DE10007591A1 - Medizinischer Vernebelungsapparat - Google Patents

Abstract

Ein Flüssigkeits-Vernebelungsapparat geeignet für die Verwendung in der Atemwegstherapie und anderen Anwendungen. Eine erste Gasdruckröhre ist umgeben von einer zweiten Röhre zur Bildung einer engen, ringförmigen Flüssigkeitszuspeisungspassage. Die Flüssigkeitszuspeisungspassage erstreckt sich von einem Flüssigkeitsbehälter zu einer ringförmigen Öffnung an einem Ende der ersten Röhre. Die zweite Röhre erstreckt sich über die Öffnung hinaus zu einem offenen Ende, um eine Kammer zu bilden. Wenn ein Gas, wie beispielsweise Druckluft oder Sauerstoff, von einer Öffnung am Ende der ersten Röhre abgegeben wird, bildet sich an der ringförmigen Öffnung ein Unterdruck, um Flüssigkeit in die Kammer zu ziehen. Die expandierende Gasströmung in der Kammer veranlasst die Flüssigkeit, von der ringförmigen Öffnung als Film entlang der Innenwand der zweiten Röhre zum offenen Ende zu strömen, wo sie ausgestoßen und atomisiert wird. Der Gasstrom durch die Kammer beschleunigt die Strömung des Flüssigkeitsfilms, um dessen Dicke zu verringern und damit kleinere und gleichmäßigere Tröpfchen herzustellen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft Flüssigkeits-Vernebelungsapparate, insbesondere einen Vernebelungsapparat zur Herstellung ei­ nes Aerosols aus kleinen Tröpfchen von einer Flüssigkeit, die beispielsweise geeignet ist, ein einer Inhalationsthe­ rapie verwendet zu werden.

Es wurden bisher unterschiedliche Arten von Vernebelungsap­ paraten zur Herstellung eines Flüssigmedikament-Aerosols zur Einführung in die Lunge von Patienten konstruiert. Bei der Konstruktion eines Flüssigmedikament-Vernebelungs­ apparats liegt ein allgemeines Ziel darin, ein Aerosol her­ zustellen, das flüssige Tröpfchen aufweist, die sehr klein und von gleichmäßiger Größe sind. Vernebelungsapparate pro­ duzieren von sich aus eine Reihe unterschiedlicher Tröpf­ chengrößen. Es ist wünschenswert, dass die Tröpfchengrößen so gleichförmig wie nur möglich sind und dass ihre Größe den Tröpfchen ermöglicht, tief in die Lunge des Patienten einzudringen, um einen maximalen Therapieerfolg zu gewähr­ leisten. Wegen ihrer Masse und Trägheit neigen größere von einem Patienten inhalierte Tröpfchen dazu, miteinander zu kollidieren und sich an den Wänden des Mundes und der Atem­ wege anzusammeln, bevor sie tiefer in die Lunge vordringen. Im allgemeinen muss das Medikament tief in die Lungen vor­ dringen, um die gewünschte therapeutische Wirkung hervorzu­ rufen. Ein Medikament, das die Wirkbereiche in der Lunge nie erreicht, ist verschwendet und erhöht Kosten und Dauer der Behandlung. Die Forschungsarbeiten zur Konstruktion von Vernebelungsapparaten, die ein Aerosol mit gleichmäßigen Tröpfchengrößen produzieren, sind laufend im Gange.

Wenn bei einer gebräuchlichen Form von Vernebelungsappara­ ten ein Patient durch ein Mundstück inhaliert, wird durch eine Kammer Umgebungsluft angezogen und dem Patienten zuge­ führt. Auch Druckluft wird in die Kammer eingeführt und über eine Flüssigkeitsöffnung geleitet, um das flüssige Me­ dikament anzusaugen und zu atomisieren, wodurch ein Aerosol gebildet wird. Normalerweise wird das Aerosol mit dem Strom der vom Patienten eingeatmeten Umgebungsluft gemischt. Das Aerosol kann mit Sauerstoff oder mit sauerstoffangereicher­ ter Luft gemischt werden, wenn dies vom Patienten verlangt wird. Um die Flüssigkeitströpfchen im Aerosol so klein und gleichmäßig groß wie möglich zu machen und um größere Tröpfchen vom Aerosol zu trennen, während die Tröpfchen im Vernebelungsapparat bleiben, wurden unterschiedliche Tech­ niken angewendet.

In Vernebelungsapparaten älterer Bauweise wird unter Druck stehende Atomisierungsluft durch eine Öffnung abgegeben und so abgelenkt, dass sie über eine ringförmige Flüssig­ keitsöffnung fließt. Der Luftstrom saugt einen Flüssig­ keitsstrom von der Öffnung an und atomisiert die Flüssig­ keit zu Tröpfchen. Häufig werden Luft und Flüssigkeit ver­ anlasst, gegen eine Ablenk- und/oder Prallfläche zu stoßen, welche die Flüssigkeit in kleinere Tröpfchen aufspaltet und/oder Tröpfchen mit größerem Durchmesser sammelt, die in einen Flüssigkeitsbehälter zurückfließen. Die Flüssig­ keitströpfchen werden danach immer noch unterschiedliche Größen aufweisen. Das resultierende Aerosol wird mit einer voluminöseren Umgebungsluftströmung gemischt, während es in die Lungen des Patienten gezogen wird, wenn der Patient in­ haliert. Unterschiedliche Arten von Ablenk- und Prallflä­ chen wurden benützt, um die Atomisierungsluft über den Flüssigkeitseingang zu lenken und die Flüssigkeit zu atomi­ sieren.

In einer älteren Ausführung eines Vernebelungsapparats sind zwei Flüssigkeitsöffnungen an diametral gegenüberliegenden Seiten einer Atomisierungsluftöffnung vorgesehen. Die Ato­ misierungsluft wird gegen eine Ablenkleiste gelenkt, welche den Luftstrom in zwei Ströme aufteilt, von denen einer im rechten Winkel zu den Öffnungen und über diese hinweg fließt. In einer anderen Vernebelungsapparat-Ausführung äl­ terer Konstruktion wird die Atomisierungsluft von einer ringförmigen Öffnung abgegeben, die konzentrisch mit einer ringförmigen Flüssigkeitsöffnung ist. Die Luft wird gegen eine runde oder konische Ablenkfläche gelenkt, um die Luft­ strömung in radialem Muster über die ringförmige Flüssig­ keitsöffnung zu lenken.

Der Luftstrom saugt die Flüssigkeit an, um von einem Behäl­ ter durch die Flüssigkeitsauslasse zu strömen, und bildet ein Aerosol. Das Aerosol wird mit einer voluminöseren Umge­ bungsluftströmung gemischt, wenn der Patient inhaliert. Wenn der Patient nicht inhaliert, kondensieren die Tröpf­ chen im Aerosol an den Innenwänden des Vernebelungsapparats und fließen zurück in den Behälter. In der Regel wird das Aerosol von einer Prallfläche abgelenkt, um entweder nach unten gegen einen Flüssigkeitsbehälter zu fließen oder ra­ dial nach außen gegen die Wände des Behälters. Das Aerosol fließt dann aufwärts gegen einen Aerosolauslass in einem Mundstück, durch welches der Patient atmet. Wenn das Aero­ sol dazu gebracht wird, einem gekrümmten Strömungsweg durch den Vernebelungsapparat zu folgen, neigen größere Tröpfchen dazu, an die Wände der Ablenkfläche und der Kammer zu sto­ ßen und an diesen zu kondensieren, wo sie zurück in den Flüssigkeitsbehälter fließen.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der Erfindung erstreckt sich eine Röhre für Druck­ luft, Sauerstoff oder ein anderes Gas aufwärts durch den Mittelpunkt eines Behälters, der dazu dient, eine Menge Flüssigmedikament zu fassen. Ein oberes Ende der Druckgas­ röhre endet an einer Öffnung, die oberhalb der Oberfläche eines Medikaments im Behälter angeordnet ist. Eine zweite Röhre, deren Innendurchmesser geringfügig größer ist als ein Außendurchmesser der Gasröhre, umfängt die Gasröhre und ist mit dieser koaxial. Auf diese Weise wird eine enge, ringförmige Medikamentenzufuhrpassage zwischen der Gasröhre und der zweiten Röhre geschaffen.

Die zweite Röhre erstreckt sich von angrenzend einem Boden des Medikamentenbehälters zu einem offenen oberen Ende, das sich oberhalb der Gasabgabeöffnung befindet. Innerhalb der zweiten Röhre oberhalb der Öffnung wird eine offene Kammer gebildet. Wenn in dem Behälter ein flüssiges Medikament vorhanden ist und Gas von der Gasöffnung abgegeben wird, wird in der offenen Kammer angrenzend an die Gasöffnung ein Unterdruck geschaffen. Der Unterdruck zieht das Flüssigme­ dikament nach oben durch die enge, ringförmige Passage zwi­ schen der Gasröhre und der zweiten Röhre.

Das unter Druck stehende Gas dehnt sich auf seinem Weg von der Öffnung in die offene Kammer aus. Die zweite Röhre be­ schränkt die Außenausdehnung des Gases, um einen raschen Geschwindigkeitsverlust zu verhindern. Die Gasströmung durch die offene Kammer und die Oberflächenspannung im flüssigen Medikament veranlassen das flüssige Medikament dazu, als dünner, flüssiger Film entlang der Innenwand der zweiten Röhre von angrenzend an die Gasabgabeöffnung zum offenen Ende der zweiten Röhre zu fließen. Der Gasstrom be­ schleunigt die Flüssigmedikamentströmung entlang der Innen­ wand der zweiten Röhre und verursacht damit die Verringe­ rung der Dicke des Flüssigkeitsfilms bei zunehmender Strö­ mungsgeschwindigkeit. Der strömende dünne Flüssigkeitsfilm wird vom offenen Ende der zweiten Röhre ausgestoßen. Wenn der Film ausgestoßen wird, streckt er sich infolge der Oberflächenspannung in der Flüssigkeit in kleine Flüssig­ keitsfinger und teilt sich dann in kleine Tröpfchen, um ein Aerosol zu bilden. Die kleinen Tröpfchen werden durch das Hochgeschwindigkeitsgas ohne Aufprall des Gases und der Flüssigkeit an einer Rückstoßfläche gebildet.

Obwohl die Tröpfchengrößen variieren, sind sie doch in ei­ nem gleichförmig kleinen Größenbereich konzentriert, der für eine Atemwegstherapie wirksam ist. Optional kann auch eine Prallfläche verwendet werden, um größere Tröpfchen zu eliminieren, die in dem Aerosol vorhanden sein können. Der Vernebelungsapparat kann auch für Anwendungen in anderen als medizinischen Gebieten verwendet werden, beispielsweise zur Kraftstoffvernebelung oder in der Malerei.

Es ist demnach ein Ziel der Erfindung, einen Vernebelungs­ apparat zur Herstellung eines flüssigen Aerosols zu schaf­ fen, das für die Inhalationstherapie oder für andere Anwen­ dungen geeignet ist.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung und den begleitenden Zeichnungen offenbar.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine vergrößerte fragmentarische Querschnittan­ sicht eines Flüssigkeits-Vernebelungsapparats gemäß der Er­ findung;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines medi­ zinischen Vernebelungsapparats gemäß einem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 3 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines medi­ zinischen Vernebelungsapparats gemäß einem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bezugnehmend auf Fig. 1 der Zeichnungen wird ein Flüssig­ keitsatomisierer oder Vernebelungsapparat 10 gemäß der Er­ findung dargestellt. Der Vernebelungsapparat 10 umfasst im allgemeinen zwei koaxial angeordnete Röhren, eine innere oder erste Röhre 11 und eine äußere oder zweite Röhre 12. In der dargestellten Ausrichtung weist die erste Röhre 11 ein oberes Ende 13 auf, das bis auf eine Öffnung 14 ge­ schlossen ist. Ein unteres Ende 15 der ersten Röhre 11 ist so beschaffen, dass es an eine Druckgasquelle angeschlossen ist, wie beispielsweise Luft, Sauerstoff oder ein anderes Gas, das für eine bestimmte Anwendung des Vernebelungsappa­ rats 10 ausgewählt wurde. Die zweite Röhre 12 hat ein offe­ nes oberes Ende 16. Die erste Röhre 11 ist koaxial inner­ halb der zweiten Röhre 12 angebracht, um eine ringförmige Passage 17 zwischen den Röhren 11 und 12 zu schaffen. Das obere Ende 13 der ersten Röhre 11 ist unterhalb dem oberen Ende 16 der zweiten Röhre 12 beabstandet, um eine Kammer 18 zu bilden, die ein vom Ende 13 der ersten Röhre gebildetes unteres Ende, eine von einer Innenfläche 19 der zweiten Röhre 12 gebildete Seitenwand und ein vom offenen oberen Ende 16 der zweiten Röhre 12 begrenztes oberes Ende auf­ weist.

Die Passage 17 hat ein ringförmiges oberes Ende 20, das die Öffnung 14 umgibt und mit der Kammer 18 in Verbindung ist. Ein unteres Ende 21 der Passage 17 ist so angepasst, dass es mit der Quelle einer zu atomisierenden Flüssigkeit in Verbindung steht. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann das un­ tere Ende der Passage 17 über einen Kanal 22 mit einer ge­ eigneten (nicht dargestellten) Flüssigkeitsquelle verbunden werden. Alternativ kann das untere Ende 21 der Passage 17 offen sein und sich unterhalb der Oberfläche der Flüssig­ keit in einem (nicht dargestellten) Flüssigkeitsbehälter zur Ansaugströmung in die Kammer 18 befinden. Im prakti­ schen Betrieb des Vernebelungsapparats 10 wird Flüssigkeit durch Ansaugen von der Quelle in die Passage 17 gezogen und fließt in die Kammer 18. Für einige Anwendungen ist zu be­ achten, dass die Flüssigkeit unter Druck in die Passage 17 eingespeist werden kann, um die Strömungsrate der Flüssig­ keit zu erhöhen oder die Atomisierung von Flüssigkeiten mit höherer Viskosität zu erleichtern.

Im praktischen Betrieb wird unter Druck stehendes Gas von einer geeigneten Quelle zum unteren Ende 15 der ersten Röh­ re 11 geliefert. Dieses Gas wird von der Öffnung 14 in die Kammer 18 abgegeben, wo es sich ausdehnt und zum offenen oberen Ende 16 der zweiten Röhre 12 strömt und dort ausge­ stoßen wird. Der Gasstrom durch die Kammer 18 schafft einen Unterdruck am ringförmigen oberen Ende 20 der Passage 17. Infolge des Unterdrucks strömt Flüssigkeit von der Flüssig­ keitsquelle durch die Passage 17 und in die Kammer 18. Wenn die Flüssigkeit in die Kammer 18 eindringt, bleibt sie in­ folge der Oberflächenspannung und der Gasströmung durch die Kammer 18 in Kontakt mit der Innenfläche 19 der zweiten Röhre 12.

Das durch die Kammer 18 strömende Gas veranlasst die Flüs­ sigkeit dazu, entlang der Oberfläche 19 gegen das offene Ende 16 als dünner Film 23 zu strömen. Wenn der flüssige Film 23 gegen das offene Ende 16 strömt, erhöht sich seine Strömungsgeschwindigkeit unter dem Einfluss der schnelleren Gasströmung.

Wenn die Geschwindigkeit des Filmes zunimmt, geht die Dicke des Films 23 zurück. Der strömende dünne Film 23 wird am offenen Ende 16 der zweiten Röhre 12 aus der Oberfläche 19 ausgestoßen. Wenn die Flüssigkeit die Oberfläche 19 ver­ lässt, bildet sie anfänglich kleine Finger infolge der Oberflächenspannung. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeits­ strömung in den Fingern, die Oberflächenspannung der Flüs­ sigkeit und die expandierende Gasströmung von der Kammer 18 verursachen eine Aufteilung der Finger in kleine Tröpfchen, wodurch die Flüssigkeit atomisiert wird.

Die zweite Röhre 12 an der Kammer 18 wird mit einem Innen­ durchmesser A dargestellt, die erste Röhre 11 mit einem Au­ ßendurchmesser B, die Öffnung 14 mit einem Durchmesser C und die Kammer 18 zwischen dem Ende 13 der ersten Röhre 11 und dem offenen Ende 16 der zweiten Röhre 12 wird mit einer Länge D dargestellt. Der Vernebelungsapparat 10 kann bei­ spielsweise dazu verwendet werden, ein flüssiges, in der Atemwegstherapie verwendetes Medikament zu atomisieren. Für einen medizinischen Vernebelungsapparat 10 hat sich ein Durchmesser A der Kammer 18 zwischen etwa 1,016 mm und etwa 3,175 mm als vorteilhaft erwiesen. Der Außendurchmesser B der ersten Röhre wird so ausgewählt, dass die Passage 17 eine Dicke zwischen etwa 0,05 mm und etwa 1 mm aufweist. Der Durchmesser C der Öffnung 14 beträgt vorzugsweise zwi­ schen etwa 0,400 mm und etwa 0,711 mm. Die Länge D der Kam­ mer 18 beträgt vorzugsweise zwischen etwa 0,5 und 2mal den Kammerdurchmesser A, wobei D = A optimal ist.

Bezugnehmend auf Fig. 2 wird ein medizinischer Vernebe­ lungsapparat 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dargestellt.

Der Vernebelungsapparat 30 ist mit einem Gehäuse 31 verse­ hen, das aus einem unteren Gehäuseabschnitt 32 und einem oberen Gehäuseabschnitt 33 gebildet ist. Der untere Gehäu­ seabschnitt 32 begrenzt einen Behälter 34, der dazu dient, eine bestimmte Menge eines flüssigen, zur Atomisierung vor­ gesehen Medikaments 35 zu fassen. Eine erste Röhre 36 er­ streckt sich aufwärts durch die Mitte des Behälters 34 und endet an einer Luftabgabeöffnung 37. Die erste Röhre 36 ist mit einem unteren Ende 38 versehen, das sich unterhalb des Behälters 34 erstreckt und über einen Schlauch 39 mit einem Kompressor oder einer anderen (nicht dargestellten) Quelle von Druckgas verbunden ist. Im Normalfall handelt es sich bei dem Gas um Druckluft, und die Quelle ist ein handelsüb­ licher medizinischer Luftkompressor. Ja nach Anwendung kann aber auch Sauerstoff oder ein anderes Gas an die erste Röh­ re 36 geliefert werden.

Innerhalb des ersten Behälters 34 weist die erste Röhre 36 einen bestimmten Außendurchmesser auf. Eine zweite Röhre 40 mit einem Innendurchmesser, der etwas größer ist als der bestimmte Außendurchmesser der ersten Röhre 36, wird koa­ xial über der ersten Röhre 36 angebracht. Die zweite Röhre 40 weist ein unteres Ende 41 auf, das entweder vom Boden des Behälters 34 beabstandet oder eingekerbt ist, um dem flüssigen Medikament zu ermöglichen, vom Behälter 34 in ei­ ne enge, ringförmige Passage 42 zwischen der zweiten Röhre 40 und der ersten Röhre 36 zu strömen. Die zweite Röhre 40 weist ein oberes Ende 43 auf, das oberhalb der Öffnung 37 beabstandet ist.

Wenn Druckluft vom Schlauch 39 in die erste Röhre 36 gelie­ fert wird, wird aus der Öffnung 37 Luft abgegeben in eine Kammer 44, die durch einen oberen Abschnitt der zweiten Röhre 40 gebildet wird. Die aus der Öffnung 37 abgegebene Luft dehnt sich (wie durch die Pfeile 45 dargestellt) rasch aus, während sie durch die Kammer 44 strömt. Allerdings ist die Ausdehnung nach außen begrenzt durch das Ende der zwei­ ten Röhre 40 zwischen der Öffnung 37 und dem offenen Ende 43 der zweiten Röhre. Der Luftstrom dehnt sich weiter aus und verliert an Geschwindigkeit, wenn er durch das offene Ende 43 der zweiten Röhre austritt. Der Luftstrom von der Öffnung 37 schafft einen Unterdruck in der Kammer 44 an­ grenzend an ein ringförmiges oberes Ende 46 der ringförmi­ gen Passage 42. Dies veranlasst das flüssige Medikament 35 dazu, vom Behälter 34 aufwärts durch die ringförmige Passa­ ge 42 zu strömen.

Die Geschwindigkeit des durch die ringförmige Passage 42 strömenden flüssigen Medikaments liegt beträchtlich unter der Geschwindigkeit der aus der Öffnung 37 abgegebenen Luft. Wenn das flüssige Medikament in die Kammer 44 ein­ dringt, bildet es einen dünnen Film 47 an der Innenwand der zweiten Röhre 40. Anfänglich kann der Film 47 im wesentli­ chen die selbe Dicke wie die Dicke der ringförmigen Passage 42 haben. Die schneller strömende Luft von der Öffnung 37 gegen das offene Ende 43 wirkt auf den flüssigen Film 47 und beschleunigt diesen, wodurch die Dicke des Films 47 si­ gnifikant abnimmt. Der Film 47 wird mit der vom offenen En­ de 43 strömenden Luft aus der Kammer 44 ausgestoßen. Der Film 47 streckt sich anfänglich infolge der innerhalb der Flüssigkeit wirkenden Oberflächenspannung in feine Finger und wird dann instabil und teilt sich in sehr kleine Tröpf­ chen oder Partikel, die von der expandierenden Luft zur Bildung eines Aerosols mitgerissen werden. Auf diese Weise wird ein Aerosol geschaffen ohne die Notwendigkeit, die Flüssigkeit und die Luft gegen eine Prallfläche stoßen zu lassen.

Das obere Gehäuse 33 begrenzt eine Aerosolkammer 48, die mit einem Auslass 49 verbunden ist, den ein Patient oder eine Patientin in seinen/ihren Mund stecken kann, um das Aerosol zu inhalieren. Ein Inhalations-Rückschlagventil 50 ist vorgesehen, um der Umgebungsluft zu ermöglichen, in die Aerosolkammer 48 eingezogen zu werden und sich mit dem Ae­ rosol zu mischen, wenn der Patient am Auslass 49 inhaliert. Die Kammer 48 wird über ein Ausatmungs-Rückschlagventil 51 auch an die Atmosphäre entlüftet. Wenn der Patient durch den Auslass 49 ausatmet, wird die verbrauchte Luft durch das Ausatmungs-Rückschlagventil 51 in die Atmosphäre ent­ lüftet.

Eine optionale Prallfläche 52 kann vorgesehen sein, um all­ fällige größere Partikel zu eliminieren, die im Aerosol vorkommen können. Die dargestellte Prallfläche 52 hat eine Oberfläche 53, die eine Rotationsfläche mit einem konischen Mittelpunkt mit einem nach unten gerichteten Scheitel 54 ist. Der Scheitel 54 ist koaxial an der Luftabgabeöffnung Öffnung 37 ausgerichtet und von dieser beabstandet. Vom Scheitel 54 schwingt die Oberfläche 53 zuerst nach oben und nach außen, dann nach unten und nach außen zu einer Kante 55. Das am offenen Röhrenende 43 gebildete Aerosol wird ge­ gen die Prallflächenoberfläche 53 gelenkt. Wenn im Aerosol größere Partikel vorhanden sind, stoßen sie gegen die Ober­ fläche 53 und sammeln sich an dieser an.

Das Aerosol fließt entlang der Oberfläche 53, um die Kante 55 und wechselt dann die Richtung, um aufwärts gegen den Auslass 49 zu strömen. Flüssigkeiten, die sich an der Ober­ fläche 53 sammeln, werden durch die Aerosolströmung gegen die Kante 55 bewegt. Während der Film beschleunigt, wird er gestreckt und sehr dünn. Wenn der sich bewegende, dünne Me­ dikamentenfilm die Kante 55 erreicht, wird er in Form dün­ ner Finger abgegeben, die sich auf die selbe Weise in klei­ ne Tröpfchen aufteilen wie die Tröpfchen angrenzend an das offene Röhrenende 43 gebildet wurden. Diese Tröpfchen wer­ den von dem Aerosol mitgerissen, das zum Auslass 49 strömt. Sollten größere Tröpfchen oder Abtropfungen von der Kante 55 vorhanden sein, so haben diese ausreichende Geschwindig­ keit und/oder Masse, um sich zum Behälter zu bewegen und sich dort zum Recycling anzusammeln.

Die Prallfläche 52 sollte weiter weg vom Ende 43 der Röhre 40 angeordnet sein als Prallflächen älterer Bauweise von der Luftöffnung in Vernebelungsapparaten angeordnet waren. In der älteren Bauweise war die Prallfläche normalerweise von der Luftöffnung in einem Abstand von etwa 1 bis 3mal dem Durchmesser der Luftabgabeöffnung entfernt. Obwohl man annahm, dies würde den Atomisierungsvorgang bei Vernebe­ lungsapparaten älterer Bauweise erleichtern, folgt daraus eine signifikante Stagnation oder ein Rückgang der Luftge­ schwindigkeit angrenzend an die Luftabgabeöffnung. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es vorzuziehen, die Prallfläche 52 weiter vom Ende 43 der zweiten Röhre 40 ent­ fernt anzuordnen, um die hohe Luftströmungsgeschwindigkeit angrenzend an das Röhrenende 43 aufrecht zu erhalten.

Bei einem größeren Abstand wirkt sich die Prallfläche 52 nicht nachteilig auf den Atomisierungsvorgang angrenzend an das Röhrenende 43 aus.

Es ist festzuhalten, dass zum Unterschied vieler Vernebe­ lungsapparate älterer Bauweise die Gasgeschwindigkeit im Atomisierungsbereich angrenzend an das obere offene Ende 43 der zweiten Röhre 40 auf einem ausreichend hohen Wert ge­ halten wird, um eine kleinere durchschnittliche Partikel­ größe zu fördern. In vielen Vernebelungsapparaten älterer Bauweise wird das Gas vor der Atomisierung von einer Ober­ fläche abgelenkt, wodurch die Gasgeschwindigkeit signifi­ kant zurückgehen kann. Die niedrigere Gasgeschwindigkeit kann in größeren Partikelgrößen resultieren. In anderen Atomisierern wird die Atomisierung erreicht durch Aufpral­ len des Gases und eines Flüssigkeitstroms gegen eine Ober­ fläche. Diese Atomisierer neigen auch zur Produktion einer größeren durchschnittlichen Partikelgröße als der Atomisie­ rer der Erfindung.

Fig. 3 stellt einen medizinischen Vernebelungsapparat 60 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Der Vernebelungsapparat 60 umfasst ein Gehäuse 61 mit einem oberen Abschnitt 62 und einem unteren Abschnitt 63, die trennbar miteinander verbunden sind, beispielsweise mittels der Gewindeelemente 64. Der untere Gehäuseabschnitt 63 hat eine Basis 65, mit dessen Hilfe der Vernebelungsap­ parat 60 aufrecht auf einer horizontalen Oberfläche stehen kann. Eine erste Röhre 66 ist im unteren Gehäuseabschnitt 63 einstückig mit diesem gebildet, um sich von einem unte­ ren Röhrenende 67 außerhalb des unteren Abschnitts 63 zu einem oberen Röhrenende 68 zu erstrecken, das sich inner­ halb des unteren Abschnitts 63 befindet. Das obere Ende 68 der ersten Röhre 66 begrenzt eine Öffnung mit kleinem Durchmesser. Das untere Ende 67 der ersten Röhre 66 ragt unterhalb eines Bodens 69 des unteren Gehäuseabschnitts 63 zur Anbringung eines (nicht dargestellten) Schlauches her­ vor, der an eine geeignete Quelle von komprimiertem Gas an­ geschlossen ist, beispielsweise an einen (nicht dargestell­ ten) Luftkompressor oder einen Sauerstoffkonzentrator. Die Gehäuseabschnitte 62 und 63 begrenzen eine Kammer 70. Der unterste Teil der Kammer 70 dient als Behälter zur Aufnahme einer Menge Flüssigmedikaments 71, das atomisiert und zu den Atemwegen eines Patienten gebracht werden soll. Die er­ ste Röhre 66 reicht durch das Medikament 71 und in die Kam­ mer 70, so dass die Öffnung oberhalb der Oberfläche des Me­ dikaments 71 angeordnet ist. In die Kammer 70 kann ein Me­ dikament eingegeben werden, indem die Gehäuseabschnitte 62 und 63 getrennt und zur Verwendung des Vernebelungsapparats 60 wieder vereinigt werden.

Eine zweite Röhre 72 ist koaxial über dem Teil der ersten Röhre 66 in der Kammer 70 angeordnet, mit Ausnahme eines kleinen Freiraums zwischen einem unteren Ende 73 der zwei­ ten Röhre 72 und dem Boden 69 des unteren Gehäuseabschnitts 63. Der Teil der zweiten Röhre 72, der die erste Röhre 66 umgibt, weist einen etwas größeren Innendurchmesser auf als der Außendurchmesser der ersten Röhre 66, so dass zwischen den Röhren 66 und 72 eine ringförmige Flüssigkeitspassage 73 gebildet wird. Die zweite Röhre 72 kann beispielsweise Innenrippen oder (nicht dargestellte) Vorsprünge aufweisen, welche mit der Außenseite der ersten Röhre 66 eine Rei­ bungsverbindung herstellen, so dass die zweite Röhre 72 aus der ersten Röhre 66 herausgezogen werden kann, um den Vernebelungsapparat 60 zu reinigen. Die Rippen oder Vor­ sprünge sind so angeordnet, dass sie den Durchfluss des Me­ dikaments durch die Passage 73 nicht behindern.

An ihrem unteren Ende 74 ist die Passage 73 mit dem flüssi­ gen Medikament 71 verbunden, und an ihrem oberen Ende 75 ist die Passage 73 mit einer Kammer 76 verbunden. Die Kam­ mer 76 ist mit einer Wand versehen, die durch den Teil der Innenfläche der zweiten Röhre 72 begrenzt wird, der sich zwischen dem oberen Ende 68 der ersten Röhre 66 und einem oberen Ende 77 der zweiten Röhre 72 erstreckt. Die Kammer 76 weist einen durch das obere Ende 68 der ersten Röhre 66 begrenzten Boden und eine durch das offene obere Ende 77 der zweiten Röhre 72 begrenzte offene Oberseite auf. Vor­ zugsweise hat die Kammer 76 einen Durchmesser zwischen etwa 1,016 mm und etwa 3,175 mm und eine Höhe zwischen etwa 0,5mal und etwa 2,0mal den Durchmesser der Kammer 76 auf, wo­ bei die dem Durchmesser entsprechende Höhe meistens bevor­ zugt ist. An ihrem oberen Ende 75 angrenzend an die Kammer 76 hat die Passage 73 vorzugsweise eine Dicke zwischen etwa 0,05 mm und etwa 1,0 mm. Das obere Ende 68 der ersten Röhre 66 hat vorzugsweise einen Innendurchmesser zwischen etwa 0,400 m und etwa 0,711 mm, um eine Abgabeöffnung für Druck­ gas zu bilden, das an das untere Ende 67 der ersten Röhre 66 geliefert wird. Es ist zu beachten, dass die Abmessungen innerhalb dieser Bereiche und der aufgebrachte Gasdruck von Fachleuten so ausgewählt werden können, dass eine gewünsch­ te Atomisierungsrate für ein flüssiges Medikament mit einer bestimmten Viskosität erzielt wird.

Ein Mundstück 78 ist an dem Gehäuse 61 angebracht, um eine Verbindung zwischen der Kammer 70 und einem Patienten her­ zustellen. Das Mundstück 78 hat ein Ende 79, das in eine Öffnung 80 im oberen Gehäuseabschnitt 62 eingeführt und per Reibungsverbindung fixiert wird. Das Mundstück 78 ist mit einer Atmungsröhre 81 versehen, die so beschaffen ist, dass sie in den Mund des Patient eingeführt werden kann. Die Röhre 81 ist über eine ringförmige Passage 82 im Mundstück 78 mit der Aerosolkammer 70 im oberen Gehäuseabschnitt 62 verbunden. Der obere Gehäuseabschnitt 62 umfasst eine kurze Röhre 83, die koaxial innerhalb der Öffnung 80 angeordnet ist. Das Mundstück 78 hat eine Umgebungsluft-Einlassröhre 84 mit einem unteren Ende 85, das über der Röhre 83 ange­ ordnet ist. Als Alternative können die Röhren 83 und 84 ei­ ne einzelne Röhre umfassen, die entweder am oberen Gehäuse­ abschnitt 62 oder am Mundstück 78 befestigt ist. Ein oberer Abschnitt 86 des Mundstücks 78 bedeckt die Oberseite der Röhre 84. Der obere Abschnitt 86 umfasst eine oder mehrere Lufteinlasspassagen 87, durch welche Umgebungsluft in die Kammer 70 eingezogen werden kann, wenn ein Patient durch die Atmungsröhre 81 inhaliert. Vorzugsweise sind die Inne­ nenden der Passage 87 mit einer elastischen Gummi- oder Kunststoffklappe bedeckt, die als Rückschlagventil fun­ giert, um die ausgeatmete Luft und das Aerosol am Ausdrin­ gen durch die Passagen 87 zu hindern. Der obere Abschnitt 86 kann auch eine oder mehrere Ausstoßpassagen 88 zur Ent­ lüftung der vom Patienten ausgeatmeten Luft enthalten. Die Ausstoßpassagen 88 können auch Rückschlagventile enthalten, um eine Umkehrströmung von Gas durch die Passagen 88 zu verhindern, damit der Patient keine Umgebungsluft ohne das Aerosol inhaliert. Als Alternative können eine Ausstoßpas­ sage und ein Rückschlagventil an der Atmungsröhre 81 ange­ bracht sein.

Rückschlagventile für den Umgebungslufteinlass und den Aus­ stoßluftauslass sind gut bekannt und wurden in medizini­ schen Vernebelungsapparaten älterer Bauweise allgemein ver­ wendet.

Der untere Gehäuseabschnitt 63 umfasst eine Prallfläche 90, die so angebracht ist, dass das von der Kammer 76 abgegebe­ ne Gas und Aerosol darauf prallen. Vorzugsweise ist die Prallfläche 90 zwischen 10 mm und 30 mm oberhalb der Kammer 76 angeordnet. Die Prallfläche 90 dient dazu, das Aerosol von der Umgebungslufteinlassröhre 83 weg zu lenken und gro­ ße Tröpfchen vom Aerosol zu trennen. Die Prallfläche 90 ist vorzugsweise V-förmig mit zwei Seiten 91 und 92, die sich an einem unteren Scheitel 93 treffen. Der Scheitel 93 ist an der Achse der ersten und zweiten Röhre 66 und 72 ausge­ richtet. Es ist auch vorzuziehen, dass die Prallflächensei­ ten 91 und 92 in einem Winkel von etwa 60° gebildet sind. Dies soll der optimale Winkel zur Trennung unerwünschter großer Tröpfchen vom Aerosol ohne Abtrennung wünschenswer­ ter kleiner Tröpfchen sein. Die großen Tröpfchen sammeln sich an den Wänden von Mund und Atemwegen des Patienten an, bevor sie ausreichend weit in die Lunge vordringen können, um eine gewünschte therapeutische Wirkung zu erzielen. Ist der Winkel der Prallflächenseiten wesentlich kleiner als 60°, so fließen die größeren Tröpfchen um die Prallfläche 90 herum, anstatt dagegen zu stoßen und sich daran zu sam­ meln. Ist der Winkel der Prallflächenseiten 91 und 92 we­ sentlich größer als 60°, so stoßen die wünschenswerten kleineren Tröpfchen möglicherweise auch gegen die Prallflä­ che 90 und kondensieren an dieser, wodurch sich die Aero­ sol-Ausgabe vom Vernebelungsapparat 60 verringert.

In der praktischen Anwendung werden die Gehäuseabschnitte 62 und 63 getrennt, das Medikament wird in den unteren Ge­ häuseabschnitt 63 eingefüllt und die beiden Gehäuseab­ schnitte 62 und 63 werden wieder miteinander verbunden. Ei­ ne Druckgasröhre, wie etwa eine Röhre von einem Luftkom­ pressor, wird am unteren Ende 67 der ersten Röhre 66 ange­ schlossen, und die Gasquelle wird eingeschaltet. Ein medi­ zinischer Luftkompressor von dem Typ, wie er im Handel zum Betrieb von Vernebelungsapparaten erhältlich ist, stellt eine akzeptable Quelle für das Druckgas dar. Typische medi­ zinische Kompressoren, wie sie zum Betrieb von Vernebe­ lungsapparaten verwendet werden, erzeugen einen Luftdruck im Bereich zwischen 0,35 und 1,75 Kg/cm². Für Patienten, die zusätzlichen Sauerstoff benötigen, kann für den Betrieb des Vernebelungsapparats 60 ein Schlauch von einer Sauer­ stoffquelle angeschlossen werden. Gas strömt vom oberen En­ de 68 der ersten Röhre 66 und durch die Kammer 76. Die Gasströmung erzeugt am oberen Ende 75 der Medikamentpassage 73 einen Unterdruck, wodurch das Medikament 71 aufwärts durch die Passage 73 und in die Kammer 76 strömt. Die Gasströmung durch die Kammer 76 veranlasst das Medikament, nach oben entlang der Innenwand der zweiten Röhre 72 zu strömen und aus dem oberen Ende 77 der zweiten Röhre 72 auszutreten. Wenn das Medikament 71 als dünner Film entlang der Innenwand der zweiten Röhre 72 in der Kammer 76 fließt, beschleunigt die schnellere Gasströmung die Medikamenten­ strömung. Die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit reduziert wiederum die Dicke des Films erheblich. Wenn das Medikament 71 aus dem Ende der zweiten Röhre 72 ausgegeben wird, so dringt es in Form sehr feiner Finger vor, die sich infolge der von Geschwindigkeit und Oberflächenspannung innerhalb des flüssigen Medikaments und schnell strömender Luft ver­ ursachten Instabilität in Tröpfchen aufteilen. Das resul­ tierende Aerosol fließt gegen die Prallfläche 90. Das Gas und mitgerissene kleine Medikamententröpfchen werden von der Prallfläche 90 abgelenkt. Größere Tröpfchen haben ein ausreichendes Moment, um gegen die Prallfläche zu stoßen und sich daran zu sammeln. Medikament, das sich an der Prallfläche 90 sammelt, fließt zurück zum Boden 69 des un­ teren Gehäuseabschnitts 63, wo es erneut vernebelt werden kann. Nachdem der Patient mit der Verwendung des Vernebe­ lungsapparats 60 fertig ist, können die Gehäuseabschnitte 62 und 63 sowie das Mundstück 78 abgenommen und für eine spätere Wiederverwendung durch den Patienten gereinigt wer­ den.

Der Vernebelungsapparat 60 hat sich als höchst wirksam er­ wiesen. Er produziert einen ausgezeichneten Durchfluss von Tröpfchen in wirksamer therapeutischer Größe bei minimalem Anteil von Tröpfchen in unwirksamer Übergröße. Es ist zu beachten, dass an dem oben beschriebenen, bevorzugten Aus­ führungsbeispiel eines Vernebelungsapparats unterschiedli­ che Modifizierungen und Änderungen vorgenommen werden kön­ nen, ohne deshalb vom Geltungsbereich der folgenden Ansprü­ che abzuweichen. Obwohl das beschriebene bevorzugte Ausfüh­ rungsbeispiel des Vernebelungsapparats für den medizini­ schen Gebrauch vorgesehen ist, ist für einschlägige Fach­ personen erkennbar, dass der Vernebelungsapparat für andere Anwendungen angepasst werden kann, etwa zur Atomisierung von Kraftstoff, Anstrichfarbe oder anderer Flüssigkeiten.

Claims (16)

1. Mit Druckgas betriebener Flüssigkeits-Vernebelungs­ apparat, umfassend eine erste Röhre zur Aufnahme des Druckgases, wobei die erste Röhre einen bestimmten Au­ ßendurchmesser und ein an einer Gasabgabeöffnung an­ stoßendes Ende aufweist, eine zweite Röhre mit einem offenen Ende und einem Innendurchmesser, der größer als der bestimmte Außendurchmesser ist, wobei die zweite Röhre koaxial über der ersten Röhre angeordnet ist und die Gasabgabeöffnung innerhalb der zweiten Röhre einen bestimmten Abstand vom offenen Ende der zweiten Röhre entfernt ist, wodurch eine Kammer inner­ halb der zweiten Röhre zwischen dem offenen Ende der zweiten Röhre und dem Ende der ersten Röhre gebildet wird, so dass eine Wand der Kammer durch eine Innen­ fläche der zweiten Röhre gebildet wird, wobei die er­ ste Röhre und die zweite Röhre zwischen sich eine ringförmige, mit der Kammer verbundene Flüssigkeit­ spassage bilden, und des weiteren umfassend Mittel zur Lieferung von Flüssigkeit in die ringförmige Flüssig­ keitspassage, wodurch dann, wenn Druckgas aus der Gas­ abgabeöffnung abgegeben wird, Flüssigkeit aus der ringförmigen Flüssigkeitspassage in die Kammer gezogen und veranlasst wird, entlang der Kammerwand als sich beschleunigender dünner Film zu dem offenen Ende zu strömen, an dem der Flüssigkeitsfilm ausgestoßen und atomisiert wird.

2. Mit Druckgas betriebener Flüssigkeits-Vernebelungs­ apparat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen bestimmten von der zweiten Röhre ge­ bildeten Durchmesser und eine bestimmte Länge zwischen etwa 0,5mal und 2,0mal den bestimmten Kammerdurch­ messer aufweist.

3. Mit Druckgas betriebener Flüssigkeits-Vernebelungs­ apparat gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer eine Länge aufweist, die im wesentlichen dem bestimmten Kammerdurchmesser entspricht.

4. Mit Druckgas betriebener Flüssigkeits-Vernebelungs­ apparat gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen Durchmesser zwischen etwa 1,016 mm und etwa 3,175 mm aufweist.

5. Mit Druckgas betriebener Flüssigkeits-Vernebelungs­ apparat gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Flüssigkeitspassage eine Dicke angren­ zend an die Kammer zwischen etwa 0,05 mm und etwa 1 mm aufweist.

6. Mit Druckgas betriebener Flüssigkeits-Vernebelungs­ apparat gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabgabeöffnung einen Durchmesser zwischen etwa 0,400 mm und etwa 0,711 mm aufweist.

7. Mit Druckgas betriebener Flüssigkeits-Vernebelungs­ apparat gemäß Anspruch 1, des weiteren umfassend eine Prallfläche, die in einem Abstand zwischen etwa 10 mm und 30 mm von dem offenen Ende der zweiten Röhre und an diesem ausgerichtet angeordnet ist, wobei die Prallfläche eine V-Form hat, deren Scheitel auf das offene Ende der zweiten Röhre gerichtet ist, und dazu dient, das flüssige, aus dem offenen Ende der zweiten Röhre abgegebene Aerosol abzulenken.

8. Mit Druckgas betriebener Flüssigkeits-Vernebelungs­ apparat gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die V-förmige Prallfläche eine erste und eine zweite Seite aufweist, die in einem Winkel von etwa 60° zu­ einander angeordnet sind.

9. Mit Druckgas betriebener medizinischer Vernebelungsap­ parat zur Lieferung eines Flüssigmedikament-Aerosols in das Atemwegsystem eines Patienten, umfassend ein im allgemeinen geschlossenes Gehäuse mit einer Außen- und einer Innenseite, wobei das Gehäuse eine erste Röhre mit einem an der Außenseite des Gehäuses angeordneten ersten Ende umfasst, das zur Aufnahme von Druckgas dient, und des weiteren ein zweites, im Inneren des Gehäuses angeordnetes Ende aufweist, welches zweite Ende einen bestimmten Außendurchmesser aufweist und an einer Gasabgabeöffnung endet, des weiteren eine zweite Röhre mit einem offenen Ende und einem Innendurchmes­ ser, der größer ist als der bestimmte Außendurchmes­ ser, wobei die zweite Röhre koaxial über der ersten Röhre angeordnet ist und die Gasabgabeöffnung inner­ halb der zweiten Röhre eine bestimmte Distanz vom of­ fenen Ende der zweiten Röhre entfernt ist, wodurch ei­ ne Kammer innerhalb der zweiten Röhre zwischen dem of­ fenen Ende der zweiten Röhre und dem Ende der ersten Röhre gebildet wird, so dass eine Wand der Kammer durch eine Innenfläche der zweiten Röhre gebildet wird, wobei die erste Röhre und die zweite Röhre zwi­ schen sich eine ringförmige, mit der Kammer verbundene Passage bilden, und wobei das Gehäuse einen Behälter bildet, der dazu dient, ein flüssiges, zu atomisieren­ des Medikament aufzunehmen, wobei die ringförmige Pas­ sage ein unteres Ende zur Verbindung mit dem Behälter aufweist, um das flüssige Medikament aus dem Behälter aufzunehmen, und ein an dem Gehäuse befestigtes Mund­ stück.

10. Mit Druckgas betriebener medizinischer Vernebelungs­ apparat gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen bestimmten durch die zweite Röhre ge­ bildeten Durchmesser und eine bestimmte Länge zwischen etwa 0,5 und 2,0mal den bestimmten Kammerdurchmesser aufweist.

11. Mit Druckgas betriebener medizinischer Vernebelungs­ apparat gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer eine Länge aufweist, die im wesentlichen dem bestimmten Kammerdurchmesser entspricht.

12. Mit Druckgas betriebener medizinischer Vernebelungs­ apparat gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen Durchmesser zwischen etwa 1,016 mm und etwa 3,175 mm aufweist.

13. Mit Druckgas betriebener medizinischer Vernebelungs­ apparat gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Flüssigkeitspassage eine Dicke angren­ zend an die Kammer zwischen etwa 0,05 mm und etwa 1 mm aufweist.

14. Mit Druckgas betriebener medizinischer Vernebelungs­ apparat gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabgabeöffnung einen Durchmesser zwischen etwa 0,400 mm und etwa 0,711 mm aufweist.

15. Mit Druckgas betriebener medizinischer Vernebelungs­ apparat gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Prallfläche vorgesehen ist, die in einem Abstand zwischen etwa 10 mm und 30 mm von dem offenen Ende der zweiten Röhre und an diesem ausgerichtet angeordnet ist, wobei die Prallfläche eine V-Form hat, deren Scheitel auf das offene Ende der zweiten Röhre gerich­ tet ist, und dazu dient, das flüssige, aus dem offenen Ende der zweiten Röhre abgegebene Aerosol abzulenken.

16. Mit Druckgas betriebener medizinischer Vernebelungs­ apparat gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die V-förmige Prallfläche eine erste und eine zweite Seite aufweist, die in einem Winkel von etwa 60° zu­ einander angeordnet sind.