記載の超音波噴霧装置。
6. 前記超音波振動発生部は、
   前記超音波発振部と電気的に連結し、前記超音波発振部から発生する周波数と出力を通じて超音波振動エネルギーに変換する複数の圧電素子を含み、超音波を伝達する電極を含む請求項５に記載の超音波噴霧装置。
7. 前記ノズル部は、上部から下部にいくほど幅が狭くなる形状を有する請求項１に記載の超音波噴霧装置。

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