JP4638235B2 - 同心円状に制御された温度プロファイルの流体蒸発装置 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、一般に、装置の入口端部に向かって全て配置された電気導線と流体接続を有し、制御された温度プロファイルの毛細状通路を備えるエアゾール発生器などの流体蒸発装置に関する。

関連技術の簡単な説明
エアゾール発生装置は、米国特許第４,８１１,７３１号及び同４,６２７,４３２号に開示されたような、患者に薬物を投与するための装置を含む。開示された薬物投与用の装置では、カプセルをピンに刺し、パワーが与えられた形態で薬物を放出する。次いで、ユーザは、装置の開口部を通して放出される薬物を飲み込む。そのような装置は、パワーが与えられた形態で薬物を供給する用途には容認できるものの、流体の形態で薬物を供給には適していない。また、そのような装置は、喘息患者のように、装置を通して薬物を飲み込むのに十分な空気の流れを作り出すことが困難な人に対し、薬物を供給するには、あまり適していない。

エアゾールを発生するための他のよく知られた技術は、槽から流体を引き出し、小さなノズル開口部を通して細かいスプレーを作り出す、マニュアル操作のポンプの使用に関する。このようなエアゾール発生器の難点は、少なくとも薬物供給アプリケーションでは、ポンピングに吸入を適切に同期させるのが困難である点にある。しかしながら、さらに重要なことには、このようなエアゾール発生器は、大型のパーティクルを発生しやすく、大きなパーティクルは肺に十分に深く入り込みにくいため、吸入器としてのこれらの使用が損なわれる。

流体又は粉のパーティクルを含むエアゾールを発生するための、他の一般的な技術は、圧縮された充填ガス（compressed propellant）の使用に関する。多くの場合、材料を共に運ぶクロロフルオロカーボン（CFC）又はハイドロフロロアルカン（HFA）を含む。圧縮された充填ガスを使用することによって、薬物又は調合物を呼吸可能なエアゾールに変換する効率が悪くなる場合がある。充填ガスベースの構成によって生じるエアゾールは、肺に深く浸透することを保証するために、非常に大きいか又は非常に高速で移動するパーティクルを一般的に含む。HFAは、特に（少なくともいくつかの場合では）、短時間かつ高速の噴出でエアゾールを作り出すことができる。このような速度の速さにより、エアゾールの多くは、呼吸可能ではなく、好適な肺の深い所よりはむしろ、口腔咽頭の部位（oropharyngeal region）に堆積する。
米国特許第４,８１１,７３１号 米国特許第４,６２７,４３２号

発明の開示
本発明の例示的な実施の形態に係る流体蒸発装置は、同心円状で導電性の２つのチューブを備え、前記チューブは、前記チューブの遠位端部又は出口端部の側の遠位部分に電気的かつ物理的に接続され、前記チューブの各々は、前記チューブの近位端部又は入口端部の側に、電源に対する電気的な接続部を有する。前記同心円状のチューブのうち内側のチューブの入口端部は、流体源と流体の伝達がある。内側のチューブと外側のチューブとの間には空隙が設けられ、外側のチューブ、２つのチューブの遠位部分で外側のチューブと内側のチューブとの間のろう付けされた又は溶接された接続部、及び内側のチューブを通して電流が流れる。

本発明に係る流体蒸発装置の他の例示的な実施形態は、流体を含む槽と、前記槽と流体の伝達がある流れ通路と、を備える。本装置はまた、毛細状通路（capillary passage）の一部に含まれる流体を蒸発させるのに十分に、毛細状通路の少なくとも一部を加熱するように、槽と流体の伝達がある毛細状通路と、前記電気的な接続部に接続された電源と、を備える。

好適な実施形態の説明
本発明は、流体蒸発装置及びこの装置を用いて蒸気を発生させる方法を提供する。本装置は、医療用途における携帯用吸入器（hand-held inhaler）又は自動車内部のアプリケーション用の燃料噴射装置などに多種多様な構造及びサイズで提供されうる。同心円状の２つのチューブには、内側のチューブを通過する流体と、内側と外側のチューブの間に形成された空隙と、外側と内側のチューブを通して直列で流れる電流と、が含まれる。

チューブを通過する電流は、内側のチューブを通して流れる流体が、少なくとも部分的に蒸発するように、チューブの温度を上昇させる。蒸発した流体は、内側のチューブ（好適には、毛細管サイズの通路）の遠位端部で、内側のチューブから出て行く。ここでは、周囲の空気が、蒸発した流体と混合することができ、その結果、エアゾールを作り出す。同心円状のチューブは、全体がステンレス鋼で作られるか又は任意の他の適当な導電性材料で作られることが望ましい。また、チューブは、プラチナなどの導電性材料から形成されたヒーターを組み込んだ非導電性又は半導体性の材料で作られてもよい。

同心円状のチューブは、遠位端部側の遠位部分で共にろう付けされるか又は溶接などの他の適当な方法を用いて接続され、チューブの反対側又は近位端部側の近位部分に流体の伝達が形成されることが望ましい。チューブの近位部分の電気的な接続部は、内側チューブと外側チューブの外囲い（outer peripheries）に、銅又は金メッキが施された銅（copper or copper with gold plating）などの導電性材料から形成された電極を接合することによって形成されうる。チューブの近位端部に電極を接合する方法は、ろう付け、溶接又はその他の適当な接合方法を含んでもよい。内側のチューブはまた、内側のチューブの近位端部で流体源と流体の伝達がある。内側のチューブの遠位端部又は出口端部は、ろう付けや溶接などの適切な接合方法を用いて、外側のチューブの出口端部側の近位部分で外側のチューブに接続され、好適には、内側のチューブの出口端部が外側のチューブの遠位端部と略同一平面上にあり、外側のチューブの端部を短い距離だけ越えて延びている。

チューブの寸法は、内側のチューブを通って流れる流体の流速、内側のチューブを通って流れる流体のタイプ、そしてエアゾールを供給する場合にはチューブの出口端部で生成されるエアゾールのパーティクルの所望のサイズを含んだ、複数の所望のパラメータに基づいて選択されることが望ましい。同心円状のチューブ構成によって、外側のチューブが内側のチューブの周りに保護的なシース（protective sheath）を形成し、内側のチューブの温度に影響する可能性のある空気の流れに内側のチューブが露出することを防止することができる。外側のチューブを通る電流の通路によって発生する熱はまた、内側のチューブと外側のチューブとを分離する空隙を介した対流及び／又は放射（convection and/or radiation）によって、内側のチューブ内に生じる総熱量に寄与する。また、このような構成によって、遠位端部又は出口端部から反対側にあるこれらのチューブの近位部分で、両方のチューブに電気的な接続がなされうる。チューブの出口端部から電気的な接続部を遠ざけることによって、図示された好適な実施形態に係る流体蒸発装置は、医療装置での使用に適している。そこでは、少なくとも装置の端部が、非常に厳しい環境下で流体蒸発装置が使用される場合と同様に、出口端部を清潔に保つことが望ましい。

図１に示す本発明の好適な実施形態では、流体蒸発装置２０は、内側の流体運搬チューブ４０と、内側のチューブの少なくとも一部の周りに同心円状に配置された外側のシースチューブ３０と、を備える。外側のシースチューブ３０の遠位端部又は出口端部３０ａは、内側のチューブ４０の遠位端部４０ａに直接接続されるか又は環状接続部材３１により、ろう付け、溶接又ははんだ付けを含む接合方法によってチューブ３０、４０に接続されうる。外側のシースチューブ３０の近位端部又は入口端部３０ｂは、ガラス、ポリマー、セラミック又はその他の絶縁材料等の誘電体をその間に配置することによって、内側のチューブの入口端部４０ｂ側の近位部分にある内側のチューブ４０に接続されうる。空隙３５は、内側のチューブ４０と外側のシースチューブ３０との間で規定される。

内側のチューブと外側のチューブとの間の近位端部及び遠位端部における接続は、チューブが長手方向の中間位置に沿って、互いに接触することがないように、２つのチューブが同心円状の関係となるように維持する。内側のチューブ４０の出口端部４０ａは、外側のシースチューブ３０の端部を越えて延びてもよく、或いは、外側のシースチューブ３０の端部と同一平面にあってもよい。必要に応じて、内側のチューブ４０の遠位端部４０ａは、蒸気が存在するチューブ４０の速度を制御するように構成された構造を備えてもよい。

電源５２は、電極３２から外側のシースチューブ３０の近位端部を通る接続、及び、内側チューブ４０の近位部分に接続された第２の電極４２によって、装置を直列に通過して流れる直流電流を提供する。装置を通過する電流の方向は、電源５２に使用されるバッテリーの極性を反対にすることによって、簡単に変更することができる。電極３２、４２は、銅又は金メッキが施された銅などの導電性材料から作ることができる。電流は、電極３２、外側のシースチューブ３０及び外側のシースチューブ３０と内側のチューブ４０との間の接続を通過し、内側のチューブ４０を通過し、そして電極４２を通過して流れる。好適な実施形態では、外側のシースチューブ３０には断面領域が設けられ、その結果、外側のチューブが電極３２、外側のシースチューブ３０、部材３１、内側のチューブ４０及び電極４２により形成される電気回路の全電気抵抗の約５〜２５％を与える材料から作られる。従って、空隙３５を介した外側のチューブからの放射及び／又は対流によって、内側のチューブへの熱に寄与するだけでなく、外側のシースチューブ３０が内側のチューブの温度を低下させる可能性がある空気の流れから内側のチューブを保護すると共に、電流通路により内側のチューブ４０に沿って大部分の熱が生じる。

流体源５４から提供される流体は、近接端部４０ｂで内側のチューブに入り、内側のチューブ４０を通過し加熱されるにつれて、少なくとも部分的に蒸発する。

装置２０が薬物供給用エアゾール発生器として用いられるアプリケーションでは、流体蒸発装置２０は、筺体を備えるアセンブリ、流体保持用の槽を含む流体供給アセンブリ、内側のチューブ４０の近接端部４０ｂに槽から所定量の流体を放出する駆動アセンブリを組み合わせて用いてもよい。チューブ４０は、選択された長さの金属チューブ材料を含んでもよい。例えば、チューブ４０の長さは、０.５〜１０ｃｍ、好適には１〜４ｃｍであってもよい。溶液を含む薬物がどのように蒸発して０.５〜２.５μｍのMMADと共にエアゾールを作り出すかを示す一例としては、毎秒約５ｍｌの流速でプロピレングリコールが供給され、チューブ４０が約０.１ｍｍの内径を持つことができる。本実施形態では、内側のチューブは、約０.０５ｍｍの肉厚で長さ約１７ｃｍであってもよく、外側のシースチューブ３０は、約０.０６〜０.０７ｍｍの肉厚を持ってもよい。当業者であれば、エアゾール化された流体、患者に供給されるエアゾール化の分量及び所望のエアゾールパーティクルサイズを含むパラメータに基づいて、他の寸法も実現可能であることが分かるであろう。

本発明の他の実施形態では、混合用空気を供給して内側のチューブ４０の遠心端部４０ａから出る蒸発した薬物と混合させるエアゾール発生器２０と共に、加圧型の空気供給源が用いられてもよい。制御電子回路は、エアゾール発生器で様々な選択された機能を実行することができる。患者に制御された分量の薬物を供給するためのエアゾール発生器の詳細は、全体として本願に参照により組み込まれる、２００２年５月１０日に出願された本願と同じ出願人による米国仮出願第６０/３７９,０２５号に見い出される。

内側のチューブ４０及び外側のシースチューブ３０は、全体がステンレス鋼で作られるか又は任意の他の適当な導電性材料で作られることが望ましい。また、チューブは、例えば、プラチナなどの導電性材料で被覆されたチューブなどの電子回路を提供する耐熱性を組み込んだ非導電性又は半導体性の材料で作られてもよい。

２つの電極３２、４２間に印加される電圧は、チューブを形成する材料の抵抗値、断面積及び加熱部分の長さ等の他のパラメータに基づいて、内側のチューブ４０と同様にして外側のシースチューブ３０内に熱を発生させる。流体源５４からの流体が、内側チューブ４０を通って流れるときに、流体は加熱され、少なくとも部分的に蒸気に変わる。蒸気は、内側のチューブ４０の加熱部分を通り、出口端部４０ａから出て行く。出口端部４０ａから蒸発した流体が出て行くときに、蒸発した流体が周囲の空気中で凝縮する場合には、蒸発した流体が小さな液滴を形成し、それによってエアゾールが形成されうる。

上述の医学アプリケーションに対する好適な実施形態では、液滴サイズの空気動力学的中央粒子径（MMAD）は、０.５〜２.５個のμｍである。エアゾール発生器によって作り出されるエアゾールのMMADは、加熱された内側のチューブ４０の内径及び入力流速（input flow rate）の関数である。流体流量の増大につれて、最初にエアゾールのMMADが減少し、次に定数値に落ち着く。内側のチューブの内径が大きくなるつれて、MMADは、広範囲の流体流速に渡って増大する。エアゾールを発生させて薬物を供給する蒸発装置２０を使用するときには、エアゾールのMMADを調整し、患者に制御された分量で薬剤の製剤の供給を最適化するために、これらの２つの効果が利用される。使用される特定の流体と同様に、チューブの寸法及びチューブを通る流体の流速は、所望の結果を得るために変更されうる。

上述したものは、本発明を実行する例示的なモードであり、限定することを意図していない。当業者であれば、添付の特許請求の範囲で詳細に説明される本発明の思想と範囲を逸脱しない限り、これらに変更を加えることができることは明白であろう。

図面の簡単な説明
本発明の好適な実施形態に係る種々の形態（feature）と利点は、添付図面と併せて明細書を読むことにより当業者に明らかとなるであろう。

図１は、電源と流体源に接続された本発明に係る流体蒸発装置の例示的な実施の形態を示す図である。

Claims (6)

1. 内側のチューブと外側のチューブとを備え、
   前記内側のチューブと前記外側のチューブとは、同心円状かつ導電性で前記内側のチューブに供給された液体を蒸発するのに充分な熱を生成する電気抵抗を有する材料から作成され、
   前記内側のチューブと前記外側のチューブとは、前記内側のチューブと前記外側のチューブとの間に空隙を形成するように配置され、
   前記内側のチューブの遠位部分と前記外側のチューブの遠位部分とは互いに電気的かつ物理的に接続され、
   前記内側のチューブの近位部分と前記外側のチューブの近位部分とは、電源に接続されるよう構成された電気的な接続部をそれぞれ有し、
   前記内側のチューブの近位端部は、液体源から前記液体を受け入れるように構成される、
   ことを特徴とする流体蒸発装置。
2. 前記内側のチューブと前記外側のチューブとは、互いにろう付けされるか又は前記内側のチューブの前記遠位部分と前記外側のチューブの前記遠位部分で環状接続部材にろう付けされ、
   前記内側のチューブは、前記外側のチューブの前記遠位端部を越えて突き出しており、
   前記電気的な接続部は、前記内側のチューブの前記近位部分及び前記外側のチューブの前記近位部分にろう付けされている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の流体蒸発装置。
3. 前記内側のチューブは、約０．０１０１６ｃｍ（０.００４インチ）から０．６３５ｃｍ（０.２５インチ）までの範囲の内径を有し、
   前記内側のチューブの肉厚が約０．００２５４ｃｍ（０.００１インチ）から０．０１２７ｃｍ（０.００５インチ）までの範囲にあり、
   前記外側のチューブは、約０．０３５５６ｃｍ（０.０１４インチ）から１．２７ｃｍ（０.５００インチ）までの範囲の内径を有し、
   前記外側のチューブの肉厚が約０．００５０８ｃｍ（０.００２インチ）から０．０２５４ｃｍ（０.０１０インチ）までの範囲にあり、
   前記内側のチューブ及び前記外側のチューブは、ステンレス鋼から作られる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の流体蒸発装置。
4. 前記液体を含み、前記内側のチューブの流れ通路と流体の伝達がなされる槽と、
   前記電気的な接続部に接続された電源と、
   をさらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載の流体蒸発装置。
5. 請求項１に記載の流体蒸発装置を用いて、流体を蒸発させる方法であって、
   前記内側のチューブを通して前記液体を流す工程と、
   前記内側のチューブと前記外側のチューブとを通して直列に直流電流を流すことによって前記内側のチューブを流れる前記液体を蒸発させるのに十分な温度まで前記内側のチューブと前記外側のチューブとを加熱する工程と、
   を含むことを特徴とする流体蒸発方法。
6. 前記内側のチューブと前記外側のチューブとを加熱する間に、前記外側のチューブの前記電気抵抗によって発生した熱は、前記内側のチューブと前記外側のチューブとの間の前記空隙を通して伝達され、前記内側のチューブをさらに加熱する、ことを特徴とする請求項５に記載の流体蒸発方法。

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