用于增大气溶胶流中的颗粒浓度的浓缩器.pdf

本发明涉及一种用于增大气溶胶流中的颗粒浓度的浓缩器，其包括：带刻纹的加速板和减速板，其分别具有多个缝隙状的且径向延伸的进入开口和离开开口；其中多个带刻纹的加速通道和减速通道分别在加速板和减速板的进入开口与离开开口之间延伸；加速板离开开口与该加速板的离开侧上的基底表面间隔开，带刻纹的减速通道进入开口与该减速板的进入侧上的基底表面间隔开；在加速板与该减速板的基底表面之间提供了被适配成用于释放具有低颗粒浓度的第三体积流量的空隙；加速板离开开口与减速板进入开口重叠，这些开口从更靠近对应的加速板和减速板的中心的位置径向延伸到更靠近对应的加速板和减速板外周边的位置；多个开口包括具有至少两个不同长度的开口。

1.  一种用于增大气溶胶流中的颗粒浓度的浓缩器，该浓缩器包括：
一个带刻纹的加速板，该加速板具有多个缝隙状的并且径向延伸的进入开口以及多个缝隙状的并且径向延伸的加速板离开开口，这些进入开口被适配成用于接收第一气溶胶体积流量并且具有第一累计截面尺寸，这些离开开口被适配成用于释放该第一气溶胶体积流量并且具有小于该第一累计截面尺寸的第二累计截面尺寸；
一个带刻纹的减速板，该减速板具有多个缝隙状的并且径向延伸的减速板进入开口以及多个缝隙状的并且径向延伸的减速板离开开口，这些进入开口被适配成用于接收具有高颗粒浓度的第二气溶胶体积流量并且具有第三累计截面尺寸，这些离开开口被适配成用于释放该第二气溶胶体积流量并且具有大于该第三累计截面尺寸的第四累计截面尺寸；其中
多个带刻纹的加速通道在这些加速板进入开口与这些加速板离开开口之间延伸，并且多个带刻纹的减速通道在这些减速板进入开口与这些减速板离开开口之间延伸；
这些加速板离开开口与该加速板的离开侧上的一个基底表面间隔开，并且这些带刻纹的减速通道进入开口与该减速板的进入侧上的一个基底表面间隔开；
在该加速板基底表面与该减速板基底表面之间提供了一个空隙，该空隙被适配成用于释放具有低颗粒浓度的第三体积流量；并且
这些加速板离开开口与这些减速板进入开口实质性地重叠，这些开口从更靠近对应的加速板和减速板的中心的一个位置在径向方向上延伸到更靠近对应的加速板和减速板的外周边的一个位置；并且
这多个开口包括具有至少两个不同长度的开口。

2.  根据权利要求1所述的浓缩器，其中第一组的较长缝隙状开口从靠近该加速板和减速板的中心的一个位置延伸到更靠近其外周边的一个位置，而第二组的较短缝隙状开口从与该中心间隔开的一个位置延伸到更靠近该外周边的一个位置。

3.  根据权利要求2所述的浓缩器，其中第三组的具有的长度在该第一组较长开口与第二组较短开口之间的中等缝隙状开口分别从与该中心间隔开的一个位置延伸到更靠近该外周边的一个位置、并且与该中心相隔的距离比第二组缝隙状开口更短。

4.  根据权利要求3所述的浓缩器，其中该一组开口的这些缝隙状开口包括四个环圆周地以90度角度彼此间隔开的缝隙状开口，该第三组缝隙状开口包括四个环圆周地以90度角度彼此间隔开并且与该第一组缝隙状开口中对应的相邻缝隙状开口成45度的缝隙状开口，并且该第二组缝隙状开口包括八个环圆周地以45度角度彼此间隔开并且与该第一组和第三组缝隙状开口中对应的相邻开口成22.5度的缝隙状开口。

5.  根据权利要求1所述的浓缩器，进一步包括一个连接器，该连接器包括在该减速板处的隆起的定位件以及在该加速板处的相应凹陷式接收座、或在该加速板处的隆起的定位件以及在该减速板处的相应凹陷式接收座中的一种，以用于将该加速板和减速板在径向和圆周方式上相对于彼此进行定位，这样使得这些加速板和减速板被对齐成是彼此平行的并且彼此间隔开一个空隙，其中这种对齐包括在圆周方向上的角取向使得这些加速板离开开口与这些减速板进入开口是基本上对齐的。

6.  根据权利要求5所述的浓缩器，其中该隆起的定位件和相应的凹陷式接收座是十字形的。

7.  根据权利要求1所述的浓缩器，其中这些缝隙状的加速板离开开口为0.4-1.6mm宽，这些减速板进入开口为0.6-2mm宽，这些加速喷嘴的累计长度为10-25cm，并且该加速板基底表面和该减速板基底表面之间的空隙为0.8-2cm。

8.  根据权利要求1所述的浓缩器，其中经组装的加速板和减速板被封装在一个罩中，该罩包括一个径向开口，该第三体积流量通过该径向开口被引导到一个排出端口。

9.  根据权利要求1所述的浓缩器，包括这样的浓缩效率：使得该第一体积流量中的85％ 的颗粒被包含在该第二体积流量中而该第三体积流量仅包含来自该第一体积流量的15％的颗粒。

10.  根据权利要求1所述的浓缩器，其中该第二体积流量包括该第一体积流量的10％-20％，而该第三体积流量包括该第一体积流量的80％-90％。

11.  根据权利要求1所述的浓缩器，其中跨越该浓缩器的流动压降在直至250升每分钟的气体流量以及40升每分钟的气溶胶输出流量下为1mm水或更小。

12.  根据权利要求1所述的浓缩器，其中这些减速通道中的至少一些从该进入开口起在该减速板的离开开口的方向上逐渐变宽，并且该减速通道的一个壁包括线性、凸形或抛物线形的形状中的一种。

13.  根据权利要求1所述的浓缩器，其中这些加速通道中的至少一些从这些进入开口起在该减速板的离开开口的方向上逐渐变窄，并且该加速通道的一个壁包括线性、凸形或抛物线形的形状中的一种。

14.  根据权利要求1所述的浓缩器，进一步包括一个漩涡松弛室以用于在该气溶胶被一个锥形收集器限制在输出端口中之前衰减这些减速漩涡。

15.  根据权利要求14所述的浓缩器，其中该锥形收集器具有一个抛物线形状的壁。

用于增大气溶胶流中的颗粒浓度的浓缩器
本申请是申请号为201080070045.6(PCT申请号为PCT/US2010/050303)，申请日为2010年9月24日，发明名称为“紧凑、低流阻的气溶胶发生器及其操作方法”的专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请是一个部分继续申请，对2005年12月22日提交的并且在2007年6月28日以公开号US-2007-0144514-A1公开的美国非临时专利申请11/315,951要求优先权。这个在先的非临时专利申请11/315,951通过引用以其全部内容结合在此。
政府支持
本发明是在来自国家卫生研究院、国家心脏、肺和血液研究中心的授予号为HL78281的政府支持下完成的。美国政府对本发明拥有某些权利。
背景技术
本披露涉及一种用于从水溶液或悬浮液产生浓缩的可吸入干燥颗粒的紧凑型便携装置。
对于将大质量的生物和其他试剂通过气溶胶传送至呼吸道存在日益增长的需要。产生液体气溶胶的许多装置可能无法对于高分子量的分子或在高浓度下很好地工作。另外，这些装置中的一些可能在雾化过程中降解这些分子。这些限制因素与对于减少碳氟化合物的使用的需求一起导致了干粉吸入器的发展。在这些装置中，将含有药物的“泡罩”或胶囊打碎并且将粉状药物以及所包含的辅料使用由吸入所引起的涡流进行分散或者通过一些其他机械方式(例如，声处理)进行雾化。辅料被添加至活性剂中以辅助在这些附聚物的雾化作用，在一些情况下，例如Exhubra，它们大约占混合物质量的约70％。辅料的使用导致配方成本、安全药理学成本和潜在的有害的副作用增大。含有活性剂的这些干粉最常见地是通过使用喷雾干燥方法而产生的。喷雾干燥器已被普遍使用了很多年。总体上它们包括在竖直圆柱形塔的顶端处产生气溶胶，其中用温暖的气体来稀释该气溶胶喷雾，该气体可以与该喷雾在相同方向上或在相反方向上。在输出口处的旋流器被用来收集所得的粉末。辅料被添加至所收集的粉末中以辅助其分散。将这种混合物置于一个干粉吸入器(DPI)中。这种方法存在几个限制因素：
a)得到的这些被储存的干燥颗粒必须是稳定的并且优选地抗高湿度。
b)它们必须配有辅料以便容易被分散。
c)当药物颗粒和辅料颗粒处于离散形式时，药物颗粒的大小总体上小于辅料颗粒的大小。
d)可以被吸入的最大值局限于该胶囊的尺寸而不是吸入的体积。
e)该喷雾干燥方法可能为60％的效率并且通过干粉吸入器向肺部的传送为30％的效率，从而导致该活性剂约80％的损失。
f)快速吸入导致该胶囊中的大多数粉末被雾化，但导致了口中和喉咙的高度沉积。缓慢吸入可以导致更高的肺部深处沉积，但是胶囊中粉末的雾化效率低。这些问题导致了给药剂量的广泛可变性，从而导致功效和安全问题。
这些问题可以通过这样一种装置克服：该装置以一组连续的过程中产生一种含有活性剂 的液体气溶胶、将其干燥、将该活性剂的残留干燥气溶胶浓缩并且传送至肺部，例如在本披露中所描述的。应该意识到，甚至具有实验室尺寸而非商业尺寸的这些仪器是高70英寸并且重50-80kg。值得注意的是，在所有这些仪器中的这些喷雾塔是竖直取向的。一个小型的水平干燥室可以最好地用于紧凑的临床装置。
将与对于药物固体颗粒可以获得的相比更大的质量传送至肺部可以通过具有小于1的颗粒密度的相同空气动力学直径的气溶胶来完成(Edwards1996)。此类颗粒的配制已经是多项专利(包括美国专利7,435,408)的主题。通过喷雾干燥聚酯与活性剂(如胰岛素)的混合物已经产生了大的多孔颗粒。这些经喷雾干燥的气溶胶总体上是通过标准的喷雾干燥技术产生的并且作为粉末被收集。为了产生具有低密度的颗粒，与溶剂中的远远更大分子量的添加剂相比具有小分子量的一种液体比该大分子量组分的扩散更快地进行蒸发。所得的这些颗粒可以是中空的或具有开放的气体空间，从而使得几何直径大于空气动力学直径。这些气溶胶以便通过使用旋流器来收集。这样产生的粉末随后必须被再雾化以被患者吸入。如以上指出的，使用此类技术，仅有原始药物的一小部分被传送至肺部。本披露描述了通过使用在与气溶胶羽流相反的方向上的一个共轴的经加热的逆流气体射流，气溶胶羽流的稀释可以如何靠近其形成起点而进行稀释。另外，稀释气体的环流将该气溶胶沿着蒸发室输送离开该发生器而到达一个虚拟浓缩器。本披露还描述了可以如何通过从蒸发室外部的一个来源来提供红外辐射而增强在这种扰动的羽流中的这些水性颗粒的蒸发。
本申请要求其优先权的、在2005年12月22日提交的并且以公开号US-2007-0144514-A1(耶茨(Yeates)等人)公开的美国非临时专利申请11/315,951已经描述了一种干燥粉末气溶胶发生器和处理系统，其中将试剂的水性溶液雾化、蒸发、浓缩并且作为完全由溶解的溶质构成的粉末气溶胶进行传送。本披露中详细描述了该系统的改进以及随后关于在一个紧凑的装置中产生密度小于1的纯蛋白质可吸入气溶胶的新发现。这种装置消除了对喷雾干燥、用旋流器进行收集、与辅料混合以及布置在干燥粉末吸入器中的需要。该系统的改进在其中进行了详细描述。内部气体流阻的明显减小使得能够使用仅2x2x1英寸的鼓风机，由此增大该装置的便携性。容易组装的摩擦配合式设计消除了在蒸发室上大的O形环密封件的使用，从而使得病人更容易进行组装。具有流动阻力以及低的热惯性的轻质加热器已经发展到允许在一分钟内开启的功能并且增大了便携性。使逆流管在该浓缩器内居中以确保简单的组装以及与该气溶胶射流的轴线的精确对齐，从而增大其性能的稳定性。已经包括了用于将供给喷嘴的气体和该逆流进行加温的额外加热元件，从而能够实现气溶胶羽流更快的蒸发。聚焦反射器已经被包括在该红外热源上以便降低该红外加热器所需要的功率。这个和上述的修改降低了该装置所用的总体功率。这些以及其他功能性和实用性的改进已经在此被披露。在使用中，它们使该装置更便携、更实用、制造起来更容易且更具成本效益，并且对于产生新颖颗粒以便立刻吸入提供了新可能性，这在以前是不可能的。
虚拟撞击已经被用作浓缩气溶胶的手段(Pat4,767,524,Pillai和Yeates,1994)。已经对这些设计进行了若干修改，包括使用缝隙孔口代替圆形孔口(1986年Marple和Robow)。耶茨(Yeates)的专利申请200701445使用这个信息来设计用于2.5微米截断直径的具有径向缝隙的浓缩器。本披露示出了如何对大部分质量的在可吸入范围内的颗粒进行浓缩。这个范围典型地是1-5微米，但是可以覆盖0.5-10微米的范围。根据Marple和Robow，为了捕获1微米以上的颗粒，与2.6毫米的缝隙相比，需要1毫米的孔口缝隙来浓缩2.5微米以上的颗粒。这潜在地增大了为使气溶胶加速穿过这些缝隙所需要的压头。为了减小该浓缩器上游的压头，将通向这些孔口的抛物线入口并入该设计中。值得注意的是，Seshadri,AAAR2006传授了使用一个抛物线入口轮廓以及套管气体流来减小壁损失并且潜在地增强浓缩因子。如以上指出的，在本披露中将它们结合用于减小为使该浓缩器运行所需要的上游压力。Shekarrizz的美国专利号7,178,380描述了他们要求保护的一个具有凹形和凸形的加速器壁以及侧向注射端口的浓缩器减小了堵塞。该浓缩器利用15升/分钟的输入流速，这仅是本装置中的流速(典型地在100与300升每分钟之间)的一个小的分量，但是在本披露的装置中更 高和更低的流速是可能的。本装置不具备、也不需要所提出的喷射端口来防止堵塞。替代地，美国专利7,261,007和5,858,043描述了用于减小终端效应的多个同心的缝隙。当使用同心缝隙时，与使用本发明的紧凑设计相比，排出气体是更困难的。
本披露的第一个目的是为了在一个小的实际装置中提供手段来产生一种水性(或具有高蒸气压的其他溶剂)气溶胶并且通过稀释和加热来快速地蒸发水性气溶胶，并且此后将所得的颗粒进行浓缩并且将其以与正常吸入流量的整个范围兼容的流速来进行传送。
本披露的第二个目的是为了消除高压连接件，因此该装置可以容易地被组装并且被拆卸以便清洁。
本发明的第三个目的是为了降低气体流量穿过该装置的阻力，以便能够构造小的装置而使用小鼓风机来提供该稀释气体。
本披露的第四个目的是为了将该装置的各个部件之间的气体和/或气溶胶的泄露最小化，同时维持各个部件之间的结构整体性连接。
本披露的第五个目的是为了有助于提供与该气溶胶羽流精确共轴的并且与该气溶胶羽流方向相反的逆流气体。
本披露的第六个目的是为了将经加热的压缩气体同时提供至该喷嘴和该逆流管，而同时将热量损失最小化。
本披露的第七个目的是为了从蒸发室外部的来源向新近形成的水性气溶胶颗粒提供在水的最大红外吸收波长处的集中辐射热。本披露的第八目的是允许该装置与不同的容易互换的喷嘴夹持件构型一起使用，这些构型能够使压缩气体被传送穿过一个中央孔口或环绕一个中央流体流。
本披露的第九个目的是为了使这些喷嘴夹持件被键连接以便用于该流动调节器中并且为了具有包括一个可压缩流体储存器来代替流体入口的能力。
本披露的第十个目的是为了在一个紧凑的装置中提供有待加热的、在一个方向上流动的高速气体流，并且接着在相反方向上提供均匀的较低速度的流动，同时允许由气溶胶羽流和逆流气体所造成的扰动。
本披露的第十一个目的是为了有效地浓缩大于0.5微米的可吸入气溶胶而在输入气体与排气之间具有最小压降。
本披露的第十二个目的是为了有助于容易的组装和拆卸而同时维持轴向和旋转意义上的高精度对齐。
本披露的第十三个目的是为了防止该浓缩器排气流中的任何气溶胶颗粒污染大气。
本披露的第十四个目的是为了将由于该浓缩器输出口处的湍流造成的任何气溶胶沉积最小化。
本披露的第十五个目的是为了提供一种用于通过该输出锥体的抛物线形性质而传送该输出口处的经浓缩的气溶胶的有效方式。
本披露的第十六个目的是为了提供处于小的正压力下的经浓缩的气溶胶以便为有困扰的患者提供压力辅助，从而产生足够的吸入压力和流动，以便触发其他干粉吸入器。
发明内容
根据本发明的第一方面，根据本发明通过一种用于产生气溶胶的方法实现了这些和其他目的，该方法包括：提供第一体积流量的加压气体；将该第一体积流量的加压气体进行预加热；提供第二体积流量的稀释气体；将该第二体积流量的稀释气体进行预加热；提供第三体积流量的流体；通过经一个喷嘴排出该第一体积流量的加压气体以及该第三体积流量的流体的至少一部分来产生第一浓缩气溶胶；提供与该第一浓缩气溶胶方向相反的第四体积流量的气体，以使得该第一浓缩气溶胶被捕获；并且将被捕获的第一浓缩气溶胶与该第二体积流量的稀释气体进行混合以便产生已经被稀释的第二气溶胶。
根据本发明的第二方面，通过一种用于由流体和气体产生气溶胶的喷嘴实现了这些和其 他目的，该喷嘴包括：至少一个可润湿的锥形气体离开通道，该通道在从该可润湿的锥形气体离开通道的锥体顶点向锥体底部的气体流动方向上变宽、并且在该锥体顶点处连接到一个喷嘴气体供应通道上；以及在该锥体底部的圆周处的至少一个环形流体离开端口，该端口连接至一个喷嘴流体供应通道上。
根据本发明的第三方面，通过一种喷嘴夹持件实现了这些和其他目的，该喷嘴夹持件包括一个具有喷嘴夹持件流体进入端口的第一末端以及一个包括上述喷嘴的第二末端。该喷嘴夹持件进一步包括：一个具有圆柱形桶孔的桶，该圆柱形桶孔具有一个内部圆柱形桶孔以及一个圆柱形桶内径；以及一个喷嘴本体，该喷嘴本体包括该杆以及一个圆柱形头冠，该头冠包括一个恰当配合在该圆柱形桶孔壁中的圆柱形头冠外表面；其中该圆柱形头冠包括多个环圆周地间隔开的凹槽，这些凹槽连接至该环形流体离开端口上。
根据本发明的第四方面，根据本发明通过一种用于产生并稀释气溶胶的流动调节器实现了这些和其他目的，该流动调节器包括：被适配成用于接收第一体积流量的加压气体的第一进口；被适配成用于接收第二体积流量的稀释气体的第二进口；被适配成用于接收有待转化成气溶胶的流体的第三进口；连接到该第一和第三进口上并且具有用于输出第一气溶胶的喷嘴孔口的一个喷嘴；第一稀释气体隔流板，该第一稀释气体隔流板包括穿透该第一隔流板的第一组开口；以及第二稀释气体隔流板，该第二稀释气体隔流板与该第一稀释气体隔流板间隔开并且包括穿透该第二隔流板的第二组开口；其中，该喷嘴孔口位于该第二稀释气体隔流板附近。
根据本发明的第五方面，根据本发明通过一种用于增大气溶胶流中的颗粒浓度的浓缩器实现了这些和其他目的，该浓缩器包括：一个带刻纹的加速板，该加速板具有多个缝隙状的并且径向延伸的进入开口以及多个缝隙状的并且径向延伸的加速板离开开口，这些进入开口被适配成用于接收第一气溶胶体积流量并且具有第一累计截面尺寸，这些离开开口被适配成用于释放该第一气溶胶体积流量并且具有小于该第一累计截面尺寸的第二累计截面尺寸；一个带刻纹的减速板，该减速板具有多个缝隙状的并且径向延伸的减速板进入开口以及多个缝隙状的并且径向延伸的减速板离开开口，这些进入开口被适配成用于接收具有高颗粒浓度的第二气溶胶体积流量并且具有第三累计截面尺寸，这些离开开口被适配成用于释放该第二气溶胶体积流量并且具有大于该第三累计截面尺寸的第四累计截面尺寸；其中多个带刻纹的加速通道在这些加速板进入开口与加速板离开开口之间延伸，并且多个带刻纹的减速通道在这些减速板进入开口与减速板离开开口之间延伸；这些加速板离开开口与该加速板的离开侧上的一个基底表面间隔开，并且这些带刻纹的减速通道进入开口与该减速板的进入侧上的一个基底表面间隔开；在该加速板基底表面与该减速板基底表面之间提供了一个空隙，该空隙被适配成用于释放具有低颗粒浓度的第三体积流量；并且这些加速板离开开口与这些减速板进入开口实质性地重叠，这些开口从更靠近对应的加速板和减速板的中心的一个位置在径向方向上延伸到更靠近对应的加速板和减速板的外周边的一个位置；并且这多个开口包括具有至少两个不同长度的开口。
具体实施方式
根据本发明的一个优选实施例，从该第二气溶胶中蒸发液体以便产生一种包含干燥粉末、气体和蒸气的第三气溶胶。然而，该气溶胶除了这些干燥颗粒外可能还包含一些剩余的液体气溶胶。
根据本发明的另一个优选的实施例，施加红外线照射来进行该液体的蒸发。然而，还可能的是通过施加其他形式的热传递(例如，对流、或辐射与对流的组合)来干燥该气溶胶。
根据本发明的另一个优选的实施例，该第一体积流量的加压气体的预加热包括引导该第一体积流量穿过一个管的圆柱形内壁与一个楔形狭长红外线灯泡的圆柱形外壁之间的一个空隙。这已经证明对于有效的热传递与低流动阻力的组合而言是非常有效的，尤其是当红外线灯泡在流动方向上是楔形的。然而，其他形式的预加热也是可能的，例如通过从外部加热 气体供应管。
根据本发明的另一个优选的实施例，测量该经预加热的第一体积流量的温度并且通过一个控制器来控制该温度，该控制器控制了向该狭长红外线灯泡的功率供应。然而，由于这些体积流量是已知的，并且因此用于该热传递的这些参数是已知的，则开环控制也是可能的，这可以在不测量温度的情况下进行。
根据本发明的另一个优选的实施例，该第二体积流量的稀释气体的预加热包括引导该第二体积流量穿过一个管的圆柱形内壁与一个楔形狭长红外线灯泡的圆柱形外壁之间的一个空隙。以一种类似于该第一体积流量的预加热方式，其他形式的热传递也是可能的。
根据本发明的另一个优选的实施例，测量该经预加热的第二体积流量的温度并且通过一个第二控制器来控制该温度，该控制器控制了向该狭长红外线灯泡的功率供应。同样，开环和闭环控制均是可能的，并且在开环控制的情况下这种控制可以在不测量该温度的情况下进行。
根据本发明的另一个优选的实施例，将该第一体积流量的加压气体分成：第一部分的加压气体体积流量，其被供送到该喷嘴中以便产生该第一浓缩气溶胶；以及第二部分的加压气体体积流量，其作为该第四体积流量被供送至一个逆流管中；并且将该第二部分体积流量经一个逆流管离开端口排出到一个方向上，该方向与该第一浓缩气溶胶的排出方向基本上相反。代替对该第一体积流量进行拆分，还可能的是提供该第四体积流量，该第四体积流量经该逆流管从一个分开的来源(例如，从压力储存器或压缩机)排出。
根据本发明的另一个优选的实施例，将该第二体积流量的稀释气体分成：第一部分的稀释气体体积流量，其被供送穿过一个隔流板的中央部分；以及第二部分的稀释气体体积流量，其被供送穿过该隔流板的周边部分。这有助于在中心创建气溶胶羽流的理想形状，该气溶胶羽流接着与该第二部分的稀释气体体积流量混合并且进一步有助于避免气溶胶沉积在该装置的任何壁上。
然而，在替代方案中，不被拆分的第二体积流量也是可行的。根据本发明的另一个优选的实施例，该第二体积流量的稀释气体是通过鼓风机或风扇而产生的。这具有成本低和设计非常紧凑的优点。创建较低压力的高体积流量的鼓风机是可用的。然而，在替代方案中，可以使用任何其他稀释气体来源，例如压缩机或加压气体储存器(例如，瓶子)。
根据本发明的另一个优选的实施例，可以在包含一次性干燥剂的干燥室中在该鼓风机上游对该第二体积流量的稀释气体进行干燥。这有助于还在相对高湿度的环境中运行该装置。然而，通过适当地对稀释空气的热传递和体积流量确定大小，可能并不需要这样的干燥剂，即使在高湿度环境下。
根据本发明的另一个优选的实施例，通过将该第一气溶胶与该第一部分的稀释气体体积流量进行混合可以产生部分的第二气溶胶。
根据本发明的另一个优选的实施例，通过产生浓缩干燥粉末的第四气溶胶来浓缩该第三气溶胶，该第四气溶胶包括该第三气溶胶的至少75％的干燥颗粒但仅包括该第三气溶胶的体积流量的10％-30％。这允许使用高体积流量的稀释空气、并且因此允许快速蒸发该气溶胶，同时该浓缩干燥粉末的气溶胶仅包括可以容易地被患者吸入的这样的低体积流量，但是包括这些干燥颗粒的大多数。这还允许使用具有低蒸气压的气体(例如，空气)，但仍允许实现高蒸发速率。
根据本发明的另一个优选的实施例，在一个漩涡松弛室(relaxationchamber)中衰减该浓缩干燥粉末的第四气溶胶中的减速漩涡。这允许了使可吸入的体积流量更顺畅并且更容易限制，同时创造了这些颗粒均匀在该可吸入的体积流量中的均匀分布。
根据本发明的另一个优选的实施例，在将该第四气溶胶输出至患者以便由该患者吸入之前，将该浓缩干燥粉末的第四气溶胶限制在一个锥形收集器中。优选地，在限制该流动朝向这个连接至口罩或面罩上的出口之前，该漩涡松弛室在流动方向上延伸了一个特定的距离，以允许患者吸入受限的流量。
根据本发明的另一个优选的实施例，该第四体积流量的气体是预加热过。如果将该第四体积流量是通过从该第一体积流量中拆分出来而产生的，那么可以在拆分之前通过预加热该第一体积流量来实现这样的预加热。然而，分开地加热该第四体积流量的替代方案也是可能的，例如以类似于上述该第一和第二体积流量的方式。取决于该第四体积流量有多大，还有可能放弃加热该第四体积流量。
根据本发明的喷嘴的另一个优选的实施例，该喷嘴进一步包括：一个具有杆外壁的圆柱形杆，该杆外壁具有一个杆外径；以及一个具有环孔壁的环，该环孔壁具有的环内径略大于该杆外径；其中该圆柱形杆延伸穿过该环孔并且包括该可润湿的锥形气体离开通道；并且该环形流体离开端口是由该环孔壁与该杆外壁之间的一个环形空隙形成的。优选地，该环内径与该杆外径之间的直径差是在0.006与0.8mm之间，从而得到0.003与0.4mm之间的环形空隙宽度。这允许从该喷嘴到雾化该液体的位置的流体传递从毛细作用力中受益。
根据本发明的喷嘴的另一个优选的实施例，该环包括基本上垂直于该环形流体离开端口延伸的一个正面。这个环允许简单的组装并且允许与该喷嘴的剩余部分分开地来制造该环，这样使得可以如所需要的精确地制造其内径以便维持该环孔与该杆之间的小公差，从而使该喷嘴从毛细作用力中受益。然而，在替代方案中，还可能的是将这个部分集成为喷嘴夹持件或桶的一体式部分。
根据本发明的喷嘴的另一个优选的实施例，该杆伸出到了该环的正面之外0-1mm。这对于使流体行进至在该杆的前边缘处形成的圆形唇缘而言可能是有利的。然而，包括与该环的正面齐平或者与该环的正面相比甚至凹入的一个杆的此类设计也是可能的。
根据本发明的喷嘴的另一个优选的实施例，该环的正面是疏水性的，而该环孔壁和杆外壁是该流体容易润湿的。这对于将该流体引导至它被转化成气溶胶的位置而言是有利的。然而，在替代方案中，规则的表面也是可能的并且将该流体引导至其被雾化的位置可以通过压力差和/或毛细作用简单地进行，这样使得不需要特别容易润湿的或疏水的表面。
根据本发明的喷嘴的另一个优选的实施例，一个可润湿的锥形气体离开通道的锥体底部的直径基本上等于整个杆外径，这样使得该杆在该可润湿的锥形气体离开通道的锥体底部处以尖锐的环形唇缘终止。这允许流体通过毛细作用力和压力差二者而容易地流动穿过该杆与该环之间的空隙、越过该唇缘而进入该锥体，并且在锥体内部更靠近其顶点处(即在该杆内)被雾化。这些容易润湿的/疏水的表面支持这种流体流动。然而，在替代方案中，该唇缘不需要是尖锐的，这样使得一个不占据该杆的总直径的锥体也成为可能的设计。
根据本发明的喷嘴的另一个优选的实施例，该锥形气体离开通道围成了15与80度之间的角度。理想的锥体形状随着多个不同的参数改变，例如流动速度、环与杆之间的空隙的大小、以及雾化该流体的气体流的速度。对该锥体而言特别有利的角度是45度。优选地，该锥体的底部包括的直径在1与2mm之间，并且该喷嘴气体供应通道包括的直径在0.05mm与1mm之间。
根据本发明的喷嘴夹持件的另一个优选的实施例，该喷嘴本体包括一个圆柱形喷嘴本体基底，该圆柱形喷嘴本体基底具有一个圆柱形喷嘴本体基底外表面，该外表面具有一个喷嘴本体基底外径，其中在该圆柱形喷嘴本体基底外表面与该圆柱形桶孔壁之间形成了一个环形流体供应通道。这将更靠近该桶的周边的流体在环形的更靠近周边的通道中传递至正面，而气体流动在中央通道中被传导。然而对该流体通道而言，其他替代的设计也是可能的，例如平行于该桶中心延伸的纵向流体通道。
根据本发明的喷嘴夹持件的另一个优选的实施例，该桶包括多个径向气体供应通道，用于将气体供应至一个中央气体供应通道，该中央气体供应通道连接至该喷嘴气体供应通道上并且包括的直径比该喷嘴气体供应通道的直径大出几倍。这允许实现一种有效的径向气体供应，同时该气体平行于该桶的中心通道流动。然而，气体供应的其他设计也是可能的，例如在平行于该流体供应的方向上的轴向气体供应。
根据本发明的喷嘴夹持件的另一个优选的实施例，该喷嘴夹持件被设计为一个一次性部 件，该一次性部件在该喷嘴夹持件的第一端的紧密附近包括一个旋钮，该旋钮用于将该喷嘴夹持件插入一个气溶胶发生器的接收座中或从中取出。这允许对可吸入的药品进行预先包装并且防止误用(例如，使用错误的剂量)。然而，在替代方案中，供送包含来自散装容器的药品的流体也是可能的，例如供临床使用。
根据本发明的喷嘴夹持件的另一个优选的实施例，该桶包括一个圆柱形外表面，该圆柱形外表面被适配成恰当地配合在一个气溶胶发生器的接收座中。处于这个目的，该桶的尺寸可以进行尺寸编码，这样使得仅有特定的预先包装的喷嘴夹持件配合在该接收座中。特别是对家庭使用而言，这样的预先包装的设计是非常值得推荐的，避免了任何错用以及对错误药品的无意使用。优选地，该喷嘴夹持件和该流体筒被预组装成一个一次性单元。
根据本发明的喷嘴夹持件的另一个优选的实施例，该喷嘴夹持件流体进入端口是被适配成用于接收一个一次性流体筒的鲁尔接头。然而，在替代方案中任何其他流体密封的接头是起作用的。
根据本发明的优选的实施例，该喷嘴是一个可拆卸地附接至该流动调节器上的可拆卸喷嘴夹持件的一个一体式部分。这允许对于患者的每个递送过程来更换这个包含该喷嘴和喷嘴夹持件的单元，从而避免任何污染问题或对非既定药品残留物的递送。
根据本发明的另一个优选的实施例，带有该一体式喷嘴的该可拆卸喷嘴夹持件是在该流动调节器中被保持在一个定心接收座中的一个一次性部分，该定心接收座包括大于1的长宽比。这样具有的优点是允许将该喷嘴完全按照预期进行定中心、并且因此呈现对称的气溶胶羽流。另外，它允许控制仅将特定的喷嘴插入特定的接收座中并且因此避免使用错误的喷嘴。如果该药品被预先包装在一个储存器中，该储存器连接至作为一次性联合部分的一次性喷嘴加上喷嘴夹持器上，这可能是特别重要的。然而，具有大于或小于1的长宽比的其他定心设计、或在任何其他替代方案中允许该喷嘴的精确定向的定心设计也是可能的。
根据本发明的另一个优选的实施例，该接收座是延伸到该第一隔流板之外的一个狭长圆柱形孔，并且该喷嘴夹持件是一个具有圆柱形外表面的圆柱形部分并且被恰当地插入该狭长圆柱形孔之中，该狭长圆柱形孔包含多个容纳了O形环的环形凹槽，这些O形环与该喷嘴夹持件的圆柱形外表面处于密封接触中。优选地，在该狭长圆柱形孔中提供了至少两个间隔开的O形环并且在这两个O形环之间提供了一个圆周凹槽，其中该第一体积流量的加压气体的至少一部分经由该凹槽被引入该喷嘴夹持器中的多个开口中，这些开口连接至将加压气体供送给该喷嘴以形成该第一气溶胶的一个喷嘴夹持件加压气体通道。这样的设计具有的优点是，可以在一个径向方向上供应该气体(例如，空气)并且留下更多空间以用于将该喷嘴夹持件在轴向方向上插入并且移出而气体供应不造成任何阻碍。另外，它允许了在轴向方向上无阻碍地接入以便将它连接至流体供应上或以便插入一个包含该喷嘴、喷嘴夹持件和流体储存器的一体式装置。然而，在替代方案中，其他设计也是可能的，例如轴向的或倾斜的气体供应。
根据本发明的另一个优选的实施例，连接至该第一进口上的第一分流器将该第一体积流量的加压气体分成：第一部分的体积流量，其被供送至该可拆卸喷嘴夹持件中；以及第二部分的体积流量，其被转向至一个逆流管中，该逆流管具有一个逆流管离开端口，该逆流管离开端口与该喷嘴夹持器及其一体式喷嘴是基本上共轴的并且指向该喷嘴的相反方向以便产生逆流。并且这种设计的优点是，由该第一部分的体积流量形成的原始气溶胶被该第二部分体积流量捕获。优选地，在将该第一体积流量分成该第一部分和第二部分的体积流量之前，该第一体积流量可以被预加热。这减少了加热器的数量。然而，其他设计也是可能的，即，将连接至该喷嘴和该逆流管上的来源完全分开，从而允许对这些体积流量的其中之一、二者进行加热或均不加热。
根据本发明的另一个优选的实施例，在该第一稀释气体隔流板与该第二稀释气体隔流板之间的空间中提供了一个第二分流器，以用于将该第二体积流量的稀释气体分成：第一部分的稀释气体体积流量，其被引导到该第二稀释气体隔流板的中央区域中，在这里它穿透该第 二稀释气体隔流板，而剩余的第二部分的稀释气体体积流量穿过在该第一稀释气体隔流板与该第二稀释气体隔流板之间的空间，在这里它穿透该第二稀释气体隔流板而更靠近其周边区域。这种设计具有的优点是，提供了最初创造的并且接着任选地被捕获的气溶胶与该稀释空气的良好的混合作用。在这些更靠近周边的区域中的流量实现了：该被捕获的气溶胶羽流不仅被混合而使得创造了所希望的流动轮廓，而且还提供了关于这种流动轮廓的更多控制。对于避免气溶胶在该流动调节器上或蒸发室的壁上的任何沉积而言这是特别希望的。然而，不将该稀释空气流量分成在该中心和在该周边区域中的两个部分的稀释空气流量的其他设计也是可能的。若干不同的参数(例如，流动速度以及每分钟必须被雾化的液体的量)可以决定拆分成中央和外周流量是否是有用的。
根据本发明的另一个优选的实施例，该第二稀释气体隔流板的中央区域包括在该第二稀释气体隔流板的以下侧面上陷入的一个凹形形状：在该侧上该第二部分体积流量的稀释气体离开该第二隔流板。已经证明这种设计对于避免气溶胶沉积在该第二稀释气体隔流板上是有利的。然而，取决于这些参数，替代的设计(像该第二稀释气体隔流板的正面的平面或甚至凸形形状)也是可能的。
根据本发明的另一个优选的实施例，该第二稀释气体隔流板的中央区域的外周边包括一个轮缘，该轮缘伸出到该第二隔流板的周边区域之外并且有助于在组装和拆卸过程中容易地定位和移除该隔流板。优选地，该轮缘包括一个具有圆柱形抓握凹槽的圆柱形表面。这样的设计可以特别容易地通过上述凹形形状来实现，从而允许该第二稀释气体隔流板的中央部分的轮缘在该第二稀释气体隔流板的外周部分的基础上抬高。在替代方案中，用于安装和移除该第二隔流板的其他设计也是可能的，例如彼此间隔开的多个分立的突出部。
根据本发明的另一个优选的实施例，该第二分流器是环形的并且延伸穿过该第一稀释气体隔流板与该第二稀释气体隔流板之间的空间、并且包括多个径向开口，该第一部分的稀释气体体积流量穿过这些开口而朝向该第二稀释气体隔流板的中央区域。优选地，该第一和第二稀释气体隔流板以及该第二分流器形成了一个预组装的组件群组和一个一体式组成部分中的一种。这允许实现结构坚固的设计，其中该环形分流器可以具有该第一与第二隔流板之间的间隔物的功能，或包括该第一隔流板、第二隔流板以及该环形分流器的整个群组可以被一体地形成为一个单个的组成部分。该分流器中提供的这些孔的累计尺寸决定了朝该中心拆分的部分稀释空气流量为多少。在替代方案中，其他设计也是可能的，例如该第一和第二隔流板之间的间隔开的柱、或可以朝该第二隔流板的中心拆分所需量的流量的任何其他形式或形状的通道。
根据本发明的另一个优选的实施例，该第一稀释气体隔流板的外周边是由多个城齿(merlon)形成的，这些城齿由多个槽缝环圆周地间隔开，该第二体积流量的稀释气体通过这些槽缝而穿透该第一稀释气体隔流板并且进入该第一稀释气体隔流板与该第二稀释气体隔流板之间的空间。优选地，该第一稀释气体隔流板被插入一个包括圆柱形内壁的圆柱形壳体之中，并且这些城齿恰当地配合在该壳体中，这样使得这些是与该内壁紧密相邻的或相接触的，因此沿着该第二隔流板的圆周由这些槽缝、这些城齿和该圆柱形壁限定了多个开口。该第一与第二稀释气体隔流板之间的空间可以起到一个压力平衡室的作用。另外，这些间隔开的槽缝使该流量平衡。然而，替代的设计也是可能的，例如代替城齿和凹槽，沿着该第一稀释气体隔流板的圆周间隔开的多个分立的孔。
根据本发明的另一个优选的实施例，该逆流管包括一个基本上直线的进口端，该进口端基本上平行于该喷嘴夹持件延伸并且穿透了该第一和第二隔流板、并且在一个外端中终止，该外端包括一个180度的弯头，该弯头通向该逆流管离开端口。优选地，该基本上直线的进口端可以包括一个定位板，该定位板可以被插入定位槽缝中。通过这些措施可以保证，该离开端口是与该喷嘴精确对齐的，这样使得围绕该喷嘴形成了对称的气溶胶羽流。
根据本发明的另一个优选的实施例，该第一进口端口和该第二进口端口中的至少一个被连接到对应的加压气体加热室和稀释气体加热室中的至少一个上，这些室中包括对应的加压 气体加热器和稀释气体加热器，以用于对该第一体积流量的加压气体和第二体积流量的稀释气体中的至少一个进行预加热。因此可以按照需要独立地控制这些不同流量的加热。然而，取决于不同的参数(例如，每分钟有待蒸发的液体的量、用于蒸发的气体、以及必须被蒸发的液体)，也可能的是在不对任何气体体积流量进行预加热的情况下实现完全蒸发或蒸发到所希望的程度。
根据本发明的另一个优选的实施例，这些稀释气体加热器是具有楔形末端的狭长红外线灯泡，并且对应的加热室是一个管，该管包括对应的管内壁，并且该第二体积流量的稀释气体被引导穿过该对应的红外线灯泡与管内壁之间的空隙，该第二流量的稀释气体的流阻在200升每分钟的流量下是在13mm水的量级上。已经证明这是一个特别有效的加热器，同时提供了低流阻。然而，其他形式的加热也是可能的，例如通过用电阻加热线圈环绕该气体供应管进行对流而电加热。
根据本发明的另一个优选的实施例，在该稀释气体加热室的上游提供了一个鼓风机，该鼓风机连接至该第二进口端口上以便将该第二体积流量的稀释气体供送穿过该加热室并且进入该第二进口端口中。此类鼓风机可以提供高体积流量的稀释空气。然而，替代的气体源(例如，压缩机或气体瓶)也是可能的。
根据本发明的另一个优选的实施例，该第二体积流量的稀释气体是在100与200升每分钟之间，并且跨越该流动调节器从该第二进口起的压降在200升每分钟的流量下是在2英寸水的量级上。这种低压降允许由一个简单的鼓风机来替换高功率压缩机，该鼓风机仅占压缩机的尺寸和功率消耗的一个非常小的部分。
根据本发明的另一个优选的实施例，第一组的较长缝隙状开口从靠近该加速板和减速板的中心的一个位置延伸到更靠近其外周边的一个位置，而第二组的较短缝隙状开口从与该中心间隔开的一个位置延伸到更靠近该外周边的一个位置。这导致了这些缝隙状开口具有至少两个不同的长度，即，一个长度是从靠近该加速板的中心并且对应地从靠近该减速板的中心的位置一路延伸至其外周边，而另一组开口是较短的，仅从相对于该中心而言偏离的一个位置延伸并且从这个偏离位置一路延伸至该外周边。这种缝隙分布实现了，在更靠近该周边的位置处的累计开口表面与更靠近该加速板和减速板的中心处是几乎相同的。这是用于保持该浓缩器的总低流阻很低而同时允许由该加速板的离开侧上的基底表面与该减速板的进入侧上的基底表面之间的空隙所形成的径向通道的累计宽度大致相同的一种措施。这些径向的排放通道在容纳了这些加速通道和减速通道的这些带刻纹部分之间延伸。然而，还可能的是，在替代设计中，不是所有的通道都一路延伸至上述周边。还有可能除了这些缝隙状开口外还容纳其他形式的开口，例如，圆形的或三角形的开口。缝隙状开口正好证明对于提供无阻碍的径向排放通道是特别有效的，并且如所描述的使用不同的长度在保持整个圆形加速板和减速板上的开口表面对于单位表面积的板而言是均匀的这方面是特别有效的。
根据本发明的另一个优选的实施例，第三组的具有的长度在该第一组较长开口与第二组较短开口之间的中等缝隙状开口分别从与该中心间隔开的一个位置延伸到更靠近该外周边的一个位置、并且与该中心相隔的距离比第二组缝隙状开口更短。这是另一个优选的变体，在这种情况下包括该第三组开口，并且实现了与投影的板表面相比更均匀分布的开口表面。
根据本发明的另一个优选的实施例，该第一组开口的这些缝隙状开口包括四个环圆周地以90度角度彼此间隔开的缝隙状开口，该第三组缝隙状开口包括四个环圆周地以90度角度彼此间隔开并且与该第一组缝隙状开口中对应的相邻缝隙状开口成45度的缝隙状开口，并且该第二组缝隙状开口包括八个环圆周地以45度角度彼此间隔开并且与该第一组和第三组缝隙状开口中对应的相邻缝隙状开口成22.5度的缝隙状开口。这种角分布另外实现了与投影的板表面相比开口表面均匀分布的目标，而同时也实现了这些径向通道的均匀分配，以便允许废弃的体积流量作为排气低流阻地逸出。
根据本发明的另一个优选的实施例，提供了一个连接器，该连接器包括在该减速板处的隆起的定位件以及在该加速板处的相应凹陷式接收座、或在该加速板处的隆起的定位件以及 在该减速板处的相应凹陷式接收座中的一种，以用于将该加速板和减速板在径向和圆周方向上相对于彼此进行定位，这样使得这些加速板和减速板被对齐成是彼此平行的并且彼此间隔开所述空隙，其中这种对齐包括在圆周方向上的角取向使得这些加速板离开开口与这些减速板进入开口是基本上对齐的。为了获得最小的流阻，至关重要的是，该加速板的离开开口与该减速板的进入开口是精确地成直线重叠的。这需要该加速板和减速板在径向和在圆周(角度)方向上精确对齐。另外，这种隆起的定位件-凹陷式接收座的连接可以有助于将该加速板和减速板定位成彼此精确平行，这样使得该加速板与减速板(具体而言是该加速板的离开开口与该减速板的进入开口)之间的空隙对用于所有的离开开口-进入开口对而言都是确切相同的。然而，这种平行性也可以是通过该加速板和减速板的外周边上的插口单独建立的或除了该定位件-接收座的连接之外另外建立的。
根据本发明的另一个优选的实施例，该隆起的定位件和相应的凹陷式接收座是十字形的。虽然其他形状也是可能的，例如方形、矩形或三角形，但是十字形允许该加速板和减速板相对于彼此特别精确的定向而同时不占据太多空间，这些空间可以更好地用于这些缝隙状开口以便实现低流阻。
根据本发明的另一个优选的实施例，这些缝隙状的加速板离开开口为0.4-1.6mm宽，这些减速板进入开口为0.6-2mm宽，这些加速喷嘴的累计长度为10-25cm，并且该加速板基底表面和该减速板基底表面之间的空隙为0.8-2cm。当然，其他尺寸也是可能的。然而，这些不同的测量值彼此之间的关系优化了实现低流阻的目标，并且同时在低体积流量中高效地浓缩可以容易地被患者吸入的气溶胶颗粒。优选地，该第二体积流量包括该第一体积流量的10％-20％，而该第三体积流量包括该第一体积流量的80％-90％。优选地，该浓缩器包括这样的浓缩效率：使得该第一体积流量中的85％的颗粒被包含在该第二体积流量中而该第三体积流量仅包含来自该第一体积流量的15％的颗粒。然而视情况而定，，较低效率也是可以接受的，例如70％的效率。可接受的效率可以由各种不同的参数所驱使，例如，药品的成本或可接受的传送速率。同样，将该体积流量拆分成有用体积流量(例如，可以被患者吸入)以及废弃体积流量的百分比可以在较宽的范围内变化。
根据本发明的另一个优选的实施例，经组装的加速板和减速板被封装在一个罩中，该罩包括一个径向开口，该第三体积流量通过该径向开口被引导到一个排出端口。这提供了用于废弃体积流量的低流阻排放的另外措施。优选地，跨越该浓缩器的流动压降在直至250升每分钟的气体流量以及40升每分钟的气溶胶输出流量下为1mm水或更小。
根据本发明的另一个优选的实施例，这些减速通道中的至少一些从该进入开口起在该减速板的离开开口的方向上逐渐变宽，并且该减速通道的一个壁包括线性、凸形或抛物线形的形状中的一种。以类似方式，这些加速通道中的至少一些从这些进入开口起在该减速板的离开开口的方向上逐渐变窄，并且该加速通道的一个壁包括线性、凸形或抛物线形的形状中的一种。特别地，抛物线形状已经证明能提供低流阻。
根据本发明的另一个优选的实施例，提供了一个漩涡松弛室以用于在该气溶胶被一个锥形收集器限制在输出端口中之前衰减这些减速漩涡。优选地，该锥形收集器具有一个抛物线形状的壁。虽然限制该有用的体积流量并不是绝对必要的，但是这种设计具有的优点是平衡了颗粒分布并且减少了沉积物，尤其是当提供了在流动方向上延伸一定长度(例如约等于该减速板的直径的一半的长度)的漩涡松弛室时。这种措施也降低了流阻。然而，在替代的设计中，还可能的是放弃流动限制并且提供直接从该减速板的出口到目的地(例如，到吸入器面罩中)的流动。
在此，本披露描述了如何浓缩相对高体积(直至300升/分钟)的低压气溶胶。这些缝隙被径向地安排成使得该排气在这些缝隙之间被径向地被动地排出。这样的设计具有许多优点：
a)该稀释气体是由小的(2英寸x2英寸x1英寸)气体鼓风机或风扇提供的。
b)该装置不需要紧密的高压密封，因此能够容易地组装和拆卸以便清洁和维护。
c)该排气不需要负压源并且因此在大气压力下被排出。
d)该局部逆流射流是结构稳定的，具有精确的可重复的共轴对齐。
e)该集中的经加热的射流和逆流气体与该集中的红外辐射一起提供了对气溶胶的快速干燥，从而减少了壁损失并且增大效率而且增强了该装置产生密度低于1gm/cc的颗粒的能力。
由液体产生气溶胶的具有可再填充式储存器的装置具有关于其维持清洁度的问题。用于多次吸入的装置在喷嘴或孔口被堵塞时可能具有不可预知的或减少的输出量。当有待雾化大分子(例如，蛋白质、表面活性剂)以及其他更大分子时，这尤其是个至关重要的问题。本披露通过使用具有一体式单道次喷嘴的可更换的或一次性的的筒解决了这些问题。
在本发明的气溶胶发生器中，为了描述该气溶胶发生器的目的，可以指明以下组件群组：该喷嘴和喷嘴夹持件及其接收座，该流动调节器及其隔流板，该逆流管和该蒸发室，该虚拟撞击器(virtualimpactor)、该漩涡松弛室以及该气溶胶传送锥体。这些组件群组彼此相互作用而形成一个便携的紧凑装置，用于由物质的水性(或该蒸气压溶剂)溶液或悬浮液来产生经浓缩的干燥气溶胶，其中所得的气溶胶是一种包含原始溶质或悬浮物质的干燥的浓缩气溶胶。确切地说，本发明涉及证明这可以在实际的紧凑便携装置中得以实现的方法。此外，这种装置能够在该气溶胶羽流基底的紧密附近处实现溶剂的极其快速的蒸发，促进了具有小于1的密度的蛋白质颗粒的产生。
贯穿本发明每个方面，最主要的设计约束是通过使用略高于大气压的稀释气体而使该装置全面运作。这对供患者使用的便携式浓缩气溶胶传送系统而言具有两个突出的优点。首先，对于尺寸、重量以及噪音考虑因素而言，仅结合了非常小的具有有限压头的风扇或鼓风机。其次，低压接头的使用能够实现容易的组装和拆卸以便清洁和维护。
另一个设计标准是将经加热的压缩气体提供至喷嘴和逆流喷口以便实现尽可能快速的溶剂蒸发。另一个设计标准是结合可互换的可拆卸喷嘴夹持件和喷嘴。这提高了该装置的商业灵活性和功能性。这个流动调节器是紧凑的并且对气体流动具有非常低的阻力。
这个装置的特征包括：a)一个紧凑的两级流动调节器，其带有一体式接收座以用于接收可更换的喷嘴夹持件，b)一个逆流压缩气体分流器和逆流管，c)具有低的气体流阻和热惯性的气体加热器，d)附近的红外辐射，e)用于颗粒>0.5微米的低阻力高效气溶胶浓缩器，f)低阻力的提取后气体过滤的能力，以及g)空气动力学设计的收集“锥体”以用于收集该经浓缩的输出气溶胶。这种装置的仪器形式可以被用来针对有待作为可吸入气溶胶传送的特定溶质(悬浮液)/溶剂的溶液而定制该气溶胶干燥过程的参数。本发明可以被用来传送药物而不需要使用辅料，该粉状药物的再次雾化总是需要这些辅料的。包括的蛋白质的生物治疗药物可以直接传送给患者。这样产生的颗粒可以具有小于1的颗粒密度可以或小于0.04的振实密度。
经由通向压力调节器的快速断开件来提供压缩气体。来自这个调节器的压缩气体穿过一个加热器并且接着到达流动调节器歧管上的一个端口。在该歧管内，该流量被重新导向两条路径：a.导向喷嘴夹持件并且因此导向产生气溶胶的喷嘴，以及b.导向一个逆流管，该逆流管的离开端口沿着与该喷嘴相同的轴线对齐。小的鼓风机提供了在很高流量(100至300升每分钟)下的低压气体源。(替代地，可以使用压缩气体源)。这个气体穿过一个加热器并且接着进入该两级流动调节器歧管上的一个端口中。这个流动调节器确保了在一个相邻的耐热玻璃或石英圆柱形蒸发室中的均匀流动。来自该两级流动调节器的气体进入这个蒸发室中。来自与这个蒸发室相邻的红外灯以及反射器的红外辐射透射穿过该室并且被该室的相反侧上的第二聚焦反射器反射。这个蒸发室被连接至一个虚拟撞击器型气溶胶浓缩器上。该气体进入一个加速喷嘴板中的多个加速缝隙喷嘴。这种气体的一小部分(包含大部分颗粒)通过虚拟撞击板中的多个收集减速喷嘴而离开该浓缩器。这些减速喷嘴与这些加速喷嘴是精确对齐的。从这些减速喷嘴中所得的气溶胶在该松弛室中以漩涡的形式损失其大部分动能，该松弛室连接至该浓缩器的出口上。之后，该气溶胶流动穿过一个楔形气溶胶收集锥体，在其 末端处该气溶胶离开。该气体流量的主要部分从对应的加速喷嘴板和减速喷嘴板中的这些加速喷嘴和这些减速喷嘴之间的这些空隙离开。接着这个排气在一个通气室(plenum)内流动至一个任选的过滤器以便去除任何残留在该排气中的悬浮颗粒。
替代地，为了用于可获得充足的压缩气体供应的情况下，一个用于压缩气体的快速断开件经一个T形接头连接至两个压力调节器上：一个用于高压气体并且另一个用于低压气体。该高压调节器经由一个气体加热器连接至该两级流动调节器的歧管上，如以上所描述的。将这种压缩气体重新导向两条路径，如以上指出的。将该低压调节器连接至稀释气体加热器上并且接着连接至该流动调节器上，如以上指出的。
该压缩气体提供了用于该雾化喷嘴以及用于该逆流气体的能量。该逆流气体相对于该喷嘴形成的气溶胶羽流共轴地并且在相反的方向上流动，这样使得该逆流气体捕获并且稀释了该羽流。根据所希望的使用，将该高压气体加热直至150摄氏度。通过在该使用了相关联的PID控制器的加热器上游的压缩气体流中使用热电偶来调节这个温度。将这种经加热的压缩气体经一个快速断开件传送至该流动调节器歧管上。在该流动调节器歧管内这个流量被拆分。一个流束经过一个小孔口并且直至该逆流管。该小孔口的直径决定了该逆流管中的气体流量。这个流量典型地类似于或略高于穿过该喷嘴的气体流量。另一个气体流经过环绕着该流动调节器中的圆柱形接收座的一个环。喷嘴夹持器中的多个端口与这个环对齐并且因此气体流经该喷嘴夹持件的这些输入端口、经过两个传导通道而到达一个小的压力平衡室并且接着到达喷嘴。该流体经一个中央通道被传送至该喷嘴。取决于应用，一个外部泵提供了在0.1与5毫升/分钟之间的流体流速。通过压缩气体与流体之间的相互作用产生了气溶胶。这样产生的气溶胶羽流被来自该逆流管的气体射流捕获。来自该流动调节器的暖和稀释气体既增强了该流体的蒸发又将这些颗粒朝该气溶胶浓缩器输送穿过该蒸发室。由该红外灯和该室的相反侧上的相应反射器所供应的红外辐射增强了液体从这些颗粒中的蒸发。接着这些颗粒在穿过该虚拟撞击器时被浓缩并且经由该输出锥体被传送至输出口。该输出流具有小的正压力并且通过连接至该输出口的设备或人进行调节。
替代地，当可获得充足的高压供应时，该压缩气体进入外部的快速断开式接头中并且通过使用该T形接头被拆分成两个流束。一个流束流向该高压调节器并且另一个流向该低压调节器。使用调节器而不是阀来控制这两个调节器下游的气体流量和压力。这种设计能够实现对这些相当多样的流量和压力的优异控制，同时将由于上游的压缩气体压力的波动或用另一个调节器进行的调整导致的这些流量和压力的任何变化最小化。在这个优选的实施例中，这些上游压力总体上在30与100psi之间。这并不排除使用更高或更低的压力。该低压调节器控制下游流量为从100至300升每分钟。
为了达到最佳性能，该稀释气体以及被传送至该喷嘴和逆流管的压缩气体应该是干燥并且经加热的。由于这个装置是计划用于药理学活性的气溶胶的可吸入传送，所以应准备好在一分钟的开启时间内使用。因此，该经加热气体的温度必须在一分钟内升高至操作温度。这需要加热器具有低热惯性并且展现出从加热器到流经它的气体的高能量传递。尤其是在稀释气体的情况下，这个加热器必须提供最小的气体流动阻力。这促进了小的气体鼓风机的使用。具有低的气体流阻的加热器将所需要的气体鼓吹器的尺寸和压头最小化。在本披露中描述了具有大的长宽比的径向缝隙以便将终端效应最小化并且提供供排气离开的清晰路径。多个缝隙长度的使用实现了两个目标：a)将这些缝隙的总累计长度最大化以便将跨越该浓缩器的压降最小化以及b)实现在该蒸发室的出口处相对均匀的流动以及同心地相对均匀地跨越该浓缩器的流动。
本发明的一个或多个方面的这些和其他优点将通过考虑随后的描述和附图而变得清楚。
附图说明
图1是用于产生干燥暖和的稀释气体并且将其传送至该流动调节器的这些部件以及用于加热并且将热气体传送至该喷嘴夹持件和该逆流管中的这些部件的透视图。
图2A示出了喷嘴夹持件的第一实施例的透视图。
图2B示出了图2A中所示出的喷嘴夹持件的纵向截面。
图2C示出了图2A中所示出的喷嘴夹持件的侧视图。
图2D示出了喷嘴夹持件的第二实施例的纵向截面，其中在图2A、2B和2C中展示的喷嘴夹持件上的旋钮用包含有待雾化的液体的一个筒所替换。
图3A示出了喷嘴本体和环的分解透视图，该环配合在从该喷嘴本体伸出的杆上。
图3B示出了该喷嘴夹持件的桶的颈部区段内的、喷嘴的局部纵向截面(在图3D中表示为T)。
图3C示出了喷嘴夹持件的纵向截面，在图3E中表示为R-R。
图3D示出了该喷嘴夹持件在与图3C相比旋转90度并且与图3F中所展示的侧视图一致的纵向截面，这个纵向截面被表示为P-P。
图3E示出了该喷嘴和桶的前端视图并且展示了图3C中所示截面R-R。
图3F示出了喷嘴夹持件的侧视图，展示了图3D中所示出的截面P-P。
图4A示出了流动调节器歧管和喷嘴夹持件的分解透视图以及这个喷嘴夹持件与其插入该流动调节器歧管内的部分之间的关系。
图4B示出了流动调节器的前视图并且展示了图4C中所示出的截面。
图4C示出了如图4B所展示的流动调节器的分解纵向截面(在图4B中表示为Y-Y)以及该喷嘴夹持件在它被插入其中的接收座开口处的截面。
图5A示出了该流动调节歧管和多个隔流板的在图5B中表示为截面H-H的纵向截面以及该流动调节歧管与该蒸发室的壁之间的关系。
示出了到通向该喷嘴夹持件和逆流管的压缩气体流动路径。
图5B示出了图5A中所示出的流动调节器的前视图并且展示了图5A中所示出的流动调节器的截面。
图5C示出了该流动调节器的分解透视图。它示出了该流动调节器和该逆流管的细节。
图5D示出了该流动调节器与该蒸发室和虚拟撞击器型气溶胶浓缩器的加速板一起的纵向横截面(在图5E中表示为F-F)以及该装置的这些部件之间的相互关系。
图5E示出了该浓缩器的截面视图，展示了在图5D和5F中示出的流动调节器、蒸发室和该浓缩器的的加速板的纵向截面视图。
图5F示出了如图5E所示的流动调节器、蒸发室和该浓缩器的的加速板的纵向截面(在图5E中表示为J-J)。还示出了该输入稀释气体端口与该流动调节器的第一压力平衡室的关系。
图6A示出了如图6B所示的流动调节器、蒸发室、浓缩作用、入口锥体、红外灯以及反射器的纵向截面(在图6B中表示为J-J)，示出了这些部件各自之间的相互关系。
图6B示出了如图6A所示的流动调节器、蒸发室、浓缩作用、入口锥体、红外灯以及反射器的后视图。图6C示出了图6A所列举的这些部件的仰视透视图，展示了它们相对于彼此的位置。
图6D示出了图6A所列举的这些部件的俯视透视图，展示了它们相对于彼此的位置。
图7A示出了该加速板的输出侧的透视图，展示了喷嘴长度和带刻纹的设计的不同、以及用于使这个加速板与该减速板上隆起的十字精确对齐的一个居中定位的凹形(female)陷入式十字。
图7B示出了该减速板的输入侧的透视图，展示了减速喷嘴长度和带刻纹的设计的对应不同、以及用于使该减速板与该加速板精确对齐的凸形的(male)隆起的十字。还示出了环绕该减速板的一个罩。
图7C示出了如图7D所示的蒸发室、浓缩器和气溶胶输出锥体的纵向截面(在图7D中表示为截面K-K)，示出了这些部件的相互关系。
图7D示出了图7C中所展示的蒸发室、浓缩器和输出锥体的截面的侧视图。
图7E示出了图7F中所展示的蒸发室、浓缩器和输出锥体的截面后视图。还展示了该带刻纹的排气锥体和端口。
图7F示出了该蒸发室、浓缩器和输出锥体的纵向截面(图7E中表示为H-H)。
附图详细说明
参照图1，出于描述该气溶胶发生器的目的，可以指明以下组件群组：a)稀释气体干燥室、鼓风机和加热器，b)压缩气体加热器，c)流动调节器歧管，以及d)逆流管。
输入气体调节
用于稀释并蒸发液体气溶胶的低压气体行进穿过这些流动部件。气体干燥器1002包含干燥剂1003，例如但不限于氧化铝粒料。这个室1002通过一个气体过滤器1021和一个接头1022连接至一个微型鼓风机1001或等效的气体鼓吹器上。该鼓风机通过一个流量测量装置1023被连接至一个稀释流加热器1004上。该流量测量装置可以是呼吸速度计、热丝流速计、质量流量计或其他低阻力装置。该加热器1004包括一个耐热圆柱体1005(OD为1.0英寸，ID为0.75英寸)。在一个优选的构型中，这个圆柱体由陶瓷制成。居中定位在该管内的是一个快速加热式红外线灯泡1006。在一个优选的构型中，这种快速响应式红外线灯泡1006具有多个楔形末端以减小气体流阻。这个陶瓷加热管1005恰好配合在接头1007中，该接头具有一个直角的管腔。接头1007的另一开口具有一个楔形的接收座(未显示)。这使得能够将一个类似的楔形凸形接头(未显示)容易地布置在一个流动调节器歧管1020上。在一个优选的构型中，这个端口和接收座上的这些楔形件是标准的22毫米的呼吸用楔形件。在接头1007的直角形通道的管腔内的气体流中布置了一个铁康铜热电偶(未显示)。这个热电偶连接到一个温度调节装置1008上。在一个优选的实施例中，该温度调节装置是一个PID控制器，该控制器调节供应至该红外线灯泡1006的功率。
用于在带有喷嘴1024的筒1101中产生流体的气溶胶并且还提供一个共轴的逆流流通式逆流管1102以便阻止气溶胶羽流的高压气体包括以下部件。压缩气体进入接头1019并且在加热器1011中变暖。在一个优选的构型中，这个加热器包括一个OD为0.75英寸且ID为0.56英寸的陶瓷管1009，一个红外线灯泡1010被布置在其中。将一个铁康铜热电偶定位在快速断开件1032的凹形件上的出口气体流(未显示)中或该加热器1011下游的其他方便位置。这个热电偶被连接到一个温度调节装置上，例如一个PID控制器1012。这个快速断开件经一个特氟纶管1031连接到一个直角接头1013上。出于展示的目的，已经插入了一个管1060以便展示该压缩气体流到该流动调节器歧管1020的入口4028的连接性(参见图4C)。实现所希望功能的其他构型也是可能的。
输入气体调节
由该微型鼓风机1001或等效的气体鼓吹器提供直至300升的稀释气体。当室内气体的相对湿度高于有待干燥的经雾化的流体体积的希望值时，这个稀释气体可以穿过包含该干燥剂1003的气体干燥室1002。这个干燥气体穿过该过滤器1021以便保护该鼓风机不受磨损(由于任何干燥剂粉尘)、经由接头1022而到达鼓风机1001。这个干燥气体由鼓风机1001推进穿过该流量计或流动测量装置1023而到达该稀释流加热器1004。当该气体穿过该红外线灯泡1006与处于陶瓷管形式的耐热圆柱体1005的内壁之间时，该气体在加热器1004中被加热。离开该管的气体的温度是用直接布置在气体流中的铁康铜热电偶(未显示)测量的并且通过使用调节供应至该加热器灯泡1006的功率的该温度调节装置1008(例如，PID控制器)将该气体维持在所希望的温度下，典型地是35℃-45℃。同样地，用于该喷嘴和逆流气体的压缩气体穿过该加热器1011。当该气体穿过该红外加热器1010与该陶瓷管1009之间时，该气体被加热。离开该管的气体温度是用铁康铜热电偶(未显示)测量的并且通过使用第二PID控制器1012维持在所希望的温度下，典型地是100-140摄氏度。这个PID控制器调节该红外线灯泡1010中的功率。
在本发明的另一个优选的构型中，可以将压缩气体用作稀释气体源。在这种情况下，压力调节器将替换该稀释气体鼓风机1001。总体上已经去除了压缩气体或其他气体的大部分 (如果不是所有)水分。在这种情况下，一个输入高压接头通过一个高压管和T形件被连接至两个气体压力调节器(未显示)上。一个调节器控制通向该压缩气体加热器1011的气体流量并且另一个调节器经由现在布置在该调节器与该稀释流加热器1004之间的流量测量装置1023来控制气体流量。
可更换的喷嘴夹持件和喷嘴
图2A至图2C示出了展示喷嘴夹持件的优选构型的特征的一个示意图。该喷嘴夹持件包括一个产生气溶胶的喷嘴1024，该喷嘴被安装在一个桶2001末端处的颈部2003上的接头2112内。从该桶到该颈部2003逐渐变窄使得气体能够沿着与该喷嘴相邻的颈部顺流。这最大限度地减小了由于该喷嘴附近的一个大的平坦表面将会引起的涡流所导致的在该喷嘴面部上的任何颗粒沉积。图2B中的喷嘴1024是与一个小的压力平衡室2105邻近的，该平衡室进而被连接至终止于一个或多个端口2008处的两个室。在该喷嘴紧密附近的并且与该喷嘴孔口共轴的一个管2104被连接至另一个通道2103和2107而到达一个连接器2005。在该桶的另一端处有一个具有若干圆周凹槽的旋钮2006，以便允许容易地将该喷嘴夹持件插入该流动调节器歧管1020内的接收座(参见图4A和图4C的4030)中并从中拔出。连接器2005在与该喷嘴相反的末端处能够实现流体管线(未显示)的附接。在一个优选的构型中，这是鲁尔连接器。桶2001中的多个端口2008与该流动调节器歧管1020中的压缩气体供应凹槽(参见图4C的2071)接界。根据本发明，必须将这些喷嘴夹持件插入该流动调节器中。这个特征从根本上消除了患者对这个喷嘴夹持件的不加区别的使用。这保护了患者并且有助于确保该筒的内容物的适当传送。
在图2A、2B、2C和2D的一个优选的喷嘴夹持件中，喷嘴1024需要高压气体和高压流体以便产生满意的气溶胶。该流体端口2005通过通道2007被连接至通道2103和管2104上。在一个优选的构型中，这个管2104具有0.03英寸的内直径并且具有一个端口2110，该端口被定位在距该喷嘴1024中一个直径为0.014的孔口为一到1-2个直径之处。提供这些尺寸不是为了排除其他直径和距离，而是作为工作实例。该喷嘴1024被包含在该接头2112之内以确保该孔口和该管2104正好是共轴的。这个设计是作为一个实例提供的。用其他设计可以实现类似的构型。这些压缩气体进气端口2008位于该喷嘴夹持件的桶2001的一侧上。这些端口2008连接至通向该压力分配室2105的一个或多个通道2101上。这个室2105延伸进入该喷嘴本体中以便促进围绕该管2104的气体均匀流至该喷嘴中的孔口。在喷嘴1024的出口处形成了一个液体气溶胶羽流2106。该旋钮2006充当一个停止件来限制该桶2001插入该流动控制器歧管1020中的接收座4030(图4A和图4C)中的距离。旋钮2006上的这些圆周凹槽有助于将该喷嘴夹持件容易地插入该流动调节器的桶中并且将其从该流动调节器中取出。
在喷嘴夹持件的这个构型中，由一个外部泵(未显示)通过该喷嘴夹持件上的端口2005来供应流体。该流体流束流经通道2007并且沿着该喷嘴桶2001的中心穿过该中央通道2103。该管2104将这个流体输送至其端口2110。压缩气体通过该桶2001的任一侧上的端口2008而进入。这个压缩气体进入该中央通道2103的任一侧上的一个或多个通道2101。这些外部通道将该压缩气体输送至该压力平衡室2105中。该室2105中的压缩气体围绕该管2104流动，致使该流体流经该喷嘴1024的孔口中心而该流体不与该孔口相接触。通过将穿过这个喷嘴1024的这个流体流动聚焦而产生该气溶胶。在该孔口的下游侧处，形成了液体气溶胶羽流2106。
在另一个优选的构型(图2D)中，一个圆柱形筒2020被结合在喷嘴夹持件中以代替图2A、2B和2C中所示出的旋钮2006和连接器2005。有待雾化的流体被包含在这个筒2020中一个的室2021之内。这个筒的室2021具有可以沿该室的内侧向下平移的一个活塞2022。该室被连接至该通道2103上。这个活塞2202可以被所附接的柱塞2023按压，因此它可以被多次使用，或者它可以用一个没有附接在该活塞上的棒来按压以使得它可以是一个一次性使用的喷嘴系统。该柱塞或棒可以用伺服电机或其他装置来按压。围绕该筒2020的若干圆 周凹槽有助于将这个筒-喷嘴夹持件容易地插入该流动调节器1020的接收座4030(图4A和图4C)中并且从中取出。
替代性的喷嘴夹持件和喷嘴
图3A、3B、3C、3E、3F示出了在低压流体流的中心使用高压气体的一个喷嘴和喷嘴夹持件。这个第二喷嘴和喷嘴夹持件被用作对该流动调节器歧管1020之内的接收座4030(参见图4)的设计实用性的广度的展示，以便结合具有相当不同的操作功能的喷嘴。这个替代性的喷嘴夹持件具有共同的外部特征和功能，但是其构型和产生气溶胶的性质是相当不同的。这些喷嘴均是单道次喷嘴，即所有的液体在穿过该喷嘴的过程中被雾化。这种流体没有任何被再循环。但是，这两个喷嘴共同具有以下区别：气溶胶是通过液体与气体之间的剪切而产生的。在任一情况下气溶胶均不是通过液体在固体上的剪切产生的。这减小了高剪力致使溶解在或悬浮在有待雾化的流体中的任何大分子的剪切退化的可能性。
在这个替代性的优选构型中，图3A、3B、3C、3D、3E和3F示出了该喷嘴夹持件和喷嘴。如所指出的，这个构型能够实现：使用穿过中央通道的压缩气体与流至该压缩气体喷嘴的周边的低压流体而产生气溶胶。该流体端口2005(参见图3C)位于该喷嘴夹持件的末端上。在本发明的优选构型中，这个端口2005是一个鲁尔接头。这个端口2005经由通道2007和一个小的分配储存器3208被连接至一个或多个通道3203上(参见图3C)并且因此连接至环绕该喷嘴本体3300(参见图3A)的基底3204的一个环形空腔3206上。在这种情况下，该喷嘴包括两个部件：一个喷嘴本体3300和一个喷嘴环3205。该喷嘴本体3300位于喷嘴桶3001的颈部3220(参见图3C)之内，其中该喷嘴本体3204的基底相对于该喷嘴夹持件的桶是密封的。该环形空腔3206(参见图3B)经由该喷嘴本体3300的头冠3211中的多个凹槽(例如，凹槽3210(参见图3A)和3212)被连接至在该头冠3211中的凹陷3216与位于该头冠3211顶部的环3205之间形成的微型储存器3213上(参见图3B)。这个储存器3213与位于该喷嘴本体3300上的一个杆3214与该环3205之间的一个环形空腔3230相邻。该环3205位于该喷嘴桶3001(参见图3C和3D)之内并且在其颈部3220的末端处，使得该环3205中的中央孔3233同心地被布置在该喷嘴杆3214(参见图3B)周围。该喷嘴杆与该环之间的距离是足够小的而使得主导流体移动的是表面张力而不是重力。该环内径与该杆外径之间的直径差是在0.006与0.8mm之间，从而得到在0.003与0.4mm之间的环形空隙宽度。该杆3214(在优选的构型中是1.75毫米，但是可以从0.5毫米至3毫米发生改变)具有一个孔口3209，该孔口在优选的构型中直径是约0.5毫米，但是可以使用从0.05至1毫米的其他喷嘴尺寸。该孔口在该孔口杆3214内的一个中空锥体3240的顶点处离开。该锥体3240上的唇缘3215是与该环3205的外表面齐平的或者从这个表面略微伸出，潜在地直至1毫米。该喷嘴本体3300包括经机加工的陶瓷或由有待雾化的溶液或悬浮液可润湿的其他材料。在水基溶液的情况下，该喷嘴应当具有高的表面能以便提供可润湿性。这可以通过施加亲水剂或通过其他方式来实现。该环3205的外表面涂覆有疏水剂以便防止水性流体在这个环上蔓延。该喷嘴夹持件3001的桶具有一个或多个端口2008，这些端口经由通道3201被连接至一个通道3202(参见图3D)上。通道3202进而与该喷嘴本体3300内一个具有类似直径的通道3234相邻。这个通道与该孔口通道3209相邻。在一个优选的构型中，该喷嘴桶3001和旋钮3301(参见图3F)是由聚砜或聚醚酰亚胺构成，但是也可以使用其他材料。
通过图3A-F所示的喷嘴夹持件和喷嘴产生气溶胶
在图3A、3B、3C、3D、3E和3F所示的喷嘴夹持件的这个优选构型中，通过将压缩气体供应至该喷嘴内的中央孔口3209而产生气溶胶。将有待雾化的流体以低压供送穿过该环形空腔3206、储存器3213以及该环形通道3230而到达该喷嘴的外表面并且通过锥体3240内的毛细作用而朝向该孔口3209。将有待雾化的流体通过外部泵(未显示)供应至端口2005。该流体被泵入端口2005中并进入通道3203中而到达环绕着该孔口本体3204的基底的这个环形空间3206。这个流体将其自身对于该喷嘴的头冠3211一侧中的每个凹槽3210进行分配并且穿过这些凹槽3212而到达该微型储存器3213中。该头冠的顶部是凹形的以便确保该流 体是均匀地传递至环绕着该中央孔口杆3214的空腔3230。该流体均匀地流经杆与该环之间的空间3230而到达该喷嘴的唇缘3215。在一个优选的构型中，该喷嘴杆3206可以穿过该环而伸出0至0.050英寸。该流体流过这个唇缘3215而在该孔口杆3214内的锥体3240的内表面上形成一个薄膜。压缩气体通过该喷嘴桶2001的一侧中的这些端口2008而进入。该气体流经该中央共轴通道3202而沿着该孔口本体3300的轴线到达通道3234。然后该压缩气体穿过该孔口3209。在通过流进该锥体中的流体与在该锥体3240的顶点处、在该孔口3209周边处的气体射流的相互作用所形成的连接点处发生雾化。以此方式，避免了在任何固体表面与流体之间的大剪切应力。产生了具有颗粒自由中心(particlefreecenter)的气溶胶羽流。在该锥体内由该气体射流产生的负压有助于在锥体的内表面上形成流体薄膜。为了达到最佳功能，该锥体顶点应围成约45度并且优选在15与80度之间的立体角。然而，在10与80度之间的其他角度也是可能的。注意到，预计该流体会流经或流过的这个表面的整体都应当具有高的表面能，即，是该流体可润湿的。该流体通过毛细作用力在该锥体的唇缘上流动。当该流体流进并且朝向该锥体的顶点时，这些力增大。如以上指出的，由离开该孔口3209的气体射流所产生的负压也有助于维持这个流体薄层。为了达到最佳功能，重要的是该喷嘴本体(包括该头冠和喷嘴杆)的这些表面以及该环的内表面具有高的表面能，以使得它们是水基流体快速可润湿的。另一方面，该环3205的顶表面具有一个疏水性涂层以便阻止任何流体在该环上流动。该喷嘴杆与该环之间的距离是足够小的(例如约0.17毫米)，这样使得主导流体移动的是表面张力而不是重力。由于该喷嘴杆具有高表面能，则该流体在该喷嘴的杆3214上的锥体3240的唇缘3215与该环之间形成了新月形。
定位该喷嘴夹持件以便插入该流动调节器中
图4A、4B和4C示出了喷嘴夹持件的定位以便插入该流动调节器中。使该喷嘴夹持件与该流动调节器歧管1020中的中央轴向接收座4030对齐(参见图4A和图4C)。将该喷嘴夹持件的桶2001或3001插入该流动调节器1020的这个接收座4030中。当该喷嘴夹持件被完全插入时，用于该压缩气体(用来雾化)的多个端口2008与该流动调节器1020中的圆形凹槽4071对齐。在这个凹槽的每侧上具有一个O形环4033以便防止该压缩气体从该凹槽4071中泄露。该压缩气体通过一个通道4036进入该圆形凹槽4071中，该通道进而连接至一个压缩气体输入口4028上。该歧管的中心是一个支柱4040。这个支柱4040有助于包括这个具有4:1的长宽比的接收座4030。这确保了该喷嘴桶2001或3001的恰当定位和其精确的轴向对齐。当气溶胶羽流必须精确地与逆流气体的轴线对齐以获得高效性能时，这是重要的。
流动调节器设计
图5A、5B、5C、5D、5E和5F示出了多个分解和截面视图，示出了包括该流动调节器的这些单独部件，该流动调节器影响该稀释气体流量的流动轮廓。在图5A中还示出了一个相邻的蒸发室5100。为了加强该液体气溶胶在一个受限空间中的快速蒸发，由所描述的这些喷嘴中的任一个形成的气溶胶羽流必须被快速地分散并稀释，同时提供充分的热能以便蒸发该液体。该流动调节器必须提供穿过该蒸发室5100的均匀气体流，同时还具有最小压降。由于存在气溶胶羽流2106(参见图5A)和来自逆流管1102的气体射流5120(参见图5D)，这是更有挑战性的。如以上指出的，这必须以跨过该流动调节器的最小压降来实现，以便最大限度地减小所需风扇的功率和尺寸。一个制造起来便宜并且易于组装和拆卸以便清洁的、小的紧凑的流动调节器显然使得最终产品更具商业吸引力。这些隔流板被设计成用于减小该进入的稀释气体的径向速度并且用于分配气体，这样使得在该蒸发室的出口处该气体具有接近均匀的速度。该流动调节器的这些部件被构造成易于组装和拆卸的而同时维持完整的功能。
图5C详细地示出了用于将进入一个端口5122(参见图5B)的相对高速度的稀释气体流转换成在蒸发室5100的出口处相对均匀的较低速气体流的这些部件的分解描述。图5A和5B包含了表明了组装后的部件的截面以及流动调节器正面视图，指明了用于该稀释气体的端口5122和用于该压缩气体的端口4028的位置。该流动调节器由四个主要部件组成：一个 歧管1020、两个隔流板5102、5103以及一个逆流管1102。如图4A和图4C所示，该歧管1020具有用于压缩气体的输入口4028、用于稀释气体的输入口5122、喷嘴夹持件被插入其中的接收座4030、中央稳定化支柱4040、用于逆流管的接收座4041和两个圆周台阶4011和4012以及在该支柱4040末端上的一个台阶4013。这些台阶促进了这两个隔流板5103和5102(参见图5C)的牢固定位。当然，这两个隔流板5103和5102可以作为单件而一体地制造。该流动调节器的歧管1020包括聚醚酰亚胺或具有优异尺寸稳定性的其他强耐热性的非导电材料，正如这两个隔流板5102和5103。这些隔流板在正常操作和处理过程中如图5所示保持在位。它们是易于去除和更换的。这个功能是通过随后描述的特别设计特征而实现的。该流动调节器上用于稀释气体的进气端口5122是用标准的22毫米透气性凸形楔形件形成的。这个端口配合在接头1007(参见图1)中的对应的凹形楔形件(未显示)中。因此，该流动调节器通过重力被恰当地夹持在位。
用于压缩气体的端口4028被定位在该流动调节器歧管1020之内。流经这个端口的压缩气体被一分为二。一个流束被引导穿过通道4036到达该中央接收座4030内的环形凹槽4071中。在该中央共轴的接收座4030中的环形凹槽4071的任一侧上的多个凹槽中存在多个O形环4033。该分流器还被连接至一个限制件4024上，该限制件进而通过该逆流接收座4041被连接至该逆流管1102上。
该逆流管1102具有一个180度弯头5016，该弯头反转了气流方向并且引导气流朝向由该喷嘴1024所产生的迎面的气溶胶羽流2106。该逆流管具有一个附接在其一侧上的小板5029，当插入该流动调节器中时该小板与该流动调节器支柱4040中的一个槽缝5031相互作用，这样使得当该逆流管就位时，该逆流管与该喷嘴1024是精确地共轴的。在一个优选的构型中，该逆流管包括口径12的不锈钢管路。在一个优选的构型中，该逆流管的出口与该喷嘴1024相距2英寸。这并不排除管直径与喷嘴到逆流的距离的其他组合，而是形成了一个实例。
这两个隔流板5102和5103被设计成用于减小该进入的稀释气体的径向速度并且用于分配气体，这样使得在该蒸发室5100的出口处具有接近均匀的速度。该流动调节器的这些部件被构造成易于组装和拆卸而同时维持完整的功能。这两个隔流板5102和5103将该歧管1020的室分成两个压力/流动平衡室5021和5222。隔流板5102具有略微大于隔流板5103圆周的直径。隔流板5103具有一个“烟囱”5134，该烟囱具有多个环圆周地布置的孔洞5009。该烟囱的顶部具有一个环圆周的凸缘5007，该凸缘为该第二流动调节器提供了稳定化手段。将隔流板5103插入该流动调节歧管的室中，使得它就座于该流动调节器内部的阶梯状环圆周台阶4012上以及该歧管1020的中央支柱4040上的环圆周台阶4013上。将该隔流板5102插入该流动歧管1020的室中，使得该隔流板就座于该歧管中的台阶4011上。
注意到，在该流动调节器歧管1020与该第一隔流板5103之间具有四个接触表面(参见图4C和图5A)。这些表面提供了该隔流板在该壳体内的稳定入座。同样，这多个接触表面促进了这个第二流动调节器容易地就座、还将其固定在位，这样使得它在该装置的正常处理和操作过程中不会掉出或移动。同样值得注意的是，通过这多个台阶的使用，气体流被引导穿过这些隔流板5102和5103(参见图5C)中的孔洞5013、5023和槽缝5012，而不是穿过这些隔流板与该歧管1020之间的接触区域而“泄露”。以此方式，通过这些流动通道的尺寸来控制了流动而不是泄露。避免了使用O形环。使用此类大O形环可能造成这些部件不易被患者或最终使用者组装。这最大限度地减小了这个隔流板上的气溶胶沉积。该隔流板5102具有一个中央孔5014，该喷嘴颈部2003穿过该孔而伸出。它具有一个接近矩形的孔5015以便促进该逆流管1102的插入。该隔流板5102的中央部分5017是隆起的。这促进了包括一个环圆周的凹槽5018。这个凹槽使得使用者能够用他们的手指来抓握该外隔流板以便容易地插入该流动调节器歧管1020中并且从中取出。该流动调节器的隆起的中心具有一个凹形表面以便减少其表面上的气溶胶沉积。
该流动调节器歧管执行多个功能，其核心是使该装置成功运行。这些包括a)将该喷嘴 夹持件精确地定位在该歧管接收座的中央轴线上；b)将压缩气体传送并且分配至该喷嘴夹持件桶2001上的这些进入端口2008(参见图2B)以及该逆流管1102(参见图4C)；以及c)稀释气体的进气和再分配以实现在该蒸发室5100的出口处接近均匀的气体流量(参见图5A)。
压缩气体的分配
图5A中可以看出，压缩气体经一个快速断开式接头5019和特氟纶管1031通过该流动调节器1020的歧管上的直角接头1013而被连接。为了简化该装置的实用和使用，在该流动调节器歧管上仅有一个用于该压缩气体的连接器4028。压缩气体流通过使用被定位在该流动调节器歧管内的分流器被分配。一个流束被引导至一个环形凹槽、穿过通道4036而到达该中央接收座内的环形凹槽4071，该接收座将该压缩气体提供至该喷嘴夹持件。在该中央接收座4030的环形凹槽4071的任一侧上的多个凹槽中的多个O形环4033进行密封以防该压缩气体泄漏。另一个流束穿过一个限制件4024，该限制件将逆流气体的流速限制在与通过该雾化喷嘴1024进入时的相似或略微更大的体积流速。该液体气溶胶羽流2106被来自该逆流管1102的端口5026的共轴逆流的气体射流5120捕获，这样使得在该喷嘴与该逆流端口5026的中间有一个驻点5300(参见图5A)。
该稀释气体流动调节器所执行的功能
来自该进入端口5122(参见图5B)的输入气体流在该流动调节器第一级的中心支柱4040(参见图4C)周围的压力平衡通道5021中被环圆周地引导。这个第一级是具有低气体流阻的一个中空“环圈(donut)”。当该气体垂直地穿过环圆周地位于该隔流板5103上的这些城齿5042之间的这些槽缝5012(参见图5C)时，该气体的旋转速度减小。这些槽缝形成了一条流动路径，该流动路径的阻力高于形成了这个第一环圈形状的压力平衡室5021的通道的阻力。该气体进入该流动调节器的第二级中、穿过这些槽缝5012而进入具有低流阻的第二环圈形状的压力平衡室5022。通过这个通道，它以两个方式被分配：a)穿过“烟囱”5008周围的多个孔5009并且随后穿过该第二隔流板的中心部分中的多个孔5223，以及b)穿过该第二隔流板5102外部区域中的这些同心孔5013。这些孔(或缝隙)的位置和尺寸实现了在该虚拟撞击器面部板处的一个均匀的流动轮廓，同时最大限度地减小了气溶胶沉积在该第二隔流板5103和蒸发室5100的壁上。流向该蒸发室中心的气体流部分地是通过这个“烟囱”中这些孔5009的大小而调节的。
蒸发室
图6A、6B、6C和6D示出了该蒸发室5100(参见图5A)的特征。该蒸发室5100装配在该流动调节歧管1020与一个气溶胶浓缩器6100之间。在一个优选的构型中，该蒸发室包括一个2.75英寸外直径、2.56英寸内直径、6英寸长的管，它是红外辐射可透过的。其他类似尺寸也是可能的。在优选的构型中，这个管可以由石英或硼硅酸盐玻璃制成。这个管被插入该流动调节器歧管1020的开放端中直到它抵靠该隔流板5102(参见图5A)。该歧管开口和该管的尺寸是使得摩擦配合足以：a)支撑该管、以及b)防止从该室内部至大气中的任何实质性的气体泄漏。蒸发室的另一端被插入该虚拟撞击器型气溶胶浓缩器6100的一个加速板6110(参见图6A)上的圆周凹槽6055(参见图6A和7C)中。同样这是一种恰当的摩擦配合。替代地，这个管5100的唇缘密封件或楔形末端以及在该歧管1020和该浓缩器加速板6110上的对应凹形楔形件可以被用来消除该蒸发室5100分别与该流动调节器歧管或该气溶胶浓缩器6100之间的任何气体泄露。
在该蒸发室的一侧上并且与之相邻是一个125W的快速加热式红外线灯泡6001。一个优选为抛物线形的红外反射器6002被布置在该灯泡后面，这样使得该灯泡的中心是在该反射器的焦平面中。另外，在该蒸发室5100的相反侧上的一个红外反射器6003再次增大了该蒸发室内的红外辐射通量。在一个优选的构型中，这些红外反射器是由磨光铝制成。红外反射器6003还可以包括该蒸发管上的一个金涂层。该反射器6002也可以用该红外线灯泡6001上的金涂层替换。
为了增大蒸发速率，用红外辐射来对流经该蒸发室5100的气溶胶进行加热。通过对流进行的热传递与温度梯度成正比。然而，通过辐射热进行的热传递与温差的四次方成正比。水在红外区域中具有强吸收谱带。因此，该快速响应式红外灯6001被定位在该蒸发室5100下方。红外反射器6002增大了室5100内的红外辐射通量。该蒸发室的石英或硼硅酸盐玻璃是红外线可透过的，使得红外辐射能够进入该室5100中。这个红外辐射被气溶胶颗粒中的水吸收。接着这个能量作为蒸发潜热被驱散。同样，布置在该蒸发室的相反侧上的第二红外反射器6003也增强了红外能量在水性气溶胶颗粒输送穿过该蒸发室5100过程中向这些水性气溶胶颗粒的传递。
逆流管
该蒸发室5100还包括逆流管1102(参见图1和图5A)。该逆流管被定位在接收座4041(参见图4C和图5A)中，其中附接至该逆流管上的一个小板5029(参见图5C)被定位在该歧管1020的支柱4040(参见图4C)中的槽缝5031中。这个管(接收来自该分流器5052(参见图5A)的气体)具有一个180度弯头、其后是一个短而直的区段。这个弯头的曲率是使得当该小板5029(参见图5C)正确地插入该歧管1020中的槽缝5031之中时，该逆流管的端口5026与该室的中心和该气溶胶喷嘴的孔口1024是精确地共轴的。
来自该分流器5052的压缩气体流经该逆流管并且从该逆流端口5026离开。这样产生的气体射流与该气溶胶羽流是共轴的但是具有与之相反的方向。该逆流管1102的短而直的区段确保了逆流气体的对称射流。这个气体射流的流速是使得该气溶胶羽流2106在该喷嘴孔口1024与该逆流管1102的端口5026的中间5300处被捕获。
气溶胶浓缩器
在图7A、7B、7C、7D、7E和7F详细地示出的该虚拟撞击器被用来对来自该蒸发室5100的输出气溶胶进行浓缩。如图7C所示，该蒸发室5100的硼硅酸盐/石英管在该虚拟撞击器6100的加速板6110中的圆周凹槽6055之中形成了恰当的配合。返回图7A，该虚拟撞击器包括：该加速板6110，该加速板包含多个长的加速缝隙喷嘴7002、中等缝隙喷嘴7102以及多个短的加速缝隙喷嘴7202；以及一个虚拟撞击减速板7020(参见图7B)，该减速板包含互补的多个长的减速缝隙喷嘴7003、中等减速缝隙喷嘴7103以及短的减速缝隙喷嘴7203。附接至减速板7120上的是排气罩7021和排放端口7022(参见图7D和7E)。由该加速面部板6110、该减速板7020和该排气罩7021形成的通气室7004提供了一条用于该排气的低阻力流动路径，该排气从这些加速喷嘴7002、7102、7202的尖端与该加速喷嘴7003、7103和7203上的接收缝隙之间的空隙7300排出。该加速板6110恰当地配合在该虚拟撞击器减速板7020中，使得长的加速喷嘴7002、中等加速喷嘴7102以及短的加速喷嘴7202分别与该长的减速喷嘴7003、中等减速喷嘴7103以及短的减速喷嘴7203精确地对齐。在这些加速喷嘴与这些互补的减少喷嘴的孔口之间具有一个小空隙7300。这些加速喷嘴的缝隙是1.1毫米宽。这些接收缝隙是1.4毫米宽并且被定位成使得这些加速喷嘴与这些减速喷嘴的缝隙之间的空隙7300是1.3毫米。所提及的这些是作为一个实际的解决方案，而并不旨在排除其他类似的尺寸。为了防止夹带在该排气中的颗粒进入大气中，可以将一个过滤器(未显示)附接在该离开端口7022上。
虽然之前已经描述了虚拟撞击器型气溶胶浓缩器，但是这个浓缩器具有特定的新颖特征而使得本发明非常适合于所提出的功能。该浓缩器被优化成用于将由该喷嘴1024(参见图1)产生的最大质量分数的可吸入的气溶胶传送至该输出口。因此该浓缩器被优化成在该可吸入范围内(即，1至5微米的空气动力学直径)表现最好。因此，对本发明的目的而言，可以认为这个输出的气溶胶包括大于0.5微米的空气动力学直径的颗粒。因此，该虚拟撞击器应该浓缩小于或等于5微米空气动力学直径的尽可能多的颗粒。这一点与该浓缩器上的最小压降和不存在任何气体负压而从这些喷嘴与这些接收缝隙之间的空隙中去除排气的要求一起，需要结合若干个新颖的设计特征。
1.径向地安排十六个加速缝隙喷嘴7002、7102和7202，如图7A所示。选择其设计以 使得排气径向地从该浓缩器中离开，而对于穿过这些加速喷嘴7002、7102和7202与这些减速喷嘴7003、7103、7203之间的气溶胶射流的干扰最小。这些较短的缝隙喷嘴7102、7202被设计成用于保持跨越该蒸发室和该浓缩器的流动是尽可能均匀的。注意，这个构型还将这些加速和减速喷嘴的缝隙的总累计长度最大化。在优选的设计中，这些加速喷嘴的总累计长度是18厘米，但是从10至25厘米的其他累计长度也是可能的。
2.这些加速喷嘴的输入口的楔形表面被设计成具有抛物线轮廓7008(参见图7C)以便最大限度地减小为了加速该气溶胶到喷嘴的速度所需要的压力差，同时最大限度地减少气溶胶在该浓缩器6100的加速板6110的面部的沉积。
3.同样，这些减速喷嘴7003、7103和7203的输出锥体也是带抛物线刻纹的、具有抛物线状的轮廓7009(参见图7C)以便降低穿过该浓缩器的阻力并且最大限度地减小气溶胶在该浓缩器的输出口处的紊动。
4.另外，这些加速喷嘴7002、7102的下游表面以及该加速喷嘴7003、7103的上游表面是带刻纹的以便将降低这些喷嘴之间的排气的阻力。该带刻纹的形状在该加速板与减速板之间、在未提供这些带刻纹的加速和减速通道的位置处留下了1厘米或甚至更大的空隙，即，留下了宽的径向通道以便具有低颗粒浓度的被分开的排放体积流来流经这些通道而朝向该罩、并且最终穿过该排放端口7022(参见图7E)而离开该系统。同样，这能够去除该排放体积流而对气溶胶射流的扰动最小。这些上游和下游表面的外形(被设计成用于将平坦表面和尖锐的锐角最小化)对该浓缩器的整体性能是很重要的。值得注意的是，与平坦的虚拟撞击板内的缝隙相比，示出的这些减速喷嘴的下游外形显著地提高了该浓缩器的效率。
5.为了促进这些加速喷嘴7002、7102、7202与其对应的减速喷嘴7003、7103、7203的精确对齐，一个定位圆柱体7010(参见图7A)和一个紧密配合的凸形圆柱体7011确保了该浓缩器喷射板与该接收板的共轴对齐。这一点与一个凸形十字7115和紧密配合的凹形十字形接收座7013一起确保了这些喷射缝隙与这些减速喷嘴的接收缝隙精确地对齐。
6.该加速板6110和减速板7120通过使用一个居中布置的螺套7014和螺钉7015(参见图7F)是容易分开的。这有助于多次组装和拆卸以及对沉积在这些板内表面上的任何气溶胶的清洁。
7.该浓缩器的下游侧上的一个空腔7016(参见图7C)被设计成允许来自这些接收缝隙的湍流衰减并且因此减小该输出锥体上的不希望的气溶胶沉积。
8.该罩7021(参见图7E)具有一个带刻纹的离开通道7106并且该离开端口7022具有一个标准的22毫米的楔形件，该楔形件促进了一次性过滤器(未显示)的连接。
通过使用图7A、7B、7C、7D、7E和7F所示的虚拟撞击器来对该蒸发室5100输出口处的气溶胶进行浓缩。当来自该蒸发室5100的气溶胶穿过这些加速喷嘴7002和7102以及7202时，该气溶胶被加速。在这种情况下，通过使用长(7002)、中等(7102)和短(7202)的缝隙喷嘴构型将流动阻力最小化。由于这些气溶胶颗粒具有远高于它们悬浮于其中的气体和水蒸汽分子的动量时，这些颗粒越过该空隙7300并且进入这些减速喷嘴7003、7103和7203中。该浓缩器的输出口的气溶胶流速总体上仅是输入流速的1/5至1/10。输入气体流速与输出气体流速之间的气体流速差被通过这些缝隙之间的空隙7300(参见图7C)被耗尽并且进入该通气室7004。该输出口处的经浓缩的气溶胶成漏斗状穿过一个经空气动力学设计的输出锥体7006，以便传送至患者或用于其他所希望的目的。
在一个优选的构型中，在该输出口的外壁上，该浓缩器的空腔7016上具有一个1至2厘米的宽广凸缘7030。这有助于该输出锥体7006的布置，该输出锥体在其入口处具有匹配的内径以及一个台阶7031，因此不存在流动的中断。该锥体的输出口具有一个标准的22毫米的呼吸器楔形件7032(参见图7F)以便允许轻易连接至吸入管或过滤器(未显示)上。
实例
发现该稀释加热器的流阻在100、150和200升每分钟下分别是0.12、0.3和0.5英寸的水上。该流动调节器的流阻被确定为在150升每分钟下为1英寸的水并且在200升每分钟下 为1.8英寸的水。当该浓缩器的输出流速是40升每分钟时，该气溶胶浓缩器的流阻被确定为在低于300升/分钟的所有测试输入流速下均小于1毫米的水。当该浓缩器的输出流速是40升/每分钟时，该蒸发室内部的压力在100、150、200、250和300升/分钟的室流速下分别是0.3、0.8、1.4、2.2和2.7英寸的水。
通过使用一个输液泵将16％的牛血清白蛋白溶液供送至该喷嘴并且以1毫升/分钟对其进行雾化。该喷嘴压力是20至24psi并且该稀释气体流量是200升/分钟。以40升/分钟对来自该浓缩器下游的所得干燥气溶胶测量两分钟。所收集的质量是通过重量分析法确定的。典型地收集180至210毫克。因此该装置的输出量为约100毫克每分钟。
发现该装置整体的总效率是64％。发现仅该浓缩器的效率是85％。
将红色食用色素4号(0.2％)作为示踪剂添加至该16％的白蛋白溶液中。在相似的条件下，通过马普尔米勒(MarpleMiller)级联撞击器以30升每分钟对一个白蛋白气溶胶进行取样。该撞击器的每级都用水冲洗3次并且每级上的相对质量是通过分光光度计在508纳米确定的。在对数概率纸上绘制累计质量。发现质量中位直径是3.4μm。发现所收集的气溶胶的85％是在可吸入范围内，即所有级的总和总计并且包括5微米。
为了确定该经雾化的蛋白是在穿过该雾化器时被降解，对猪的胰蛋白酶进行雾化并收集。将这个胰蛋白酶溶液布置在一个铺满细胞培养基上。看到这些细胞与底物分离。与相似浓度的尚未被雾化的胰蛋白酶的结果之间没有看出差异。
为了估计所产生的白蛋白颗粒的形状和表面特性，在12毫米直径的Millipore过滤器上收集该输出口处的颗粒。该过滤器被布置在一个具有相似流动特性的较大过滤器的中心处。接着，将这个过滤器安装在一个电子显微镜螺柱上并且直立储存在一个干燥器中。用钯金对每个样品进行溅射并且在倍率1500的SEM上记录多个随机图像。发现这些白蛋白颗粒是球状的，具有光滑的表面。
本披露的说明书中所描述的这些实施例提供了用于从液体溶液或悬浮液产生浓缩的干燥可吸入颗粒的实用、紧凑且便携的装置。本披露在小的实际临床装置中提供了用于产生水性气溶胶并且通过稀释和加热来快速地蒸发该水性气溶胶、并且此后将所得的颗粒进行浓缩并且以与正常的吸气流量的整个范围兼容的流速来传送它们的方式。
在此描述了在实施例中包含许多有价值的特征，这些特征：i，能够改善功能、ii.促进这些实施例的实际使用、并且iii.具有临床上的优点。
除其他优点外，本发明的实施例尤其实现了以下方面：
a)从与蒸发室直接相邻的来源向新近形成的水性气溶胶颗粒提供了在水的最大红外吸收波长处的辐射热。
b)允许该装置与不同的喷嘴夹持件构型一起使用并且允许这些是容易地可互换的。这些喷嘴夹持件使得压缩气体能够被传送至中央孔口或中央流体流周围。这些喷嘴夹持件被键联至该流动调节器上并且可以包括或可以不包括一个可压缩流体储存器。
c)提供了一个装置用于：在一个方向上的经加热的高速度逆流气体流束以及在相反方向上的均匀的较低速度流，同时允许由气溶胶羽流和逆流气体造成的干扰。这是使用两级流动调节器以最小压降实现的。
d)通过使用具有约1.1毫米宽的径向输入缝隙以及1.4毫米宽的输出缝隙的可变长度缝隙浓缩器来有效地浓缩可吸入气溶胶而在输入与排气之间具有最小压降，其中在上游和下游表面二者上该输入和输出锥体本质上都是抛物线的。
e)通过包含一个空腔以允许涡流松弛而将由于该浓缩器的输出口处的湍流造成的任何气溶胶沉积最小化。
f)通过利用一个内部抛物线形的输出锥体提供了一个用于在输出口处传送经浓缩的气溶胶的有效装置。
g)消除了大直径上的高压连接件，因此该装置可以容易地组装并拆卸以便清洁。
h)降低了气体流动的阻力从而使得能够构造小装置而使用小鼓风机来提供该稀释气体。
i)将该装置的各个部件之间的气体和/或气溶胶的泄露最小化，同时通过包括至少两个并且优选地3或4个相互垂直的表面而维持各个部件之间的结构整体性连接。
j)有助于提供与该气溶胶羽流精确共轴的并且与该气溶胶羽流具有相反方向的可去除的逆流气体，一个逆流管被键连至一个流动调节器中。
k)将经加热的压缩气体提供至该喷嘴和该逆流管二者，同时通过将一个分流器和流量调节孔口结合在该流动调节器中而将热损失最小化。
l)通过在该浓缩器中心中具有一个隆起的凸形圆柱形突出部和十字以及相反的凹形凹陷，有助于容易且精确地组装和拆卸这些浓缩器板。这些提供了轴向和旋转意义上的高精确对齐。
m)通过使用罩和过滤器端口防止该排气流中的任何气溶胶污染大气。
n)提供处于小的正压力下的经浓缩的气溶胶作为有困恼的患者的压力辅助以便产生足够的吸入压力和流动从而触发其他干粉吸入装置。
o)通过将这些实施例的可消毒部件与该装置内部的正压一起使用来产生、干燥并且浓缩接近无菌的气溶胶。
在下文中，总结了根据本发明的实施例。
气溶胶的产生
将有待雾化的液体供送至该喷嘴夹持件的输入端口2005中并且经多个通道传递至该喷嘴1024。将用于雾化有待雾化的液体所需要的压缩气体提供至接头1019。它穿过加热器1011，在该加热器中气体被加温至所需温度。这个温度是用热电偶测量的并且该加热器是使用PID控制器进行调节的。这个经加热的气体被分成两个流。一个流束被引导穿过一个通向该逆流管1102的流量限制孔口5024。剩余的流束行进至该环形凹槽4071中并且从那里进入这些桶端口2008、3008并且由此到达该喷嘴1024。该喷嘴中有待雾化的液体与该高压气体的相互作用导致产生了液体气溶胶的羽流2106。该逆流管中的暖和气体被引导至与该羽流共轴但是方向相反的气溶胶羽流中。这个气体流在该喷嘴与该逆流管的末端的中间捕获了该气溶胶羽流。将这个经加热的气体注入该气溶胶羽流中增强了该液体溶剂的快速蒸发。
如图1所示，该气溶胶处理系统包括两个气体加热器：一个气体加热器1011，用于加温该压缩气体以便产生气溶胶并且提供一个逆流5120(参见图5A)以便捕获该气溶胶羽流2106；并且另一个气体加热器1004，用于加温用于稀释该气溶胶的气体。这些暖和气体流在一个流动调节器内被分配给其对应的功能。在该流动调节器歧管1020(参见图5A)，该压缩的暖和气体被分成两个部分：一个被路由穿过该喷嘴夹持件2001的桶以便在该喷嘴的尖端处产生气溶胶；并且另一个用于形成与该喷嘴羽流2106共轴但是方向相反的逆流气体流5120。通过使用一个辐射加热器6001以及其他相关联的反射器6002和6003来增强该气溶胶在经过蒸发室5100时的蒸发。使该气溶胶加速穿过该低阻力虚拟撞击器的加速板6110(参见图7A)中的喷嘴7002、7102和7202。具有比气体分子高得多的动量的这些颗粒越过一个空隙并且穿过该减速板7120中的减速喷嘴7003、7103和7203的缝隙而进入这些输出口收集锥体中。当该虚拟撞击器的输出口处的气溶胶流速低于该进入该虚拟撞击器时的流速时，残留气体在该加速板6110与减速板7120之间被排放。这些颗粒中大多数穿过该减速板7120中的缝隙并且因此包括该输出气溶胶。
图1展示了本发明的气体输入和调节部件的示意图。根据需要提供一个任选的气体干燥室1002以供使用。这个干燥器的室中填充了干燥剂1003。一个微型鼓风机1001通过一个流量测量装置1023被连接至一个稀释气体加热器1004上。这个加热器1004通过该直角接头1013被连接至该流动调节器歧管1020上的入口4028上。一个热电偶(未显示)位于这个直角接头的管腔中。该流动调节器具有被带有多个槽缝5012的隔流板5103所分开的两个环圈形通道5021、5022，这些槽缝允许气体从一个通道5021通向另一个通道5022。该流动调节器的第二级通过这个第二流动调节器5102中的这些孔5013、5023被连接至一个蒸发室5100上。该蒸发室5100定位在该流动调节器歧管1020与一个气溶胶浓缩器6110之间。该气溶 胶浓缩器具有多个径向安排的加速喷嘴7002、7102、7202，这些喷嘴也被连接至该排放通气室7004上。这些减速喷嘴7003、7103和7203是在这些加速喷嘴7002、7102和7202的紧密附近并且分别与这些喷嘴对齐。这些减速喷嘴的下游末端与该湍流衰减空腔7016以及气溶胶收集锥体7006相邻。这个收集锥体被连接至一个所希望的调节该输出流量的输出装置或人(未显示)。
将压缩气体提供至接头1019。这个接头被连接至该压缩气体加热器1011上。这个压缩气体加热器被连接至该流动调节器歧管1020上的输入端口4028之上。这个端口4028被连接至一个分流器上。这个分流器的一侧经一个流量限制孔口5024被连接至该逆流管1102上。这个分流器的另一个侧被连接至一个环形凹槽4071上。这个环形凹槽与该喷嘴夹持件上的多个端口2008接界。这些端口穿过多个通道被连接至该喷嘴1024上。该流体端口2005在一个优选的构型中是一个鲁尔接头。这个端口2005通过多个通道被连接至该喷嘴1024上。
本发明结合了一个新颖的易于更换的一体式喷嘴夹持件和喷嘴1024。将该喷嘴夹持件的桶2001或3001沿着该流动调节器歧管1020的中心轴线插入该圆柱形接收座4030中。如所指出的，这个歧管中的一个圆周凹槽4071与该喷嘴夹持件2001、3001上的桶上的这些端口2008相邻。
通过一个小鼓风机1001来提供用于稀释并且帮助蒸发液体气溶胶的气体。这个气体的流量是在该气体经过该流量计1023时测量的。这个气体在穿过该加热器1004时被加热。这个高速暖和气体穿过该直角通道1007而到达该入口5122。这个气体流在穿过这些压力平衡室5021、5222和这些隔流板5103、5102时被转换成具有相对均匀速度的流。这个高速稀释气体通过这个非常低阻力的流动调节器被转换以便在该蒸发室5100中提供均匀的气体流，使得该输出气溶胶在进入该虚拟撞击器(图7A、7B、7C、7D、7E、7F所示)的加速板6110(参见图6A)时其速度是相对均匀的。
当该气溶胶流经该蒸发室时，该气溶胶被夹带在该稀释气体内并且进一步被该稀释气体蒸发。这种蒸发通过来自该红外灯6001的红外辐射而增强。现在该固相气溶胶进入这些加速喷嘴7002、7102、7202中而形成多个气溶胶射流。这些射流中的大多数气溶胶进入这些减速喷嘴7003、7103、7203并且被传递至该输出锥体7006。大部分气体(具有远小于这些颗粒的动量)通过该排放通气室7004被排放。
为了促进在一个受限空间中该水性气溶胶的快速干燥，来自由压缩气体提供动力的喷嘴的气溶胶羽流优选地被稀释气体捕获并且与之混合。这个稀释气体应该被加温。美国专利申请200701445传授了使用共轴的逆流射流来捕获气溶胶羽流。然而，该射流气体和该逆流气体均未被加热，更不必说超过100摄氏度。这个热气体提供了蒸发潜热从而促进这些气溶胶小滴的极其迅速的蒸发。尽管这个输入气体温度高，但是该羽流内的温度总体上低于30摄氏度。这些颗粒通过蒸发潜热被冷却。因此，这个热气体的提供不会导致所产生的气溶胶中任何蛋白质的变性。
水平系统
美国专利申请200701445中描述的虚拟撞击器型浓缩器具有2.5微米的截断值。这个现有技术的系统回避了收集和再悬浮干粉末物混合物的必要性，这是一个耗时的并且潜在有浪费的过程。然而，这个液体至干粉气溶胶发生器在相对高压(20-50psi)下使用直至300升的稀释气体。这需要一个5马力的压缩机和一个加压气体罐。这样大且昂贵的压缩机和/或大压缩气体罐的介入使得该现有技术装置对家庭使用而言是不切实际的。
根据本发明的系统的一些新颖特征是该流动调节器和该虚拟撞击器以及该可替换的筒/喷嘴。另外，通过降低这些气体加热器和这些互连部件上的压降而实现了其他优点。
这促进了具有小于1的密度的蛋白质气溶胶的产生、稀释、蒸发以及浓缩，这提供了尺寸为约1微米及以上的颗粒的高浓缩气溶胶以便传送至呼吸道。这是一个紧凑的装置，其稀释气体可以在该整个体积流量中、从该稀释空气鼓风机下游穿过该装置时处于仅1-3英寸水的压降下。这需要之前的系统(美国专利申请公开号200701445)内固有的压降的实质性减 小。