Капілярний генератор аерозолю

1. Капілярний генератор аерозолю, який включає в себе: 3 94768 4 хідним отворами. Речовина зі змінюваним фазовується та виходить назовні з вихідного отвору вим станом оточує принаймні частину капілярної капілярної трубки. Випарувана речовина перемітрубки, проте за варіантом, якому віддається пешується з навколишнім повітрям ззовні капілярної ревага, так щоб забезпечити утворення нагрітої трубки, утворюючи аерозоль, який може являти зони навколо капілярної трубки, що максимально собою або не являти собою конденсаційний аерозбільшує рівномірне теплопередавання крізь зону золь. нагрівання. Наприклад, за варіантом, якому віддаНагрівальний дріт, тип якого може бути різним ється перевага, речовина зі змінюваним фазовим залежно від складових частин капілярного генерастаном оточує принаймні частину капілярної трубтора аерозолю, має такі характеристики, щоб відки. За варіантом, якому віддається перевага, ця повідним чином забезпечувати нагрівання трубчаречовина зі змінюваним фазовим станом розтастого кожуха, навколо якого він обгорнутий. шована усередині трубчастого кожуха. Згаданий Наприклад, нагрівальний дріт може бути ізольоватрубчастий кожух за варіантом, якому віддається ним та/або мати зовнішній діаметр 0,2 мм (0,008 перевага, має такі розміри, щоб підтримувати кондюйма), опір 43 Ом/м (13,1 Ом/фут) та питому тетакт між речовиною зі змінюваним фазовим стаплоємність 460 Дж/кг/К (0,110 британська теплова ном, зокрема, коли згадана речовина перебуває у одиниця/фунт/F). Склад нагрівального дроту, нарідкій фазі, та капілярною трубкою. Трубчастий приклад, може становити 71,7% заліза, 23% хрому кожух за варіантом, якому віддається перевага, та 5,3% алюмінію. Такий нагрівальний дріт виготообгорнутий факультативно ізольованим нагрівавляє фірма "Кантал Ферніс Продактс" (Kanthal льним дротом, до якого приєднані електричні виFurnace Products), Бетел, штат Коннектикут, США. води. Ці електричні виводи підключають до джеЗа варіантом, якому віддається перевага, карела електричного живлення, яке за варіантом, пілярна трубка має внутрішній діаметр від 0,05 мм якому віддається перевага, являє собою джерело до 0,53 мм. За варіантом, якому віддається особпостійного струму, таке як акумуляторна батарея, лива перевага, внутрішній діаметр капілярної труабо може являти собою джерело змінного струму, бки становить приблизно 0,1 мм. Хоча капілярна таке як електрична розетка. За варіантом, якому трубка може бути виготовлена з кварцового скла віддається перевага, до речовин зі змінюваним або алюмосилікатної кераміки, можуть також бути фазовим станом належать, наприклад, припої на застосовані й інші по суті нереакційноздатні матеоснові олова з різними концентраціями олова ріали, які здатні витримувати повторювані цикли та/або срібла та/або сурми та/або міді та/або віснагрівання та утворювані тиски, а також мають муту. придатну теплопровідність. За бажанням або неХоча електричне живлення може подаватися обхідністю внутрішня стінка капілярної трубки мовід електричної розетки, джерело електричного же мати покриття для зменшення тенденції речоживлення також може бути замінним та перезарявини до налипання на стінки капілярної трубки, що джуваним і може являти собою такі пристрої, як може викликати її засмічення. За варіантом, якому конденсатор або акумуляторна батарея, якій відвіддається перевага, капілярна трубка виготовледається більша перевага. Для застосування в порна з нержавіючої сталі або скла. тативних пристроях джерело електричного живРідку речовину за варіантом, якому віддається лення може являти собою замінну перевага, подають у капілярну трубку через вхідперезаряджувану акумуляторну батарею, наприний отвір капілярної трубки, приєднаний до джеклад, один або більше елементів акумуляторної рела рідкої речовини. Випарувана речовина вихобатареї, наприклад, літієвих або нікель-кадмієвих дить назовні з капілярної трубки через вихідний елементів акумуляторної батареї, з'єднаних посліотвір капілярної трубки. довно, із загальною напругою без навантаження Під час роботи речовину зі змінюваним фазоприблизно 4,8-5,6 В. Однак характеристики, що вим станом нагрівають до температури фазового вимагаються від джерела електричного живлення, переходу із застосуванням потужного джерела вибирають з урахуванням характеристик інших енергії. Таким чином речовина зі змінюваним фаскладових частин капілярного генератора аерозозовим станом накопичує теплову енергію (тобто лю. теплова енергія накопичується у рідкій фазі, коли Під час роботи електричні виводи передають речовина зі змінюваним фазовим станом перехоенергію від джерела електричного живлення до дить із твердої фази в рідку фазу, та вивільнюєтьнагрівального дроту, обгорнутого навколо трубчася, коли відбувається зворотне перетворення рідстого кожуха, таким чином нагріваючи речовину зі кої фази у тверду фазу), яку використовують для змінюваним фазовим станом та спричинюючи пеутворення аерозолю протягом проміжку часу, нарехід цієї речовини з однієї фази в іншу, наприприклад, більшого ніж приблизно 10с, за варіанклад, із твердої фази в рідку фазу. Таким чином, том, якому віддається перевага, щонайменше утворена рідка фаза накопичує енергію, яка вивіприблизно 1 хв, за варіантом, якому віддається льнюється тоді, коли відбувається зворотне перебільша перевага, приблизно 5 хв або більше. Витворення рідкої фази у тверду фазу. Під час нагрікористання тепла, - накопиченого у речовині зі вання речовина зі змінюваним фазовим станом змінюваним фазовим станом, для утворення аеропередає теплову енергію до частини капілярної золю протягом згаданого проміжку часу уможливтрубки і таким чином нагріває цю частину капілярлює застосування капілярного генератора аерозоної трубки до температури, достатньої для випалю на відстані від потужного джерела енергії. ровування рідкої речовини, яку подають у капілярДжерело енергії невеликої потужності, наприклад, ну трубку, яка нагрівається. Рідка речовина, яку невелика акумуляторна батарея, може бути застоподають у капілярну трубку, нагрівається, випаросоване для підведення додаткової енергії до речо 5 94768 6 вини зі змінюваним фазовим станом для поповНижченаведені приклади не обмежують обсяг нення втрат енергії поповнення енергії, використавинаходу і мають суто ілюстративну мету. ної для утворення аерозолю, та за варіантом, якоПриклад 1 му віддається перевага, збереження у рідкій фазі Оскільки пропіленгліколь випаровуєтьречовини зі змінюваним фазовим станом. Додатся/кипить при приблизно 190°С, то речовина зі кова енергія може подаватися, наприклад, шляхом змінюваним фазовим станом, яка має температуру підведення невеликих кількостей електричної енеплавлення, яка дорівнює приблизно 230°С, забезргії імпульсами через нагрівальний дріт, обгорнупечує достатньо енергії для утворення пропіленгтий навколо трубчастого кожуха. лікольового аерозолю. Диференціальна скануваЗа варіантом, якому віддається перевага, рельна калориметрія сплаву з 98% олова та 2% човина зі змінюваним фазовим станом змінює фасрібла показала питому теплоту плавлення 55 зи при температурі, яка приблизно дорівнює темДж/г та температуру плавлення 221°С. Відповідно пературі, достатній для випаровування рідкої 1,55 г припою з 98% олова та 2% срібла вміщено у речовини у капілярній трубці капілярного генератрубчастий кожух, показаний на фігурі. Капілярна тора аерозолю. Зокрема, у значенні, вжитому у трубка являє собою трубку з нержавіючої сталі. цьому документі, термін "приблизно дорівнює" за Припій нагрівають до температури 237°С, виміряваріантом, якому віддається перевага, означає ної термопарою, шляхом подавання електричного діапазон температур від температури, на 30°С живлення потужністю 16 Вт до трубчастого кожуха вищої за температуру, достатню для випаровувід електричних виводів через нагрівальний дріт. вання рідкої речовини, до температури, достатньої Після того як припій витримують при температурі для випаровування рідкої речовини, за варіантом, 237°С протягом 10с, подавання електричного живякому віддається більша перевага, діапазон темлення до трубчастого кожуха вимикають. Насос ператур від температури, на 20°С вищої за темпеподає пропіленгліколь у капіляр зі швидкістю 0,1 ратуру, достатню для випаровування рідкої речомл/хв. Аерозоль утворюється протягом 1 хв завдявини, до температури, достатньої для ки тепловій енергії, накопиченій у припої, а не під випаровування рідкої речовини, та за варіантом, дією активного нагрівача. якому віддається ще більша перевага, діапазон Приклади 2-5 температур від температури, на 10°С вищої за Припій у згаданій кількості вміщують у трубчатемпературу, достатню для випаровування рідкої стий кожух, показаний на фігурі. Припій нагрівають речовини, до температури, достатньої для випавище його температури плавлення так, щоб припій ровування рідкої речовини. рівномірно розтікся навколо капіляра, а після охоЯк показано на фігурі капілярна трубка 10 калодження до твердого стану залишився у безпопілярного генератора аерозолю має вхідний отвір середньому контакті з капіляром. Припій нагріва30 та вихідний отвір 20, описані вище. Капілярна ють шляхом пропускання електричного струму трубка 10 оточена речовиною 40 зі змінюваним через нагрівальний дріт, обгорнутий навколо трубфазовим станом. Температура речовини 40 зі змічастого кожуха. Коли температура припою досягає нюваним фазовим станом може контролюватися із температури його плавлення, то температура призастосуванням термопари 50. За варіантом, якому пою, а отже й трубки з нержавіючої сталі залишавіддається перевага, речовина 40 зі змінюваним ється по суті постійною, доки увесь припій не розфазовим станом розташована усередині трубчасплавиться. Коли ж увесь припій розплавиться, то того або подібного до трубчастого кожуха 60. За продовження нагрівання підвищує температуру варіантом, якому віддається перевага, трубчастий припою вище його температури плавлення до текожух 60 обгорнутий нагрівальним дротом. За вамператури нагрівача. Отже, коли температура ріантом, якому віддається перевага, до нагрівальприпою починає зростати, показуючи розплавленних дротів прикріплені електричні виводи 70. За ня, електричний струм вимикають, та запускають варіантом, якому віддається перевага, трубчастий насос, який подає пропіленгліколь у капіляр з викожух 60 оточений ізолювальною оболонкою 80. значеною масовою витратою. Контролюють час, ПРИКЛАДИ температуру припою та якість аерозолю (візуально). Результати показані у Таблиці 1 та Таблиці 2. Таблиця 1 Приклад Припій Склад 2 3 4 5 98% олова, 2% срібла 98% олова, 2% срібла 97% олова, 2% міді, 0,8% срібла, 0,2% сурми 97% олова, 2% міді, 0,8% срібла, 0,2% сурми Точка плавлення, °С Питома теплота плавлення, Дж/г Маса, г 221 55 4,752 221 55 4,752 230 61 3,858 230 61 3,858 7 94768 8 Таблиця 2 Приклад 2 3 4 5 Масова витрата пропіл енгліколю, мг/с 0,86 1,72 1,72 — Час, с Випаруваний пропіленгліколь, мг Енергія, потрібна для випарування*, Дж 113 94 131 171 97 162 225 — 117 194 270 — *Для випарування 1 мг пропіл енгліколю потрібні 1,2 Дж У Прикладі 4 припій був нагрітий значно вище своєї температури плавлення. Енергія, теоретично доступна від теплоти плавлення припою, становила приблизно 235 Дж (61 Дж/гх3,858 г). Однак енергія, потрібна для випарування пропіленгліколю протягом 131 с, перевищувала 235 Дж та становила 270 Дж. Таким чином, фактичний час, за який пропіленгліколь був випаруваний (131 с), є довшим за очікуваний час (тобто 235 Дж/1,2 Дж/мг/1,72 мг/с=114 с). Не заглиблюючись у теорію, можна вважати, що увесь пропіленгліколь був випаруваний протягом цього часу; також вважають, що енергія, доступна від припою, перевищує його питому теплоту плавлення, яка становить 61 Дж/г. Вважаючи, що втрати енергії у Прикладі 4 відсутні, припій повинен був забезпечувати 70 Дж/г (270 Дж/3,858 г) для випарування пропіленгліколю; таким чином, припій ймовірно забезпечує більше за 70 Дж/г. Згідно із цим зазначені величини питомої теплоти плавлення забезпечують мінімальну величину енергії, яка передається припоєм. Нагрівання припою вище його температури плавлення може викликати погіршення утворення аерозолю, яке може бути визначене візуальним спостереженням або за запахом, викликаним розкладанням пропіленгліколю. Приклад 5 без потоку пропіленгліколю (тобто рідина не подавалася у капіляр), був виконаний для визначення втрат енергії, тобто енергії, не переданої до пропіленгліколю, із застосуванням певної маси відомого припою у описаній вище конфігурації трубчастого кожуха. Припій нагрівали, і коли температура припою досягала температури його плавлення, то температура припою залишалася по суті постійною, доки увесь припій не розплавився. Коли ж температура припою почала зростати, показуючи повне розплавлення, то електри електричний струм був вимкнений та запущений таймер. Оскільки електричний струм був вимкнений, коли температура припою почала зростати, то припій не мав бути нагрітий вище своєї точки плавлення, і енергія, доступна від припою, має дорівнювати 61 Дж/г - його питомій теплоті плавлення. Таймер був зупинений, коли температура припою знову досягла його температури плавлення. Виходячи з цього, для Прикладу 5 можуть бути розраховані втрати потужності 1,4 Вт. Відповідно теоретична потреба енергії може бути розрахована шляхом додавання розрахованих втрат потужності до розрахованої потреби енергії на випаровування визначеної маси пропіленгліколю із застосуванням такої самої маси відомого припою при такій самій конструкції трубчастого кожуха. Незважаючи на те, що у попередніх Прикладах описане утворення аерозолю з пропіленгліколю, застосування теплоакумулятора як складової частини капілярного генератора аерозолю не обмежено таким варіантом застосування та може бути корисним у різноманітних варіантах застосування, пов'язаних із подаванням аерозолю, оскільки, як зазначено вище, його застосування забезпечує функціонування капілярного генератора аерозолю на відстані від потужного джерела енергії. Наприклад, такий теплоакумулятор може бути корисним для застосування в інгаляторах, наприклад, для приймання ліків. Також теплоакумулятор може бути застосований для утворення ароматизованих аерозолів, які, наприклад, можуть бути застосовані для імітації відчуттів під час куріння. Незважаючи на те, що описані різноманітні варіанти здійснення, слід розуміти, що можуть бути виконані вдосконалення та модифікації, очевидні для фахівця. 9 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 94768 Підписне 10 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП ―Український інститут промислової власності‖, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601