PL189969B1

PL189969B1 - Filtr mikrostrukturalny, sposób wytwarzania filtra mikrostrukturalnego i rozpylacz do terapii inhalacyjnej z filtrem mikrostrukturalnym

Info

Publication number: PL189969B1
Application number: PL98339492A
Authority: PL
Inventors: Klaus Kadel; Johannes Geser; Joachim Eicher; Bernhard Freund; Stephen Terrence Dunne; Wulf Bachtler
Original assignee: Boehringer Ingelheim Int
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2005-10-31
Also published as: SI1017469T1; EA200000338A1; NO331008B1; CZ298849B6; KR100575018B1; JP2001518377A; NO20001547D0; DK1017469T3; KR20010030720A; CY1106585T1; AR010946A1; CN1142811C; EE04773B1; PL339492A1; IL134186A0; UA54561C2; DE19742439C1; PT1243299E; EP1772175A3; SK4232000A3

Abstract

1. Filtr mikrostrukturalny posiadajacy wlot dla plynu nie filtrowanego i wylot dla plynu przefiltrowanego, znamienny tym, ze ma plaska plyte podstawy (1) i zamoco- wana do niej plyte przykrywajaca oraz liczne wystepy (7), z których kazdy stano- wi integralna czesc skladowa plyty pod- stawy, z której kazda z nich wystaje, przy czym wystepy (7) sa pooddzielane jeden od drugiego poprzez kanaly (8), które tworza przejscia dla plynu biegnace przez filtr od wlotu do wylotu, przy czym plyta przykry- wajaca przykrywa wystepy (7) i kanaly (8), przy czym liczne wystepy (7) sa ulozone w co najmniej dwóch rzedach (3) biegna- cych wzdluz linii zygzakowatej (34), we wzajemnym ukladzie zaleznym umieszczone obok siebie i w poprzek filtra. FIG .1 PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest filtr mikrostrukturalny, sposób wytwarzania filtra mikrostrukturalnego i rozpylacz do terapii inhalacyjnej z filtrem mikrostrukturalnym. Wynalazek ten dotyczy filtrów mikrostrukturalnych stosowanych do płynów.

Znane są rozmaite filtry, w których czynnik filtrujący ma mikropory o wielkościach mieszczących się w przedziałach submikronowych, a rozmiar tych porów ma rozkład statystyczny zależny od materiału. Wymiary zewnętrzne czynników filtrujących tego rodzaju są zbyt duże w porównaniu do średnicy przeciętnego poru (stosunek ten jest wyrażany liczbą dziesięć podnoszoną do potęg). Doświadczenie wykazało, że nie mogą być one łatwo wykonywane o wielkościach tak małych jak jest to pożądane.

Znane są także pasy metalowe z mikrootworami, które są stosowane w sitodruku, o grubości do 100 μηι, zawierające na przykład nikiel, zaopatrzone w otwory rozmieszczone równomiernie na całym pasie, o średnicach otworów wyrażanych w pojedynczych mikrometrach. Pasy te są produkowane, na przykład, metodą galwaniczną. Pasy metalowe tego rodzaju nie mogą być składane z komponentami mikrostrukturalnymi.

Europejski opis patentowy numer EP 0 231 432 opisuje mikrofiltr o przepływie krzyżowym, któryjest zasilany płynem poddawanym filtrowaniu, i z którego na wyjściu są odbierane, strumień koncentratu i strumień filtra. Pomiędzy komorą w której płynie płyn i komorą zbiorczą dla filtrą jest rozmieszczony rząd półek lub powierzchni styku, pomiędzy którymi są kanały. Ten rząd półek i kanały tworzą mikrofiltr. Kierunek kanałów jest nachylony pod kątem od 90° do 135° w stosunku do kierunku przepływu strumienia płynu/koncentratu. Dostarczany płyn, który następnie przechodzi w koncentrat, wypływa strumieniem obok rzędu półek. Filtrat jest zbierany w licznych komorach i opuszcza filtr albo prostopadle do powierzchni filtracyjnej, albo przemieszcza się w tej powierzchni filtracyjnej, płynąc licznymi kanałami, które rozciągają się pomiędzy kanałami dla koncentratu.

Międzynarodowe zgłoszenie patentowe numer WO 93/11862 ujawnia filtr mikromechaniczny, któryjest zbudowany z trzech warstw. Usytuowana na zamkniętej podstawie warstwa, w założonych strefach jest warstwą pośrednią a na niej jest rozłożona warstwa przykrywająca z otworami, które są wydłużone w taki sam sposób jak strefa. Warstwa pośrednia nie dochodzi równolegle do, i nie wiąże się wzajemnie z, jednym lub z oboma wzdłużnymi bokami otworów. W tych strefach warstwa przykrywająca ma układ o konfiguracji wspornikowej lub wysięgowej. Rozmieszczona pod częścią wspornikową warstwa przykrywająca, przylegająca do otworu, jest płytkim rowkiem, który ma taki wymiar jak grubość pośredniej warstwy i jest tak długi jak wydłużony otwór. Filtrat przepływa przez tamten rowek do komory zbiorczej dla filtratu, która ma wymiar większy niż grubość komory pośredniej. Warstwa przykrywająca zawiera wielką ilość wydłużonych otworów, które są rozłożone w rzędach równoległych wzajemnie, jeden do drugiego. Te rzędy szczelin w warstwie przykrywającej mogą być w układzie o konfiguracji meandrowej. Płyn przepływa przez liczne otwory prostopadle do powierzchni filtracyjnej, wpływa do licznych komór i jest usuwany z wielu komór do zbierania filtratu, przez liczne otwory, płynąc prostopadle do powierzchni filtracyjnej. Warstwy takiego filtru mogą być wykonane z krzemu, tworzywa sztucznego, albo z metalu, i są budowane metodami trawienia, wygniatania, albo metodą obróbki mechanicznej lub skrawania, chociaż mogą być tu też dołączone metody oparte na technologii cienkich powłok i wytrącaniu się metalu z fazy parowej (naparowywanie).

Te i inne proponowane uprzednio urządzenia stwarzają liczne problemy. Na przykład zauważono, że przynajmniej niektóre z proponowanych poprzednio urządzeń są nadmiernie podatne na blokowanie się, po czym urządzenie może przestać działać. Usiłując zmierzać do złagodzenia tego problemu proponowano stosowanie większego filtru, ale te większe filtry miały wielką martwą pojemność, która była niepożądana. W dodatku, niektóre proponowane uprzednio urządzenia nie są łatwo składane z innymi komponentami mikrostrukturalnymi.

Celem wynalazku jest przedstawienie filtru mikrostrukturalnego do płynu, który łagodzi jeden lub więcej z problemów tutaj opisywanych.

Filtr mikrostrukturalny posiadający wlot dla płynu nie filtrowanego i wylot dla płynu przefiltrowanego według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma płaską płytę podstawy i zamocowaną do niej płytę przykrywającą oraz liczne występy, z których każdy stanowi integralną część składową płyty podstawy, z której każda z nich wystaje, przy czym występy są

189 969 pooddzielane jeden od drugiego poprzez kanały, które tworzą przejścia dla płynu biegnące przez filtr od wlotu do wylotu, przy czym płyta przykrywająca przykrywa występy i kanały, przy czym liczne występy są ułożone w co najmniej dwóch rzędach biegnących wzdłuż linii zygzakowatej, we wzajemnym układzie zależnym umieszczone obok siebie i w poprzek filtra.

Ponadto filtr wyróżnia się tym, że zarówno wlot i wylot odpowiednio zawierają wydłużoną szczelinę dla pfynu nie filtrowanego i dla płynu przefiltrowanego odpowiednio, a każda ze szczelin ma szerokość komory filtra i wysokość równą wysokości występów na bokach korpusu filtra, na którym znajdują się odpowiednio wlot i wylot.

Odstęp pomiędzy płytą podstawy i płytą przykrywającą jest w przybliżeniu równy szerokości kanałów pomiędzy sąsiednimi występami.

Liczne rzędy występów są ułożone w kształt kaskady, przy czym przekrój poprzeczny kanałów wykonany prostopadle do kierunku strumienia płynu, patrząc w kierunku przepływu, zmniejsza się idąc od jednego rzędu do następnego, występy, które są położone bliżej strony wlotowej filtru są większe niż występy, które są ułożone bardziej od strony wylotowej filtru, odstęp pomiędzy płytą podstawy i płytą przykrywającą, w obszarze wokół każdego rzędu występów, przy rzędach ułożonych w kształt kaskady, jest w przybliżeniu równy szerokości kanałów z boku tych występów, którymi płyn przechodzi do rzędu kanałów.

Płyta przykrywająca jest korzystnie płaska.

Szczelina wlotowa posiada stosunek wysokości do szerokości od 1:5 do 1:1000, przy czym szczelina wylotowa posiada stosunek wysokości do szerokości od 1:5 do 1:1000.

Odstęp pomiędzy płytą podstawy w obszarze wokół występów i płytą przykrywającą wewnątrz rzędu występów, ma wielkość zawierającą się pomiędzy połową szerokości kanału i podwójną szerokością kanału z boku występów, którym płyn przechodzi do krmałów, przy czym boki zwrócone wzajemnie do siebie dwóch sąsiednich rzędów występów, wyznaczają połączoną wewnętrznie przestrzeń, w którą płyn wpływa ze wszystkich kanałów znajdujących się pomiędzy występami pierwszego rzędu i z której wychodzi płyn wpływający do wszystkich kanałów znajdujących się pomiędzy występami następnego rzędu, idąc w kierunku przepływu strumienia.

Ponadto filtr zawiera komorę zbiorczą o wydłużonym przekroju poprzecznym, znajdującą się pomiędzy szczeliną wlotową i pierwszym rzędem występów, do której wchodzi płyn nie filtrowany i z której ten płyn wychodzi wpływając do wszystkich kanałów znajdujących się pomiędzy występami w pierwszym rzędzie, komorę zbiorczą o wydłużonym przekroju poprzecznym, znajdującą się pomiędzy ostatnim rzędem występów szczeliną wylotową, do której płyn wypływa ze wszystkich kanałów ostatniego rzędu i z której na zewnątrz wychodzi jako płyn przefiltrowany.

Występy są albo w formie powierzchni styku, które patrząc w kierunku przepływu strumienia, są proste lub zakrzywione, albo są w formie kolumn.

Kanały są o stałym przekroju poprzecznym i posiadają długość przynajmniej równą ich podwójnej wysokości od strony wejścia płynu.

Kanały są stałym przekroju poprzecznym na całej długości kanału i posiadają następujący zakres wymiarowy i długość od 5pm do 50 pm, wysokość od 2,5 pm do 25 pm, oraz szerokość od 2,5 pm do 25 pm.

Kanały mają przekrój poprzeczny kwadratowy.

W innym wykonaniu kanały mają przekrój poprzeczny o kształcie beczkowatym lub trapezoidalnym, przy czym dłuższa podstawa trapezu w trapezoidalnych kanałach jest formowana przez płytę przykrywającą

W jeszcze innym wykonaniu kanały mają w przybliżeniu przekrój poprzeczny kwadratowy po stronie wejściowej filtra, który się poszerza idąc w kierunku strony wyjściowej filtra.

Odstęp pomiędzy rzędami występów jest korzystnie równy podwójnej szerokości kanału po stronie wejściowej filtra.

Występy są ułożone w rzędy rozciągające się wzajemnie równolegle, jeden względem drugiego.

Konfiguracja rzędów jest zygzakowata, przy czym rzędy występów pochylone są wzajemnie jeden względem drugiego pod kątem a w zakresie wielkości od 2° do 25°.

189 969

Odstęp pomiędzy płytą podstawy w obszarze wokół występów i płytą przykrywającą, wewnątrz rzędu występów jest stały.

Odstęp pomiędzy płytą podstawy w obszarze wokół występów i płytą przykrywającą wewnątrz rzędu występów, jest większy w strefie końca rzędu znajdującego się w sąsiedztwie wylotu filtru niż w strefie końca rzędu, który znajduje się w sąsiedztwie wlotu filtra.

W innym wykonaniu odstęp pomiędzy płaską płytą podstawy w obszarze wokół występów i płaską płytą przykrywającą wewnątrz rzędu występów, wzrasta liniowo od strefy końca rzędu znajdującego się w sąsiedztwie strony wlotowej filtra, w kierunku ku strefie końca rzędu, który znajduje się w sąsiedztwie strony wylotowej filtra, w kierunku ku strefie końca rzędu, który znajduje się w sąsiedztwie strony wylotowej filtra.

Sposób wytwarzania filtra mikrostrukturalnego z wlotem płynu nie filtrowanego i wylotem dla płynu przefiltrowanego według wynalazku charakteryzuje się tym, że płytę podstawy wykonuje się techniką trawienia izotropowego lub anizotropowego, na mokro lub na sucho, albo kombinacji tych procesów.

Płytę podstawy wykonuje się z krzemu, a płytę przykrywającą wykonuje się ze szkła, przy czym płytę podstawy łączy się z płytą przykrywającą przez spajanie metodą wiązania anodowego.

Rozpylacz do terapii inhalacyjnej z filtrem mikro strukturalnym do płynu z wlotem dla płynu nie filtrowanego, charakteryzuje się tym, że zawiera liczne występy, ułożone przynajmniej w dwóch rzędach i we wzajemnym układzie, znajdują się obok siebie, wystając na zewnątrz z płyty podstawy oraz tworzą integralną całość z płytą podstawy, liczne kanały znajdujące się pomiędzy występami, płytę przykrywającą usytuowaną nad występami i kanałami, która jest umocowana do płyty podstawy według wynalazku charakteryzuje się tym, że kanały tworzą liczne przelotowe przejścia biegnące od wlotu do wylotu, przy czym wlot zawiera wydłużoną szczelinę wlotową dla płynu nie filtrowanego, która rozciąga się przez całą szerokość filtra i która ma wysokość występów wystających na zewnątrz z płyty podstawy na stronie wlotowej filtra, przy czym wylot zawiera wydłużoną szczelinę wlotową dla płynu przefiltrowanego, która rozciąga się przez całą szerokość filtra, i która ma wysokość występów wystających na zewnątrz z płyty podstawy na stronie wylotowej filtra.

Ponadto, rozpylacz zawiera dyszę wmontowaną do filtra.

W filtrze mikrostrukturalnym według innej postaci wynalazku, na tej samej płycie podstawy są zainstalowane dalsze strumieniowe elementy mikrostrukturalne także pracujące przy wysokich ciśnieniach, na przykład dysza do rozpylania płynu lub do wytwarzania aerozolu.

Filtr mikrostrukturalny według różnych postaci tego wynalazku może wykazywać niektóre lub wszystkie z następujących zalet polegających na tym, że filtr może zachowywać sprawność działania nawet jeżeli niektóre kanały są zablokowane przez zanieczyszczenia zawarte w płynie. Jest to możliwe ponieważ posiada on wielką ilość kanałów przypadających na niewielki obszar. Może to umożliwiać stosowanie filtra, wtedy kiedy jest on zespolony z dyszą stosowaną w rozpylaczu, a przez to udoskonala rozpylacz, zwłaszcza wtedy gdy jest to rozpylacz służący do podawania lekarstwa, kiedy to złe działanie rozpylacza w określonym okresie jego stosowania może mieć fatalne następstwa dla użytkownika.

Kanały mogą być zdefiniowane w ścisłych granicach, pod względem kształtu, obszaru przekroju poprzecznego i długości (w najbardziej zalecanej postaci wymiary wszystkich kanałów wewnątrz filtru są takie same).

Przekrój poprzeczny kanału może być przystosowany do warunków jakie narzucają dalsze urządzenia, na przykład do przekroju poprzecznego dyszy, która jest połączona z kanałem na wyjściu z niego.

Wewnątrz niewielkiej objętości filtru może być zawarty wielki obszar powierzchni filtracyjnej.

Przepływ płynu może być kierowany pomiędzy rzędy ułożone w konfiguracji meandrowej lub w konfiguracji zygzakowatej, w istocie prostopadle do kierunku przepływu w kanałach, gdzie płyn płynie zanim może wchodzić do wewnątrz kanałów.

Obszar otwarcia filtru (suma obszarów przekrojów poprzecznych wszystkich kanałów) może wynosić przynajmniej 50% całkowitego ogólnego obszaru filtru.

189 969

Filtr może posiadać niewielką martwą pojemność, a także może być składany w prosty sposób z innymi komponentami mikrostrukturalnymi.

Filtr mikrostrukturalny, opisany tutaj, znajduje szczególne zastosowanie kiedy jest wykorzystywany do filtrowania medykamentu rozpuszczonego w rozpuszczalniku służącym do wytwarzania aerozolu, przy zastosowaniach inhalacyjnych. Odpowiednimi rozpuszczalnikami są na przykład woda lub spirytus etylowy, albo ich mieszanina. Odpowiednimi medykamentami są na przykład Berotec, Atrovent, Berodual, Salbutamol, Combivent, Oxivent, Ba 679, BEA2108, i inne.

Filtr według tego wynalazku może być także używany w rozpylaczu takim jak opisany w opisie patentowym EP 521061.

Filtr mikrostrukturalny opisany tutaj może być wytwarzany w następujący przykładowy sposób: wiele połączonych razem płyt podstawy, których ilość, na przykład, jest rzędu tysiąca, jest jednocześnie poddawana wykonywaniu mikrostruktury rozciągającej się na wielkim obszarze powierzchniowym i łączona w jednym zabiegu z wielką płaską płytą przykrywającą (proces okresowy). Ten kombinowany zestaw może być następnie dzielony na wiele pojedynczych kawałków.

Ten sposób wytwarzania ma pewne specyficzne zalety. Z jednej strony okresowa produkcja daje możliwość wytwarzania szczególnie niedrogich pojedynczych części, o wysokim stopniu precyzji wykonania dokładnych wymiarów struktury, rzędu kilku mikrometrów, z tolerancjami mieszczącymi się w przedziałach submikronowych, które, przy zastosowaniu procedury produkcji seryjnej, mogłyby być wykonywane tylko przy istotnie większych kosztach, natomiast z drugiej strony, produkcja okresowa daje możliwość osiągania jednakowej określonej jakości wszystkich części, którą można powtarzalnie osiągać przy zachowaniu tych samych warunków technologicznych, i nie ma tu prawdopodobieństwa powolnych zmian, jak to działoby się w przypadku, na przykład, procedur wytwarzania stosowanych w produkcji seryjnej, wskutek zużywania się narzędzia.

W dodatku, położenie i umiejscowienie części podczas procesu są także z góry określone przez ich konstrukcję i nie muszą być one ustawiane i zestawiane, za pomocą kosztownych urządzeń sortujących i przenoszących, tak jak w przypadku niektórych uprzednio proponowanych układów.

Płyta podstawy może być wykonywana, na przykład, przez ujemne trawienie jonowe, kształtowanie galwaniczne, albo, w przypadku tworzyw sztucznych, według procesu LGM, metodą litografii, kształtowania galwanicznego lub prasowania. Mogą tam występować dalsze procesy obrabiające strukturę, zmierzające do wykonania kanałów o specyficznych kształtach. Kanały o przekroju poprzecznym trapezoidalnym i beczkowatym mogą być wykonywane za pomocą specyficznych metod roztrawiania lub podtrawiania. Takie kształty mogą być wykonywane zarówno przez trawienie na sucho jak i w procesach trawienia na mokro. W płytach podstawy z krzemu monokrystalicznego kanał o przekroju poprzecznym trójkątnym może być wykonywany w procesach trawienia o działaniu różnokierunkowym. Zaleca się by płyta podstawy miała strukturę wykonywaną w procesie trawienia, izotropowego lub anizotropowego, mokrego lub suchego, albo przy stosowaniu kombinacji tych procesów, szczególnie jest zalecane trawienie anizotropowe suche.

Płyta podstawy z mikrostrukturą i jej występami może być łączona z płaską płytą, przykrywającą, na przykład, przez spajanie anodowe krzemu i szkła, na przykład szkła zasadowego borokrzemianowego. W jednym przykładzie płaska płyta szklana jest ułożona na płycie krzemowej z mikrostrukturą, zetkniętej z elektrodą. Cały zestaw jest podgrzewany do temperatury mieszczącej się w przedziale od 200°C do 500°C, a na styku pomiędzy płytą krzemową i płytą szklaną jest przyłożone ujemne napięcie o wielkości około 1000V. Pod wpływem tego napięcia, naładowane dodatnio jony alkaliczne przechodzą przez szkło do katody i tam one są neutralizowane. Przy tym przechodzeniu zostaje uformowany, pomiędzy szkłem i krzemem, przestrzenny ładunek ujemny, który wywołuje elektrostatyczne przyciąganie na tych dwóch powierzchniach i który w dodatku, za pomocą mostków powiązań tlenowych, skutkuje trwałym chemicznym powiązaniem pomiędzy powierzchnią szkła i powierzchnią krzemu.

189 969

Przy opisywanym powyżej wzorcowym procesie płyta przykrywająca wykonana ze szkła jest szczególnie dogodna dla zapewnienia jakości, ponieważ z jednej strony jakość wiązania w połączeniu, a z drugiej strony defekty lub zawarte cząstki powodujące wadliwe działanie filtra, mogą być łatwo rozpoznawane poprzez kontrolę wzrokową.

Po zakończeniu procedury wiązania zestaw może być dzielony na pojedyncze filtry, korzystnie przy zastosowaniu szybkoobrotowej diamentowej piły tarczowej, tak by strona wejściowa i strona wyjściowa każdego filtru były odsłonięte, jeżeli nie zostały odsłonięte już uprzednio. Cięcie oddzielające może być pozycjonowane z takim stopniem dokładności, który zawiera się w przedziale kilku mikrometrów.

Oprócz stosowania wiązania anodowego, płyta podstawowa z mikrostrukturą może być łączona z płaską płytą przykrywającą za pomocą spajania ultradźwiękowego, spawania laserowego, klejenia lub lutowania, albo jakiegoś innego sposobu oczywistego dla specjalistów z tej dziedziny.

Teraz będą opisywane postaci wynalazku, jedynie jako przykłady, z nawiązaniem do towarzyszącego opisowi rysunku.

Przedmiot wynalazku zostanie uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ilustrację przykładu filtru, fig. 2 - widok w skali powiększonej pokazujący układ występów w rzędach w filtrze z fig. 1, fig. 3 - przekrój poprzeczny wykonany wzdłuż linii A-A na fig. 2, fig. 4 - schematyczną ilustrację odmian różnych występów, fig. 5 - schematyczną ilustrację przedstawiającą dalsze występy, fig. 6 - schematyczne przedstawienie wielu wzorów przykładowych, według których występy mogą być poustawiane, fig. 7 - przykład ilustracyjny pokazujący orientację kątową występów, fig. 8 - obraz filtru, na końcu jego przydatności do użytku, wytworzony w mikroskopie elektronowym skaningowym.

Jak wspominano powyżej, fig. 1 przedstawia ilustrację przykładu filtra widzianego od strony początkowo otwartej, która jest następnie przykrywana płytą przykrywaaącą (nie pokazana). Płyta podstawy 1 filtra jest wyposażona w mikrostrukturę znajdującą się pomiędzy sektorami brzegowymi 2a i 2b. Mikrostruktura zawiera, w tym przypadku, rzędy 3 występów, które są ułożone w konfiguracji zygzakowatej. Można tu także zauważyć, że rzędy 3 są pochylone wzajemnie, jeden względem drugiego, pod kątem a.

W tym przykładzie, płyta podstawy 1 jest wyposażona, dodatkowo poza tym filtrem i od strony wejścia do niego, w dalszy rząd występów 7, które tworzą bardzo zgrubny filtr służący do bełtania płynu przepływającego przez niego. Na dojściu do występów 7 jest usytuowana szczelina wlotowa 5, przez którą przechodzi nie filtrowany płyn do wnętrza filtru. W tym przykładzie występuje dysza 6, znajdująca się w połączonym układzie z filtrem, przez którą przefiltrowany płyn może wychodzić na zewnątrz. Dysza 6 została uformowana, w tym ilustracyjnym przykładzie, jako integralny komponent tworzący jedną całość z płytą podstawy 1. W innej wersji filtr może być formowany również bez dyszy 6 i bez filtra zgrubnego 4.

Figura 2 jest powiększonym widokiem fragmentu fig. 1 pokazującego przykładowy układ występów w rzędach. W tym przypadku występy 7 są półkami, lub powierzchniami styku, o przekroju prostokątnym, ale jak później będzie opisane, mogą one posiadać alternatywną konfigurację. Rzędy 3 zawierają wiele występów 7, które wystają do góry z płyty podstawy 1, i które są rozstawione wzajemnie, jeden względem drugiego, tak by powstał filtr dokładnego oczyszczania płynu.

Figura 3 jest przekrojem poprzecznym w płaszczyźnie przechodzącej przez rząd występów, wykonanym wzdłuż linii A-A na fig. 2. W tej przykładowej postaci występy 7 mają boki wzdłużne zakrzywione wklęśie, pomiędzy którymi znajdują się kanały 8 o baryłkowatym przekroju poprzecznym.

Figura 4 przedstawia liczne przykłady występów, z których każdy pokazany jest od początkowo otwartej strony filtra, to jest od góry. Każdy z tych przykładowych występów, lub każda ich kombinacja (albo każdy inny jeszcze występ), mogą być wykorzystywane w filtrze tutaj opisywanym. Fig. 4 przedstawia prostokątną. powierzchnię styku 11, wydłużoną powierzchnię styku 12 o stałej szerokości z zaokrąglonymi wąskimi bokami, powierzchnię styku 13 o kształcie skrzydła, powierzchnię styku 14 o stałej szerokości i z bokiem wąskim biegnącym skośnie, oraz powierzchnię styku 15, która jest zakrzywiona w kształcie segmentu pierścienia. Podane

189 969 są również, jako przykłady, kwadratowa kolumna 16, trójkątna kolumna 17, okrągła kolumna 18 i ośmiokątna kolumna 19. Jak wspominano wyżej, każda z tych powierzchni styku, lub każda ich kombinacja, są odpowiednie do stosowania w filtrze.

Figura 5 przedstawia różnorodne przekroje wzdłużne przez rozmaite różne występy, a dokładniej mówiąc są to: występ o prostokątnym przekroju 21, występ o przekroju z wklęsłe zakrzywionymi wzdłużnymi bokami 22, występ o trapezoidalnym przekroju 23, w którym dłuższa podstawa trapezu jest zetknięta z płytą podstawy 1, występ o trapezoidalnym przekroju 24, w którym krótsza podstawa trapezu jest zetknięta z płytą podstawy 1, oraz występ 25 z dwiema zaokrąglonymi krawędziami wzdłużnymi.

Figura 6 przedstawia różnorodne ułożenia występów, gdzie występy, niezależnie od ich kształtu, są zaznaczone kropkami o różnej wielkości. Występy mogą być ułożone w postać macierzową 31, albo liniowo w rzędzie 32, albo w konfiguracji meandrowej 33, albo w konfiguracji zygzakowatej 34. Liczne występy ułożone rzędami 35, albo w konfiguracji meandrowej lub zygzakowatej 36, mogą też być ułożone kolejno w kaskadowym wzajemnym układzie.

Figura 7 przedstawia przykładową orientację powierzchni styku w stosunku do kierunku strumienia wlotowego 41 płynu. Jak pokazano, niektóre powierzchnie styku (zaznaczone odnośnikiem liczbowym 42) są ułożone równolegle do kierunku strumienia wlotowego, inne powierzchnie styku (zaznaczone odnośnikiem liczbowym 43) są ułożone prostopadle do kierunku strumienia wlotowego, a pozostałe powierzchnie styku (zaznaczone odnośnikiem liczbowym 44) są odchylone pod różnymi kątami do kierunku strumienia wlotowego. Z fig. 7 należy wnioskować, że powierzchnie styku nie muszą mieć takiej samej orientacji względem kierunku strumienia wlotowego. Właściwie, ustanowienie różnie zorientowanych powierzchni styku jest dostrzegalną zaletą, jako że zróżnicowanie orientacji służy polepszeniu stopnia mieszania płynu podczas przemieszczania się jego przez filtr.

Figura 8 przedstawia obraz filtra mikrostrukturalnego, takiego jak pokazany na fig. 1 na końcu jego przydatności do użytku, wytworzony w mikroskopie elektronowym skaningowym. Obraz był rejestrowany przez płytę przykrywającą (niewidoczną) wykonaną ze szkła. Pokazany obraz przedstawia filtr posiadający rzędy występów ułożone w konfigurację zygzakowatą, jednakże same występy jako takie nie mogą być widziane przy tym dobranym powiększeniu.

Podczas używania filtra płyn przepływał przez filtr w kierunku strzałek, a cząstki zawieszone w płynie były wyłapywane przez przylegające do nich występy. Jak pokazano, rzędy występów są pokryte odfiltrowanymi cząstkami, a dokładniej, ma to miejsce w większym stopniu w sąsiedztwie segmentów brzegowych 2a i 2b niż w środkowym rejonie filtra. W przestrzeni pomiędzy rzędami występów, która znajduje się w filtrze od strony wlotu strumienia, prawie nie ma odfiltrowanych cząstek, a tym samym filtr jest w pełni zdolny do pracy w tym rejonie (to jest płyn wciąż może przechodzić przez niego). Jak można zauważyć na fig. 8, linia graniczna pomiędzy wolnym rejonem w filtrze i zatkanym rejonem filtra, rozciąga się w przybliżeniu w postaci linii parabolicznej. Jak widać z fig. 8, chociaż znaczna część obszaru powierzchniowego filtra została już zatkana, płyn może nawet wtedy ciągle jeszcze przechodzić przez filtr.

Zatem można zauważyć, że opisany tutaj filtr jest mniej skłonny do blokowania się niż filtry uprzednio proponowane, ponieważ on może ciągle jeszcze odpowiednio funkcjonować nawet kiedy względnie duża część powierzchni filtrującej została zatkana. W rezultacie tego udoskonalenia może ogromnie wzrosnąć okres przydatności do użytku filtra (i tym samym wszystkich urządzeń zawierających ten filtr). Stanowi to bezpośredni kontrast w stosunku do uprzednio proponowanych układów, gdzie względnie niewielkie zatkanie filtra powoduje, że urządzenie przestaje funkcjonować prawidłowo.

Przykład: filtr mikrostrukturalny do rozpylacza.

Jak wspominano wyżej, opisany tutaj filtr znajduje szerokie zastosowanie w rozpylaczach, a zwłaszcza w rozpylaczach do wytwarzania aerozolu z płynnego nośnika medykamentu.

Poniżej zostanie opisany, jako przykład ilustracyjny, jeden z takich rozpylaczy. W tym ilustracyjnym przykładzie filtr jest uformowany na płycie podstawy razem z pewną ilością

189 969 innych komponentów mikrostrukturalnych. Płyta podstawy ma wymiar szerokości 2,6 mm i około 5 mm długości. Na szerokości około 2 mm zawiera ona 40 rzędów występów ułożonych w konfigurację zygzakowatą. Każdy rząd ma długość 1,3 mm. Występy są prostokątnymi powierzchniami styku, mają 10 pm długości i 2,5 pm szerokości i one wystają na zewnątrz z płyty podstawy 5 pm. Pomiędzy powierzchniami styku są przewidziane kanały, które mają 5 pm wysokości i 3 pm szerokości.

Na stronie wejściowej płynu do filtru, rozmieszczony jest rząd 10 prostokątnych powierzchni styku, które mają 200 pm długości i 50 pm szerokości, one wystają na zewnątrz z płyty podstawy 100 pm. Pomiędzy tymi powierzchniami styku są przewidziane kanały, które mają 100 pm wysokości i 150 pm szerokości. Te dziesięć prostokątnych powierzchni styku stanowią filtr zgrubny i układ służący do bełtania płynu przepływającego przez niego. W odległości około 300 pm z przodu tego rzędu powierzchni styku, znajduje się przewidziana szczelina wejściowa dla płynu, która jest około 2 mm szeroka i 100 pm wysoka.

Poza rzędami powierzchni styku ułożonymi w konfigurację zygzakowatą, jest przewidziana komora zbiorcza filtratu. Komora zbiorcza filtratu ma 5 pm wysokości i zwęża się stopniowo począwszy od 2 mm szerokości, komora ta ma połączenie komunikacyjne z dyszą o prostokątnym przekroju poprzecznym, który ma wymiar wysokości 5 pm i szerokości 8 pm. W tym przykładzie otwór dyszy był wykonany jednocześnie z mikrostrukturą. płyty podstawy.

Płyta podstawy, która jest gruba na 1,5 m, zawiera nikiel i jest wykonywana technologią kształtowania galwanicznego wkładki uformowanej z tworzywa sztucznego, wkładka ta obejmuje struktury dopełniające dla 1083 filtrów Jest ona przykrywana płaską niklową płytą o grubości 0,8 mm, która zostaje przylutowana do płyty podstawy.

11—	□Ηθ
12<- )	A-¹⁷
	0-18
	0-19	7©
¹⁵
FIG.4		FIG.5
31-—·'<«··		.....—35
32......
33-		·'··'·'·'· -36

_3t-······

FIG.6

189 969

FIG.8

189 969

FIG.3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Filtr mikrostrukturalny posiadający wlot dla płynu nie filtrowanego i wylot dla płynu przefiltrowanego, znamienny tym, że ma płaską płytę podstawy (1) i zamocowaną do niej płytę przykrywającą oraz liczne występy (7), z których każdy stanowi integralną część składową płyty podstawy, z której każda z nich wystaje, przy czym występy (7) są pooddzielane jeden od drugiego poprzez kanały (8), które tworzą przejścia dla płynu biegnące przez filtr od wlotu do wylotu, przy czym płyta przykrywająca przykrywa występy (7) i kanały (8), przy czym liczne występy (7) są ułożone w co najmniej dwóch rzędach (3) biegnących wzdłuż linii zygzakowatej (34), we wzajemnym układzie zależnym umieszczone obok siebie i w poprzek filtra.
2. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że zarówno wlot i wylot odpowiednio zawierają wydłużoną szczelinę dla płynu nie filtrowanego i dla płynu przefiltrowanego odpowiednio, a każda ze szczelin ma szerokość komory filtra i wysokość równą wysokości występów na bokach korpusu filtra, na którym znajdują się odpowiednio wlot i wylot.
3. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że odstęp pomiędzy płyt^ podstawy (1) i płytą przykrywającą jest w przybliżeniu równy szerokości kanałów (8) pomiędzy sąsiednimi występami (7).
4. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że liczne rzędy (3) występów (7) są ułożone w kształt kaskady, przy czym przekrój poprzeczny kanałów (8) wykonany prostopadle do kierunku strumienia płynu, patrząc w kierunku przepływu, zmniejsza się idąc od jednego rzędu (3) do następnego, występy (7), które są położone bliżej strony wlotowej filtru są większe niż występy (7), które są ułożone bardziej od strony wylotowej filtru, odstęp pomiędzy płytą podstawy (1) i płytą przykrywającą, w obszarze wokół każdego rzędu (3) występów (7), przy rzędach ułożonych w kształt kaskady, jest w przybliżeniu równy szerokości kanałów (8) z boku tych występów (7), którymi płyn przechodzi do rzędu kanałów (8).
5. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że płyta przykrywająca jest korzystnie płaska.
6. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że szczelina wlotowa (5) posiada stosunek wysokości do szerokości od 1:5 do 1:1000, przy czym szczelina wylotowa posiada stosunek wysokości do szerokości od 1:5 do 1:1000.
7. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że odstęp pomiędzy płytą podstawy (1) w obszarze wokół występów (7) i płytą, przykrywającą wewnątrz rzędu (3) występów (7), ma wielkość zawierającą się pomiędzy połową szerokości kanału i podwój ną szerokością kanału z boku występów (7), którym płyn przechodzi do rzędu kanałów (8).
8. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że boki zwrócone wzajemnie do siebie dwóch sąsiednich rzędów występów (7), wyznaczają połączoną wewnętrznie przestrzeń, w którą płyn wpływa ze wszystkich kanałów (8) znajdujących się pomiędzy występami (7) pierwszego rzędu (3) i z której wychodzi płyn wpływający do wszystkich kanałów (8) znajdujących się pomiędzy występami (7) następnego rzędu (3), idąc w kierunku przepływu strumienia.
9. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera komorę zbiorczą o wydłużonym przekroju poprzecznym, znajdującą się pomiędzy szczeliną wlotową (5) i pierwszym rzędem występów (7), do której wchodzi płyn nie filtrowany i z której ten płyn wychodzi wpływając do wszystkich kanałów (8) znajdujących się pomiędzy występami (7) w pierwszym rzędzie, komorę zbiorczą o wydłużonym przekroju poprzecznym, znajdującą się pomiędzy ostatnim rzędem występów (7) i szczeliną wylotową do której płyn wypływa ze wszystkich kanałów (8) ostatniego rzędu (3) i z której na zewnątrz wychodzi jako płyn przefiltrowany.
10. Filtr wedtug zastrg . 1, zna mienny tym, że wy stepy (Ό są albo wformie oowierzchni styku (11, 12, 13, 14, 15), które, patrząc w kierunku przepływu strumienia, są proste lub zakrzywione, albo są w formie kolumn (16,17,18,19).

189 969
11. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że kanały (8) są o stałym przekroju poprzecznym i posiadają długość przynajmniej równą ich podwójnej wysokości od strony wejścia płynu.
12. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że kanały (8) są stałym przekroju poprzecznym na całej długości kanału i posiadają następujący zakres wymiarowy i długość od 5pm do 50 pm, wysokość od 2,5 pm do 25 pm oraz szerokość od 2,5 pm do 25 pm.
13. Filtr według zastrz. 12, znamienny tym, że kanały (8) mają przekrój poprzeczny kwadratowy.
14. Filtr według zastrz. 12, znamienny tym, że kanały (8) mają przekrój poprzeczny o kształcie beczkowatym lub trapezoidalnym (14).
15. Filtr według zastrz.14, znamienny tym, że dłuższa podstawa trapezu w trapezoidalnych kanałach (8) jest formowana przez płytę przykrywającą.
16. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że kanały (8) mają w przybliżeniu przekrój poprzeczny kwadratowy (16) po stronie wejściowej filtra, który się poszerza idąc w kierunku strony wyjściowej filtra.
17. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że odstęp pomiędzy rzędami (3) występów (7) jest korzystnie równy podwójnej szerokości kanału (8) po stronie wejściowej filtra.
18. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że występy (7) są ułożone w rzędy (31) rozciągające się wzajemnie równolegle, jeden względem drugiego.
19. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że konfiguracja rzędów (3) jest zygzakowata, przy czym rzędy (3) występów (7) pochylone są wzajemnie jeden względem drugiego pod kątem a w zakresie wielkości od 2° do 25°.
20. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że odstęp pomiędzy płytą podstawy (1) w obszarze wokół występów (7) i płytą przykrywającą, wewnątrz rzędu (3) występów (7) jest stały.
21. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że odstęp pomiędzy płytą podstawy (1) w obszarze wokół występów (7) i płytą przykrywającą wewnątrz rzędu (3) występów (7), jest większy w strefie końca rzędu znajdującego się w sąsiedztwie wylotu filtru niż w strefie końca rzędu, który znajduje się w sąsiedztwie wlotu filtra.
22. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że odstęp pomiędzy płaską płytą podstawy (1) w obszarze wokół występów (7) i płaską płytą przykrywaj ącą wewnątrz rzędu występów (7), wzrasta liniowo od strefy końca rzędu (3) znajdującego się w sąsiedztwie strony wlotowej filtra, w kierunku ku strefie końca rzędu (3), który znajduje się w sąsiedztwie strony wylotowej filtra, w kierunku ku strefie końca rzędu (3), który znajduje się w sąsiedztwie strony wylotowej filtra.
23. Sposób wytwarzania filtra mikrostrukturalnego z wlotem płynu nie filtrowanego i wylotem dla płynu przefiltrowanego, znamienny tym, że płytę podstawy (1) wykonuje się techniką trawienia izotropowego lub anizotropowego, na mokro lub na sucho, albo kombinacji tych procesów.
24. Sposób według zastrz. 23, znamienny tym, że płytę podstawy (1) wykonuje się z krzemu, a płytę przykrywającą wykonuje się ze szkła, przy czym płytę podstawy (1) łączy się z płytą przykrywaj ącą przez spajanie metodą wiązania anodowego.
25. Rozpylacz do terapii inhalacyjnej z filtrem mikrostrukturalnym do płynu z wlotem dla płynu nie filtrowanego, który to filtr zawiera: liczne występy, ułożone przynajmniej w dwóch rzędach i we wzajemnym układzie znajdują się obok siebie, wystając na zewnątrz z płyty podstawy oraz tworzą integralną całość z płytą podstawy, liczne kanały znajdujące _się pomiędzy występami, płytę przykrywającą usytuowaną nad występami i kanałami która jest umocowana do płyty podstawy, znamienny tym, że kanały (8) tworzą liczne przelotowe przejścia biegnące od wlotu do wylotu, przy czym wlot zawiera wydłużoną szczelinę wlotową (5) dla płynu nie filtrowanego, która rozciąga się przez całą szerokość filtra, i która ma wysokość występów (7) wystających na zewnątrz z płyty podstawy (1) na stronie wlotowej filtra, przy czym wylot zawiera wydłużoną szczelinę wlotową dla płynu przefiltrowanego, która rozciąga się przez całą szerokość filtra, i która ma wysokość występów (7) wystających na zewnątrz z płyty podstawy (1) na stronie wylotowej filtra.
26. Rozpylacz według zastrz.25, znamienny tym, że zawiera dyszę (6), wmontowaną do filtra.

189 969