KR20120107916A - 터보-흡입기 - Google Patents

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KR20120107916A KR1020127001755A KR20127001755A KR20120107916A KR 20120107916 A KR20120107916 A KR 20120107916A KR 1020127001755 A KR1020127001755 A KR 1020127001755A KR 20127001755 A KR20127001755 A KR 20127001755A KR 20120107916 A KR20120107916 A KR 20120107916A
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Abstract

본 발명은 터보-흡입기에 관한 것으로, 그 안에 용해된 활성 성분을 가지는 액체를 보유하는, 작동-액체 컨테이너(1), 분무기(2)로서, 상기 분무기에 의해 액체가 에어로졸로 전환될 수 있고 블레이드 하우징(3) 내로 도입될 수 있는 분무기, 블레이드 하우징 내에서 경계 돔(4)이 매달리고 블레이드 하우징의 오목 측부(41)가 상기 분무기로 지향되는, 분무기, 경계 돔의 볼록 측부(42)의 영역에 블레이드 하우징으로 연결되는 배출 공기 턱트(5), 및 공급-공기 가이드로서, 상기 공급-공기 가이드에 의해 공기가 블레이드 하우징과 활성 성분 사이로 도입될 수 있으며, 하나 이상의 가이드 블레이드(7)가 경계 돔의 오목 측부 상에 배치되고 그 위에 나선형으로 연장하는 공급-공기 가이드를 포함한다.

Description

터보-흡입기 {TURBO-INHALER}
본 발명은 터브 흡입기에 관한 것으로, 그 안에 용해된 활성 물질을 가지는 액체를 보유하는 작동 액체 컨테이너, 및 분무기로서, 분무기에 의해 상기 액체가 에어로졸로 변형될 수 있으며 베인 하우징 내로 도입될 수 있으며, 베인 하우징 내에 경계 돔이 매달리고, 경계 돔의 오목한 측부가 분무기 쪽에 있는, 분무기, 배출 공기 튜브로서, 상기 경계 돔의 오목한 측부의 구역이 베인 하우징으로 연결되는 배출 공기 튜브, 및 공급 공기 가이드로서, 공급 공기 가이드에 의해 공급 공기가 베인 하우징과 활성 물질 컨테이너 사이로 도입될 수 있는, 공급 공기 가이드로 이루어진다.
종래 기술에서, 흡입기는 레스퍼러터리(respiratory) 공기와 함께 약제 및 다른 활성 물질을 액체 형태로 사람 및 동물의 폐 내로 이송하고 상기 사람 및 동물의 폐로부터 공기와 함께 약제 및 다른 활성 물질이 적은 손실로 피 흐름 내로 신속하게 이송하기 위한 기 위한 널리 증명된 방법이다.
액체를 에어로졸로 변환하도록, 즉 안개를 형성하도록 액체를 노즐을 통하여 강제하는, 종래 기술의 기계적 어토마이저(atomizer)들은 현재 통상적인 원추형 활성 컨테이너로 매우 자주 대체되며, 이 컨테이너 아래 피에조 크리스탈이 분무기로서 배치되며, 이 분무기는 초음파 진동을 발생하고 초음파 진동을 활성 액체로 전달한다. 결과적으로, 스프레이는 액체 표면 상에 형성되고, 액체 표면은 에어로졸, 즉 공기 및 활성 액체의 매우 미세한 액적의 혼합물로서 활성 액체로부터 분리된다. 목표는 가능한 작은 방울을 생성하도록 하고, 방울의 직경이 4 마이크로미터를 초과하지 않아야 하고, 방울에 대해 가능한 가장 큰 비율의 액적이 2 마이크로미터에 근접한 직경을 가진다.
종래 기술에서, 독일 특허 DE 19838711호는 스프레이 위의 경계 돔을 공개하며, 경계 돔은 오목한 측부가 스프레이를 향한다. 이러한 경계 돔은 특히 액체 레벨이 떨어질 때 형성되는 활성 물질 컨테이너로부터의 스플래시를 걸러내서 이러한 양들의 액체를 활성 컨테이너 내로 역으로 안내한다.
경계 돔의 돔형 함몰부에서, 스프레이로부터 나오는 에어로졸은 또한 내측으로 강제되고 내부 표면을 따라 슬라이드되고, 돔으로부터 나올 때 에어로졸들의 방향이 매우 신속하게 변화한다, 즉 개략적으로 180도 회전을 실행하며, 이어서 경계 돔과 상기 돔이 체결되는 하우징 사이의 갭을 통하여 유동한다. 방향의 이러한 급속한 변화에 의해, 가장 큰 액적의 에어로졸은 하우징의 벽에 대해 가속되며, 이 하우징의 벽에서 가장 큰 액적의 에어로졸이붙어서 액적으로 덩어리화하며, 이는 활성 물질 컨테이너 내로 역으로 떨어진다. 한편 작은 액적의 에어로졸은 레스퍼러터리 공기에 의해 혼입되어 경계 돔 위에서 배출 공기 튜브로부터 빨아들인다.
이러한 원리의 추가의 개량으로서, 독일 특허 DE 101 01 454호는 부가 배플판들을 공개하고, 부가 배플판들은 경계 돔과 하우징 사이의 내부 공간 내에 유동에 대해 횡방향으로 배치되고, 배플판과 경계 돔 사이의 갭 내로 에어로졸을 강제한다. 이러한 부가 배플 표면들은 상대적으로 작은 직경, 5마이크로미터 및 더 크게 분류되는 직경을 구비한 액적의 비율의 추가 감소를 보장한다.
그러나 상술된 배열체의 단점은 하우징의 출구와 근접한 튜브의 프로파일이 이 같은 다수의 큰 에어로졸 액적이 혼입되어 미세한 액적이 두 개의 튜브의 연결 지점 또는 튜브의 굽힘부 내에 퇴적되어 추가로 방울로 조합되고 궁극적으로 나안으로 가시적이 되는 액체 방울을 형성한다는 것이다. 특히, 튜브가 투명한 경우, 이 방식에서, 매우 고가일 수 있는, 전체 활성 물질이 폐 내로 전달되지 않고 일 부분이 손실되는 것을 볼 수 있다.
추가의 단점은 파이프 섹션 내의 이러한 액적들이 추가의 적용의 후속하는 활성 물질과의 혼합이 회피되도록 흡입기의 추가의 이용 전에 주의 깊게 제거되어야 한다는 것이다.
이러한 원리의 필수적인 단점은 배플판에서 수축을 초래하는 배플판에 대한 매우 높은 유동 저항이며, 이의 결과로서 이용자는 레스퍼레이션(respiration)이 방해된다. 이용자가 종종 병에 의해 약해지기 때문에, 단지 이용자들에게 불쾌감을 주는 것뿐만 아니라 심지어 얕고 불규칙적인 브리딩(breathing)과 같은 레스퍼레이션 행위의 변화를 초래할 수 있으며, 이는 이어서 흡입의 유효성을 손상시킨다.
이러한 배경을 극복하기 위하여, 본 발명의 목적은 에어로졸로부터 매우 큰 에어로졸 액적을 분리하고 에어로졸 액적을 역으로 활성 물질 컨테이너 내로 리드하고 공정에서 단지 매우 작은 양 만큼 레스퍼레이션에 대한 유동 저항을 증가시키는 흡입기를 개발하는 것이다.
이러한 목적을 달성하도록, 본 발명은 하나 이상의 가이드 베인이 경계 돔의 오목 측부 상에 장착되고 그 위에서 나선 프로파일로 형성되는 것을 제안한다.
본 발명의 결정적인 요소는 따라서 가이드 베인이며, 가이드 베인은 트위스트를 유동으로 전달하며, 즉 부가적으로 길이 방향 축선을 중심으로 회전을 전달한다. 결과적으로 원심력이 에어로졸 액적 상에 가해져서 에어로졸 액적이 모두 더 커짐에 따라 에어로졸 액적의 질량이 더 커진다. 이러한 원심력의 결과로서, 특히 상대적으로 큰 에어로졸 액적은 베인 하우징의 에지에 대해 강제되어, 베인 하우징으로부터 에어로졸 액적은 활성 물질 컨테이너 내로 역으로 직접 유동할 수 있다.
종래 기술에 비해, 가이드 베인은 독일 특허 DE 10101454호에서 임팩터 벽들처럼, 경계 돔의 캐리어로부터 공지된 바와 같이, 공기 스트림에 대해 횡방향으로 배향되지 않으며 또한 공기 스트림의 방향으로 배향되지 않는다. 오히려, 부가 가이드 베인들은 공기 스트림에 대해 경사지게 배향되어, 공기 스트림은 그 방향을 변화시키도록 한다. 또한, 가이드 베인은 경계 돔의 오목 측부 상에서 나선으로 작동하여, 그 결과 공기 스트림 및 공기 스트림 내에 보유된 에어로졸의 방향이 일단 가이드 표면과 마주칠 때 변화될 뿐만 아니라 계속적으로 변화되며, 이는 배플판의 효과적인 경사가 배플판의 나선 형태에 의해 연속적으로 변화되기 때문이다.
연속적인 방향의 변화에 의해, 트위스트(twist)가 공기 스트림으로 전달된다. 즉 공기 스트림이 길이 방향 축선을 중심으로 회전하여, 원심력이 특히 상대적으로 큰 에어로졸 액적 상에 작용하도록 하여, 베인 하우징의 내부면 상으로 공기 스트림으로부터 에어로졸 액적을 강제하고, 에어로졸 액적이 베인 하우징의 내부면 상에 부착되어 있고 액적으로 덩어리화하여, 에어로졸 액적이 활성 물질 컨테이너 내로 역으로 하우징 벽을 따라 작동하고 이후 에어로졸로서 회수된다.
상대적으로 큰 에어로졸 액적을 분리하기 위한 이러한 효과는 또한 압축 난류로서 설명될 수 있고, 압축 난류는 장착된 가이드 베인으로 상기 돔 위에 형성된다.
이러한 난류는 균일하고 따라서 다수의 가이드 베인이 원주위 둘레에 균일하게 분배되는 경우 특히 효율적이다. 다수의 가이드 베인이 이어서 터빈, 선박 또는 항공기의 프로펠러와 유사한 방식으로 그러나 상당한 차이를 가지고 작용하는데, 터빈, 선박 또는 항공기의 경우 프로펠러는 고정되고 에어로졸은 프로펠러에 대해 유동된다. 에어로졸 스트림이 가이드 베인으로부터 떠난 후, 트위스트를 가진다. 따라서 에어로졸 스트림은 유동 방향의 길이 방향 축선을 중심으로 회전한다.
이러한 유동이 배출 공기 튜브 내로의 유입시 상대적으로 큰 직경의 베인 하우징으로부터 배출 공기 튜브의 상대적으로 작은 직경으로 감소되는 경우, 이러한 충돌 운동의 운동 에너지가 필수적으로 유지된다. 직경의 감소에 의해, 주 유동 방향에 대한 에어로졸 액적 접선의 속도 성분은 상당히 증가되고, 이 결과로서 가장 큰 액적이 하우징 상에 퇴적되고, 이 하우징에서 가장 큰 액적이 큰 방울로 덩어리화되어, 이 방울이 가이드 베인을 통하여 활성 물질 컨테이너 내로 역으로 떨어지고, 활성 물질 컨테이너에서 다시 에어로졸로 변환된다.
이러한 효과는 또한 단일 가이드 베인 만을 위한 것은 아니다. 이 같은 단일 가이드 베인은 아르키메데스 스크류와 같이, 경계 돔 둘레로 감겨질 수 있다. 그러나, 이러한 대안은 퇴적된 에어로졸 액적의 "복귀 경로"가 매우 길다는 제한을 가지며, 이러한 이유 때문에 더 많은 개수의 가이드 베인이 바람직하다. 늘어나는 개수의 가이드 베인으로, 가장 큰 에어로졸 액적 상의 가이드 베인의 장점 효과가 또한 증가한다. 베인 하우징의 전체 단면적이 유동 방향으로 가이드 베인으로 덮혀질 때 이러한 효과가 최대에 도달한다.
4개 내지 6개의 가이드 베인은 실제로 매우 유용한 개수가 되는 것으로 증명된다.
다수의 가이드 베인의 추가의 증가는 퇴적 효과를 더 강화하게 하지 않고 단지 유동 저항을 증가시킨다. 약 45도 정도의 경계 돔 상에 나선형상으로 형성되는 가이드 베인의 평균 피치는 여기서 바람직한 실시예이다. 더 크거나 더 작은 평균 값이 또한 가능하지만, 대체로 가장 큰 에어로졸 액적을 퇴적하기 위해 요구된 트위스트를 증대하기에 그 다지 도움이 되지 않는다. 가이드 베인은 항상 돔 둘레에 나선형상으로 형성되고 이에 따라 단지 하나의 관점으로만 볼 때 변화하는 피치를 가진다는 것을 주목하여야 한다.
공기 스트림 상의 효과가 이때 또한 균일하기 때문에 가이드 베인은 경계 돔의 원주위 둘레에 균일하게 분포되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 흡입기로부터 초래되는 공기 스트림은 흡입기 내부로, 분무기로부터 배출 공기 튜브로 연장하는 길이 방향 축선을 따라 형성된다. 이러한 길이 방향 축선에 대해, 터브 흡입기의 요소들의 단면은 대부분의 일반적인 경우에서, 임의적일 수 있다. 그러나, 길이 방향 축선에 대해 회전 대칭 구성이 바람직할 수 있다. 베인 하우징, 경계 돔 및 보유된 활성 물질은 이때 원형 단면을 가지며 서로에 대해 동 축선상에 있다.
본 발명에 따른 터보 흡입기에서, 경계 돔은 캐리어에 의해 베인 하우징으로 연결될 수 있다. 그러나, 하나 이상의 가이드 베인이 매우 길어서 적어도 이의 팁과 함께, 베인 하우징 까지 연장하고 이에 따라 공기 스트림을 위한 가이드 표면으로서 기능하는 외에, 또한 경계 돔의 기계적 고정을 수행하는 것이 바람직하게 될 것이다.
상술된 바와 같이, 유동 방향에 대해 횡방향으로 볼 때 베인 하우징과 경계 돔 사이의 간격은 가이드 베인으로 완전히 채워지는 것이 바람직한 일 실시예이다. 이어서, 길이 방향 축선의 방향으로 볼 때, 배출 공기 튜브를 향하여 뾰족하게 되는 각각의 가이드 베인의 자유 에지는 분무기를 향하여 뾰족하게 되는 인접한 가이드 베인의 자유 에지에 대해 틈새(clearance)를 가진다. 그러나, 대안적으로, 가이드 베인이 길이 방향 축선의 방향으로 다소 겹쳐져서, 배출 공기 튜브 쪽에 있는 자유 단부를 구비한,각각의 가이드 베인이 분무기로 뾰족하게 되는 다소 인접한 가이드 베인의 자유 에지를 약간 넘어 돌출된다.
또 다른 실시예에서, 가이드 베인은 길이 방향 축선에 대해 횡방향에 있는 피봇 축선을 중심으로 가이드 베인을 피봇가능하게 함으로써 가이드 베인의 피치 가 변화될 수 있다. 가이드 베인과 길이 방향 축선 사이의 예각의 확장에 의해, 공기 스트림의 회전 속도가 또한 증가된다. 실제로, 그러나, 이러한 실시예는 드물다.
본 발명의 추가의 상세 및 특징이 일 예를 참조하여 아래에서 설명된다. 이는 본 발명을 제한하도록 의도되지 않지만, 단지 본 발명을 설명한다. 개략적으로 도시된다.
도 1은 터보 흡입기의 단면도이다.
도 1은 배출 공기 튜브(5)로부터 분무기(2)까지 길이 방향 축선(5-2)을 따라 절개된 본 발명에 따른 터보 흡입기를 보여준다. 터보 흡입기의 최하 측부 상에, 분무기(2), 이 경우 분무기 위에 배치되는 활성 액체 컨테이너(1) 내의 활성 액체로 전달되는, 초음파를 생성하는 피에조 크리스탈이 배치된다. 명료성을 위해, 분무기(2)의 정확한 작동을 위한 모든 제어 요소 및 다른 기능은 단면도에서 도시되지 않는다. 활성 액체 컨테이너(1)에서, 스프레이는 초음파를 이용한 여기에 의해 활성 액체에서 형성되며, 활성 액체로부터 미세한 액적이 에어로졸로서 분리된다.
활성 액체 컨테이너(1)와 활성 액체 컨테이너 위에 배치되는 베인 하우징(3) 사이에는 주변 슬릿이 배치되며, 이 슬릿을 통하여 공급 공기(Z)가 들어가서 에어로졸과 혼합된다.
이러한 에어로졸은 이의 오목한 측부(41)를 보여주도록 두 개의 코너에서 절개되어 개방되는 것으로 도시되는 경계 돔(4)으로 들어간다. 에어로졸의 가장 큰 입자는 이러한 오목한 측부 상으로 가속되고, 이러한 오목한 측부에서 에어로졸의 가장 큰 입자는 측방향으로 편향되어 한정된 돔(4)과 베인 하우징(3) 사이의 슬릿으로 안내된다. 도 1에서, 경계 돔(4)의 오목한 측부(41) 상에 수집되는 상대적으로 큰 에어로졸 액적이 방울을 형성하도록 덩어리화되며, 또한 스프레이로부터의 스플래시가 반사되어 활성 액체 컨테이너(1) 내로 역으로 떨어진다.
남아 있는 더 미세한 에어로졸 액적은 배출 공기(A)에 의해 빨아 들여지며, 이 에어로졸 액적은 레스퍼레이션 동안 배출 튜브(5)를 통하여 베인 하우징(3)의 내부 측부와 경계 돔(4)의 볼록한 측부(42) 사이의 공간 내로 빨아 들여진다. 여기서 에어로졸 액적은 가이드 베인(7) 상에 형성되는 공기 스트림의 트위스트 내로 통과하며 공기 스트림의 트위스트는 본 발명의 결정적인 특징이다. 도 1에서, 가이드 베인이 경계 돔(41)의 볼록한 측부(42) 상에서 나선형으로 팽창하여 트위스트를 공기 스트림으로 전달하는 방법을 용이하게 볼 수 있다.
또한 도 1에서, 터빈의 방식으로 배치되는 가이드 베인(7)을 통과하여 지나가는 에어로졸이 공기 스트림의 트위스트에 가해지는 방법, 및 이에 의해 원심력이에어로졸 상에 가해지는 방법을 용이하게 이해할 수 있으며, 트위스트의 회전 방향은 길이 방향 축선(5-2)에 대해 수직하게 배향된다.
메인 유동 방향을 중심으로 한 회전으로 설정되는 에어로졸이 베인 하우징(3)의 내측부의 큰 직경으로부터 배출 공기 튜브(5)의 매우 작은 직경으로 감소되는 경우, 에어로졸의 원주 방향 속도는 상당히 증가하는데, 이는 에어로졸의 원심력이 실질적으로 유지되기 때문이다. 결과적으로, 효과적인 원심력이 증가하고 배출 공기 튜브(5)의 유입 지점에서, 또한 더 큰 에어로졸 입자가 배출 공기 튜브(5)의 벽 상에 증착된다. 거기서, 에어로졸은 다른 에어로졸 입자들과 함께 수집되어 더 큰 방울을 형성하여, 이 방울이 활성 액체 컨테이너(1) 내로 역으로 떨어진다.
1 활성-액체 컨테이너
2 액체를 에어로졸로 변환하는, 활성 액체 컨테이너(1) 아래의 분무기(2)
3 에어로졸을 수집하는 활성 액체 컨테이너(1) 위의 베인 하우징
4 분무기(2) 위의 경계 돔
41 분무기(2) 쪽에 있는 경계 돔(4)의 오목한 측부
42 경계 돔(4)의 볼록한 측부
5 경계 돔(4)의 볼록한 측부(42)와 마주하게 배치되는 배출 공기 튜브
5-2 배출 공기 튜브(5)로부터 분무기(2)로의 길이 방향 축선
6 베인 하우징(3)과 활성 물질 컨테이너(1) 사이로 공급 공기(Z)를 안내하는 공급-공기 가이드
7 경계 돔(4)의 볼록한 측부(42) 상에 장착된 가이드 베인
A 배출-공기 튜브(5)를 통하여 배출되는 에어로졸을 함유하는 배출 공기
Z 경계 돔(4)과 활성 액체 컨테이너(1) 사이의 공간 내로 공급 에어 가이드(6)를 통하여 유입되는 공급 공기

Claims (8)

  1. 활성 액체 컨테이너(1)로서, 그 안에 활성 물질이 용해된 액체를 함유하는, 활성 액체 컨테이너, 및
    분무기(2)로서, 상기 분무기에 의해 상기 액체가 에어로졸로 변환될 수 있으며, 베인 하우징(3) 내로 도입될 수 있으며, 상기 베인 하우징에는 경계 돔(4)이 매달리고, 상기 경계 돔의 오목 측부(41)는 상기 분무기(2)를 향하여 지향되는 분무기, 및
    상기 경계 돔(4)의 볼록 측부(42)의 근처에서 상기 베인 하우징(3)에 연결되는, 배출 공기 튜브(5), 및
    공급 공기 가이드(6)로서, 상기 공급 공기 가이드를 통하여 공급 공기(Z)가 상기 베인 하우징(3)과 상기 활성 물질 컨테이너(1) 사이로 도입될 수 있는, 공급 공기 가이드를 포함하는, 터보 흡입기에 있어서,
    상기 경계 돔(4)의 상기 볼록 측부(42) 상에 하나 이상의 가이드 베인(7)이 장착되고 상기 하나 이상의 가이드 베인(7)이 상기 경계 돔의 상기 볼록 측부 상에서 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    터보 흡입기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베인 하우징(3)의 내부, 상기 경계 돔(4) 및 상기 활성 물질 컨테이너(1)는 상기 베출 공기 튜브(5)로부터 상기 분무기(2)까지 길이 방향 축선(5-2)에 대해 회전 대칭이 되도록 형성되고, 상기 길이 방향 축선(5-2)에 대해 동축방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는,
    터보 흡입기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    복수의 가이드 베인(7)이 상기 경계 돔(4)의 원주에 대해 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는,
    터보 흡입기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    하나 이상의 가이드 베인(7)이 상기 베인 하우징(3)에 연결되고 상기 경계 돔(4)을 위한 지지부로서 기능하는 것을 특징으로 하는,
    터보 흡입기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배출 공기 튜브(5)를 향하여 뾰족하게 되는, 각각의 가이드 베인(7)의 자유 에지는 상기 길이 방향 축선(5-2)의 방향으로, 상기 분무기(2)를 향하여 뾰족하게 되는 인접한 가이드 베인(7)의 자유 에지에 대해 틈새을 가지는 것을 특징으로 하는,
    터보 흡입기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배출 공기 튜브(5)를 향하여 뾰족하게 되는 자유 에지를 구비한 각각의 가이드 베인(7)은, 상기 길이 방향 축선(5-2)의 방향으로, 상기 분무기(2)를 향하여 뾰족하게 되는, 상기 인접한 가이드 베인(7)의 자유 에지를 넘어 돌출하는 것을 특징으로 하는,
    터보 흡입기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 길이 방향 축선(5-2)에 대해 횡방향으로 상기 베인 하우징(3)의 횡단면이 상기 가이드 베인(7)으로 완전히 덮히고, 개별의 상기 가이드 베인(7)은 상기 길이 방향 축선(5-2)의 방향으로 서로로부터 틈새를 가지는 것을 특징으로 하는,
    터보 흡입기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 스트림의 회전 속도를 증가시키도록 상기 가이드 베인(7)과 상기 길이 방향 축선(5-2) 사이의 예각이 증가될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    터브 흡입기.
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