去除和更換的。這個(gè)功能是通過隨后描述的特別設(shè)計(jì)特征而實(shí)現(xiàn)的。該流動(dòng)調(diào)節(jié)器上用于稀釋氣體的進(jìn)氣端口 5122是用標(biāo)準(zhǔn)的22毫米透氣性凸形楔形件形成的。這個(gè)端口配合在接頭1007(參見圖1)中的對(duì)應(yīng)的凹形楔形件(未顯示)中。因此，該流動(dòng)調(diào)節(jié)器通過重力被恰當(dāng)?shù)貖A持在位。
[0157]用于壓縮氣體的端口 4028被定位在該流動(dòng)調(diào)節(jié)器歧管1020之內(nèi)。流經(jīng)這個(gè)端口的壓縮氣體被一分為二。一個(gè)流束被引導(dǎo)穿過通道4036到達(dá)該中央接收座4030內(nèi)的環(huán)形凹槽4071中。在該中央共軸的接收座4030中的環(huán)形凹槽4071的任一側(cè)上的多個(gè)凹槽中存在多個(gè)O形環(huán)4033。該分流器還被連接至一個(gè)限制件4024上，該限制件進(jìn)而通過該逆流接收座4041被連接至該逆流管1102上。
[0158]該逆流管1102具有一個(gè)180度彎頭5016，該彎頭反轉(zhuǎn)了氣流方向并且引導(dǎo)氣流朝向由該噴嘴1024所產(chǎn)生的迎面的氣溶膠羽流2106。該逆流管具有一個(gè)附接在其一側(cè)上的小板5029，當(dāng)插入該流動(dòng)調(diào)節(jié)器中時(shí)該小板與該流動(dòng)調(diào)節(jié)器支柱4040中的一個(gè)槽縫5031相互作用，這樣使得當(dāng)該逆流管就位時(shí)，該逆流管與該噴嘴1024是精確地共軸的。在一個(gè)優(yōu)選的構(gòu)型中，該逆流管包括口徑12的不銹鋼管路。在一個(gè)優(yōu)選的構(gòu)型中，該逆流管的出口與該噴嘴1024相距2英寸。這并不排除管直徑與噴嘴到逆流的距離的其他組合，而是形成了一個(gè)實(shí)例。
[0159]這兩個(gè)隔流板5102和5103被設(shè)計(jì)成用于減小該進(jìn)入的稀釋氣體的徑向速度并且用于分配氣體，這樣使得在該蒸發(fā)室5100的出口處具有接近均勻的速度。該流動(dòng)調(diào)節(jié)器的這些部件被構(gòu)造成易于組裝和拆卸而同時(shí)維持完整的功能。這兩個(gè)隔流板5102和5103將該歧管1020的室分成兩個(gè)壓力/流動(dòng)平衡室5021和5222。隔流板5102具有略微大于隔流板5103圓周的直徑。隔流板5103具有一個(gè)“煙囪”5134，該煙囪具有多個(gè)環(huán)圓周地布置的孔洞5009。該煙囪的頂部具有一個(gè)環(huán)圓周的凸緣5007，該凸緣為該第二流動(dòng)調(diào)節(jié)器提供了穩(wěn)定化手段。將隔流板5103插入該流動(dòng)調(diào)節(jié)歧管的室中，使得它就座于該流動(dòng)調(diào)節(jié)器內(nèi)部的階梯狀環(huán)圓周臺(tái)階4012上以及該歧管1020的中央支柱4040上的環(huán)圓周臺(tái)階4013上。將該隔流板5102插入該流動(dòng)歧管1020的室中，使得該隔流板就座于該歧管中的臺(tái)階4011上。
[0160]注意到，在該流動(dòng)調(diào)節(jié)器歧管1020與該第一隔流板5103之間具有四個(gè)接觸表面(參見圖4C和圖5A)。這些表面提供了該隔流板在該殼體內(nèi)的穩(wěn)定入座。同樣，這多個(gè)接觸表面促進(jìn)了這個(gè)第二流動(dòng)調(diào)節(jié)器容易地就座、還將其固定在位，這樣使得它在該裝置的正常處理和操作過程中不會(huì)掉出或移動(dòng)。同樣值得注意的是，通過這多個(gè)臺(tái)階的使用，氣體流被引導(dǎo)穿過這些隔流板5102和5103 (參見圖5C)中的孔洞5013、5023和槽縫5012，而不是穿過這些隔流板與該歧管1020之間的接觸區(qū)域而“泄露”。以此方式，通過這些流動(dòng)通道的尺寸來控制了流動(dòng)而不是泄露。避免了使用O形環(huán)。使用此類大O形環(huán)可能造成這些部件不易被患者或最終使用者組裝。這最大限度地減小了這個(gè)隔流板上的氣溶膠沉積。該隔流板5102具有一個(gè)中央孔5014，該噴嘴頸部2003穿過該孔而伸出。它具有一個(gè)接近矩形的孔5015以便促進(jìn)該逆流管1102的插入。該隔流板5102的中央部分5017是隆起的。這促進(jìn)了包括一個(gè)環(huán)圓周的凹槽5018。這個(gè)凹槽使得使用者能夠用他們的手指來抓握該外隔流板以便容易地插入該流動(dòng)調(diào)節(jié)器歧管1020中并且從中取出。該流動(dòng)調(diào)節(jié)器的隆起的中心具有一個(gè)凹形表面以便減少其表面上的氣溶膠沉積。
[0161]該流動(dòng)調(diào)節(jié)器歧管執(zhí)行多個(gè)功能，其核心是使該裝置成功運(yùn)行。這些包括a)將該噴嘴夾持件精確地定位在該歧管接收座的中央軸線上；b)將壓縮氣體傳送并且分配至該噴嘴夾持件桶2001上的這些進(jìn)入端口 2008(參見圖2B)以及該逆流管1102(參見圖4C);以及c)稀釋氣體的進(jìn)氣和再分配以實(shí)現(xiàn)在該蒸發(fā)室5100的出口處接近均勻的氣體流量(參見圖5A)。
[0162]壓縮氣體的分配
[0163]圖5A中可以看出，壓縮氣體經(jīng)一個(gè)快速斷開式接頭5019和特氟綸管1031通過該流動(dòng)調(diào)節(jié)器1020的歧管上的直角接頭1013而被連接。為了簡(jiǎn)化該裝置的實(shí)用和使用，在該流動(dòng)調(diào)節(jié)器歧管上僅有一個(gè)用于該壓縮氣體的連接器4028。壓縮氣體流通過使用被定位在該流動(dòng)調(diào)節(jié)器歧管內(nèi)的分流器被分配。一個(gè)流束被引導(dǎo)至一個(gè)環(huán)形凹槽、穿過通道4036而到達(dá)該中央接收座內(nèi)的環(huán)形凹槽4071，該接收座將該壓縮氣體提供至該噴嘴夾持件。在該中央接收座4030的環(huán)形凹槽4071的任一側(cè)上的多個(gè)凹槽中的多個(gè)O形環(huán)4033進(jìn)行密封以防該壓縮氣體泄漏。另一個(gè)流束穿過一個(gè)限制件4024，該限制件將逆流氣體的流速限制在與通過該霧化噴嘴1024進(jìn)入時(shí)的相似或略微更大的體積流速。該液體氣溶膠羽流2106被來自該逆流管1102的端口 5026的共軸逆流的氣體射流5120捕獲，這樣使得在該噴嘴與該逆流端口 5026的中間有一個(gè)駐點(diǎn)5300(參見圖5A)。
[0164]該稀釋氣體流動(dòng)調(diào)節(jié)器所執(zhí)行的功能
[0165]來自該進(jìn)入端口 5122(參見圖5B)的輸入氣體流在該流動(dòng)調(diào)節(jié)器第一級(jí)的中心支柱4040(參見圖4C)周圍的壓力平衡通道5021中被環(huán)圓周地引導(dǎo)。這個(gè)第一級(jí)是具有低氣體流阻的一個(gè)中空“環(huán)圈(donut)”。當(dāng)該氣體垂直地穿過環(huán)圓周地位于該隔流板5103上的這些城齒5042之間的這些槽縫5012 (參見圖5C)時(shí)，該氣體的旋轉(zhuǎn)速度減小。這些槽縫形成了一條流動(dòng)路徑，該流動(dòng)路徑的阻力高于形成了這個(gè)第一環(huán)圈形狀的壓力平衡室5021的通道的阻力。該氣體進(jìn)入該流動(dòng)調(diào)節(jié)器的第二級(jí)中、穿過這些槽縫5012而進(jìn)入具有低流阻的第二環(huán)圈形狀的壓力平衡室5022。通過這個(gè)通道，它以兩個(gè)方式被分配:a)穿過“煙囪”5008周圍的多個(gè)孔5009并且隨后穿過該第二隔流板的中心部分中的多個(gè)孔5223，以及b)穿過該第二隔流板5102外部區(qū)域中的這些同心孔5013。這些孔(或縫隙)的位置和尺寸實(shí)現(xiàn)了在該虛擬撞擊器面部板處的一個(gè)均勻的流動(dòng)輪廓，同時(shí)最大限度地減小了氣溶膠沉積在該第二隔流板5103和蒸發(fā)室5100的壁上。流向該蒸發(fā)室中心的氣體流部分地是通過這個(gè)“煙囪”中這些孔5009的大小而調(diào)節(jié)的。
[0166]蒸發(fā)室
[0167]圖6A、6B、6C和6D示出了該蒸發(fā)室5100(參見圖5A)的特征。該蒸發(fā)室5100裝配在該流動(dòng)調(diào)節(jié)歧管1020與一個(gè)氣溶膠濃縮器6100之間。在一個(gè)優(yōu)選的構(gòu)型中，該蒸發(fā)室包括一個(gè)2.75英寸外直徑、2.56英寸內(nèi)直徑、6英寸長的管，它是紅外輻射可透過的。其他類似尺寸也是可能的。在優(yōu)選的構(gòu)型中，這個(gè)管可以由石英或硼硅酸鹽玻璃制成。這個(gè)管被插入該流動(dòng)調(diào)節(jié)器歧管1020的開放端中直到它抵靠該隔流板5102 (參見圖5A)。該歧管開口和該管的尺寸是使得摩擦配合足以:a)支撐該管、以及b)防止從該室內(nèi)部至大氣中的任何實(shí)質(zhì)性的氣體泄漏。蒸發(fā)室的另一端被插入該虛擬撞擊器型氣溶膠濃縮器6100的一個(gè)加速板6110 (參見圖6A)上的圓周凹槽6055 (參見圖6A和7C)中。同樣這是一種恰當(dāng)?shù)哪Σ僚浜?。替代地，這個(gè)管5100的唇緣密封件或楔形末端以及在該歧管1020和該濃縮器加速板6110上的對(duì)應(yīng)凹形楔形件可以被用來消除該蒸發(fā)室5100分別與該流動(dòng)調(diào)節(jié)器歧管或該氣溶膠濃縮器6100之間的任何氣體泄露。
[0168]在該蒸發(fā)室的一側(cè)上并且與之相鄰是一個(gè)125W的快速加熱式紅外線燈泡6001。一個(gè)優(yōu)選為拋物線形的紅外反射器6002被布置在該燈泡后面，這樣使得該燈泡的中心是在該反射器的焦平面中。另外，在該蒸發(fā)室5100的相反側(cè)上的一個(gè)紅外反射器6003再次增大了該蒸發(fā)室內(nèi)的紅外輻射通量。在一個(gè)優(yōu)選的構(gòu)型中，這些紅外反射器是由磨光鋁制成。紅外反射器6003還可以包括該蒸發(fā)管上的一個(gè)金涂層。該反射器6002也可以用該紅外線燈泡6001上的金涂層替換。
[0169]為了增大蒸發(fā)速率，用紅外輻射來對(duì)流經(jīng)該蒸發(fā)室5100的氣溶膠進(jìn)行加熱。通過對(duì)流進(jìn)行的熱傳遞與溫度梯度成正比。然而，通過輻射熱進(jìn)行的熱傳遞與溫差的四次方成正比。水在紅外區(qū)域中具有強(qiáng)吸收譜帶。因此，該快速響應(yīng)式紅外燈6001被定位在該蒸發(fā)室5100下方。紅外反射器6002增大了室5100內(nèi)的紅外輻射通量。該蒸發(fā)室的石英或硼硅酸鹽玻璃是紅外線可透過的，使得紅外輻射能夠進(jìn)入該室5100中。這個(gè)紅外輻射被氣溶膠顆粒中的水吸收。接著這個(gè)能量作為蒸發(fā)潛熱被驅(qū)散。同樣，布置在該蒸發(fā)室的相反側(cè)上的第二紅外反射器6003也增強(qiáng)了紅外能量在水性氣溶膠顆粒輸送穿過該蒸發(fā)室5100過程中向這些水性氣溶膠顆粒的傳遞。
[0170]逆流管
[0171]該蒸發(fā)室5100還包括逆流管1102(參見圖1和圖5A)。該逆流管被定位在接收座4041(參見圖4C和圖5A)中，其中附接至該逆流管上的一個(gè)小板5029(參見圖5C)被定位在該歧管1020的支柱4040(參見圖4C)中的槽縫5031中。這個(gè)管(接收來自該分流器5052(參見圖5A)的氣體)具有一個(gè)180度彎頭、其后是一個(gè)短而直的區(qū)段。這個(gè)彎頭的曲率是使得當(dāng)該小板5029(參見圖5C)正確地插入該歧管1020中的槽縫5031之中時(shí)，該逆流管的端口 5026與該室的中心和該氣溶膠噴嘴的孔口 1024是精確地共軸的。
[0172]來自該分流器5052的壓縮氣體流經(jīng)該逆流管并且從該逆流端口 5026離開。這樣產(chǎn)生的氣體射流與該氣溶膠羽流是共軸的但是具有與之相反的方向。該逆流管1102的短而直的區(qū)段確保了逆流氣體的對(duì)稱射流。這個(gè)氣體射流的流速是使得該氣溶膠羽流2106在該噴嘴孔口 1024與該逆流管1102的端口 5026的中間5300處被捕獲。
[0173]氣溶膠濃縮器
[0174]在圖7A、7B、7C、7D、7E和7F詳細(xì)地示出的該虛擬撞擊器被用來對(duì)來自該蒸發(fā)室5100的輸出氣溶膠進(jìn)行濃縮。如圖7C所示，該蒸發(fā)室5100的硼硅酸鹽/石英管在該虛擬撞擊器6100的加速板6110中的圓周凹槽6055之中形成了恰當(dāng)?shù)呐浜?。返回圖7A，該虛擬撞擊器包括:該加速板6110，該加速板包含多個(gè)長的加速縫隙噴嘴7002、中等縫隙噴嘴7102以及多個(gè)短的加速縫隙噴嘴7202 ;以及一個(gè)虛擬撞擊減速板7020 (參見圖7B)，該減速板包含互補(bǔ)的多個(gè)長的減速縫隙噴嘴7003、中等減速縫隙噴嘴7103以及短的減速縫隙噴嘴7203。附接至減速板7120上的是排氣罩7021和排放端口 7022 (參見圖7D和7E)。由該加速面部板6110、該減速板7020和該排氣罩7021形成的通氣室7004提供了一條用于該排氣的低阻力流動(dòng)路徑，該排氣從這些加速噴嘴7002、7102、7202的尖端與該加速噴嘴7003、7103和7203上的接收縫隙之間的空隙7300排出。該加速板6110恰當(dāng)?shù)嘏浜显谠撎摂M撞擊器減速板7020中，使得長的加速噴嘴7002、中等加速噴嘴7102以及短的加速噴嘴7202分別與該長的減速噴嘴7003、中等減速噴嘴7103以及短的減速噴嘴7203精確地對(duì)齊。在這些加速噴嘴與這些互補(bǔ)的減少噴嘴的孔口之間具有一個(gè)小空隙7300。這些加速噴嘴的縫隙是1.1毫米寬。這些接收縫隙是1.4毫米寬并且被定位成使得這些加速噴嘴與這些減速噴嘴的縫隙之間的空隙7300是1.3毫米。所提及的這些是作為一個(gè)實(shí)際的解決方案，而并不旨在排除其他類似的尺寸。為了防止夾帶在該排氣中的顆粒進(jìn)入大氣中，可以將一個(gè)過濾器(未顯示)附接在該離開端口 7022上。
[0175]雖然之前已經(jīng)描述了虛擬撞擊器型氣溶膠濃縮器，但是這個(gè)濃縮器具有特定的新穎特征而使得本發(fā)明非常適合于所提出的功能。該濃縮器被優(yōu)化成用于將由該噴嘴1024(參見圖1)產(chǎn)生的最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)的可吸入的氣溶膠傳送至該輸出口。因此該濃縮器被優(yōu)化成在該可吸入范圍內(nèi)(即，I至5微米的空氣動(dòng)力學(xué)直徑)表現(xiàn)最好。因此，對(duì)本發(fā)明的目的而言，可以認(rèn)為這個(gè)輸出的氣溶膠包括大于0.5微米的空氣動(dòng)力學(xué)直徑的顆粒。因此，該虛擬撞擊器應(yīng)該濃縮小于或等于5微米空氣動(dòng)力學(xué)直徑的盡可能多的顆粒。這一點(diǎn)與該濃縮器上的最小壓降和不存在任何氣體負(fù)壓而從這些噴嘴與這些接收縫隙之間的空隙中去除排氣的要求一起，需要結(jié)合若干個(gè)新穎的設(shè)計(jì)特征。
[0176]1.徑向地安排十六個(gè)加速縫隙噴嘴7002、7102和7202，如圖7A所示。選擇其設(shè)計(jì)以使得排氣徑向地從該濃縮器中離開，而對(duì)于穿過這些加速噴嘴7002、7102和7202與這些減速噴嘴7003、7103、7203之間的氣溶膠射流的干擾最小。這些較短的縫隙噴嘴7102、7202被設(shè)計(jì)成用于保持跨越該蒸發(fā)室和該濃縮器的流動(dòng)是盡可能均勻的。注意，這個(gè)構(gòu)型還將這些加速和減速噴嘴的縫隙的總累計(jì)長度最大化。在優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，這些加速噴嘴的總累計(jì)長度是18厘米，但是從10至25厘米的其他累計(jì)長度也是可能的。
[0177]2.這些加速噴嘴的輸入口的楔形表面被設(shè)計(jì)成具有拋物線輪廓7008(參見圖7C)以便最大限度地減小為了加速該氣溶膠到噴嘴的速度所需要的壓力差，同時(shí)最大限度地減少氣溶膠在該濃縮器6100的加速板6110的面部的沉積。
[0178]3.同樣，這些減速噴嘴7003、7103和7203的輸出錐體也是帶拋物線刻紋的、具有拋物線狀的輪廓7009 (參見圖7C)以便降低穿過該濃縮器的阻力并且最大限度地減小氣溶膠在該濃縮器的輸出口處的紊動(dòng)。
[0179]4.另外，這些加速噴嘴7002、7102的下游表面以及該加速噴嘴7003、7103的上游表面是帶刻紋的以便將降低這些噴嘴之間的排氣的阻力。該帶刻紋的形狀在該加速板與減速板之間、在未提供這些帶刻紋的加速和減速通道的位置處留下了 I厘米或甚至更大的空隙，即，留下了寬的徑向通道以便具有低顆粒濃度的被分開的排放體積流來流經(jīng)這些通道而朝向該罩、并且最終穿過該排放端口 7022(參見圖7E)而離開該系統(tǒng)。同樣，這能夠去除該排放體積流而對(duì)氣溶膠射流的擾動(dòng)最小。這些上游和下游表面的外形(被設(shè)計(jì)成用于將平坦表面和尖銳的銳角最小化)對(duì)該濃縮器的整體性能是很重要的。值得注意的是，與平坦的虛擬撞擊板內(nèi)的縫隙相比，示出的這些減速噴嘴的下游外形顯著地提高了該濃縮器的效率。
[0180]5.為了促進(jìn)這些加速噴嘴7002、7102、7202與其對(duì)應(yīng)的減速噴嘴7003、7103、7203的精確對(duì)齊，一個(gè)定位圓柱體7010(參見圖7A)和一個(gè)緊密配合的凸形圓柱體7011確保了該濃縮器噴射板與該接收板的共軸對(duì)齊。這一點(diǎn)與一個(gè)凸形十字7115和緊密配合的凹形十字形接收座7013 —起確保了這些噴射縫隙與這些減速噴嘴的接收縫隙精確地對(duì)齊。
[0181]6.該加速板6110和減速板7120通過使用一個(gè)居中布置的螺套7014和螺釘7015(參見圖7F)是容易分開的。這有助于多次組裝和拆卸以及對(duì)沉積在這些板內(nèi)表面上的任何氣溶膠的清潔。
[0182]7.該濃縮器的下游側(cè)上的一個(gè)空腔7016(參見圖7C)被設(shè)計(jì)成允許來自這些接收縫隙的湍流衰減并且因此減小該輸出錐體上的不希望的氣溶膠沉積。
[0183]8.該罩7021 (參見圖7E)具有一個(gè)帶刻紋的離開通道7106并且該離開端口 7022具有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的22毫米的楔形件，該楔形件促進(jìn)了一次性過濾器(未顯示)的連接。
[0184]通過使用圖7A、7B、7C、7D、7E和7F所示的虛擬撞擊器來對(duì)該蒸發(fā)室5100輸出口處的氣溶膠進(jìn)行濃縮。當(dāng)來自該蒸發(fā)室5100的氣溶膠穿過這些加速噴嘴7002和7102以及7202時(shí)，該氣溶膠被加速。在這種情況下，通過使用長(7002)、中等(7102)和短(7202)的縫隙噴嘴構(gòu)型將流動(dòng)阻力最小化。由于這些氣溶膠顆粒具有遠(yuǎn)高于它們懸浮于其中的氣體和水蒸汽分子的動(dòng)量時(shí)，這些顆粒越過該空隙7300并且進(jìn)入這些減速噴嘴7003、7103和7203中。該濃縮器的輸出口的氣溶膠流速總體上僅是輸入流速的1/5至1/10。輸入氣體流速與輸出氣體流速之間的氣體流速差被通過這些縫隙之間的空隙7300 (參見圖7C)被耗盡并且進(jìn)入該通氣室7004。該輸出口處的經(jīng)濃縮的氣溶膠成漏斗狀穿過一個(gè)經(jīng)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的輸出錐體7006，以便傳送至患者或用于其他所希望的目的。
[0185]在一個(gè)優(yōu)選的構(gòu)型中，在該輸出口的外壁上，該濃縮器的空腔7016上具有一個(gè)I至2厘米的寬廣凸緣7030。這有助于該輸出錐體7006的布置，該輸出錐體在其入口處具有匹配的內(nèi)徑以及一個(gè)臺(tái)階7031，因此不存在流動(dòng)的中斷。該錐體的輸出口具有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的22毫米的呼吸器楔形件7032(參見圖7F)以便允許輕易連接至吸入管或過濾器(未顯示)上。
[0186]實(shí)例
[0187]發(fā)現(xiàn)該稀釋加熱器的流阻在100、150和200升每分鐘下分別是0.12,0.3和0.5英寸的水上。該流動(dòng)調(diào)節(jié)器的流阻被確定為在150升每分鐘下為I英寸的水并且在200升每分鐘下為1.8英寸的水。當(dāng)該濃縮器的輸出流速是40升每分鐘時(shí)，該氣溶膠濃縮器的流阻被確定為在低于300升/分鐘的所有測(cè)試輸入流速下均小于I毫米的水。當(dāng)該濃縮器的輸出流速是40升/每分鐘時(shí)，該蒸發(fā)室內(nèi)部的壓力在100、150、200、250和300升/分鐘的室流速下分別是0.3,0.8、1.4,2.2和2.7英寸的水。
[0188]通過使用一個(gè)輸液栗將16%的牛血清白蛋白溶液供送至該噴嘴并且以I毫升/分鐘對(duì)其進(jìn)行霧化。該噴嘴壓力是20至24psi并且該稀釋氣體流量是200升/分鐘。以40升/分鐘對(duì)來自該濃縮器下游的所得干燥氣溶膠測(cè)量?jī)煞昼?。所收集的質(zhì)量是通過重量分析法確定的。典型地收集180至210毫克。因此該裝置的輸出量為約100毫克每分鐘。
[0189]發(fā)現(xiàn)該裝置整體的總效率是64%。發(fā)現(xiàn)僅該濃縮器的效率是85%。
[0190]將紅色食用色素4號(hào)(0.2% )作為示蹤劑添