Камера распылительная ультразвуковая

Полезная модель относится к области получения аэрозоля с помощью ультразвука и найдет щ)именение в медицине для лечения и профилактики органов дыхания и легких. Полезная модель относится к устройству распылительной камеры, являющейся составной частью каждого ультразвукового ингалятора.
Известна распылительная камера (1), выполненная в виде полости, в донной части которой, расположена емкость для распыливаемой жидкости и фокусирующий пьезоэлемент, причем камера снабжена дополнительной емкостью для распыливаемой жидкости, гидравлически связанной по жидкости с основной емкостью посредством гибкого шланга. Дополнительная емкость подвешена на пружине, поднимающей дополнительную емкость вверх, по мере распыления жидкости в основной емкости и перетекания в нее из дополнительной емкости. Дополнительная емкость вместе со шлангом и пружиной выполняет роль устройства для автоматического поддержания уровня жидкости в основной емкости.
Существенными недостатками этой камеры являются:
-громоздкость устройства для автоматического поддержания уровня жидкости в основной емкости;
-значительные размеры распылительной камеры в целом, что не позволяет их использовать для распыления дорогостоящих лекарственных препаратов;
-невозможность создавать на принципе построения такой камеры устройства для распыления удобные для размещения в рзгке.
Известна камера (2), выполненная так же, в виде полости, в донной части которой расположена емкость для распыливаемой жидкости. Камера содержит фокусирующий пьезоэлемент, закрепленный в поплавке, плавающем в распыливаемой жидкости. Пьезоэлемент установлен таким образом, что его можно вращать относительно поплавка и тем устанавливать его фокальную область на границе раздела жидкость-воздух, т.е. в зоне максимальной iq)oизводигельности распыления жидкости. Такое устройство камеры обеспечивает постоянство производительности распыления независимо от уровня жидкости в емкости.
Основными недостатками этой камеры являются:
-она может гфименяться только для распыления больщих объемов жидкостей и не годигся для получения аэрозоля дорогостоящих лекарственных хфепаратов;
-конструкция устройства не годится для создания портативной распылительной камеры,
Известна камера (3), содержащая емкость для распыливаемой жидкости, фокусирующий пьезоэлемент и, размещенную соосно пьезоэлемешу, полость. Транспортирование аэрозоля ш камеры осуществляется автоматически за счет энергии аэродинамического давления, возникающего в полости при движении в ней струи распыливаемой жидкости вверх. Такое техническое рещение используется в настоящее время в конструкциях практически всех распылительных камер бытовых ингаляторов, выпускаемых в России.
Недостатками этой камеры являются:
Эффективное распыление жидкости гарантируется в основном при уровне жидкости в емкости, находящейся в зоне фокальной области фокусирующего пьезоэлемента;
Полезный распыливаемый объем жидкости ограничивается уровнями ближней и дальней границ фокальной области фокусирующего пьезоэлемента.
Таким образом целью настоящей полезной модели является повышение эффективности распыления и увеличения объема распыливаемой жидкости.
Поставленная цель достигается тем, чго согласно предложенного устройства полезной модели, камера распылительная ультразвуковая, содержащая емкость для распыливаемой жидкости, фокусируюпщй пьезоэлемент и, размещенную соосно пьезоэлемешу, полость, снабжена дополнительной емкостью для распыливаемой жидкости, отделенной от основной емкости перегородкой, стенка которой со стороны дополнительной емкости выполнена под углом менее 90 град, и имеет высоту:
Н  fp-со5 . т
/- - радиус кривгоны фокусирующего пьезоэлемента,мм;
(k. - половина угла схождения фронта ультразвуковых волн поля пьезоэлеменга, град.
Д - длина волны ультразвука в распыливаемой жидкости, мм.
Соответствие заявленной полезной модели критерию существенные отличия определяется тем, что признаки, отличающие заявляемую полезную модель от прототипа, сообщают ей новые свойства:
-значительное в несколько раз увеличение полезного объема распьшиваемой жидкости;
-стабильность эффективности распыления всего полезного объема распыливаемой жидкости.
Сущность полезной модели поясняется описанием и чертежом, на котором представлено устройство распылительной камеры, реализующее заявленную модель.
Камера содержит емкость 1 для распыливаемой жидкости, в донной части которой размещен фокусирующий пьезоэлемент 2. Над пьезоэлеменгом соосно ему расположена полость, выполненная в виде крышки 3. В емкость 1 до уровня /-/ налита распыливаемая жидкость. Пьезоэлемент 2 имеет основание радиусом R и радиус F кривизны. При избранной частоте ультразвука и соответствующих размерах пьезоэлемента в области геометрического центра пьезоэлемента в распыливаемой жидкости формируется фокальная область / протяженностью  (4), где:
Р
оС - половина угла схождения ультразвуковых волн в поле фокусирующего пьезоэлемента, град.;
Я - длина волны ультразвука в распыливаемой жидкости,мм.
Камера содержит дополнительную емкость 4, отделенной от емкости 1 перегородкой 5. Перегородка 5 со стороны емкости 4 имеет стенку 6, наклоненную под углом  менее 90 град. Высота перегородки и стенки находится на уровне:
- радиус кривизны пьезоэлемента 1, мм. Остальные величины приведены в выражении 1.
В емкость 4 до уровня п налита распыливаемая жидкость. Емкость 1 и 4 конструктивно объединены стаканом 7. На стакане 7 установлена промежуточная крыппса 8 с посадочным местом для крепления крьппки 3. В отверстие крышки 3 установлен выходной штуцер 9 для транспортирования аэрозоля из камеры. Внутреннее отверстие ппуцера 9 является продолжением полости крышки 3, в которых и происходит образование аэрозоля 10. Торцевые края крышек 3 и 8 имеют боковые вырезы, которые при совмещении путем поворота крышки 3 относительно крышки 8, образуют отверстие 11 для регулирования пневматической связи камеры с окружающей средой, В донной части канала 7 закреплено основание 12 для крепления пьезоэлемента 2, токоведупщх к нему цепей и соединительного кабеля 13.
Распылительная камера работает следующим образом. От генератора электрических колебаний (на чертеже не показан) высокочастотные электрические колебания через кабель 13, токоведупще цепи, закрепленные в основании 12, подводятся к пьезоэлементу 2. Посредством пьезоэлемента 2 высокочастотные электрические колебания преобразуются в равные по частоте ультразвуковые (механические) колебания. В результате сферической формы пьезоэлемевпав его ближней зоне формируется ультразвуковыми волнами
V мм, где:(2)
...MM.rae:(3)
сходяпщйся к геометрическому центру пьезоэлемента 2 фокусированный пучок ультразвуковых колебаний. В результате этого вблизи геометрического центра пьезоэлемента формируется фокальная область протяженностью. Ее протяженность находится по выражению 2 . Эта область характеризуется наибольшей интенсивностью ультразвуковых колебаний. При уровнях жидкости в емкости 1 ниже или выше геометрического центра пьезоэлемента интенсивность ультразвука постепенно снижается. Наиболее резкое ее уменьшение наблюдается за пределами нижней и дальней границ фокальной области. При падении ультразвз овых колебаний на границу раздела распыливаемой жидкости с воздухом на жидкость начинает действовать радиационное давление. Под действием этого давления над жидкостью образуется фонтанирующий столб жидкости. По поверхности этого столба распространяются ультразвуковые волны, на гребнях которых в верхней части столба появляются разрывы жидкости до размеров аэрозоля. Поверхность столба неровная и имеет волнообразную форму. Под действием этих неровностей захватываются вверх граничашде с поверхностью столба частицы воздуха. Таким образом в полости крышки образуется направленное вверх аэродинамическое давление воздуха, приводящее к автоматическому транспортированию аэрозоля 10 через штуцер 9 наружу. Необходимый для транспортирования аэрозоля воздух поступает в камеру через отверстие 11. Изменяя размер этого отверстия можно регулировать количество выходящего из камеры аэрозоля. По мере распыления жидкости происходит уменьшение ее уровня в емкости 1. В начале при ее снижении на участке верхняя (дальняя) граница фокальной области - геометрический центр пьезоэлемента 2 эффективность распыления постепенно повышается. При переходе через геометрический центр она достигает максимального значения. При дальнейшем снижении уровня жидкости наблюдается уменьшение эффективности распыления. Стабильность эффективности распыления можно регулировать путем долива распыливаемой жидкости из емкости 4 в емкость 1. Это достигается простым поворотом камеры влево. Подлив жидкости таким поворотом продолжается до полного ее распыления. Остатки жидкости из емкости 4 выливаются поворотом камеры влево на угол J§ . Чем больше угол j§ ,тем сильнее ее поворачивают влево. При вертикальной стенке 6, т.е. при  90 град, камеру необходимо поворачивать влево более чем на 90 град. Однако при этом из камеры будет выливаться остаточная нераспыленная жидкость.
Эффективность работы предложенной камеры подтверждается результатами ее экспериментальной проверки. Для этих целей была изготовлена распылительная камера, соответствующая приведенному описанию и чертежу. Габаритные размеры камеры составляли: ширина - 95мм, толпцша - 45мм, высота без штуцера - 115мм, высота со штуцером - 150мм. В камере был использован фокусируюпщй пьезоэлемент, работаюпщй на частоте 2,64мГц. Пьезоэлемент имел радиус основания/ 9мм, радиус кривизны F 18мм. В качестве имитатора распыливаемой жидкости использовалась вода. При таких исходных параметрах половина угла схождения о 30 град.; расстояние от основания пьезоэлемента до его геометрического центра составляет
Р  с (Piot  15,6мм; длина волны ультразвука в воде Я 5,7мм; щютяженность фокальной области, определенная по выражению 2,  8,5мм; расстояние от основания пьезоэлемента до дальней границы его фокальной области составляет 21,3мм. Перегородка 5 имела высоту И 21мм. Стенка 6 имела к уровню жидкости в камере наклон под углом  45град. При таких геометрических размерах перегородки 5 и стенки 6 в емкости 1 помещалось 12мЛ воды, а в емкости 4 - 15мЛ воды. Камера подключалась к электронному блоку серийно выпускаемого ультразвукового ингалятора «Муссон 1М, имеющего у распылительной камеры те же параметры фокусирующего пьезоэлемента, что и у проверяемой камеры. Экспериментальная проверка камеры состояла из трех частей:
1.Проверка эффективности распыления воды без подлива воды в емкость 1 в процессе от начала до конца распыления;
2.Проверка возможности сохраневия постоянства эффективности распыления воды путем ее подлива в емкость 1 из емкости 4 по мере ее уменьшения в емкость 1 при распылении;
3.Проверка удобства подлива и вылива оставшейся части воды из емкости 4 в емкость 1.
По первой части тфоверки было установлено, что в начале распыления, когда уровень воды в емкости 1 находился в плоскости дальней границы фокальной области фокусирующего пьезоэлемента, производительность распыления составляла около 0,8мЛ/мин. По мере распыления и опускания уровня воды до геометрического центра пьезоэлемента производительность распыления повышалась до 2-х мЛ/мин. При переходе через геометрический центр ближе к нижней границе фокальной области производительность распыления сначала снижалась до 0,8 мЛ/мин, а затем уменьшалась вплоть до 0,2мЛ/мин. В емкости 1 оставалось нераспыленным около 6 мЛ воды, что соответствовало уровню воды в ней равному 10мм. Неполное распыление жидкости такой камерой заложено в таком принципе используемого физического явления распыления.
При проведении второй части проверки в обе емкости наливалась вода до уровня высоты перегородки 5. Как и в предыдущем случае сначала наблюдалось снижение производительности распыления. При уменьшении уровня воды на 5-6 мм, что соответствовало уровню геометрического центра пьезоэлемента, камера наклонялась, и емкость 1 пополнялась водой из емкости 4. Такое пополнение производилось в процессе всего распыления, пока в емкости 4 сохранялась вода.
Остатки воды из емкости 4 в емкость 1 легко выливались поворотом камеры влево на 45 град. В случае необходимости поворотом камеры вправо часть жидкости из емкости 1 можно обратно перелить в емкость 4. Такими поворотами влево и вправо легко обеспечивается необходимый уровень воды в емкости 1 и тем самым необходимая производительность распыления.
- увеличение распыливаемого полезного объема лекарственного препарата в несколько раз.
Источники информации,
1.Авторское свидетельство СССР № 262321, Кл. ЗОк, 9/01, МПК А 61М, 1970.
2.Авторское свидетельство СССР № 566591, Кл. А 61М 11/00, 1977.
3.Патент Российской Федерации № 1 448452,1996.
4.Резенберг Л.Д., Фокусирующие излучатели ультразвука. В кн. «Источники мопщого ультразвука, М., 1967г., с. 153-170.