JP4530548B2 - 効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器およびエーロゾルを生成しかつ所望の位置に給送する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
［発明の背景］
発明の分野
本発明は、電気流体力学（ＥＨＤ）噴霧器でのエーロゾル噴霧の給送を改良する装置と方法とに関する。
【０００２】
（関連出願）
本出願は１９９９年４月２３日に出願された米国仮出願番号第６０／１３０，８７３号からの優先権を主張するものである。
【０００３】
背景技術
エーロゾルを生成するために電気流体力学（ＥＨＤ）噴霧器を使用することが知られている。標準的なＥＨＤ装置では、エーロゾル化されるべき流体を流体給送手段（fluid delivery means）が高電位に維持されたノズルへ給送する。ＥＨＤ装置で使用される１つの種類のノズルは、導電性の毛細管である。毛細管に電位が印加され、これが流体内容物を帯電させて、流体が毛細管のチップもしくは端部から流出する際に、いわゆるテーラー・コーンが形成されるようにする。このような円錐形状は、流体上の電荷の力と流体自体の表面張力との平衡の結果生ずるものである。
【０００４】
望ましいことは、流体上の電荷が表面張力に打ち勝ち、テーラー・コーンの先端で、流体の細い噴流が形成され、その後に続いて、その先端を越えた短距離だけ急激にエーロゾルへと分離されることである。研究の結果、このエーロゾル（ソフト・クラウドと記載される場合も多い）は小滴が極めて均一であり、かつ高速度で先端から離れるが、先端を越えた短距離だけ急速に極めて遅い速度に減速することが判明している。
【０００５】
ＥＨＤ噴霧器はノズル・チップにて帯電した小滴を生成する。用途に応じて、これらの帯電小滴を（噴霧器装置内の基準電極もしくは放電極で）中性化してもよく、しなくてもよい。基準電極もしくは放電極を利用しないＥＨＤ噴霧器の標準的な用途は、ペイント噴霧器または殺虫剤噴霧器であろう。エーロゾルは塗布される表面に誘引され、かつ密着することになるので、このような種類の噴霧器では帯電した小滴が好適であろう。しかし、治療のためのエーロゾルを給送するために使用されるＥＨＤ装置の場合、特定の治療用の製剤が最も有効である肺の部位に、エーロゾルが到達できるように、ユーザが吸入する前にエーロゾルを電気的に完全に中性化することが好適である。その他の薬剤給送の用途では、ある種の特殊な治療を行うためにエーロゾル上に僅かな残留電荷を必要とする場合がある。
【０００６】
ＥＨＤ装置の動作中、帯電したエーロゾルは極めて低速度でノズル・チップから離れ、何らかの別の力が加わらないと噴霧チップの周囲の領域に累積することがある。このことは、エーロゾル上の空間電荷が電界を乱してそれ以上のエーロゾル化を阻害するので望ましくない。
【０００７】
別の問題点として、チップから流体がノズルの外側にウイッキング(wick up)し、累積かつ／またはチップへと逆流して、そこでテーラー・コーンを破壊することがある。テーラー・コーンのこのような破壊、およびその他の種類の破壊の結果、エーロゾル小滴の粒径および粒径分布の大幅な変動を生ずることがあり、これは肺への薬剤の給送には特に不都合である。ノズルの向きを垂直にすることで毛細管および関連する流体給送手段に流体が蓄積し、またはそれらの外側にウイッキングすることに関連する問題点は軽減されるものの、それは問題点を解決するものではない。
【０００８】
患者に薬剤を投与する場合、ＥＨＤ装置の向きに関するこのような制約の結果、エーロゾルがノズルと同軸で給送される場合、患者は頭部を後ろ向きに傾けたり、仰向けになったりしなければならない。あるいは、ＥＨＤ装置はエーロゾルをノズルと同軸に垂直に給送することができ、また、エルボー手段を使用して、エーロゾルをより水平に給送するようにエローゾルの流動方向を変更することができる。エーロゾルの方向をこのように変更すると、エーロゾルの量がかなり損失する場合が多い。量的な損失は、流体が患者に到達せずに、特にエルボーの近傍で給送装置の壁に当たり、そこに堆積する(deposit)ことによる。
【０００９】
したがって、破壊を防止するためにテーラー・コーンを安定化でき、かつ噴霧チップの近傍領域からエーロゾルを押し流し、かつより効率的に装置の吐出口に給送できるＥＨＤエーロゾル噴霧器が必要とされている。中でも特に必要とされているのは、装置の物質移動を効率よくすることができ（improve the mass transfer efficiency of the device）、かつエーロゾル小滴の分布を改善することができるＥＨＤエーロゾル噴霧器ーである。
【００１０】
［発明の概要］
本発明の必要性と目的に従って、本発明は（エーロゾル小滴の粒径分布が狭いことに起因する）破壊を防止するためにテーラー・コーンが安定化され、かつエーロゾルが噴霧チップの近傍領域から押し流され、より効率よく装置の吐出口に給送されるＥＨＤエーロゾル噴霧器である。
【００１１】
ＥＨＤエーロゾル噴霧器は一般に、エーロゾル化可能な流体が噴霧チップの近傍で噴霧ノズルから吐出し、テーラー・コーンを形成し、かつＥＨＤ噴霧によってエーロゾル化される少なくとも１つの噴霧チップと、さらなるエーロゾル化を促進するために、噴霧チップを通過してガスを誘導して、噴霧チップの下流側のエーロゾルを噴霧チップから離れるように押し流す、ガス流デフレクタとを有する噴霧ノズルを含んでいる。好適にはガス流はテーラー・コーンの近傍での乱流を軽減するために、（標準的にはエーロゾル速度よりも僅かに速い速度の）層流である。標準的には、ガス・デフレクタはガスを噴霧ノズルの少なくとも一部に沿って、また噴霧チップを通過して噴霧ノズルをほぼ完全に囲むように誘導するような構成のものである。標準的には、テーラー・コーンは噴霧チップから好適な方向に離れた細長い形状であり、またガス流デフレクタはガスをテーラー・コーンの好適な方向とほぼ平行に噴霧チップを通過して誘導する。標準的には、噴霧ノズルは細長く、またテーラー・コーンはノズルと平行に噴霧チップから離れて延びており、従ってガス流は噴霧チップおよびテーラー・コーンを通過して移動する際に噴霧ノズルとほぼ平行である。ＥＨＤ噴霧器はさらに、エーロゾル小滴の電荷を中性化し、かつエーロゾルを移動させるとともに噴霧チップを通過して誘導されるガス流を生成するためにコロナ風を生成するための放電極を含んでいてもよい。より大量の流体を給送するために、標準的には複数個の噴霧チップが使用される。
【００１２】
本発明はさらに、噴霧チップの近傍で流体が噴霧ノズルから吐出し、テーラー・コーンを形成し、かつ電気流体力学式噴霧によってエーロゾル化される少なくとも１つの前記噴霧チップを有しており、エーロゾル化されるべき流体源と流体連通している前記噴霧ノズルと、ガス流を少なくとも２つの部分に分離し、噴霧チップを通過してガスの第１の部分を誘導して、該噴霧チップから下流側のエーロゾルの少なくとも一部を押し流し、さらにガスの第２の部分を噴霧チップから離すが、その後はガスの第１の部分と、噴霧チップの下流側のエーロゾルと接触するように誘導するためのガス流デフレクタとを備えている、効率がよい物質移動電気流体式エーロゾル噴霧器を含んでいる。
【００１３】
噴霧ノズルは標準的には、噴霧チップの近傍で流体が噴霧ノズルから吐出し、噴霧チップから好適な方向に離れた細長いテーラー・コーンを形成し、かつ電気流体力学式噴霧によってエーロゾル化される少なくとも１つの噴霧チップを有しており、ガス流デフレクタはさらに、ガスの第１の部分を、テーラー・コーンの好適な方向とほぼ平行に噴霧チップを通過して誘導する。好ましくは、ガス流デフレクタは、ガスの第１の部分を、噴霧ノズルをほぼ完全に囲むように誘導し、かつガスの第２の部分を、ガスの第１の部分、および噴霧チップの下流側のエーロゾルをほぼ完全に囲むように誘導する。一般に、付加的な量のエーロゾルを生成するために、複数個の噴霧ノズルと噴霧チップが使用される。
【００１４】
場合によっては、ガス流デフレクタが噴霧チップを囲んでおり、かつガス速度が吸込端でよりも吐出端での方が遅いように設計することが望ましい。これは、吸込端の近傍でのガス流デフレクタの断面積が、吐出端の近傍での断面積よりも小さいようにすることで達成できる。場合によってはさらに、第１部分の容積および／または流量が第２部分の容積および／または流量よりも少ないことが望ましい。誘導される気流を供給するためにコロナ風を利用した特に有用なＥＨＤ噴霧器は、噴霧チップの近傍で流体が噴霧ノズルから吐出し、テーラー・コーンを形成し、かつ選択されたエーロゾル噴霧方向と平行である経路に沿って電気流体力学式（ＥＨＤ）噴霧によってエーロゾル化される少なくとも１つの噴霧チップを有しており、かつ流体源と流体連通している噴霧ノズルと、放電極上のイオン化位置の近傍でイオンを生成し、かつイオン化位置から所望の経路に沿ってコロナ風を生成し、かつ、該コロナ風によってガス流が噴霧チップを通過するように配向され、かつエーロゾルの少なくとも一部を噴霧チップから離れて押し流す、放電極と、噴霧ノズルと放電極との間に位置する基準電極と、噴霧ノズルを基準電極の電位に対して負の電位に維持する第１の電圧源と、放電極を基準電極の電位に対して正の電位に維持する第２の電圧源と、を備えている。好適な噴霧器は標準的には、所望の経路が、選択されたエーロゾル噴霧方向に対して９０°未満の角度をなすように配向されている放電極を有している。この装置はさらに、放電極が第１の基準電極と第２の基準電極との間に位置するように配置された第２の基準電極と、噴霧ノズルが第１の基準電極と第３の基準電極との間に位置するように配置された第３の基準電極とを備えている。基準電極は、標準的には噴霧ノズルに対して正であり放電極に対して負である電位にある。
【００１５】
本発明はさらに、電気流体力学式噴霧によって噴霧チップからの流体をエーロゾル化するステップ、ガスを少なくとも２つの部分に分離するステップ、ガスの第１の部分を、噴霧チップを通過して誘導して、下流側のエーロゾルの少なくとも一部を噴霧チップから押し流すステップ、ガスの第２の部分を噴霧チップから離れるように誘導するステップ、およびガスの第２の部分を、ガスの第１の部分および噴霧チップの下流側のエーロゾルと接触させて、該エーロゾルを所望の位置へと押し流すステップを含む、エーロゾルを生成し、かつ所望の位置に給送する方法を含んでいる。この方法は標準的には、細長い噴霧ノズルの一端で噴霧チップから好適な方向に離れた細長いテーラー・コーンからの流体をエーロゾル化するステップ、およびガスの第１の部分を、テーラー・コーンの好適な方向とほぼ平行になるように噴霧チップを通過して誘導するステップを含んでいる。一般に、この方法はエーロゾルの量を増加させるために複数の噴霧位置で利用される得る。
【００１６】
この方法は好適には、ガスの第１の部分を、噴霧チップをほぼ完全に囲むように誘導するステップ、およびガスの第２の部分を、ガスの第１の部分、および噴霧チップの下流側のエーロゾルをほぼ完全に囲むように誘導して、エーロゾルが装置の表面に堆積することを防止するように、エーロゾルの周囲にガスのシースを備えるステップを含んでいる。
【００１７】
噴霧チップを通過して誘導されるガスの第１の部分の容積が、噴霧チップから離れるように誘導されるガスの第２の部分よりも小さいようにデフレクタを設計してもよい。エーロゾルのエーロゾル化と給送とを制御するために、ガスの第１の部分と第２の部分との比率を利用してもよい。ガスの第１の部分の速度を流体抵抗によって制御してもよい。下流方向で断面積が増大するデフレクタは、ガスの第１の部分の速度を減速する効果を有する。このことは、状況によってはテーラー・コーンをさらに安定させるために望ましい場合がある。この方法はエーロゾルをＥＨＤによって発生する肺給送装置で特に有用である。
【００１８】
［好適な実施の形態の説明］
ＥＨＤ噴霧では、エーロゾル化可能な流体は高い電位に維持されたノズルへ給送される。ＥＨＤ装置で使用される１つの種類のノズルは、導電性の毛細管である。毛細管に電位が印加され、これが流体内容物を帯電させて、流体が毛細管のチップもしくは端部から流出する際に、いわゆるテーラー・コーンが形成されるようにする。このような円錐形状は、流体上の電荷の力と流体自体の表面張力との平衡の結果生ずるものである。望ましいことは、流体上の電荷が表面張力に打ち勝ち、テーラー・コーンの先端で、流体の細い噴流が形成され、その後に続いて、先端を越えた短距離だけ急激にエーロゾルへ分離されることである。このエーロゾルは粒径が極めて均一であり、かつ高速度で先端から離れるが、先端を越えた短距離だけ急速に極めて遅い速度に減速する。（電気的な反発作用以外の）何らかの別の力が加わらないと、エーロゾルが噴霧チップのすぐ下流側の領域に累積することがある。このような累積によってテーラー・コーンに電気的力が戻り、かつ／またはテーラー・コーンを囲む電界が低減することがある。このような作用はテーラー・コーンの安定性を損ない、それ以上の有効なエーロゾル化を阻害することがある。特に、このような安定性の低下により、エーロゾル内の小滴の粒径が増大し、また粒径分布が広くなることがある。肺への薬剤投与のようなある用途では、粒径分布が広くなると、治療効果が大幅に低下してしまうことある。
【００１９】
ＥＨＤ噴霧中に安定性が低下する可能性がある別の現象は、噴霧ノズルでのウイッキングとして知られている現象である。流体が噴霧チップの位置でノズルからテーラー・コーンへ吐出されると、流体がノズルおよび関連する流体給送手段の外側に累積し、もしくはそこにウイッキングすることがある。流体がチップからノズルの外側に溢れると、それはもはや噴霧用には利用できず、装置の効率損を意味する。その上、毛細管の外表面上の流体が累積して、突然チップへと逆流することがあり、そこで流体がテーラー・コーンを再び破壊し、エーロゾル小滴の粒径および粒径分布を大きく変動させる結果を招くことがある。
【００２０】
ＥＨＤ装置が非効率になる別の原因は、噴霧チップから装置の吐出口までのエーロゾル経路において装置の内部構成部品上にエーロゾル小滴が堆積することである。小滴上の電荷が放電されれば小滴の堆積は軽減される。しかし、小滴経路内の装置のどの構成部品も堆積する箇所になり得る。堆積した小滴は一般に全て損失される。用途によっては、内部構成部品に衝撃が加わると、小滴が凝集してより大きな滴が形成され、これらは堆積するか、または再混入されて吐出口に送られる。いずれにせよ、滴が大きくなると、用途によってはほとんど利用できなくなる。携帯用の肺給送装置の場合は、（小滴の堆積に関する限りで）特に困難をもたらす構成部品は、垂直向きのエーロゾルの流れを装置の噴霧ノズルからユーザの口へと水平に給送される適用量へと転換することを目的とした、装置の吐出口におけるエルボー部である。
【００２１】
ＥＨＤ装置における上記の問題点は、本発明に基づいて、噴霧ノズルおよび噴霧チップの近傍にガス流を供給することによって軽減できる。このガス流を制御することによって、１）テーラー・コーンが安定すること、２）噴霧ノズルの外表面にウイックしようとする流体がこのガス流によってテーラー・コーン内に押し戻されること、３）噴霧チップの下流側にエーロゾル化された粒子を押し流すことによって、テーラー・コーンの周囲の電界もしくは空間電荷が減少、または除去されること、および４）好適な実施形態では、噴霧チップを完全に囲むガス流が、装置から吐出口へと至る流動経路に沿って、エーロゾルの周囲に防護シースを形成することができるとともに、装置の壁、および経路内の（エルボーのような）装置の内部構成部品上に小滴が堆積することを実質的に軽減して、装置を通して物質の移動量を大幅に増大せさることができることが判明した。
【００２２】
図１および図２に一実施形態を示す。この実施形態はたとえば、肺への薬剤給送（drug delivery）のために携帯用ＥＨＤ装置で使用できる。ハウジング１０は吐出口１５を含んでいる。肺への薬剤給送のために、吐出口１５は、たとえばユーザの口に直接接触するか、またはユーザの口に繋がるマスクまたはその他の介在物に接続できる。図示のように、直立したユーザに給送し易くするために、エーロゾルの方向を基本的な垂直方向からより水平な方向に変更するために、傾斜壁、もしくはエルボー１３が利用される。ハウジングは、たとえば吸入サイクル中に必要な空気を取り入れるためのオプションの空気穴１２および／または１９を含んでいてもよい。オプションの穴１９を通る空気に対するオプションの穴１２を通る空気の比率が高いほど、噴霧ノズルを通る流量が大きくなることは自明である。あるいは、エーロゾルが生成される位置の上流側の空気穴の近傍領域の装置内に、空気またはその他のガス供給源を備えることもできる。ガスの供給源はたとえば、加圧容器、ベローなどの機械的装置、またはその他の一般的な供給源が可能である。壁１３は付加的な空気の流れのための、および小滴を壁から遠ざけるためのオプションの空気穴を含んでいてもよい。
【００２３】
ＥＨＤ装置はエーロゾル化されるべき流体源へのコネクタ１８と、オプションのマニホルド１６とを含む流体給送手段を含んでいる。流体は噴霧ノズル１４に給送される。噴霧ノズル１４は電気スプレーの分野でよく知られているような、ノズルの噴霧端、すなわちチップ１７の部位にテーラー・コーン９を生成するために流体を供給するためのいずれの手段でもよい。噴霧チップの周囲に高い電界を生成するために、噴霧ノズルには電圧源が取り付けられる。図１では、噴霧ノズル上の電荷は負であるものとして示されているが、正の電荷も有効であろう。噴霧ノズル上の電荷が充分に高い場合は、流体の表面張力を超えて、エーロゾル１７が生成される。噴霧ノズルは好適には細長い筒形であり、より好適には毛細管のような円筒形である。方形、円形、またはその他の断面形状のノズルも有効であろう。
【００２４】
噴霧ノズル２４の下流側には単数または複数個の放電極２４を有するリング２２がある。中性の小滴が好ましいある用途では、小滴とは極性が反対の電荷を有する放電極によって、小滴上の電荷が、選択された程度まで放電される。好適なモードでは、小滴は負の電荷を有しており、放電極はイオン化位置の近傍でガス分子から正イオンを生成する。イオンは好適には放電極の尖った先、すなわちエッジの近傍で生成される。放電極はオプションであり、エーロゾルの放電が必要ない場合には使用されなくてもよい。ある種の用途には部分放電が必要なことがあり、この場合は、放電極の位置とその電荷とを部分放電を行うようにカスタマイズできる。
【００２５】
放電極の下流側にはオプションのリング２６と、単数または複数個のオプションの基準電極２８とがある。好適な実施形態では、放電極が正の電位にある場合は、基準電極は放電極２４の電位に対して負である電位（好適にはアース電位でよい）にある。正イオンがテーラー・コーンの周囲の電界と干渉する場合がある負の噴霧チップへと正イオンが移動することを避けることが好適である。これらの基準電極の目的は、特に装置の始動時に、正イオンが基準電極へと下流側にゆるやかに誘引されるように、バイアス（電位と近接性による）を発生することにある。始動後に、負のエーロゾル粒子は放電極の方向に下流側に移動し、正イオンが噴霧チップ１７から離れるように優先的に誘引する。
【００２６】
ガス・デフレクタ２０は噴霧ノズル１４を完全に囲む環状の円錐台部材として示されている。標準的には、これらの装置中のガスは空気であり、説明中ガスを空気と呼ぶことにする。しかし、その場合でも、本発明者らは何らかの理由で装置に誘導される場合があるその他のガスをも含めることを意図している。たとえば、反応性の流体には不活性ガスが必要な場合があろう。テーラー・コーンの周囲の流れを成形するために複数個の流動経路を（オプションで複数個のフロー・デフレクタを使用して）配設してもよい。
【００２７】
ガスまたは空気デフレクタ２０は、ガスが所望の経路に沿って移動することを補助するどのような形状でもよい。その目的は、ノズル１４と、噴霧チップ１７と、テーラー・コーン９とを通過する気流の第１の部分２１の移動を促進し、かつその後で噴霧チップの下流側で第１の部分と合流するように、気流の第２の部分８を噴霧チップから離れるように偏向させることにある。これを達成するために、ガスまたは空気デフレクタ２０は成形された壁を有していてもよい。このデフレクタはそのために複数個のノズルまたは個々のノズルのそれぞれを完全に囲むか、またはノズルの一部だけを囲むものでよい。テーラー・コーン上で乱流が発生しないように、またエーロゾル小滴の幾つかを噴霧チップの周囲領域から離れるように移動させるために噴霧チップの下流側のエーロゾルと接触させるようにするためには、気流が噴霧チップおよびテーラー・コーンを安定した状態で通過すれば充分である。帯電したエーロゾルの雲霧にはテーラー・コーンの安定性を損なう作用があり、気流は当該領域内での小滴の数を縮小させる。場合によっては、空気デフレクタ２０を除去し、ガス流を噴霧チップの近傍に誘導する際に本発明の空気デフレクタとして装置の壁、または装置のその他の構成部品を使用することもできよう。場合によっては、全ての空気流を噴霧チップを通過して移動させることが望ましいことがあり、その場合は気流の第２の部分は最小限か、またはゼロである。
【００２８】
図１に示すように、デフレクタは穴１２を通って（またはその他の供給源から）進入する気流の一部２１を噴霧チップの上まで下方に誘導し、かつ気流の他の部分８をハウジング１０の外側に沿って下方に、または少なくとも吐出口の方向に下方に誘導するが、ノズルまたは噴霧チップに沿ってではなく誘導する役割を果たす。噴霧チップを通過して誘導される気流２１の量（および気流８に対する気流２１の比率）は、気流２１の流体抵抗を変更することによってある程度まで制御することができる。これはデフレクタの長さ、壁内の空気穴の位置、および／またはたとえばデフレクタとノズル、またはノズル・マニホマド、またはハウジングとの間の流動領域の断面積を変更することによって制御される。
【００２９】
噴霧チップを通過する気流はチップの片側だけを通過してもよく、または噴霧チップの一部または全部の周囲を通過してもよい。噴霧ノズルのアレイを使用する場合は、気流は標準的には全ての噴霧ノズルの周囲の一部または全部を囲んでもよく、または個々のノズルの周囲を通過してもよい。しかし、時間および空間の双方で均一な気流が好適である。ウイッキングを防止し、またはエーロゾルのある部分を噴霧ノズルのすぐ下流の領域から離れるように移送するために、流量は充分に多くなければならないが、テーラー・コーンを破壊するほど多くてはならない。状況によっては微細で制御された乱流が有用であることもあるが、噴霧チップの周囲でわずかな渦流、または乱流を発生するようなゆるやかな層流が好適である。好適には、噴霧チップを通過する気流の速度は、噴霧チップの下流、たとえば噴霧チップから１ｃｍ下流でのエーロゾルの平均速度よりも速いことが必要である。
【００３０】
ウイッキングを防止し、かつエーロゾルの移送を補助することに加えて、エーロゾルをほぼ完全に囲む気流は、放電リング２２および放電極２４、基準リング２６および基準電極２８、および角度がついた壁／エルボー１３のような、装置のその他の内部構成部品からエーロゾルを遮断し、または緩衝する役割を果たす。エーロゾルがこれらの構成部品を通過して流れても、ガス流２１はエーロゾルを表面から明確に緩衝することによって堆積を軽減する傾向がある。その上、気流８は、エーロゾルが噴霧チップの下流側で気流２１と合流する際にエーロゾルの周囲に空気のシースを付与することもできる。気流８に対する気流２１の比率を制御することによってさらに、エーロゾルのシージング、およびその後の内部構成部品と装置の壁へのエーロゾルの堆積に作用を及ぼすことができる。
【００３１】
好適な噴霧ノズルの設計の１つを図３Ａおよび図３Ｂに示す。各噴霧ノズル３０は一端に噴霧チップ３２を有する丸管と、他端にエーロゾル化されるべき流体の供給源への接続管とを含んでいる。噴霧チップは噴霧ノズルの単なる端部でもよく、またはオプションでより良好なテーラー・コーンを促進するためのその他の設計または部材を含んでいてもよい。図３Ａおよび図３Ｂでは、噴霧ノズル内の噴霧チップの位置に仕切りプラグ３４が固定されている。この仕切りプラグ３４はコーン３６内で終端する円筒形部材であり、これはテーラー・コーンを生成するための噴霧チップの一部になる。仕切りプラグは４個のリブ３８を有するように加工され、したがって噴霧ノズル内に流体用の４つの経路を設けるために十字形の断面を有している。これはテーラー・コーンの形体を改善し、かつ流体の処理量を増大することが判明している。他の設計では各噴霧ノズルで単数または複数のテーラー・コーンが形成されるようにもできる。この装置では何れかの有用な構成の複数個のノズルを使用してもよい。
【００３２】
治療用のエーロゾルを吐出口１５と接触しているユーザに給送するために図１の装置を使用する場合は、可能な動作手順の１つは以下のとおりである。噴霧チップ１７にてテーラー・コーン９が形成されるまで、噴霧ノズル１４に負の電荷が印加され、流体は、小滴の雲霧にエアゾール化され、すなわちエーロゾル７になり、これは噴霧チップの下流側で合流される。ユーザが吸入すると、空気が装置の外壁に沿ったどこかに設けられた開口部１２に流入し、気流２１が空気デフレクタ２０を経て噴霧ノズル１４の一部を通過し、噴霧チップ１７およびテーラー・コーン９を通過して、エーロゾル雲霧と接触して流れ、雲霧が放電リング２２（ここでエーロゾルの放電が可能である）と、基準リング２６とを経て下流へと移動することを補助する。次にエーロゾルは空気穴を通って流入する空気８のシースに当たり、かつこれによって緩衝され、エルボー１３を通過して装置の壁に沿って下流側に吐出口１５およびユーザへと通過する。この場合も、２１と９における空気／ガス流は加圧ガス源のような何れかのガス供給源から供給されることが可能であろう。
【００３３】
ユーザにより吸入されない場合は、図１の装置にはテーラー・コーンを通過して噴霧ノズルの上流側から空気２１を強制的に移動させるために別の力の発生源が必要であろう。このような力はたとえば加圧ガスまたはベローから発生する力でもよく、またはその他の直接的な力の発生源からのものでもよい。ユーザによる吸入がなされ、またはなされない場合にガス流２１を発生するための他の好適な方法には、インジェクタ（エジェクタまたはエダクタとして知られていることもある）の原理を利用した誘導または吸引によるものがある。ガス流が噴霧ノズルの下流側で、これから離れるように供給されて、誘導される気流２１が噴霧チップおよびテーラー・コーンを通過するようにされる。噴霧ノズルの下流側のガス流を発生する特に有用な装置の１つは、コロナ風の原理を利用している。コロナ風はエーロゾルを放電し、エーロゾルを所望の標的へと移動させ、気流２１を噴霧ノズルを通過して誘導するために利用できる。コロナ風を生成する手段の例は図４に図示され、また１９９９年４月２３日に出願され、本明細書で参照によって援用される、「方向制御式ＥＨＤエーロゾル噴霧器」という名称の米国特許出願第６０／１３０，８９３号にも記載されている。
【００３４】
図４は流体誘導形のＥＨＤエーロゾル噴霧器の実施形態の概略図である。この実施形態では、基本噴霧器は噴霧チップ４６と中心軸４１とを有する噴霧ノズル４０と、第１の基準電極４２と、中心軸４５を有する放電極４４とを有している。ＤＣ電圧源５０が噴霧ノズル４０に電気的に接続し、これを基準電極４２に対して負の電圧に維持する。第２のＤＣ電圧源５２は放電極４４に電気的に接続し、これを基準電極４２に対して正の電圧に維持する。アース５４は基準電極４２をアース基準電圧、約０ボルトＤＣに維持する。基準電極４２は単に誘電材料からなるものでもよく、その場合は全く充電されないことが理解されよう。しかし、基準電極が導体であって荷電される場合、これは利便的にアース電位にあるが、放電極に対しては負であり、噴霧ノズルに対しては正である任意の電位にあってもよい。さらに、噴霧ノズルおよび放電極上の電荷の極性は利便的にはそれぞれ負と正であるが、しかし、電荷は互いに（また基準電極に対して）負と正であればよい。
【００３５】
この実施形態はまた、第１の基準電極４２の反対側の放電極の近傍にオプションの第２の基準電極６０と、第１の基準電極の反対側の噴霧ノズルの近傍にオプションの第３の基準電極５８とを備えている。この場合も基準電極５８は単なる誘電体でもよいが、好適には導体であり、噴霧ノズル４０に対して正である電位にあり、また基準電極６０は放電極４４に対して負である電位にある。利便的には、これらの電極は双方ともアース電位にある。基準電極５８、６０と噴霧ノズル４０とは７０と７１でそれぞれ気流経路を形成する。空気の少なくとも一部はコロナ放電によって誘導されて、噴霧チップ４６とテーラー・コーンとを経て流動経路７０と７１を下方に移動し、テーラー・コーンの安定性をもたらす。
【００３６】
噴霧ノズル４０は標準的にはＥＨＤの用途で流体の給送に使用される毛細管、またはその他の管、またはプレートまたはその他のいずれかの形状のものである。ある実施形態では、噴霧ノズル４０に使用される管は、管の端部などの簡単な噴霧チップ４６を有していてもよく、または（図３に示したような）ＥＨＤ噴霧の用途のために特別に設計されたチップを有していてもよい。これらのチップはテーラー・コーンの形成と安定性を促進するものである。本発明は複数のテーラー・コーンを生成できる単一の噴霧ノズルを含む装置と、複数個の噴霧ノズルを有する装置とを含んでいる。たとえば図４に示した装置は、１個の噴霧ノズルを表すことができ、または、複数個のスプレー電極、または紙面に対して垂直な面に平坦なスプレー電極を有する細長い装置の断面を表し得る。図４に示した放電極と基準電極は各々、同じ垂直面内の複数の電極でもよく、または細長い平坦な電極でもよいが、複数個の放電極および基準電極も本発明の範囲内にある。
【００３７】
放電極４４は標準的には鋭角の放電チップ４８またはナイフ刃、またはその他の尖った先端、またはその他の突起を有している。この分野で知られているように、このような鋭い形状はイオン化した空気分子の形成を促進するものである。あるいは、空気分子をイオン化することができるいかなるの形状のチップを使用してもよい。放電極は一般に細長く、まったく容易に確定できる中心軸４５を有している。しかし、チップ４８は細長いか否かにかかわらず、放電極上の単数または複数の位置の近傍で充分なイオン化を可能にし、かつ、予測可能かつ再現性がある方向に、上記位置からイオンが移動できるような幾何的な形状を有するものである。中心軸を容易に確定できる場合は、イオンの移動方向、および最終的にはエーロゾルの移動方向は一般に上記軸と平行である。この軸を容易に確定できない場合は、イオンとエーロゾルの上記位置からの移動方向は、放電位置に対して軸線方向であると定義される方向であると予測でき、かつ再現性がある。放電極は複数のイオン化位置であり、複数個の放電極（複数個の噴霧ノズルを有していても、有していなくても）は、本発明の範囲内にある。基準電極が放電極の近傍にある場合は、放電極からの初期のイオン流は放電極と基準電極との間の電界によって修正できる。その場合もイオンの移動は予測できるが、それは放電極の幾何的な形状によって影響されるだけではなく、明らかに何れかの近傍の電界によっても影響される。
【００３８】
放電極は噴霧ノズル４０と噴霧チップ４６に充分に近接して配置され、かつ放電極からのイオンが噴霧チップ４６の下流側のエーロゾルを遮ることができるように噴霧ノズル４０と噴霧チップ４６に対して配向される。エーロゾルが完全に分散状態になるのに充分な時間を有する地点で、遮り地点が噴霧チップから離れている場合は、エーロゾルを所望の方向に移動し、かつ気流を７０および７１で噴霧ノズルに沿って誘導するイオン雲霧の作用は低減する。したがって、放電極は好適には噴霧ノズル４０および噴霧チップ４６の充分に近傍に配置され、かつエーロゾルがかなりの程度まで分散する前に、放電極からのイオンが噴霧チップ４６の近傍でエーロゾルを遮ることができるように噴霧ノズル４０および噴霧チップ４６に対して配向される。
【００３９】
第１の基準電極４２は噴霧ノズル４０と放電極４４との間に配置される。この基準電極はワイヤ、スクリーン、プレート、管、または噴霧ノズルと放電極との間の電界を修正するその他の形状のものでよい。噴霧ノズルおよびテーラー・コーンの近傍で気流に影響を及ぼすために使用される場合、基準電極は好適にはその目的に充分な形状とサイズを有している。ある実施形態では、基準電極４２の噴霧端４３を噴霧チップ４６を放電チップ４８に接続する線ＬＯＳの近傍に、しかしこれとは交叉しないように配置してもよい。別の実施形態では、基準電極４２の噴霧端４３を線ＬＯＳとわずかに交叉するように配置してもよい。しかし、好適な実施形態では、基準電極４２は、線ＬＯＳと交叉し、また噴霧端４３は線ＬＯＳを越えるが、使用中の噴霧ノズルの下流側のエーロゾル噴霧の領域内には実質的に入らない位置に配置される。基準電極をこのような好適な位置に配することによって、噴霧ノズル４０と基準電極４２との間に発生する電界は、放電極４４と基準電極４２との間に発生する電界から実質的に分断される。このようにして、基準電極４２に対する噴霧ノズル４０の相対位置の変化、または噴霧ノズル４０と基準電極４２との間に発生する電界強度の変化によって、放電極４４と基準電極４２との間に発生する電界に影響があるにしても、それは僅かなものである。同様にして、基準電極４２に対する放電極４４の相対位置の変化、または放電極４４と基準電極４２との間に発生する電界強度の変化によって、噴霧ノズル４０と基準電極４２との間に発生する電界に影響があるにしても、それは僅かなものである。
【００４０】
しかし、基準電極の存在とその位置は放電極と共にエーロゾル給送の方向の制御に貢献するものである。基準電極がないと、帯電したエーロゾルには放電極のチップの方向に誘引される傾向が生ずるであろう。放電極のチップからの正イオンもエーロゾルおよび噴霧ノズルのチップの方向に誘引されよう。その際エーロゾルと正イオンは噴霧ノズルと放電極との間で実質的に合流するであろう。基準電極は、このような傾向を軽減するような位置に配置されているので、エーロゾルと正イオンは電極の下流側のそれぞれの中心軸の交叉点のより近傍で交叉する。多くの用途では、放電極は、エーロゾルが概して正イオンの流れの方向に、かつ所望の標的に向かって移動するような位置に配置される。肺への薬剤給送の用途では、所望の標的とは一般に、ユーザの口との間に介在する装置の吐出口であろう。
【００４１】
放電極４４と基準電極４２、５８、６０は、ガスの供給源が噴霧ノズルに沿った７０および／または７１のようなガス流経路に沿って流れることができるように、また、噴霧ノズル４０に対するそのような位置関係でＥＨＤ装置に固定される。ガス流経路７０および／または７１に沿ったこのような空気の移動は、チップ４６での極めて適切なテーラー・コーンの形成に貢献することが判明している。気流は、放電極からの正イオンがエーロゾルと衝突する位置にエローゾルを移動させることにも役立つ。経路７０および／または７１に沿った気流の少なくとも一部は放電極４４からのコロナ風によって誘導されるものと考えられる。加えて、７０および７１での気流の量を（たとえば上流側の抵抗によって）制御し、また、コロナ風の量を（たとえば電圧、または流動経路内の上流側の抵抗の制御によって）制御することによって、エーロゾルが流れる方向をある程度変更することができる。
【００４２】
好適には、基準電極４２と噴霧ノズル４０とは、たとえば噴霧チップ４６と噴霧端４３が互いの方向に角度を有しており、また噴霧チップ４６と噴霧端４３が電極の他の部分よりも互いに近接している場合のように、電界強度が噴霧チップ４６と噴霧端４３との間で最大になるような位置に配置される。噴霧ノズル４０と基準電極４２とのこのような相対位置によって、分散した流体が噴霧ノズル４０の外側で被覆したり累積したりする傾向が最小限に抑止される。これはまた、コロナ風により７０および／または７１で誘導される気流にある程度のポジティブな影響を及ぼす。（噴霧ノズルが完全に垂直であり、ノズル・チップがほぼ最低のポイントにある場合）、噴霧ノズル４０の外側へ流体が累積する傾向は、噴霧ノズル４０がエーロゾルを上方の方向に分散する場合に最も多く、噴霧ノズル４０がエーロゾルを下方の方向に分散する場合に最も少ない。流体が累積するとエーロゾルに転化される流体の量が減少する。加えて、このような流体の累積によって、テーラー・コーンが破壊したり、テーラー・コーンと干渉する可能性がある。このようなコーンの破壊、またはコーンとの干渉は、エーロゾルの小滴の粒径および小滴の粒径分布に影響を及ぼす。噴霧ノズル４０と基準電極４２とのこのような相対位置によって、さらにエーロゾルが基準電極４２上に被覆され、または累積する傾向も最小限になる。基準電極４２の表面上にエーロゾルが累積すると、ＥＨＤエーロゾル噴霧器からユーザに給送されるエーロゾルの量が減少する。基準電極５８と噴霧ノズル４０との間の電界強度も同様に噴霧チップ４６の近傍でより大きくなる。
【００４３】
噴霧チップを通過して気流を誘導するために、コロナ風の移動は、放電極の中心軸４５がノズルの中心軸４１と平行に配向され、または同じ鋭角をなしている場合のように、噴霧チップ４６から離れていると最も有利である。勿論、コロナ風はエーロゾルの方向に影響を及ぼすような何らかのやり方でエーロゾルを遮らなければならない。吸入による治療薬の給送に使用される場合は、ＥＨＤ装置をユーザの口と平行に、または口の上方に保持することも望ましい。このような必要性は、エーロゾルの方向を９０°までだけずらして、エーロゾルがユーザに対してほぼ水平に給送されるようにすることがさらに有利であることを示唆するものである。これらの必要性は双方とも、ノズルの中心軸４１と放電極の中心軸４５との間の角度５６を約０°と９０°との間に、より好適には０°と６０°との間に、維持することによって達成できる。本発明は９０°以上の角度でも動作を継続するが、エーロゾルはこれらのより大きい角度ではノズルの基本方向でコナロ風によってより大きく制約されることが理解されよう。究極的には、１８０°では、コロナ風はノズルの中心軸とほぼ平行に移動し、また潜在的にはエーロゾルをノズルに逆流させてしまうことになる。これは本発明の目的を実質的に損なうものである。エーロゾルは最も好適には、装置の放電電極によって装置の吐出口の方向に、および／または最終的には吐出口の近傍のマウスピースと接触するユーザに誘導される。
【００４４】
放電極４８は噴霧チップ４６の上流側または下流側のいずれかに配置されてもよい。前述したように、噴霧チップ４６の上流側の、これに充分に近接したこの位置で、放電極からのイオンは、エーロゾルがかなりの程度まで分散する前に、噴霧チップ４６の近傍でエーロゾルを遮ることができる。噴霧チップ４６の「上流側」という用語は、噴霧ノズルが垂直の向きにある場合、放電極のチップがノズルの中心軸４１に対して垂直に噴霧チップ４６を割って引いた（drawn through）線の上方にあるということを意味している。「下流」という用語は、放電極のチップが上記の条件で垂線の下方にあることを意味している。
【００４５】
好適には、基準電極４２と放電極４４とは、電界強度が噴霧端４３と放電チップ４８との間で最大になるような位置に配置される。放電極４４と基準電極４２のこのような相対位置によって、基準電極４２へと流れるイオン化した空気分子の量が最小限になる。このようにして、この構成によってエーロゾルを放電するために利用できるイオン化した空気分子（コロナ風）の数が最大になる。加えて、この構成によってさらに、コロナ風と、テーラー・コーンを通過して誘導される気流と共に移動するエーロゾルの量が最大になる。
【００４６】
ＤＣ電圧源５０は噴霧ノズル４０を基準電極４２に電気的に接続し、かつ噴霧ノズル４０を負の電位に維持する。ＤＣ電圧源５２は放電極４４を基準電極４２に電気的に接続し、放電極４４を正の電位に維持する。放電極の正の電位は、上記のコロナ風を生成する上で好適である。放電極４４の負の電圧はイオン流をより容易に形成するが、これらの負イオン（電子）の質量は極めて小さい。このように、エーロゾルを放電するために電子を利用することがエーロゾルの移動に及ぼす影響は比較的少ない。電圧源５０および５２は標準的には１キロボルトないし２０キロボルトの電圧を供給し、好適な電圧は３キロボルトないし６ギロボルトである。特定の流体をエーロゾル化するための最良の電圧は、流体の特性、特に導電率／抵抗率、粘性、表面張力、および流量によって左右される。加えて、噴霧ノズル４０、基準電極４２、および放電極４４の相対位置は、標準的には噴霧ノズル４０および放電極４４に印加される最良の電圧（単数または複数の値）にある程度の影響を及ぼす。さらに、ノズル・チップ４６の種類とエーロゾルの小滴の粒径も特定の用途で使用される理想的な電圧に影響を及ぼす。ＥＨＤ噴霧器の設計と利用の分野の当業者は、特定の流体と装置の幾何的な形状のために使用される標準的な電圧に習熟していよう。ある実施形態では、噴霧ノズル４０と基準電極４２との間、または基準電極４２と放電極４４との間のアーキング（arching）を防止するために、電圧源５０および／または５２と直列の抵抗を付与することが必要になることもある。
【００４７】
図５はエーロゾル化されるべき流体源（およびオプションの制御システム）がＥＨＤ装置とは離れている医療上の設定で薬剤を肺に給送するための、本発明の別の実施形態の概略図である。ＥＨＤ噴霧器は流体の供給源から離れた装置８０内に収容されている。流体は給送管８１で噴霧ノズル８８に誘導される。たとえば吸入サイクルに空気路８２を経て、補助空気９８を順次追加することができる。装置８０は患者用のマウスピースまたはフェイスマスクに繋がっていてもよい吐出管８４を介して患者とインターフェースしている。装置８０はさらに放電極９０と基準電極９１および９２とを含んでいる。放電極と噴霧ノズルとの間には前述したように高電界が維持されている。基準電極９１にはさらに噴霧ノズルの電位と放電極の電位との中間の電位が印加される。好適には、前述した理由から放電極は正の電位にあり、また噴霧ノズルは負の電位にある。好適には、双方の基準電極９１と９２は便宜上アース電位にある。複数個の噴霧ノズル、放電極および基準電極も本実施形態の範囲内にある。
【００４８】
流れを直進させるプレート８６が電極の上流側でＥＨＤ装置に固定されている。流れを直進させるプレートには、ガスが放電極を通過し、かつ噴霧ノズル８８、噴霧チップ８９、およびテーラー・コーンを通過して、噴霧ノズルの吐出端の経路１０２および１０４に沿って通過するための穴９４および９６が穿設されている。１０２および１０４でのこのような気流は噴霧チップ８９でのテーラー・コーンを安定化し、かつエーロゾルを噴霧チップ（単数または複数）から移送することを補助する。噴霧ノズルの近傍の穴９６は好適には、より大量の気流が噴霧チップ８９を通過して流れるように、噴霧ノズルから離れた穴９４よりも大きい。噴霧チップを通過する流れの位置と速度をカスタマイズするために、穴のサイズは変更可能である。
【００４９】
放電極９０からのコロナ風１００は、特に患者が吸入しない場合に、噴霧チップを通過して流れ１０２と１０４を誘導する補助にもなる。患者に強力な吸入力がある場合は、補助空気９８は流れを直進させる装置を経て、噴霧チップを通過して誘導される。患者の吸入力に限界がある場合、または患者の吸入力に関わりない投与量が必要である場合は、コロナ風が、気流１０２および１０４に噴霧チップを通過して誘導する力を与える。
【００５０】
図６はテーラー・コーンを通過する流れをカスタマイズするための複数個のフロー・デフレクタの使用例を示している。噴霧ノズル１２０はエーロゾル化されるべき流体の供給源と連通している。前述のように、テーラー・コーン１２５は噴霧チップ１２１の部位で噴霧ノズルの端部に形成される。第１のデフレクタ１２２（噴霧ノズル１２０を完全に囲んでいてもよい）は、流れ１２６および１２８を噴霧ノズル１２０および噴霧チップ１２１を通過して誘導するためにガス供給源と共に利用される。第２のフロー・デフレクタ１２４（噴霧ノズル１２０および第１フロー・デフレクタ１２２とを完全に囲んでいてもよい）は、流れ１２６および１２８に対して角度をなして経路１３２および１３４に沿ってガス供給源を誘導するために利用される。角度関係があるので、流れ１３２、１３４は流れ１２６と１２８とを噴霧チップおよびテーラー・コーン１２５の方向によりいっそう向けて圧縮する傾向を有しており、テーラー・コーンをより有利に保護し、かつエーロゾルを包絡する。
【００５１】
図７は噴霧ノズルを通過する気流を極めて低速かつ少ない流量に縮減する必要がある場合に特に有用であるフロー・デフレクタの代替設計を示している。ＥＨＤエーロゾル化は図１の装置の場合と同様に行われる。流体は送出管７４を経てノズル・ブロック７２および個々のノズル７３へと給送される。流体がノズル７３のチップまたは先端から流出する際に、いわゆるテーラー・コーンが形成されるように、流体を帯電させる電位がノズルに印加される。この円錐形状は、流体上の電荷の力と、流体自体の表面張力との平衡の結果として生ずるものである。流体上の電荷が表面張力に打ち勝ち、かつテーラー・コーンの先端で、流体の微細噴霧が形成され、かつ引き続いて、また先端を短距離だけ越えてエーロゾル内へ急激に離れることが望ましい。
【００５２】
噴霧ノズル７３の下流側には単数または複数個の放電極７５と、単数または複数個の基準電極７６とを有するホルダー７７が配設されている。中性の小滴が好ましいある種の用途では、小滴上の電荷は小滴とは極性が反対の電荷を有する放電極によって、選択された程度まで放電される。好適なモードでは、小滴は負の電荷を有しており、放電極はイオン化位置の近傍でガス分子から正イオンを発生する。ある種の用途では部分放電が必要であることがあり、その場合は、部分放電が行われるように放電極の位置とその電荷をカスタマイズしてもよい。放電極７５が正の電位にある好適な実施形態では、基準電極７６は、（その電位が好適にはアース電位である）放電極の電位に対して負の電位にある。正イオンがテーラー・コーンの周囲の電界と干渉することがある負の噴霧チップに正イオンが移動することは避けることが好適である。これらの基準電極の目的は、特に装置の始動時に、正イオンが下流側の基準電極の方向に緩やかに誘引されるための（電位と近似性に起因する）バイアスを加えることにある。始動後は、負のエーロゾル粒子は放電極の方向に下流側に移動し、優先的にノズル７３から正イオンを誘引する。
【００５３】
これまで、ある種の設計ではエーロゾルはそれがノズルの噴霧チップから分断される前に放電極のための電気的な誘引力を有することで、テーラー・コーン自体が（図２に示すような）通常の下向きの外見から、その先端が実際に、１１８で示すような最も近傍の放電極の方向のより近くを向くような配向に偏倚できることを説明してきた。ノズルを通過して高速の気流が移動すると、前述の利点は、外向きのテーラー・コーン１１８への剪断作用によって低減する。気流がノズルを通過することが必要であり、このような場合は剪断が軽減されるまで、その速度を減速するべきであることが判明した。
【００５４】
このことは、本発明に基づいてフロー・デフレクタ７８をディフューザとして設定することによって達成可能である。ディフューザは、空気に流入点では断面積が小さく、ノズルの噴霧チップの近傍の下流側では断面積が大きいデフレクタである。断面積が拡大することによって、気流の速度は経路に沿って低減する。動作時には、空気は装置１０の壁の穴１２を通って流入する。ディフューザの流体抵抗に応じて、空気の部分１１２はディフューザ内に、かつノズルおよびテーラー・コーンを通過して流入する。空気のその他の部分はディフューザによって、ディフューザの外側のノズルから下方へと偏向される。たとえば、空気の部分１１４はディフューザとホルダー７７との間を流れ、また空気の第３の部分１１６は装置の壁の下方に流れることができる。勿論、付加的な空気の部分の方向は装置の下流側の設計によって左右される。図７に示した好適な実施形態では、部分１１４および／または１１６は、エーロゾルが装置を通過する先にエーロゾルの周囲に空気のシースを形成して、エーロゾルが内部構成部品（放電極７５および／または基準電極７６を含む）、または装置の壁に堆積することを防止できる。
【００５５】
この場合も、ノズルを通過する気流１１２は、他の流動経路に対する１１２での気流の相対流体抵抗によって制御することができる。たとえば、気流１１２の流体抵抗は、ディフューザの位置と長さ、ディフューザとノズル・ブロック７２との間の流れ領域の断面積、および穴１２の位置によって影響を受ける。前述したように、噴霧チップを通過する空気の速度も、ディフューザの断面積を拡大することによって影響を受ける。
【００５６】
実験例
装置の壁に堆積せずに、ＥＨＤスプレー装置を経て移送された噴霧された液体の質量比を判定するために、一連の実験が行われた。この装置は、４５°の曲がりと、噴霧ノズルの周囲の空気吸込口と、吐出口とを含むチャンバに実装されたＥＨＤ噴霧器から構成されたものであった。穴は、空気が壁を通して進入するか、または進入しないように、カバーをしたり、外したりできるように装置上に穿設された。測定結果によれば、噴霧ノズルの周囲の空気速度が噴霧チップの約１ｃｍ下流側での評価平均空気速度よりも大幅に遅い場合は、小滴のほとんどが装置の壁に堆積するので、質量移動効率は極めて低いことが示された。空気速度を噴霧チップの約１ｃｍ下流側の平均空気速度よりも速いか、これに等しい場合は、物質移動効率は、標準的には（装置を通過する流体の）８０％以上も高かった。効率は、装置の壁の穴を通って流入する空気量を変更することで変更可能であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に基づくＥＨＤ噴霧器の断面図である。
【図２】 図１に示したＥＨＤスプレー装置の噴霧ノズルとテーラー・コーンの図面である。
【図３Ａ】 本発明に基づく好適なＥＨＤ噴霧チップの断面図である。
【図３Ｂ】 図３Ａと同じ噴霧チップの端面図である。
【図４】 コロナ風を発生するための放電極を含むＥＨＤ噴霧器の重要な素子の概略図である。
【図５】 エーロゾル化される流体源がＥＨＤ装置から離れた位置にある医療上の設定で、薬剤を肺に給送するための、本発明の別の実施形態の概略図である。
【図６】 テーラー・コーンを通過する気流を形成するための複数個のフロー・デフレクタを使用した、本発明の別の実施形態の概略図である。
【図７】 テーラー・コーンを通過する気流をさらに制御するための代替のデフレクタ／ディフューザを含む、本発明に基づく装置の一部の分解断面図である。

Claims (34)

1. エーロゾル化される流体源と流体連通している噴霧ノズルであって、前記噴霧ノズルは少なくとも１つの噴霧チップを下流側端部に有し、前記噴霧チップの近傍において、流体が、前記噴霧ノズルから吐出し、テーラー・コーンを形成し、かつ電気流体力学式噴霧によってエーロゾル化される、噴霧ノズルと、
   前記噴霧チップを通過してガスを誘導し、エーロゾルの少なくとも一部を前記噴霧チップから押し流すためのガス流デフレクタと
   を備え、
   前記ガス流デフレクタは、前記ガスの少なくとも一部が前記噴霧ノズルを囲むように流れ、且つ前記噴霧ノズルに沿って、前記噴霧ノズル、前記噴霧チップ及び前記テーラー・コーンを順次通過するように、前記ガスを誘導する、効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
2. さらに、前記噴霧ノズルを負の電位に維持する第１の電圧源を備える請求項１に記載の効率がよい物質移動用電気流体式エーロゾル噴霧器。
3. 前記噴霧ノズルは、前記流体源の上流側端部で前記流体源と流体連通する細長い管であり、
   前記ガス流デフレクタは、前記噴霧ノズルの少なくとも一部に沿ってかつ前記噴霧チップを通過して、前記ガスを誘導する、請求項２に記載の効率がよい物質移動用電気流体式エーロゾル噴霧器。
4. 前記ガス流デフレクタは前記ガスを層流で誘導する、請求項３に記載の効率がよい物質移動用電気流体式エーロゾル噴霧器。
5. 前記エーロゾルはエーロゾル速度で前記噴霧チップから離れて移動し、かつ前記ガス流デフレクタは、前記噴霧チップを通過して、該噴霧チップの１ｃｍ下流では、平均エーロゾル速度よりも早いガス速度で前記ガスを誘導する、請求項２に記載の効率がよい物質移動用電気流体式エーロゾル噴霧器。
6. 前記ガス流デフレクタは、前記噴霧ノズルの少なくとも一部に沿ってかつ該噴霧ノズルをほぼ完全に囲むように前記噴霧チップを通過して、前記ガスを層流で誘導する、請求項５に記載の効率がよい物質移動用電気流体式エーロゾル噴霧器。
7. 放電極と、
   前記放電極を前記噴霧ノズルの電位に対して正の電位に維持する第２の電圧源と
   をさらに備える請求項２に記載の効率がよい物質移動用電気流体式エーロゾル噴霧器。
8. 複数の噴霧ノズルを備える請求項２記載の効率がよい物質移動用電気流体式エーロゾル噴霧器。
9. 前記ガス流デフレクタは、ガス流を少なくとも２つの部分に分離し、
   該ガスの第１の部分を、前記噴霧チップを通過して、該噴霧チップの下流側のエーロゾルの少なくとも一部を押し流すように誘導し、かつ
   前記ガスの第２の部分を、前記噴霧チップから離れて、しかしそれ以降は前記ガスの第１の部分、および前記噴霧チップの下流側の前記エーロゾルに接触するように誘導する、請求項１記載の効率がよい物質移動用電気流体式エーロゾル噴霧器。
10. 前記噴霧ノズルは、少なくとも１つの噴霧チップを有し、前記噴霧チップの近傍において、流体が、前記噴霧ノズルから吐出し、前記噴霧チップから好適な方向に離れたテーラー・コーンを形成し、かつ電気流体力学式噴霧によってエーロゾル化され、
    前記ガス流デフレクタは、前記ガスの前記第１の部分を、前記テーラー・コーンの好適な方向とほぼ平行に前記噴霧チップを通過して誘導することが可能である、請求項９に記載の効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
11. 前記ガス流デフレクタは、前記ガスの前記第１の部分を、前記噴霧ノズルをほぼ完全に囲むように、誘導する、請求項９に記載の効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
12. 前記ガス流デフレクタは、前記ガスの前記第２の部分を、前記ガスの前記第１の部分および前記噴霧チップの下流側の前記エーロゾルを、ほぼ完全に囲むように誘導する、請求項１１に記載の効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
13. 複数の噴霧ノズルと、複数の噴霧チップとを有すると共に、
    前記ガス流デフレクタは、
    前記ガスの前記第１の部分を、前記複数の噴霧チップをほぼ完全に囲むように、誘導することが可能であり、
    前記ガスの前記第２の部分を、前記ガスの前記第１の部分および前記噴霧チップの下流側の前記エーロゾルを、ほぼ完全に囲むように誘導することが可能である、請求項９に記載の効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
14. 前記ガス流デフレクタは、前記噴霧チップを囲み、かつ吸込端と吐出端とを有すると共に、
    前記ガス流デフレクタは、前記ガス速度が、前記吐出端の近傍では、前記吸込端の近傍でよりも、遅いように設計されている、請求項９に記載の効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
15. 前記ガス流デフレクタの断面積は、前記吸込端の近傍では、前記吐出端の近傍でよりも、小さい、請求項１４に記載の効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
16. 前記ガス流デフレクタの流体抵抗は、前記ガスの前記第１の部分では、前記ガスの前記第２の部分でよりも、小さい、請求項９に記載の効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
17. 空気をハウジングへ吸入するための空気穴と、ユーザと連通しており、前記空気及び前記エーロゾルを前記ユーザに給送するための吐出口とを含むハウジング手段をさらに有し、
    前記ガス流デフレクタは、
    前記空気穴からの前記空気を、少なくとも２つの部分に分離し、
    前記空気の第１の部分を、前記噴霧ノズルを通過して誘導して、下流側の前記エーロゾルの少なくとも一部を前記噴霧ノズルから押し流し、かつ、
    前記空気の第２の部分を、前記噴霧ノズルから離れて、かつ前記噴霧ノズルの下流側の前記空気の前記第１の部分および前記エーロゾルと接触するように誘導する、
    請求項１に記載の効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
18. 前記ガス流デフレクタは、ガスの第１の部分を、前記噴霧チップをほぼ完全に囲むように誘導する、請求項１７に記載の効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
19. 前記ガス流デフレクタは、ガスの第２の部分を、該ガスの前記第１の部分および前記噴霧チップの下流側の前記エーロゾルをほぼ完全に囲むように誘導する、請求項１８に記載の効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
20. 複数の噴霧ノズルを有し、
    前記ガス流デフレクタは、
    前記ガスの前記第１の部分を、前記複数の噴霧ノズルをほぼ完全に囲むように誘導することが可能であり、
    前記ガスの前記第２の部分を前記ガスの前記第１の部分、および前記噴霧チップの下流側の前記エーロゾルをほぼ完全に囲むように誘導することが可能である、
    請求項１７に記載の効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
21. 放電極であって、該放電極上のイオン化位置の近傍でイオンを生成し、かつ前記イオン化位置から所望の経路に沿ってコロナ風を生成し、かつ、該コロナ風によってガス流が前記噴霧チップを通過するように配向され、かつ前記エーロゾルの少なくとも一部を前記噴霧チップから離れて押し流す、放電極と、
    前記噴霧ノズルと前記放電極との間に位置する基準電極と、
    前記噴霧ノズルを、前記基準電極の電位に対して負の電位に、維持するための第１の電圧源と、
    前記放電極を、前記基準電極の電位に対して正の電位に、維持するための第２の電圧源と
    を備える、請求項１に記載の効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
22. 前記放電極は、所望の経路が、前記選択されたエーロゾル噴霧方向に対して９０°未満の角度をなすように、配向されている、請求項２１に記載の効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
23. 第２の基準電極をさらに有し、
    前記放電極が前記第１の基準電極と前記第２の基準電極との間に位置するように配置され
    前記第２の基準電極は、前記噴霧ノズルに対して正となり前記放電極に対して負となる電位にある、請求項２１に記載の効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
24. 第３の基準電極をさらに有し、
    前記噴霧ノズルが前記第１の基準電極と前記第３の基準電極との間に位置するように配置され、
    前記第３の基準電極は、前記噴霧ノズルに対して正となり前記放電極に対して負となる電位にある、請求項２１に記載の効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
25. 放電極であって、該放電極の近傍の空気分子から正のイオン流を生成可能である放電極と、
    前記噴霧ノズルと前記放電極との間に位置する基準電極と
    を備え、
    前記噴霧ノズル、前記放電極、および前記基準電極は、
    前記正のイオン流が前記噴霧ノズルからの前記エーロゾルを遮り、かつ
    気流を、前記噴霧チップと前記テーラー・コーンとを通過して、誘導できるような位置に配置されており、
    さらに、前記噴霧ノズルを前記基準電極の電位に対して負の電位に維持する第１の電圧源と、
    前記放電極を前記基準電極の電位に対して正の電位に維持する第２の電圧源と
    を備える請求項１に記載の効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
26. 前記噴霧ノズルは、選択されたエーロゾル噴霧方向と平行な経路にほぼ沿って前記エーロゾルを分配する位置に配置され、
    前記放電極は、前記正のイオン流が約０°ないし９０°の角度で前記エーロゾル噴霧方向を遮ることがきるような位置に配置されている、請求項２５に記載の効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
27. 前記噴霧ノズルを通過して第１の流動経路でガスを誘導するための第１のガス流デフレクタと、
    ガスを前記第１の流動経路に対して角度をもって、かつ前記第１の流動経路を遮るように第２の流動経路へと誘導し、かつ前記テーラー・コーンにより接近し、かつ前記テーラー・コーンを通過するように、前記第１の流動経路内の前記ガスを移動させる第２のガス流デフレクタと、
    前記噴霧ノズルを負の電位に維持するための第１の電圧源と
    をさらに備える請求項１に記載の効率がよい物質移動用電気流体力学式エーロゾル噴霧器。
28. エーロゾルを生成しかつ所望の位置に給送する方法であって、
    エーロゾル化される流体を吐出する噴霧ノズルの下流側端部に設けられた噴霧チップの近傍でテーラー・コーンを形成するステップと、
    電気流体力学式噴霧によって、前記噴霧チップからの前記流体をエーロゾル化するステップと、
    ガス流デフレクタによってガスを少なくとも２つの部分に分離するステップと、
    前記ガスの前記第１の部分を、前記噴霧チップを通過して誘導するステップであって、前記ガスの前記第１の部分は、前記噴霧ノズルを囲むように流れ、且つ前記噴霧ノズルに沿って前記噴霧ノズル、前記噴霧チップ及び前記テーラー・コーンを順次通過するように誘導され、それにより、下流側の前記エーロゾルの少なくとも一部を前記噴霧チップから押し流すステップと、
    前記ガスの前記第２の部分を前記噴霧チップから離れるように誘導するステップと、
    前記ガスの前記第２の部分を前記ガスの前記第１の部分および前記噴霧チップの下流側の前記エーロゾルと接触させ、かつ該エーロゾルを所望の位置へ押し流すステップと
    を含む、エーロゾルを生成しかつ所望の位置に給送する方法。
29. 細長い噴霧ノズルの一端で前記噴霧チップから好適な方向に離れた細長いテーラー・コーンからの前記流体をエーロゾル化するステップと、
    前記ガスの前記第１の部分を、前記噴霧チップを通過して前記テーラー・コーンの前記好適な方向とほぼ平行に誘導するステップと
    をさらに含む、請求項２８に記載の、エーロゾルを生成しかつ所望の位置に給送する方法。
30. 前記ガス流デフレクタは、前記ガスの前記第２の部分を、前記ガスの前記第１の部分および前記噴霧チップの下流側の前記エーロゾルをほぼ完全に囲むように誘導する、請求項２８に記載の、エーロゾルを生成しかつ所望の位置に給送する方法。
31. 電気流体力学式噴霧によって、複数の噴霧チップからの前記流体をエーロゾル化するステップと、
    前記ガスの前記第１の部分を、前記複数の噴霧ノズルをほぼ完全に囲むように誘導するステップと、
    前記ガスの前記第２の部分を、前記ガスの前記第１の部分および前記噴霧チップの下流側の前記エーロゾルをほぼ完全に囲むように誘導するステップと
    をさらに含む、請求項２８に記載の、エーロゾルを生成しかつ所望の位置に給送する方法。
32. 前記ガスの前記第１の部分を、漸減速度で前記噴霧チップを通過して誘導して、下流側の前記エーロゾルの少なくとも一部を前記噴霧チップから押し流すステップを含む、請求項２８に記載の、エーロゾルを生成しかつ所望の位置に給送する方法。
33. 前記ガスの前記第１の部分は前記ガスの前記第２の部分よりも小さい、請求項２８に記載の、エーロゾルを生成しかつ所望の位置に給送する方法。
34. 前記ガスは空気である、請求項２８に記載の、エーロゾルを生成しかつ所望の位置に給送する方法。

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