УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ АЭРОЗОЛЯ ДЛЯ РАСПЫЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ, И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОЙ РАСПЫЛЯЕМОЙ ЖИДКОСТИ
AEROSOL GENERATING DEVICE FOR NEBULISING LIQUID AND METHOD OF TEMPERATURE CONTROL OF LIQUID TO BE NEBULISED

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к устройству для генерирования аэрозоля для распыления жидкости. Такое аэрозольное устройство можно применять, например, для распыления лекарства для ингаляции пациенту, посредством чего распыленное лекарство вводится пациенту, оседая в его легких. Далее изобретение относится к способу управления температурой распыляемой жидкости. Жидкость может быть, например, лекарством.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Известны различные типы небулайзеров, такие как, например, ультразвуковые, которые используют пьезоэлектрический кристалл для распыления жидкости, принятой в распылительную камеру, используя сетку. Пьезоэлектрический кристалл можно использовать, например, для создания колебаний сетки, вызывающих рассеивание жидкости через сетку для формирования аэрозоля из капель малого размера. Еще в одном примере, пьезоэлектрический кристалл применяется для создания колебаний жидкости в распылительной камере, вынуждая ее распыляться через сетку. Температура некоторых жидкостей, таких как, например, лекарства, должна оставаться в заданных пределах. Из-за своей ограниченной эффективности пьезоэлектрический кристалл преобразует часть электрической энергии, подаваемой на его выводы, в механическое движение, а другую часть преобразует в тепло. Поскольку пьезоэлектрический кристалл находится в непосредственном или опосредованном контакте с жидкостью, принятой в распылительную камеру, то тепло, выработанное пьезоэлектрическим кристаллом, может приводить к повышению температуры жидкости. Целью изобретения является уменьшение повышения температуры жидкости в распылительной камере.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Эта цель достигается с помощью устройства для генерирования аэрозоля для распыления жидкости по п. 1 формулы изобретения. Распылительная камера принимает жидкость из резервуара, и колебательное средство вызывает ее колебание. Из-за своей ограниченной эффективности колебательное средство вырабатывает тепло, вызывая повышение температуры распылительной камеры и жидкости, содержащейся в ней. Чтобы ограничить это повышение температуры еще одна часть жидкости, принятая в распылительную камеру, заменяется жидкостью из резервуара. Жидкость в резервуаре не подвержена влиянию тепла, вырабатываемого источником колебания, и поэтому имеет более низкую температуру, чем часть жидкости, которая содержится в распылительной камере. При замене еще одной части жидкости на жидкость, содержащуюся в резервуаре, ограничивается повышение температуры части жидкости, содержащейся в распылительной камере, и температура жидкости, содержащейся в распылительной камере, снижается.
В одном варианте объем распылительной камеры находится в пределах от 0,1 до 0,2 мл, а сумма объемов распылительной камеры и резервуара составляет от 0,25 до 1,75 мл. Еще в одном варианте объем резервуара, по меньшей мере, в 5 раз больше, чем объем распылительной камеры.
В одном варианте устройство для генерирования аэрозоля выполнено с возможностью наполнения резервуара из внешнего источника, например из бутылки. Еще в одном варианте устройство для генерирования аэрозоля содержит еще один резервуар для дозирования жидкости, принятой из внешнего источника, при этом резервуар выполнен с возможностью приема отмеренной дозы жидкости из другого резервуара.
Еще в одном варианте сетка установлена поперек отверстия в распылительной камере, при этом источник колебаний вызывает колебания сетки. Колебания сетки вынуждают жидкость, содержащуюся в распылительной камере, проходить сквозь отверстия в сетке, формируя капли, которые выбрасываются с передней поверхности сетки.
Еще в одном варианте, распылительная камера сконструирована так, что формирует щель между сеткой и источником колебания. Часть жидкости, принятой в распылительную камеру, подается в пространство между сеткой и источником колебания. Колебательное средство создает в жидкости, содержащейся в пространстве, волны давления, вынуждая жидкость проходить через отверстия в сетке, таким образом формируя аэрозоль из капель малого размера.
Средство для обмена жидкости между резервуаром и распылительной камерой может содержать, например, канал, или насос, или и то и другое. Обмен жидкости может происходить за счет, например, капиллярной силы или силы тяжести. Еще в одном варианте расположение резервуара и распылительной камеры друг относительно друга позволяет во время работы наполняться распылительной камере под действием силы тяжести. Резервуар может стыковаться с распылительной камерой и иметь отверстие в стенке в месте стыковки резервуара и распылительной камеры, позволяя наполняться распылительной камере частью жидкости из резервуара через вышеупомянутое отверстие. Для поддержания обмена средство обмена далее может содержать возвратный канал для подачи еще одной части жидкости из распылительной камеры в резервуар.
Еще в одном варианте средство обмена содержит активный компонент, такой как, например, насос, при этом насос управляется в зависимости от измеренной температуры жидкости в распылительной камере. Когда измеренная температура оказывается выше заранее определенной пороговой температуры, активируется насос для вымывания жидкости, содержащейся в распылительной камере. Еще в одном варианте устройство для генерирования аэрозоля может дополнительно содержать средство для измерения температуры жидкости, содержащейся в резервуаре или распылительной камере. Из-за распыления жидкости, содержащейся в распылительной камере, уменьшается общий объем жидкости в распылительной камере и резервуаре. Это приводит к повышению температуры жидкости, содержащейся в резервуаре и распылительной камере. Распыление может быть остановлено, приостановлено или продолжено на пониженном уровне мощности, если температура жидкости, содержащейся в резервуаре или распылительной камере, превышает заранее определенную пороговую температуру, за счет чего уменьшается тепло, вырабатываемое распылительным средством. Еще в одном варианте средство обмена жидкости далее может содержать средство охлаждения. Это средство охлаждения может быть, например, пассивным, например, теплоотводящим элементом, соединенным с возвратным каналом. Также средство охлаждения может быть активным, например, элементом Пельтье, которым, например, можно управлять в зависимости от измеренной температуры жидкости в распылительной камере и/или резервуаре.
Далее цель изобретения достигается с помощью способа управления температурой распыляемой жидкости в устройстве для генерирования аэрозоля, по п. 10 формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ
Далее, только в качестве примера, следует описание конкретных вариантов изобретения со ссылками на приложенные чертежи, где:
фиг. 1 - вариант устройства для генерирования аэрозоля;
фиг. 2а - еще один вариант устройства для генерирования аэрозоля;
фиг. 2в - вариант средства для создания колебаний, соединенного с сеткой;
фиг. 3 - еще один вариант устройства для генерирования аэрозоля, содержащего один возвратный канал и накачивающее устройство;
фиг. 4 - еще один вариант устройства для генерирования аэрозоля, содержащего накачивающее устройство в подающем канале;
фиг. 5 - вариант устройства для генерирования аэрозоля, содержащего средство охлаждения;
фиг. 6 - вариант устройства для генерирования аэрозоля с дозирующей камерой;
фиг. 7 - вариант накачивающего устройства;
фиг. 8 - вариант способа управления температурой распыляемой жидкости в устройстве для генерирования аэрозоля.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1-6 показаны варианты устройства для генерирования аэрозоля, содержащего резервуар 1, распылительную камеру 3 и средство 2, 7, 8 обмена жидкости, подсоединенное между распылительной камерой и резервуаром. Средство обмена жидкости подает для применения часть жидкости из резервуара к распылительной камере и далее обменивает часть жидкости, поступившей в распылительную камеру, с жидкостью из резервуара. На фиг. 1 показано устройство 20 для генерирования аэрозоля, или небулайзер, в котором есть сетка 5, установленная поперек отверстия в распылительной камере 3. Сетка создана, например, из тонкой металлической пластины с дырками малого размера. Колебательное средство 4, например пьезоэлектрический элемент, соединено с распылительной камерой так, что оно вырабатывает тепло во время работы, и колебания передаются к жидкости, содержащейся в распылительной камере. На фиг. 2 показан еще один вариант небулайзера 20, в котором колебательное средство 4 соединено с распылительной камерой 3. В этом варианте, колебательное средство является, например, пьезоэлектрическим элементом в форме кольца. На фиг. 2в показан вид спереди пьезоэлемента, соединенного с сеткой 5, при этом сетка может иметь вогнутую форму. Во время колебательных движений пьезоэлемента повышается давление рядом с сеткой, вызывая выброс капель жидкости через отверстия и образуя аэрозоль. В обоих вариантах, показанных на фиг. 1 и 2, жидкость, чтобы превратиться в аэрозоль 6, проходит через отверстия сетки 5 при колебаниях пьезоэлемента 4. Тепло, выработанное в пьезоэлементе, повышает температуру жидкости, содержащейся в распылительной камере 3. В представленном варианте объем распылительной камеры 3 находится в пределах от 0,1 до 0,2 мл, а сумма объемов резервуара 1 и распылительной камеры составляет от 0,25 до 0,75 мл. Интенсивность выходящего потока распыления, образующего струю 6, может составлять, например, от 0,25 мл/мин до 1,5 мл/мин. Распыление среды занимает около трех минут при интенсивности выходящего потока 0,25 мл/мин и сумме объемов резервуара и распылительной камеры 0,75 мл. Диссипация пьезоэлемента в течение этих трех минут будет приводить к повышению температуры жидкости и тем самым также струи 6. Это повышение температуры может быть нежелательным для некоторых жидкостей, например лекарств. Выработку тепла можно снизить, если использовать колебательное средство 4 на нижнем уровне мощности, за счет уменьшения выходящего потока струи 6. Уровень мощности работы пьезоэлемента управляется контроллером 13, который определяет частоту, режим работы и уровень напряжения, на которых работает пьезоэлемент. Небулайзер 20 далее содержит резервуар 1, который соединен посредством подающего канала 2 с распылительной камерой. Резервуар может наполнить, например, медик, из пузырька 12 с лекарством. Еще в одном варианте, объем лекарства, доставляемого в легкие пациента, равен сумме объемов резервуара и распылительной камеры. Поскольку объем пузырька может превышать объем резервуара 1, может быть добавлена камера 10 переполнения, например, как показано в варианте на фиг. 6, в котором резервуар имеет функцию дозирующей камеры 11 с требуемым для лечения объемом. Еще в одном варианте, который не показан, небулайзер может иметь дозирующую камеру и камеру переполнения для дозирования объема лекарства, и резервуар выполнен с возможностью приема дозированного объема из дозирующей камеры. Предпочтительно, объем резервуара превышает объем распылительной камеры. Во время работы небулайзера распылительная камера 3 наполняется частью жидкости, содержащейся в объеме резервуара 1. Подающий канал 2, соединяющий резервуар 1 с камерой 3, может иметь такие размеры, которые обеспечивают капиллярное наполнение распылительной камеры. На фиг. 1 показано аэрозольное устройство 20, сконструированное так, чтобы при использовании резервуар 1 располагался над распылительной камерой 3 так, чтобы сила тяжести создавала поток жидкости от резервуара 1 к камере 3. На фиг. 3 показан вариант аэрозольного устройства 20, в котором резервуар 1 и распылительная камера 3 соединены без подающего канала. Во время работы тепло, вырабатываемое источником 4 колебаний, передается жидкости, содержащейся в камере 3, вызывая повышение ее температуры. Температура жидкости в распылительной камере 3 снижается при обмене жидкости между распылительной камерой и резервуаром 1. Снижение средней температуры жидкости, содержащейся в распылительной камере, достигается за счет обмена жидкости, например, накачивая еще одну часть жидкости, находящуюся в распылительной камере 3, назад в резервуар 1 и наполняя распылительную камеру жидкостью из резервуара. На фиг. 3 средство обмена жидкости содержит возвратный канал 7 с насосом 8. Работа насоса может быть зависимой, например, от контроллера 13, например такого, как показан на фиг. 3. Когда контроллер 13 выводит пьезоэлемент 4 на заранее определенный уровень мощности, активируется насос 8, при этом насос может оставаться активированным в течение заранее определенного времени после остановки пьезоэлемента (и прекращения или приостановки распыления), позволяя жидкости, находящейся в распылительной камере 3, течь. Далее небулайзер 20 может содержать средство 14 измерения температуры, которое показано на фиг. 3, при этом работа насоса 8, определяемая контроллером 13, далее зависит от температуры жидкости в распылительной камере 3 и/или резервуаре 1. Кроме того, уровень мощности, на котором работает колебательное средство 4, может регулироваться контроллером 13 в зависимости от измеренной температуры. Далее, на фиг. 4 показан вариант, где накачивающее средство 8 расположено в подающем канале 2. Этот вариант является более предпочтительным в связи с более независимым снабжением за счет расположения резервуара 1 относительно распыляющей камеры 3, так что наполнение камеры может происходить независимо от силы тяжести. Небулайзер 20 может содержать средство 9 охлаждения в случае недостаточного снижения температуры при обмене жидкости между распыляющей камерой и резервуаром. На фиг. 5 показан вариант, в котором средство 9 охлаждения добавлено в возвратный канал 7. Средство охлаждения может быть активным, например может быть элементом Пельтье или может использовать холодную жидкость, или может быть пассивным, например, с теплоотводящим элементом. В настоящем варианте, площадь поверхности возвратного канала 7 увеличена, и он является теплоотводящим элементом, что улучшает теплообмен с окружающим материалом или воздухом. Еще в одном варианте, не показанном на чертеже, форма и площадь внутренней поверхности стенок резервуара адаптированы для максимального контакта их площади с жидкостью, содержащейся в резервуаре, что оптимизирует теплообмен между жидкостью и материалом резервуара. Предпочтительно, резервуар содержит материал с низкой теплоемкостью, например медь. Далее резервуар может быть соединен с теплопроводным элементом, выполненным с возможностью переносить тепло в область, в которой может легко происходить теплообмен перенесенного тепла с внешним воздухом, окружающим небулайзер. Еще в одном варианте, не показанном на чертеже, датчик жидкости расположен между резервуаром и распылительной камерой для того, чтобы распыляемая жидкость полностью была распылена в форме аэрозоля, что определяется контроллером и выключает накачивающее средство и колебательное средство. На фиг. 7 показан пример накачивающего средства 8, которое содержит множество подвижных элементов 32, например таких, как показаны на левом чертеже на фиг. 7. Как показано на правом чертеже на фиг. 7, множество подвижных элементов 32 последовательно нажимает на гибкую трубку или на канал 30, который зажат между множеством подвижных элементов и упругим элементом 31, создавая перистальтического типа движения, вызывая течение 33 жидкости. Насос не требует регулярной чистки за счет того, что жидкость не находится в прямом контакте с насосом 8. В целях гигиены после использования небулайзера гибкую трубку 30 можно почистить или заменить.
На фиг. 8 изображен вариант способа управления температурой распыляемой жидкости в устройстве 20 для генерирования аэрозоля. Способ содержит этап наполнения 40 лекарством резервуара 1. Это может быть дозированный объем, необходимый для лечения. На следующем этапе 41, после или во время наполнения резервуара 1, часть жидкости принимает распылительная камера 3, предназначенная для распыления принятой жидкости. Впоследствии, на этапе 42 после активации пациентом небулайзера 20, контроллер 13 активирует колебательное средство 4, генерируя аэрозоль 6, состоящий из капель малого размера. Часть энергии, направленной к колебательному средству 4, рассеивается в виде тепла. На следующем этапе 43 способа во время распыления датчиком 14 измеряется температура жидкости в распылительной камере 3. На этапе 44 контроллер 13 сравнивает измеренную температуру с заранее определенной пороговой температурой. На последующем этапе 43, в случае если измеренная температура оказывается выше пороговой, контроллер 13 активирует накачивающее средство 8 для обмена жидкости между распылительной камерой и резервуаром до тех пор, пока температура жидкости в распылительной камере 3 не станет ниже заранее определенной пороговой температуры. Еще в одном варианте способа, контроллер 13 понижает уровень мощности, на которой работает колебательное средство 4, если измеренная температура жидкости превысила еще один заранее определенный пороговый уровень, как показано пунктирной линией на фиг. 8. Еще в одном варианте этапа измерения температуры жидкости нет, а обмен жидкости между распылительной камерой и резервуаром начинается, когда пациент активирует небулайзер.
Резюмируя, согласно настоящему изобретению устройство 20 для генерирования аэрозоля содержит резервуар 1 для хранения распыляемой жидкости и распылительную камеру 3 для распыления части жидкости, принятой из резервуара. Далее, аэрозольное устройство содержит средство 7, 8 обмена жидкости для обмена во время работы еще одной части жидкости, принятой в распылительную камеру, с жидкостью из резервуара для снижения повышенной температуры жидкости, вызванной теплом, производимым источником 4 колебаний.
Хотя настоящее изобретение показано и подробно описано на чертежах и имеет предшествующее описание, эти иллюстрации и описания должны толковаться как иллюстративные и примеры, не являющиеся ограничением; изобретение не ограничено описанными вариантами. Изучив чертежи, описания и приложенные формулы, специалисты могут понять и внедрить изменения в описанные варианты. Например, в вариантах, описанных выше, колебательное средство создает волну давления в жидкости, вынуждая жидкость проходить через сетку для формирования аэрозоля или капель малого размера. Изобретение также относится к небулайзерам других конструкций, в которых используется колебательное средство, непосредственно или опосредованно создавая колебания сетки или пластины сопла, и в которых тепло, вырабатываемое колебательным средством, вызывает повышение температуры аэрозоля из распыленных капель.
В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов, а неопределенный артикль не исключает множественного числа. Сам факт, что конкретные меры приведены в различных взаимозависимых пунктах формулы, не означает, что комбинация этих мер не может использоваться для получения преимущества. Любые ссылочные позиции в формуле не должны толковаться как ограничивающие дух изобретения.