Распылитель

 

Использование: распыление жидкости в виде аэрозолей в аэрозольных ингаляторах. Сущность: толщина кольцевого элемента выбрана уменьшающейся в радиальном направлении к его внутренней части. При этом угол конусности между передней и задней поверхностями внутренней части кольцевого элемента выбран меньше угла конусности между передней и задней поверхностями его наружной части. Перфорированная мембрана выполнена в виде листа, расположенного на опорной решетке, образованной опорными элементами. Передняя поверхность мембраны выполнена с отталкивающим жидкость покрытием. Корпус и преобразователь соединены с возможностью съема корпуса для его замены в процессе эксплуатации. При включении устройства вибрация преобразователя передается через кольцевой элемент перфорированной мембране. При вибрации мембраны капли жидкости выбрасываются через ее перфорации с образованием аэрозоля. 8 з. п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к распылителям жидкости в виде аэрозии, в частности к аэрозольным ингаляторам.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является распылитель, содержащий корпус с камерой для распыляемой жидкости, преобразователь, соединенный с корпусом, и установленный в передней части корпуса кольцевой элемент с передней и задней стенками и центральным отверстием в его внутренней части, соединенный с перфорированной мембраной, задняя поверхность которой контактирует с распыляемой жидкостью, при этом преобразователь соединен с наружной частью кольцевого элемента для передачи вибраций мембране.

Недостатками известного устройства является недостаточная эффективность распыления.

Данное изобретение позволяет повысить эффективность распыления.

Достигается это тем, что в распылителе, содержащем корпус с камерой для распыляемой жидкости, преобразователь, соединенный с корпусом и установленный в передней части корпуса кольцевой элемент с передней и задней стенками и центральным отверстием в его внутренней части, соединенный с перфорированной мембраной, задняя поверхность которой контактирует с распыляемой жидкостью при этом преобразователь соединен с наружной частью кольцевого элемента для передачи вибраций мембране, согласно изобретения, толщина кольцевого элемента выбрана уменьшающейся в радиальном направлении к его внутренней части. Угол конусности между передней и задней поверхностями внутренней части кольцевого элемента может быть выбран меньше угла конусности между передней и задней поверхностями его наружной части. Перфорированная мембрана может быть выполнена в виде листа, расположенного на опорной решетке, образованной опорными элементами, при этом перфорации для прохода распыляемой жидкости размещены на листе. Опорные элементы могут быть выполнены утолщенными в виде единого элемента с листом. Опорные элементы могут быть выполнены в виде расположенных по окружности радиально-направленных элементов, соединенных с круглым центральным элементом. По меньшей мере передняя поверхность перфорированной мембраны может быть выполнена с отталкивающим жидкость покрытием.

Корпус и преобразователь могут быть соединены с возможностью съема корпуса для его замены в процессе эксплуатации.

Перфорации мембраны могут быть выполнены в поперечном сечении сужающимися конусообразно в направлении к передней поверхности мембраны. Перфорированная мембрана может быть выполнена в виде гальванопластического металлического листа.

Преимуществом такой конструкции является то, что вибрационное средство имеет относительно высокое акустическое сопротивление по сравнению с относительно низким сопротивлением во внутренней круглой части, так что амплитуда вибрации, передаваемой к перфорированной мембране, усиливается во время передачи поперечных акустических волн через круглый элемент.

Таким образом, устройство является более эффективным при вибрации перфорированной мембраны на более высоких частотах, желательных при получении капель меньшего размера.

На фиг. 1 изображен общий вид распылителя в разрезе; на фиг. 2 распылитель, соединенный с электронным контрольным блоком; на фиг. 3 разрез распыляющей головки устройства фиг. 1 и 2; на фиг. 4, 5, 6 и 7 разрезы других вариантов распыляющих головок; на фиг. 8 вид задней поверхности перфорированной мембраны для использования в распыляющей головке любой из предшествующих фигур; на фиг. 9 разрез перфорированной части листа перфорированной мембраны фиг. 8; на фиг. 10 горизонтальная проекция части перфорированного листа перфорированной мембраны фиг. 8.

Распылитель (ручной ингалятор для медицинского использования) содержит установленный в ручном кожухе 1 корпус 2 с камерой 3 для распыляемой жидкости, электроакустический преобразователь 4 пьезоэлектрического типа, соединенный с корпусом 2 и электронной цепью 5 управления с батарейками 6, расположенными в ручном кожухе 1 (фиг. 1). Цепь 5 управления может быть программирована блоком 7 электронного управления с клавиатурой 8 для ввода данных (фиг. 2). Кожух 1 снабжен скользящим мундштуком 9, размещенным с возможностью перемещения относительно кожуха 1 посредством переключателя 10, а корпус 2 и преобразователь 4 соединены с возможностью съема корпуса 2 для его замены в процессе эксплуатации. В передней части корпуса 2 установлен кольцевой элемент 11 с центральным отверстием 12 в его внутренней части, соединенный с перфорированной мембраной 13, задняя поверхность которой контактирует с распыляемой жидкостью. Кольцевой элемент 11 имеет плоскую переднюю поверхность 14 и заднюю поверхность 15. При этом толщина кольцевого элемента 11 выбрана уменьшающейся в радиальном направлении к его внутренней части. Перфорации мембраны 13 указаны на чертежах позицией 16.

В варианте конструкции распыляющей головки (фиг. 3) задняя поверхность 15 кольцевого элемента 11 выполнена в виде усеченного конуса. Кроме того кольцевой элемент 11 выполнен по окружности с трубчатой частью 17, внутри которого установлено круглое основание 18 с образованием между ним и кольцевым элементом 11 камеры 3. Преобразователь 4 соединен с трубчатой частью 17 для передачи вибраций мембране 18. Передняя поверхность 19 основания 18 выполнена в центральной части с углублением 20. Для обеспечения герметичности камеры 3 по окружности основания 18 выполнен буртик 21, размещенный также и в круглой канавке 22, выполненной в кольцевом элементе 11. Трубчатая часть 17 и основание 18 расположены с образованием между ними кольцевого зазора 23.

В варианте конструкции распыляющей головки (фиг. 4) круглый буртик 24 образует боковую стенку камеры 3. Буртик 24 снабжен губой 25 для соединения его с круглым элементом 11 с образованием периферийной части 26 круглого элемента 11, выступающей радиально наружу относительно круглого буртика 24 и радиально выступающей части 27 основания 18. При этом преобразователь 4 установлен с наружной стороны буртика 24 между периферийной частью 26 круглого элемента 11 и радиально выступающей частью 27 основания 18 в контакте с ними.

В варианте конструкции распыляющей головки (фиг. 5) задняя поверхность 28 круглого элемента 11 выполнена чашевидной и изменяется в предельном сечении распылителя приблизительно по экспоненте. Трубчатая часть 29 соединена с задней поверхностью 28 круглого элемента 11 с образованием в продольном сечении распылителя плавной линии, являющейся продолжением экспоненты. Основание выполнено в виде пластины 30, расположенной внутри трубчатой части 29, при этом преобразователь 31 выполнен дисковым и установлен с наружной стороны пластины 30.

В варианте конструкции распыляющей головки (фиг. 6) толщина трубчатой части 32 выбрана меньше трубчатой части 29 (фиг. 5) и выполнена с выступом 33, в котором расположены концы пластины 30. Толщина мембраны 13 выбрана от 1 до 80 мкм, а размер перфораций 16 выбран от 1 до 20 мкм в зависимости от требуемого размера капель. При этом мембрана 13 может быть выполнена с одинаковыми или разными размерами перфораций 16 в зависимости от требуемого pаспределения размера капель.

В варианте конструкции распыляющей головки (фиг. 7) круглый элемент 11 выполнен из алюминиевого сплава, наружный диаметр его передней поверхности 14 выбран равным 22 мм, а диаметр центрального отверстия 12 4 мм. Преобразователь 34 выполнен круглым отверстием, радиус которого выбран равным 10 мм. Задняя поверхность 35 кольцевого элемента 11 выполнена таким образом, что угол конусности между передней 14 и задней 35 поверхностями внутренней части кольцевого элемента 11 выбран равным 10^о, а угол конусности между передней 14 и задней 35 поверхностями наружной части кольцевого элемента 11 равным 20^о. Преобразователь 34 соединен с наружной частью кольцевого элемента 11, а внутренняя цилиндрическая поверхность 36 преобразователя 34 размещена над стыком, внутренней и наружной частей задней поверхности 35.

Перфорированная мембрана 13 соединена с кольцевым элементом 11 посредством наложения ее на центральное отверстие 12 и крепления к краю 36 внутренней части кольцевого элемента 11. Перфорированная мембрана 13 (см. фиг. 8 и 9) может быть выполнена в виде никелевого листа 37, расположенного на опорной решетке 38, образованной опорными элементами, выполненными в виде расположенных по окружности радиально-направленных элементов 39, соединенных с круглым центральным элементом 40 и наружным круглым элементом 41. При этом перфорации 16 для прохода распыляемой жидкости размещены на листе 37. Опорные элементы могут быть выполнены утолщенными в виде единого элемента с листом 37. По меньшей мере передняя поверхность мембраны 13 может быть выполнена с отталкивающим жидкость покрытием 42. Перфорированная мембрана 13 может быть выполнена в виде гальванопластического металлического листа. Перфорации 16 могут быть выполнены в поперечном сечении мембраны 13 сужающимися конусообразно в направлении к передней поверхности 43 мембраны 13.

В варианте конструкции мембрана 13 может быть выполнена с перфорациями 16 в поперечном сечении иной формы, кроме круглых. Она также может быть выполнена в виде перфорированного листа без опоры. При снабжении мембраны 13 опорой последняя может быть выполнена не круглой формы, а например, прямоугольной.

Устройство работает следующим образом.

При включении переключателя 10 преобразователь 4 включается в электрическую цепь 5 управления и начинает вибрировать с ультразвуковой частотой. Эта вибрация через кольцевой элемент 11 передается перфорированной мембране 13. При движении вибрирующей мембраны 13 назад мгновенный подъем давления жидкости рядом с мембраной 13 преодолевает поверхностное натяжение жидкости и капли жидкости выбрасываются через перфорации 16. Взвесь аэрозольной жидкости распыляется через мембрану 13 в мундштук 9 и вдыхается пользователем. При непрерывной работе распылителя количество жидкости внутри камеры 3 уменьшается и при отсутствии контакта жидкости с задней поверхностью мембраны 13 распыление прекращается.

Устройство можно запрограммировать на выдачу определенной дозы аэрозольной жидкости посредством таймера, введенного в цепь 5 управления, который позволит включаться преобразователю 4 на определенный период времени.

При прекращении подачи жидкости корпус 2 заменяется другим с новым объемом жидкости.

В варианте конструкции (фиг. 2, 3) преобразователь 4 установлен таким образом, что при подаче к нему переменного напряжения он расширяется и сжимается в радиальном направлении и передает ультразвуковую вибрацию трубчатой части 17, толщина которой значительно больше толщины кольцевого элемента 11 в точке его контакта с мембраной 13. Кольцевой элемент 11 под действием радиального внешнего движения преобразователя 4 изгибается по оси вокруг круглого буртика 21 и перемещает мембрану 13 аксиально к основанию 18. При радиальном сжатии преобразователя 4 осевое движение вокруг буртика 21 вызывает сгибание диска и он отодвигает мембрану 13 от основания 18. При ультразвуковых частотах движение кольцевого элемента 11 можно лучше охарактеризовать как передачу движения поперечной акустической волны в направлении радиально внутрь через кольцевой элемент 11. Как результат конусовидной формы кольцевого элемента 11 амплитуда таких поперечных вибраций прогрессивно увеличивается в радиальном внутреннем направлении, делая максимальным аксиальное смещение мембраны 13. Увеличение амплитуды связано с уменьшением сопротивления кольцевого элемента 11 в радиальном направлении внутрь.

Углубление 20 в основании 18 обеспечивает накопление объема жидкости рядом с мембраной 13, и таким образом, делает минимальным расход жидкости, который имеет место при недостаточном объеме жидкости, остающейся в камере 3, для продолжения операции распыления.

В варианте конструкции (фиг. 4) преобразователь 4 производит ультразвуковую вибрацию периферической части 26. Эта вибрация передается осевым действием вокруг губы 26 к перфорированной мембране 13. Ультразвуковые поперечные волны, передвигающиеся радиально внутрь через кольцевой элемент 11, усиливаются благодаря линейной конусовидности кольцевого элемента 11. В этом случае жидкость в контакте с задней поверхностью мембраны 13 распыляется через отверстия 16 в виде мелкого аэрозольного тумана.

В варианте конструкции (фиг. 5) дисковый преобразователь 31 включается и радиально вибрирует на ультразвуковых частотах и эта вибрация передается через пластину 30 к трубчатой части 29. Движение поперечной волны распространяется через трубчатую часть 29 в аксиальном направлении и проходит по дуге, следуя приблизительно изгибу задней поверхности 28, и вибрирует перфорированную мембрану 13. Амплитуда этой вибрации прогрессивно усиливается благодаря конусовидной толщине кольцевого элемента 11.

Пластина 30 и преобразователь 31 снимаются вместе с кольцевым элементом 11 при замене новым корпусом 2 со свежим объемом жидкости в аппарате.

Для получения капель небольшого размера предпочтительно использовать распылитель, конструкция которого изображена на фиг.6.

При наличии в конструкции мембраны 13 опорных элементов вибрация круглого элемента 11 передается через наружный круглый элемент 11 к листу 37 с перфорациями 16.

Лист 37 содержит приблизительно 1500 перфораций 16, из которых только часть при использовании выбрасывает капли. Те перфорации 16, которые не выбрасывают капли, сконцентрированы в областях, прилегающих к утолщенным элементам 39, 40 и 41, а также в центральной части листа 37. Количество таких перфораций 16, которые выбрасывают капли, также зависит от амплитуды вибрации, возбужденной в мембране 13, и в типичном примере их число составляет около 10% При распылении фармацевтического продукта в водном растворе образуются капли величиной 5-7 мкм, размер, приемлемый для подачи аэрозольных продуктов к легким пациента. Скорость потока достигает пределов 10-20 мм³/с. Скорость потока зависит от мощности и частоты, на которой работает преобразователь.

Конструкция мембраны 13 (фиг. 9 и 10) имеет диаметр перфораций 16 по наружной поверхности мембраны 13 3 мкм с промежутками между ними в 25 мкм.

Размер полученных капель зависит от диаметра перфораций 16, так что для различных применений может использоваться лист 37 с другим размером отверстий. Устройство может использоваться для распыления продуктов в растворе или суспензии. Фармацевтические продукты обычно требуют наличия консерванта в водном растворе, такого как хлорид бензалкония, который имеет тенденцию уменьшать поверхностное натяжение полученного раствора. При распылении таких растворов особенно важно, чтобы лист 37 имел отталкивающее для жидкости покрытие 42, а наружная поверхность листа 37 была по возможности гладкой, чтобы снизить тенденцию смачиваемости раствором наружной поверхности листа 37. В качестве жидкостноотталкивающих покрытий могут использоваться силаны, фторсиланы, микронизированные частицы ПТФЭ (политетрафторэтилен). Кроме того, небольшое количество фосфора осажденное на никеле улучшает устойчивость листа 37 к коррозии.

Цепь 5 управления включает простую цепь осциллятора, предназначенную приводить в движение преобразователь 4 на частоте в диапазоне от 3 кГц до 1 мГц, выбранном, чтобы быть на резонансной частоте преобразователя 4 для максимальной эффективности. Резонансная частота преобразователя 4 согласовывается с частотой кольцевого элемента 11 с тем, чтобы достичь максимальной амплитуды вибрации на мембране 13.

Камера 3, содержащая жидкость, представляет собой закрытую камеру, которая обычно не имеет средств нагнетания избыточного давления внутри камеры. Выбрасывание капель аэрозольной струи через мембрану 13 достигается в вышеописанных вариантах только вибрацией мембраны 13, а не подачей избыточного давления к жидкости другими средствами.

Вибрация мембраны 13 не передает ультразвуковые волны через жидкость, следовательно, проблем, связанных с кавитацией в жидкости, не возникает.

Аппарат будет функционировать в любом положении при условии, что уровень жидкости в камере 3 такой, что жидкость поддерживается в контакте с задней поверхностью перфорированной мембраны 13.

Как вариант, устройство может быть снабжено датчиком, реагирующим на вдох пациента через мундштук. Цепь 5 управления можно запрограммировать таким образом, что распыление начинается только после восприятия начала вдоха.

Схема управления для устройства может включать память и микропроцессор для контроля накопленного объема распыления и контроля времени подачи и временного интервала между последовательными подачами. Кроме того/ аппарат можно снабдить визуальными или слуховыми индикаторами для указания/ например/ срока времени с момента последнего использования/ предупреждения о том/ что жидкость почти заканчивается/ и что приходит время для следующего цикла распыления.

Формула изобретения

1. РАСПЫЛИТЕЛЬ, содержащий корпус с камерой для распыляемой жидкости, преобразователь, соединенный с корпусом, и установленный в передней части корпуса кольцевой элемент с передней и задней стенками и центральным отверстием в его внутренней части, соединенный с перфорированной мембраной, задняя поверхность которой контактирует с распыляемой жидкостью, при этом преобразователь соединен с наружной частью кольцевого элемента для передачи вибраций мембране, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса распыления, толщина кольцевого элемента выбрана уменьшающейся в радиальном направлении к его внутренней части.

2. Распылитель по п.1, отличающийся тем, что угол конусности между передней и задней поверхностями внутренней части кольцевого элемента выбран меньше угла конусности между передней и задней поверхностями его наружной части.

3. Распылитель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что перфорированная мембрана выполнена в виде листа, расположенного на опорной решетке, образованной опорными элементами, при этом перфорации для прохода распыляемой жидкости размещены на листе.

4. Распылитель по п.3, отличающийся тем, что опорные элементы выполнены утолщенными в виде единого элемента с листом.

5. Распылитель по пп.3 и 4, отличающийся тем, что опорные элементы выполнены в виде расположенных по окружности радиально-направленных элементов, соединенных с круглым центральным элементом.

6. Распылитель по пп.1 - 5, отличающийся тем, что по меньшей мере передняя поверхность перфорированной мембраны выполнена с отталкивающим жидкость покрытием.

7. Распылитель по пп.1 - 6, отличающийся тем, что корпус и преобразователь соединены с возможностью съема корпуса для его замены в процессе эксплуатации.

8. Распылитель по пп.1 - 7, отличающийся тем, что перфорации мембраны выполнены в поперечном сечении сужающимися конусообразно в направлении к передней поверхности мембраны.

9. Распылитель по пп.1 - 8, отличающийся тем, что перфорированная мембрана выполнена в виде гальванопластического металлического листа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10