NO163724B

NO163724B - DEVICE FOR PREPARING A ULTRAPHINE HOMOGENE AEROSOL

Info

Publication number: NO163724B
Application number: NO85853176A
Authority: NO
Inventors: Maans Arborelius Jr
Original assignee: Maans Arborelius Jr
Priority date: 1983-12-19
Filing date: 1985-08-12
Publication date: 1990-04-02
Also published as: NO853176L; NO163724C

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en innretning for fremstilling av en ultrafin homogen aerosol innbefattende en væskebeholder forbundet med en væskekanal. En slik innretning er også kalt en forstøver. The present invention relates to a device for producing an ultrafine homogeneous aerosol including a liquid container connected to a liquid channel. Such a device is also called an atomizer.

Forstøvere til fremstilling av tekniske eller medisinske aerosoler finnes i tre hovedtyper. Den eldste, den såkalte jet-aerosolinnretningen, består av en utdrivingsåpning som gir en ekspanderende luftstrøm som passerer tett over et rør for væsken som skal forstøves. På grunn av trykkreduksjonen i den ekspanderende luftstrømmen suges væsken i form av fine dråper fra væskerøret og treffer en såkalt skjerm, derved dekomponeres dråpene til en aerosol, normalt kjennetegnet ved partikler fra under 1 pm til 10-2 0 pm, dvs. en inhomogen aerosol. Nebulizers for the production of technical or medical aerosols are available in three main types. The oldest, the so-called jet-aerosol device, consists of an expulsion opening that provides an expanding air stream that passes closely over a tube for the liquid to be atomized. Due to the pressure reduction in the expanding air stream, the liquid is sucked in the form of fine droplets from the liquid tube and hits a so-called screen, thereby decomposing the droplets into an aerosol, normally characterized by particles from below 1 pm to 10-2 0 pm, i.e. an inhomogeneous aerosol .

Ultralydforstøvere benytter ultralydbølger med høy energi som river istykker overflatelaget i en væskebeholder. De genererer en aeroosol med jevne, men relativt store partikler, ofte ca. 4 pm. Væsken oppvarmes imidlertid betydelig. Såkalt "roterende tallerken"-forstøvere benytter en turbin-tallerken som roterer, med 20000 omdreininger/minutt eller mer. Væske tilføres ved senteret av tallerkenen og danner en tynn film som rives istykker ved kanten av tallerkenen til en fin aerosol, størrelsen kan varieres, men homogene partikler av sub-mikronstørrelse kan oppnås. Innretningen er ikke egnet for medisinsk anvendelse, er dyr og ikke helt uten fare. Ultrasonic nebulizers use high-energy ultrasonic waves that tear apart the surface layer of a liquid container. They generate an aerosol with uniform but relatively large particles, often approx. 4 p.m. However, the liquid heats up significantly. So-called "rotating plate" atomizers use a turbine plate that rotates at 20,000 revolutions/minute or more. Liquid is supplied at the center of the plate forming a thin film which is torn apart at the edge of the plate into a fine aerosol, the size can be varied but homogeneous particles of sub-micron size can be obtained. The device is not suitable for medical use, is expensive and not completely without danger.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en innretning for fremstilling av medisinske eller tekniske aerosoler av homogen størrelse, som kan varieres avhengig av utførelsen av innretningen og oppnås i en størrelse som er egnet for små luftveier i et omfang på mer enn 90%, mens konvensjonelle jet-aerosoler oppfanges i de øvre luftveiene. Innretningen kan anvendes til å administrere farmasøytiske preparater til fine luftveier eller generelt etter resorbsjon i alveolene med en effektivitet som tidligere ikke var mulig. Den kan også benyttes til fremstilling av tekniske aerosoler av en hour gen størrelse med høy virkningsgrad og densitet. The present invention relates to a device for the production of medical or technical aerosols of homogeneous size, which can be varied depending on the execution of the device and be achieved in a size that is suitable for small airways to an extent of more than 90%, while conventional jet aerosols are captured in the upper respiratory tract. The device can be used to administer pharmaceutical preparations to fine airways or in general after resorption in the alveoli with an efficiency that was previously not possible. It can also be used to produce technical aerosols of an hourglass size with high efficiency and density.

Nærmere bestemt vedrører foreliggende oppfinnelse en innretning for fremstilling av en ultrafin homogen aerosol innbefattende en væskebeholder forbundet med en væskekanal. .Innretningen er kjennetegnet ved at væskekanalen munner ut i en eller flere væskeåpninger, som er anbragt i nærheten av, og er rettet idet vesentlige loddrett mot, en første plate, idet væskeåpningene er anbragt i en andre plate orientert idet vesentlige parallelt med, og utformet mindre enn, den første platen. More specifically, the present invention relates to a device for producing an ultrafine homogeneous aerosol including a liquid container connected to a liquid channel. The device is characterized by the fact that the liquid channel opens into one or more liquid openings, which are placed near, and are directed essentially perpendicular to, a first plate, the liquid openings being placed in a second plate oriented essentially parallel to, and designed less than, the first plate.

Ved anvendelse av innretningen ifølge oppfinnelsen genereres en luftstrøm mellom den første og den.andre platen og som ved Coanda-effekten følger den første, og største platen radiélt ■ mot periferien. Samtidig oppstår det et redusert trykk mellom den store platen, her kalt Coanda-platen, og den mindre hullplaten. I en egnet avstand fra luftåpningen befinner seg en smal spalte eller et egnet antall væskeåpninger hvorigjennom væsken som skal forstøves oppsuges. Væsken føres ved hjelp av det raskt ekspanderende luftlaget mot periferien av Coanda-platen hvor den tynne væskefilmen brister til fine, homogene partikler mens ikke-forstøvet væske treffer veggen av væskebeholderen og renner til bunnen av denne hvor et oppsugningsrør suger væsken tilbake til væskeåpningen. When using the device according to the invention, an air flow is generated between the first and the second plate and which, due to the Coanda effect, follows the first and largest plate radially towards the periphery. At the same time, a reduced pressure occurs between the large plate, here called the Coanda plate, and the smaller perforated plate. At a suitable distance from the air opening there is a narrow slit or a suitable number of liquid openings through which the liquid to be atomised is sucked up. The liquid is carried by means of the rapidly expanding air layer towards the periphery of the Coanda plate where the thin liquid film breaks into fine, homogeneous particles while non-atomized liquid hits the wall of the liquid container and flows to the bottom of this where a suction tube sucks the liquid back to the liquid opening.

Egenskapene for aerosolen kan varieres innenfor vide grenser ved å variere trykket i luftstrømmen, avstanden mellom Coanda-platen og hullplaten, diameteren av luftåpningen og væskeåpningene og diameteren av Coanda-platen og avstanden mellom denne platen og veggen i beholderen. Oppfinnelsen er følgelig ikke begrenset til visse utførelser av disse detaljene og heller ikke til variasjoner av overflaten av Coanda-platen, dvs. at denne platen også kan være utformet som en sfærisk eller konkav overflate med varierende form, uten at dette avviker fra hovedformålet med oppfinnelsen. The properties of the aerosol can be varied within wide limits by varying the pressure in the air flow, the distance between the Coanda plate and the perforated plate, the diameter of the air opening and the liquid openings and the diameter of the Coanda plate and the distance between this plate and the wall of the container. The invention is therefore not limited to certain embodiments of these details nor to variations of the surface of the Coanda plate, i.e. that this plate can also be designed as a spherical or concave surface with varying shape, without this deviating from the main purpose of the invention .

Det som er viktig er, at luft og/eller en energirik strøm av væske følger en plate ved denne såkalte Coanda-effekten og den endelige aerosolen dannes ved kanten derav ved at væskefilmen frigjøres og brister, i det vesentlige på samme måte som i en "roterende tallerken"-innretning. Det faktum at aerosolen genereres på en tilsvarende måte som i en "roterende tallerken"-innretning gjør det mulig å oppnå en fin homogen aerosol, samtidig som innretningen kan gjøres liten og lett håndterbar. Antallet partikler som genereres pr. enhet luftvolum vil også være høyt. What is important is that air and/or an energetic flow of liquid follows a plate by this so-called Coanda effect and the final aerosol is formed at the edge thereof by the liquid film being released and bursting, essentially in the same way as in a " rotating plate" device. The fact that the aerosol is generated in a similar way as in a "rotating plate" device makes it possible to obtain a fine homogeneous aerosol, while at the same time the device can be made small and easy to handle. The number of particles generated per unit air volume will also be high.

Oppfinnelsen skal nedenfor beskrives med henvisning til de vedlagte tegningene som viser et eksempel på en utvalgt og praktisk utprøvet utførelse. The invention will be described below with reference to the attached drawings which show an example of a selected and practically tested embodiment.

Fig. 1 er et vertikalt tverrsnitt gjennom en innretning ifølge foreliggende oppfinnelse, og Fig. 1 is a vertical cross-section through a device according to the present invention, and

fig. 2 er et snitt langs linjen II-II i fig. 1. fig. 2 is a section along the line II-II in fig. 1.

I tegningen betegner henvisningstallet 1 en første plate, også kalt en Coanda-plate. 2 angir en andre plate, en hullplate som i senteret har en luftåpning 3, hvortil luft tilføres via et luftrør 8 som er forbundet via en luftkanal til luftåpningen 3. Innretninger for tilføring av væske er tilveiebragt som fire væskeåpninger 4 i hullplaten 2. En væskebeholder er gitt henvisningstallet 5. Ved hjelp av en forbindende del 6a er et oppsugningsrør for væske 6b forbundet med en væskekanal 7 som danner en væskeforbindelse mellom bunnen av beholderen 5 og væskeåpningen 4. Komprimert luft kan tilføres til luftåpningen via luftrør 8. In the drawing, the reference number 1 denotes a first plate, also called a Coanda plate. 2 indicates a second plate, a perforated plate which in the center has an air opening 3, to which air is supplied via an air pipe 8 which is connected via an air channel to the air opening 3. Devices for supplying liquid are provided as four liquid openings 4 in the perforated plate 2. A liquid container is given the reference number 5. By means of a connecting part 6a, a suction pipe for liquid 6b is connected to a liquid channel 7 which forms a liquid connection between the bottom of the container 5 and the liquid opening 4. Compressed air can be supplied to the air opening via air tube 8.

Ifølge et nyttig illustrerende eksempel er forstøverdelen laget av rustfritt stål. Coanda-platen 1 har en diameter på 12 mm og hullplaten 2 en diameter på 5 mm. Avstanden mellom According to a useful illustrative example, the atomizer part is made of stainless steel. The Coanda plate 1 has a diameter of 12 mm and the perforated plate 2 a diameter of 5 mm. The distance between

1 og 2 er 0,8 mm. Luftåpningen 3 har en diameter på 0,3 mm. Væskebeholderen består av en sylinder av glass eller polert rustfritt stål og har diameteren 18 mm og danner en beholder for forstøvningsvæsken og fører aerosolen som er dannet ut. Via oppsugningsrøret 6 suges væske fra bunnen av beholderen 5 til væskeåpningen 4 via fordelingskanalen 7. Et egnet antall væskeåpninger 4 er plassert radielt rundt luftåpningen i en avstand på 1-2 mm med en diameter på 0,4 mm i denne utførel-sen. Mantelen av fordelingskanalen eller den forbindende delen 6a og røret 6b er demonterbart forbundet med hullplaten 2 med tinn-lodding for å muliggjøre rensing av kanalene 3 og 4. Med et luft- eller oksygentrykk på ca. 600 kPa produserer innretningen 4,5 liter aerosol/minutt med et væskeinnhold på 0,13-0,15 ml. Partikkelstørrelsen etter tørking er 0,3 pm (midlere massediameter), og partikkeltettheten er 3 x IO<8 >cm~<3>, sammenliget med ikke mer enn 2,8 x 10<7> cm-<3> for den beste aerosolinnretningen som nå benyttes innen medisinsk praksis. 1 and 2 are 0.8 mm. The air opening 3 has a diameter of 0.3 mm. The liquid container consists of a cylinder of glass or polished stainless steel and has a diameter of 18 mm and forms a container for the atomizing liquid and conveys the aerosol that is formed. Via the suction pipe 6, liquid is sucked from the bottom of the container 5 to the liquid opening 4 via the distribution channel 7. A suitable number of liquid openings 4 are placed radially around the air opening at a distance of 1-2 mm with a diameter of 0.4 mm in this design. The mantle of the distribution channel or the connecting part 6a and the pipe 6b are demountably connected to the perforated plate 2 with tin soldering to enable the cleaning of the channels 3 and 4. With an air or oxygen pressure of approx. At 600 kPa, the device produces 4.5 liters of aerosol/minute with a liquid content of 0.13-0.15 ml. The particle size after drying is 0.3 pm (bulk mean diameter) and the particle density is 3 x 10<8>cm~<3>, compared to no more than 2.8 x 10<7> cm-<3> for the best aerosol device which is now used in medical practice.

En tilsvarende virkning kan oppnås dersom avstanden mellom hullplaten og Coanda-platen reduseres til 0,1 mm og diameteren av hullet 3 til 0,2 mm, og på platen 2 til 2 mm. Det tidligere væskeoppsugningssystemet utelates, og forstøvnings-væsken innføres via den tidligere luftkanalen og åpningen med et trykk på ca. 10 kPa, f.eks. fra en pumpe av den typen som benyttes ved luftfrie sprøytemalingspistoler drevet med vekselstrøm. Utsugningstilkoblingen til pumpen er i slike tilfeller forbundet til et rør som åpner seg ved bunnen av beholderen. Denne utførelsen antas å være overlegen dersom man ønsker å fremstille en elektrisk drevet variant av forstøveren og vil være betydelig billigere enn alternativet med en elektrisk drevet luftkompressor. A similar effect can be achieved if the distance between the perforated plate and the Coanda plate is reduced to 0.1 mm and the diameter of the hole 3 to 0.2 mm, and on the plate 2 to 2 mm. The former liquid suction system is omitted, and the atomizing liquid is introduced via the former air channel and the opening with a pressure of approx. 10 kPa, e.g. from a pump of the type used in airless spray paint guns powered by alternating current. In such cases, the suction connection to the pump is connected to a pipe that opens at the bottom of the container. This design is believed to be superior if one wishes to produce an electrically powered version of the atomizer and will be significantly cheaper than the alternative of an electrically powered air compressor.

Dersom en liten transporterbar variant av den luftdrevne forstøveren ønskes, anbefales en flaske komprimert luft på ca. 0,5 liter med et trykk på 30000 kPa, dette gir innretningen en kapasitet på minst 6 behandlinger hver på 5 minutter, dvs. en kapasitet på opptil 2 dagers behandling ved sykdom-mene som er aktuelle. If a small transportable version of the air-powered nebulizer is desired, a bottle of compressed air of approx. 0.5 liters with a pressure of 30,000 kPa, this gives the device a capacity of at least 6 treatments each in 5 minutes, i.e. a capacity of up to 2 days of treatment for the diseases that are relevant.

Innretningen muliggjør tilførsel av legemidler til fjerne luftveier i et omfang på mer enn 90%, mens aerosoler fra konvensjonelle innretninger deponeres i munnhulen eller halsen i et omfang på ca. 85%. Innretningen muliggjør følgelig terapi med lokale & 2~ a<3on^- s^ er eller steroider med en effektivitet man tidligere ikke kunne oppnå, men vil i andre utførelser også være nyttig til fremstilling av tekniske aerosoler for forskjellige former. The device enables delivery of medicines to distant airways to an extent of more than 90%, while aerosols from conventional devices are deposited in the oral cavity or throat to an extent of approx. 85%. The device consequently enables therapy with local & 2~ a<3on^- s^ er or steroids with an efficiency that could not previously be achieved, but in other embodiments will also be useful for the production of technical aerosols for different forms.

I kombinasjon med et fordampningsrør gir den muligheter for å studere fordelingen av ventilering i lungene med <99>Tc uten å forstyrre aktiviteten i de øvre luftveiene eller halsen, og med et utbytte i lungene som er 5-10 ganger større enn med innretningene som nå er i bruk. In combination with an evaporation tube, it offers opportunities to study the distribution of ventilation in the lungs with <99>Tc without disturbing the activity in the upper airways or the throat, and with a yield in the lungs that is 5-10 times greater than with the devices currently is in use.

Claims

1. Device for producing an ultrafine homogeneous aerosol including a liquid container (5) connected to a liquid channel (7), characterized in that the liquid channel (7) opens into one or more liquid openings (4), which are placed in the vicinity of, and are directed substantially perpendicular to a first plate (1), the liquid openings being arranged in a second plate (2) oriented substantially parallel to, and designed smaller than, the first plate (1).

2. Device according to claim 1, characterized in that the surface of the first plate, which faces the liquid openings, is flat.

3. Device according to claim 1, characterized in that compressed air is directed towards the first plate (1) from an air opening (3) at the center of the second plate (2), and that the liquid channel (7) opens into a large number of liquid openings (4) at a distance from the air opening (3), for the formation of a liquid film on the first plate.

4. Device according to claim 1, characterized in that the walls of the liquid container (5) have a shape that collects non-atomized liquid in the bottom of the container, and that a connecting pipe (6b) is arranged between the liquid channel (7) and the bottom of the container.