JP5769754B2 - 薬剤を送り出す方法 - Google Patents

Description

本発明は、薬剤を放出するための方法に関する。特に本発明は、少なくとも１つの薬剤を含むある量の液体が収容されている放出チャンバから、比較的長い距離にわたって、液体及び／又は液体の蒸気を迅速に放出できる方法を提供するものである。

多くの業界においては、材料放出装置のニーズがある。すなわち、望ましい距離にわたって、固定レートまたは可変レートで、液体および液体の蒸気のスプレーを送り出す装置が求められている。長い距離にわたって、高速レートで液体および液体の蒸気のスプレーを発生させるニーズもある。かかるシステムでは、投射なる用語は、スプレーの１つの特性と称されることが多く、材料の投射率は、スプレーを放出するチャンバの長さで、移動距離を割った値で定義される。

消火器、インクジェットプリンタ、エアバッグ点火器、自動車エンジン、およびガスタービンのための燃料噴射器、呼吸器用薬剤送り出し（デリバリー）システムなどのような材料放出装置の種々の例が知られている。しかしながら、これらの各例では、当該装置に関連する固有の問題が存在し、各応用分野においては、長い距離にわたって、液体および液体蒸気を迅速に放出できるようにしたいというニーズが存在している。

材料放出システムを実施する上での固有の問題を検討するにあたり、ガスタービン再点火器を例とする。ガスタービンの点火器において、燃焼室内のガスを再点火するための従来の解決方法は、再点火器の２つの電極の間に電流を流し、短期間、帯電したラジカルの混合物を形成する方法である。

図１には、このことが明瞭に示されている。図１では、内側にペレット１２が存在する、ほぼ円筒形の外側電極１１を備える公知の再点火器１０が示されている。ペレット内には、中心電極１３が位置し、２つの電極１１と１３の間に電流を流すことにより、帯電したラジカルの混合物を形成するようになっている（すなわち、ガス分子をプラズマと称される帯電した成分に一時的に分割するときに、これらラジカルの混合物が生じる）。このプラズマは、再結合し、電荷を失う前の１秒の何分の１の間しか存在しない。

次に、主エンジンの主燃焼室内の燃焼を点火するのに、電荷を使用する。公知の再点火器の問題は、出口オリフィス１４を介して、十分遠くに混合物を放出材料として放出し、目標とする機能を奏するのに、どれだけ十分長く帯電状態を維持できるかということである。従来、ケロシンまたは他の通常のガスタービンエンジン燃料に点火するのに、放出材料１５が使用されている。

材料放出システムを実施する上での固有の問題を検討するに際し、呼吸器用薬剤送り出しシステムを例とする。呼吸器疾患、例えばぜんそく、膿胞性繊維症、慢性閉塞肺疾患（ＣＯＰＤ）、およびその他の疾患を治療するために、呼吸器系へ直接薬剤を送り出すために、呼吸器用薬剤送り出しシステムが使用されている。更に、最近では、システマチックな薬剤治療のための入口門として、肺を使用できることが認識された。例えば吸入インシュリンを吸入させることによって、インシュリンを投与することが可能となり、このような投与方法は、糖尿病の治療におけるインシュリン注入に対する別の日常の治療となる可能性が高い。

現在、呼吸器用薬剤送り出しシステムとして、主に３つのタイプが存在する。これらのシステムとして、投与量計量吸入器、乾式粉末吸入器およびネブライザを挙げることができる。

加圧式投与量計量吸入器は、計量された容積の加圧流体を、患者の気道内に放出するものであり、放出時に流体は、高速で蒸発し、吸入に適した乾燥した状態で、薬剤を残すようになっている。

乾式粉末吸入器は、乾燥した粉末を含み、この粉末は患者が吸入器を通して空気を吸入する際に移動するようになっており、患者の吸入力によって、乾燥した粉末が患者の肺の中に送り込むことができるようになっている。投与量計量吸入器と乾燥粉末吸入器の双方は、１回の吸入で所定量の薬剤を送り出すようになっており、患者は１日のうちに所定量の投与量を取り込むようになっている。

第３のタイプの呼吸器用薬剤送り出しシステムはネブライザであり、このネブライザは、液状の形態で保管されている薬剤をエアゾールまたはミストとして知られる薬剤粒子のガス状サスペンジョンに変換するものである。患者がこのミストを吸入すると、薬剤が呼吸器系に送り込まれることになる。

ネブライザには、主に２つのタイプ、すなわち、ジェット式ネブライザと超音波ネブライザがある。ジェットネブライザは、薬剤リザーバで負圧を発生させるよう、狭い開口部を通して加圧されたガスを加え、リザーバから薬剤の溶液の粒子を引き寄せ、患者が吸入するミストを形成することによって作動する。

一方、超音波ネブライザは、高速で振動するピエゾ電気結晶体を使用でき、振動するピエゾ電気結晶体は液体源を形成し、この液体源からミストが生じるようになっている。ネブライザは、約１５分間にわたり、薬剤のリザーバをミストに低速で変換し、この間、ユーザーは、ミスト状の薬剤を連続的に吸入することになる。ネブライザは、他のタイプの薬剤送り出し方法よりも、より効力の高い投与量の薬剤を送り込むことができるので、深刻な問題を抱える患者に対して使用されることが多い。

公知の呼吸器用薬剤送り出しシステムの主な問題は、薬剤が重要な場所に到達できるよう呼吸系へ薬剤を十分に吸入させることができるようにすることである。呼吸器用薬剤送り出しシステムは、アクティブな成分を放出する際に、薬剤を投射率および分散量を最大にしなければならない。別の問題は、薬剤を粒子化、すなわち噴霧するときに、薬剤粒子が過度に大きくなる場合があり、この場合、口腔内に付着しやすくなることである。逆に、過度に小さい場合、アクティブな成分が付着しにくくなり、患者によっては、排出されてしまうことになる。

本発明の目的は、上記の問題を少なくとも緩和することである。

本発明のある実施例の目的は、薬剤を送り出すための方法を提供することである。

本発明のある実施例の目的は、ネブライザまたは投与量計量吸入器、または針なし注射器を提供することである。

本発明の特徴によれば、薬剤を含むエアゾール及び／又は蒸気ミストを送り出す方法であって、
少なくとも１つの薬剤を含む、ある容積の選択された液体を貯蔵チャンバに貯蔵するステップと、
放出チャンバの入口バルブを選択的に開け、もって、上記貯蔵チャンバから放出チャンバに上記液体の一部を移動させるステップと、
上記放出チャンバ内にシールした上記液体の圧力を増加させるステップと、
上記放出チャンバ内にシールした上記液体の温度又は圧力をモニタするステップと、
上記放出チャンバ内の液体の温度が、上記放出チャンバの出口バルブの下流側の位置での圧力と等しい圧力における上記液体の沸点と実質的に等しいか、それより高いときに、上記出口バルブを選択的に開けるステップと、
上記出口バルブを介して、上記放出チャンバから液体の蒸気及び／又は液体を放出することによって薬剤を送り出すステップとを備える、薬剤を送り出す方法が提供される。

前記放出チャンバから、前記液体の蒸気及び／又は前記液体を放出した後に、前記出口バルブを選択的に閉じるステップを更に備えるのが好ましい。

前記入口バルブを選択的に開けた後で、前記出口バルブを開ける前に、前記入口バルブを閉じるステップを更に備えるのが好ましい。

前記出口バルブを開けた後に、前記出口バルブを閉じると共に、前記放出チャンバのリターンバルブを開け、もって使用されなかった液体を前記貯蔵チャンバに戻すステップを更に備えるのが好ましい。

前記液体を前記放出チャンバへ移動する前に、前記貯蔵チャンバ内の液体を加熱するステップを更に有するのが好ましい。

所望する時間に、再充填ポートを介して、前記液体を前記貯蔵チャンバに再充填するステップを更に有するのが好ましい。

本発明の一実施態様では、前記薬剤の液体粒子を含むエアゾールを送り出す。

前記エアゾールは、前記薬剤の粒子を含むのが好ましい。

本発明の別の実施態様では、前記薬剤の蒸気を含む蒸気ミストを送り出す。

前記薬剤の液体粒子及び蒸気を含む蒸気ミストを送り出すのが好ましい。

本発明のもう一つの特徴によれば、放出チャンバ内に、少なくとも１つの薬剤成分を含む選択された液体を貯蔵するステップと、
前記チャンバの出口オリフィスを、所望の位置に位置決めするステップと、
前記チャンバ内の圧力を高めるステップと、
あるパラメータが所定の条件を満たしたときに、出口オリフィスを介して、前記チャンバの内容物を放出できるよう、出口バルブを開けるステップと、
所望する位置において、液体または液体蒸気を放出し、その場所に、薬剤を送り出すステップとを備える、薬剤を送り出すための方法が提供される。

本発明の実施例によると、薬剤を送り出すことができる方法が提供される。１つ以上の薬剤成分を含むか、これら薬剤成分から成る液状の薬剤を、少なくとも部分的に蒸発させ、蒸気および微細な液体粒子の形態で、この薬剤を放出する。

本発明の実施例は、ハンドヘルドまたはデスクトップネブライザを提供するものであり、このネブライザは、所定の時間にわたり、または所定の量の薬剤が送り出されるまで、薬剤の微細な粒子または蒸気を、自動的に送り出すことができる。本発明の別の実施例は、ボタンが操作されると、固定された投与量を送り出すのに使用できる。更に別の実施例は、針なし注射器を提供するものである。

以下、添付図面を参照し、単なる例としての、本発明の実施例について、説明する。

従来のガスタービン再点火器を示す。 材料を放出するための装置を示す。 材料を放出するための装置の別の実施例を示す。 材料を放出するための装置の更に別の実施例を示す。 本発明の一実施例による装置を用いた内燃エンジンの吸入ステージを示す概略図である。 本発明の一実施例による装置を用いた内燃エンジンの排出ステージを示す概略図である。 燃料噴射器を示す。 ガスタービンを示す。 ガスタービン再点火器を示す。 パイロット点火器を示す。 輸送体用推進システムを示す。 燃焼チャンバ内での燃焼状況の経時変化を示すグラフである。 燃焼チャンバ内での燃焼状況の経時変化を更に示すグラフである。 空気の入口を示す。 ハンドヘルドの消火器を示す。 スプリンクラータイプの消火器を示す。 ホースタイプの消火器を示す。 薬剤を送り出すために、本発明の一実施例をどのように使用できるかを示す。 内視鏡の一端を示す。 薬剤をどのように送り出しできるかを示す。 本発明の一実施例をポータブルネブライザとしてどのように使用できるかを示す。 説明した種々の実施例のチャンバをどのような形状にできるかを示す。 本発明の一実施例による投与量計量吸入器を示す概略図である。 本発明の装置に使用するチャンバの一例を示す概略図である。

図面において、同様の符号は同様の要素を示す。

図２は、本発明の一実施例に係わる蒸気爆発方法により、液体および液体蒸気を放出するための放出システム２０を示す。相当の圧力および温度の変化に耐えることができる材料、例えば鋼鉄または他の剛性材料から、ほぼ円筒形状に放出チャンバ２１が形成されている。本発明の実施例は、このような特定の形状を有する燃焼チャンバだけに限定されるものではなく、また、鋼鉄から形成された燃焼室だけに限定されるものではない。

２２で示すチャンバ２１の第１端部領域には、選択された液体、例えば水が、関連する入口パイプ２５を介して、チャンバの中心領域２４に進入できるようにする入口バルブ２３が設けられている。中心２１の別の端部領域２６には、出口バルブ２７が設けられており、この出口バルブ２２は、開放されると、ノズル領域２８を介して、チャンバ領域２４から材料を放出できる。

放出チャンバ内に位置する電気ヒーターによって、加熱要素２９が形成されている。この電気ヒーターは、オンにされるとヒーターが作動し、チャンバの領域２４内に位置する液体材料を加熱するよう、電源（図示せず）に接続されている。

本発明の別の実施例（その一部は後述する）として、放出チャンバ内の液体の圧力および温度を上昇させるのに、他の方法を適用することが可能であることは理解されると思う。

図２に示すように、チャンバの中心領域２４内の液体の圧力は、中心領域内の液体を加熱することによって上昇される。入口バルブ２３は、開状態となると、中心領域が満杯となるか、または所定量の液体を含むまで、液状の水がチャンバに進入できる。

入口バルブが閉状態となると、チャンバ内の液体部分をシールする。次に、加熱要素が液体を加熱するように作動する。その結果、熱膨張により液体は膨張し、チャンバ内の液体の圧力を上昇させる。この加熱は、加熱要素によって実行できるが、当然ながら、チャンバへの入口にある余熱された液体供給部を高圧にすることも可能である。この技術を採用する場合、入口バルブを通してチャンバ内に液体を供給するポンプ（図示せず）により、チャンバ内での圧力上昇を実行する。従って、水を加熱することによって、チャンバ内の圧力が上昇する。更に、温度も上昇する。

出口バルブは、所定の圧力でブロー作動し、開状態となるように制御されている。圧力は、チャンバ内に位置するか、またはチャンバに近い１つ以上の圧力センサ、例えば圧力トランスジューサによってモニタできる。こうして、チャンバ内の水または他の液体は、（電気湯沸かし器のように）電気要素によって加熱され、大気圧における沸点よりも十分高い沸騰温度まで上昇する。沸点は飽和点を示し、この沸点は、使用する特定の液体の圧力と温度との関係によって決定される。放出チャンバ内の液体は、チャンバの出口バルブの下流側の圧力である圧力において、飽和点に近いか、それ以上にあることが望ましい。

水を加熱する前に閉状態にある入口バルブと、システムが特定の圧力に達した場合にしか、圧力の解放を可能にできない出口バルブの双方によって、チャンバ内に水が維持されるので、温度は大気圧にて沸点よりも高く上昇する。トリガー圧力およびトリガー温度と、それぞれ称すことができるこの圧力および温度において、バルブは、圧力鍋と同じようにブロー作動する。

次に、蒸気爆発が生じ、この爆発によって液体の蒸気（液体が水である場合、液体の蒸気は水蒸気となる）がチャンバから排出される。出口バルブが開状態となっていると、水蒸気と水の混合物が、開口部２８を介して放出される。

出口バルブが最初に開状態となると、放出すべき第１の相は、スプレー内の粉状化けされた液状の液相である。この放出は、出口バルブが開状態となった後、マイクロ秒の単位で生じる。液体を、このように極端に短い時間で放出することには、特定の利点がある。数マイクロ秒後で、液体と液体の蒸気との混合物が放出され、その数マイクロ秒後に、若干少ない液体と、より多くの蒸気を含む混合物が放出される。

しかしながら、同じ周辺圧力に対する、より高いトリガー温度を使用すると、このような初期の液体の放出を変わったり、または全く排出がなくなったりすることがある。他方、トリガー温度を下げると、噴霧化された液体だけが放出されるような状況が生じ得る。このように、放出チャンバに関連する１つ以上のパラメータを変えることにより、液体と蒸気との比率を選択することができる。温度または圧力のような１つ以上のパラメータを選択的に変えても、放出される材料内の粒径を選択的に制御できる。

放出チャンバから材料が放出されるにつれて、圧力は低下する。圧力が閉鎖圧力と称すことができる周辺の圧力、すなわち第２の所定の圧力まで圧力が低下すると、出口バルブが閉じられ、入口バルブが再び開けられ、新しい液体材料がチャンバ内に導入される。このことは、サイクルを再スタートさせる。従って、新しく供給された液状の水を加熱することによって、一旦十分な圧力が発生すると、出口からの水蒸気／水の混合物、または他の液体／液体の蒸気の繰り返しサイクルが終了する。

チャンバのサイズは異なっていてもよいし、例えば直径が１ｃｍ未満でもよい。例えばチャンバはナノサイズからミリの大きさの直径でもよい。これとは異なり、チャンバは、直径が１ｍ以上でもよい。直径のサイズが大きくなるにつれ、圧力を増すのにかかる時間も適当に長くなるので、ブラスト（爆発的吹き出し）の頻度も少なくなる。特定の用途に従って、チャンバのサイズを大きくするにつれ、より大きいポンプまたはバルブが必要となることは分かると思う。

チャンバから放出される液体の比率を最大にするように、入口バルブを制御できることが好ましい。この比率は、入口ポートの直径を、出口ポートまたは排出ポートの直径にほとんど等しいか、または全く等しくなるように選択することによって達成できるが、このことは、過度に大量の液体がチャンバ内に進入しないようにしなければならない。

図３は、図２に示した実施例と共通する多くの特徴を合わせ持つ放出装置の別の実施例を示す。図３に示す本発明の実施例は、熱交換器３０を使用しており、この熱交換器は、チャンバ内の液体を加熱するよう、チャンバの側壁部分を囲んでいる。このように、液体を加熱する方法は、放出する液体が水ではなく、後に燃焼される燃料であるときに特に有利である。出口バルブの下流側位置において、このように熱を発生し、熱交換器を加熱し、よって、チャンバ内の液体を加熱することが可能である。

チャンバ内に、液体をより高速で再充填できるようにするために、図４に示すように、チャンバにリターンポートおよびバルブを追加できる。入口バルブ４０４が補充のために開とすると、このリターンバルブとバルブ４０１により、チャンバ４０２内の液体および蒸気の一部が、リザーバ４０３に戻ることが可能となる。

リターンポートおよびバルブ４０１を追加することは、チャンバ４０２に十分な新しい液体を追加し、放出される材料を補償し、連続して放出した後に、チャンバ４０２内の液体の不足の解消を助けることができるはずである。リザーバとして（消火スプリンクラーのような）パイプラインを使用する場合、リターンバルブ４０１に接続されるリターンポート４０６を供給パイプライン４０３の低い圧力の別のパイプラインに接続してもよいし、周辺圧力にしてもよい。

本発明の一実施例では、内径が２５０ｍｍであり、長さが３２ｍｍであるチャンバが使用される。このチャンバ内に、２つ以上の別個のヒーターを挿入できる。まず最初に、チャンバの壁の近くに位置する螺旋コイルは２８ｍｍの長さ、２１ｍｍの外径、１５ｍｍの内径、および５００Ｗのパワーを有する。第２に、チャンバの中心近くに位置するカートリッジヒーターは、長さが２５ｍｍであり、直径が１ｃｍであり、２００Ｗのパワーを有する。

この仕様では、５００Ｈｚまでの水蒸気／水スプレーの反復放出が可能である。より高い周波数になると、純粋な液体の噴霧化されないジェットが生じる。その理由は、ブラストごとに、再充填のためにチャンバへ送られる低温水を熱により沸点まで加熱するのに十分な時間がないからである。例えば、放出の間のチャンバ内の加熱時間を短くするのに、より高い温度、例えば約７５℃にリザーバを維持でき、その後、放出の頻度を多くすることが可能となる。

図５は、燃料噴射ユニット５０としての本発明の別の実施例の用途を示す。ここでは（図５Ａに示される）吸入ステージと、（図５Ｂに示される）排出ステージにある燃焼エンジン５１が示されている。この燃焼エンジンは、円筒形の燃焼チャンバ５２を備え、この燃焼チャンバは、チャンバに密に嵌合し、チャンバ内でスライドするようになっているピストン５３によって、第１端部が閉じられている。ピストンが運動すると、チャンバの平坦部５４とピストンの燃焼表面５５との間で、ピストン５２内の容積が変わる。ピストンの反対側は、ピストンロッド５７を介して、クランクシャフト５６に接続されており、このクランクシャフトは、ピストンの往復運動を回転運動に変換するようになっている。

図５に示す燃焼エンジンは、４ストロークの内燃エンジンであるが、本発明の実施例は、かかるタイプのエンジンのための燃料噴射器の用途だけに限定されない。４ストローク内燃エンジンは、本明細書では、単なる例として示したにすぎない。ピストンが第１の下方へ移動するストローク時に、燃料噴射器５０を介して燃料チャンバ５２内に燃料が噴射される。

従来の燃料噴射器は、微細に噴霧化されたスプレーを発生するのに、電子機械式ノズルおよびあらかじめ加熱された燃料を使用している。燃料は、チャンバ内で加圧され、電子−磁気コイルは、そのシールの針を上昇させ、吸入バルブを介して、ノズルの開口部から燃料を圧縮できる。

このような加圧された液体を解放するタイミングは、電子回路によって制御される。このような制御は、エラーが生じやすく、多数の作動部品を必要とする材料のコストが高くなり、かつ複雑になるという欠点を有する。

本発明の実施例では、公知の燃料噴射システムを本発明の放出チャンバ５０に置き換えることによって、この欠点を解消しており、この放出チャンバ５０は、上に述べたように、液体燃料の蒸気を燃焼室５２に放出するようになっている。蒸気にされた燃料および液体燃料は、スパークプラグ５８のような点火要素によって点火される。

図６は、本発明の一実施例に係わる燃料噴射システムを、より詳細に示している。燃料噴射器５０は、スペース２４を構成する放出チャンバ２１を備え、このスペース２４内に、入口バルブ２３を介して液体燃料を入力できるようになっている。本発明のこの実施例では、リターンポートとバルブとを一体化し、チャンバ内への液体の再充填をより高速にできるようになっている。本明細書に説明した任意の実施例では、かかるリターンポートとバルブとを使用できることが分かると思う。

入口バルブを通して液体を導入した後、放出チャンバ内の液体を加熱するのに、加熱要素２９が使用されている。所定の圧力に達するまで、チャンバ内の液体を出口バルブ２７が制限するようになっている。この圧力は、大気圧または放出された材料の下流側（すなわち図６に示される左側）で生じる圧力よりも高くなっている。このように、出口バルブが開とされるときに生じる沸点の温度よりも高くなるよう、チャンバ内の液体を加熱できる。

出口バルブが解放状態とされると、圧力は低下し、放出チャンバ内の液体は、自然の沸点よりも高い温度となることに起因し、急激かつ爆発状態で沸騰する。所定の液体、例えばケロシンおよびガソリンでは、流体自身は異なる炭化水素を含む多成分燃料であることが理解できると思う。

例えばガソリンの場合、沸点は（最も揮発性の高い成分の場合）１１７℃から（最も揮発性の低い成分の場合）２００℃の範囲となり、ケロシンの場合、沸点は１５０℃〜３００℃の範囲となる。性能を最適にするには、温度を、より高い沸点よりも高く維持し、すべての成分が確実に蒸発するようにしなければならない。当然ながら、このようにすることは不要である。

例えば、どの成分が主要な濃度を有しているかが判かっている場合、燃料の他の部分が沸騰することを保証する温度に固定するのに、その成分の沸点を使用できる。所定の同じ圧力に対し、温度がより高くなる場合、スプレーはより微細となり、放出される材料のうちの蒸気の比率は、より大きくなることが理解できると思う。

ここに示した温度は、大気圧における対応する沸点（飽和点）の例にすぎない。これら値は、より高い温度では、極めて異なることになり、作動圧力を得るのに、材料の熱物理学的特性の既知のデータベースを参考にできる。ノズル６０は、ネック領域２８を狭くし、開口部６１を通って、燃焼エンジンの燃焼室５２内に、液体および液体の蒸気が放出される。

燃料を指定された温度にするのに必要な熱の一部または全部を、エンジンから発生される熱から得ることができる。作動時に極めて高温となるエンジンの燃焼室内、またはその近くに燃料噴射器を設けることができるので、蒸気爆発チャンバがエンジンから、必要な多くの熱を吸収するように、蒸気燃焼室を設計できる。この熱または熱エネルギーは、チャンバ内まで延びる熱交換器により、噴射器のチャンバの壁を通して、またはこれら技術の組み合わせにより得ることができる。

更に、入口燃料パイプは、エンジン本体の高温部品を貫通または隣接し、燃料を、指定された温度近くまで加熱できる。しかしながら、パイプライン内の望ましくないキャビテーションが発生することを防止するために、この温度は、燃料の最高温度成分の飽和温度より低く維持することが好ましい。

燃料噴射システムに、上で述べた蒸気爆発技術を適用する利点は、装置の放出量を大幅に高め、従って、高いパワー出力に対するエンジンの応答を大幅に高めることができることにある。従来技術によれば、平均的なサイズのファミリーカーに対する、正常な作動レンジは、２０００〜６０００ｒｐｍであり、フォーミュラＩの自動車では、恐らく１７０００ｒｐｍに達する。

本発明の実施例によれば、短い放出段階と、その次に、より長い再充填、および再加圧段階が続く燃料噴射器の１サイクルにかかる時間は、約４ミリ秒以下となり得る。従って、燃料噴射レートは、毎秒約１２０００回である。

一般的な４ストロークエンジンでは、１回の噴射につき、一般に２回の回転が生じ、従って、理論的には、２４０００ｒｐｍに達し得る。従って、エンジンが分解することを防止するために、放出方法を低速にするよう、ある形態の制限条件を利用できる。

放出方法の１つのパラメータまたは多数のパラメータ、例えば排出バルブが開状態となっている時間、燃料噴射チャンバの温度および圧力、およびエンジンの燃焼室の圧力を選択することにより、放出器のチャンバから、燃料が放出される過程を制御できる。所望する結果を得るのに、他のパラメータを制御することも可能であることが理解できると思う。

燃料噴射目的のために、蒸気爆発技術を応用する別の利点として、次のことを挙げることができる。
１．ノズルから生じた直後に、燃料蒸気により、燃料スプレー容積のうちのかなりの部分を取り込むことができる。これにより、燃料の点火および燃焼レートが促進されるので、エンジンの加速をより高くすることができる。

２．従来のほとんどの噴霧器と比較して、燃料スプレーの粒径を容易により小さくすることができる。そのため、点火および燃焼速度を高め、更にエンジンの加速を促進できる。粒径がより小さくなったことにより、燃焼をより完全にし、汚染物の量をより少なくし、燃料の経済性をより良好にすることもできる。

３．蒸気の爆発を使用するため、装置の放出量を大幅に高め、したがって高いパワー出力に対するエンジンの応答を大幅に高めることができる。

４．ノズル内部の容積の多くの部分は、燃料の蒸気であり、蒸気の密度がより小さいことに起因し、より低い圧力を使って、同じ放出速度で燃料を移動させることができるので、従来の噴霧器よりも低い圧力で仕事を実行できる。液体を噴霧化する際に、気化エネルギーに対する熱エネルギーの比が高いことを活用することにより、これらより低い圧力での放出を実際に達成できる。そのため、次に、エンジン効率を高めることができる。その理由は、ほとんどのケースにおける熱エネルギーを燃焼自体から容易に得ることができ、かつ冷却システムによる損失として、通常排出されており、このことは、純粋に機械的エネルギーを利用することと比較し、エネルギー損失をより少なくできるからである。

５．極めて簡単なノズル構造、例えば平面オリフィスを用いた場合でも、スプレーに対する極めて広い角度を利用できる。このような広角のスプレーは、空気との混合をより良好にし、燃焼レートをより大きくすることができるので、ほとんどの燃焼システムにおいて極めて望ましい。

６．燃料の熱膨張単独、またはこれと燃料ポンプの供給圧力との組み合わせにより、噴霧器内で圧力を発生できる。従って、より低い機械エネルギーで済む。

図７は、ガスタービン再点火器を設けるのに、本発明の一実施例をどのように使用できるかを示している。図７は、３つのメインセクションを含むガスタービン７０を示す。これらメインセクションは、コンプレッサ７１と、燃焼器７２と、タービン７３である。

コンプレッサの作用により、エンジン内に外気が吸入され、この空気は、コンプレッサのブレードの運動により機械式に圧縮されるので、空気の圧力および温度は、容積の対応する減少と共に高まる。従って、空気を圧縮するのに使用される機械エネルギーは、圧縮された空気の形態をした運動エネルギーに変換される。

次に、燃焼セクション内に圧縮空気が移動され、燃料が燃料噴射器７４を介してこの燃焼セクションに噴射される。この燃料噴射器は、従来タイプのものでもよいし、または上で述べたタイプのものでもよい。

次に、本発明に係わる燃料再点火器７５を使用し、燃料に点火し、化学エネルギーを、高温膨張ガスの形態をした熱エネルギーに変換する。連続した燃焼を保証するために燃焼セクションには燃料が繰り返し噴射される。噴射を繰り返す代わりに、常に燃料を噴射してもよい。

燃焼チャンバ６６により、圧力が実質的に一定に維持される間、ガスの容積が増加市、温度は高くなる。高温の膨張ガスの熱エネルギーは、タービンのフィン７７に作用するガスにより、タービン７３が回転される際に、機械エネルギーに変換される。

次に、ガスタービンの前方端部７８から高温排出ガスが排出される。出力タービンはコンプレッサのブレードに接続されているので、空気の圧縮パワーを供給するのに役立つことができる。

上記のように、（例えば図１に示されるような）公知の再点火装置は、ガスタービンの燃焼チャンバ７６内の材料を再点火するための複雑なプラズマ装置を含んでいる。この燃焼チャンバは、有利な態様で、チャンバ全体に分散した多数の燃料噴射器を含むことができ、噴射器の各々が噴射する燃料を再点火するのに、１つ以上の燃料再点火器を設けてもよい。

これとは異なり、噴射器ごとに１つの再点火器が必要となることがないよう、燃料噴射器の位置を注意深く設計することができる。ガスタービンは、多くの用途、例えば宇宙／航空機業界におけるジェットエンジン、地上車両用エンジンだけでなく、地上をベースとするガスタービンを使用する発電用タービンとして使用できる。地上をベースとするガスタービンの一部は、低窒素酸化物（ＮＯｘ）条件でのタービンの稼働を助けるための点火技術を使用できる。これによって、タービン内での燃焼の安定性を助けることができる。

図８は、ガスタービン再点火器８０を、より詳細に示す。概ね円筒形状となっている外側電極８１は、放出チャンバのための側壁を形成しており、第１端部領域８２では液体燃料の入口が入口バルブ８３を通して、チャンバに進入している。入力燃料は、中心チャンバ領域８４に進入し、内側電極８５内の孔を通過するように流れる。

本明細書で説明する他の実施例と同じように、チャンバへの液体の再充填をより高速にできるよう、本発明のこの実施例では、リターンポートとバルブとを一体にできることに留意することが重要である。放出チャンバの別の端部８６には、入力液体燃料の流出を防止する出口バルブ８７が設けられている。

この出口バルブ８７が開にされると、ノズル８８を介して、液体および液体の上記が放出される。外側電極と内側電極とを中心半導体ペレットが分離しており、このペレット要素８９は、チャンバ内の液体燃料を加熱するよう、帯電粒子を形成するのに使用されている。１つ以上の圧力センサが、チャンバ内の圧力が所定の値に達したことを検出すると、センサに電流が流れる。

本発明の再点火装置は、連続的に発生される短い火炎ではなく、長い火炎が、短時間のシャープなバーストとして発生されるので、従来の再点火装置よりも有利であり、短い火炎を連続的に発生することは無駄であり、かつ効率的でない。更に、スプレー内の極めて微細な粒子および燃料蒸気の高い濃度によって、再点火し、火炎をオン状態に維持することがより容易となる。

図９は、パイロット火炎点火器が設けられている本発明の別の実施例に係わる蒸気爆発技術の一応用例を示す。図９は、パイロット火炎点火放出システム９０を示す。ボイラーまたは炉、または家庭用機器または家庭用ガス用途のような多くの用途で、火炎点火システムが必要である。従来の点火システムは、燃料に点火するスパークを発生させる電子回路から一般に構成されている。

パイロット火炎点火器９０は、入口バルブ２３を通して導入された液体を貯蔵するための燃料チャンバを備え、電気ヒーター２９のような加熱要素は、上記のように流体を加熱し、加熱された流体は、チャンバ内で所定のスレッショルド圧力に達したとき、出口バルブ２７を通って出ることが可能となっている。蒸気爆発プロセスが短時間で繰り返されたときに、液体燃料および液体燃料の蒸気は、ノズル９１を通して繰り返し放出される。蒸気爆発により燃料蒸気と液体燃料とは長い投射距離、すなわち、ノズル９１から長い距離にわたって放出される。

点火可能な材料を更に点火するために火炎９２が常に生じるよう、まず点火要素（図示せず）によりこの燃料に点火できる。パイロット火炎のための放出システム９０は、繰り返し放出方法を実行することが理解できよう。出口バルブが開にされた直後の初期段階の間、放出される材料は実質的に粉状にされた液体の形態となっている。

その後、数十マイクロ秒だけ、放出材料は、液体および液体の蒸気の混合物となっている。その後、放出材料のほとんどは、圧倒的に蒸気となる。出口バルブが閉じられ、放出チャンバへの再充填が可能となると、火炎は落ち着いた状態とはならない。出口バルブが閉じられることによって生じるデッドタイムは、放出チャンバの再充填を可能にするのに十分長く、火炎がすべての燃料を燃焼させ、火炎がなくなる程度には長くならないよう選択されている。その結果、パイロット点火器の火炎は上下に揺らぐことが認識できるような状態となり得るが、火炎は消えることはない。

図１０は、輸送体１０を推進するのに放出チャンバ１０を使用する本発明の別の実施例を示す。輸送体１０は、無人の航空機（ＵＡＶ）として示されており、カメラ、センサ、通信機器、または他の貨物を搭載できる遠隔パイロット操作または自動パイロット操作の航空機である。本発明の実施例は、他のタイプの輸送体を推進するのにも使用できることは理解できると思う。

ＵＡＶは、輸送体のための上昇力を発生させる２つの翼セクション１０を備える輸送体本体１０を備えている。燃焼室１０内の放出チャンバシステム１０から放出される液体燃料および燃料の蒸気を燃焼させることによって、推進力が得られるようになっている。ＵＡＶのタイプは多数あり、その一部のタイプは、サイズが小型の飛行機であり大量の情報を記憶し、基地局に中継できる高い高度を飛行するものである。

人ひとりで運ぶことができ、手で発射するのに十分軽量となっている航空機もある。マイクロ飛行機とは、１５ｃｍ（６インチ）よりも大きい寸法を有しない飛行機のことである。本発明の実施例は、このマイクロ飛行機またはそれより小さい飛行機にも適用できる。

材料放出チャンバ１０は、上に説明したように、ノズル１０から液体燃料および液体燃料の蒸気を放出する。空気吸入部９６内に空気が吸入され、入口通路１０を通過し、この通路において、この空気は燃料と混合され、混合気は、点火要素１０、例えばスパーク点火器によって点火される。燃焼室１０は、燃焼方法を制限し、少なくとも１つの出口オリフィス１０を有し、この出口オリフィスを通って、燃焼した燃焼ガスおよび火炎が出ることができるようになっている。高温排出ガスの膨張によって推進力が得られる。蒸気爆発チャンバ１０は、装置の全体の長さが、５〜１０ｃｍのオーダーとなるように、小さい寸法となっている。

加熱要素のためのエネルギー源を提供し、必要な場合に点火要素１０を制御するためのソーラーパネル１１００が設けられている。これとは異なり、搭載軽量バッテリーを、電源とすることができる。更に別の例では、排ガスからの連続的な熱交換により、入力燃料を加熱するためのエネルギーを提供するようになっている。

図１１は、図１０に示した蒸気爆発チャンバ内での１サイクルを示す。この例では、蒸気爆発チャンバ１０および燃焼チャンバは、直径が、それぞれ３３０ミクロンおよび３７０ミクロンであり、長さが、それぞれ３００ミクロンおよび７００ミクロンとなっている。蒸気爆発チャンバ内で、炭化水素の液体燃料を蒸発させ、ノズルを通し、チャンバから燃焼室へ蒸気を噴射し、燃焼室にて、空気と混合する。

図１２に、より明瞭に示されているように、別の入口を通して空気が導入される。図示のように、前のサイクルからの熱、または火炎とすることができる点火装置を介し、またはスパーク点火器のような別個の点火要素を介して、燃焼をトリガーし、数マイクロ秒の間で火炎が燃焼チャンバを満たす。図では、時間に対する火炎の発生および対応する温度変化を示すよう、温度のカラー／シェード輪郭が異なる時間にて示されている。

燃焼チャンバ内の安定した火炎を維持するために、燃料を補充するための各サイクルの間の数ミリ秒の間、圧力解放出口バルブを閉じなければならないので、燃焼チャンバ内に燃料を放出するのに、２つ以上、ほとんどは３〜１０個とすることが好ましい蒸気爆発装置を使用することが望ましい。この蒸気爆発装置は、噴射時間の開始時に空間内の同一ポイントまたは同一ポイントに近いポイントにおいて、同一方向に、かつ互いに同じ時間または互いに選択された遅延時間で噴射するようにされている。

図１３は、本発明の別の実施例に係わる蒸気爆発方法により、火災抑制液および火災抑制液の蒸気を放出するための放出システム１３００を示す。消火器１３００のネック領域１３０２には、放出チャンバ１３０１が形成されており、大量の液体燃料抑制剤、例えば水が、流体リザーバ１３０３に設けられている。火災が生じたと判断されたとき、ユーザーにより、消火器を起動するのにハンドル１３０４が使用される。ハンドルが起動されると、入口バルブ１３０６および出口バルブ１３０７の開閉を制御するためのドライブユニットを起動させるように、制御ユニット１３０５をスタートさせる。

チャンバへの液体の高速再充填を可能にするよう、リターンポートとバルブとを、このシステムに組み込むこともできる。図１３における矢印Ａが示す方向に、チャンバ１３０１から液体および液体蒸気が放出される。チャンバ１３０１内の電気ヒーターを制御する電源１３０８を制御するのに、制御ボックス１３０５からのドライブ信号も使用される。

上記のように、放出チャンバ１３０１内の液体の圧力を増すのにヒーターを使用できる。チャンバ内で液体を短時間で補充するように、液体リザーバ１３０３も加圧される。この圧力は、放出チャンバ内の液体の圧力を大気圧よりも高くするために、リザーバ内の圧力を高くすることができる。

図１４および図１５は、火災抑制液および火災抑制蒸気を放出するために、蒸気爆発装置を使用する本発明の別の２つの実施例を示す。図１４は、スチームスプリンクラータイプの消火器として具現化された蒸気爆発装置を示す。１つ以上の蒸気爆発装置を使用した火災抑制／消火スプリンクラーが、ビル内に固定され、このスプリンクラーは、火災検出システムによってトリガーされるようになっている。

ビル内のすべてのスプリンクラーに対して、１つの中央火災検出システムを使用してもよいし、各スプリンクラーが個々のセンサを有し、火災が存在する場所に限って火災抑制剤を解放できるようにしてもよい。このシステムは、ゾーンごとに設けてもよい。火災が検出され、消火液が水であるとき、スプリンクラーは、所定の周波数の繰り返しパルスにて、スチームと水粒子のミストを環境内に放出する。この周波数の値は、設計および特定の応用例に応じて、０.５〜５Ｈｚ、またはそれ以上の大きさにすることができる。

図１４に示されているように、スプリンクラーはリザーバ１４０１と、前に概略を述べたチャンバに従った蒸気爆発チャンバ１４０２と、必要な周波数のブラストに対して、十分迅速にチャンバを再充填するのに役立つよう、火災抑制液に圧力を加えるためのオプションとしての小型ポンプとから成っている。単数または複数のスプリンクラーが設けられた環境内のスプリンクラーのすべて、または特定のグループに、単一のリザーバを接続してもよい。更にかかるリザーバを加圧水タイプとし、可能な場合には各スプリンクラー用のポンプを不要にできる。

図１５は、火災抑制液を放出するためのシステムを示す。この実施例では、ホースタイプの消火器内で蒸気爆発装置が使用されている。ホースパイプ１５０２の先端には、蒸気爆発チャンバ１５０１が取り付けられており、このホースパイプ１５０２は、加圧リザーバとして作動すると共に、火災抑制液を蒸気爆発チャンバ１５０１に供給し、チャンバは、スチームを繰り返し送り出すように、ブラスト動作する。蒸気爆発装置に取り付けられたバッテリーまたはホースに沿って、並列に取り付けできる給電ライン接続部のいずれかにより、蒸気爆発装置に給電できる。

火災抑制液を放出するためのシステムとして開示されている本発明の３つのすべての実施例では、火災抑制液を水としてもよいし、火災を抑制するための他の任意の適当な液体とすることもできる。

この蒸気爆発装置は、従来の水を使った火災抑制装置よりも、多くの点で有利である。まず第１に、蒸気は等価的な量の水よりも、表面積がより広く、従って蒸気は、より多くの熱を吸収でき、火災をより良好に抑制できる。更に蒸気は、ミストのように、火災を包み込むことができ、火災への酸素流を制限し、火災を更に抑制できる。これとは対照的に、水は、火災の上を直線状に流れるだけで、極めて短時間しか酸素流を制限できない。

更に別の利点として、水ではなく、蒸気爆発装置が発生する水蒸気によって、火災を消すには、少ない量の水を使用するだけでよいということを挙げることができる。少ない量の水しか使用しないことは、経済的かつ環境的に有利であるだけでなく、火災が生じた環境への破壊を少なくできることも意味する。

図１６は、医療薬剤の送り出し装置および方法、または患者内の閉塞部を開けるための装置および方法を提供するために、本発明の別の実施例に従って、蒸気爆発技術をどのように使用できるかを示している。図１６は、可撓性で、操作可能なシャフト１６０１を有する内視鏡１６００を示しており、このシャフトは、人体のうちの腸内路、または呼吸器系または心臓血管系内に挿入することができる。

可撓性シャフト１６０１の遠方端領域１６０２は、可撓性先端１６０３を含んでいる。この先端により、端部ストッパー装置１７００（図１７には、より明瞭に示されている）を患者の体に対して操作することが可能となると共に、外科医によってシャフトの端部を位置決めできるようになっている。シャフト１６０１の近接端部１６０４は、内視鏡本体部分１６０５として終端しており、この本体部分１６０５は、アイピース１６０６と、補助機器のための開口部１６０７とを備えている。

別のケーブル１６０８が、内視鏡の本体１６０５を入力接続部１６０９に接続されており、この接続部は、内視鏡に必要な光、空気、水または他の必要な有用物を供給するようになっている。

図１７に、より明瞭に示されているように、内視鏡１７００の端部は、外科医のために内視鏡の端部を囲む領域を照明するためのライト１７０１と、患者の領域の可視画像を提供するためのカメラ１７０２とを備えている。カメラ１７０２からの信号は、アイピース１６０６へ提供されるか、またはＬＣＤスクリーンのようなディスプレイに画像をディスプレイするよう、接続部１０６９または開口部１６０７を介して、信号を出力できるようになっている。

内視鏡１６００の端部１７００は、図１８から、より明瞭に判るような薬剤送り出しチャンバ１８００も備えている。コントローラ１７０３を介して、薬剤送り出しチャンバ１８００に、電力および制御信号が供給される。多くの方法により、チャンバ１８０１から放出される液体蒸気材料を使用できる。

これら方法のうちの１つとして、特定場所に薬剤を分配すべき位置へ内視鏡を操作できる。次に、入口バルブ１８０２を開け、次に、液体薬剤の温度および圧力まで上昇させるように附勢されたヒーターユニット１８０３により、液体をチャンバ１８０１に入力してもよい（または既に挿入されていてもよい）。次に、圧力または温度が所定の値に達すると、薬剤を小出しし、蒸発した薬剤および液体薬剤を、所望する場所へ放出できる。上記実施例のいずれにおいても、同じように、所望すれば放出サイクルを何回も繰り返すことができる。

別の例として、動脈または静脈などにおける閉塞部を開けるのに、液体および液体蒸気の放出された材料を使用できる。この点に関し、閉塞部（例えば動脈壁への付着物に起因する血流障害のような）閉塞部での血流内で、本発明の実施例を使用できる。この場合、上記技術により放出される水をベースとする溶液、または他の天然溶液を閉塞した静脈／動脈のラインに沿って長手方向に加え、よって閉塞部の閉塞を解消できる。

この方法は、閉塞通路を開けるため、膨張チューブ／バルーンを使用する現在の方法の代わりに使用できるし、このような現在の方法と共に使用することもできる。

図１６に示す本発明の実施例によれば、医者によって操作されるカメラが、ナノ蒸気爆発装置に取り付けられ、病気が生じている正しい場所に薬剤を正確に挿入するのに使用できる。

本発明は、腸内の使用だけに限定されるものではなく、主気管の呼吸器系および血液環境でも使用でき、更に心臓血管系でも使用できる。

以上、内視鏡に類似した装置の使用に関連し、図１６〜図１８に示した本発明の実施例について説明したが、本発明の実施例は、これらだけに限定されるものではない。本発明の実施例は、ピル状の装置の形態をした装置を挿入し、例えば血流内または腸管路を通して自ら移動し、ピル状装置を染料および走査システムと共にＸ線装置によりトラッキングし、装置がどこを移動しているかをオペレータがスクリーンで見るようにすることによって、薬剤を所望する場所へ送り込むのに、適用できる。

次に、装置が所望する場所に位置しているかどうかを、医者が判断するときに、人体内の装置に無線信号を送ってもよい。薬剤を放出するか、または単に液体を放出し、所望する場所で薬剤を送り込むか、または閉塞した通路を開けるようにする。

本発明の蒸気爆発装置の別の応用例を、呼吸器用薬剤送り出しシステムの一部とすることができる。この場合、多数の呼吸器疾患、例えばぜんそく、膿胞性繊維症、慢性閉塞肺疾患（ＣＯＰＤ）を治療するために、呼吸器系に直接薬剤を送り出すのに、呼吸器用薬剤送り出しシステムを使用する。

更に、最近では、システマチックな薬剤治療のための入口門として肺を使用できることが認識された。例えば吸入インシュリンを吸入させることによって、インシュリンを投与でき、このような投与方法は、糖尿病の治療におけるインシュリン注入に対する日常的な別の治療となる可能性が高い。

現在、呼吸器用薬剤送り出しシステムの主なタイプは３つ存在する。これらのシステムとして、投与量計量吸入器、乾式粉末吸入器およびネブライザがある。加圧式投与量計量吸入器は、計量された容積の加圧流体を患者の気道内に解放するものであり、解放時に流体は、高速で蒸発し、吸入に適した乾燥した状態で、薬剤を残すようになっている。

乾式粉末吸入器は、乾燥した粉末を含み、患者が吸入器を通して空気を吸入する際にこの粉末が、移動するようになっており、患者の吸入力によって乾燥した粉末が患者の肺の中に送り込まれるようになっている。投与量計量吸入器と乾燥粉末吸入器の双方は、１回の吸入で所定量の薬剤を送り出すようになっており、患者は、１日のうちに所定量の投与量を取り込むようになっている。

第３のタイプの呼吸器用薬剤送り出しシステムは、ネブライザである。このネブライザは、液状の形態で保管されている薬剤を、エアゾールまたはミストとして知られる薬剤粒子のガス状サスペンジョンに変換するものである。患者がこのミストを吸入すると、薬剤が呼吸器系に送り込まれる。ネブライザには、主に２つのタイプ、すなわちジェット式ネブライザと超音波ネブライザがある。

ジェットネブライザは、薬剤リザーバで負圧を発生させるよう、狭い開口部を通して加圧されたガスを加え、リザーバから薬剤の溶液の粒子を引き寄せ、患者が吸入するミストを形成することによって作動する。一方、超音波ネブライザは、高速で振動するピエゾ電気結晶体を使用でき、振動するピエゾ電気結晶体は液体源を形成し、この液体源からミストが生じるようになっている。

ネブライザは、約１５分間にわたり、リザーバの薬剤をミストに低速で変換し、この間、ユーザーはミスト状の薬剤を連続的に吸入することになる。ネブライザは、他のタイプの薬剤送り出し方法よりも、より強力な投与量の薬剤を送り込むことができるので、深刻な問題を抱える患者に対して使用されることが多い。

本発明の一実施例によれば、蒸気爆発装置は、リザーバから液体を取り込み、蒸気ミストを出力する。リザーバは、薬剤を含むので、薬剤を吸入に適したミストの形態で投与できる。爆発装置は、短時間のシャープなバースト状態で、蒸気（またはミスト）を放出する。解放される蒸気の容積は、蒸気爆発チャンバに入れられる液体の量に対応する。従って、投与量計量吸入器と同じように、蒸気の形態の薬剤の１つ単位を投与するのに、本装置を使用できる。

本発明の一実施例の別の特徴は、この実施例が極めて迅速に連続しながら、蒸気のバーストを連続的に放出できることである。従って、ネブライザのような固定された時間、薬剤を連続的に投与するのに、本発明の実施例を使用できる。更に、蒸気爆発装置は、これらタイプの呼吸器薬剤の送り出しの双方の機能を奏することができるので、薬剤の蒸気の１つの単位と、薬剤蒸気の連続バーストの双方を送り出すことができる多機能システムを提供できる。

本発明の蒸気爆発装置に基づく呼吸器用薬剤送り出しシステムは、投射距離が極めて長く、広い角度のスプレーを生じさせ、このシステムが形成するスプレーは粒径は極めて小さいという点で、従来の呼吸器用薬剤送り出しシステムよりも有利である。投射距離が長く、広角のスプレーによって薬剤は、呼吸器系内に更に進入でき、従って良好に広がり、患者の吸入により良好に運ばれやすくなる。

更に、粒径が小さいことにより、呼吸器系による薬剤の吸収がより良好となる。１〜５μｍの粒径よりも大きい粒径の場合、気道の近くに付着することが多いので、１〜５μｍの粒径が理想的であり、他方、これより小さい粒子は付着が不良であり、多くが排出されてしまう。

図１９は、本発明の蒸気爆発装置を、ポータブルネブライザとしてどのように具現化できるかを示している。本発明のこのポータブルネブライザの実施例は、蒸気爆発チャンバ１９０１と、入口バルブ１９０２と、排出バルブ１９０３と、オプションのリターンバルブ１９０４とを備えている。チャンバは、バッテリー１９０５または他のかかる電源によって給電される加熱要素によって加熱されると共に、薬剤リザーバ１９０６を介してチャンバには適当な流体が供給される。

バッテリーの代わりに幹線からの電源により、更にバッテリーと共に幹線からの電源により、ポータブルネブライザに給電することも可能である。リザーバ１９０６は、内部に固定された量の液体を有することができ、蒸気爆発チャンバ１９０１を迅速に再充填できるよう、リザーバ１９０６に圧力を加えるのに、スプリング１９０７および移動ピストン１９０８を使用できる。これとは異なり、あらかじめ加圧された貯蔵装置内に薬剤を貯蔵し、貯蔵装置をネブライザから取り外し、貯蔵装置を交換することにより、薬剤を容易に補充することも可能である。

リザーバ内の液体は純粋な薬剤でもよいし、またはキャリア液内に懸架された薬剤でもよい。ユーザー制御インターフェース１９１１により、ユーザーはネブライザを制御することが可能となり、次に制御回路１９１０は、ユーザー制御インターフェースからの入力信号を処理し、これに応答してネブライザを制御できる。

図１９のポータンブルネブライザにより、薬剤を蒸発させる方法は、薬剤リザーバ１９０６から入口バルブ１９０２を通して薬剤を移動させ、チャンバ１９０１を充填することによってスタートする。チャンバ内に所定量の薬剤が充填されると、すべてのバルブを閉じ、排出バルブを開にできるようなトリガー温度および圧力に達するまで、ヒーターによりチャンバを加熱する。次に、排出バルブを開け、マウスピース１９０９に沿って蒸気またはミストを放出する。出口バルブ１９０３とマウスピースの間の距離は、ミストがマウスピースの端部に到達する前に低温となり、次に患者が薬剤を吸入できるよう十分長くされている。

この放出方法は所定の時間の間、または所定量の薬剤が蒸発するまで、特定の頻度で繰り返される。チャンバ１９０１のサイズ、またはチャンバに充填される液体の量は、スプレーの各バーストによって放出するのに必要な液体の量に関連している。

図２０は、３つの主要構成部品、すなわちネブライザの本体２００１と、蒸気爆発装置２００２と、前記２つの構成部品を共に接続する薬剤運搬パイプ２００３とを含むデスクトップネブライザを示す。このネブライザの本体は、薬剤リザーバ２００４を備え、このリザーバは、蒸気爆発装置が必要とする温度に近いが、それよりも低い温度に薬剤を維持するための加熱要素２００５を含むことができ、加熱要素には、電源２００６から給電される。リザーバは、薬剤をリザーバに再充填できるようにするためのリザーバの入口、およびリザーバから薬剤をポンプ出力するためのリザーバポンプ２００８を有する。このポンプは、加圧された薬剤を薬剤運搬パイプ２００３に供給し、蒸気爆発装置の高速充填を可能にする。

図２０に示す蒸気爆発装置は、入口バルブ２００９、排出バルブ２０１０、蒸気爆発チャンバ２０１１、ヒーター２０１２およびヒーター電源２０１３と共に、蒸気爆発装置の前の実施例に従って作動し、薬剤は、マウスピース２０１４から蒸気の形態で解放される。チャンバの、より高速での再充填を助けるため、この実施例では、リターンポートおよびバルブを組み込むことができる。ユーザーがネブライザを制御できるようにするために、ネブライザの本体２００１に、ユーザー制御インターフェースを取り付けてもよい。

ユーザー制御インターフェース２０１５からの入力信号を処理し、それに応答して、ネブライザを制御するための制御回路２０１６が、ネブライザの本体内に設けられている。この制御回路２０１６を蒸気爆発装置に接続するよう、薬剤運搬パイプ２００３と平行に、制御ライン２０１７を設けることができる。ヒーター電源２０１３は、ネブライザの本体からの電力ラインを介して、電力が給電される幹線からの電源またはバッテリーとすることができる。

図２０は、薬剤リザーバ２００４を再充填可能なリザーバとして示す。この実施例では、リザーバ内に患者が必要とする量の薬剤を入れることができ、すべての薬剤が放出されるまで、ネブライザは作動できる。これとは異なり、最大量の薬剤をリザーバに充填し、次にネブライザが所定量の薬剤を放出できるようにしてもよい。

本発明の実施例によれば、再充填可能なリザ−バを使用せず、その代わりに薬剤をあらかじめパックした容器を使用してもよいことが理解できるはずである。更に、加圧された容器を使用することも可能であり、この場合、ポンプは不要となる。

図２１は、本発明の一実施例に係わる投与量計量吸入器を示す。この実施例は、蒸気爆発チャンバ２１０１を有し、この蒸気爆発チャンバは、入口バルブ２１０３を介して、薬剤リザ−バ２１０２から薬剤を受ける。蒸気爆発チャンバ内の薬剤量は、ユーザーが必要とする投与量に対応する。ユーザーが制御ボタン２１０４を押すと、制御回路２１０５は、入口バルブ２１０３および排出バルブ２１０７と共に、加熱要素２１０６を制御し、ユーザーが吸入できるよう、マウスピース２１０８を通して、蒸気状の薬剤を放出する。この加熱要素２０１６は、バッテリーまたは幹線からの電源への接続部とすることができる電源２１０９により給電される。

図２１の薬剤リザーバ２１０２は、入口バルブ２１０３へ加圧された液体を供給し、蒸気爆発チャンバ２１０１を高速再充填できるようにするための加圧容器として示されている。これとは異なり、再充填可能な薬剤リザーバを使用することができる。この場合、リザーバは加圧されていない容器となる。図１２には、リターンポートは示されていないが、リターンポートを組み込んでもよい。

針なし注射器を提供するために、本発明の実施例も利用できることが理解できると思う。

呼吸器用薬剤送り出しシステムの一部として使用される蒸気爆発装置のすべての応用例では、患者は、口の内部に入れるマウスピースを通すか、または口または鼻を覆うように、顔面に載せる顔面マスクのいずれかを通して薬剤を取り込むことができる。患者の呼吸器系の任意の他の部分に、直接薬剤を送り出すこともできる。

呼吸器薬剤送り出し用途のすべてに対し、チャンバからの液体の最大爆発を保証するために、チャンバ１９０１に対するトリガー温度を、チャンバ内の液体の沸点よりも高くしなければならない。このトリガー温度は、用途に最も適した極めて微細なスプレーを発生することを保証するために、最高沸点と共に、チャンバ内の液体の沸点よりも、約２０〜３０℃高くすることが推奨される。トリガー圧力は、この装置が他の圧力でも作動するので、４〜６バール程度に低くできる。排出ノズルの直径は、０.０５〜０.５ｍｍの範囲内であれば、この用途に適したものとなる。

蒸気爆発装置をベースとするネブライザにおける薬剤の送り出しを最大にすると共に、薬剤の無駄を最小にするために、呼吸によって作動する送り出しシステムを実施できる。このシステムでは、電子検出システムまたは機械式バルブシステムを使用し、ユーザーがいつ吸入するかを判断し、ユーザーが吸入しているときに限り、薬剤を放出し、よって、空気を吐き出す間に、薬剤が無駄にならないようにしている。かかる機能は、マニュアルで達成できるが、多くの人は、自分の呼吸とネブライザの切り換えを同期化することは困難である。薬剤の放出と、吸入とを調和させることは困難であることが多いので、かかる検出は、投与量計量システムでも実施できることに留意されたい。

放出チャンバ内において、液体の温度を、飽和点よりも上に上昇させる加熱要素を、性質上、化学的なものすることができる。すなわち、２つの成分を設け、これら成分を組み合わせると、液体を沸騰させるのに十分な量の熱を発生させるような発熱反応を生じさせることができる。ユーザーは、使用直前に、２つの成分を活性化し、熱放出の準備が完了するまで待つ。このような状態は、ユーザーがディスプレイ照明を見るか、または音を発するか、材料を目で見えるように放出するか、または所定時間の経過によって行うよう、多くの方法で識別できる。

特定の呼吸器用薬剤送り出しシステムに関連して、図１９〜図２１を参照して、本発明の実施例について説明したが、本発明のこれら実施例は、このようなシステムだけに限定されるものではない。

図２２は、上記の実施例のうちのいずれかに従って利用できる液体および液体蒸気爆発チャンバ２２００を示す。本発明の実施例は、概ね円筒形の放出チャンバと共に使用するように限定されているわけではないことが理解できると思う。通常でない形状または球形状、もしくは図２２の場合のように、入口バルブ２２０１、出口バルブ２２０２およびヒーター要素２２０３を有するハート形のチャンバも使用できる。

本発明の各実施例は、上記した方法によって、目標材料を放出する放出チャンバの使用に関する基本的技術を提供するものである。爆発により材料を放出することにより、公知の放出システムよりも、液体および液体蒸気のスプレーが横断する距離を、大幅に長くできる。この放出は、数十μ秒のオーダーで、小さなチャンバを使って、極めて短時間でも行われる。

本発明の実施例によれば、チャンバ内の液体を加熱することによって、チャンバ内の圧力を高める。熱膨張に起因して液体が膨張するので、これによってより高い圧力が発生する。加熱は、電気加熱要素または局部的熱源から、液体に熱を伝達する熱交換器のような他の手段によって行われる。

上に説明した本発明のすべての実施例は、放出チャンバ内の液体を加熱する代わりに、チャンバへの入口に予熱された液体を、高圧で供給するように変形することも可能である。予熱された液体を、チャンバ内にポンピングし続けることにより、チャンバ内で圧力を累積できる。このことは、高圧でポンピングできる外部ポンプにより行うことができる。放出される材料を放出するべき圧力よりも高い所定の圧力において、入口バルブを閉じ、出口バルブを開ける。沸点に対する高温による液体の蒸発方法を研究することにより、圧力の瞬間的な低下量を計算できる。

作用液体として水を使用する場合、１.１バールのチャンバ圧を有し、サイズが１ｍｍ以下のチャンバから、大気、例えば大気圧（１.０バール）へ放出する毎秒２０ｍまでの速度を得ることができる。炭化水素液体燃料を使用する場合、６バールの燃焼室へ１０バールの圧力を噴出する、サイズが約２ｃｍのチャンバ（換言すれば、放出チャンバと隣接する燃焼チャンバとの間の圧力差は１バールである）から、毎秒１００ｍまでの速度を得ることができる。

１つ以上のセンサ、例えば圧力トランスジューサにより、容易にモニタし、測定できる種々の容器内の圧力に基づき、入口バルブおよび出口バルブを、電子的に制御することもできる。容器内の所定の圧力に達すると、出口バルブは開にされ、圧力が所定の値よりも低くなると、出口バルブを閉じる。入口バルブに対しては、チャンバ内で、所定の、より高い限界圧、およびより低い限界圧に達したときに、このバルブを開けるか、または閉じることができる。すなわち、出口バルブと逆に開閉できる。出口バルブが開状態のとき、入口バルブは閉状態となるように制御され、出口バルブが閉状態のとき、入口バルブは開状態とされる。

本明細書の詳細な説明および請求項における、「含む」、「備える」およびそれらの用語の変形例は、〜を含むが、これらに限定されないことを意味し、他の成分、添加物、成分、整数またはステップを含むことを排除するものではない。

本明細書の詳細な説明および請求項における、「単一」の表現は、特に文脈が必要としない限り、複数を含むものである。また、不定詞を使用する場合、本明細書では、複数だけでなく、文脈が必要としない限り、単数も含むものである。

本発明の特定の特徴、実施例または例に関連して説明した特徴、整数、特性、化合物、化学的成分または族は、特に両立しない限り、本発明に説明した他の任意の様相、実施例または例に適用できるものである。

１０ 放出チャンバ
２０ 放出システム
２１ 放出チャンバ
２２ 第１端部領域
２３ 入口バルブ
２４ 中心領域
２５ 入口パイプ
２６ 別の端部領域
２７ 出口バルブ
２８ ノズル領域
２９ 加熱要素
３０ 熱交換器
５０ 燃料噴射ユニット
５１ 内燃エンジン
５２ 燃焼チャンバ
５３ 密に嵌合されたピストン
５４ チャンバ
５５ 燃焼表面
５６ クランクシャフト
５７ ピストンロッド
７０ ガスタービン
７１ コンプレッサ
７２ 燃焼器
７３ タービン
７４ 燃料噴射器
７６ 燃料チャンバ
７７ フィン
７８ 前方端部
８０ ガスタービン再点火器
８１ 外側電極
８２ 第１端部領域
８３ 入口バルブ
８４ 中心チャンバ領域
８５ 内側電極
８６ 別の端部
８７ 出口バルブ
８８ ノズル
９０ パイロット火炎点火放出システム
９１ ノズル
９２ 火炎
４０１ リターンポートおよびバルブ
４０２ チャンバ
４０３ リザーバ
４０４ 入口バルブ
１１００ ソーラーパネル
１３００ 消火器
１３０１ 放射チャンバ
１３０２ ネック領域
１３０３ 流体リザーバ
１３０４ ハンドル
１３０５ 制御ユニット
１３０６ 入口バルブ
１３０７ 出口バルブ
１３０８ 電源
１４０１ リザーバ
１４０２ 蒸気爆発チャンバ
１５０１ 蒸気爆発チャンバ
１５０２ ホースパイプ
１６００ 内視鏡
１６０１ 操作自在なシャフト
１６０２ 遠方端部領域
１６０３ 可撓性先端
１６０４ 遠方端部
１６０５ 内視鏡本体部分
１６０６ アイピース
１６０７ 開口部
１６０８ ケーブル
１６０９ 入力接続部
１７００ 内視鏡
１７０１ ライト
１７０２ カメラ
１７０３ コントローラ
１８００ 薬剤送り出しチャンバ
１８０１ チャンバ
１８０２ 入口バルブ
１８０３ ヒーターユニット
１９０２ 入口バルブ
１９０３ 排出バルブ
１９０４ リターンバルブ
１９０５ バッテリー
１９０６ 薬剤リザーバ
１９０７ スプリング
１９０８ ピストン
１９１０ 制御回路
１９１１ ユーザー制御インターフェース
２００１ ネブライザの使用本体
２００２ 蒸気爆発装置
２００３ 薬剤運搬パイプ
２００４ 薬剤リザーバ
２００５ 加熱要素
２００６ 電源
２００８ リザーバポンプ
２００９ 入口バルブ
２０１０ 排出バルブ
２０１１ 蒸気爆発チャンバ
２０１２ ヒーター
２０１３ ヒーター電源
２０１４ マウスピース
２０１５ ユーザー制御インターフェース
２０１６ 制御回路
２０１７ 制御ライン
２１０１ 蒸気爆発チャンバ
２１０２ 薬剤リザーバ
２１０３ 入口バルブ
２１０４ 制御ボタン
２１０５ 制御回路
２１０６ 加熱要素
２１０７ 排出バルブ
２１０８ マウスピース
２１０９ 電源
２２００ 液体および液体蒸気爆発チャンバ

Claims (10)

1. 薬剤を含むエアゾール及び／又は蒸気ミストを送り出す方法であって、
   少なくとも１つの薬剤を含む、ある量の選択された液体を貯蔵チャンバに貯蔵するステップと、
   放出チャンバの入口バルブを選択的に開け、前記貯蔵チャンバから放出チャンバに前記液体の一部を移動させるステップと、
   前記放出チャンバ内にシールした前記液体の圧力を増加させるステップと、
   前記放出チャンバ内にシールした前記液体の温度又は圧力をモニタするステップと、
   前記放出チャンバ内の液体の温度が、前記放出チャンバの出口バルブの下流側の位置での圧力と等しい圧力における前記液体の沸点と実質的に等しいか、それより高いときに、前記出口バルブを選択的に開けるステップと、
   前記出口バルブを介して、前記放出チャンバから前記液体の蒸気及び／又は前記液体を放出するステップとを有することを特徴とする薬剤の送出方法。
2. 前記放出チャンバから、前記液体の蒸気及び／又は前記液体を放出した後に、前記出口バルブを選択的に閉じるステップを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記入口バルブを選択的に開けた後で、前記出口バルブを開ける前に、前記入口バルブを閉じるステップを更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記出口バルブを開けた後に、前記出口バルブを閉じると共に、前記放出チャンバのリターンバルブを開け、もって使用されなかった液体を前記貯蔵チャンバに戻すステップを更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記液体を前記放出チャンバへ移動する前に、前記貯蔵チャンバ内の液体を加熱するステップを更に有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 所望する時間に、再充填ポートを介して、前記液体を前記貯蔵チャンバに再充填するステップを更に有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記エアゾールは前記薬剤の液体粒子を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記エアゾールは、前記薬剤の粒子を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記蒸気ミストは前記薬剤の蒸気を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記蒸気ミストは前記薬剤の液体粒子及び蒸気を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。

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