ИНГАЛЯТОР
INHALER

Изобретение относится к компоненту ингалятора для периодического, синхронного с ингаляцией или вдохом образования паровоздушной смеси или/и конденсационного аэрозоля, включающему в себя:
корпус;
расположенную в корпусе камеру;
воздухозаборное отверстие для поступления воздуха из окружающей среды в камеру;
электрический нагревательный элемент для испарения порции жидкого материала, причем образовавшийся пар смешивается в камере с воздухом, поступающим через воздухозаборное отверстие, и образуется паровоздушная смесь или/и конденсационный аэрозоль;
и фитиль с капиллярной структурой, составляющий с нагревательным элементом композит, и нагревательный элемент после испарения вновь автоматически снабжается жидким материалом.
Изобретение имеет целью ингаляторы, которые обеспечивают возможность периодического, синхронного с ингаляцией или с вдохом действия. Такой режим действия имеет место, когда жидкий материал нагревается и испаряется только во время вдоха или во время ингаляции. В промежутках между двумя вдохами или ингаляциями нагревательный элемент по существу бездействует. Как правило, активация нагревательного элемента и, соответственно, подача на него напряжения происходит немедленно в начале вдоха или ингаляции, либо вручную, например, с помощью переключателя, либо, что предпочтительно, автоматически посредством подходящего сенсора и электронной управляющей схемы. В последнем случае говорят также о действии ингалятора, активируемом ингаляцией или вдохом.
В настоящей патентной заявке понятие «ингалятор» относится как к медицинским, так и к немедицинским ингаляторам. Кроме того, понятие относится к ингаляторам для введения лекарственных средств и таких веществ, которые не причислены к лекарственным препаратам. Кроме того, понятие относится к курительным изделия и изделиям, заменяющим сигареты, например, как указанные в классе A24F 47/00B Европейской патентной классификации, насколько они соответствуют тому, чтобы подавать пользователю паровоздушную смесь или/и конденсационный аэрозоль. Понятие «ингалятор» также не должно создавать никаких ограничений в том плане, каким образом сформированные паровоздушная смесь или/и конденсационный аэрозоль вводятся пользователю или в его организм. Паровоздушная смесь или/и конденсационный аэрозоль могут быть ингалированы в легкие, или же также могут быть введены только в ротовую полость - без вдыхания в легкие. Наконец, понятие «ингалятор» включает как такие устройства, которые производят непосредственную ингаляцию в легкие в единичной стадии («классические ингаляторы»), так и такие устройства, которые - как в сигарете - требуют по меньшей мере двух стадий, а именно, сначала одно втягивание в ротовую полость (объем вдоха: около 20-80 мл), и - после отключения ингалятора - следующее после этого вдыхание в легкие («ингалятор, активируемый вдохом»). Классические ингаляторы, по сравнению с активируемыми вдохом ингаляторами, имеют явственно увеличенный расход потока воздуха через ингалятор: около 100-750 мл/сек против 10-40 мл/сек. В противоположность этому, активируемые вдохом ингаляторы, как правило, проявляют значительно более высокое аэродинамическое сопротивление и, соответственно, сопротивление засасываемому потоку, чем классические ингаляторы.
Определения терминов:
Энергия испарения: явная плюс скрытая тепловая энергия, которая переносится на фактически испаренный жидкий материал.
Испарительная способность: величина энергии испарения, преобразованной в единицу времени.
Удельная испарительная способность: испарительная способность в расчете на единицу массы испаренного жидкого материала.
Коэффициент полезного действия испарителя: соотношение между энергией испарения и энергией, произведенной нагревательным элементом.
В течение многих лет было предложено множество ингаляторов и электрических курительных изделий, в которых электрическая энергия используется для того, чтобы испарить лекарственные средства или/и ароматические вещества и при необходимости подготовить полученный пар или/и образовавшийся конденсационный аэрозоль для ингаляции пользователю.
В GB 25575 A.D.1911 (на имя Elwin Kendal Hill) описан ингалятор с электрическим испарителем для испарения медикаментов. Испаритель состоит из диска 38 и перфорированной крышки 39. В пространстве между диском 38 и крышкой 39 находятся, с одной стороны, поглотительный материал 40, который поглощает медикамент, и, с другой стороны, электрический нагревательный элемент 41, например, в виде резистивной нагревательной проволоки. Жидкий медикамент автоматически подводится к поглотительному материалу 40 и, соответственно, нагревательному элементу 41 по соответствующим многочисленным фитилям 45 из бачка 30 для хранения запаса. Засасываемый во время ингаляции воздух протекает через конусообразный канал 36, в результате чего поток воздуха фокусируется на испарителе и тем самым подхватывает испаренный медикамент. Диск 38 испарителя удерживается на своем месте с помощью распорных втулок 44.
Недостатком такой компоновки прежде всего является сложность конструкции испарителя, его крепление, а также соединение фитилей с испарителем. Множество деталей и сложная структура этой конструкции делают ингалятор дорогостоящим в производстве и обусловливают трудоемкий монтаж.
Самым существенным недостатком представляется то, что отношение площади выхода пара к объему испарителя является сравнительно малым. Это определяется, с одной стороны, конкретной геометрической формой испарителя, и, с другой стороны, обусловливается тем, что поглотительный материал 40 и электрический нагревательный элемент 41 по большей части закрыты, а именно, диском 38 и крышкой 39. Эти крышки необходимы по конструктивным соображениям, чтобы удерживать вместе поглотительный материал 40 и электрический нагревательный элемент 41. Образующийся внутри испарителя пар может выходить исключительно через отверстия в крышке 39. Вследствие этого уже при сравнительно умеренной испарительной способности в испарителе может возникать кризис кипения, отчего такая компоновка представляется непригодной для периодической, синхронизированной с ингаляцией или вдохом работой, которая предусматривает главным образом высокую удельную испарительную способность при одновременно высоком коэффициенте полезного действия испарителя.
Кроме того, недостаток состоит в том, что, несмотря на меры предосторожности, которые предпринимались против поступления жидкого медикамента из бачка 30 для хранения запаса, такое поступление не может быть полностью исключено в силу конструктивных особенностей, в случае, когда бачок 30 для хранения запаса, например, переполнен вследствие неправильного обращения. Наконец, следует критически относиться к тому, что жидкий медикамент в бачке 30 для хранения запаса практически свободно доступен для окружающего воздуха, что может приводить к окислению медикамента или/и изменению его состава вследствие эффектов испарения.
В US 2057353 (на имя Clinton L. Whittemore) описано испарительное устройство для терапевтического прибора, состоящее из резервуара A для принятия жидкого медикамента x, выступающих в резервуар через дно резервуара электрических проводников 1 и 2, нагревательной проволоки 3, которая соединена с электрическими проводниками, а также фитиля D, который обмотан нагревательной проволокой 3 и простирается от нее до дна резервуара. Резервуар имеет воздухозаборное отверстие 4 и отверстие 5 для выхода пара, которые оба изогнуты внутрь, чтобы воспрепятствовать выходу медикамента из резервуара.
Недостатком этой конструкции является дорогостоящий процесс изготовления соединения между нагревательным элементом и фитилем. Фитиль нужно перед сборкой обмотать нагревательной проволокой. Эта операция становится трудоемкой прежде всего потому, что вставляемые детали обычно имеют исключительно маленькие размеры. Кроме того, затруднительно обеспечить то, чтобы все витки нагревательной проволоки прилегали к фитилю. Локальные отслоения могут приводить к перегревам нагревательной проволоки в этих областях, и резистивный материал быстрее подвергается старению. Эти проблемы касаются также областей, где нагревательная проволока соединяется с электрическими проводниками 1 и 2.
Дополнительный недостаток состоит в том, что наружная поверхность фитиля D частично покрыта намоткой нагревательного элемента 3. В этом отношении намотка создает препятствие для пара, выходящего из фитиля. Это препятствие для потока пара может привести к подобным последствиям, как уже ранее было подробно изложено в описании к GB 25575 А.D.1911. Более того, образовавшийся пар при истечении, по меньшей мере частично, контактирует с горячей нагревательной проволокой, что может вести к термическому разложению медикамента x.
В дополнение, неудачно то, что фитиль D удерживается в своем положении только относительно тонкой нагревательной проволокой 3. Уже сотрясение могло бы изменить положение фитиля D и значительно изменялись бы характеристики течения и смешения засасываемого через отверстие 4 воздуха и истекающего с фитиля D пара, и ухудшалось бы образование аэрозоля. Устройством можно пользоваться только в вертикальном или слегка наклонном положении; выход медикамента x из резервуара A не исключен полностью, несмотря на предпринятые конструктивные меры. Наконец, медикамент x в резервуаре A практически свободно подвержен воздействию окружающего воздуха, что представляет собой обстоятельство, которое тоже следует оценивать как весьма неблагоприятное.
В FR 960469 (на имя М. Eugène Vacheron) описано ингаляционное устройство с электрическим испарителем. Ингаляционное устройство включает электрические нагревательные патроны 4, 5, 6 и фитиль 16, каковой фитиль пропитан жидкостью, сохраняемой в резервуаре 1. Нагревательный патрон находится снаружи резервуара 1, то есть не связан непосредственно с фитилем. Специальные конструктивные условия делают ингаляционное устройство медленно действующим в теплотехническом отношении, и оно, пожалуй, представляется пригодным для непрерывной работы испарителя; но периодическое, синхронизированное с ингаляцией или вдохом действие кажется нереализуемым.
В CA 2309376 (на имя Matsuyama Futoshi) описан испаритель и, соответственно, распылитель медицинского назначения, состоящий из (Фиг.3) резервуара 1 с жидким препаратом и стержнеобразного пористого материала 3, который размещен в резервуаре 1. Стержнеобразный пористый материал 3 одним концом погружен в жидкий препарат, тогда как второй конец свободно выступает наружу из резервуара 1 вверх. Резервуар 1 и стержнеобразный пористый материал 3 размещены в одном дугообразном контейнере 5. Дугообразный контейнер 5, с одной стороны, удерживает резервуар 1 в своем положении, и, с другой стороны, содержит электрическое нагревательное устройство 6, которое охватывает стержнеобразный пористый материал 3 в его верхнем концевом участке, будучи на некотором расстоянии от него, причем расстояние предпочтительно варьирует в диапазоне 0,8-2,5 мм. Капиллярные силы в стержнеобразном пористом материале 3 действуют так, что жидкий препарат всасывается им снизу вверх, где препарат наконец испаряется электрическим нагревательным устройством 6. Содержащиеся в жидком препарате биологически активные вещества при этом распыляются и через отверстие 9 переходят из дугообразного контейнера 5 в наружное пространство, так что пользователь может их вдохнуть. Жидкий препарат состоит из водного раствора, в котором растворен или диспергирован концентрат биологически активного вещества. Водный раствор предпочтительно состоит из воды или смеси воды и этанола. Концентрат биологически активного вещества получают из листьев Lagerstroemia Speciosa (Лагестоемия изящная, или Банаба), и он содержит до 15% по массе коросолиевой кислоты. По непроверенным данным, концентрат биологически активного вещества действует как средство, снижающее уровень сахара в крови. Содержание концентрата биологически активного вещества (в расчете на коросолиевую кислоту) в водном растворе составляет 0,5-3,0% по массе.
Испаритель рассчитан на непрерывную работу. Электрическое нагревательное устройство 6 размещено на расстоянии от пористого материала 3, поэтому никакой связи с ним не образует. Зазор между ними обусловливает высокое тепловое сопротивление. Периодическое действие при соответствующей высокой удельной испарительной способности можно было бы реализовать, только когда теплота передавалась бы тепловым излучением. Для этого электрическое нагревательное устройство 6 нужно было бы моментально нагревать до очень высокой температуры. Жидкий препарат в первую очередь испарялся бы в краевой зоне, примыкающей к нагревательному устройству, и через уже названный зазор выходил бы в окружающее пространство. Несмотря на практическую реализуемость этой концепции, все же в любом случае образующийся пар приходил бы в контакт с раскаленной поверхностью нагревательного устройства 6, в результате чего концентрат биологически активного вещества, по меньшей мере частично, подвергался бы термическому разложению.
В US 6155268 (на имя Manabu Takeuchi) описано ароматизирующее устройство, которое состоит из (Фиг.1) камеры 121 с воздухозаборником 18 и мундштучным отверстием 22, и, соответственно, мундштуком 16, которыми сформирован газопроводный канал 20, и, кроме того, включает жидкостный контейнер 32 для размещения жидкого ароматического вещества 34, и, наконец, капиллярную трубку 36 с первым концевым участком, который погружен в жидкость в контейнере 32, и вторым концевым участком, который сообщается с газопроводным каналом 20 и, кроме того, включает нагревательный элемент 42. Жидкое ароматическое вещество 34 под действием капиллярных сил протекает по капиллярной трубке 36 к нагревательному элементу 42, где оно испаряется и в виде потока паров выходит из отверстия 36b в газопроводный канал 20. Поток воздуха, поступающий снаружи через воздухозаборник 18 в камеру 121, через перфорированную диафрагму 24, 24a фокусируется на капиллярном отверстии 36b, благодаря чему должны создаваться благоприятные условия для внутреннего смешения между паром и засасываемым воздухом, и, соответственно, для формирования аэрозоля.
В альтернативном варианте исполнения (Фиг.8-13) предлагаются пластинчатые нагревательные элементы. В дополнительных примерных вариантах исполнения (Фиг.14 и 15) капиллярная трубка во внутренней части заполнена пористой структурой 302, которая в одном варианте также может выступать наружу из капиллярной трубки, причем в этом последнем случае нагревательный элемент 425 может быть размещен на конце выступающей наружу пористой структуры.
Недостатком этих компоновок опять же является сравнительно сложная конструкция испарительного узла - в этом случае состоящего из капиллярной трубки и нагревательного элемента. Оба эти микрокомпонента должны быть соединены друг с другом, и нагревательный элемент должен быть подключен к источнику электрического питания, что в конкретном случае могло бы быть реализовано, пожалуй, только с помощью электрического проводника. К сожалению, на этот счет описание не приводит никаких более точных указаний.
Для компоновок согласно Фиг.14 и 15 справедливо подобное тому, что уже было высказано относительно GB 25575 A.D.1911: отношение площади истечения паров к объему испарителя исключительно мало. Это обусловливается тем, что пористая структура 302 в значительной мере покрыта оболочкой 301 и нагревательным элементом 425. Вследствие этого уже при умеренной испарительной способности в испарителе может возникать кризис кипения, отчего функционирование такой компоновки становится в принципе проблематичным прежде всего, когда требуется периодическое, синхронизированное с ингаляцией или вдохом действие.
Для жидкостного контейнера 32 предложены два варианта: в первом варианте (Фиг.1) жидкостный контейнер представляет собой фиксированную составную часть ароматизирующего устройства. Жидкостный контейнер можно пополнять через заправочное отверстие. Однако такое пополнение создает опасности, прежде всего тогда, когда жидкое ароматическое вещество содержит лекарственное средство или токсичные соединения, например, такие как никотин, и повторное пополнение проводит сам пользователь. В альтернативном варианте (Фиг.8) жидкостный контейнер выполнен как маленький сменный бачок. Подробности присоединения не были показаны. Маленькие сменные бачки все же всегда представляют опасность проглатывания их маленькими детьми, что потенциально может вести к летальному исходу, в особенности, когда жидкое ароматическое вещество содержит лекарственное средство или токсичные соединения, например, такие как никотин.
Компоновка согласно Фиг.8, кроме того, показывает сменный мундштук 161 с полым цилиндрическим удлинителем, который охватывает большую часть камеры 121 и простирается почти до устья капилляра 371. В камере 121 осаждаются накапливающиеся остатки конденсата, преимущественно на внутренней поверхности полого цилиндрического удлинителя, и могут быть удалены вместе с мундштуком. Проблематично, чтобы осаждение конденсата ограничивалось только внутренней поверхностью. Прежде всего, когда жидкое ароматическое вещество содержит большое количество низкокипящих фракций с высоким давлением паров, например этанола или/и воды, мундштук нужно будет заменять с более короткими интервалами. В противном случае на внутренней поверхности мундштука под действием сил поверхностного натяжения образуются капли, которые постоянно увеличиваются в объеме до тех пор, пока наконец сил адгезии уже будет недостаточно, чтобы удерживать капли, и они объединяются в более крупные жидкостные скопления. Эти жидкостные скопления могут нарушать работу устройства, но могут также представлять опасность для пользователя и окружающей среды, если такие скопления содержат остатки лекарственного препарата или токсичные вещества, например, такие как никотин. Но даже при той возможности, что сам пользователь будет удалять конденсат из устройства, остается опасность для окружающей среды.
2
В US 4922901, US 4947874 и US 4947875 (на имя Johnny L. Brooks и др.) описано изделие для высвобождения или введения лекарственного средства или/и ароматических веществ с помощью сменного узла 12, который содержит электрический резистивный нагревательный элемент 18, поверхность которого составляет более чем по меньшей мере 1 м/г; электрический резистивный нагревательный элемент 18 несет аэрозолеобразующие вещества. Электрический резистивный нагревательный элемент 18 предпочтительно состоит из пористого или волокнистого материала, например углеродных волокон, каковой материал пропитан жидким аэрозолеобразователем. Кроме того, изделия содержат активируемый вдохом электронный управляющий блок 14 для регулирования тока через электрический резистивный нагревательный элемент 18, и в состоянии выделять по меньшей мере 0,8 мг аэрозоля или, соответственно, лекарственного средства на каждый вдох, причем в целом обеспечивают возможность сделать по меньшей мере 10 вдохов, прежде чем сменный узел 12 вместе с резистивным нагревательным элементом 18 нужно будет заменять на новый.
В этом изделии также весь испаряемый жидкий материал уже наличествует предварительно запасенным в резистивном нагревательном элементе 18. Подведение жидкости по фитилю не предусмотрено. Из этого следуют недостатки: аэрозолеобразующие вещества и, соответственно, лекарственное средство или/и возможные добавленные ароматические вещества, которые, например, высвобождаются во время последнего вдоха, перед этим были уже многократно нагреты, каковое обстоятельство благоприятствует термическому разложению аэрозолеобразующих веществ. Эти предшествующие нагревания к тому же являются неблагоприятными в такой мере, насколько для этого требуется дополнительная электрическая энергия, которая никак не способствует собственно испарению и, соответственно, образованию аэрозоля. В результате это ведет к очень низкому коэффициенту полезного действия испарителя. Еще один недостаток состоит в том, что в случае смесей различных аэрозолеобразующих веществ, лекарственных препаратов и ароматических веществ с различными температурами кипения отдельных компонентов химический состав образующегося аэрозоля и его органолептическое и фармакологическое действие варьирует от одной ингаляции к следующей, причем во время первого вдоха главным образом испаряются более низкокипящие фракции, и во время последнего вдоха высвобождаются главным образом высококипящие фракции. Наконец, уже после примерно 10 вдохов нужно заменять относительно дорогостоящий в изготовлении сменный узел 12 и тем самым также нагревательный элемент 18, что делает расточительным пользование таким изделием.
В US 5060671 и US 5095921 (на имя Mary E. Counts, D. Bruce Losee и др.) описано изделие 30 (Фиг.4), в котором высвобождающую ароматические вещества среду 111 нагревают электрическим нагревательным элементом 110, чтобы перевести вдыхаемые ароматические вещества в паровую или аэрозольную форму. Изделие содержит многочисленные порции высвобождающей ароматические вещества среды 111, которые последовательно нагревают и этим путем обеспечивают отдельные вдохи. Многочисленные порции высвобождающей ароматические вещества среды 111 нанесены на нагревательные элементы 110 предпочтительно в виде оболочки, покрытия или в виде тонкой пленки и могут также содержать аэрозолеобразующие вещества. Сцепление высвобождающей ароматические вещества среды 111 с нагревательными элементами 110 может быть улучшено с помощью промоторов адгезии, например, таких как пектин. Электрические нагревательные элементы 110 и нанесенные на них порции высвобождающей ароматические вещества среды 111 предпочтительно размещены в сменном блоке 11, который через контактные штифты соединен с узлом 31 многократного применения. Узел 31 многократного применения содержит источник 121 электрической энергии, а также электронный управляющий переключатель 32. В US 5322075 (на имя Seetharama С. Deevi и др.) описано подобное изделие.
Хотя это изделие устраняет некоторые из недостатков вышеописанных изделий (US 4922901, US 4947874 и US 4947875), конструкция сменного блока 11 все еще представляется усложненной, так как в конкретном случае предусмотрено большое число нагревательных элементов наряду с системой электрических контактов. Кроме того, если принимать во внимание, что сложный сменный блок 11 едва ли позволяет более 15 вдохов (ср. Фиг.7A-7K), будет ясно, что пользование таким изделием было бы дорогостоящим. Далее, в конкретном случае высвобождающая ароматические вещества среда 111 присутствует в виде тонкого слоя с относительной большой площадью, который, прежде всего во время размещения сменного блока 11, подвергается различным влияниям окружающей среды (окислению и т.д.). Чтобы исключить эти влияния, предусматривалась бы дорогостоящая упаковка, которая защищала бы среду 111 от внешнего окружения, но по возможности не контактировала. Об этом аспекте US 5060671 и US 5095921 ничего подробно не сообщают.
Публикация US 2005/0268911 (на имя Steven D. Cross и др.) очень похожа на вышеописанное изделие согласно US 5060671 и US 5095921 и описывает устройство для получения и дозирования многочисленных доз конденсационного аэрозоля для ингаляции медикаментов высокой чистоты, которое в простейшем случае (Фиг.1A) состоит из воздушного канала 10 с впускным отверстием и выпускным отверстием, многочисленных носителей 28, размещенных в воздушном канале 28, которые в каждом случае несут на себе определенные дозы действующего вещества/медикамента, и устройства для испарения этих отдельных доз. Воздушный поток, поступающий через впускное отверстие, достигает носителей 28, где в конце концов образуется конденсационный аэрозоль. Носители 28 в каждом случае содержат электрический резистивный нагревательный элемент, предпочтительно состоящий из металлической фольги 78 из нержавеющей стали. Нагревательные элементы 78 из металлической фольги преимущественно монтируют на плате (Фиг.4). Недостатки изделия согласно US 5060671 и US 5095921 в равной мере относятся и к устройству из US 2005/0268911.
В US 5505214 и US 5865185 (на имя Alfred L. Collins и др.) описано электрическое курительное изделие, состоящее из (Фиг.4; US 5505214) сменного блока 21 и детали 20 многократного применения. Сменный блок 21 содержит вещество 27 с ароматом табака, которое находится на носителе 36. Деталь 20 многократного применения содержит множество нагревательных элементов 23, которые получают питание электрическим током или энергией от одного источника энергии, например аккумулятора многократного применения, через электрическую управляющую схему. После вставления сменного блока 21 в деталь 20 многократного применения носитель 36 приходит в соприкосновение с нагревательными элементами 23. Во время ингаляции или, соответственно, вдоха в каждом случае единичный нагревательный элемент активируется электрической управляющей схемой, в результате чего носитель 36 нагревается по частям и вещество 27 с ароматом табака испаряется и, при необходимости, высвобождается в виде аэрозоля. В варианте исполнения согласно Фиг.4 деталь 20 многократного применения содержит восемь нагревательных элементов 23, сообразно чему, подобно ситуации с сигаретой, обеспечивается возможность восьми ингаляций или вдохов. После этого сменный блок 21 заменяют на новый блок.
По сравнению с изделием согласно US 5060671 и US 5095921 курительное изделие согласно US 5505214 и US 5865185 имеет то преимущество, что нагревательные элементы 23 размещены в детали 20 многократного применения стационарно и тем самым могут быть применены многократно. Электрические контакты между сменным блоком 21 и деталью 20 многократного применения не требуются. Однако недостатком по сравнению с изделием согласно US 5060671 и US 5095921 является то, что наряду с нагревательным элементами 23 дополнительно нужно нагревать носитель 36; нужная для этого теплота ухудшает коэффициент полезного действия испарителя. Остальные, уже ранее указанные недостатки изделия согласно US 5060671 и US 5095921, остаются теми же по смыслу.
В US 4735217 (на имя Donald L. Gerth и др.) описан дозатор для высвобождения испаренных медикаментов в виде мелких аэрозольных частиц, которые в результате ингаляции попадают в легкие. В показательном примере варианта исполнения (Фиг.4 и 5) дозатор состоит из пленочного сегмента 72 нагревательного элемента Nichrome (длина × ширина × толщина: 1×1/8×0,001 дюйма (25,4×3,175×0,025 мм)), который последовательно соединен с батареей 65 и переключателем (60, 69), срабатывающим от потока воздуха или при вдохе. Испаряемый медикамент, например никотин, присутствует в виде твердой гранулы 40, которая контактирует с нагревательным элементом 72. Альтернативно, испаряемый медикамент может быть нанесен непосредственно на поверхность нагревательного элемента в виде покрытия или пленки.
Некоторые недостатки этого дозатора отчасти были упомянуты уже в US 4922901. К этому следует добавить, что теплопередача с нагревательного элемента на гранулу представляется очень неудовлетворительной. Большая часть нагревательного элемента 72 разогревается бесполезно, поскольку для гранулы используется лишь незначительная часть теплоты, выделяемой наружными участками нагревательного элемента. В принципе недостатком является и то, что для формирования гранулы применяют твердые вещества, которые в основном нужно сначала расплавить, прежде чем они могут быть испарены, вследствие чего ухудшается энергетический баланс.
В EP 1736065 (на имя Hon Lik) описана «электронная сигарета» для распыления никотинового раствора, которая в основном состоит из резервуара 11 для принятия распыляемой жидкости и распылителя 9. Внутри распылителя 9 находится распылительная камера 10, которая сформирована стенкой 25 распылительной камеры. Внутри распылительной камеры 10 размещают электрический нагревательный элемент 26, например, в виде резистивной нагревательной проволоки или керамического PTC-элемента (с положительным температурным коэффициентом). В распылителе или, соответственно, в стенке 25 распылителя дополнительно предусмотрены нагнетательные отверстия 24, 30, которые ориентированы по направлению к нагревательному элементу 26. Резервуар 11 содержит пористый наполнитель 28, например, состоящий из полимерных волокон или поропласта, который пропитан распыляемой жидкостью. Стенка 25 распылительной камеры тоже окружена пористым материалом 27, например, состоящим из никелевой пены или металлического войлока. Пористый материал 27 находится в контакте с пористым наполнителем 28 через выступ 36. Капиллярные силы действуют так, что пористый материал 27, который одновременно образует наружную оболочку распылителя 9, пропитывается распыляемой жидкостью. Кроме того, распылитель содержит в себе пьезоэлектрический элемент 23.
«Электронная сигарета» действует с активацией вдохом. Во время вдоха в распылительной камере 10 возникает пониженное давление, так как она сообщается с мундштуком 15. В результате этого воздух поступает из окружающей среды через нагнетательные отверстия 24, 30 в распылительную камеру. Высокая скорость потока в нагнетательных отверстиях 24, 30 действует так, что жидкость засасывается из пористого материала 27 и увлекается потоком воздуха в виде капелек (эффект Вентури). Содержащая никотин жидкость попадает в распылительную камеру 10, где она распыляется под действием ультразвука, генерируемого пьезоэлектрическим элементом 23. Нагревательный элемент 26 должен обеспечивать дополнительное распыление или, соответственно, испарение никотинового раствора. В альтернативном варианте исполнения распыление производится исключительно с помощью нагревательного элемента 26.
Компоновка имеет функциональное сходство с курительным устройством, раскрытым в US 4848374 (на имя Brian С. Chard и др.). В обоих случаях недостатком является то, что дозирование распыляемой жидкости или, соответственно, образуемого аэрозоля в каждом случае зависит от профиля вдохов пользователя подобно тому, как это имеет место в сигарете. Однако это нежелательно в медицинских или терапевтических вариантах применения. К этому следует добавить, что распыление с помощью ультразвука в общем производит явственно более крупные аэрозольные частицы, чем обычно образующиеся в конденсационных аэрозолях. Эти более крупные фракции частиц не достигают легочных пузырьков, но скорее главным образом абсорбируются уже в предшествующих отделах легких, что в случае системно действующих лекарственных средств, таких как никотин, очень неблагоприятно действует на кинетику всасывания и эффективность доставки действующего компонента. Кроме того, в особенности в случае альтернативного варианта исполнения без ультразвукового распыления, оказывается явно сомнительным, в состоянии ли вообще электрический нагревательный элемент, выполненный подобно нити в лампе накаливания, переносить на жидкий материал тепловую энергию, необходимую для испарения во время вдоха. Пожалуй, это было бы возможным только путем теплового излучения, для чего нагревательный элемент, как всем известно, должен быть доведен до температуры каления. Столь высокие температуры в принципе связаны с различными опасностями и недостатками - помимо всего прочего, с опасностью термического разложения распыляемой или уже распыленной жидкости. Наконец, следует оценивать как высокий риск в плане техники безопасности то, что резервуар, содержащий очень токсичный никотиновый раствор, открыт в торцевую сторону, и к тому же может быть отделен от «электрической сигареты». Этот риск уже был выявлен, и в одном усовершенствовании - как представлено в DE 202006013439 U - частично смягчен в этом отношении тем, что резервуар исполнен в виде герметично закрытого патрона, каковой патрон, разумеется, тоже имеет недостаток в том, что всегда может быть отделен от «электрической сигареты» и, например, может быть проглочен маленькими детьми.
В заключение следует отметить, что некоторые из только что представленных документов, хотя их нельзя причислить к обозначенному вначале классу изобретений, тем не менее были описаны, поскольку они по меньшей мере отображают уровень техники и в этом плане достойны того, чтобы принимать их во внимание.
В основу изобретения положена задача устранения вышеуказанных недостатков известных прототипных технических решений. В особенности изобретение имеет целью скомпоновать компонент ингалятора описанного вначале типа таким образом, чтобы можно было реализовать высокую удельную испарительную способность, необходимую для периодической, синхронной с ингаляцией или вдохом работы, при одновременно высоком коэффициенте полезного действия испарителя. При этом должно быть возможным обеспечение необходимых потребляемой мощности и расхода энергии одним аккумулятором энергии примерно в формате среднего аккумулятора для мобильного телефона. Возникновение кризиса кипения в фитиле должно быть исключено, и жидкий материал должен находиться по возможности в мягких условиях и может быть испарен также без значительного термического разложения.
Кроме того, компонент ингалятора должен обеспечивать удобное и безопасное для пользователя действие и при этом мог бы быть изготовлен по возможности экономично, что конкретно означает: композит должен пропитываться жидким материалом настолько быстро, насколько возможно, чтобы между двумя ингаляциями или вдохами не возникали существенные периоды ожидания. Компонент ингалятора должен обеспечивать возможность работы независимо от его положения. Должна быть сведена к минимуму опасность того, что жидкий материал, включая жидкие сконденсированные остатки, попадет в окружающую среду или окажет вредное влияние на функционирование компонента ингалятора. Композит должен быть таким, чтобы его можно было изготовить экономично. Компонент ингалятора должен быть выполнен удобным в обращении и эргономичным, и простым в обслуживании.
Кроме того, характеристики образуемой паровоздушной смеси или/и конденсационного аэрозоля должны быть регулируемыми, по меньшей мере в известных пределах - прежде всего в плане распределения частиц по величине в образующемся конденсационном аэрозоле, а также по самим органолептическим воздействиям.
Наконец, компонент ингалятора должен быть выполнен в двух принципиально различных вариантах, чтобы обеспечить возможность применения как в классических ингаляторах, так и в ингаляторах, активируемых вдохом.
Эта задача решена тем, что композит выполнен листообразным, и по меньшей мере один нагреваемый участок композита размещен в камере бесконтактно, причем капиллярная структура фитиля в вышеуказанном участке по меньшей мере на одной стороне листообразного композита по существу является открытой. В одном дополнительном варианте осуществления изобретения капиллярная структура фитиля в вышеуказанном участке является по большей части открытой на обеих сторонах листообразного композита. Благодаря тому, что капиллярная структура фитиля в вышеуказанном участке является по большей части открытой, образовавшийся пар может беспрепятственно вытекать из фитиля, поэтому повышается испарительная способность и, соответственно, можно избежать кризиса кипения в фитиле.
Разъяснения терминов:
«Листообразный» означает, что нагревательный элемент и фитиль размещены в одной и той же поверхности или/и в параллельных между собой поверхностях и связаны друг с другом. Капиллярный транспорт жидкого материала в листообразном композите происходит главным образом в направлении поверхности.
«Бесконтактно» означает, что стенка камеры не контактирует с остальными конструкционными элементами компонента ингалятора; благодаря бесконтактной компоновке в камере достигается то, что потери на теплопроводность композита в этом участке значительно сокращаются, и композит нагревается ровно настолько, чтобы можно было испарить запасенный в фитиле жидкий материал.
«Камера» также предполагает включение каналов; таким образом, в понятие «камера» входит также трубчатый канал; в этом случае открытый конец трубки может образовывать, например, воздухозаборное отверстие.
Листообразный композит в предпочтительном варианте исполнения имеет толщину менее 0,6 мм, и в особенности предпочтительном варианте исполнения толщину менее 0,3 мм. Такие размеры обусловливают то, что подводимая в поверхности теплота может эффективно распространяться путем теплопроводности - то есть, при малом температурном градиенте в открытой поверхности фитиля и, соответственно, капиллярной структуре, где она обеспечивает испарение жидкого материала. Кроме того, пар, уже образованный внутри фитиля, может легче достигать открытой поверхности фитиля. Эти условия позволяют дополнительно повысить испарительную способность и содействуют тому, что жидкий материал испаряется особенно бережно. Следует отметить, что при этом речь идет не столько о простом выборе размеров, но скорее о существенном признаке изобретения. Для самого автора настоящего изобретения оказалось неожиданным, когда он обнаружил в экспериментах, что плоский фитиль с открытой поверхностью фитиля и толщиной <300 мкм еще проявляет капиллярное затекание.
Как соответствующее изобретению, рассматривается то, что композит выполнен пластинчатым, пленкообразным, полосовидным или лентообразным. Эти листообразные компоновки делают применимыми способы получения, которые обеспечивают возможность в особенности экономичного массового производства.
Согласно изобретению листообразный композит содержит следующие структуры: ткань, открытопористую волокнистую структуру, открытопористую спеченную структуру, открытопористую пену, открытопористую осадительную структуру. Эти структуры в особенности пригодны для того, чтобы получить основу фитиля с высокой пористостью. Высокая пористость гарантирует, что теплота, генерированная нагревательным элементом, по большей части используется для испарения находящегося в порах жидкого материала и что может быть достигнут высокий коэффициент полезного действия испарителя. Конкретно с этими структурами может быть реализована пористость более 50%. Например, открытопористая волокнистая структура может состоять из нетканого материала, который уплотнен в любой степени, и для улучшения прочности сцепления может быть подвергнут дополнительному спеканию. Например, открытопористая спеченная структура может состоять из зернистого, волокнистого или хлопьевидного спеченного композитного материала, полученного поливным способом изготовления пленок. Например, открытопористая осадительная структура может быть приготовлена способами химического осаждения из паровой фазы (CVD), физического осаждения из паровой фазы (PVD) или газопламенного напыления. Открытопористые пены главным образом имеются в продаже на рынке и также могут быть приобретены в виде тонких мелкопористых материалов.
В варианте осуществления изобретения листообразный композит имеет по меньшей мере два слоя, причем слои включают по меньшей мере одну из следующих структур: пластину, пленку, бумагу, ткань, открытопористую волокнистую структуру, открытопористую спеченную структуру, открытопористую пену, открытопористую осадительную структуру. При этом нагревательный элемент может быть в одном определенном слое и фитиль в другом слое. Например, нагревательный элемент может быть сформирован в виде электрического резистивного нагревателя, состоящего из металлической фольги. Но также возможно, что слой функционирует и как нагревательный элемент, и как фитиль; таким образом, такой слой может состоять из ткани, сплетенной из металлической проволоки, которая, с одной стороны, благодаря своему электрическому сопротивлению вносит свой вклад в нагревание, и, с другой стороны, обеспечивает капиллярное действие для жидкого материала. Отдельные слои предпочтительно, но не обязательно соединяют между собой с помощью термической обработки, такой как спекание или сварка. Например, композит может быть выполнен как спеченный композит, состоящий из нержавеющей стальной пленки и одного или более слоев ткани, сплетенной из нержавеющей стальной проволоки (например, материал AISI 304 или AISI 316). Вместо нержавеющей стали могут также найти применение, например, сплавы для электронагревательных элементов - в особенности хромоникелевые (NiCr) сплавы и сплавы хрома, железа и алюминия (CrFeAl) ("Kanthal"), которые по сравнению с нержавеющей сталью имеют еще более высокое удельное электрическое сопротивление. С помощью термической обработки обеспечивают материальное связывание между слоями, благодаря чему слои сохраняют контакт друг с другом - также при жестких условиях, например, во время нагревания нагревательным элементом и вызываемого этим теплового расширения. Если бы контакт между слоями оказался утраченным, мог бы образоваться зазор, который мог бы нарушить, с одной стороны, капиллярное сопряжение и, с другой стороны, теплопередачу от нагревательного элемента к жидкому материалу.
В аналогичном варианте осуществления изобретения предусматривается, что композит выполнен линейным, и по меньшей мере один нагреваемый участок композита размещен в камере бесконтактно, и капиллярная структура фитиля в вышеуказанном участке является по существу открытой. Благодаря тому, что капиллярная структура фитиля в вышеуказанном участке является открытой, образующийся пар может беспрепятственно вытекать из фитиля, в результате чего повышается испарительная способность и, соответственно, можно избежать кризиса кипения в фитиле. Капиллярный транспорт жидкого материала в линейном композите происходит главным образом в продольном направлении линейного композита. Понятие «бесконтактно» и «камера» уже были разъяснены ранее.
Линейный композит предпочтительно имеет толщину менее 1,0 мм, причем толщина определяется выражением:  (A обозначает площадь поперечного сечения композита). Такие размеры обусловливают то, что подводимая в линейном направлении теплота может эффективно распространяться путем теплопроводности - то есть, при малом температурном градиенте в открытой поверхности фитиля и, соответственно, капиллярной структуре, где она обеспечивает испарение жидкого материала. Кроме того, пар, уже образованный внутри фитиля, может легче достигать открытой поверхности фитиля. Эти условия позволяют дополнительно повысить испарительную способность.
Согласно изобретению линейный композит содержит по меньшей мере одну из следующих структур: проволоку, нить, открытопористую спеченную структуру, открытопористую пену, открытопористую осадительную структуру. Эти структуры в особенности пригодны для того, чтобы получить линейный композит с достаточной механической прочностью и с высокой пористостью.
В предпочтительном варианте исполнения листообразного или линейного композита нагревательный элемент, по меньшей мере частично, объединен с фитилем. Эта компоновка дает тот преимущественный эффект, что теплота генерируется и выделяется непосредственно в основе фитиля и там напрямую переносится на испаряемый жидкий материал. Например, нагревательный элемент может представлять собой тонкую электропроводную пленку и состоять из платины, никеля, молибдена, вольфрама, тантала, каковая тонкая пленка может быть нанесена на поверхность фитиля способами физического осаждения из паровой фазы (PVD) или химического осаждения из паровой фазы (CVD). В этом случае фитиль состоит из неэлектропроводного материала, например из кварцевого стекла. В варианте осуществления изобретения, который является простейшим в плане технологии изготовления, сам фитиль, по меньшей мере частично, состоит из обладающего электрическим сопротивлением материала, например из углерода, из электропроводного или полупроводникового керамического материала или из РТС-материала (с положительным температурным коэффициентом). В особенности благоприятно, когда обладающий электрическим сопротивлением материал является металлическим. По сравнению с вышеназванными материалами металлы имеют более высокую пластичность. Это свойство оказывается преимущественным в том отношении, что композит при эксплуатации подвергается переменной термической нагрузке, вследствие чего возникают тепловые расширения. Металлы могут лучше компенсировать такие тепловые расширения. Более того, металлы имеют сравнительно более высокую ударную вязкость. Это свойство оказывается преимущественным тогда, когда компонент ингалятора подвергается воздействию ударов. Подходящими металлическими резистивными материалами являются, например, нержавеющая сталь, такая как AISI 304 или AISI 316, а также сплавы для электронагревательных элементов - в особенности хромоникелевые (NiCr) сплавы и сплавы хрома, железа и алюминия (CrFeAl) ("Kanthal"), как материалы с номерами согласно стандарту DIN 2.4658, 2.4867, 2.4869, 2.4872, 1.4843, 1.4860, 1.4725, 1.4765, 1.4767.
В дополнительном предпочтительном варианте исполнения листообразного или линейного композита предусмотрено, что соединение между нагревательным элементом и фитилем является протяженным по всей длине фитиля. При этом неважно, используется ли нагревательный элемент как таковой, то есть нагревается, по всей своей протяженности или же только по частям. Это зависит от конкретного положения электрического контактирования нагревательного элемента. Даже если это контактирование предусмотрено на наружных концах нагревательного элемента, нагревательный элемент не обязательно должен по всей своей протяженности функционировать для испарения жидкого материала. Так, нагревательный элемент может некоторыми участками контактировать с конструкционными компонентами, которые в значительной степени отводят производимую нагревательным элементом теплоту, чтобы жидкий материал в фитиле, по меньшей мере в этом участке, практически не нагревался. Правда, эту отводимую теплоту следовало бы расценивать в энергетическом балансе как потерянную. При использовании такого варианта исполнения применимы такие способы изготовления, которые по сравнению с прототипом обеспечивают явные преимущества в производственных расходах и уже делают экономичным массовое производство. Так, листообразный композит в большом количестве экземпляров можно получать из плоской заготовки многократно большей площади, причем композит вырезают из этой заготовки многократно большей площади подходящими способами резки, такими как выштамповывание или лазерная раскройка. Линейный композит может быть преимущественно получен из бесконечного материала. Понятие «бесконечный материал» также включает материал с конечной длиной, в такой мере, насколько эта длина является во много раз большей, чем длина линейного композита.
Как уже было изложено ранее, высокая пористость фитиля и, соответственно, композита является весьма желательной в плане эффективного использования выделяемой нагревательным элементом тепловой энергии. Пористость может быть дополнительно увеличена, для чего композит или его производственный полуфабрикат, например, заготовку многократно большей площади, протравливают. Например, спеченный композит, составленный пленкой из нержавеющей стали и одним или многими слоями сетки из нержавеющей стальной проволоки (например, AISI 304, AISI 316), может быть соответственно обработан в водной травильной ванне, состоящей из 50% азотной кислоты и 13% плавиковой кислоты, причем в качестве побочного эффекта проявляется также влияние на электрическое сопротивление нагревательного элемента и, соответственно, композита, а именно, оно может быть повышено.
Кроме того, поверхность композита или его производственного полуфабриката согласно изобретению может быть активирована. Эта мера включает также очистку поверхности и обусловливает лучшее смачивание материала композита жидким материалом и связанное с этим более быстрое пропитывание фитиля. Для вышеуказанного примерного спеченного композита, составленного пленкой из нержавеющей стали и одним или многими слоями сетки из нержавеющей стальной проволоки, например, весьма пригодна обработка в 20%-ной фосфорной кислоте, чтобы достигнуть вышеупомянутого эффекта.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения фитиль компонуют как артериальный фитиль. Этот тип фитиля находит применение прежде всего в тепловых трубах и более подробно описан в соответствующей литературе, например, см. стандартный международный номер книги ISBN 0080419038. Например, такой фитиль может состоять из пучка каналов или капилляров - так называемых «артерий», которые окружены структурой с более тонкой пористостью или, соответственно, сформированы из таковой. По сравнению со структурой, имеющей однородную пористость, с такой же капиллярностью или, соответственно, таким же капиллярным давлением (высотой капиллярного подъема), пучок из каналов или капилляров создает меньшее гидравлическое сопротивление течению жидкого материала, благодаря чему впитывание жидкого материала в фитиль может происходить значительно быстрее.
В одном варианте исполнения фитиль является перфорированным в направлении толщины. Перфорирование может быть выполнено, например, с помощью лазера и оказывает следующие действия: во-первых, дополнительно увеличивает пористость; во-вторых, снижает гидравлическое сопротивление течению в направлении толщины. Последний эффект проявляется в особенности при применении артериального фитиля, в том отношении, когда жидкий материал в фитиле во время испарения испытывает повышение давления и перфорирование действует как декомпрессионная мера. Тем самым можно избежать того, что пар, образующийся в фитиле, будет вытеснять жидкий материал по артериям обратно к источнику жидкого материала, в результате чего может быть чувствительно нарушено снабжение жидким материалом.
Кроме того, соответствующим изобретению рассматривается то, что листообразный композит в основном выполнен плоским и что воздухозаборное отверстие сформировано в виде щелевидного канала, и что щелевидный канал ориентирован параллельно поверхности плоского композита. Аналогично, как соответствующее изобретению рассматривается то, что линейный композит в основном выполнен прямолинейным и что воздухозаборное отверстие сформировано в виде щелевидного канала, и что щелевидный канал ориентирован параллельно прямолинейному композиту. С помощью этих геометрически простых компоновок могут быть созданы очень благоприятные условия смешения поступающего воздуха с выходящим из фитиля паром, каковые условия смешения сверх того могут быть простым путем отрегулированы изменением положения щелевидных каналов или/и изменением ширины щели; таким образом можно в известной степени оказывать влияние на свойства сформированного аэрозоля - в особенности на величину образующихся капелек аэрозоля.
Согласно изобретению предусматривается, что композит пересекает камеру в виде перемычки и двумя концевыми участками расположен на двух электропроводных пластинчатых контактах, и нагревательный элемент электрически контактирует с контактами. Если принимать во внимание, что в отношении композита речь идет об исключительно маленькой и механически чувствительной конструкционной детали, которая, кроме того, подвергается воздействию сил течения поступающего в камеру воздуха, а также сил, обусловленных тепловым расширением, то будет ясно, что только что описанная компоновка обеспечивает возможность относительно стабильного и технологически простого в исполнении крепления и контактирования композита. В предпочтительном варианте осуществления изобретения электрическое контактирование нагревательного элемента обеспечивается сварным соединением или спеканием. Сварное соединение может быть создано точечной сваркой, контактной сваркой, ультразвуковой сваркой, лазерной сваркой, микросваркой или прочими пригодными способами сварки. В особенности благоприятным для приваривания или спекания является условие, когда пластинчатые контакты состоят из такого же или подобного материала, как в нагревательном элементе. В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения электрическое контактирование нагревательного элемента создается клеевым соединением с помощью электропроводного клеевого средства, например, с помощью содержащего серебро клея на эпоксидной основе. В этом случае пластинчатые контакты в принципе могут состоять из любого материала для электрического контактирования в такой мере, насколько материал совместим с используемым клеевым средством; альтернативно, пластинчатые контакты могут быть сформированы в виде печатных плат или одной совместной печатной платы. Предпочтение отдают печатным платам, изготовленным по технологии с использованием толстого слоя меди, с толщинами медного слоя в диапазоне 100-500 мкм, благодаря лучшим условиям отведения теплоты. Разумеется, изобретение не ограничивается вышеназванными способами контактирования. Так, электрическое контактирование альтернативно может быть получено с использованием механических зажимов. В дополнительном варианте осуществления изобретения пластинчатые контакты выступают из наружных поверхностей корпуса в виде двух штекерных контактов. Оба штекерных контакта предназначены для того, чтобы подводить к нагревательному элементу необходимую электрическую энергию.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения композит одним концом выступает в капиллярную щель, аэрогидродинамическое сопротивление в которой является меньшим, чем аэрогидродинамическое сопротивление в фитиле. Капиллярная щель питает фитиль жидким материалом; пониженное по сравнению с фитилем аэрогидродинамическое сопротивление действует так, что жидкий материал быстрее достигает зоны испарения в композите. Наряду с этим также сокращается время, которое требуется, чтобы фитиль после испарения вновь полностью пропитался жидким материалом. Это время соответствует периоду ожидания, который по меньшей мере должен выдерживаться между двумя вдохами или ингаляциями. Если этот период ожидания не выдерживать, это может вести к сокращению выделяемого количества пара и, соответственно, дозы лекарственного средства. Кроме того, вследствие нагревания композита на некоторых участках без присутствия жидкого материала, это может приводить к локальным перегревам, что повреждает композит или сокращает срок его службы. В одном дополнительном варианте осуществления изобретения предусматривается, что поперечное сечение капиллярной щели является большим, чем поперечное сечение композита. Этим обеспечивается то, что жидкий материал частично обходит фитиль подобно байпасу и этим путем еще быстрее достигает зоны испарения в композите. В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения нагревательный элемент композита имеет электрическое контактирование в капиллярной щели. Тем самым достигается очень компактная компоновка.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения относится к компоненту ингалятора с содержащим жидкий материал жидкостным контейнером, размещенным в корпусе или соединенным с корпусом, вместе со вскрываемой заглушкой; согласно изобретению предусматривается, что жидкостный контейнер нельзя ни извлечь из корпуса, ни отделить от корпуса, и жидкий материал в жидкостном контейнере может получить капиллярное сопряжение с капиллярной щелью путем ручного вскрытия вскрываемой заглушки. Жидкостный контейнер также не может быть удален пользователем из компонента ингалятора, даже когда жидкий материал израсходован, что в особенности следует расценивать как преимущество в плане безопасности тогда, когда контейнер содержит лекарственные средства или/и токсичные вещества, например, такие как никотин. Корпус компонента ингалятора слишком велик, чтобы маленькие дети могли проглотить его. Пополнение жидкостного контейнера не предусматривается; напротив, компонент ингалятора вместе с жидкостным контейнером составляет изделие одноразового употребления, которое после израсходования жидкого материала подлежит утилизации. Жидкий материал хранится в жидкостном контейнере герметично закупоренным. Доступ воздуха или ультрафиолетового (UV) излучения категорически исключен. Кроме того, жидкостный контейнер может содержать защитный газ, такой как аргон, азот или диоксид углерода, который дополнительно защищает жидкий материал от окисления. Вскрываемую заглушку жидкостного контейнера целесообразно вскрывают лишь перед самым использованием компонента ингалятора, после чего жидкий материал через капиллярную щель поступает в фитиль и впитывается им. Вскрытие вскрываемой заглушки производят простым путем вручную, без привлечения специальных вспомогательных средств.
В первом варианте исполнения жидкостный контейнер жестко и постоянно соединен с корпусом или составляет часть самого корпуса. Например, жидкостный контейнер может быть сформирован в виде отдельной детали, которую без возможности отделения скрепляют с корпусом с помощью клеевого соединения или сварного соединения. В дополнительном усовершенствовании первого варианта исполнения предусмотрен сообщающийся с капиллярной щелью резервуар, который примыкает к жидкостному контейнеру и отделен от него вскрываемой заглушкой. Резервуар предназначен для того, чтобы при вскрытой заглушке отбирать из жидкостного контейнера по меньшей мере часть жидкого материала и обеспечивать капиллярное сопряжение с капиллярной щелью. Вскрытие вскрываемой заглушки предпочтительно производят с помощью размещенного по оси корпуса сдвижного штифта, первый конец которого направлен на вскрываемую заглушку и второй конец которого при закрытой заглушке выступает над наружной поверхностью корпуса в виде кнопки, благодаря чему ко второму концу штифта может быть приложено нажимное усилие. Нажимное усилие передается штифтом на вскрываемую заглушку, в результате чего она в конечном итоге прорывается в заданном месте разрушения. Нажимное усилие может быть приложено, например, нажатием пальца. В особенности предпочтительный вариант осуществления изобретения относится к ингалятору, включающему в себя компонент ингалятора, как только что описанный, а также часть ингалятора многократного применения, которая может быть соединена с компонентом ингалятора; согласно изобретению предусмотрено, что второй конец штифта во время объединения с частью ингалятора многократного применения находится в функциональном взаимодействии с последней в виде толкателя, посредством которого прилагают вышеописанное нажимное усилие. Объединение компонента ингалятора с частью ингалятора многократного применения и вскрытие жидкостного контейнера также происходят одновременно путем единственной манипуляции.
Согласно изобретению резервуар сообщается с камерой через вентиляционный канал, через который воздух поступает в резервуар и обеспечивает выравнивание давления. Таким образом, каждая порция жидкого материала, которая поступает в капиллярную щель, немедленно замещается равной по объему порцией воздуха. Существенно то, что вентиляционный канал соединен с камерой и не сообщается с внешней окружающей средой, так как в противном случае давление всасывания во время ингаляции накладывалось бы на капиллярное течение, и жидкий материал по «принципу соломинки» засасывался бы из жидкостного контейнера.
Во втором варианте исполнения жидкостный контейнер размещают в корпусе вдоль оси сдвига между двумя упорными положениями с возможностью сдвига вручную, и жидкостный контейнер в первом упорном положении взаимодействует с неразмыкаемым блокирующим устройством и во втором упорном положении взаимодействует со вскрывающим устройством, которое вскрывает вскрываемую заглушку. С помощью блокирующего устройства по существу предотвращается извлечение жидкостного контейнера из корпуса. Жидкостный контейнер, так же как в первом варианте исполнения, не может быть удален из корпуса - с теми же преимуществами в плане безопасности, каковые уже описаны ранее. В дополнительном усовершенствовании второго варианта исполнения вскрывающее устройство включает сформированный капиллярной щелью первый пробойник, который во втором упорном положении пробивает вскрываемую заглушку, в результате чего создается капиллярное сообщение с жидким материалом. Кроме того, опять же предусмотрен вентиляционный канал, первый конец которого сообщается с камерой и второй конец которого сформирован в виде второго пробойника, который во втором упорном положении пробивает вскрываемую заглушку. Первый и второй пробойники совместно также составляют вскрывающее устройство. Работа этой конструкции подобна взаимодействию между авторучкой и ее чернильным патроном. Разумеется, первый и второй пробойники также могут быть объединены в единичный обобщенный пробойник. Неразмыкаемое блокирующее устройство в простейшем случае может состоять, например, из выступа, сформированного в корпусе или в мундштуке, в который жидкостный контейнер упирается, будучи в первом упорном положении. Наконец, второй вариант исполнения относится к компоненту ингалятора, включающему в себя мундштук с мундштучным каналом, через который пользователь получает сформированные паровоздушную смесь или/и конденсационный аэрозоль, и согласно изобретению предусматривается, что ось сдвига, по меньшей мере приблизительно, ориентирована параллельно срединной оси мундштучного канала, и жидкостный контейнер, по меньшей мере в первом упорном положении, одним концевым участком выступает из корпуса вбок рядом с мундштуком. Сдвижной жидкостный контейнер может быть сдвинут в свое второе упорное положение простым путем, для чего пользователь нажимает на выступающий конец жидкостного контейнера. Мундштук и жидкостный контейнер выступают из корпуса на одной и той же фронтальной стороне компонента ингалятора, что делает компонент ингалятора удобным в обращении и применение его эргономичным.
Кроме того, согласно изобретению может быть предусмотрен резервный накопитель, который сообщается с капиллярной щелью и сам состоит из капилляров. Резервный накопитель имеет способность отбирать жидкий материал из капиллярной щели и при необходимости опять подавать запасенный жидкий материал на фитиль через капиллярную щель независимо от положения. Тем самым компонент ингалятора можно использовать в любом произвольном положении, по меньшей мере в такой степени, насколько жидкий материал имеется в резервном накопителе. Например, капилляры могут состоять из узких прорезей, отверстий или из пористого материала, причем следует обращать внимание на то, чтобы их капиллярность и, соответственно, капиллярное давление (высота капиллярного подъема) были меньше, чем капиллярность фитиля, так как в противном случае никакое капиллярное течение не происходит.
Альтернативно вышеописанному жидкостному контейнеру, компонент ингалятора может содержать жидкостный накопитель, состоящий из эластичного открытопористого материала и пропитанный жидким материалом; согласно изобретению предусматривается, что композит сэндвичеобразно зажат между одним из двух пластинчатых контактов - как уже ранее описанных, с одной стороны, и жидкостным накопителем, с другой стороны, благодаря чему фитиль имеет капиллярное сопряжение с жидким материалом в жидкостном накопителе. Эластичный открытопористый материал, например, может состоять из волокнистого материала или из вспененного вещества. Жидкий материал самостоятельно засасывается из жидкостного накопителя в фитиль и пропитывает его. Предполагается, что капиллярность и, соответственно, капиллярное давление (высота капиллярного подъема) фитиля будут больше, чем капиллярность жидкостного накопителя. Сэндвичеобразное закрепление представляет собой конструктивно простую и экономичную в ее исполнении компоновку.
В дополнительном варианте осуществления изобретения компонент ингалятора содержит устройство для связывания конденсата, предназначенное для принятия и накопления конденсационных остатков, которые образуются в ходе формирования паровоздушной смеси или/и конденсационного аэрозоля; прежде всего, когда испаряемый жидкий материал имеет высокое содержание низкокипящих фракций с высоким давлением паров, например этанола или/и воды, могут образовываться большие количества конденсационных остатков. Такое содержание низкокипящих фракций является предпочтительным прежде всего по двум соображениям, и в случае соответствующего изобретению компонента ингалятора даже необходимо: во-первых, такое содержание снижает вязкость жидкого материала, благодаря чему жидкий материал может быстрее впитываться в фитиль. Это действие для соответствующего изобретению композита оказывается в особенности преимущественным, поскольку толщина композита, а также обусловленный этим средний диаметр пор фитиля являются исключительно малыми. Во-вторых, низкокипящие фракции обусловливают то, что содержащиеся в жидком материале лекарственные средства и другие добавки легче испаряются, образуют меньше остатков после испарения, и сокращается термическое разложение жидкого материала. Чтобы сделать эти положительные воздействия полезными в удовлетворительном масштабе, массовая доля низкокипящих фракций должна явственно превышать 50%. По этой причине при эксплуатации соответствующего изобретению компонента ингалятора следует ожидать значительных количеств конденсационных остатков, которые целесообразно должны быть связаны.
Согласно изобретению устройство для связывания конденсата состоит из открытопористого, способного впитывать жидкость материала, который размещают на расстоянии, но в непосредственной близости от открытой в вышеупомянутом участке капиллярной структуры фитиля. Открытопористый, способный впитывать жидкость материал принимает в свои поры из паровой фазы образовавшиеся конденсационные осаждения и в этом отношении действует здесь по принципу, подобному губке. Может быть беспроблемно связано и большее количество конденсата. Открытопористый, способный впитывать жидкость материал предотвращает образование в компоненте ингалятора, в особенности в камере, свободно перемещающихся скоплений конденсата, которые могут ухудшать функционирование компонента ингалятора, но также создают опасность для пользователя и окружающей среды, если эти скопления содержат лекарственные средства или токсичные вещества, такие как никотин.
Специальным размещением открытопористого, способного впитывать жидкость материала в непосредственной близости от зоны парообразования - то есть, в области высокой плотности паров - обеспечивается то, что остатки конденсата в очень высокой концентрации и тем самым очень эффективно поглощаются и им не доставляется никакой возможности достижения отдаленных областей. В особенности благоприятным является то, когда открытопористый, способный впитывать жидкость материал напрямую перекрывает открытую в вышеупомянутом участке капиллярную структуру фитиля, поскольку в этой зоне следует ожидать самой высокой плотности паров. В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения открытопористый, способный впитывать жидкость материал включает две размещенных на некотором расстоянии друг от друга части или участка, и композит, по меньшей мере фрагментарно, размещен между обеими частями или участками. Далее, как соответствующее изобретению действительно то, что открытопористый, способный впитывать жидкость материал размещен в камере и заполняет преобладающую часть камеры. Таким образом, при более компактной компоновке можно реализовать особенно большую поглотительную способность в отношении жидких остатков конденсата. Кроме того, является предпочтительным, когда открытопористый, способный впитывать жидкость материал состоит из формостабильного материала, который даже после полного пропитывания остатками конденсата главным образом сохраняет свою форму. Чтобы выяснить, сохраняет ли конкретный материал свою форму, достаточно пропитать его водноэтанольным раствором и после трехсуточного выдерживания проверить стабильность формы. Стабильность формы гарантирует, что условия течения потоков в камере, в особенности вокруг композита, и тем самым условия формирования паровоздушной смеси или/и конденсационного аэрозоля будут оставаться постоянными. Например, открытопористый, способный впитывать жидкость материал может состоять из твердого вспененного материала, такого как металлическая пена или керамическая пена, из пористого спеченного формованного материала, из пористого наполнителя или насыпной массы без склонности к набуханию, например из сыпучей массы гранулированного осушителя, или из пористого волокнистого композита, например образованного из натуральных или химических волокон, скрепленных между собой термически или с помощью связующего средства. Кроме того, является существенным, чтобы материал был по существу химически инертным в отношении остатков конденсата.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения открытопористый, способный впитывать жидкость материал со всех сторон окружен корпусом и соединен с корпусом без возможности отделения. Тем самым должно достигаться то, что открытопористый, способный впитывать жидкость материал не сможет непосредственно контактировать с окружающей средой и его извлечение из корпуса возможно только насильственным воздействием и разрушением компонента ингалятора. Эта защитная мера оказывается предпочтительной прежде всего тогда, когда конденсат содержит лекарственные средства или/и токсичные вещества, такие как никотин. Компонент ингалятора вместе с открытопористым, способным впитывать жидкость материалом образует изделие одноразового употребления, которое по истечении предварительно заданного срока службы подлежит утилизации.
В предпочтительном дополнительном варианте осуществления изобретения предусматривается устройство для двухстадийного осаждения конденсата, состоящее, во-первых, из открытопористого, способного впитывать жидкость материала, и, во-вторых, из охладителя, способного пропускать через себя образовавшиеся паровоздушную смесь или/и конденсационный аэрозоль. Этот дополнительный вариант осуществления изобретения в особенности пригоден для использования в ингаляторах, активируемых вдохом. Охладитель охлаждает проходящие через него паровоздушную смесь и/или конденсационный аэрозоль и при этом извлекает из них дополнительный конденсат. Охладитель может быть, например, сформирован из пористого материала, проницаемого для потока и не задерживающего частицы образовавшегося конденсационного аэрозоля. Пористый материал наряду с охлаждением обеспечивает также внутреннее перемешивание протекающих через него паровоздушной смеси и, соответственно, конденсационного аэрозоля, благодаря чему становятся более однородными их свойства, например устраняются концентрационные максимумы. Пористый материал типично состоит из широкопористого материала, например, вспененного материала с открытыми ячейками, из крупнопористого губчатого наполнителя или из волокнистого материала типа нетканого холста. В качестве примера волокнистого материала типа нетканого холста следует назвать синтетические волокнистые нетканые материалы, приготовленные из полиолефиновых волокон (полиэтилена (PE), полипропилена (PP)) или волокон из сложных полиэфиров. Пористый материал также может состоять из материала насадки для регенераторов. Материал насадки для регенераторов благодаря большой площади поверхности и, соответственно, площади теплообмена способен быстро воспринимать большое количество теплоты без существенных потерь напора. Типичными материалами насадки для регенераторов являются: металлическая вата, металлические опилки, металлическая сетка, вязаная проволока, нетканый материал из металлического волокна, металлическая пена с открытыми ячейками, сыпучие материалы из металлического или керамического гранулята. Наконец, охладитель также может быть выполнен многоступенчатым, для чего сочетают друг с другом различные пористые материалы. Разумеется, изобретение не ограничивается вышеперечисленными материалами охладителя. Охлаждением и перемешиванием могут быть явственно улучшены органолептические свойства воспринимаемых пользователем паровоздушной смеси или/и конденсационного аэрозоля.
3
В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения охладитель образован табачной набивкой. Табачная набивка, наряду с охлаждением/конденсацией и гомогенизированием дополнительно обеспечивает ароматизацию протекающих через нее паровоздушной смеси или, соответственно, конденсационного аэрозоля и рекомендуется прежде всего в тех случаях, когда жидкий материал в качестве лекарственного средства содержит никотин. При лабораторных испытаниях прототипов, действующих по принципу ингалятора с активацией вдохом и содержащих никотин в лекарственных композициях в качестве жидкого материала, сверх того были обнаружены еще и дополнительные благоприятные эффекты: например, могла быть повышена пригодность для ингаляции содержащих никотин паровоздушной смеси и конденсационного аэрозоля, что отчасти несомненно следует объяснить вышеописанными эффектами. Однако есть предположение, что участвуют дополнительные механизмы действия, в частности диффузионные и адсорбционные процессы, в отношении свободного, непротонированного никотина, которые еще не были подробно исследованы. Насыпной вес табачной набивки в своем верхнем пределе ограничен тем, что набивка, с одной стороны, должна быть по возможности проницаемой для проходящих через нее аэрозольных частиц, и, с другой стороны, возникающее при этом сопротивление течению должно быть не более высоким, чем таковое в сигаретах. Табачная набивка может быть сформирована из табачной нарезки, табака мелкой резки, табака для набивки гильз, из сигарной табачной крутки или из сравнимых или подобных табачных форм. В качестве табака в особенности пригодны высушенный ферментированный табак, гомогенизированный табак, расширенный табак или их смеси. Табак может быть дополнительно соусирован, приправлен пряностями, ароматизирован или/и снабжен отдушками. Кроме того, применение табачной набивки в качестве охладителя может сделать более привлекательным или/и облегчить переход с табачных изделий на соответствующий изобретению компонент ингалятора. В предпочтительном дополнительном варианте осуществления изобретения предусматривается, что объем табачной набивки составляет более 3 см. В собственных лабораторных испытаниях было показано, что вышеназванные действия табачной набивки становятся эффективными в удовлетворительной для пользователя мере лишь с обозначенных выше минимальных объемов.
2
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения компонент ингалятора включает образованное мундштуком мундштучное отверстие, которое сообщается с камерой и через которое пользователь получает образованные паровоздушную смесь или/и конденсационный аэрозоль, причем в ходе ингаляции между воздухозаборным отверстием и мундштучным отверстием возникает поток в направлении мундштучного отверстия, каковой поток, по меньшей мере частично, проходит вдоль композита. Согласно изобретению предусматривается, что ниже по потоку относительно композита расположено по меньшей мере одно отверстие для воздушного шунта, через которое дополнительный воздух из окружающей среды подводится в поток, и эффективная площадь поперечного сечения потока в отверстии воздушного шунта составляет по меньшей мере 0,5 см. Эта компоновка делает компонент ингалятора применимым также для классических ингаляторов, которые главным образом предполагают по возможности малое аэродинамическое сопротивление. Воздух, дополнительно поступающий через отверстие воздушного шунта («байпасный воздух»), сам не проходит мимо композита и тем самым не оказывает никакого непосредственного влияния на образование паровоздушной смеси или/и конденсационного аэрозоля и, соответственно, на их свойства. Однако проявляется косвенное влияние в том отношении, что байпасный воздух сокращает количество воздуха, поступающего через воздухозаборное отверстие («первичного воздуха»), когда предполагается постоянное количество воздуха для ингаляции. Таким образом, количество первичного воздуха может быть произвольно уменьшено. Сокращение количества первичного воздуха, помимо всего прочего, ведет к увеличению образующихся аэрозольных частиц; правда, одновременно также возрастает количество образующихся остатков конденсата, каковому обстоятельству все же можно противостоять размещением устройства для связывания конденсата - как описано ранее. Дополнительное снижение аэродинамического сопротивления и дополнительное уменьшение количества первичного воздуха согласно изобретению достигаются тем, что отверстие воздушного шунта состоит из двух байпасных отверстий, которые размещены в противолежащих участках корпуса.
Далее, согласно изобретению предусматривается, что на оба байпасных отверстия установлены две направляющие лопасти, которые ориентированы в направлении мундштучного отверстия и повернуты друг к другу, и их свободные концы образуют соплообразное горловинное отверстие, через которое образовавшиеся паровоздушная смесь или/и конденсационный аэрозоль вытекают из камеры и затем смешиваются с поступающим из байпасных отверстий воздухом. Обе направляющие лопасти действуют таким образом, что они по существу перекрывают доступ в камеру снаружи, так что может быть явно уменьшена опасность поступления, например, дождевой воды или слюны в камеру. В дополнение, ограничивается воздухообмен между камерой и окружающей средой, благодаря чему сокращается улетучивание компонентов жидкого материала в фитиле. Такое улетучивание, в особенности во время длительных периодов хранения компонента ингалятора без применения, может оказаться неблагоприятным в том отношении, что может изменять состав жидкого материала, и в случае лекарственного препарата его дозировка может отклоняться от заданного значения.
Кроме того, соответствующим изобретению рассматривают то, что ниже по потоку относительно отверстия воздушного шунта размещен гомогенизатор потока, аэродинамическое сопротивление которого составляет менее 1 мбар (100 Па) при величине расхода воздушного потока 250 мл/сек. Через гомогенизатор потока протекают как образовавшиеся паровоздушная смесь или/и конденсационный аэрозоль, так и поступающий через отверстие воздушного шунта байпасный воздух, и этим обеспечивается перемешивание и гомогенизирование этих обеих частей потока. Размываются концентрационные максимумы, и вдыхание пользователем выходящей из мундштучного отверстия однородной смеси становится более приятным. Гомогенизатор потока может состоять, например, из нетканого или вспененного материала; пригодным является такой материал, с которым достигаются достаточные турбулентности и завихрения течения, без превышения приведенного предельного значения аэродинамического сопротивления. Только при таких условиях вышеописанный вариант осуществления изобретения применим для классического ингалятора.
В необязательном варианте осуществления изобретения предусмотрено множество параллельно размещенных композитов с различными значениями теплоемкости. В дополнительном необязательном варианте осуществления изобретения предусмотрено множество параллельно размещенных композитов с различными характеристиками нагревательных элементов. В дополнительном необязательном варианте осуществления изобретения предусмотрено множество параллельно размещенных композитов с регулируемыми по-разному электрическими нагревательными элементами. В дополнительном необязательном варианте осуществления изобретения предусмотрено множество параллельно размещенных композитов, и к отдельным композитам подводятся для испарения жидкие материалы с различным составом, причем их фитили питаются из источников с различными жидкими материалами. Вышеуказанные необязательные варианты исполнения, которые, впрочем, также могут быть произвольно скомбинированы друг с другом, обеспечивают возможность того, что процесс испарения может быть организован переменным как в пространстве, так и во времени. Эта вариабельность позволяет даже имитировать сложные условия в дистилляционной зоне сигареты.
В специальном варианте осуществления изобретения предусмотрено множество параллельно размещенных композитов, нагревательные элементы которых состоят из электрических резистивных нагревателей; согласно изобретению резистивные нагреватели соединены друг с другом последовательно. Эта специальная компоновка оказывается особенно предпочтительной, когда резистивные нагреватели состоят из металлического резистивного материала, например, такого как нержавеющая сталь или сплавы для электронагревательных проволок, поскольку благодаря последовательному подключению и сопутствующему этому повышению сопротивления ток накала может быть ограничен до уровня, который еще хорошо поддается управлению электронным регулятором и аккумулятором энергии. Кроме того, путем повышения сопротивления можно по потребности ограничивать удельную мощность в композите, так что в каждом случае может быть обеспечено стабильное испарение.
Примеры целесообразных и предпочтительных вариантов осуществления изобретения представлены в фигурах и подробнее разъяснены в последующем описании.
Показано:
Фиг.1 представляет соответствующий изобретению ингалятор в первом варианте исполнения, выполненный как ингалятор с активацией вдохом, в различных проекциях;
Фиг.2 представляет ингалятор согласно Фиг.1, с частью ингалятора многократного применения и сменным компонентом ингалятора в разобранном состоянии;
Фиг.3 представляет часть ингалятора многократного применения в различных проекциях;
Фиг.4 и Фиг.5 представляют часть ингалятора многократного применения без батарейной крышки и без крышки электрической управляющей схемы в различных проекциях;
Фиг.6 представляет сменный компонент ингалятора в различных проекциях;
Фиг.7 представляет сменный компонент ингалятора с отдельно показанным жидкостным контейнером и мундштуком;
Фиг.8 представляет ингалятор согласно Фиг.1 без крышки электрической управляющей схемы;
Фиг.9 представляет ингалятор согласно Фиг.8 в продольном разрезе по высоте листообразного композита, причем направление разреза целесообразно было проведено в стороне от композита;
Фиг.10 представляет вид разреза ингалятора вдоль линии A-A в Фиг.9, с крышкой электрической управляющей схемы;
Фиг.11 представляет ингалятор согласно Фиг.1 в поперечном разрезе по высоте листообразного композита;
Фиг.12 представляет фрагмент «a» из Фиг.10 в увеличенном виде;
Фиг.12a представляет фрагмент «b» из Фиг.12 в увеличенном виде;
Фиг.13a и Фиг.13b представляют альтернативные варианты исполнения в отношении фрагмента «a»;
Фиг.14a, Фиг.14b, а также Фиг.15a, Фиг.15b и Фиг.15c представляют поперечные разрезы листообразных композитов в различных вариантах исполнения в увеличенном виде;
Фиг.16 представляет вариант исполнения в отношении фрагмента «b» из Фиг.12 с тремя размещенными параллельно друг другу линейными композитами;
Фиг.16a представляет поперечный разрез одного отдельного линейного композита согласно Фиг.16 в увеличенном виде;
Фиг.17 представляет фрагмент «c» из Фиг.11 в увеличенном виде;
Фиг.18 представляет фрагмент «d» из Фиг.9 в увеличенном виде;
Фиг.19 представляет вид ингалятора в разрезе вдоль линии B-B в Фиг.9 с крышкой электрической управляющей схемы;
Фиг.20 представляет вид сменного компонента ингалятора в разрезе вдоль линии C-C в Фиг.7 и Фиг.11, с намеченным жидкостным контейнером;
Фиг.21 представляет соответствующий изобретению второй вариант исполнения ингалятора, выполненного как классический ингалятор, в виде аналогично Фиг.9;
Фиг.22 представляет вид ингалятора согласно Фиг.21 в разрезе вдоль линии D-D в Фиг.21 с крышкой электрической управляющей схемы;
Фиг.23 представляет сменный компонент ингалятора согласно Фиг.21 в двух проекциях;
Фиг.24a и Фиг.24b представляют сменный компонент ингалятора с альтернативной системой жидкостного контейнера, причем компонент ингалятора согласно Фиг.24b показан с жидкостным контейнером в вертикальной проекции;
Фиг.25 представляет вид ингалятора в разрезе вдоль линии E-E в Фиг.24b;
Фиг.26 представляет сменный компонент ингалятора с дополнительной альтернативной системой жидкостного накопителя;
Фиг.27 представляет поперечный разрез компонента ингалятора согласно Фиг.26 по высоте листообразного композита;
Фиг.28 представляет вид разреза, проведенного через жидкостный накопитель согласно Фиг.26 поперек листообразного композита;
Фиг.29 представляет вид сменного компонента ингалятора с двумя размещенными параллельно друг другу листообразными композитами в разрезе, причем разрез проведен по высоте листообразного композита, и вид сбоку.
Фиг.1 показывает первый примерный вариант исполнения соответствующего изобретению ингалятора, каковой ингалятор в конкретном примере выполнен как ингалятор с активацией вдохом, и его форма и размеры подобраны таким образом, чтобы ингалятор мог быть простым и удобным в обращении для пользователя. По объему ингалятор составляет примерно половину величины сигаретной пачки. Представленный примерный ингалятор главным образом состоит из двух частей, а именно из части 1 ингалятора и компонента 2 ингалятора. Компонент 2 ингалятора состоит из корпуса 3 и включает, помимо всего прочего, жидкостный контейнер 4 и мундштук 5, подобный курительной трубке. Жидкостный контейнер 4 содержит жидкий материал, который испаряется в компоненте 2 ингалятора и преобразуется в пригодные для ингаляции паровоздушную смесь или/и конденсационный аэрозоль. Образовавшиеся паровоздушная смесь или/и конденсационный аэрозоль подаются пользователю через мундштук 5. В качестве жидкого материала в принципе рассматривают все вещества и композиции, которые при атмосферных условиях могут быть испарены практически без остатка. Это условие удовлетворяется уже тогда, когда данное вещество или данная композиция находятся в разбавленном состоянии, например растворены в воде или/и этаноле, и раствор испаряется по существу без остатка. Благодаря достаточно высокому разбавлению в легколетучем растворителе, таком как этанол или/и вода, даже обычно с трудом испаряемые вещества могут удовлетворять вышеуказанному условию и можно избежать термического разложения жидкого материала или существенно сократить его.
Жидкий материал предпочтительно содержит лекарственное средство. Образуемые путем конденсации аэрозольные частицы, как правило, имеют среднемассовый аэродинамический диаметр (MMAD) менее 2 мкм и тем самым достигают даже альвеол. Соответствующий изобретению ингалятор в особенности пригоден для введения лекарственных препаратов системного действия, например, таких лекарственных средств, которые проявляют свое основное действие на центральную нервную систему. В качестве примера следует упомянуть никотин, температура кипения которого составляет 246°C. Содержащие лекарственное средство аэрозольные частицы преимущественно осаждаются в альвеолах, где лекарственное средство моментально переходит в кровеносную систему. На примере никотина следует отметить, что он уже примерно через 7-10 секунд после ингаляции достигает целевого для него органа, а именно центральной нервной системы, в фокусированной концентрации. Разумеется, данный ингалятор мог бы быть использован и без лекарственного средства, например, только с ароматическими веществами - также в виде немедицинского применения.
Часть 1 ингалятора включает, как далее разъясняется более подробно, по меньшей мере один аккумулятор энергии и электрическую управляющую схему, причем аккумулятор энергии защищен батарейной крышкой 6, и управляющая схема закрыта крышкой 7 электрической управляющей схемы.
Как показано в Фиг.2, часть 1 ингалятора и компонент 2 ингалятора в конкретном примерном варианте исполнения выполнены отделяемыми друг от друга. Разделяемое сопряжение составлено защелкивающимся соединением, сформированным из двух защелкивающихся крючков 8 и двух взаимодействующих с ними стопорных выступов 9. Эта компоновка делает часть 1 ингалятора пригодной к многократному применению, что в принципе является рациональным, когда принимают во внимание, что часть 1 ингалятора, во-первых, не приходит в контакт с жидким материалом, то есть не загрязняется жидким материалом, и, во-вторых, содержит детали, которые имеют более длительный срок службы, нежели детали компонента 2 ингалятора. После того как жидкий материал в жидкостном контейнере 4 израсходован, весь компонент 2 ингалятора целиком подлежит утилизации пользователем и заменяется новым компонентом 2 ингалятора. В этом отношении компонент 2 ингалятора представляет собой сменное изделие одноразового употребления. Надлежащая утилизация показана прежде всего тогда, когда жидкий материал содержит лекарственное средство, поскольку внутри корпуса 3 компонента 2 ингалятора в ходе образования паровоздушной смеси или/и конденсационного аэрозоля всегда возникают и накапливаются остатки конденсата. В жидкостном контейнере 4 тоже всегда остаются остатки жидкого материала. Конечно, в принципе было бы возможным исполнение части 1 ингалятора и компонента 2 ингалятора в виде цельного изделия, даже неотделимыми друг от друга. Однако такой вариант исполнения был бы неэкономичным, поскольку в этом случае все детали и компоненты ингалятора, а также весь ингалятор целиком образуют изделие одноразового употребления для однократного применения. Разумеется, настоящее изобретение включает и этот вариант осуществления, причем в данном случае весь ингалятор следует воспринимать как компонент ингалятора.
Фигуры 3-5 показывают различные виды части 1 ингалятора многократного применения с крышкой и без нее. Часть 1 ингалятора многократного применения в основном составлена следующими тремя корпусными деталями: батарейной крышкой 6, крышкой 7 электрической управляющей схемы и размещенным между ними несущим корпусом 10. Три корпусные детали по соображениям снижения веса предпочтительно изготавливают из пластмассы. Несущий корпус 10 заключает в себе электрическую управляющую схему 11 и аккумулятор 12 энергии и включает разделительную стенку 13, которая отделяет друг от друга электрическую управляющую схему 11 и аккумулятор 12 энергии. Электрическая управляющая схема 11 в примерном варианте исполнения выполнена в виде печатной платы с односторонним монтажом, которая закреплена на разделительной стенке 13, например, клеевым соединением. Аккумулятор 12 энергии предпочтительно состоит из батареи многократного применения, например, из литиево-ионного аккумулятора или литий-полимерного аккумулятора, предпочтительно в плоскопрямоугольном исполнении. Эти типы аккумуляторов в настоящее время обеспечивают наибольшие плотности энергии и тока и с давних пор находят самое разнообразное применение, причем в первую очередь следует назвать широкое использование в мобильных телефонах. Электропитание платы 11 от батареи 12 производится через два плоских контакта 14, которые припаяны на обратной стороне платы 11 - см. также Фиг.10. Плоские контакты 14 выступают насквозь через два слегка больших окошка 15 в разделительной стенке 13. Батарея 12 содержит два соответствующих контакта (не показаны), которые прижаты к плоским контактам 14, благодаря чему устанавливается разъемное электрическое соединение. Необходимое для этого прижимающее усилие предпочтительно создают с помощью пластинчатой пружины (не показана), размещенной между батареей 12 и батарейной крышкой 6. Батарейная крышка 6 разъемно соединена с несущим корпусом 10 - в примерном варианте исполнения с помощью винтового соединения (см. Фиг.1). Разумеется, батарейная крышка 6 альтернативно может быть также выполнена как сдвижная крышка на защелках. Крышку 7 электрической управляющей схемы соединяют с несущим корпусом 10 предпочтительно без возможности разделения, например с помощью клеевого или сварного соединения. Тем самым должно быть предотвращено несанкционированное вмешательство в электрическую управляющую схему 11. В обычно редком случае дефектной электрической управляющей схемы должна быть заменена вся часть 1 ингалятора, за исключением батареи. Прочие конструкционные детали и характеристики части 1 ингалятора многократного применения будут более подробно описаны позже.
Фигуры 6 и 7 показывают различные проекции сменного компонента 2 ингалятора. Как уже было упомянуто, сменный компонент 2 ингалятора в основном сформирован корпусом 3 и включает, помимо всего прочего, жидкостный контейнер 4 и мундштук 5, подобный курительной трубке. Жидкостный контейнер 4 и мундштук 5 неразъемно соединены с корпусом 3. В плане производственной технологии предпочтительным является изготовление жидкостного контейнера 4 и мундштука 5 как отдельных деталей, и лишь на последующей стадии объединение с корпусом 3, например клеевым или сварным соединением - см. Фиг.7. Конечно, в принципе также возможно формирование жидкостного контейнера 4 или/и мундштука 5 в виде цельной единой детали с корпусом 3. Из соображений снижения веса корпус 3, жидкостный контейнер 4 и мундштук 5 предпочтительно изготавливают из пластмассы, причем при выборе материала для жидкостного контейнера 4 необходимо учитывать свойства жидкого материала 16. Если жидкий материал 16 содержит, например, никотин, то могут быть использованы пластмассы согласно US 5167242 (на имя James Е. Turner и др.) и US 6790496 (на имя Gustaf Levander и др.).
Заполнение жидкостного контейнера 4 жидким материалом 16 производят через заправочное отверстие 17, предпочтительно в атмосфере защитного газа, такого как аргон или азот. На фронтальной стороне жидкостного контейнера 4 находится вскрываемая заглушка 18 в виде клапана, которую пользователь перед применением компонента 2 ингалятора вскрывает нажатием. Вскрываемая заглушка 18 позднее будет описана более подробно. Жидкостный контейнер 4 никогда не заполняют жидким материалом 16 полностью. Полное заполнение вследствие несжимаемости жидкого материала приводило бы к тому, что клапанообразную вскрываемую заглушку 18, которая всегда имеет известную упругость, уже было бы невозможно вдавить и вскрыть. После заполнения заправочное отверстие 17 воздухонепроницаемо закупоривают запорной крышкой 19. Запорная крышка 19 может быть, например, приклеена или приварена, причем по возможности следует избегать теплового воздействия на жидкий материал 16. Альтернативно, заправочное отверстие 17 может быть исполнено в виде капиллярного отверстия, и заполнение жидким материалом 16 проводят через иглу для инъекций. В этом случае от запорной крышки 19 можно было бы отказаться и заплавлять само капиллярное отверстие. Прочие детали и характеристики сменного компонента 2 ингалятора будут более подробно описаны позже.
Фиг.8 показывает ингалятор согласно Фиг.1 со снятой крышкой 7 электрической управляющей схемы. Помимо всего прочего, Фиг.8 показывает защелкивающееся соединение, состоящее из двух защелкивающихся крючков 8 и двух взаимодействующих с ними стопорных выступов 9, в соединенном зафиксированном состоянии. При этом защелкивающиеся крючки 8 исполнены в виде выступов корпуса 3, тогда как стопорные выступы 9 сформированы на контактных элементах 20. Контактные элементы 20 закреплены на несущем корпусе 10 части 1 ингалятора многократного применения с помощью клеевого соединения и исполняют еще дополнительные функции, которые более подробно будут описаны позже.
Фигуры 9-13 приводят более подробное разъяснение относительно устройства внутренних частей ингалятора и принципов его функционирования. Согласно этому внутри корпуса 3 сменного компонента 2 ингалятора сформирована камера 21. Камеру 21, как лучше всего показано в Фиг.11, пересекает в виде перемычки и поэтому является бесконтактным соответствующий изобретению листообразный композит 22. Листообразный композит 22 имеет форму плоской пленки или ленты и состоит из нагревательного элемента и фитиля. Капиллярная структура фитиля пригодна для того, чтобы засасывать жидкий материал 16. Нагревательный элемент и фитиль могут быть выполнены различными способами и соединены друг с другом. Примерные варианты исполнения более подробно будут описаны позже. Листообразный композит 22 двумя концевыми участками уложен на два электропроводных пластинчатых контакта 23, с поверхностью которых он одновременно имеет электрический контакт. Контактирование предпочтительно обеспечивается либо плоским клеевым соединением с помощью электропроводного клеевого средства, например клеящего вещества фирмы Epoxy Technology, www.epotek.com, либо путем сварного соединения. В случае сварного соединения необходимо обращать внимание на то, чтобы фитиль и, соответственно, его капиллярную структуру по возможности не нарушить при приваривании. При необходимости, сварку проводят только точечно. Указания в отношении выбора материала для пластинчатых контактов 23 уже были приведены ранее.
Область между обоими пластинчатыми контактами 23 в примерном варианте исполнения определяется тем нагреваемым участком листообразного композита 22, который бесконтактно размещен в камере 21. Бесконтактное расположение ведет к тому, что потери на теплопроводность в направлении толщины листообразного композита 22 равны нулю. Благодаря этому этот участок нагревается до такой степени, что запасенный в фитиле жидкий материал 16 достигает температуры кипения и испаряется. Согласно изобретению капиллярная структура фитиля в вышеуказанном участке, по меньшей мере на одной стороне листообразного композита, располагается по существу открытой. Эта сторона, как будет сделано понятным позднее в ходе описания примерных вариантов исполнения композита, предпочтительно представляет собой сторону 24 листообразного композита 22, отвернутую от пластинчатых контактов 23. Пар, образующийся в процессе испарения жидкого материала, также может растекаться из открытой капиллярной структуры фитиля во все стороны и без особенных препятствий. Во втором варианте исполнения листообразного композита, который тоже будет более подробно описан на примерах, капиллярная структура фитиля в вышеуказанном участке располагается по существу открытой дополнительно на стороне 25 листообразного композита 22, противоположной стороне 24, так что площадь поверхности испарения и, следовательно, также максимально достижимая испарительная способность удваиваются сравнительно со сначала названной ситуацией. Максимально достижимую испарительную способность следует определять по первому возникновению кризиса кипения в фитиле.
Далее, в корпусе 3 сформировано воздухозаборное отверстие 26 для поступления воздуха из окружающей среды в камеру 21. Поступающий воздух смешивается в камере 21 с паром, истекающим из открытой капиллярной структуры фитиля, в процессе чего образуется паровоздушная смесь или/и конденсационный аэрозоль. Воздухозаборное отверстие 26 исполнено в виде щелевидного канала. Щелевидный канал ориентирован параллельно листообразному композиту 22. В примерном варианте исполнения согласно Фиг.10 и, соответственно. Фиг.12, щелевидный канал слегка смещают в сторону от листообразного композита 22, а именно размещают на той стороне листообразного композита, на которой капиллярная структура фитиля является по существу открытой. Благодаря этой компоновке достигают того, что воздух, поступающий через щелевидный канал 26 в камеру 21, полностью обтекает открытую капиллярную структуру фитиля и могут быть созданы условия однородного смешения. Вариацией ширины щели щелевидного канала 26, когда предусматривают постоянный профиль вдоха (объем вдоха, длительность вдоха), можно изменять скорость течения поступающего воздуха, и этим путем в известных пределах оказывать влияние на динамику образования аэрозоля и тем самым на связанные с этим характеристики образуемого аэрозоля. Снижением скорости течения обусловливается возрастание средней величины аэрозольных частиц. На формирование аэрозоля также оказывает влияние геометрическое положение канала 26 относительно листообразного композита 22.
Фигуры 13a и 13b показывают альтернативные компоновки воздухозаборного отверстия 26: сообразно этому, воздухозаборное отверстие 26 в примере согласно Фиг.13a сформировано двумя щелевидными каналами 26, которые расположены на противолежащих сторонах листообразного композита 22. Поступающий в камеру 21 воздух также обтекает листообразный композит 22 с обеих сторон. В примере согласно Фиг.13b щелевидный канал 26 размещают по центру относительно листообразный композита; в этом случае листообразный композит 22 также расположен в плоскости щелевидного канала и непосредственно омывается поступающим воздухом, причем поток воздуха разделяется листообразным композитом на две части, и композит таким же образом, как в предшествующем примере, обдувается с обеих сторон. Компоновки согласно Фигурам 13a и 13b прежде всего пригодны для вариантов исполнения листообразного композита 22, на котором капиллярная структура фитиля является открытой с обеих сторон, так как в этом случае пар истекает с обеих сторон 24 и 25 листообразного композита 22. Однако они равным образом пригодны для вариантов исполнения листообразного композита 22 с капиллярной структурой, открытой только с одной стороны, в такой мере, насколько вторая часть воздушного потока, которая обтекает композит якобы пассивно, ослабляет первую часть воздушного потока, обеспечивающую образование аэрозоля, в результате чего может быть реализован еще один фактор влияния на характеристики образующегося аэрозоля.
Воздухозаборное отверстие 26, выполненное в виде щелевидного канала, получает воздух из нагнетательной камеры 27, которая служит для равномерного распределения воздуха на щелевидный канал 26, чтобы в щелевидном канале в основном со всех сторон доминировали условия однородного течения. Выше по потоку относительно нагнетательной камеры 27 находится дроссельный регулятор 28 расхода потока. Назначение дроссельного регулятора 28 расхода потока состоит в создании аэродинамического сопротивления, подобно тому, как это происходит в сигарете, чтобы пользователь во время вдоха ощущал сопротивление вдоху, подобное таковому при затяжке сигаретой. Более конкретно, аэродинамическое сопротивление при величине расхода потока 1,05 л/минуту варьирует в диапазоне 12-16 мбар (1,2-1,6 кПа) и имеет по возможности линейную характеристику. Дроссельный регулятор 28 расхода потока, например, может быть сформирован из открытопористого брикета, спеченного из металла или полимера, поры которого являются проницаемыми для воздуха. В прототипах показали себя пригодными, например, пористые спеченные полимерные брикеты фирмы Porex, www.porex.com. В примерном варианте исполнения нагнетательная камера 27 составляет часть сменного компонента 2 ингалятора и дроссельный регулятор 28 расхода потока составляет часть части 1 ингалятора многократного применения. В принципе, было бы также возможно размещать нагнетательную камеру 27 и дроссельный регулятор 28 расхода потока в сменном компоненте 2 ингалятора или же альтернативно помещать обе детали в часть 1 ингалятора многократного применения.
Фиг.10 показывает дальнейшее течение воздушного потока выше по потоку относительно дроссельного регулятора 28 расхода потока. Поток обозначен стрелками. Сообразно этому, дроссельный регулятор 28 расхода потока получает воздух из поперечного канала 29, который, в свою очередь, упирается в пространство между платой 11 и крышкой 7 электрической управляющей схемы. Собственно поступление воздуха из окружающей среды происходит через питающее отверстие 30, образованное крышкой 7 электрической управляющей схемы. Питающее отверстие 30 расположено на торцевой стороне ингалятора, противоположной мундштуку 5. Это положение лучше всего защищает от попадания дождевой воды.
Фигуры 14a, 14b и 15a, 15b, 15c показывают примерные варианты исполнения листообразного композита 22 посредством изображений поперечного сечения, причем под термином «поперечное сечение» понимают разрез перпендикулярно продольному направлению композита (ср. Фиг.9). Более конкретно. Фигуры 14a и 14b показывают варианты исполнения с открытой только с одной стороны капиллярной структурой, тогда как Фигуры 15a-15c показывают варианты исполнения, в которых капиллярная структура фитиля открыта с обеих сторон листообразного композита. В соответствии с вариантом исполнения согласно Фиг.14a листообразный композит 22 состоит из четырех слоев: а именно, из металлической фольги 31 и трех закрепленных на ней спеканием сеток 32 из металлической проволоки. Металл состоит из нержавеющей стали (например, сортов AISI 304 или AISI 316) или из электронагревательного сплава - в особенности из группы хромоникелевых (NiCr) сплавов и сплавов хрома, железа и алюминия (CrFeAl) ("Kanthal"). При использовании нержавеющей стали предпочтение отдают сортам с пониженным содержанием углерода (например, сортам AISI 304L или AISI 316L), поскольку они менее подвержены межкристаллитной коррозии. Металлическая фольга 31 в варианте исполнения из нержавеющей стали может быть приобретена, например, в фирме Record Metall-Folien GmbH, www.recordmetal.de. Металлическую сетку можно приобрести, например, в фирмах Haver & Boecker, www.haverboecker.com, или Spörl KG, www.spoerl.de. Четыре слоя скреплены между собой путем спекания. Спекание предпочтительно проводят в вакууме или в атмосфере водорода как защитного газа. Спекание в таких условиях является общепринятым согласно уровню техники и традиционно проводится, например, в фирме GKN Sinter Metals Filters GmbH, www.gkn-filters.com, a также фирмой Spörl KG, www.spoerl.de. Спекание выполняют преимущественно с образованием широкой листовой заготовки; то есть спеканию подвергают не отдельные листообразные композиты, а более крупногабаритные плоские заготовки, например, в формате 200×200 мм. Отдельные композиты вырезают после спекания путем лазерной резки или выштамповывания из крупных заготовок и затем необязательно протравливают в травильной ванне.
Таблица 1 показывает примерные технические характеристики используемых в прототипах листообразных композитов 22.
Таблица 1
Толщина металлической фольги
10 мкм
Материал металлической фольги
AISI 304
Первый слой металлической сетки
36×90 мкм
Диаметр проволоки × ширина ячейки
Второй слой металлической сетки
30×71 мкм
Диаметр проволоки × ширина ячейки
Третий слой металлической сетки
×53 мкм
Диаметр проволоки × ширина ячейки
Материал металлической сетки
AISI 316L
Ширина пролета композита
14 мм
Ширина композита
2-5 мм
Толщина композита
140-160 мкм
Степень травления
50%
С использованием травильной ванны Avesta 302
Пористость
65-80%
В зависимости от степени травления
*) Изготовитель: фирма Avesta Finishing Chemicals, www.avestafinishing.com
Ширина пролета композита соответствует такому участку в камере 21, который композит 22 перекрывает бесконтактно; в конкретном примерном варианте исполнения этот участок соответствует расстоянию между обоими пластинчатыми контактами 23. Ширина пролета композита и ширина композита оказывают противоположное влияние на результирующее сопротивление нагревательного элемента. Степень травления определяет в целом потерю массы, достигаемую в результате травления. Первый слой из металлической сетки уложен непосредственно на металлическую фольгу 31. Третий слой из металлической сетки образует покровный слой и одновременно открытую капиллярную структуру листообразного композита 22. Листообразный композит 22 предпочтительно укладывают на пластинчатые контакты 23 металлической фольгой 31. Электрическое контактирование металлической фольги 31 предпочтительно обеспечивают плоским клеевым соединением между металлической фольгой 31 и электропроводными пластинчатыми контактами 23. В принципе, контактирование может быть создано также путем сварного соединения. Контактирующий таким образом листообразный композит 22 с техническими характеристиками согласно Таблице 1, с шириной композита 2 мм и степенью травления 35% проявляет сопротивление нагревательного элемента около 310 мОм. При использовании электронагревательных сплавов вместо нержавеющей стали сопротивление нагревательного элемента может быть явственно повышено, более конкретно, при применении сплава с DIN-номером материала 2.4872 (NiCr20AlSi) по сравнению с сортами AISI 304/AISI 316 в 1,8 раза и при использовании сплава с DIN-номером материала 1.4765 (CrAl255) вообще в 2,0 раза. По этой причине листообразный композит при ширине композита 5 мм в исполнении из материала с DIN-номером 2.4872, но при прочих равных технических характеристиках, каковые приведены выше, имел бы сопротивление нагревательного элемента около 225 мОм. Если энергопитание производится на основе литий-полимерного элемента с номинальным или безнагрузочным напряжением 3,7 В и полезным напряжением под нагрузкой около 3,1 В, то по закону Ома сила тока, который протекает через листообразный композит, рассчитывается на уровне 10 А (для сопротивления 310 мОм), или, соответственно, 13,8 А (для сопротивления 225 мОм). Эти величины силы тока могут быть беспроблемно получены из современных литий-полимерных элементов. В последующей стадии рассчитывают электрическую номинальную мощность, которая одновременно представляет собой максимально достижимую теплопроизводительность, до 31 Вт (для сопротивления 310 мОм) и, соответственно, 42,7 Вт (для сопротивления 225 мОм). Как еще описано будет позже, эти нагрузки могут быть произвольно снижены с помощью электрической управляющей схемы 11.
На основе вышеприведенных технических характеристик примерного листообразного композита с шириной композита 5 мм и степенью травления 35% рассчитывают поровый объем листообразного композита 22 на участке ширины пролета композита (испарительный участок) на уровне около 7,5 мкл. Этот объем заполнен испаряемым жидким материалом 16 и соответствует такому количеству жидкого материала, которое может быть максимально испарено при каждом вдохе или, соответственно, ингаляции (периодический режим работы ингалятора). Если жидкий материал содержит в качестве лекарственного средства, например, никотин, в концентрации типично 1,5 объемных процентов, то из этого на одно испарение или, соответственно, вдох теоретически получается максимальная выделяемая доза никотина 110 мкг, или соответственно в расчете на 10 ингаляций, общая доза в 1,1 мг. Реальная максимально достижимая доза по различным причинам будет составлять несколько меньшее значение, нежели расчетное. Однако существенным является тот факт, что при использовании соответствующего изобретению ингалятора могут быть без проблем введены дозы никотина современных сигарет (0,1-1,0 мг). Кроме того, существенным является то, что действующая доза может быть произвольно сокращена, будь то путем уменьшения концентрации действующего вещества в жидком материале, будь то выбором уменьшенной ширины композита, или же посредством ограничения подводимой тепловой нагрузки с помощью электрической управляющей схемы 11. Последняя мера, кроме того, предупреждает термическое разложение жидкого материала 16, так как композит 22 нагревается не столь сильно.
Следует отметить, что как металлическая фольга 31, так и скрепленные с фольгой спеканием металлические сетки 32 вносят свой вклад в электрическое сопротивление в цепи нагревания. Электрическое сопротивление в цепи нагревания в этом отношении можно интерпретировать как параллельное подключение этих отдельных сопротивлений. Равным образом капиллярное действие фитиля также обеспечивается взаимодействием проволочных сеток 32 с металлической фольгой 31, причем уже отдельный слой металлической сетки в сочетании с металлической фольгой 31 также может создавать капиллярный эффект. Разумеется, изобретение не ограничивается вышеуказанными техническими характеристиками. Было бы также возможным размещение на металлической фольге 31 других открытопористых структур из металла вместо металлических проволочных сеток 32; к тому же на металлической фольге 31 могли бы быть размещены или, соответственно, нанесены на нее спеканием ткань или другие открытопористые структуры из неэлектропроводного материала, например, такого как кварцевое стекло.
Фиг.14b показывает второй примерный вариант исполнения листообразного композита 22 с капиллярной структурой, открытой только на одной стороне. Этот вариант исполнения отличается от такового согласно Фиг.14a только тем, что вместо двух наружных слоев металлической сетки предусмотрен волокнистый композит в виде нетканого материала 33, который нанесен на первый слой из металлической сетки 32 спеканием. Такие нетканые материалы 33 могут быть приготовлены в исполнении из нержавеющей стали, например, от фирмы GKN Sinter Metals Filters GmbH, www.gkn-filters.com, по техническим условиям заказчика. Нетканый материал 33 предпочтительно имеет толщину 100-300 мкм и пористость >70%. Нетканый материал 33, образующий открытую капиллярную структуру фитиля, по сравнению с проволочными сетками 32 имеет явно увеличенную площадь поверхности, увеличенная площадь поверхности благоприятно влияет на процесс испарения. Разумеется, нетканый материал 33 также может быть изготовлен из электронагревательного сплава - в особенности из группы хромоникелевых (NiCr) сплавов и сплавов хрома, железа и алюминия (CrFeAl) ("Kanthal"); правда, для этой цели составляющие нетканый материал 33 сырьевые волокна должны быть получены по этим техническим условиям для материалов. Листообразный композит 22 после спекания необязательно может быть подвергнут травлению.
Фиг.15a показывает вариант исполнения листообразного композита 22 с капиллярной структурой на обеих сторонах. В соответствии с этим, листообразный композит состоит из открытопористой спеченной структуры, сформированной из однородного зернистого, волокнистого или хлопьевидного спеченного композита 34. Изготовление тонкого спеченного композита известно уже давно. Например, в US 3433632 (на имя Raymond J. Elbert) описан способ получения тонких пористых металлических пластинок с толщиной менее 75 мкм и диаметром пор между 1-50 мкм. Помимо всего прочего, были подвергнуты обработке порошки из никеля, а также нержавеющей стали (AISI 304). Значения пористости составляли до 60%, и в одном варианте с многослойной структурой достигнуты даже величины пористости до 90% (правда, только в покровном слое). В US 6652804 (на имя Peter Neumann и др.) описан подобный способ. В JP 2004/332069 (на имя Tsujimoto Tetsushi и др., фирма Mitsubishi Materials Corporation) описан усовершенствованный способ получения тонких пористых спеченных композитов из металла в предпочтительном диапазоне толщин 50-300 мкм, который отличается тем, что к обрабатываемому металлическому порошку примешивают удаляемые наполнители, в конкретном случае микросферы из акриловой смолы. Микросферы из акриловой смолы представляют собой заполнитель, который в процессе термической обработки, еще перед собственно спеканием, при температуре около 500°C в вакууме практически без остатка возгоняется и оставляет после себя полости, каковые полости остаются на своем месте во время и после спекания. Этим путем были получены листообразные композиты, состоящие из нержавеющей стали согласно спецификации AISI 316L с величинами пористости типично на уровне 70-90%. Институт энергосбережения (IEF) Исследовательского Центра Jülich, www.fz-juelish.de/ief/ief-1, тоже в состоянии производить тонкие пористые металлические пленки с толщиной 500 мкм. Способ получения основывается, как и вышеназванный способ, на так называемом способе литья пленки с регулированием толщины ракельным ножом.
В принципе, могут быть использованы все названные способы получения соответствующего изобретению листообразного спеченного композита 22, 34, причем предпочтение отдают способу согласно JP 2004/332069 ввиду высокой достигаемой пористости. Правда, следует обратить внимание на то, что средний диаметр пор в однородном спеченном композите по возможности составляет >10 мкм, чтобы обеспечивать достаточно быстрое пропитывание фитиля жидким материалом 16. Величина зерен обрабатываемого металлического порошка и микросфер из акриловой смолы согласуются с этим условием. Предпочтительный диапазон толщин 50-300 мкм, приведенный в способе согласно JP 2004/332069, совпадает с диапазоном толщин, в особенности предпочтительным для листообразного композита 22. Названные способы, наряду с обработкой нержавеющей стали, также пригодны для обработки порошкообразных электронагревательных сплавов, а также порошкообразных керамических резистивных материалов.
Фиг.15b показывает дополнительный вариант исполнения или, соответственно, модификацию листообразного композита согласно варианту исполнения по Фиг.15a, в котором в листообразном композите 22 в продольном направлении композита размещены центрированные каналы или артерии 35, преимущественные эффекты которых уже были описаны ранее. Изготовление этих каналов 35 требует приспособления вышеназванных способов получения таким образом, чтобы в исходный шликер (суспензию) для литья пленки вводить волокна, удаляемые путем окисления, возгонки или химического разложения, например, нити из способной к возгонке акриловой смолы. Нити представляют собой заполнители, которые в процессе их удаления оставляют после себя полости, образующие каналы 35. При этом лучше всего следовать трем технологическим стадиям: сначала отливают первый пленочный слой. На него наносят слой из выровненных параллельно друг другу нитей, которые позднее образуют артерии 35, Наконец, отливают второй пленочный слой, который одновременно образует покровный слой. Для наилучших условий обращения нити перед их нанесением натягивают во вспомогательной раме. Величина зерен обрабатываемых металлических порошков и, соответственно, микросфер из акриловой смолы в этом модифицированном варианте исполнения предпочтительно варьирует в диапазоне 1-10 мкм, тогда как предпочтительный диапазон диаметров нитей составляет 20-150 мкм. В одной необязательной стадии способа, дополнительной к литью пленки и спеканию, листообразный спеченный композит 22, 34 перфорируют в направлении толщины, в результате чего образуются отверстия 36. Перфорирование может быть выполнено, например, с помощью лазера. Растр перфорирования следует выбирать по возможности хаотичным; а именно, при однородном растре могла бы возникать неблагоприятная ситуация, что все отверстия 36 оказались бы проложенными между артериями 35 и артерии не были бы прорезаны. В этом случае описанные ранее преимущественные эффекты перфорирования проявились бы лишь частично.
Для дальнейшего увеличения пористости и электрического сопротивления композиты согласно вариантам исполнения по Фигурам 15a и 15b после спекания необязательно подвергают дополнительному травлению. Закрепление и контактирование листообразного спеченного композита 22, 34 на пластинчатых контактах 23 предпочтительно выполняют путем сварного соединения. Клеевое соединение возможно только тогда, когда используемое клеевое средство имеет в достаточной мере пастообразную или вязкотекучую консистенцию. В противном случае возникала бы опасность того, что клеевое средство попадет в пористую структуру композита и ухудшит капиллярное действие фитиля. При необходимости может быть преимущественным проведение перфорирования композита в области клеевого соединения.
Наконец, Фиг.15c показывает дополнительный вариант исполнения листообразного композита 22 с капиллярной структурой на обеих сторонах. Соответственно этому, листообразный композит 22 состоит из открытопористой пены 37, сформированной из электрически резистивного материала. Получение вспененного композита известно уже с давних пор. Так, уже в US 3111396 (на имя Burton В. Ball) описан способ получения металлических вспененных материалов, керамических вспененных материалов и графитовых вспененных материалов. Способ основан на том, что органическую пористую структуру пропитывают шликером, содержащим пенообразующий материал, и в процессе последующей термической обработки органическую структуру разлагают. Этим путем, помимо всего прочего, получали пены из никеля и сплавов на основе никеля. Для соответствующего изобретению листообразного композита 22 необходимы тонкие, пленкообразные пены с толщиной в диапазоне 100-500 мкм, с предпочтительным диаметром пор в диапазоне 20-150 мкм и пористостью >70%. Такой вспененный материал может быть получен в исполнении из нержавеющей стали (например, сорта AISI 316L) от фирмы Mitsubishi Materials Corporation, www.mmc.со.jp. При этом исходят из стандартизированного вспененного материала с толщиной 0,5 мм, диаметром пор в диапазоне 50-150 мкм и пористостью приблизительно 90%, каковой материал может быть уплотнен вальцеванием до любой толщины вплоть до около 100 мкм. Уплотненный материал затем необязательно может быть еще и подвергнут спеканию. Конечно, в результате сжатия снижается пористость, которая, однако, при необходимости может быть опять увеличена в ходе заключительного травления.
Хотя способ получения стандартизированного вспененного материала также основывается на обработке шликера, однако отличается от вышеописанного способа согласно US 3111396 тем, что собственно пенообразование обеспечивают с помощью пенообразующего средства и, соответственно, порообразователя, которые добавляют в шликер. Разумеется, для обработки могут быть также применены электронагревательные сплавы - в особенности из группы хромоникелевых (NiCr) сплавов и сплавов хрома, железа и алюминия (CrFeAl) ("Kanthal"). Листообразный композит 22 может состоять из единичного слоя пены или из многочисленных, связанных между собой спеканием слоев пены. Для повышения стабильности и прочности листообразного композита 22 пена 37 необязательно может быть нанесена спеканием на тонкий слой 38 носителя, например на металлическую сетку, состоящую из нержавеющей стали или электронагревательного сплава. В отношении закрепления и контактирования пены 37 на пластинчатых контактах 23 справедливо то же, что уже было приведено в связи с вариантами исполнения согласно Фигурам 15a и 15b.
Следует отметить, что все вышеописанные конструкционные формы листообразного композита 22 представляют только примерные варианты исполнения. Изобретение никоим образом не ограничивается этими примерными вариантами исполнения. Так, к примеру, листообразный вспененный материал мог бы быть закреплен на металлической фольге спеканием. Кроме того, на металлическую фольгу мог бы быть нанесен пористый осадительный слой с открытыми порами, например, по образцу способа согласно DE 1950439 (на имя Peter Batzies и др.). Наконец, разумеется, листообразный композит мог бы быть сформирован также из неметаллических материалов, таких как углеродное волокно или графитовое волокно, например, в виде ткани или нетканого материала, или из кварцевого стекла, например, в виде зернистого или волокнистого спеченного композита, причем в последнем случае электрическое резистивное нагревание мог бы обеспечивать нанесенный на стеклянную поверхность электропроводный тонкий слой. Кварцевое стекло отличается высокой устойчивостью к химическим реагентам и стойкостью к перепадам температур.
Фиг.16 и Фиг.16a показывают примерный вариант исполнения линейного композита 39, причем в данном примерном варианте исполнения предусматриваются три одинаковых, размещенных параллельно друг другу линейных композита 39a, 39b, 39c (39c не показан). Размещением многочисленных линейных композитов можно явственно увеличить площадь испарения по сравнению с единичным линейным композитом, если исходить из одинаковых суммарных площадей поперечного сечения. Единичные композиты не обязательно должны иметь идентичные характеристики. Так, например, возможно сочетание отдельных композитов 39a, 39b, 39c с различными величинами теплоемкости или/и различными характеристиками нагревательного элемента. Обусловленные этим эффекты уже были представлены ранее.
Линейные композиты в конкретном примере исполнены как проволочные спеченные композиты с открытопористой спеченной структурой 34. Проволочные спеченные композиты 39a, 39b, 39c укладывают на пластинчатые контакты 23 в выемки 108, благодаря чему позиционируют проволочные спеченные композиты. Электрическое контактирование в конкретном примерном варианте исполнения обеспечивают с помощью зажимания, для чего проволочные спеченные композиты 39a, 39b, 39c с помощью пуансона 40 в виде упорного элемента прижимают к пластинчатым контактам 23 (см. стрелку в Фиг.16a). Проволочные спеченные композиты 39a, 39b, 39c преимущественно изготавливают экструзионным способом, например, согласно AU 6393173 (на имя Ralph E. Shackleford и др.). В AU 6393173 описано получение проволоки из нержавеющей стали с диаметром проволоки 0,3-2,0 мм. Этот диапазон диаметров наверняка охватывает также предпочтительный диапазон диаметров для соответствующих изобретению линейных композитов. Более конкретно, способ получения основывается на экструзии смеси, состоящей из металлического порошка, связующего средства и пластификатора, и спекании экструдата. Металлический порошок может присутствовать в зернистой, волокнистой или хлопьевидной форме. Способ должен быть адаптирован для получения пористой спеченной структуры с открытыми порами. Адаптация состоит в том, что к вышеназванной смеси примешивают удаляемый наполнитель, например способные к возгонке микросферы из акриловой смолы. Микросферы из акриловой смолы представляют собой заполнитель, который в процессе термической обработки, еще до собственно спекания, при температуре около 500°C практически без остатка возгоняется и оставляет после себя полости. При необходимости тип и количество связующего средства и пластификатора могут быть приспособлены к добавляемому наполнителю. Размеры частиц обрабатываемого металлического порошка и микросфер из акриловой смолы должны быть так согласованы, чтобы средний диаметр пор в полученном однородном спеченном композите по возможности составлял >10 мкм; благодаря этому обеспечивается достаточно быстрое пропитывание фитиля жидким материалом 16. Разумеется, вместо нержавеющей стали могут быть также соответственно способу экструдированы и подвергнуты спеканию порошки из электронагревательных сплавов - в особенности из группы хромоникелевых (NiCr) сплавов и сплавов хрома, железа и алюминия (CrFeAl) ("Kanthal").
В общем является общепринятым, что композиты 22 и 39 перед их монтажом должны быть очищены и поверхность капиллярной структуры должна быть активирована. Эта мера обеспечивают лучшее смачивание материала композита жидким материалом 16 и тем самым связанное с этим более быстрое пропитывание фитиля. В случае нержавеющей стали, например, для достижения вышеупомянутых эффектов достаточна обработка 20%-ной фосфорной кислотой.
Далее будет более подробно описано снабжение композита 22, 39 жидким материалом 16. Приведенные ниже варианты исполнения в равной степени действительны как для листообразных, так и линейных композитов 22, 39, даже когда фигуры ограничиваются представлением только одного варианта исполнения композита. Как показано в Фиг.12a и Фиг.17, а также в Фиг.16 и Фиг.16a, композит 22, 39 одним концом выдается в капиллярную щель 41. Капиллярная щель 41 питает фитиль композита жидким материалом 16; как можно понять из фигур, поперечное сечение капиллярной щели 41 является большим, чем поперечное сечение композита 22, 39. В результате этого жидкий материал 16 вытекает в зону испарения главным образом через расширенный поперечник капиллярной щели 41, благодаря чему фитиль может быстрее пропитываться и может быть сокращен период ожидания между двумя вдохами или, соответственно, ингаляциями. Этот эффект действует по меньшей мере до устья капиллярной щели 41 в камере 21. С этого места за транспорт жидкости ответственен только один фитиль композита 22, 39. Капиллярная щель 41 по существу сформирована одним из двух пластинчатых контактов 23 и уложенной на него плоской накладкой 42, для чего в накладке 42 и в пластинчатом контакте 23 проделаны соответствующие выемки, образующие капиллярную щель 41 - см. Фиг.12a и Фиг.17. Следует отметить, что для формирования капиллярной щели 41 было бы также достаточным размещение уже единичной выемки, будь то в накладке 41 или же в пластинчатом контакте 23. При применении листообразного композита 22 в любом случае является предпочтительным размещение выемки в пластинчатом контакте 23, так как в этом случае выемка одновременно может быть использована и как вспомогательное средство для позиционирования композита 22. Накладка 42 скреплена с пластинчатым контактом 23 предпочтительно клеевым соединением и состоит из материала, хорошо смачиваемого жидким материалом 16, предпочтительно из легкого металла или из смачиваемого полимера; смачиваемость, и впрочем, также склеиваемость полимеров может быть значительно усилена путем активирования поверхности, например, плазменной обработкой в кислороде в качестве технологического газа.
Далее, выше по потоку двумя размещенными параллельно и на расстоянии друг от друга тонкими пластинками 43 образована капиллярная щель 41 (см. Фиг.17), причем одна пластинка соединена с накладкой 42 и другая пластинка связана с пластинчатым контактом 23, предпочтительно клеевым соединением. Пластинки 43 могут быть, например, выштампованы из нержавеющей стальной ленты. Как лучше всего показано в Фигурах 18-20, образующие капиллярную щель 41 пластинки 43 выдаются через выступ 44 внутрь резервуара 45. Резервуар 45 непосредственно примыкает к жидкостному контейнеру 4 и отделен от него только клапанообразной вскрываемой заглушкой 18. Вскрываемую заглушку 18 вскрывают с помощью штифта 46. Штифт 46 размещен в корпусе 3 в осевом направлении с возможностью сдвигания и предпочтительно состоит из нержавеющей стали. Первый конец 47 штифта 46 направлен на вскрываемую заглушку 18. Второй конец 48 при еще закрытой заглушке выступает из наружной поверхности корпуса 3 наружу в виде кнопки. Второй конец 48 штифта 46 находится в функциональной связи с одним из двух контактных элементов 20 части 1 ингалятора, исполняя роль толкателя, в результате чего контактный элемент 20 в процессе объединения компонента 2 ингалятора с частью 1 ингалятора упирается во второй конец 48 штифта 46, и штифт 46 тем самым сдвигается в корпус 3. Нажимное усилие, прилагаемое контактным элементом 20, передается штифтом 46 на вскрываемую заглушку 18. Вскрываемая заглушка 18 имеет по своему периметру утончение 49 материала, размер которого рассчитан так, что при приложении давления штифтом 46 к некоторому заданному месту разрушения она прорывается по широкой протяженности периметра, однако на одной стороне образуется шарнир 50. Этим путем обеспечивается то, что вскрываемая заглушка 18 открывается как клапан. Штифт 46 вблизи первого конца 47 имеет утолщение 51 с увеличенным диаметром, которое, исполняя роль упора, препятствует тому, чтобы штифт мог выскользнуть из корпуса 3 или был извлечен.
Снабжение композита 22, 39 жидким материалом 16 далее будет разъяснено обобщенно, причем условия течения наглядно показаны стрелками в Фиг.18 и Фиг.20: в процессе объединения компонента 2 ингалятора с частью 1 ингалятора многократного применения клапанообразная заглушка 18 открывается штифтом 46, и в результате резервуар 45 заполняется жидким материалом 16 под действием силы тяжести. В Фиг.19 обозначены уровни жидкости до и после заполнения. Капиллярная щель 41 засасывает жидкий материал 16 через выступ 44 и переводит его на композит 22, 39, в результате чего фитиль в конце концов полностью пропитывается жидким материалом 16. Образованный пластинками 43 выступ 44 призван препятствовать тому, чтобы в области устья капиллярной щели 41 осаждались газовые пузырьки, которые могли бы затруднять капиллярное сопряжение. Далее, в пластинчатом контакте 23 вырезан вентиляционный канал 52, который соединяет резервуар 45 с камерой 21. Назначение вентиляционного канала 52 уже было разъяснено ранее. Вентиляционный канал 52 впадает в камеру 21 предпочтительно в месте выше по потоку относительно композита 22, 39, поскольку в этой области камеры 21 едва ли следует ожидать отложений конденсата; а именно, такие отложения конденсата могли бы закупоривать вентиляционный канал 52 или попадать через вентиляционный канал 52 в резервуар 45 и загрязнять хранящийся там жидкий материал 16. Наконец, в накладку 42 встроен резервный накопитель 53 - см. также Фиг.11 и Фиг.17, действие которого также было уже разъяснено ранее.
Резервный накопитель 53 в данном примерном варианте исполнения состоит из расположенных параллельно друг другу прорезей 54, которые проделаны в накладке 42. Прорези 54 сообщаются, с одной стороны, через отверстия 55 с капиллярной щелью 41 и, с другой стороны, через вентиляционную щель 56 с камерой 21. Капиллярность прорезей 54 проявляет себя так, что жидкий материал 16 из резервуара 45 через капиллярную щель 41 и через отверстия 55 затекает в прорези 54, где он остается для промежуточного хранения и при необходимости опять может вытягиваться фитилем.
Кроме того, Фигуры 9-12 показывают размещенное в камере 21 устройство для связывания конденсата, состоящее из двух открытопористых, способных впитывать жидкость материалов или кусков губки 57. Назначение и действие устройства для связывания конденсата, а также его необходимость для соответствующего изобретению компонента ингалятора уже были обстоятельно разъяснены ранее. Обе губки 57 сформированы в виде пластин, размещенных параллельно и на расстоянии друг от друга, причем композит 22 с обеих сторон перекрыт обеими губками 57. Между обеими губками 57 сформирован проточный канал 58, в котором происходит образование паровоздушной смеси или/и конденсационного аэрозоля. Основная часть конденсационных остатков осаждается на участках 59 стенок губок 57, образующих проточный канал 58, и немедленно всасывается открытопористой структурой губок. Губки 57 закреплены на двух противолежащих стенках камеры 21, например, с помощью клеевого соединения, заполняют преобладающую часть камеры 21 и состоят предпочтительно из высокопористого, формостабильного и по возможности мелкопористого материала. А именно, при использовании крупнопористого материала возникает опасность того, что при резких перемещениях или, соответственно, ускорениях компонента 2 ингалятора капиллярных сил губчатого материала будет недостаточно, чтобы удержать жидкий конденсат, и часть конденсата будет вытряхиваться из губок 57. В качестве губчатого материала в особенности пригодными оказались волокнистые композиты, сформированные из природных или химических волокон, сцепленных между собой термически или с помощью связующего средства. На изготовлении таких волокнистых композитов специализируется фирма Filtrona Richmond Inc., www.filtronaporoustechnologies.com, причем вырабатываются как волокна из ацетата целлюлозы, сцепленные с помощью триацетина, так и термически связанные полиолефиновые и полисложноэфирные волокна.
Губки 57 размещены на некотором расстоянии от накладки 42 и связанного с накладкой 42 пластинчатого контакта 23 таким образом, что образуется зазор 60. Зазор 60 обеспечивает то, что вентиляционный канал 52, а также вентиляционная щель 56 могут беспрепятственно сообщаться с камерой 21. Губкам 57 приданы такие размеры, чтобы их поровые объемы были в состоянии поглотить предполагаемое количество образующихся остатков конденсата. Количество конденсата в первую очередь зависит от содержания в жидком материале 16 низкокипящих фракций с высоким давлением паров, а также от величины расхода воздушного потока, проходящего через воздухозаборное отверстие 26 и, соответственно, через проточный канал 58. Чем меньшее количество воздуха поступает, тем меньшее количество пара может довести воздух до состояния насыщения.
Как показано в Фигурах 9-10 и Фиг.12, после губок 57 ниже по потоку относительно композита 22 размещен охладитель 61, который в конкретном примерном варианте исполнения состоит из пористой набивки 61, поры которой являются проницаемыми для образованных паровоздушной смеси или/и конденсационного аэрозоля. Существенные действия охладителя и, соответственно, набивки 61 уже были подробно разъяснены ранее. Набивка 61 находится в загрузочной камере 62, которая со стороны поступающего потока ограничена перфорированной стенкой 63, со стороны выхода потока мундштуком 5 и со стороны оболочки корпусом 3 и стенкой жидкостного контейнера 4. Перфорированная стенка 63 поддерживает набивку 61 и одновременно придает жесткость корпусу 3. Перфорированную стенку 63 размещают несколько отстоящей от губок 57 - см. Фиг.12. Тем самым достигают того, что выходящие из проточного канала 58 паровоздушная смесь или/и конденсационный аэрозоль еще перед перфорированной стенкой 63 могут равномерно распределяться по всему поперечному сечению набивки 61 и течение сквозь набивку 61 становится однородным. Чтобы набивка 61 не могла вылезать из отверстий в перфорированной стенке 63, между набивкой 61 и перфорированной стенкой 63 размещают первую металлическую сетку 64. Со стороны мундштука набивка 61 ограничена второй металлической сеткой 65, которая препятствует тому, чтобы набивка могла попадать в канал 66 мундштука или даже в ротовую полость пользователя. Между второй металлической сеткой 65 и мундштучным каналом 66 мундштук образует коллектор 67, который предназначен для того, чтобы течение через набивку 61 было однородным также на конечном участке. Вторую металлическую сетку 65 преимущественно прикрепляют непосредственно к мундштуку 5, например приплавляют к нему. В процессе монтажа сначала укладывают первую металлическую сетку 64 на перфорированную стенку. После этого в загрузочную камеру 62 вводят предварительно заданное количество материала набивки 61, причем заполнение может быть выполнено также в несколько стадий, и набивку 61 после каждого частичного наполнения подвергают промежуточному уплотнению. Этим путем можно обеспечить однородную насыпную плотность. Альтернативно, набивка может быть предварительно уже приготовлена вне компонента 2 ингалятора, например в бумажном цилиндре с поперечным сечением, соответствующим загрузочной камере 62, и упаковку вставляют в загрузочную камеру 62. Такие упаковки, по экономическим соображениям, могут быть получены из бесконечного жгута. Наконец, устанавливают мундштук 5 и закупоривают загрузочную камеру 62.
3
Набивка может состоять, например, из материала для регенераторов. Прежде всего, когда жидкий материал 16 содержит никотин, оказалось в особенности предпочтительным применение табака в качестве материала набивки 61. В прототипах в отношении органолептических характеристик вдыхаемых паровоздушной смеси или/и конденсационного аэрозоля были достигнуты превосходные результаты с использованием табака мелкой резки и объемом заполнения около 7 см. Табак может быть дополнительно ароматизирован, для чего в него вносят ароматические добавки и эфирные масла, например, такие как табачный экстракт, масло с ароматом табака, ментол, экстракт кофе, конденсат табачного дыма или летучую ароматную фракцию конденсата табачного дыма. Разумеется, изобретение не ограничивается этим выбором.
Насыпная плотность набивки 61 определяет аэродинамическое сопротивление, которое набивка оказывает паровоздушной смеси и, соответственно, конденсационному аэрозолю; насыпная плотность должна быть так согласована с аэродинамическим сопротивлением дроссельного регулятора 28 расхода потока, чтобы результирующее значение аэродинамического сопротивления находилось в пределах уже названного диапазона 12-16 мбар (1,2-1,6 кПа) при величине расхода воздуха 1,05 л/минуту. В принципе, также можно совсем отказаться от дроссельного регулятора 28 расхода потока и создавать желательное аэродинамическое сопротивление с помощью только набивки 61, для чего соответственно увеличивают ее насыпную плотность. Однако в общем следует обращать внимание на то, что фильтровое действие нежелательно; создаваемые в камере 21 аэрозольные частицы должны быть в состоянии проходить через набивку 61 по возможности без потерь. Альтернативный вариант исполнения без дроссельного регулятора 28 расхода потока, кроме того, оказывает влияние на технические условия срабатывания датчика в начале вдоха, каковое влияние позднее будет разъяснено подробнее. Если набивка 61 содержит табак или/и ароматические вещества, то компонент 2 ингалятора до его применения необходимо хранить в воздухонепроницаемой упаковке, чтобы предотвратить улетучивание ароматических веществ. Даже после объединения компонента 2 ингалятора с частью 1 ингалятора существует возможность практически исключить улетучивание ароматических веществ, а также испарение и улетучивание фракций запасенного в фитиле жидкого материала 16 герметизацией мундштучного канала 66, например, с помощью крышки или пробочки (не показаны).
Фигуры 21-22 показывают второй примерный вариант исполнения соответствующего изобретению ингалятора и Фиг.23 показывает сменный компонент ингалятора для этого ингалятора. В конкретном примере ингалятор исполнен как классический ингалятор и по существу основан на компоновке согласно Фигурам 9-10, но отличается от нее тем, что может пропускать значительно большее количество воздуха, обеспечивая возможность прямой ингаляции легких в одной отдельной стадии. Более конкретно, ингалятор с компоновкой согласно Фигурам 9-10 отличается тем, что исключены как дроссельный регулятор 28 расхода потока, так и второй открытопористый материал 61, и мундштучный канал 66 имеет значительно увеличенное поперечное сечение. Тем самым аэродинамическое сопротивление в значительной степени снижается. Дополнительное существенное отличие состоит в том, что основная часть воздуха совсем не проходит мимо композита 22, 39, но скорее поступает в ингалятор лишь ниже по потоку относительно него. Для этой цели ниже по потоку относительно композита 22, 39 на противоположных сторонах корпуса размещены два байпасных отверстия 68, совокупное поперечное сечение которых является значительно большим, чем поперечное сечение воздухозаборного отверстия 26. К обоим байпасным отверстиям 68 присоединены две направляющие лопасти 69, сформированные в корпусе 3, которые ориентированы в направлении мундштучного канала 66 и сближаются друг с другом, и их свободные концы, или соответственно вершины 70, образуют соплообразное горловинное отверстие 71, через которое образовавшиеся паровоздушная смесь или/и конденсационный аэрозоль вытекают из камеры 21 и затем смешиваются с воздухом, поступающим из байпасных отверстий 68. Назначение направляющих лопастей 69 уже было разъяснено ранее.
Для лучшего смешения паровоздушной смеси или/и конденсационного аэрозоля с байпасным воздухом, поступающим через байпасные отверстия 68, в мундштучном канале 66 необязательно может быть размещен гомогенизатор 72 потока - см. Фиг.22. Гомогенизатор 72 потока может быть изготовлен, например, из материала на основе синтетического волокна типа нетканого материала. Фирма Freudenberg Vliesstoffe KG, www.freudenberg-filter.com, предлагает такой материал в виде холстов/пластин под наименованием Viledon-Filtermatten. Материал может быть изготовлен по техническим спецификациям заказчика. В частности, характеристики материала могут быть согласованы так, чтобы конечный продукт был по существу проницаемым для мелких частиц образованного конденсационного аэрозоля, и аэродинамическое сопротивление находилось в пределах уже указанного ранее контрольного диапазона. Холсты/пластины получаются из полиолефиновых волокон (полиэтилена (PE), полипропилена (PP)) или из полисложноэфирных волокон и могут быть дополнительно переработаны с использованием штамповочного пресса.
Фигуры 24-25 показывают сменный компонент 2 ингалятора соответствующего изобретению ингалятора с альтернативной системой жидкостного контейнера. Несмотря на то, что сменный компонент 2 ингалятора в конкретном примере представляет компонент ингалятора для использования в классическом ингаляторе, представленная альтернативная система жидкостного контейнера точно так же может найти применение в компоненте ингалятора с активацией вдохом, как описанной выше. Как показано в Фигурах, жидкостный контейнер 4 в корпусе 3 размещают вдоль оси Y сдвига между двумя упорными положениями с возможностью сдвига вручную.
Фиг.24b показывает жидкостный контейнер 4 в первом упорном положении, которое одновременно определяет его исходное положение. Первое упорное положение определяется выступом 73, образованным на мундштуке 5, во взаимодействии с цапфой 74, сформированной на жидкостном контейнере 4. Выступ 73 при известных условиях делает невозможным извлечение из компонента 2 ингалятора жидкостного контейнера 4, содержащего лекарственное средство или/и токсичные вещества. Цапфа 74 одновременно действует как стопор вращения жидкостного контейнера 4, для чего цапфа 74 входит в зацепление с соответствующим желобком 75 в корпусе 3. Жидкостный контейнер 4 в исходном положении выступает наружу своим концевым участком из корпуса 3 сбоку от мундштука 5. Сдвижной жидкостный контейнер 4 может быть простым путем сдвинут в свое второе упорное положение, для чего пользователь нажимает на выступающий наружу конец жидкостного контейнера 4. Жидкостный контейнер 4 при этом смещается на дистанцию "s". Второй упор образован накладкой 42 и связанным с нею пластинчатым контактом 23. Вентиляционное отверстие 76 и вентиляционный канал 77 препятствуют тому, чтобы во время процесса сдвига образовывалась мешающая воздушная подушка. Жидкостный контейнер 4 на торцевой стороне, обращенной ко второму упору, имеет два отверстия 78, 79, которые с внутренней стороны контейнера закрыты с помощью пленочного уплотнения 80. Капиллярная щель 41 по существу идентична ранее уже описанной компоновке. Пластины 43 опять же образуют выступ в виде первого пробойника 81. Первый пробойник 81 позиционирован так, что он находится на одной прямой с первым отверстием 78 и проникает в него, будучи во втором упорном положении. Наискось заостренный конец первого пробойника 81 одновременно прорезает пленочное уплотнение 80 и приходит в контакт с жидким материалом 16, в результате чего в конечном итоге создается капиллярное сопряжение с капиллярной щелью 41.
Аналогичное происходит с вентиляционным каналом 52: в конкретном примерном варианте исполнения, в отличие от ранее описанной компоновки, он встроен в накладку 42 и, как и капиллярная щель 41, на конце, обращенном к жидкостному контейнеру 4, образует выступ или второй пробойник 82, который позиционирован так, что он расположен на одной прямой со вторым отверстием 79 в жидкостном контейнере, и, будучи во втором упорном положении, проникает в него. Второй конец вентиляционного канала опять же сообщается с камерой 21 (не показано). Снабжение композита 22, 39 жидким материалом 16 происходит точно так же, как было описано ранее. В состоянии поставки компонента 2 ингалятора жидкостный контейнер 4 находится в своем исходном положении, то есть в первом упорном положении. Жидкостный контейнер 4 сдвигают во второе упорное положение и соединяют с капиллярной щелью 41 предпочтительно лишь незадолго перед применением компонента 2 ингалятора. Чтобы исключить преждевременное непреднамеренное соединение, жидкостный контейнер 4 зафиксирован в своем исходном положении. Фиксирование, как показывает Фиг.24b, может быть выполнено, например, с помощью полукруглой стопорной пластинки 109, которая через микроперемычки 83 соединена, с одной стороны, с жидкостным контейнером 4, и, с другой стороны, с корпусом 3. Таким образом, стопорная пластинка 109 создает жесткое соединение между жидкостным контейнером 4 и корпусом 3. Ручным силовым воздействием на стопорную пластинку 109 - например, многократным отгибанием ее - можно сломать микроперемычки 83 и устранить фиксирование жидкостного контейнера 4. Альтернативно, жидкостный контейнер 4 можно простым путем зафиксировать с помощью липкой ленты (не показано). В отношении выбора материала для жидкостного контейнера 4 ранее уже были приведены указания, которые в равной степени действительны для конкретного примерного варианта исполнения.
Фигуры 26-27 показывают сменный компонент 2 ингалятора соответствующего изобретению ингалятора с дополнительной альтернативной системой жидкостного накопителя. Несмотря на то, что сменный компонент 2 ингалятора в конкретном примере представляет компонент ингалятора для использования в классическом ингаляторе, представленная альтернативная система жидкостного накопителя точно так же может найти применение в компоненте ингалятора с активацией вдохом, как описанной выше. В конкретном примерном варианте исполнения жидкостный накопитель содержит открытопористый вспененный материал 84, пропитанный жидким материалом 16. Композит 22, 39 сэндвичеобразно зажат между вспененным материалом 84 и одним из двух пластинчатых контактов 23, в результате чего фитиль находится в капиллярном сопряжении с жидким материалом 16. Вспененный материал 84 содержится в цилиндрическом корпусе 85, совместно с которым он образует сменный патрон 86. Патрон 86 вставляют в соответствующую выемку 87 в корпусе 3. Выемка 87 снаружи непроницаемо для воздуха закрыта крышкой 88. Крышку 88 фиксируют на корпусе 3 с помощью защелкивающегося соединения 89. Кроме того, это фиксирование действует так, что крышка 88 прилагает к патрону 86 прижимающее усилие в направлении композита 22, 39. Как подробнее показывает Фиг.28, композит 22, 39 уложен на возвышение 90 пластинчатого контакта 23. Возвышение 90 совместно с действующим на патрон прижимающим усилием создает сжатие вспененного материала 84 - см. ход сжатия "h". Сжатие оказывает такое действие, что из вспененного материала 84 в области контакта с композитом выдавливается маленькое количество жидкого материала 16, какового количества достаточно, чтобы обеспечить капиллярное сопряжение между новым вставленным патроном 86 и фитилем. Цилиндрический корпус 85 перфорирован на стороне, обращенной к крышке 88. Вентиляционные отверстия 91 через выемку 92 в крышке 88 сообщаются с камерой 21 и тем самым обеспечивают выравнивание давления между жидким материалом 16, связанным в порах вспененного материала 84, и камерой 21.
Вспененный материал 84 предпочтительно состоит из мелкопористого поропласта на основе простого полиэфир-полиуретана, который может быть дополнительно уплотнен. В прототипах с успехом использовали двух-трехкратно уплотненный вспененный материал с наименованием "Jet 6" фирмы-изготовителя Fritz Nauer AG, www.foampartner.com. Только что представленная система жидкостного накопителя имеет тот недостаток, что патрон 86 можно извлечь из компонента 2 ингалятора. С этим, естественно, связаны опасности, например, опасность того, что относительно маленький патрон 86 может быть проглочен маленькими детьми. Система жидкостного накопителя поэтому непригодна для снабжения лекарственными препаратами или/и токсичными веществами, например, такими как никотин.
Далее должны быть более подробно описаны еще дополнительные, общие составные части соответствующего изобретению ингалятора, каковые составные части имеются во всех примерных вариантах исполнения: как показывают Фиг.6, Фиг.9 и Фиг.19, пластинчатые контакты 23 сменного компонента 2 ингалятора выступают из наружной поверхности корпуса 3 в виде двух штекерных контактов 93. Штекерные контакты 93 в процессе объединения компонента 2 ингалятора с частью 1 ингалятора создают с соответствующими прижимными контактами 94 электрические соединения, через которые к нагревательному элементу подводится электрическая энергия для испарения жидкого материала 16. Прижимные контакты 94 составляют часть контактных элементов 20 и предпочтительно связаны с ними сварным соединением - см. также Фигуры 4-5. Контактные элементы 20 предпочтительно состоят из металлического контактного материала и могут быть изготовлены, например, фирмой Ami Doduco GmbH, www.amidoduco.com. Для того случая, когда для пластинчатых контактов 23 из уже названных соображений применяют тот же или подобный материал, как для нагревательного элемента - например, нержавеющую сталь, вследствие недостаточной электропроводности этого материала необходимо наносить на пластинчатые контакты 23, по меньшей мере в области штекерных контактов 93, например, гальваническое покрытие электропроводного слоя из золота, серебра, палладия или/и никеля, благодаря чему электрическое контактное сопротивление значительно снижается.
Контактные элементы 20 получают электрическую энергию по двум проводам 95, которые соединяют контактные элементы 20 с платой 11 - см. Фигуры 4-5. Оба конца проводов 95 предпочтительно закрепляют припаиванием. В обобщение следует еще раз указать на то, что контактные элементы 20 решают до трех различных задач: во-первых, как было только что описано выше, они передают электрическую энергию от платы 11 на пластинчатые контакты 23. Во-вторых, они формируют боковые стопорные выступы 9, которые взаимодействуют с крючками-защелками 8 на корпусе 3, в результате чего осуществляется защелкивающееся соединение между компонентом 2 ингалятора и частью 1 ингалятора. И в-третьих, один из двух контактных элементов 20 формирует упор для штифта 46, благодаря чему создается функциональная связь в виде толкателя для вскрывания жидкостного контейнера 4. Правда, последнюю задачу рассматривали только в одном варианте исполнения ингалятора и его системы жидкостного контейнера.
Для точного по положению объединения компонента 2 ингалятора с частью 1 ингалятора предусматривается позиционирующее устройство, которое состоит из центрирующего выступа 96, размещенного на несущем корпусе 10, и соответствующей ему и расположенной на корпусе 3 центрирующей выемки 97 - см. Фиг.3, Фиг.6, Фиг.10 и Фиг.12. Центрирующий выступ 96 имеет два вентиляционных отверстия 98, через которые из центрирующей выемки 97 в процессе объединения выходит воздух.
Фиг.29 показывает сменный компонент 2 ингалятора соответствующего изобретению ингалятора, который отличается от ранее представленных компонентов ингалятора тем, что он имеет два размещенных параллельно друг другу листообразных композита 22a и 22b. Например, листообразные композиты 22a и 22b могут иметь конструкцию, которая уже была подробно описана в Фигурах 14-15. Листообразные композиты 22a и 22b и, соответственно, их резистивные нагреватели подключены друг к другу последовательно. Последовательным соединением обеспечивается то, что при неизменной ширине пролета композита результирующее сопротивление в цепи нагревания удваивается, когда за основу берут композиты 22a и 22b с одинаковым собственным электрическим сопротивлением. Преимущественные эффекты этого повышения сопротивления уже были представлены ранее. В принципе, сопротивление в цепи нагревания композита можно повысить также увеличением ширины пролета композита. Однако это оказывало бы очень вредное воздействие на продолжительность впитывания, то есть такой период времени, который требуется для того, чтобы жидкий материал 16 вновь полностью пропитал фитиль после испарения. Продолжительность впитывания резко возросла бы. Например, если исходить из технических характеристик композитов согласно Таблице 1 и последовательно подключать два композита 22a и 22b с шириной композита в каждом случае 4 мм и степенью травления 25%, то в результате этого получается сопротивление нагревательного элемента около 275 мОм. При таком значении сопротивления представляется возможным еще больше сократить ширину пролета композита из соображений короткой продолжительности впитывания, например до 12 мм, благодаря чему сопротивление нагревательного элемента снижалось бы до величины около 235 мОм. Оба композита 22a и 22b необязательно могут также иметь различные значения сопротивления, что в простейшем случае может быть реализовано тем, что оба композита размещают с различной шириной пролета композита. Этим путем можно регулировать процесс испарения в пространственном отношении. Кроме того, оба композита 22a и 22b необязательно могут снабжаться из различных источников жидкого материала. С помощью обоих последних вариантов компоновки можно оказывать целенаправленное влияние на процесс образования аэрозоля и в конечном итоге на характеристики образуемого конденсационного аэрозоля. Например, этим путем можно почти точно смоделировать процесс испарения в зоне дистилляции сигареты как в пространственном, так и во временном плане.
Композиты 22a и 22b опять же своими концевыми участками уложены на электропроводные пластинчатые контакты, и их нагревательные элементы находятся в электрическом соединении с контактами. В отличие от ранее описанных примерных вариантов исполнения, пластинчатые контакты на одной стороне разделены на две контактных детали 23a и 23b, которые электрически изолированы друг от друга. Первый листообразный композит 22a размещают на концевом участке контактной детали 23a, и второй листообразный композит 22b устанавливают на концевом участке контактной детали 23b. На противоположной стороне оба композита 22a и 22b своими концевыми участками уложены на общий пластинчатый контакт 23c. Пластинчатый контакт 23c электрически соединяет друг с другом оба композита 22a и 22b. Пластинчатый контакт 23 с по сути дела действует как электрическое последовательное соединение, тогда как подведение электрической энергии к композитам 22a и 22b производится через контактные детали 23a и 23b. Электрическое соединение с частью 1 ингалятора многократного применения опять же производится через штекерные контакты 93, компоновка которых идентична схеме подключения представленных выше примерных вариантов исполнения, сравни Фиг.6, Фиг.9 и Фиг.19. Чтобы иметь возможность сохранить эту схему подключения, в конкретном примерном варианте исполнения контактную деталь 23a компонуют таким образом, что она через соединительный перемычка 110 проходит поперек через корпус 3 на противоположную сторону компонента 2 ингалятора. Как показано в Фиг.29, соединительный перемычка 110 проложен под щелевидным каналом 26. Альтернативно, вместо соединительного перемычки 110 электрическое соединение может быть также создано посредством провода. Кроме того, альтернативно можно было бы также вывести оба штекерных контакта 93 из корпуса на одну и ту же сторону корпуса, причем здесь по само собой понятным причинам подходила бы та сторона, на которой также размещены контактные детали 23a и 23b. Наконец, следовало бы также еще упомянуть, что пластинчатые контакты и, соответственно, контактные детали 23a, 23b и 23c также могут быть сформированы на печатных платах или одной отдельной совместной печатной плате. Предпочтительными являются печатные платы с толстым слоем меди, с толщинами медного слоя в диапазоне 100-500 мкм, ввиду лучших условий отведения теплоты. Хорошие условия отведения теплоты необходимо обеспечивать в особенности в области капиллярной щели 41, чтобы исключить закипание жидкого материала 16 в капиллярной щели 41.
Существенную конструкционную деталь соответствующего изобретению ингалятора составляет сенсор 99, 100 - см. Фиг.8, Фиг.18, а также Фигуры 21-22. Назначение сенсора 99, 100 состоит в детектировании начала вдоха или, соответственно, ингаляции, после чего электрическая управляющая схема 11 активирует подачу электрической энергии на нагревательный элемент композита 22, 39, и начинается испарение жидкого материала 16. Могут быть использованы по меньшей мере два различных типа сенсоров: в примерном варианте исполнения согласно Фиг.8 сенсор состоит из датчика 99 давления. Датчик 99 давления приклеен к несущему корпусу 10, и его электрические выводы или штырьки 101 припаяны непосредственно к плате 11. Датчик 99 давления через отверстие 102 сообщается с нагнетательной камерой 27 и регистрирует или отслеживает пониженное давление в нагнетательной камере 27 - см. Фиг.18. В качестве датчика давления пригоден, например, датчик типа CPCL04GC фирмы-изготовителя Honeywell Inc., www.honeywell.com, с диапазоном измерения +/-10 мбар (1,0 кПа).
Названный сенсор в основном состоит из калиброванного на нулевое значение и температурно-компенсированного измерительного моста и может быть подключен к плате 11 следующим образом: отрицательный вывод сенсора через высокоомный резистор с определенным значением сопротивления - например, 2,2 МОм - замыкают на массу, в результате чего выходной и измерительный сигнал датчика 99 давления незначительно искажаются, или, другими словами, напряжение смещения измерительного моста калибруют на определенное значение. Искажением или, соответственно, напряжением смещения задают порог чувствительности, который соответствует определенному пороговому значению давления. Приготовленный таким образом измерительный сигнал подают на вход подключенного в качестве компаратора прецизионного операционного усилителя 103 - например, типа LTC1049CS8 фирмы-изготовителя Linear Technology Inc., www.linear.com. При таком монтаже получается выходной сигнал, который чрезвычайно быстро и точно воспроизводит начало вдоха в цифровой форме. Датчик 99 давления пригоден прежде всего для применения в ингаляторах с активацией вдохом, если выше по потоку относительно нагнетательной камеры 27 расположен дроссельный регулятор 28 расхода потока. В этом случае в нагнетательной камере 27 во время вдоха возникает пониженное по сравнению с окружающей средой давление, которое типично имеет значение в диапазоне 0-50 мбар (0-5 кПа). Профиль давления имеет приблизительно колоколообразную форму. Начало вдоха может быть зарегистрировано простым путем, для чего задают пороговое значение давления, как описано выше, которое постоянно сравнивается с фактическим измеренным давлением. Начало вдоха может быть определено как первое превышение порогового значения давления. Для порогового значения давления целесообразно выбирать величину в диапазоне 0,2-5 мбар (20-500 Па). Чем ниже выбранное пороговое значение давления, тем быстрее срабатывает распознавание вдоха. Нижний предел задается техническими характеристиками данного используемого датчика давления и операционного усилителя.
Если в ингаляторе не предусмотрен дроссельный регулятор 28 расхода потока, то в нагнетательной камере 27 практически доминирует давление окружающей среды. Эти условия приведены в примерном варианте исполнения согласно Фигурам 21-22. Представленный классический ингалятор действует приблизительно в условиях атмосферного давления и позволяет проводить прямую ингаляцию легких в единичной стадии. В этом случае целесообразно регистрировать начало ингаляции с помощью датчика 100 течения. В примерном варианте исполнения согласно Фигурам 21-22 датчик 100 течения размещают в поперечном канале 29 и его выводы или штырьки 101 опять же припаяны непосредственно к плате 11.
В качестве датчика 100 течения предпочтительно пригоден термистор 100, например, типа GR015 фирмы-изготовителя Betatherm Corporation, www.betatherm.com. Термистор 100 подключают на плате 11 к измерительному мосту (не показан). Измерительный мост для температурной компенсации содержит второй однотипный термистор и калибруется с помощью прецизионных резисторов на определенную пороговую величину напряжения смещения. Выходной сигнал измерительного моста затем выводится опять на вход операционного усилителя 103, подключенного в качестве компаратора. В равновесном состоянии оба термистора находятся на одинаковом уровне температуры - типично в диапазоне 80-200°C, в зависимости от рассеянной мощности. Теперь, как только пользователь начинает ингаляцию, воздух протекает через поперечный канал 29. Воздух охлаждает термистор 100, в результате чего его сопротивление возрастает. Изменение сопротивления регистрируется измерительным мостом. В тот момент, когда выходной сигнал измерительного моста проходит через нулевое значение, компаратор 103 релаксирует и выдает цифровой сигнал, обозначающий начало ингаляции.
Дополнительная обработка сигналов, выдаваемых сенсорами 99, 100 и их монтажными схемами, предпочтительно происходит во встроенной управляющей схеме 104 - см. Фиг.8 и Фиг.21. Встроенная управляющая схема 104 также может представлять собой микропроцессор. Встроенная управляющая схема 104 обрабатывает большую часть всех электрических сигналов ингалятора и исполняет управляющие действия, существенные для работы ингалятора. Эти управляющие действия далее будут описаны более подробно: центральная управляющая операция представляет собой подачу электрической энергии на нагревательный элемент композита 22, 39. Электрическая энергия подводится от аккумулятора 12 энергии. На современном уровне техники в качестве аккумулятора 12 энергии являются в особенности подходящими литий-полимерные и литиево-ионные элементы благодаря их высокой плотности энергии и мощности. В случае металлических нагревательных элементов можно обойтись уже одним единичным литий-полимерным и литиево-ионным элементом с безнагрузочным или номинальным напряжением около 3,7 В.
Регулирование подачи энергии и мощности на нагревательный элемент композита 22, 39 может быть в простейшем случае выполнено тем, что напряжение батареи на протяжении подачи энергии модулируют с переменным коэффициентом модуляции и полученное при этом номинальное напряжение подводят к нагревательному элементу. Результирующее номинальное напряжение представляет собой сигнал прямоугольной формы с переменной скважностью импульсов (режим "Duty Cycle" ("рабочий цикл»)). Амплитуда прямоугольного сигнала соответствует напряжению батареи, когда предполагаются лишь незначительные падения напряжения. Собственно модулирование предпочтительно выполняют с помощью мощного металлоксидного полупроводникового полевого транзистора (MOSFET, МОП-транзистора) 105, например, типа IRF6635 фирмы-изготовителя International Rectifier, www.irf.com, который пригоден для того, чтобы переключать очень большие токи при минимальном сопротивлении участка «сток-исток». При этом встроенная управляющая схема 104 регулирует затвор мощного МОП-транзистора 105.
Очень простая стратегия регулирования, которая, впрочем, зарекомендовала себя и в соответствующих изобретению прототипах, состоит в том, что продолжительность подачи энергии подразделяют на два периода - на период разогревания и последующий за ним период испарения. В периодическом, синхронном с ингаляцией или вдохом режиме работы ингалятора продолжительность подачи энергии ориентируется на продолжительность вдоха или ингаляции. В случае ингаляторов с активацией вдохом можно исходить, например, из средней продолжительности вдоха около 2,1 секунды (+/-0,4 сек). Примерно такое же значение действительно также для сигарет. Принимая во внимание то, что и после отключения подачи энергии, вследствие еще накопленной в композите 22, 39 теплоты, еще происходит в известной степени дополнительное испарение, представляется целесообразным выбирать продолжительность подачи энергии слегка более короткой, например, значение в диапазоне 1,5-1,8 секунд.
В случае классических ингаляторов, имея в виду высокую степень абсорбции лекарственных средств в альвеолах, продолжительность подачи энергии сокращают в еще большей мере. По сравнению с классическими ингаляторами ингаляторы с активацией вдохом имеют именно то преимущество, что лекарственное средство находится, так сказать, на самом переднем фронте вдыхаемого в легкие столба воздуха, благодаря чему лекарственное средство может легче продвигаться до альвеол. Напротив, в классических ингаляторах лекарственное средство переносится непосредственно вдыхаемым воздухом. При этом следует учитывать то, что концевой участок вдыхаемого воздушного столба служит только для того, чтобы заполнять так называемое «функциональное мертвое пространство» (около 150-200 мл) дыхательной системы. Лекарственные средства, содержащиеся в этом мертвом пространстве, в каждом случае уже больше не достигают альвеол и в этом отношении утрачиваются для быстрого системного действия. Кроме того, принимая во внимание, что индивидуальная продолжительность ингаляции значительно колеблется, а именно, примерно между 1,5-3 секундами, представляется целесообразным выбирать для продолжительности подачи энергии в классических ингаляторах значение <1,5 секунд. Во время первого из вышеназванных двух периодов - периода разогревания - композит 22, 39 вместе с запасенным в фитиле жидким материалом 16 разогревается нагревательным элементом. Испарение жидкого материала 16 начинается только тогда, когда температура композита 22, 39 достигает примерно интервала кипения низкокипящих фракций жидкого материала 16. Поэтому период разогревания должен быть по возможности коротким. В этом отношении понятно, что напряжение батареи в этом периоде не модулируют, или, соответственно, подводят на нагревательный элемент со 100%-ным коэффициентом модуляции или в режиме "Duty Cycle".
Продолжительность периода разогревания прежде всего зависит от технических характеристик композита 22, 39 и от количества и состава испаряемого жидкого материала 16 и должна составлять по возможности <0,5 секунды. В последующем втором периоде - периоде испарения - коэффициент модуляции по существу сводят на нет и происходит собственно испарение жидкого материала 16. Подводимая энергия в этом втором периоде расходуется, во-первых, на испарение жидкого материала 16, и, во-вторых, на компенсацию потерь энергии. Соответствующим выбором коэффициента модуляции можно в известных пределах регулировать испарительную способность и тем самым также количество жидкого материала 16, испаряемого в расчете на один вдох или ингаляцию. Верхний предел устанавливают по наступлению кризиса кипения, а также по локальному высыханию и перегреву фитиля. Отменой или, соответственно, сокращением коэффициента модуляции можно тем самым противодействовать термическому разложению жидкого материала 16.
Только что описанная стратегия регулирования может быть произвольно расширена и усовершенствована: например, может быть целесообразным учитывать в стратегии регулирования также состояние батареи, так как напряжение батареи с увеличением разряда и по мере старения батареи явственно снижается, в особенности под нагрузкой. Этот эффект можно компенсировать повышением коэффициента модуляции. Для возможности проведения этой корректировки также в периоде разогревания целесообразно модулировать напряжение батареи для новой заряженной батареи не на 100%, как предлагалось ранее, а, например, только на 80%, чтобы еще оставалась достаточная свобода действий для согласования.
Кроме того, регулирование подачи энергии на нагревательный элемент композита 22, 39 требует проведения различных вспомогательных операций: например, нужно предусматривать, что нельзя активировать подведение энергии вновь сразу же после окончания цикла испарения. Скорее напротив, необходимо выдержать период ожидания, который оставляет жидкому материалу достаточно времени, чтобы вновь полностью пропитать фитиль. Минимально необходимый период ожидания зависит от конкретных технических характеристик композита, а также от вязкости жидкого материала. В прототипах удалось показать и подтвердить расчетами, что при соответствующей компоновке полное пропитывание фитиля может быть достигнуто менее чем за 10 секунд. Обязательный период ожидания в этом порядке величин должен быть вполне переносимым для большинства пользователей, прежде всего если принимать во внимание, что в случае сигареты интервал между двумя затяжками составляет в среднем 25 секунд. Такой период ожидания точно так же должен выдерживаться после объединения нового компонента 2 ингалятора с частью 1 ингалятора. Другая вспомогательная операция состоит в том, что подача энергии на нагревательный элемент немедленно прекращается, когда пользователь преждевременно прерывает вдох или, соответственно, ингаляцию. Тем самым предотвращается образование в камере 21 бесполезного пара.
Дополнительное регулировочное действие встроенной управляющей схемы 104 относится к пользовательскому интерфейсу, то есть к коммуникации с пользователем. Сенсор 99, 100 для распознавания начала вдоха или, соответственно, ингаляции представляет собой интерфейс ввода и как таковой является обязательным. В очень простой компоновке пользовательский интерфейс, кроме этого, не предусматривает дополнительных интерфейсов ввода, даже никакого однопозиционного выключателя, так что пользование ингалятором сделано исключительно несложным. Конечно, отказ от однопозиционного выключателя предполагает соответственно малое собственное потребление тока в электрической управляющей схеме 11, на что нужно обращать внимание при проектировании электрической схемы. Так, например, может быть предусмотрено, что управляющая схема 11, пока компонент 2 ингалятора не присоединен к части 1 ингалятора, переключается в особенно энергосберегающий спящий режим. Например, в качестве интерфейсов вывода могут быть использованы два светодиода 106, из которых первый показывает степень заряженности батареи 12 и второй из которых сигнализирует о периодичности предстоящей замены компонента 2 ингалятора. Контроль периодичности замены компонента 2 ингалятора можно производить с помощью счетчика, который отсчитывает число вдохов или ингаляций. В процессе замены компонента 2 ингалятора показания счетчика сбрасываются на нуль (общий сброс), причем может быть использовано то обстоятельство, что сопротивление нагревательного элемента в этот момент становится бесконечно высоким. В несколько более дорогостоящем варианте исполнения вместо светодиодов 106 в крышку 7 электрической управляющей схемы может быть вмонтирован дисплей (не показан).
Дисплей, наряду со степенью заряженности батареи и сроком предстоящей замены компонента 2 ингалятора, может выводить дополнительные сведения об эксплуатационном состоянии и информации, например дозу лекарственного средства, в целом введенную в течение определенного периода времени. В случае никотина этим путем можно очень объективно устанавливать степень никотиновой зависимости пользователя и в процессе постепенного искоренения привычки регистрировать фактически достигнутый успех. Наконец, дисплей может действовать в виде инструкции по применению, помогая пользователю применять ингалятор. Кроме того, в качестве интерфейса вывода может быть предусмотрен звуковой, вибрационный или/и оптический предупредительный сигнал, который при этом напоминает пользователю, что наступает время приема данного лекарственного препарата и в необходимой дозе. Наконец, могут быть предусмотрены разъемы для передачи данных, например, в виде портов USB или Bluetooth, через которые, в частности, можно вводить исправленные версии фирменного («зашитого») программного обеспечения и управляющих программ, исполнять диагностические функции и считывать информацию, в частности, о введенных дозах лекарственного средства. С помощью последней функции лечащий врач может на протяжении длительного периода времени точно и объективно регистрировать введенные дозы лекарственного препарата и их распределение во времени, оценивать результаты и вносить коррективы в свои действия в рамках применяемой терапии.
Дополнительная регулировочная операция, которая необязательно может быть предусмотрена, касается идентификации используемого компонента 2 ингалятора, идентификации пользователя и тем самым связанного с этим выявления неправильного применения ингалятора. Идентификация компонента 2 ингалятора вместе с типом содержащихся в нем композита и жидкого материала 16 может быть простым путем выполнена измерением сопротивления нагревательного элемента. Однако эти методы имеют определенные пределы, поскольку каждому препарату лекарственного средства должен быть предназначен композит определенного типа с конкретным сопротивлением нагревательного элемента. Несколько более дорогостоящий способ состоит в том, что в компоненте 2 ингалятора размещают идентификационный чип (не показан), который однозначно идентифицирует компонент 2 ингалятора. С помощью такого чипа можно четко идентифицировать каждый отдельный изготовленный и продаваемый компонент 2 ингалятора. Чип предпочтительно размещают на одном из двух пластинчатых контактов 23, причем в особенности предпочтительно, когда пластинчатый контакт 23 сформирован печатной платой. Сохраняемую в чипе информацию считывают со встроенной управляющей схемы 104, которая в этом случае предпочтительно составлена микропроцессором. На основе считанной информации микропроцессор 104 выбирает рабочие параметры, пригодные для применяемого компонента 2 ингалятора. Кроме того, микропроцессор 104 может по достижении срока замены данного компонента 2 ингалятора заблокировать его или посредством подходящего средства сделать непригодным к использованию, так что с этим компонентом 2 ингалятора уже будет невозможно проводить дальнейшие вдохи или ингаляции. Эта мера прежде всего призвана во избежание неправильного применения компонента 2 ингалятора. Такое неправильное применение, например, имеет место, когда пользователь пытается продолжать использовать компонент 2 ингалятора по истечении срока замены, для чего он, например, насильственно вскрывает жидкостный контейнер 4 и самостоятельно заполняет его жидким материалом 16. В случае никотина летальная доза (LD50) составляет приблизительно 0,5-1,0 мг на кг массы тела. Можно представить себе, насколько опасно такое неправильное использование для пользователя и его окружающей среды. Опасность такого неправильного применения, а также угрозу для окружающей среды от выброшенных компонентов 2 ингалятора можно дополнительно снизить, если продавать компоненты 2 ингалятора по системе денежного залога. Идентификация пользователя предназначена для того, чтобы исключить использование ингалятора не имеющими на это права третьими лицами, и, кроме того, тем самым делает бессмысленной кражу. Идентификация пользователя, например, может быть выполнена, например, с помощью сенсорного дисплея введением кода или биометрическим путем с помощью отпечатка пальца.
Дополнительная регулировочная операция, которая может быть исполнена встроенной управляющей схемой 104, относится к контролю элементов и управлению зарядкой батареи 12. Поскольку на рынке для этой цели уже имеются встроенные управляющие схемы, эта регулировочная операция альтернативно может быть выполнена в отдельной встроенной управляющей схеме. Подведение зарядного тока производится через зарядный штекер 107, который размещен на торцевой стороне части 1 ингалятора, противолежащей мундштуку 5 - см. Фиг.3 и Фиг.8. Зарядный штекер 107 одновременно может представлять собой диагностический разъем, через который с помощью внешнего диагностического устройства можно проверять электрическую управляющую схему 11, а также сопротивление нагревательного элемента композита 22, 39 и выявлять возможные дефекты.
Проведение вышеописанных регулировочных операций в электрической схеме может быть совершено любым квалифицированным в этой области специалистом с использованием известных методов, и поэтому в настоящем изложении уже не будет дополнительно описано.
В заключение следует еще раз обобщенно разъяснить функциональные и эксплуатационные характеристики соответствующего изобретению ингалятора: пользователь приводит новый компонент 2 ингалятора в полную готовность, для чего он с помощью защелкивающегося соединения 8, 9 присоединяет его к части 1 ингалятора многократного применения. Вскрытие жидкостного контейнера 4 в примерном варианте исполнения согласно Фиг.6 происходит синхронно с объединением с частью 1 ингалятора с помощью штифта 46 во взаимодействии с контактным элементом 20 (см. Фиг.19). Напротив, вскрытие жидкостного контейнера 4 в примерном варианте исполнения согласно Фиг.24a и Фиг.24b происходит таким образом, что пользователь вдвигает жидкостный контейнер 4 в корпус 3 (см. направление по стрелке). В обоих случаях конец капиллярной щели 41, выполненный как выступ 44 (Фиг.19) или как первый пробойник 81 (Фиг.25), смачивается жидким материалом 16. Капиллярная щель 41 обеспечивает воздействие на смачивающий жидкий материал 16 капиллярных сил, которые действуют таким образом, что капиллярная щель 41 быстро заполняется. Жидкий материал 16 достигает композита 22, 39 (см. Фиг.11). Композит 22, 39 состоит из фитиля и электрического нагревательного элемента. Капиллярные силы в фитиле действуют так, что он тоже быстро пропитывается жидким материалом 16. Одновременно заполняется жидким материалом 16 также резервный накопитель 53, состоящий из капилляров 54. Резервный накопитель 53 позволяет эксплуатировать ингалятор независимо от положения. Продолжительность времени от вскрытия жидкостного контейнера 4 до полного пропитывания фитиля соответствует обязательному периоду ожидания для пользователя и составляет при соответствующей компоновке в каждом случае менее 10 секунд. Теперь ингалятор готов к действию.
Пользователь в случае соответствующего изобретению ингалятора с активацией вдохом (Фигуры 9-10) через мундштук 5 производит вдох подобно затяжке сигареты, и в случае соответствующего изобретению классического ингалятора (Фигуры 21-22) выполняет прямую ингаляцию легких. Сенсор 99, 100 (Фиг.8 и Фиг.21) детектирует начало вдоха или, соответственно, ингаляции и обусловливает срабатывание встроенной управляющей схемы 104 для подачи электрической энергии на нагревательный элемент композита 22, 39 согласно предварительно заданному режиму. Это ведет к тому, что композит 22, 39 мгновенно разогревается и жидкий материал 16 в фитиле испаряется. Образовавшийся пар покидает композит 22, 39 через открытую поверхность фитиля на обширной области композита и смешивается в камере 21 с воздухом, поступающим в камеру 21 через воздухозаборное отверстие 26. При смешении с воздухом пар охлаждается и образует конденсационный аэрозоль (Фигуры 9-10 и Фигуры 21-22). Избыточный конденсат, который не участвует в образовании конденсационного аэрозоля или паровоздушной смеси, всасывается и связывается расположенными в камере 21 губками 57. В примерном варианте исполнения согласно Фигурам 9-10 (ингалятор с активацией вдохом) образовавшиеся паровоздушная смесь или/и конденсационный аэрозоль для улучшения их органолептических характеристик протекает еще и через набивку 61 до того, как в конечном итоге попасть в полость рта пользователя через мундштучный канал 66.
В примерном варианте исполнения согласно Фигурам 21-22 (классический ингалятор) образовавшиеся паровоздушная смесь или/и конденсационный аэрозоль выходят из камеры 21 через соплообразное горловинное отверстие 71, сформированное направляющими лопастями 69, и объединяются с байпасным воздухом, поступающим через байпасные отверстия 68, чтобы в конечном итоге после протекания через гомогенизатор 72 потока, необязательно размещенный в мундштучном канале 66, тоже попасть в ротовую полость пользователя. После периода ожидания в течение нескольких секунд жидкий материал 16 вновь полностью пропитывает фитиль композита 22, 39, и ингалятор готов к следующей ингаляции. Если жидкостный контейнер 4 содержит, например, 2,5 мл эффективно используемого жидкого материала 16, и жидкий материал включает никотин в качестве лекарственного средства в концентрации типично 1,5 объемных процентов, то с таким компонентом ингалятора можно выполнить до 380 вдохов или ингаляций, когда на ингаляцию испаряются 100 мкг никотина. 380 вдохов соответствуют почти 38 сигаретам. Если на ингаляцию испаряются только 50 мкг никотина, то запас действия возрастает до 760 ингаляций, каковое значение соответствует почти четырем пачкам сигарет.
Наконец, с помощью никотина в качестве лекарственного средства обнаруживается еще одна примерная композиция жидкого материала 16, которая испарялась в соответствующих изобретению прототипных устройствах, выполненных как ингаляторы с активацией вдохом. При этом образующийся и вдыхаемый конденсационный аэрозоль в отношении фармакологических, фармакокинетических, а также органолептических действий очень близок к курению традиционной сигареты. Все приведенные составные части находятся и в сигаретном дыме.
Таблица 2
Примерный состав лекарственного средства на основе никотина
Вещество
Регистрационный CAS-номер
Массовых процентов
Этанол
64-17-5
68,80
Вода
7732-18-5
16,50
Глицерин
56-18-5
9,10
Никотин
54-11-5
1,80
Молочная кислота
50-21-5
0,23
Янтарная кислота
110-15-6
0,28
Левулиновая кислота
123-76-2
0,46
Бензойная кислота
65-85-0
0,08
Фенилуксусная кислота
103-82-2
0,08
Уксусная кислота
64-19-7
1,67
Муравьиная кислота
64-18-6
0,53
Пропионовая кислота
79-09-4
0,27
Соланон
1937-54-8
0,05
Масло с ароматом табака
*)
0,15
Амброксид
6790-58-5
Необязательно
Ментол
2216-51-5
Необязательно
Сумма
100,00
*) Масло с ароматом табака, получаемое экстракцией сверхкритическим диоксидом углерода (CO2); например, экстракт табака фирмы Pro-Chem Specialty Limited, Гонконг, www.pro-chem-specialty.com, например, продукт № SF8010, SF8011 или SF208118; или масла с ароматом табака, приготовленные согласно патентным публикациям №№ DE 19654945 A1, DE 19630619 A1, DE 3218760 A1, DE 3148335 A1 (на имя Adam Müller и др.); предпосылкой применения таких масел с ароматом табака в растворе никотина является то, что они по возможности не содержат специфических табачных нитрозаминов (TSNA).
Полноты ради следует также еще отметить, что в соответствующий изобретению ингалятор могут быть встроены дополнительные функции, которые выходят за пределы собственно назначения ингалятора и придают ингалятору свойства монофункционального устройства или гибридного прибора. Такие функции могут представлять собой, например: часы, мобильное устройство для хранения информации, работу в качестве плеера (со встроенным диктофоном), персонального цифрового секретаря (PDA), навигатора (GPS), мобильного телефона и фотокамеры.
Список ссылочных позиций
1 Часть ингалятора
2 Компонент ингалятора
3 Корпус
4 Жидкостный контейнер
5 Мундштук
6 Батарейная крышка
7 Крышка электрической управляющей схемы
8 Защелкивающийся крючок
9 Стопорный выступ
10 Несущий корпус
11 Электрическая управляющая схема, плата
12 Аккумулятор энергии; батарея
13 Разделительная стенка
14 Плоский контакт
15 Окошко
16 Жидкий материал; препарат лекарственного средства
17 Заправочное отверстие
18 Вскрываемая заглушка
19 Запорная крышка
20 Контактный элемент
21 Камера
22 Листообразный композит
23 Пластинчатый контакт
24 Первая сторона листообразного композита
25 Вторая сторона листообразного композита
26 Воздухозаборное отверстие; щелевидный канал
27 Нагнетательная камера
28 Дроссельный регулятор расхода потока
29 Поперечный канал
30 Питающее отверстие
31 Фольга; металлическая фольга
32 Ткань; сетка из металлической проволоки
33 Открытопористая волокнистая структура; нетканый материал
34 Открытопористая спеченная структура; зернистый, волокнистый или хлопьевидный спеченный композит
35 Канал; артерия
36 Отверстие
37 Открытопористая пена
38 Несущий слой
39 Линейный композит
40 Пуансон
41 Капиллярная щель
42 Накладка
43 Пластина
44 Выступ
45 Резервуар
46 Штифт
47 Первый конец
48 Второй конец
49 Утончение материала
50 Шарнир
51 Утолщение поперечника
52 Вентиляционный канал
53 Резервный накопитель
54 Капилляр; прорезь
55 Отверстие
56 Вентиляционная щель
57 Открытопористый, способный впитывать жидкость материал; губка
58 Проточный канал
59 Участок стенки
60 Щель
61 Охладитель; набивка; табачная набивка
62 Загрузочная камера
63 Перфорированная стенка
64 Первая металлическая сетка
65 Вторая металлическая сетка
66 Мундштучный канал
67 Коллектор
68 Байпасное отверстие
69 Направляющая лопасть
70 Вершина направляющей лопасти
71 Горловинное отверстие
72 Гомогенизатор потока
73 Неразмыкаемое блокировочное устройство; выступ
74 Цапфа
75 Желобок
76 Вентиляционное отверстие
77 Вентиляционный канал
78 Первое отверстие
79 Второе отверстие
80 Пленочное уплотнение
81 Первый пробойник
82 Второй пробойник
83 Микроперемычка
84 Жидкостный накопитель; открытопористый вспененный материал
85 Цилиндрический корпус
86 Патрон
87 Выемка
88 Крышка
89 Защелкивающееся соединение
90 Возвышение
91 Вентиляционное отверстие
92 Выемка
93 Штекерный контакт
94 Прижимной контакт
95 Провод
96 Центрирующий выступ
97 Центрирующая выемка
98 Вентиляционное отверстие
99 Датчик давления
100 Датчик течения, термистор
101 Электрический вывод; штырек
102 Отверстие
103 Операционный усилитель; компаратор
104 Встроенная электрическая управляющая схема; микропроцессор
105 Мощный МОП-транзистор
106 Светодиод
107 Зарядный штекер
108 Выемка
109 Стопорная пластинка
110 Соединительная перемычка