Устройство доставки аэрозоля и комплект деталей для него
AEROSOL DELIVERY DEVICE AND SET OF PARTS FOR IT

Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с документом GB1715386.7, поданным 22 сентября 2017 г., содержание и составляющие части которого включены в настоящий документ посредством ссылки для всех целей.
Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству, системе и способу для доставки аэрозолей. В частности, но не исключительно, один или несколько вариантов осуществления в соответствии с настоящим изобретением относятся к доставке аэрозолей, содержащих различные активные компоненты.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Никотинзаместительная терапия предназначена для людей, которые хотят бросить курить и преодолеть свою зависимость от никотина. Одним из видов устройств для никотинзаместительной терапии является ингаляционный аппарат или ингалятор. Он обычно имеет вид пластмассовой сигареты и используется людьми, которые желают совершать действия, связанные с потреблением сгораемого табака - так называемые действия рукой ко рту при курении табака. Ингалятор содержит сменный никотиновый картридж. Когда пользователь вдыхает через устройство, никотин распыляется или превращается в аэрозоль из картриджа и впитывается через слизистые оболочки во рту и глотке, а не поступает в легкие. Виды никотинзаместительной терапии обычно классифицируются как медицинские продукты и регулируются Регламентами о лекарствах для медицинского применения в Соединенном Королевстве.
В дополнение к устройствам пассивной доставки никотина, таким как ингалятор, существуют устройства активной доставки никотина в форме электронных сигарет. Вдыхаемый аэрозольный туман или пар, как правило, содержит никотин и/или ароматизирующие вещества. При использовании пользователь может ощущать удовлетворение и физические ощущения, аналогичные испытываемым от продуктов со сгораемым табаком, и выдыхать аэрозольный туман или пар, характеризующийся видом, аналогичным дыму, выдыхаемому при использовании таких продуктов со сгораемым табаком.
В устройстве для замещения курения обычно используется тепловое и/или ультразвуковое перемешивание для испарения/преобразования раствора, содержащего никотин и/или другое ароматизирующее вещество, пропиленгликоль и/или глицериновый состав, в аэрозоль, туман или пар для вдыхания. Специалисту в данной области техники будет очевидно, что термин «устройство для замещения курения», используемый в настоящем документе, включает, без ограничения, электронные системы доставки никотина (ENDS), электронные сигареты, е-сигареты, е-сигары, сигареты для парения, трубки, сигары, сигариллы, испарители и устройства аналогичного типа, которые предназначены для создания аэрозольного тумана или пара, который вдыхается пользователем. Некоторые электронные сигареты являются одноразовыми, другие -многоразовыми со сменными и повторно заполняемыми частями.
Устройства для замещения курения могут напоминать традиционную сигарету и характеризуются цилиндрической формой с мундштуком на одном конце, через который пользователь может втягивать аэрозоль, туман или пар для вдыхания. В этих устройствах обычно есть несколько общих компонентов: источник питания, такой как батарея, резервуар для хранения испаряемой жидкости (часто называемой е-жидкость), испарительный компонент, такой как нагреватель для распыления, превращения в аэрозоль и/или испарения жидкости с получением аэрозоля, тумана или пара, и управляющая схема, выполненная с возможностью приведения в действие испарительного компонента в ответ на активирующий сигнал от переключателя, задействованного пользователем или выполненного с возможностью обнаружения момента, когда пользователь втягивает воздух через мундштук за счет вдыхания.
В качестве примера известного устройства доставки аэрозолей может быть приведено техническое решение, раскрытое в WO 2016050244 А1, 07.04.2016. К недостаткам этого решения можно отнести неоптимально сложную конструкцию устройства.
За последние несколько лет популярность и использование устройств для замещения курения возросла.
Аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения были разработаны с учетом описанного выше.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Согласно первому аспекту предлагается устройство доставки аэрозоля, содержащее: блок генерирования первого аэрозоля для генерирования первого аэрозоля из предшественника первого аэрозоля и введения указанного первого аэрозоля в канал для потока первой текучей среды, причем указанный первый аэрозоль характеризуется размерами частиц, способствующими их проникновению в легкие; блок генерирования второго аэрозоля для генерирования второго аэрозоля из предшественника второго аэрозоля и введения второго аэрозоля в канал для потока второй текучей среды, причем второй аэрозоль характеризуется размерами частиц, предотвращающими их проникновение в легкие; второй аэрозоль может передаваться внутрь по меньшей мере одного из ротовой полости млекопитающего и носовой полости млекопитающего, и второй аэрозоль содержит активный компонент для активации по меньшей мере одного из одного или нескольких вкусовых рецепторов в указанной ротовой полости и одного или нескольких обонятельных рецепторов в указанной носовой полости.
Преимущественно второй аэрозоль характеризуется по меньшей мере одним из следующего: размерами частиц, предотвращающими их проникновение в трахею; размерами частиц, предотвращающими их проникновение в гортань; размерами частиц, предотвращающими их проникновение в гортаноглотку; и размерами частиц, предотвращающими их проникновение в ротоглотку.
Преимущественно второй аэрозоль характеризуется масс-медианным аэродинамическим диаметром частиц, который больше или равен 15 микронам, в частности больше 30 микронов, более конкретно больше 50 микронов, еще более конкретно больше 60 микронов, и даже более предпочтительно больше 70 микронов.
Преимущественно второй аэрозоль характеризуется максимальным масс-медианным аэродинамическим диаметром частиц, который меньше 300 микронов, в частности меньше 200 микронов, еще более конкретно меньше 100 микронов.
Преимущественно указанный предшественник первого аэрозоля содержит такие компоненты, что первый аэрозоль содержит доставляемый в легкие активный компонент.
Преимущественно первый аэрозоль характеризуется масс-медианным аэродинамическим диаметром частиц, который меньше или равен 10 микронам, предпочтительно меньше 8 микронов, более предпочтительно меньше 5 микронов, еще более предпочтительно меньше 1 микрона.
Преимущественно указанный блок генерирования первого аэрозоля выполнен с возможностью нагрева указанного предшественника первого аэрозоля.
Преимущественно указанный блок генерирования первого аэрозоля выполнен с возможностью перемешивания указанного предшественника первого аэрозоля.
Преимущественно указанный канал для потока первой текучей среды дополнительно получает указанные первые аэрозоли из впускного отверстия для первого аэрозоля указанного устройства.
Преимущественно указанное впускное отверстие для первого аэрозоля выполнено с возможностью подачи указанного первого аэрозоля в указанный канал для потока первой текучей среды.
Преимущественно указанный канал для потока второй текучей среды дополнительно получает указанный второй аэрозоль из впускного отверстия для второго аэрозоля указанного устройства.
Преимущественно указанное впускное отверстие для второго аэрозоля выполнено с возможностью подачи указанных вторых аэрозолей в указанный канал для потока второй текучей среды.
Преимущественно указанный канал для первой текучей среды и указанный канал для потока второй текучей среды соединены.
Преимущественно указанный канал для первой текучей среды и указанный канал для потока второй текучей среды проходят рядом друг с другом.
Преимущественно указанный канал для потока второй текучей среды расположен вдоль продольной оси указанного канала для потока первой текучей среды.
Преимущественно указанный канал для потока первой текучей среды расположен рядом с впускным отверстием для газа указанного устройства и указанный канал для потока второй текучей среды расположен рядом с выпускным отверстием для аэрозоля указанного устройства.
Преимущественно указанный канал для потока второй текучей среды расположен рядом с впускным отверстием для газа указанного устройства и указанный канал для потока первой текучей среды расположен рядом с выпускным отверстием для аэрозоля указанного устройства.
Преимущественно указанный канал для потока второй текучей среды расположен на одной оси с указанным первым каналом для потока текучей среды.
Преимущественно указанный канал для потока второй текучей среды расположен смежно с указанным каналом для потока первой текучей среды в конфигурации бок о бок с ним.
Преимущественно указанный канал для потока первой текучей среды отделен от указанного канала для потока второго текучей среды элементом в виде стенки.
Преимущественно указанный канал для потока первой текучей среды содержит первый корпус, ограничивающий указанный поток текучей среды, и указанный канал для потока второй текучей среды содержит второй корпус, ограничивающий указанный поток второй текучей среды, указанный первый корпус предназначен для получения указанного первого аэрозоля; и указанный второй корпус предназначен для получения указанного второго аэрозоля.
Преимущественно указанный первый корпус содержит указанный блок генерирования первого аэрозоля и/или указанный второй корпус содержит указанный блок генерирования второго аэрозоля.
Преимущественно указанный первый корпус содержит съемный модуль указанного устройства доставки.
Преимущественно указанный первый корпус содержит сменный модуль указанного устройства доставки.
Преимущественно указанный первый корпус содержит повторно заполняемый модуль указанного устройства доставки.
Преимущественно указанный второй корпус содержит съемный модуль указанного устройства доставки.
Преимущественно указанный второй корпус содержит сменный модуль указанного устройства доставки.
Преимущественно указанный второй корпус содержит повторно заполняемый модуль указанного устройства доставки.
Преимущественно указанный предшественник первого аэрозоля содержит никотин, или производное никотина или аналог никотина.
Преимущественно указанный предшественник первого аэрозоля содержит доставляемый в легкие активный компонент, который представляет собой свободную соль никотина, включающую по меньшей мере одно из следующего: гидрохлорида никотина; дигидрохлорида никотина; монотартрата никотина; битартрата никотина; дигидрата битартрата никотина; сульфата никотина; моногидрата хлорида никотина-цинка и салицилата никотина.
Преимущественно указанный второй аэрозоль может передаваться для активации по меньшей мере одного из следующего: одного или нескольких вкусовых рецепторов в указанной ротовой полости; и одного или нескольких обонятельных рецепторов в указанной носовой полости.
Преимущественно указанный блок генерирования первого аэрозоля выполнен с возможностью генерирования первого аэрозоля из предшественника первого аэрозоля, включающего по меньшей мере одно из следующего: гликоля; полигликоля и воды.
Преимущественно указанный блок генерирования второго аэрозоля выполнен с возможностью введения указанного второго аэрозоля в указанный канал для потока текучей среды за предварительно заданный период времени после активации указанного блока генерирования первого аэрозоля.
Преимущественно указанный канал для потока второй текучей среды содержит по меньшей мере одну перегородку, выполненную таким образом, что часть указанного второго аэрозоля сталкивается с указанной перегородкой.
Преимущественно указанное впускное окно для аэрозоля выполнено с возможностью введения второго аэрозоля с масс-медианным аэродинамическим диаметром частиц, предотвращающим их проникновение в легкие.
Преимущественно указанный блок генерирования второго аэрозоля содержит отверстие Вентури для выдачи и превращения в аэрозоль предшественника второго аэрозоля в блоке генерирования второго аэрозоля, причем предшественник второго аэрозоля представляет собой жидкость.
Преимущественно указанный блок генерирования второго аэрозоля содержит пьезоэлектрический элемент для выдачи и превращения в аэрозоль предшественника второго аэрозоля в блоке генерирования второго аэрозоля, причем предшественник второго аэрозоля представляет собой жидкость.
Преимущественно указанный блок генерирования второго аэрозоля содержит подложку предшественника для предшественника второго аэрозоля, причем подложка предшественника содержит гидрофобную поверхность.
Преимущественно указанный блок генерирования второго аэрозоля содержит множество капиллярных трубок, выполненных с возможностью втягивания предшественника второго аэрозоля из резервуара предшественника второго аэрозоля к свободному концу множества капиллярных трубок.
Преимущественно свободный конец множества капиллярных трубок является гидрофобным.
Преимущественно указанный первый аэрозоль характеризуется размерами частиц, способствующими их глубокому проникновению в легкие.
Преимущественно указанный первый аэрозоль характеризуется масс-медианным аэродинамическим диаметром частиц, составляющим менее 2 мкм.
Преимущественно указанный канал для потока второй текучей среды заканчивается в мундштуке канала для потока второй текучей среды.
Преимущественно указанный канал для потока первой текучей среды заканчивается в мундштуке канала для потока первой текучей среды.
Преимущественно указанные каналы для потока первой и второй текучих сред заканчиваются в объединенном мундштуке.
Преимущественно указанный объединенный мундштук содержит отдельные каналы, соответствующие указанным каналам для потока первой и второй текучих сред соответственно.
Преимущественно указанные объединенные каналы для потока первой и второй текучих сред заканчиваются в мундштуке.
Преимущественно указанный активный компонент включает физиологически активный компонент.
Согласно второму аспекту предлагается корпус канала для первой текучей среды, причем корпус канала для первой текучей среды предназначен для устройства доставки аэрозоля согласно первому аспекту.
Преимущественно корпус канала для первой текучей среды содержит указанный предшественник первого аэрозоля.
Преимущественно корпус канала для первой текучей среды содержит указанный блок генерирования первого аэрозоля.
Согласно третьему аспекту предлагается корпус канала для второй текучей среды, причем корпус канала для второй текучей среды предназначен для устройства доставки аэрозоля согласно первому аспекту.
Преимущественно корпус канала для второй текучей среды содержит указанный предшественник второго аэрозоля.
Преимущественно корпус канала для второй текучей среды содержит указанный блок генерирования второго аэрозоля.
Согласно четвертому аспекту предлагается комплект деталей, причем комплекты деталей предназначены для устройства доставки аэрозоля согласно первому аспекту, комплект деталей содержит корпус канала для первой текучей среды согласно второму аспекту и корпус канала для потока второй текучей среды согласно третьему аспекту.
Краткое описание фигур
Один или несколько конкретных вариантов осуществления в соответствии с аспектами настоящего изобретения будет описан далее исключительно в качестве примера со ссылкой на следующие чертежи, на которых:
на фиг.  1 показано схематическое изображение нагревательного элемента для устройства для парения;
на фиг.  2 показано изображение устройства для парения с клиромайзером;
на фиг.  3А показано схематическое изображение поперечного сечения мундштука в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 3В показано схематическое изображение поперечного сечения мундштука, изображенного на фиг. 3А, в плоскости, перпендикулярной плоскости поперечного сечения, изображенного на фиг. 3А;
на фиг. 4 показано схематическое изображение мундштука в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, на котором представлен пьезоэлектрический блок генерирования аэрозоля;
на фиг. 5 показано схематическое изображение ароматизирующего элемента для генерирования аэрозолей ароматизатора в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 6 показано схематическое изображение ароматизирующего элемента для генерирования аэрозолей ароматизатора в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 7 показано схематическое изображение устройства в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 8 показано схематическое изображение устройства в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 9 показано схематическое изображение устройства в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 10 показано схематическое изображение устройства в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 11 показан вид сбоку в поперечном сечении устройства в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 12 показан вид сбоку в поперечном сечении трубки для выпуска пара системы и устройства для доставки никотина, показанных на фиг. 1 и 2, согласно одному или нескольким вариантам осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 13 показано схематическое изображение атомайзера;
на фиг. 14 показано графическое изображение изменения размера аэрозоля в зависимости от вязкости жидкого предшественника;
на фиг. 15 показано изображение образования аэрозоля из высокоскоростной струи жидкости;
на фиг. 16 показано схематическое изображение образования аэрозоля из текучей среды под давлением, выходящей из отверстия;
на фиг. 17 показано схематическое изображение устройства для распыления воздуха;
на фиг. 18 показано схематическое изображение центробежного атомайзера;
на фиг. 19 показано схематическое изображение образования аэрозоля при ультразвуковом распылении;
на фиг. 20 показано схематическое изображение конструкции для ультразвукового распыления;
на фиг. 21 показано схематическое изображение атомайзера с неподвижной сеткой; и
на фиг. 22 показано схематическое изображение атомайзера с вибрирующей сеткой.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
Для общего представления на фиг. 1 показано схематическое изображение испарительного компонента 1 для обычно е-сигареты. Испарительный компонент содержит фитиль 3, который может быть твердым или гибким, пропитанный е-жидкостью, причем вокруг него обмотана нагревательная спираль 5. В данном случае компонент в целом называется нагревателем, содержащим фитиль и спираль. При использовании электрический ток проходит через спираль 5, нагревая ее. Это тепло передается е-жидкости в фитиле 3, что приводит к ее испарению.
Устройства для замещения курения, такие как е-сигарета, могут быть повторно заполнены для замены потребленной е-жидкости. Пример нагревательного элемента, резервуара е-жидкости и участков мундштука е-сигареты 10, известный как клиромайзер, изображен на фиг. 2. Мундштук 12 может быть соединен с чистым баком 14, который выполняет функцию резервуара для е-жидкости. Нагревательное приспособление содержит фитиль 16, который втягивает е-жидкость в нагревательный элемент 20. Нагревательный элемент 20 получает питание от батареи, присоединенной посредством электрического соединения 18. Е-жидкость, втягиваемая в нагревательный элемент 20, испаряется и образует аэрозольный туман, который может быть втянут в рот пользователем, втягивающим воздух через мундштук 12. Воздушный поток, как правило, вводится через небольшие впускные отверстия в электрическом соединении 18 или возле него и через центральный канал для текучей среды для воздушного потока, который проходит над или непосредственно рядом с нагревательным элементом, вследствие чего испаренная е-жидкость может вовлекаться в воздушный поток и втягиваться по каналу для текучей среды в мундштук 12. Обычно пар конденсируется в более холодном воздушном потоке с образованием аэрозольного тумана из конденсированных частиц е-жидкости. Е-жидкость может быть ароматизирована. Если пользователь хочет сменить ароматизатор, ему нужно заменить е-жидкость в своем устройстве, для чего требуется опустошить бак, содержащий е-жидкость, и заполнить е-жидкостью с желаемым ароматизатором. Необязательно пользователь может использовать другое устройство, или взаимозаменяемый бак, заполненный желаемой ароматизирующей е-жидкостью.
Ароматизатор воспринимается пользователем посредством вкусовых и/или обонятельных рецепторов, расположенных в его ротовой и носовой полостях. Авторы настоящего изобретения поняли, что аэрозоли ароматизатора могут проникать в ротовую и носовую полости для доставки ароматизирующего компонента пользователю без проникновения дальше. Однако физиологически активные вещества, такие как фармацевтические соединения и никотин, могут более эффективно доставляться через легочную систему, в частности посредством глубокого проникновения в легкие.
На фиг. 3А показано схематическое изображение блока 30 для мундштука, который может использоваться для доставки ароматизатора отдельно от активного компонента, такого как никотин, с использованием устройства для парения. Мундштук 30 содержит полую цилиндрическую секцию 32 с открытым концом, которая выполнена с возможностью размещения мундштука или «дрип-типа» 12 блока 34 для парения, такого как клиромайзер, как показано на фиг. 2, и обеспечения канала для текучей среды. Вторая полая цилиндрическая секция 36 с открытым концом выполнена с возможностью размещения «ароматизирующего» элемента 38 и обеспечения канала для текучей среды. Ароматизирующий элемент 38 представляет собой подложку, которая поддерживает предшественник аэрозоля с ароматизирующим компонентом в жидкой форме, например ароматизатор «Blueberry» с торговым наименованием FQ СО36 E-FLAVOUR BLUEBERRY, поставляемым компанией Hertz Flavors GmbH & CO.KG, Райнбек, Германия. Ароматизирующий элемент 38 содержит матрицу для поддержки ароматизирующего компонента, через которую воздух может втягиваться со стороны «В» к стороне «А». Воздушный поток, проходящий через ароматизирующий элемент 38, приводит к образованию аэрозолей из ароматизирующего компонента и вовлечению их в воздушный поток, который переносится к стороне А.
Пользователь должен разместить мундштук 30 в своем рту так, чтобы сторона В выступала изо рта, и втянуть воздух к стороне А от стороны В, чтобы вызвать прохождение воздушного потока от стороны В через ароматизирующий элемент 38 и, следовательно, втянуть аэрозоли ароматизатора в свой рот. Пользователь может активировать устройство 34 для парения для генерирования аэрозольного тумана из предшественника е-жидкости в устройстве для парения за счет втягивания воздуха на стороне А мундштука 30. За счет активации устройства 34 для парения во время втягивания воздуха через мундштук 30, пользователь получает как аэрозоли из устройства для парения, содержащие активный компонент, так и аэрозоли ароматизатора из ароматизирующего элемента 38.
На фиг. 3В схематически изображен мундштук 30 со стороны А. Хотя устройство 34 для парения показано как расположенное на расстоянии от внутренней стенки полого цилиндра 32, это сделано для пояснения описания и четкого изображения соответствующих компонентов. На практике устройство для парения входит в контакт с мундштуком 30, как правило, посредством скользящей посадки с трением. Это аналогично и для ароматизирующего элемента 38 с полым цилиндром 36.
Аэрозоли, сгенерированные в устройстве 34 для парения, образуются в результате нагрева жидкого предшественника пара, вследствие чего они, как правило, характеризуются размером частиц с масс-медианным аэродинамическим диаметром, который меньше или равен 10 микронам, предпочтительно меньше 8 микронов, более предпочтительно меньше 5 микронов, еще более предпочтительно меньше 1 микрона. Аэрозоли с таким размером частиц склонны к проникновению в легочную систему пользователя. Чем меньше частицы в аэрозоле, тем более вероятно, что он проникнет глубже в легочную систему, и тем более эффективной будет передача активного компонента в поток крови пользователя. Такое глубокое проникновение в легкие - это то, что желательно для активного компонента, но не обязательно для ароматизирующего компонента. Ароматизирующий компонент может входить в ротовую и носовую полости пользователя для активации вкусовых и/или обонятельных рецепторов, но не может проникать в легочную систему.
Ароматизирующий компонент выполнен таким образом, что он, как правило, образует аэрозоль с масс-медианным аэродинамическим диаметром частиц, который больше или равен 15 микронам, в частности больше 30 микронов, более конкретно больше 50 микронов, еще более конкретно больше 60 микронов, и даже более предпочтительно больше 70 микронов. Без ограничения какой-либо теорией, аэрозоль с частицами такого размера может быть образован за счет втягивания капель жидкости из подложки при температуре среды, окружающей пользователя, например, комнатной температуре, посредством воздушного потока, проходящего по подложке. Размер частиц аэрозоля, образованного без нагрева, как правило, меньше размера частиц аэрозоля, образованного в результате конденсации пара. На размер частиц аэрозолей, образованных без нагрева, например, за счет втягивания воздуха через подложку, поддерживающую жидкость, может влиять окружающая температура, вязкость и/или плотность жидкости. Однако обычно и наиболее вероятно аэрозоли, образованные без нагрева, характеризуются значительно большим размером частиц, чем аэрозоли, образованные посредством нагрева. Аэрозоли ароматизатора могут быть образованы с максимальным масс-медианным аэродинамическим диаметром частиц, который меньше 300 микронов, в частности меньше 200 микронов, еще более конкретно меньше 100 микронов. Такой диапазон масс-медианного аэродинамического диаметра частиц приводит к получению аэрозолей, частицы которых достаточно малы, чтобы вовлекаться в воздушный поток, вызванный втягиванием воздуха пользователем через ароматизирующий элемент 38, и входить и проходить через ротовую и/или носовую полость для активации вкусовых и/или обонятельных рецепторов.
Вкратце, следует понимать, что масс-медианный аэродинамический диаметр частиц представляет собой статистическое измерение размера частиц/капель в аэрозоле. То есть масс-медианный аэродинамический диаметр частиц представляет количественное определение размера капель, которые вместе образуют аэрозоль. Масс-медианный аэродинамический диаметр частиц может быть определен как диаметр частиц, при котором 50% частиц/капель по массе в аэрозоле больше масс-медианного аэродинамического диаметра частиц, и 50% частиц/капель по массе в аэрозоле меньше масс-медианного аэродинамического диаметра частиц. Выражение «размер частиц аэрозоля», используемый в настоящем документе, относится к размеру частиц/капель, которые содержатся в конкретном аэрозоле. Размер частиц/капель в аэрозоле может быть количественно определен, например, масс-медианным аэродинамическим диаметром частиц.
Размер частиц аэрозоля, сгенерированного блоком генерирования аэрозоля, может зависеть, например, от температуры жидкого предшественника, плотности жидкого предшественника, вязкости жидкого предшественника или их комбинации. Размер частиц аэрозоля, сгенерированного блоком генерирования аэрозоля, также может зависеть от конкретных параметров и конфигурации устройства генерирования аэрозоля, которые будут подробнее описаны ниже.
Ароматизирующий элемент 38 может быть образован из любого подходящего пористого материала для предоставления подложки. Например, он может быть образован из материала, обычно используемого в качестве фильтра для сигареты или материала подложки для ингалятора Никоретте ТМ, т.е. пористого полипропилен- или полиэтилентерефталата. Жидкий ароматизирующий компонент затем может быть нанесен каплями на ароматизирующий элемент 38. Подложка ароматизирующего элемента 38 может содержать пористый материал, причем поры пористого материала удерживают, содержат, несут или хранят ароматизирующее соединение. Необязательно или дополнительно пористый материал может содержать спеченный материал, такой как, например, BioVyon™ (от компании Porvair Filtration Group Ltd).
Согласно варианту осуществления, изображенному на фиг. 4, мундштук 40 характеризуется такой формой, что пользователь может разместить его в своем рту в обычной конфигурации для мундштука. Сужающийся канал 42 для потока текучей среды заканчивается на подносимом ко рту конце детали 40 и сообщается с полостью 44 для размещения устройства для парения через канал 46 для потока текучей среды. Полость 58 выполнена с возможностью размещения отсека 50 для ароматизатора, в котором размещен ароматизирующий элемент 54. Отсек 50 для ароматизатора характеризуется наличием полости 52 с отверстием 53, размеры которого предусматривают возможность вставки ароматизирующего элемента 54 в полость 52. В полости 52 также расположена цилиндрическая пружина 56. Цилиндрическая пружина 56 расположена на одном конце полости 52 с противоположной стороны от отверстия 53.
Ароматизирующий элемент 54 расположен в отсеке 50 для ароматизатора так, что он опирается на цилиндрическую пружину 56. Пьезоэлектрический вибратор 60 находится в контакте с концом ароматизирующего элемента 54 и получает питание через электрическое соединение 62. Пьезоэлектрический элемент 60 содержит пьезоэлектрический кристалл, который может быть электрически соединен с источником питания, таким как электрическая батарея, посредством соединения 62. Пьезоэлектрический элемент 60 содержит перфорированную мембрану, вибрация которой обеспечивается пьезоэлектрическим кристаллом, или образованную самим пьезоэлектрическим кристаллом. За счет наличия перфораций в вибрирующей мембране образуются небольшие капли жидкого ароматизирующего компонента, адсорбируемые в ароматизирующем элементе 54, когда мембрана вибрирует. Вибрации, как правило, происходят на частоте в диапазоне от 100 кГц до 2,0 МГц, в частности от 108 кГц до 160 кГц, и более конкретно по существу на частоте, например, 108 кГц. Такие частоты вибрации могут использоваться для образования аэрозолей жидкого ароматизирующего компонента, которые могут втягиваться воздушным потоком из ароматизирующего элемента 54 к концу мундштука 50 и характеризуются размером частиц, упомянутым в диапазонах выше.
Электрическое соединение 62 может быть соединено с источником питания посредством переключателя, задействуемого пользователем или срабатывающего в ответ на падение давления в канале 42 для текучей среды/полости 58, когда пользователь втягивает воздух через мундштук 40. Необязательно электрическое соединение 62 может быть подсоединено посредством переключателя на устройстве для парения (SMP), вследствие чего пьезоэлектрический элемент 60 активируется, когда пользователь активирует устройство для парения.
Другая конфигурация устройства, которое характеризуется отдельной доставкой ароматизатора и никотинового аэрозоля, изображена на фиг. 11 и фиг. 12.
В целях исключения неоднозначного толкования в последующем описании фиг. 11 и фиг. 12 термин «выше по потоку» определяет положение вблизи от точки, в которой текучая среда втягивается в трубку для 168 выпуска аэрозоля при использовании устройства, т.е. точки, из которой воздух, содержащий аэрозоли, втягивается в трубку 168 для выпуска аэрозоля из окружающей среды и/или из модуля 162 генерирования аэрозоля. Термин «ниже по потоку» определяет положение от точки, в которой текучая среда, содержащая ароматизатор, выходит из ароматизирующего элемента 172. На основании этих определений любая текучая среда в проходе 170 для текучей среды, которая находится «выше по потоку» от ароматизирующего элемента 172, не содержит никакого ароматизирующего компонента, и любая текучая среда в проходе для текучей среды, которая находится «ниже по потоку» от носителя 172, может содержать ароматизатор (в зависимости от того, содержит или нет ароматизирующий элемент 172 жидкий ароматизирующий компонент и/или ароматизирующее соединение, и степени втягивания ароматизирующего компонента в текучую среду, когда она проходит через носитель 172).
На фиг. 11 схематически изображен вид сбоку в поперечном сечении устройства 150. Как можно увидеть на фиг. 11, ароматизирующий элемент 172 содержит подложку 174, которая согласно одному или нескольким вариантам осуществления пропитана жидким ароматизирующим компонентом и/или ароматизирующим соединением. Необязательно подложка 174 может содержать пористый материал, причем поры пористого материала удерживают жидкий ароматизирующий компонент и/или ароматизирующее соединение. Также необязательно пористый материал может содержать спеченный полимер, такой как, например, BioVyon™ (от компании Porvair Filtration Group Ltd). Пористый материал подложки 174 предназначен для ««переноса под действием капиллярных сил» или «вытягивания» материала-предшественника никотина из концевых участков подложки 14 (т.е. к центральному участку подложки 174). Это может предотвращать утечку жидкого ароматизирующего компонента из подложки (и, таким образом, из носителя 172, когда проницаемые пленки (не показаны на фиг. 11 12), герметизирующие ароматизирующий элемент, разрушены). Таким образом, жидкий ароматизирующий компонент может удерживаться в подложке 174 до тех пор, пока воздушный поток, проходящий через нее (т.е. во время использования), не обеспечит образование аэрозоля и не образует аэрозоли ароматизатора из жидкого ароматизирующего компонента.
Испарительная часть 164 модуля 162 генерирования аэрозоля содержит резервуар 176, выполненный с возможностью вмещения материала-предшественника пара, испарительное устройство 178, выполненное с возможностью испарения материала-предшественника пара, и проход 180 канала для потока текучей среды для доставки аэрозолей, образованных из материала-предшественника пара, в проход 170 канала для потока текучей среды трубки 168 для выпуска аэрозоля.
Материал-предшественник пара может быть в жидкой форме и может содержать одно или несколько из гликоля, полигликоля, пропиленгликоля и воды.
Испарительное устройство 178 содержит камеру (не показана) для удерживания материала-предшественника пара, полученного из резервуара 176, и нагревательный элемент (не показан) для нагрева материала-предшественника пара в камере.
Испарительное устройство 178 дополнительно содержит трубку (не показана), находящуюся в сообщении по текучей среде с камерой и выполненную с возможностью доставки аэрозолей, образованных в результате нагрева материала-предшественника пара в камере, к проходу 180 для пара.
Испарительное устройство 178 дополнительно содержит управляющую схему (не показана), задействуемую пользователем или срабатывающую при обнаружении воздуха и/или аэрозолей, втягиваемых через трубку 168 для выпуска аэрозоля, т.е. когда пользователь осуществляет затяжку или вдыхает.
Батарейный отсек 166 системы 162 создания аэрозоля содержит батарею 182 и соединение 184 для механического и электрического соединения батарейного отсека 166 с испарительной частью 164. Когда батарейный отсек 166 и испарительная часть 164 соединены, как показано на фиг. 11, батарея 182 электрически соединяется с испарительным устройством 178 для подачи питания на него.
В ответ на активацию управляющей схемы испарительного устройства 178 нагревательный элемент нагревает материал-предшественник пара в камере испарительного устройства 178. Пар, образованный в результате процесса нагрева, образует аэрозоль из конденсата жидкости, который проходит через трубку в проход 180 канала для текучей среды испарительной части 164. Этот аэрозоль, содержащий текучую среду, затем проходит в расположенный выше по потоку участок канала 170 для текучей среды в виде аэрозоля трубки 168 для выпуска аэрозоля, проходит через ароматизирующий элемент 172, где ароматизатор из подложки 174 вовлекается в поток аэрозоля, и затем выходит через расположенный ниже по потоку участок канала 170 для текучей среды в виде аэрозоля для доставки пользователю.
Этот процесс изображен на фиг. 12, где стрелка 186 схематически обозначает прохождение потока текучей среды в виде аэрозоля от прохода для аэрозоля испарительной части к расположенному выше по потоку участку канала 170 для текучей среды аэрозоля трубки 168 для выпуска пара, через ароматизирующий элемент 172 и затем через расположенный ниже по потоку участок канала 170 для текучей среды в виде аэрозоля для доставки пользователю.
На фиг. 12 также схематически изображен ароматизатор и/или ароматизирующие соединения 188, содержащиеся в подложке 174, причем ароматизатор и/или ароматизирующие соединения, проходящие от подложки 174 в поток текучей среды 186 в виде аэрозоля, т.е. вовлекаемые в поток 186 аэрозоля. Ароматизатор и/или ароматизирующие соединения в потоке 186 аэрозоля обозначены ссылочной позицией 190.
На фиг. 5 показано схематическое изображение другого варианта осуществления, в котором ароматизирующий элемент 70 обеспечивает подложку для жидкого ароматизирующего компонента, в котором подложка является пластинчатой по структуре с рядом пластинок 72. Воздушный поток, втягиваемый со стороны В, проходит через пластинчатые структуры и генерирует аэрозоль жидкого ароматизирующего компонента, который вовлекается в воздушный поток и переносится к стороне А в рот пользователя. Ароматизирующий элемент 70 может быть расположен в мундштуке 30, таком как изображенный на фиг. 3А и фиг. 3В и описанный со ссылкой на них, или мундштуке 40, таком как изображенный на фиг. 4 и описанный со ссылкой на нее.
Ароматизирующий элемент 70 также может быть расположен в устройстве 150 вместо ароматизирующего элемента 172, изображенного на фиг. 11 и фиг. 12.
На фиг. 6 показано схематическое изображение дополнительного варианта осуществления, в котором ароматизирующий элемент 74 образован в виде полой трубчатой секции, характеризующейся наличием капиллярных волокон 76 с открытым концом, проходящих от внутренней стенки 78 трубы. Капиллярные элементы могут быть заполнены жидким ароматизирующим компонентом. Прохождение потока воздуха через трубу, изображенное в качестве неограничивающего примера от конца В к концу А, приводит к падению давления на свободном открытом конце одного или нескольких из капиллярных элементов 76, что вызывает втягивание капель жидкого ароматизирующего компонента из открытого конца капиллярных элементов и вовлечение в воздушный поток от В к А. Необязательно стенка 78 может содержать резервуар для жидкого ароматизирующего компонента, в который вставляются капиллярные волокна 76 и/или выступают из него для втягивания жидкого ароматизирующего компонента из такого резервуара к свободному концу капиллярных волокон 76. Резервуар может представлять собой подходящую матрицу, образованную из пористого материала и объединенную со стенкой, или образованную отдельно от нее и вставленную в трубу во время сборки ароматизирующего элемента 74.
Капиллярные волокна характеризуются диаметром, позволяющим образовывать капли аэрозоля с размерами, находящимися в пределах диапазонов, указанных выше. В целом, отверстие открытого конца с диаметром, приблизительно равным желаемому медианному диаметру частиц аэрозоля, который должен быть сгенерирован, обеспечивает образование аэрозоля с частицами такого медианного диаметра. Точный размер частиц/капель, содержащихся в аэрозоле, зависит, среди прочего, от поверхностного натяжения и температуры жидкого ароматизирующего компонента, а также от давления, воздействующего на него. Согласно описанному варианту осуществления капиллярные волокна, или по меньшей мере их открытый конец, выполнены из гидрофобного материала для выпуска капель жидкости.
Согласно варианту осуществления, схематически изображенному на фиг. 7, соответствующие блоки генерирования аэрозоля расположены бок о бок в устройстве 80. Блок 82 генерирования аэрозоля ароматизатора и блок 84 генерирования аэрозоля активного компонента изображены в конфигурации бок о бок. Воздух может втягиваться в блок 82 генерирования аэрозоля ароматизатора из внешнего отверстия 86 для воздуха и в блок 82 генерирования аэрозоля ароматизатора через отверстие 95 для воздуха. Аналогичным образом воздух втягивается в блок 84 генерирования активного компонента через внешнее отверстие 88 для воздуха и в блок генерирования аэрозоля активного компонента через отверстие 97 для воздуха. Содержащая аэрозоль текучая среда выходит из блока 82 генерирования аэрозоля ароматизатора и блока 84 генерирования аэрозоля активного компонента через выпускные отверстия 96 и 98 соответственно. Выпускные отверстия 96 и 98 обеспечивают сообщение по текучей среде с мундштуком 90 через отверстия 92 и 94. Мундштук 90 создает смесительную камеру, в которой аэрозоли могут быть смешаны перед вдыханием пользователем. Блок 84 генерирования аэрозоля активного компонента содержит устройство генерирования пара, такое как используется в традиционных устройствах для парения, которое содержит нагреватель с электрическим питанием и батарею для подачи электропитания. Детали нагревателя и батарейного блока не изображены на фигуре для удобства и ясности раскрытия.
Дополнительный вариант осуществления в соответствии с настоящим изобретением схематически изображен на фиг. 8, на которой показано устройство 100, в котором соответствующие блоки 102/104 и 106 генерирования аэрозоля расположены в концентрической конфигурации. Согласно описанному варианту осуществления блок 102/104 генерирования аэрозоля ароматизатора описан, как находящийся в концентрической компоновке вокруг блока 106 генерирования аэрозоля активного компонента. Соответствующие ссылочные позиции 102 и 104 обозначают соответствующие части блока генерирования аэрозоля ароматизатора с любой стороны блока 106 генерирования аэрозоля активного компонента, когда устройство 100 показано в поперечном сечении. Устройство содержит мундштук 108, расположенный на одном конце. Отверстие 110 обеспечивает сообщение по текучей среде из выпускных отверстий блоков 102/104 и 106 генерирования аэрозоля и ароматизатора соответственно с мундштуком 108. Воздух может быть втянут в блоки генерирования аэрозоля через внешние впускные отверстия 112, 114 и 116 для воздуха. Как изображено, перфорированная трубка 118 позволяет воздуху, втянутому через внешние впускные отверстия 112, 114 и 116 для воздуха, втягиваться в любой из блоков генерирования аэрозоля к выпуску блока генерирования аэрозоля, обозначенному ссылочными позициями 119 и 120. Согласно необязательному варианту осуществления трубка 118 не перфорирована и соответствующий воздушный поток удерживается отдельно. Аналогично варианту осуществления, изображенному на фиг. 7, блок 106 генерирования аэрозоля активного компонента включает в себя блок генерирования, характерный для традиционного устройства для парения.
Согласно необязательному варианту осуществления блок 106 генерирования аэрозоля активного компонента может быть расположен вокруг блока 102/104 генерирования аэрозоля ароматизатора.
На фиг. 9 изображен еще один вариант осуществления в соответствии с настоящим изобретением, в котором устройство 130 содержит последовательно расположенные соответствующие блок 132 генерирования аэрозоля активного компонента и блок 134 генерирования аэрозоля ароматизатора. Блок 132 генерирования аэрозоля активного компонента находится в сообщении по текучей среде с блоком 134 генерирования аэрозоля ароматизатора посредством трубки 135 для текучей среды. Канал для текучей среды, проходящий через блок 132 генерирования аэрозоля активного компонента и блок 134 генерирования аэрозоля ароматизатора, сообщается посредством трубки 136 для текучей среды с отверстием 114 и входит в мундштук 138. Воздух втягивается в блок 132 генерирования аэрозоля активного компонента из внешний впускных отверстий 142, 144 и 146 для воздуха через перфорационные отверстия 148. Аналогично варианту осуществления, изображенному на фиг. 7, блок 132 генерирования аэрозоля активного компонента включает в себя блок генерирования, характерный для традиционного устройства для парения.
Согласно варианту осуществления, схематически изображенному на фиг. 10, описывается аналогичная компоновка, изображенная на фиг. 9, причем подобные детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями, но блок генерирования аэрозоля активного компонента и блок генерирования аэрозоля ароматизатора поменяны местами. Таким образом, блок 134' генерирования аэрозоля ароматизатора расположен выше по потоку относительно блока 132' генерирования аэрозоля активного компонента.
В блоках генерирования аэрозоля ароматизатора согласно любому из вариантов осуществления, раскрытых на фиг. 7-10, могут использоваться, например, такие конфигурации ароматизирующего элемента, которые раскрыты на фиг. 3-6 и фиг. 11 и 12. Однако для генерирования аэрозолей в диапазоне, заданном выше для аэрозолей ароматизатора, может использоваться любой подходящий механизм генерирования аэрозоля.
Для ясности блоки генерирования аэрозоля активного компонента в ранее описанных вариантах осуществления выполнены с возможностью генерирования аэрозолей, размеры частиц которых способствуют их проникновению в легкие, в частности глубокому проникновению в легкие, и в целом с возможностью генерирования аэрозолей активного компонента, характеризующихся масс-медианным аэродинамическим диаметром частиц, меньше или равным 10 микронам, предпочтительно меньше 8 микронов, более предпочтительно меньше 5 микронов, еще более предпочтительно меньше 1 микрона. Это тот случай, когда частицы аэрозолей, которые образованы из конденсата пара, т.е. аэрозольного тумана, например, как это происходит в типичной е-сигарете или устройстве для парения, вероятнее всего находятся в пределах заданных диапазонов размеров, или по меньшей мере существенная доля их находится в пределах заданных диапазонов размеров. Например, можно с достаточным основанием ожидать, что 50% частиц аэрозолей активного компонента находятся в пределах заданных диапазонов размеров. Предпочтительно, если большая процентная доля будет находиться в пределах заданного диапазона размеров, например 75% или даже больше. Однако может быть приемлемым меньшая процентная доля, такая как вплоть до 25% частиц аэрозолей активного компонента в пределах заданных диапазонов размеров.
Аэрозоли ароматизирующего компонента могут быть сгенерированы с помощью множества способов, некоторые из которых описаны выше. Создание аэрозолей (иногда называемое «распылением») было описано в технической и научной литературе, причем такие методики могут применяться, адаптированные или модифицированные для блоков генерирования аэрозоля ароматизатора и элементов, использующих варианты осуществления в соответствии с настоящим изобретением. Далее будет представлен обзор превращения в аэрозоль, а также методик и способов генерирования аэрозолей. В целях исключения неоднозначного толкования упоминания капли или частицы также являются упоминаниями аэрозолей, которые могут содержать каплю, например конденсат пара и/или твердую частицу.
Аэрозоли образуются вначале в результате распыления или конденсации пара. Распыление представляет собой процесс разделения большого объема текучих сред на капли или частицы. Процесс разделения большого объема текучих сред с получением спрея или аэрозоля, который содержит частицы, обычно достигается с помощью так называемого атомайзера. К распространенным примерам атомайзеров относятся душевые распылители, духи в аэрозольной упаковке и лак для волос или дезодорант в аэрозольной упаковке. На фиг. 13 показано схематическое изображение типичного атомайзера и диапазон размеров частиц, полученный с помощью него.
Аэрозоль представляет собой скопление движущихся частиц, получившихся в результате распыление; для большинства областей применения распыления, возникающих не естественным образом, аэрозоль перемещает частицы контролируемым образом и в контролируемом направлении. Как правило, для большинства повседневных областей применения аэрозоль характеризуется диапазоном размеров частиц, зависящим от разных внутренних и окружающих параметров, которые будут описаны ниже.
Капля или частица текучей среды характеризуется более или менее сферической формой из-за поверхностного натяжения текучей среды. Поверхностное натяжение приводит к нестабильности пластов или струй текучей среды, т.е. к разделению на частицы и/или распылению. В общем и целом, по мере повышения температуры текучей среды ее поверхностное натяжение чаще всего соответствующим образом снижается.
Ряд свойств и факторов влияет на размер капель или частиц и способности текучей среды к распылению после выпуска из отверстия; к ним относятся поверхностное натяжение, вязкость и плотность.
Поверхностное натяжение: поверхностное натяжение стремится стабилизировать текучую среду и предотвратить ее разделение на капли частиц. Из текучих сред с более высоким поверхностным натяжением чаще всего образуются капли или частицы большего среднего размера или диаметра капли при распылении.
Вязкость: вязкость текучей среды обладает аналогичным влиянием на размер или диаметр капли или частицы, образованной во время распыления, что и поверхностное натяжение. Вязкость текучей среды противодействует перемешиванию, что предотвращает разделение большого объема текучей среды на капли или частицы. Следовательно, из текучих сред с более высокой вязкостью чаще всего образуются капли или частицы большего среднего размера или диаметра капли при распылении. На фиг. 14 схематически изображено взаимоотношение между вязкостью и размером капли, когда происходит распыление и образуются аэрозоли.
Плотность: плотность обеспечивает сопротивление текучей среды ускорению. Следовательно, опять-таки, из текучих сред с более высокой плотностью чаще всего образуются капли или частицы большего среднего размера или диаметра капли при распылении.
Процессы распыления
Процесс распыления, т.е. процесс, который может вести к образованию аэрозолей, может происходить по-разному.
A. Распыление под давлением
Также известное как безвоздушное, пневматическое безвоздушное, гидростатическое и гидравлическое распыление, процесс распыления под давлением включает нагнетание текучей среды через небольшое сопло или отверстие под высоким давлением, вследствие чего текучая среда выпускается с высокой скоростью в виде сплошного потока или пласта. Трение между текучей средой и воздухом разъединяет поток, что приводит вначале к его разделению на фрагменты, а в заключение - на капли. На фиг. 15 схематически изображена высокоскоростная струя 200 воды, которая разделяется на капли 202 в системе безвоздушного распыления. В такой системе высокоскоростная струя воды выпускается из подходящего отверстия.
Ряд факторов влияет на поток и размер капель, включая диаметр отверстия, условия окружающей среды (температуру и давление), а также относительную скорость текучей среды и воздуха. В общем и целом, чем больше диаметр отверстия сопла, тем больше средний диаметр капли в спрее.
Условия окружающей среды противодействуют спрею и склонны разделять поток текучей среды; это сопротивление чаще всего частично преодолевает поверхностное натяжение, вязкость и плотность текучей среды.
Относительная скорость между текучей средой и воздухом обладает большим влиянием на средний диаметр капель в аэрозоле. Поскольку скорость текучей среды, выпускаемой через отверстие сопла, зависит от давление, по мере повышения давления текучей среды в сопле средний диаметр капель соответствующим образом уменьшается. И наоборот, по мере понижения давления текучей среды, скорость снижается и средний диаметр капель увеличивается. На фиг. 16 схематически изображен процесс безвоздушного распыления, в котором текучая среда под давлением выпускается из круглого отверстия в окружающую среду.
B. Воздушное распыление
При воздушном распылении текучая среда выпускается из отверстия 210 сопла с относительно низкой скоростью и под низким давлением, а также окружена высокоскоростным потоком воздуха 212. Трение между текучей средой и воздухом ускоряет и разъединяет поток текучей среды и приводит к распылению. В качестве принципиального источника энергии для распыления выступает давление воздуха, причем расход текучей среды может регулироваться независимо от источника энергии. Соответственно, воздушное распыление применялось как принципиальная технология для распыления в медицинских ингаляционных устройствах. На фиг. 17 схематически изображена такая компоновка с потоком текучей среды, проходящим через отверстие, в котором, когда появляется поток текучей среды, высокоскоростной поток воздуха окружает поток текучей среды.
C. Центробежное распыление
На фиг. 18 схематически изображена система 220 центробежного или ротационного распыления (также известно как ротационное распыление). Из сопла 222 текучая среда попадает в центр вращающегося диска 224 или конуса. Центробежные силы переносят текучую среду к краю диска или конуса. Когда она выпускается с края диска или конуса жидкость образует струи 226 или пласты, которые разделяют большой объем жидкости на капли или частицы.
При одинаковой скорости вращения и при низких расходах текучей среды капли образуются ближе к краю диска, чем при более высоких расходах. Текучая среда выпускается с края диска и перемещается радиально в сторону от диска во всех направлениях (т.е. 360°). Соответственно, капли могут вовлекаться в направленный поток воздуха или формировать воронку, что приводит к перемещению аэрозоля в осевом направлении.
Расходом текучей среды, поступающей на вращающийся диск или конус, и скоростью диска можно управлять независимо друг от друга.
D. Ультразвуковое распыление
Ультразвуковое распыление основано на электромеханическом устройстве, которое совершает вибрации на высокой частоте. Высокоскоростные колебания обеспечивают прохождение текучей среды по вибрирующей поверхности или через нее для разделения на капли.
Существует ряд типов ультразвуковых небулайзеров, содержащих атомайзеры на ультразвуковых волнах и атомайзеры с вибрирующей сеткой.
а. Атомайзеры на ультразвуковых волнах
Тонкий слой жидкости осажден на поверхность резонатора (как правило, резонансную поверхность, соединенную с пьезоэлектрическим элементом), которая затем совершает механические вибрации на высокой частоте вдоль направления А. Вибрации приводят к получению профиля стоячих капиллярных волн, характеризующихся длиной стоячей волны λ, когда амплитуда вибрации превышает пороговое значение. При повышении амплитуды вибрации выше порогового значения происходит разделение струй жидкости и капли выходят из вершин/пиков капиллярных волн. На фиг. 19 схематически изображены принципы работы система ультразвукового распыления.
Как схематически изображено на фиг. 20, дисковые керамические пьезоэлектрические преобразователи или резонаторы преобразуют электрическую энергию в механическую энергию. Преобразователи принимают электрический входной сигнал в форме высокочастотного сигнала от генератора мощности и преобразуют его в вибрацию, осуществляемую на той же частоте. Два титановых цилиндра увеличивают движение и увеличивают амплитуду вибрации поверхности распыления.
Сопло выполнено таким образом, что возбуждение пьезоэлектрического кристалла, находящегося в преобразователе, приводит к образованию стоячей волны вдоль длины сопла. Ультразвуковая энергия из кристаллов, расположенных по большому диаметру корпуса сопла, подвергается ступенчатому переходу и усилению как стоячая волна, когда она проходит по длине сопла.
Поскольку длина волны зависит от рабочей частоты, размеры сопла задаются частотой. В целом, высокочастотные сопла меньше, создают меньшие капли и, следовательно, характеризуются меньшей максимальной пропускной способностью, чем сопла, которые работают при более низких частотах.
Сопло предпочтительно выполнено из титана из-за его хороших акустических свойств, высокого предела прочности на растяжение и превосходной устойчивости к коррозии. Жидкость поступает на поверхность распыления через подающую трубу, которая проходит по длине сопла, и поглощает некоторую часть энергии вибрации, что приводит к движению волны в жидкости на поверхности. Для распыления жидкости амплитуда вибрации поверхности распыления должна очень тщательно управляться. Ниже так называемой критической амплитуды энергии не достаточно для создания распыленных капель, а если амплитуда чрезмерно высокая, жидкость разбивается и происходит выброс «фрагментов» текучей среды (состояние, известное как «кавитация»).
Поскольку ультразвуковое распыление основано только на жидкости, поступающей на поверхность распыления, скорость, с которой жидкость распыляется, зависит исключительно от скорости, с которой она доставляется к поверхности.
Атомайзеры на ультразвуковых волнах особенно хорошо подходят для областей применения с низким давлением/низкой скоростью и обеспечивают образование спрея аэрозоля, которым легко управлять. Соответственно, поскольку процесс распыления не зависит от давления текучей среды, объемом распыляемой жидкости можно управлять посредством системы доставки жидкости, и он составляет пару микролитров и более. Кроме того, спреем аэрозоля можно точно управлять и придавать ему форму за счет вовлечения низкоскоростного спрея аэрозоля во вспомогательный воздушный поток для создания профиля спрея, который настолько мал, что его ширина составляет приблизительно 1,8 мм.
Кроме того, капли, образуемые в результате ультразвуковой вибрации, характеризуются относительно малым средним распределением по диаметру. Медианные размеры капель находятся в диапазоне 18-68 микронов в зависимости от рабочей частоты сопла. Например, компания Sono-tek заявляет, что их ультразвуковые сопла для спрея могут обеспечивать медианный диаметр капель приблизительно 40 микронов, причем 99,9% капель характеризуются диаметром, находящимся в диапазоне 5-200 микронов.
b. Распыление с неподвижной сеткой
В атомайзерах с неподвижной сеткой применяется сила к жидкости для ее нагнетания через неподвижную сетку, как показано на фиг. 21. Ультразвуковой преобразователь используется для генерирования вибраций в жидкости и проталкивания капель через неподвижную сетку.
c. Распыление с вибрирующей сеткой
В процессах с вибрирующей сеткой используется деформация или вибрация сетки для проталкивания жидкости через сетку, как схематически показано на фиг. 22. Как правило, для создания вибраций вокруг сетки используется кольцевой пьезоэлектрический элемент, который находится в контакте с сеткой. Проемы в сетке характеризуются конической структурой, причем самое большое контактное поперечное сечение конуса находится рядом резервуаром для жидкости. Поверхность сетки деформируется в направлении резервуара для жидкости, таким образом перекачивая и загружая жидкость в проемы. Деформация поверхности на другой стороне сетки обеспечивает выпуск капель через проемы.
Размер капель и полученного аэрозоля зависит от размера проемов в сетке и физиомеханических свойств жидкости. Однако одним из недостатков устройств с вибрирующей сеткой является то, что проемы в сетке могут быть забиты, в частности, растворами, которые являются слишком вязкими для прохождения через сетку.
Больше подробностей о различных методиках для генерирования аэрозолей посредством распыления можно найти в следующих публикациях.
"Deposition of Inhaled Particles in the Lungs", Ana Fernandez Tena, Pere Casan Clara; ARCHOVOS DE BRONCONEUMOLGIA, 2012; 48(7) 240-246.
"The mesh nebuliser: a recent technical innovation for aerosol delivery", L. Vecellio; breathe, March 2006, Volume 2, No. 3, pp 253-260.
"Ultrasonic Atomisation Technology for Precise Coatings", Sono-Tek Corporation at http://www.sono-tek.com/ultrasonic-nozzle-technology/and downloaded 23 May 2017.
"High-Frequency Ultrasonic Atomisation with Pulsed Excitation", A. Lozano, H. Amaveda, F. Barreras, X. Jorda, M. Lozano; Journal of Fluid Engineering, November 2003, Vol. 125, 941-945.
"Swirl, T-Jet and Vibrating-Mesh Atomisers", M. Eslamian, Nasser Ashgriz; ResearchGate; http://www.researchgate.net/publications/251220009. December 2011.
Методики, способы и процессы для распыления жидкостей для генерирования аэрозолей, описанные выше, могут быть адаптированы или модифицированы для использования в одном или нескольких вариантах осуществления в соответствии с настоящим изобретением.
С учетом приведенного выше описания специалисту в данной области техники будет очевидно, что в пределах объема настоящего изобретения могут быть сделаны различные модификации. Например, цилиндрическая пружина, показанная на фиг. 4, может представлять собой пластинчатую пружину или другой компонент, способный к упругой деформации, такой как резиновая пробка.
Термины «текучая среда», «поток текучей среды», «воздух» и «воздушный поток» относятся к любому подходящему составу текучей среды, включая, без ограничения, газ или смесь газа с подвергнутой распылению, испарению, небулизации, выпуску или иной операции газовой фазой или формой аэрозоля активного компонента.
Термин «активный компонент» включает термины «физиологически активный» или «биологически активный», а также любые химические вещества или комбинацию химических веществ с желаемыми свойствами для улучшения вдыхаемого аэрозоля, который подходит для адсорбции на абсорбции в среды, подходящие для использования в настоящем изобретении. Кроме того, функциональный компонент в нежидкой форме, который может быть представлен, например, в кристаллической, порошкообразной или иной твердой форме, может заменять функциональный компонент без отхода от объема настоящего изобретения.
В контексте настоящего изобретения любая ссылка на «один вариант осуществления» или «вариант осуществления» означает, что конкретный элемент, признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления, включены по меньшей мере в один вариант осуществления. Фраза «согласно одному варианту осуществления» или фраза «согласно варианту осуществления» в различных местах в описании не обязательно все относятся к одному и тому же варианту осуществления.
В контексте настоящего изобретения термины «содержит», «содержащий», «включает», «включающий», «характеризуется», «характеризующийся» или любые другие их варианты не имеют ограничительного характера. Например, процесс, способ, изделие или устройство, которые содержат список элементов, не обязательно ограничены только этими элементами, но могут включать в себя другие элементы, которые явно не перечислены или не присущи такому процессу, способу, изделию или устройству. Кроме того, если явно не указано иное, «или» относится к включающему или не исключающему или. Например, состояние А или В удовлетворяется любым из следующего: А является истинным (или присутствует), а В является ложным (или не присутствует), А является ложным (или не присутствует), а В является истинным (или присутствует), и оба А и В являются истинными (или присутствующими).
Кроме того, формы единственного числа используются для описания множественного числа элементов и компонентов согласно настоящему изобретению. Это сделано просто для удобства и для общего понимания настоящего изобретения. Это описание следует читать как включающее один или по меньшей мере один элемент, но единственное число также включает множественное число, кроме случаев, когда очевидно, что подразумевается противоположное.
Объем настоящего раскрытия включает в себя любой новый признак или комбинацию признаков, раскрытых в нем, либо явно, либо неявно, либо любое их обобщение, независимо от того, относится ли оно к заявленному изобретению или устраняет любую или все проблемы, решаемые согласно настоящему изобретению. Настоящим заявитель уведомляет, что может быть сформулирована новая формула по этим признакам во время рассмотрения настоящей заявки или любой другой дополнительной заявки, полученной из этой. В частности, со ссылкой на прилагаемую формулу изобретения признаки из зависимых пунктов формулы могут быть объединены с признаками независимых пунктов формулы изобретения, а признаки из соответствующих независимых пунктов формулы изобретения могут быть объединены любым подходящим способом, а не только в конкретных комбинациях, перечисленных в формуле изобретения.