(57)【要約】【課題】液体を気相へ確実に、かつ、繰り返し可能に移行させることができる、簡単で確実に、かつ、繰り返し可能に動作する蒸発器ユニットを提供すること。【解決手段】加熱要素３６を有する吸入器のための蒸発器ユニット２０であって、該蒸発器ユニット２０が液体を蒸発させるために設けられており、蒸発された液体が、蒸発器ユニット２０を流れる空気流によって取り入れられる、前記蒸発器ユニット２０において、蒸発器ユニット２０が、表面を有する、通気性の毛細管構造４０を備えており、表面が、液体を予熱するために加熱可能であるとともに液体で湿潤可能であり、毛細管作用によって液体を供給され、加熱要素３６が、蒸発器ユニット２０を流れる空気流を加熱するために設けられており、毛細管構造４０が、加熱要素３６の下流に配置されており、その結果、加熱された空気流により、予熱された液体が蒸発される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱要素（３６）を有する吸入器のための蒸発器ユニット（２０）であって、該蒸発器ユニット（２０）が液体を蒸発させるために設けられており、蒸発された液体が、前記蒸発器ユニット（２０）を通って流れる空気流によって取り入れられる、前記蒸発器ユニットにおいて、
当該蒸発器ユニット（２０）が、表面（４１）を有する、通気性の少なくとも１つの毛細管構造（４０）を備えており、前記表面が、液体を予熱するために加熱可能であるとともに少なくとも部分的に液体で湿潤可能であり、毛細管作用によって液体を供給され、前記加熱要素（３６）が、前記蒸発器ユニット（２０）を通って流れる空気流を加熱するために設けられており、前記毛細管構造（４０）が、前記加熱要素（３６）の下流に配置されており、その結果、加熱された空気流により、予熱された液体が蒸発されることを特徴とする蒸発器ユニット。
【請求項２】
前記毛細管構造（４０）が導電性の材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の蒸発器ユニット（２０）。
【請求項３】
前記加熱要素（３６）が、液体混合物の沸点より高い温度へ空気流を加熱するために設けられていること、及び／又は前記毛細管構造（４０）が、液体混合物の沸点より低い温度へ、及び／又は少なくとも１００℃の温度へ、好ましくは少なくとも１５０℃の温度へ、更に好ましくは少なくとも２００℃の温度へ、更に好ましくは少なくとも２５０℃の温度へ液体を加熱するために設けられていることを特徴とする請求項２に記載の蒸発器ユニット。
【請求項４】
前記毛細管構造（４０）が、第１の電気的／電子的なユニット（７０）によって加熱可能であり、該第１の電気的／電子的なユニット（７０）が、前記加熱要素（３６）を開ループ制御及び／又は閉ループ制御するために設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット。
【請求項５】
第１の電気的／電子的なユニット（７０）が、前記加熱要素（３６）を開ループ制御及び／又は閉ループ制御するために設けられており、前記毛細管構造（４０）が、第２の電気的／電子的なユニット（７１）を用いて加熱可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット。
【請求項６】
前記毛細管構造（４０）が、フリース状又は組織状、特に折りたたまれた、又は巻かれた金属織物の形態であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット。
【請求項７】
前記毛細管構造（４０）が、基材と、該基材内で延びる通路及び／又はリブとを有するマイクロメカニカルに形成された構造であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット。
【請求項８】
前記毛細管構造（４０）の構造要素（４４）及び／又は前記加熱要素（３６）の加熱構造（２６）の形状及び幾何形状が、例えばミクロフィブリル（８５）に類似した生物工学的な構造に依拠していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット。
【請求項９】
前記毛細管構造（４０）の少なくとも１つの動作条件、例えば温度が、センサ（７）によって測定可能であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット。
【請求項１０】
前記毛細管構造（４０）が、結合装置（４２）を用いて液体貯蔵部（１８）に結合可能であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット。
【請求項１１】
前記結合装置（４２）が、毛細管作用を用いて液体を搬送するために設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の蒸発器ユニット。
【請求項１２】
前記結合装置（４２）が、フリースであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の蒸発器ユニット。
【請求項１３】
前記結合装置（４２）が絶縁性の材料で構成されていることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット。
【請求項１４】
前記結合装置（４２）がカプセル化されていることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット。
【請求項１５】
液体貯蔵部（１８）を含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の蒸発器ユニットにおいて、
前記液体貯蔵部（１８）が、前記蒸発器（２２）の周りにリング状に配置されていることを特徴とする蒸発器ユニット。
【請求項１６】
前記蒸発器（２２）の下流に混合領域（２５）が設けられており、該混合領域では、特に蒸発された液体が添加されたメイン空気流Ｆ２のサブ空気流Ｆ３との混合が行われることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット。
【請求項１７】
前記メイン空気流Ｆ２と前記サブ空気流Ｆ３を通る体積流量の比率が調整可能であることを特徴とする請求項１６に記載の蒸発器ユニット。
【請求項１８】
前記毛細管構造（３６）及び前記蒸発器（２２）が、空気が通るメイン空気通路（３）内に配置されていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット（２０）。
【請求項１９】
前記メイン空気通路（３）が、両側で開放された、好ましくは入口側及び／出口側で自由に通過して流れることが可能な蒸発器管部（２）の内部空間によって形成されていることを特徴とする請求項１８に記載の蒸発器ユニット。
【請求項２０】
当該蒸発器ユニット（２０）がサブ空気通路（５）を備えており、該サブ空気通路内では、前記蒸発器ユニット（２０）へ吸入される空気が前記加熱要素（３６）及び前記蒸発器（２２）をう回しつつ流れることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット。
【請求項２１】
前記サブ空気通路（５）が入口（６０）及び出口（６１）を備えており、好ましくは前記入口（６０）が前記加熱要素（３６）の手前に、及び／又は前記蒸発器（２２）の手前に配置されており、前記出口（６１）が前記加熱要素（３６）の後方に、及び／又は前記蒸発器（２２）の後方に配置されていることを特徴とする請求項２０に記載の蒸発器ユニット。
【請求項２２】
前記メイン空気通路（３）が前記サブ空気通路（５）の内部に配置されていることを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット。
【請求項２３】
液体貯蔵部（１８）と、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット（２０）とを有するカートリッジ（２１）。
【請求項２４】
請求項１〜２２のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット（２０）を有する吸入器（１０）。
【請求項２５】
請求項１〜２２のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット（２０）を制御する方法。
【請求項２６】
前記毛細管構造（４０）及び／又は前記加熱要素（３６）が、不連続に、特にパルス状に加熱されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記毛細管構造（４０）についての時間的な加熱電圧経過Ｕｈｋ（ｔ）が、液体の後流が保証されるように設定されていることを特徴とする請求項２５又は２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記加熱要素（３６）及び／又は前記毛細管構造（４０）の加熱出力が、温度上限において低減されることを特徴とする請求項２５〜２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記加熱要素（３６）及び／又は前記毛細管構造（４０）の加熱出力が、温度設定による、ガイドされた蒸発が保証されるように閉ループ制御されることを特徴とする請求項２５〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱要素を有する吸入器のための蒸発器ユニットであって、この蒸発器ユニットが液体を蒸発させるために設けられており、蒸発された液体が、蒸発器ユニットを通って流れる空気流によって取り入れられる、前記蒸発器ユニットに関するものである。さらに、本発明は、蒸発器ユニットを制御するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子たばこは、例えばグラスファイバ又はコットンから成るウィックと、ウィックの周囲に巻き付けられた加熱ワイヤ又はウィック上に載置されるか、あるいはウィックを包囲する加熱格子とで構成されている。液体は、ウィックへ吸引され、加熱ワイヤ又は加熱格子への電圧の印加によりそこで蒸発される。この方法は、深刻な欠点を有している。第１には、ウィックと加熱装置の配置が加工に起因して大きく変化してしまう。これにより、生産サンプルに応じて、吸い込みごとに異なる量の液体、したがってニコチンが蒸発されることとなる。第２に、加熱装置にいわゆるホットスポット（Ｈｏｔ−Ｓｐｏｔｓ）が生じてしまう。液体（リキッド）が用いられない加熱装置の範囲、加熱ワイヤにおける脆弱箇所若しくは加熱格子における構造欠陥又は特に加熱ワイヤの密に巻き付けられた範囲は、加熱装置の他の範囲よりも大きく加熱される。これらの範囲では、固有抵抗が増大し、これにより加熱出力が更に高まり、その結果、全体的に明確に過熱箇所が生じる。結果として、有害な分解生成物及びいわゆる「ドライパフ」が生じ得る。第３に、低沸点の液体成分の蒸発によって、加熱装置の直近における液体が高沸点の成分によって濃縮されてしまう。これにより、極端な場合には、液体がこの層からわきへ離れてのみ沸騰するとともに蒸発していない高沸点の液体を加熱装置近傍の層から連れ去ることにつながり得る。これにより、液体の不都合で爆発的な噴射につながってしまう。
【０００３】
例えば特許文献１に記載されているような、ウィック−スパイラル−原理（Ｄｏｃｈｔ−Ｗｅｎｄｅｌ−Ｐｒｉｎｚｉｐ）により構成された実際の電子たばこは、様々な欠点を有している。第１に、液体の蒸発及び液体の配量が互いに分離されていない。第２に、蒸発量及び加熱装置温度が直接的に関連しており、すなわち、大きな蒸発量により高い蒸発器温度が生じてしまう。第３に、局所的な液体−過熱及び有害物質の発生のおそれを伴って、蒸発器の範囲において温度範囲が不均一となってしまう。第４に、蒸発器範囲でのウィック表面／スパイラル表面における温度がウィック内のコア温度と異なり、これにより、各蒸発過程あるいは吹き出し（Ｐｕｆｆ）又は吸い込み（Ｚｕｇ）中に液体成分の濃度変化が変化してしまう。さらに、この濃度変化により、液体貯蔵部内にまだある液体の組成が徐々に変化し、すなわち、遊離された物質量も、均等ではなく、各吸い込みの間に変化する。
【０００４】
いわゆるＥ−液体（Ｅ−Ｌｉｑｕｉｄ）に基づく吸入可能なエアロゾルの発生は、電子たばこの主な機能である。このとき、投与されたＥ−液体は、蒸発するとともに、部分的又は全体的な再凝縮（Ｒｕｅｃｋｋｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ）によって、共に吸い込まれる空気流との混合時にエアロゾルを生成する。このとき、液滴の大きさは、ファクタ、とりわけ空気中の凝結核及び冷却速度に依存し、これらファクタは、制御可能でないか、わずかにのみ制御可能であるとともに、応用において従来のたばこに比べて遅いニコチン摂取（Ｎｉｋｏｔｉｎａｕｆｎａｈｍｅ）、したがって満足感の低減につながり得る。蒸発方法において液滴の大きさ及び液滴の組成に影響を与えることができる可能性が望まれる。
【０００５】
電子たばこの従来のウィック−スパイラル−蒸発器におけるＥ−液体の蒸発時には、グリセリンが添加された組成がウィック内に生じ、この組成においては、気相組成（Ｇａｓｐｈａｓｅｎｚｕｓａｍｍｅｎｓｅｔｚｕｎｇ）が、後から流れてくる液体の組成に対応している。これには、適当な沸点が含まれる。ウィック内には、グリセリンが添加された組成が加熱スパイラルの近傍に生じ、この組成は、ウィックに沿って一定ではない。この場合、加熱装置を包囲するウィックの部分範囲には、蒸気形成の範囲における液体が一定の組成を有する場合よりも、すなわち良好に混合されている場合よりも高い沸点が生じる必要があることを示すことができる。さらに、ウィック断面における組成階調度（Ｚｕｓａｍｍｅｎｓｅｔｚｕｎｇｓｇｒａｄｉｅｎｔ）は、良好にコントロールできない、ウィック中心部における自然発生的な液体の蒸発をもたらしかねず、これは、液滴の連れ去りにつながるものである。液体の熱的な分解を避けるようにできる限りわずかな温度でのできる限り均一な蒸発のために、この状態は回避されるべきである。
【０００６】
熱が加熱面あるいは固定された壁面を通して液体へもたらされる、蒸発のための別の方法も、バルク沸騰（Ｂｌａｓｅｎｓｉｅｄｅｎ）又は膜沸騰（Ｆｉｌｍｓｉｅｄｅｎ）と、これに伴う、大きな液滴の自然発生的な遊離及び局所的な過熱のおそれを伴う局所的に大きな静的でない蒸発過程とが引き起こされる。なぜなら、熱の供給及び気相の形成が阻害されるためである。
【０００７】
特許文献２から、ＭＥＭＳ技術における蒸発器構造が知られている。ここでは、加熱装置が閉鎖されたダイヤフラム上に配置されているため、蒸気の出口箇所及び加熱箇所は分離されている。そのため、ここでは上述の液体の爆発的な噴射も発生し得る。加えて、ここでは、加熱装置及び温度センサがこのダイヤフラムにおける別々の箇所に設けられるため、局所的な加熱装置の温度を直接測定することができない。動作様式に関しては記述がなされていないため、連続的な、非パルス式の動作に基づく必要がある。したがって、後続の大きな温度上昇を伴う、加熱装置における完全な蒸発のおそれがある。本発明の利点として、好都合な製造及び取付並びに温度センサ及び流れセンサとの結合が挙げられる。しかしながら、従来の電子たばこの上述の欠点を、これにより一義的に除去することはできない。
【０００８】
従来の電子たばこの加熱要素は、例えばクロム−ニッケル−ワイヤ、特殊鋼又は他の金属合金から成る。これら合金は、その固有抵抗が温度と共に上昇し、その結果、良好に冷却されない範囲が、大きな抵抗を有し、したがって大きな加熱出力を必要とする。この自己増幅プロセスにより、やはり大きく制御不能な有害物質の遊離を引き起こす過剰に大きな不均一な温度分布となってしまう。加えて、金属の触媒作用が有害物質の多くの発生につながり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／００２１９３０号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１６／０００７６５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、液体を気相へ信頼性をもって、かつ、繰り返し可能に移行させることが可能な、単純で信頼性を有する、繰り返し可能に動作する蒸発器ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、本発明により、独立請求項の特徴によって解決される。本発明によれば、加熱要素が空気流を加熱するために設けられており、蒸発器は、加熱要素から下流に向かって配置されており、蒸発器は、表面を有する、通気性の少なくとも１つの毛細管構造を備えており、この表面は、液体貯蔵部からの液体で少なくとも部分的に湿潤可能であり、毛細管作用によって液体を供給される。蒸発された液体を補償するための毛細管構造の毛細管作用による液体の自動的な後流に基づき、別々のアクティブな搬送機構が不要であり、これにより、わずかな手間となるとともに、必要な構造空間が削減される。
【００１２】
加熱要素の下流に配置された通気性の毛細管構造を有する蒸発器により、加熱出力及び蒸気の蒸発及び配量の極端に正確な時間的な制御が可能となる。
【００１３】
好ましい実施形態においては、毛細管構造は、少なくとも部分的に導電性の材料で構成されている。この実施形態では、毛細管構造は、電流を導き、したがってエネルギー及び／又は信号を伝達することが可能である。
【００１４】
好ましくは、毛細管構造は加熱可能である。加熱可能な毛細管構造により、液体の蒸発に必要な加熱出力を加熱要素と毛細管構造の間で分配することが可能である。毛細管構造の加熱により、好ましくは、例えば後から流れる液体をほぼ沸点へ、好ましくは沸点より低い温度へ加熱するのに必要な出力に対応する基本加熱が生じる。沸点より低い温度では、液体は、蒸発されず、毛細管構造における、及び／又は毛細管構造の表面における毛細管作用によって搬送されることが可能である。加熱要素は、空気を設定された温度、好ましくは液体のほぼ沸点へ、特に好ましくは沸点より高い温度へ加熱することができるとともに、毛細管構造の表面に存在する液体を蒸発させることが可能である。換言すれば、液体の制御された予熱は、好ましくは毛細管構造における沸点をぎりぎり下回る温度まで行われる。そして、加熱要素によって発生する加熱された空気は、本質的に、蒸発閾値を上回るための液体への熱入力を得るために必要な蒸発エンタルピーの差のみを提供する。
【００１５】
この実施形態は、毛細管構造が更に導電性である場合に特に有利である。毛細管構造が導電性であれば、電気エネルギーを熱エネルギーへ変換するために、したがって毛細管構造の表面における液体を蒸発させるように毛細管構造を加熱するために、毛細管構造に本来備わる電気抵抗を用いることが可能である。表面における可能な熱流密度はバルク沸騰時よりも小さいが、このことは、空間的に構成された毛細管構造の適当に大きな表面によって補償される。これにより、毛細管構造の大きな表面とその統合された加熱との組み合わせにおいて、不都合な規模での過熱又はバルク沸騰が生じることなく、所望の量での液体の蒸発を行うことが可能であることが保証される。
【００１６】
液体混合物の沸点より高い温度へ空気流を加熱し、及び／又は毛細管構造を、液体混合物の沸点より低い温度へ、及び／又は少なくとも１００℃の温度へ、好ましくは少なくとも１５０℃の温度へ、更に好ましくは少なくとも２００℃の温度へ、更に好ましくは少なくとも２５０℃の温度へ液体を加熱することが有利である。空気流における温度を沸点より高い温度へ加熱すること、及び／又は毛細管構造を沸点よりも高い温度へ、及び／又は上記の値のうちいずれかより高い温度へ加熱することは、毛細管構造における気泡のない蒸発及び毛細管構造内又は毛細管構造上での信頼性をもった液体搬送に寄与する。
【００１７】
毛細管構造が、第１の電気的／電子的なユニットによって加熱可能であり、この第１の電気的／電子的なユニットが、加熱要素を開ループ制御及び／又は閉ループ制御するために設けられていることが有利である。この実施形態は、加熱要素及び毛細管構造へ電力を供給するパワーエレクトロニクス機器によってのみ生じる。好ましくは、出力の分配は、加熱要素及び毛細管構造の電気抵抗の比率の調整によって行われる。温度に依存する出力消費は、サーミスタ、すなわち異なる抵抗−温度特性を有する加熱材料の適切な選択によって可能である。加熱要素及び毛細管構造の抵抗の検出は、各電圧降下を測定することで行うことができる。典型的には、パワーエレクトロニクス機器は、パルス幅変調によって閉ループ制御及び／又は開ループ制御されて動作されるとともに、電流源によってエネルギーを供給される。
【００１８】
第１の電気的／電子的なユニットが、加熱要素を開ループ制御及び／又は閉ループ制御するために設けられており、毛細管構造が、第２の電気的／電子的なユニットを用いて加熱可能であることが有利である。加熱要素は、パワーエレクトロニクス機器によって、典型的にはパルス幅変調によって閉ループ制御及び／又は開ループ制御されて動作され、このパワーエレクトロニクス機器は、ここでも電流源によってエネルギーを供給される。毛細管構造の加熱は、理想的には電気的な自己加熱、すなわちオーム抵抗により、第２のパワーエレクトロニクス機器によって開ループ制御又は閉ループ制御されて行われる。第１及び第２の電気的／電子的なユニットそれぞれについての２つの別々の電流源の存在も考えられる。
【００１９】
有利には、毛細管構造は、空気流の流通方向において、及び／又はこの流通方向の好ましくは平面的な延長部に対して横方向において、５〜９５％、好ましくは１０〜９０％、１５〜８５％、２０〜８０％、特に好ましくは３０〜７０％、３５〜６５％の多孔性を有している。ここで、多孔性とは、例えば空気流の通過部に対する毛細管構造の孔面の割合の意味合いにおいて、材料面に対する自由面の比率と理解されることができる。
【００２０】
好ましくは、毛細管構造は、フリース状又は組織状、特に折りたたまれた、又は巻かれた金属織物の形態となっている。この実施形態は、理想的には空間的な構造により、液体で湿潤可能なできる限り大きな内部の表面を考慮するものであり、これにより、毛細管構造と液体の間の効果的で目的に合致した熱伝達が達成される。これら実施形態は、毛細管作用によって、毛細管構造の内部及び／又は毛細管構造の表面において液体を搬送することに適している。
【００２１】
好ましくは、毛細管構造は、基材と、この基材内で延びる通路及び／又はリブとを有するマイクロメカニカルに形成された構造（マイクロエレクトロメカニカル構造又はＭＥＭＳ構造）である。この実施例により、毛細管構造の特に大きな表面がもたらされ、このことは、目的に合致した蒸発を可能とするものである。通路及び／又はリブの目的に合致した、又は目的に合致しない設置により、毛細管作用によって、毛細管構造の内部及び／又は毛細管構造の表面において液体を搬送することが可能となる。
【００２２】
好ましくは、毛細管構造の構造要素及び／又は加熱要素の加熱構造の形状及び幾何形状が、例えばミクロフィブリルに類似した生物工学的な構造に依拠している。生物工学的な構造は、ここでは空気の加熱及び／又は蒸発されるべき液体の提供に目的に合わせて用いることができる特に大きな表面を有している。生物工学的な構造の形成も、適切に自己組織化されたプロセスによって特に効率的かつ安価に行うことが可能である。
【００２３】
好ましくは、毛細管構造の動作条件は、センサによって測定可能である。この実施形態は、好ましくは温度センサを用いて温度監視を行うことを許容するとともに、このとき、毛細管蒸発器が適切な温度係数又はオプションで与えられる温度センサを有している限り、毛細管蒸発器の電気抵抗の計測により行われることができる。好ましくは、このために負特性サーミスタ及び／又は正特性サーミスタ（ＮＴＣ／ＰＴＣ）を用いることが可能である。好ましくは、測定の結果閉ループ制御及び／又は開ループ制御可能な動作状態を特徴付ける圧力及び／又は流速及び／又は濃度も測定することが可能である。
【００２４】
好ましくは、毛細管構造及び液体貯蔵部は、結合装置によって結合されている。これにより、毛細管構造と液体貯蔵部の空間的な分離を達成することが可能である。これにより、液体貯蔵部における液体の不都合な過熱を有効に回避することが可能である。
【００２５】
好ましくは、結合装置は、液体を毛細管作用によって搬送するために設けられている。毛細管作用による結合装置内での液体の搬送は、時間当たりの搬送量が、基礎となる結合装置の設定によって、好ましくは正確に規定された蒸発されるべき液体の量が動作中に搬送され、結合装置と毛細管構造の間の直接的かつ連続的な結合が形成され得るように、調整され得るという利点を有している。加えて、ここでも別々のアクティブな搬送機構を省略することが可能である。
【００２６】
好ましくは、結合装置はフリースである。フリースを形成する繊維は、結合装置が所望の量の液体を収容することができ、及び／又は毛細管構造へ供給することができるように設定されることが可能である。フリースを形成する繊維は、例えばコットン、生綿又はグラスファイバで構成されることができる。他の繊維及び組合せも考慮に入れられる。
【００２７】
特に好ましくは、結合装置は、電気的に絶縁性の材料で構成されている。毛細管構造が電気的に加熱可能であれば、この実施形態では、結合装置がアクティブに加熱されることも防止される。これにより、ここでも、液体貯蔵部内にある、結合装置に結合された液体の加熱が防止される。
【００２８】
結合装置がカプセル化されていることが有利である。結合装置のカプセル化は、結合装置の内部及び／又は表面における液体の蒸発を阻止することが可能である。液体は、カプセル化によってサブ流にさらされない。このことは、毛細管構造の信頼性をもった機能に貢献するものであり、毛細管構造内／上では蒸発がなされるべきである。
【００２９】
好ましくは、液体貯蔵部は蒸発器の周囲にリング状に配置されている。液体貯蔵部及び／又は結合装置のリング状の、好ましくは円環状の配置により、毛細管構造への等方性の液体の供給が可能であり、したがって、液体貯蔵部からの液体を毛細管構造へ均等に供給することができ、これにより、毛細管構造の表面における特に均等な液体の蒸発が可能である。
【００３０】
さらに、好ましくは蒸発器から下流へ向けて、少なくともメイン空気通路を通って流れる空気をフィルタするためのフィルタを設けることが可能である。有利には、このフィルタは、蒸発器管部の後方に間隔をもって配置されている。
【００３１】
有利な実施形態においては、加熱要素及び蒸発器が空気が通過して流れるメイン空気通路内に配置されており、メイン空気通路は、好ましくは両側で開放された蒸発器管部の内部空間によって、好ましくは入口側及び／又は出口側で自由に通過して流れることが可能な蒸発器管部によって形成されることができる。さらに、蒸発器ユニットは好ましくはサブ空気通路を備えており、サブ空気通路内では、蒸発器ユニットへ吸引された空気が加熱要素及び蒸発器をう回して流れる。したがって、有利には、サブ空気通路が少なくとも部分的にメイン空気通路に対して平行に、好ましくは同心状に延在している。メイン空気流とサブ空気流への蒸発器ユニットへ入る空気流の分割は、完全に吸い込まれた空気流が液滴蒸発に必要な温度へ加熱される必要がなく、したがって加熱出力が節約されるとともに、過剰に高い出口温度が回避されるという利点を有する。好ましくは、蒸発器から下流へ向けて逆混合領域（Ｒｕｅｃｋｍｉｓｃｈｕｎｇｓｚｏｎｅ）が設けられており、この逆混合領域では、加熱されたメイン空気流のサブ空気流との新たな混合が行われる。液体の蒸発と、これにつづく再凝縮は、空気加熱の出力、毛細管構造の加熱出力及び場合によってはあり得るサブ空気ガイドによって影響され得る。これにより、液滴の大きさの目的に合致した調整及び影響が可能である。
【００３２】
好ましくは、メイン空気流とサブ流を通る体積流量の比率を調整することが可能である。メイン空気通路とサブ空気通路を通る体積流量の調整性は、蒸発ユニットの機能にポジティブな影響を与えることができる。なぜなら、流速及び熱搬送が体積流量に依存するためである。調整性は、好ましくは能動的に、及び／又は受動的に行われ得る。能動的な調整性は、電気的／電子的なユニットによる開ループ制御及び／又は閉ループ制御によって実現可能な調整性を意味する。受動的な調整性は、例えば調整機構又は交換部材による一度だけの調整により実現可能な調整性を意味する。
【００３３】
サブ空気通路を有さない実施形態も考えられ、この場合、蒸発器ユニットを通って流れる空気全体がメイン空気通路を通って流れる。
【００３４】
特に有利には、メイン空気通路は、サブ空気通路の内部に配置されている。このことは、エネルギー上好都合である。なぜなら、サブ空気通路がメイン通路を外方に対して断熱しているためである。特に、メイン空気通路及びサブ空気通路は、互いに同心状に配置されることが可能である。
【００３５】
有利には、サブ空気通路は、メイン空気通路と隣り合って、好ましくはメイン空気通路に対して間隔をもって配置されている。この実施形態により、本発明の幾何学的な配置形態についての幅広い多様性が許容される。
【００３６】
好ましくは、サブ空気通路の流れ断面は、特にサブ空気通路の入口及び／又は出口において、メイン空気通路の流れ断面よりも大きいか、又は小さい。蒸発器の後方で蒸発された液体によって濃縮された空気流は、有利には、維持されるか、又は低下する温度を伴って蒸発器ユニットにおいて案内される。好ましくは、サブ空気通路が入口及び出口を備えており、好ましくは入口が加熱要素の手前に、及び／又は蒸発器の手前に配置されており、出口が加熱要素の後方に、及び／又は蒸発器の後方に配置されている。
【００３７】
加えて、サブ空気通路を設けることで、蒸発ユニットの外部温度と、これに設けられた吸入器の外部温度を低く維持することが可能であるとともに、「高温の蒸発領域」を内部に集約することができ、これにより、場合によってはあり得る、吸入器を保持するときの燃焼のおそれが最小化される。サブ空気通路により、最適な態様で、所望の液滴多様性を設定すること、メイン空気流からの廃熱を使用すること、及び最適な混合の前提条件をもって効率的な混合領域を実現することが可能である。
【００３８】
本発明の別の態様によれば、上述の蒸発ユニットを制御するための方法が提供される。
【００３９】
有利には、毛細管構造及び／又は加熱要素は、不連続に、特に周期的及び／又はパルス状に加熱される。このことは、加熱要素へのエネルギー入力と、場合によっては毛細管構造へのエネルギー入力とを最適化することが可能であるとともに、蒸発が達成されるべきである場合に要求に応じた加熱を可能とし、加熱出力の閉ループ制御及び開ループ制御を可能とし、液体の再搬送（Ｎａｃｈｆｏｅｒｄｅｒｕｎｇ）の役に立ち得る。加熱要素についての１つの時間的な加熱電圧経過Ｕｈｋ（ｔ）又は複数の時間的な加熱電圧経過Ｕｈ（ｔ）と、毛細管構造についての加熱電圧経過Ｕｈｋ（ｔ）が、液体の後流が温度に依存して保証されるように設定されていることが有利である。したがって、搬送出力及び／又は搬送要求に依存して加熱出力を調整することが可能である。再搬送される液体の量は、好ましくは蒸発された液体の量に対応する。したがって、液体は、蒸発された分だけ後から流れる。温度の調整は、いずれの場合でも考えられる。更に好ましくは、加熱要素及び／又は毛細管構造が温度上限において低下される。これにより、蒸発されるべき液体及び／又は蒸気の過熱及び／又は有害な熱分解が生じないという条件の下で信頼性をもった蒸発が可能である。温度設定に従った蒸発が保証されていることが特に好ましい。上述の方法のうちいずれかによって、液体の最適な蒸発をその組成に適合させることが可能であるとともに、不都合な分解生成物の発生を信頼性をもって防止することが可能である。
【００４０】
以下に、本発明を好ましい実施形態に基づき、添付の図面を参照しつつ説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態における、電子たばこ製品の概略的な断面図である。
【図２】第１の電気的／電子的なユニットを有する本発明による蒸発ユニットを概略的に示す図である。
【図３】第１及び第２の電気的／電子的なユニットを有する本発明による蒸発ユニットを概略的に示す図である。
【図４】周囲に同心状に配置された液体貯蔵部を有する蒸発器の概略的な断面図である。
【図５】生物工学的な構造についてのミクロフィブリルの概略的な断面図である。
【図６】図５によるミクロフィブリルで構成された生物工学的な加熱構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
電子たばこ製品１０は、本質的に棒状又は円筒状のハウジング１１を含んでいる。ハウジング１１内には、少なくとも１つの空気入口開口部３１とたばこ製品１０の開口端部３２の間で空気通路３０が設けられている。このとき、たばこ製品１０の開口端部３２は、消費者が吸入の目的で吸い込み、これによりたばこ製品１０が負圧を受け、空気流３４が空気通路３０内で生じる端部を意味する。少なくとも１つの空気入口開口部３１は、ハウジング１１のジャケット側に配置されることが可能である。これに加えて、又はこれに代えて、少なくとも１つの空気入口開口部３１Ａをたばこ製品１０の離れた端部３３に配置することが可能である。離れた端部３３は、たばこ製品１０における開口端部３２とは反対側の端部を意味する。
【００４３】
１つの又は両方の空気入口３１，３１Ａの後ろには、空気流３４の流れ通路において、入ってくる空気を加熱あるいは予熱するための空気加熱装置３７が配置されている。これにより、エアロゾル形成を最適化することが可能である。空気加熱装置３７は、例えばエネルギー供給ユニット１４と隣り合って配置されることができるとともに、ハウジング１１のジャケット側の周りの周方向へ延びることができ、加熱要素を含むことが可能であり、及び／又は有利には同心状に配置されている。
【００４４】
入口開口３１を通して吸入される空気は、空気通路３０において、場合によっては分離箇所あるいは分離面５７を越えて蒸発器ユニット２０へ導かれる。蒸発器ユニット２０は、液体貯蔵部１８からの液体５０を霧／エアロゾルとしての小さな液滴の形態及び／又は蒸気としての気体状の形態で添加物として空気流３４へ加える。液体貯蔵部１８の有利な容積は、０．１〜５ｍｌ、好ましくは０．５〜３ｍｌ、更に好ましくは０．７〜２ｍの範囲にあり、又は１．５ｍｌである。液体貯蔵部１８は、好ましくは閉鎖された表面を備えているとともに、液体の漏れを防止するために好ましくはフレキシブルな袋であり、したがって液体タンクを含んでいる。液体の供給は、有利には蒸発された液体量によって生じ、すなわち毛細管構造４０の設定パラメータである。
【００４５】
図１による吸入器１０あるいは消費ユニット１７における蒸発器ユニット２０の幾何学的な寸法及び配置は、概略的なものであるとともに、縮尺どおりではない。特に、蒸発器ユニット２０は、図１に示されているよりも本質的に長くてよく、例えば吸入器１０の少なくとも半分の長さにわたって延在することが可能である。
【００４６】
たばこ製品１０は、有利にはたばこ製品１０の離れた端部３３において、電気的なエネルギー貯蔵部１４及び電気的／電子的なユニット１５、すなわち例えば電池及び制御部を有する電子的なエネルギー供給ユニット１２を含んでいる。エネルギー貯蔵部１４は、特に電気化学式の使い捨てバッテリ又は再充電可能な電気化学式の電池、例えばリチウムイオン電池であってよい。たばこ製品１０は、液体貯蔵部１８及び蒸発器ユニット２０を有する消費ユニット１７を更に含んでいる。電気的／電子的なユニット１９（不図示）は、同様に消費ユニット１７内に配置されることが可能である。
【００４７】
別々の電気的／電子的なユニット１５，１９の代わりに、エネルギー供給ユニット１２又は消費ユニット１７に配置され得る統合された電気的／電子的なユニットを設けることも可能である。たばこ製品１０の電気的／電子的なユニット全体は、以下において制御装置２９という。
【００４８】
ハウジング１１には、有利には少なくとも１つのセンサ７、例えば温度センサが配置されており、その機能については、図２及び図３を参照して後述する。これに加えて、又はこれに代えて、圧力センサ又は圧力スイッチ若しくは流れスイッチを設けることができ、制御装置２９は、センサから発出されるセンサ信号に基づき、消費者がたばこ製品１０の開口端部３２において吸入のために吸い込むたばこ製品１０の動作状態を確定することが可能である。この動作状態では、液体貯蔵部１８からの液体５０を霧／エアロゾルとしての小さな液滴の形態及び／又は蒸気としての気体状の形態で添加物として空気流３４へ加えるために、制御装置２９が蒸発器ユニット２０を作動させる。液体の供給は、好ましくは能動的に行われない。
【００４９】
液体貯蔵部１８に貯蔵された配量されるべき液体（すなわち液体状の成分混合物）は、例えば１．２−プロピレングリコール、グリセリン及び／又は水の混合物であり、この混合物には、１つ又は複数のアロマ（フレーバー）及び／又は例えばニコチンのような作用物質が混合されていることが可能である。
【００５０】
消費ユニット１７は、有利には消費者によって交換可能なカートリッジ２１として、すなわち使い捨て部分として構成されている。特にエネルギー貯蔵部１４を含むたばこ製品１０の残りの部分は、有利には消費者によって再利用可能な本体部５６として、すなわち再利用可能な部分として構成されている。カートリッジ２１は、消費者によって本体部５６に結合可能であるとともに本体部５６から取り外し可能に形成されている。したがって、カートリッジ２１と再利用可能な本体部５６の間には分離面あるいは分離箇所５７が形成されている。カートリッジハウジング５８は、たばこ製品１０のハウジング１１の一部を形成することが可能である。
【００５１】
不図示の他の実施形態では、消費ユニット１７は、消費者によってたばこ製品１０の再利用可能な本体部５６へはめ込み可能であり、この本体部から取り出し可能なカートリッジ２１として構成されている。この場合、カートリッジハウジングは、たばこ製品１０のハウジング１１から分離されたハウジングである。
【００５２】
カートリッジ２１は、少なくとも液体貯蔵部１８を含んでいる。カートリッジ２１は、電気的／電子的なユニット１９を含むことが可能である。他の実施形態では、電気的／電子的なユニット１９は、全体として、又は部分的に本体部５６の固定された構成部分である。同様に、蒸発器ユニット２０は、カートリッジ２１の一部であり得るか、又は本体部５６内に配置されることが可能である。したがって、カートリッジ２１は、いくつかの実施形態では、本質的に液体貯蔵部１８及び場合によってはカートリッジハウジングのみで構成されている。これに代えて、カートリッジハウジングは液体貯蔵部１８のハウジングによって形成されることができ、その結果、別々のカートリッジハウジングが不要であり得る。
【００５３】
カートリッジ２１は、棒状のたばこ製品１０における使用のほかに、他の吸入器、例えば電子パイプ（ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｓｃｈｅ  Ｐｆｅｉｆｅ）、水ギセル、他の加熱式タバコ（Ｈｅａｔ−ｎｏｔ−ｂｕｒｎ−Ｐｒｏｄｕｋｔｅｎ）又は医療用吸入器においても用いられることが可能である。通常、エネルギー貯蔵部１４は、カートリッジ２１の一部ではなく、再利用可能な本体部５６の一部である。
【００５４】
有利には、蒸発器ユニット１７あるいはカートリッジ２１は、蒸発器ユニット１７（ＩＤチップ）あるいはカートリッジ２１に関する情報あるいはパラメータをメモリするための、例えばＥＥＰＲＯＭ、ＲＦＩＤとしての構成での、又は他の適切な形態での不揮発性の情報メモリ５３（図１参照）を含んでいる。情報メモリ５３は、電気的／電子的なユニット１９の一部であり得るか、又はこの電気的／電子的なユニットとは別に形成されることが可能である。情報メモリ５３内には、有利には、含有物質についての情報、すなわち、液体貯蔵部１８内に貯蔵されている液体の組成についての情報、プロセスプロフィール（Ｐｒｏｚｅｓｓｐｒｏｆｉｌ）、特に出力制御／温度制御についての情報、状態監視あるいはシステム検査、例えば密度検査についてのデータ、コピー保護及び偽造防止に関する、特に消費ユニット１７あるいはカートリッジ２１を一義的に特徴付けるためのＩＤを含むデータ、通し番号、製造年月日及び／若しくは有効期限並びに／又は吸入数（消費者による吸入の数）あるいは使用時間がメモリされている。有利には、データメモリ５３は、コンタクト及び／又は配線を介して本体部５６の制御装置１５に接続されているか、又は接続可能である。
【００５５】
本発明による蒸発器ユニット２０の有利な実施形態が図２に示されている。
【００５６】
蒸発器ユニット２０は固有のハウジング１を備えることができるが、このハウジング１は、全体的に、又は部分的にたばこ製品のハウジング１１で形成されることが可能である。蒸発器ユニットは、蒸発器ユニット２０を通過すべき空気の流入Ｆ１のための少なくとも１つの空気入口開口部９と、少なくとも１つの空気出口開口部６とを備えており、図２ではＦ１〜Ｆ４で示されている空気流３４は、蒸発器ユニット２０を通って空気入口開口部９から空気出口開口部６へ流れる。
【００５７】
蒸発器ユニット２０内では、空気通路３０が、平行に配置された２つの通路、すなわち加熱要素３６が配置されているメイン空気通路又は加熱通路３と、サブ空気流Ｆ３が加熱要素３６をう回しつつ流れることが可能なサブ空気通路又はバイパス通路５とに分割されている。したがって、蒸発器ユニットへ入る、場合によっては加熱された空気流Ｆ１は、メイン空気流Ｆ２ａとサブ空気流Ｆ３へ分割される。換言すれば、空気流Ｆ１の一部がサブ流Ｆ３として蒸発器２２の周囲で案内され、空気流Ｆ１の他の部分は、メイン空気流Ｆ２として蒸発器２２を通って案内されるとともに、蒸発器管部２によってサブ流から分離される。
【００５８】
サブ空気通路５は、入口６０及び出口６１を備えている。入口６０は、加熱要素３６及び／又は蒸発器２２の手前に配置されている。出口６１は、加熱要素３６及び／又は蒸発器２２の後方に配置されている。好ましくは、メイン空気通路３は、加熱要素３６の手前に配置されたメイン空気流入開口部６２と接続されている。好ましくは、サブ空気通路５は、加熱要素６２の手前又は後方に配置されたサブ空気流入開口部６０と接続されている。サブ空気流入開口部６２は、蒸発器２２の手前又は後方に配置されている。
【００５９】
メイン空気流Ｆ２とサブ空気流Ｆ３への蒸発器ユニット２０へ入る空気流Ｆ１の分割は、完全に吸い込まれた空気流Ｆ１が液滴蒸発に必要な温度へ加熱される必要がなく、したがって加熱出力が節約されるとともに、過剰に高い出口温度が回避されるという利点を有する。
【００６０】
有利には、蒸発器ユニット２０において、メイン通路３は径方向内方に配置され、サブ空気通路５は径方向外方に配置され、すなわち同心状に配置されており、その結果、有利には、サブ空気通路５はメイン通路３を周囲側で包囲している。このことは、エネルギー上好都合である。なぜなら、サブ空気通路５がメイン通路３を外方に対して断熱しているためである。有利には、メイン通路３は、蒸発器管部２の内部空間によって形成される。有利には、サブ空気通路５は、特に流れ管部２とハウジング１の間に形成されたリング通路である。好ましくは、サブ空気通路５及びメイン通路３は、互いに対して同心状に配置されている。ハウジング１は、サブ空気通路５のための外側の流れガイドを担うことが可能である。
【００６１】
メイン通路３内には、加熱要素３６から下流に向かって、液体貯蔵部１８からの液体を流入させるために、及び加熱要素３６によって加熱されたメイン空気流Ｆ２ｂへの混合のために蒸発器２２が設けられている。上述の蒸発器２２は、この目的のために毛細管構造４０を備えている。毛細管構造４０は、好ましくは少なくとも１つの構造要素４４、好ましくは有利には配線要素４３によって互いに電気的に接続された複数の構造要素４４を含んでいる。複数の構造要素４４は、好ましくは空気流Ｆ２ｂの流れ方向において相前後して配置されている。図２及び図３の実施例では、複数、例えば６つ配置された構造要素４４が設けられている。有利には、構造要素４４は、配線要素４３によって互いに直列に接続されている。構造要素４４は、格子状、蛇行状、渦巻状、らせん状、メッシュ状、フリース状又は組織状であってよく、特に折りたたまれた、又は巻かれた金属織物の形態であってよく、通路及びリブ並びに／又はその形状及び構造から成る、マイクロメカニカルに形成された構造は、例えばミクロフィブリル（細毛繊維）８５のような生物工学的な構造にならって作られることが可能である。毛細管構造４０の範囲における有害物質の発生を触媒の作用及び／又は蒸気／エアロゾルへの金属の遊離によって回避するために、毛細管構造４０も、金属を有することなく、場合によってはケイ素として、ポリマーケイ素として、セラミック性で、金属性で、半金属性で又はグラファイトから成るものとして構成されることが可能である。
【００６２】
毛細管構造４０は毛細管作用を生じさせ、すなわち、蒸発された液体が自動的に毛細管構造４０へ後搬送される。このとき、毛細管構造４０は、細長い毛細管に限定されているわけではなく、細孔又は毛細管作用を提供するその他の中空空間を備えることが可能である。特別な場合においては、有利には例えばミクロフィブリル８５のような生物工学的な構造も用いることが可能である。遊離には、少なくとも１つの構造要素と、したがって蒸発器２２の毛細管構造４０は、多孔性、好ましくは毛細管構造の細孔、通路又はその他の中空空間のメッシュサイズ及び／又は大きさによって決定される高い多孔性を備えている。高い多孔性は、蒸発され得る液体によって湿潤可能な大きな表面４１を生じさせる。さらに、多孔性は、構造要素４４したがって毛細管構造４０の必要な通気性と、液体の搬送のために設定された毛細管作用とを確保するものである。複数の構造要素４４は、互いに対して平行に、及び／又は角度をもって配置されることが可能である。毛細管構造４０の少なくとも１つの構造要素４４は、空間的に、周期的な、非周期的な、等方性の、及び／又は異方性の構造を備えることができる。
【００６３】
消費者の吸い込みによって引き起こされる、空気通路３０を通る空気流３４が特定されると、蒸発器ユニットを作動させるために、制御装置２９が加熱要素３６及び加熱可能な毛細管構造４０を作動させる。これについて、以下に詳細に説明する。
【００６４】
メイン空気流Ｆ２ａは、まず、空気を適切な温度へ加熱する電気的な加熱要素３６を通過して流れる。加熱要素３６は、好ましくはパワーエレクトロニクス機器を含む第１の電気的／電子的なユニット７０によって、パルス幅変調により開ループ制御又は閉ループ制御される。加熱電圧源１４により生じる電圧Ｕｈは、加熱要素３６へ印加されるとともに、加熱要素３６を通る電流フローへ導かれる。これにより、加熱要素３６のオーム抵抗に基づき加熱要素が加熱され、したがって、加熱要素３６を通過して流れる空気Ｆ２ａが加熱される。加熱要素３６は、好ましくは少なくとも１つの加熱構造２６、ここでは複数、例えば４つの互いに直列接続された加熱構造２６を含んでいる。格子構造も考えられる。
【００６５】
好ましい実施形態では、毛細管構造４０も加熱可能である。図２に示された実施形態では、毛細管構造４０は、同様に、好ましくはパワーエレクトロニクス機器を含む第１の電気的／電子的なユニット７０によって、パルス幅変調により開ループ制御又は閉ループ制御される。加熱電圧源１４により生じる電圧Ｕｈｋは、印加されるとともに、加熱要素３６及び毛細管構造４０を通る電流フローへ導かれる。これにより、加熱要素３６及び毛細管構造４０のオーム抵抗に基づき加熱要素３６が加熱され、したがって、毛細管構造をう回及び／又は通過して流れ、蒸発に寄与するために、加熱要素３６を通過して流れるとともに加熱された毛細管構造４０へ進む空気Ｆ２ａが加熱される。
【００６６】
構造要素４４及び配線要素４３のオーム抵抗の適切な設定は、異なる構造要素４４を同一又は異なる温度へ加熱することに寄与する。例えば、構造要素４４は、気化熱及び拡散により引き起こされる蒸発器内での冷却に対抗するために、下流に向かってより大きく加熱されることが可能である。これにより、特に均等な蒸発が達成されるとともに、蒸発された液体の不都合な凝縮を回避することが可能である。好ましくは、毛細管構造４０内又は毛細管構造４０に存在する、毛細管構造４０の動作条件、例えば温度を測定するためのセンサ７は、第１の電気的／電子的なユニット７０及び／又は毛細管構造４０の加熱を閉ループ制御及び／又は閉ループ制御する他の制御要素に接触している。したがって、例えば、毛細管構造４０及び／又は加熱要素３６の加熱出力のオン又はオフは、所定の温度において達成されることが可能である。センサ７によって検出されたデータに基づく他の開ループ制御／閉ループ制御、特に温度閉ループ制御も同様に可能である。例えば温度勾配、圧力勾配又は濃度勾配を特定し、対応する閉ループ制御措置及び／又は閉ループ制御措置を行うために、各構造要素４４又は蒸発器２２の他の箇所における複数のセンサ７を設けることも可能である。センサは、加熱要素３６内若しくは加熱要素３６に設けられることができるか、又はこの加熱要素によって形成されることが可能である。
【００６７】
有利には、毛細管構造についての時間的な加熱電圧経過Ｕｈｋ（ｔ）は、液体の後流（Ｎａｃｈｓｔｒｏｅｍｅｎ）が保証されるように設定されることが可能である。
【００６８】
加熱された空気流Ｆ２ｂの温度は、例えばあらかじめ設定された部分量の蒸発後の沸点を有する流体の沸点よりわずかに、最大で４０℃だけ高いか、又は低くてよい。これにより、この状態までの液滴の迅速な蒸発を行うことができるとともに蒸発が過剰に緩慢に行われないことが保証されている。有利には、空気Ｆ２ｂは、構成要素の熱的な崩壊の回避が許容されるよりも大きく加熱されるべきではない。
【００６９】
加熱された空気流は、任意で、例えば格子又は旋回要素（Ｄｒａｌｌｅｌｅｍｅｎｔ）の形態の、ここでは不図示の流れ均一化要素によって、その流れプロファイル及び温度プロファイルについて均質化されることが可能である。流れ均一化要素は、好ましくはメイン空気通路３内に配置され、更に好ましくは加熱要素３６と蒸発器２２の間に配置されている。
【００７０】
加熱された空気流Ｆ２ｂは、毛細管構造４０において加熱された液体へ進み、空気温度、体積流量及び毛細管構造４０の（搬送）特性によって調整可能な液体の所定の量を蒸発させる。蒸発された液体は、更に蒸気又はエアロゾルとして空気流Ｆ２ｃに沿って流れる。毛細管構造４０の配置及び整向は、目的とする蒸発が空気流Ｆ２ｃの手間で、又は空気流Ｆ２ｃにおいて保証されるべき限り、空気流Ｆ２ｂに沿って、又はこれに対して横方向に行われることが可能である。
【００７１】
蒸発器２２からの付加の後、毛細管構造４０の表面４１上に存在する、有利には予熱された液体、すなわち液体フィルムは、高温の空気流Ｆ２ｂと接触することで本質的に瞬時に蒸発される。このようにして、蒸発器ユニット２０あるいは蒸発器管部２又はメイン通路３において蒸発器２２が形成されている。蒸発器２２の後方に位置する領域１３では、空気流／エアロゾル流Ｆ２ｃの形成が更に行われる。
【００７２】
蒸気を含有するメイン空気流Ｆ２ｃのサブ空気流Ｆ３との混合は、逆混合領域あるいは混合区間２５において行われる。このとき、有利には、濃縮されたコア流れ（ａｎｇｅｒｅｉｃｈｅｒｔｅ  Ｋｅｒｎｓｔｒｏｍ）が出口において低温の壁部から遠ざけたままとなり、壁凝縮（Ｗａｎｄｋｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ）が回避される。統合された蒸気を包含する空気流Ｆ４は、蒸発器ユニット２０を離れ、好ましくは最終的に冷却区間５１及び出口開口部６を通って離れる。
【００７３】
蒸発器２２を液体貯蔵部１８と結合する結合装置４２は、非導電性のフリースで形成されることが可能である。この実施形態では、フリースは、毛細管構造４０に機械的あるいは液体を導くように連結されることが可能であり、したがって、毛細管作用によって生じる、液体貯蔵部１８からの液体を結合装置４２を介して毛細管構造４０へ搬送することを可能とするものである。特に、フリースは、毛細管構造４０の構造要素４４と同一の材料特性及び製造ステップに基づくことが可能である。しかしながら、他の結合装置４２も考えられるとともに、別々の流通制御装置、例えばマイクロポンプ又はバルブによって、液体貯蔵部１８からの必要な液体体積流量で作用されることが可能である。１つ又は複数のバルブを有するバルブ構造を使用する場合には、有利には、液体貯蔵部１８が圧力作用されることが可能である。
【００７４】
液体貯蔵部１８、結合装置４２、第１の電気的／電子的なユニット７０並びに場合によっては存在する第２の電気的／電子的なユニット７０及び電流供給部１４は、異なる空間的な構成において実現されることができる。さらに、蒸発されるべき液体の追加的な、閉ループ制御される電気的な予熱が実現可能であり、これにより、蒸発に必要な熱の大部分を提供することができ、及び／又は液体特性（表面張力／粘度）に影響を与えることができ、このことは、液滴形成プロセス及び搬送プロセスに関連するものである。この予熱は、蒸発器２２又は結合装置４２に統合されることが可能である。
【００７５】
加熱要素の電気抵抗の測定量が温度に依存する限り、メイン空気流Ｆ２ｂの温度の閉ループ制御は、加熱要素の電気抵抗の測定量を介して行われることができるか、又はオプションのセンサ７を用いて均質化されたメイン空気流Ｆ２ｂにおいて直接行われることができる。
【００７６】
好ましくは、カートリッジ２１のデータメモリ５３又は本体部５６のデータメモリ５９には、使用される液体混合物に適合された電圧曲線Ｕｈ（ｔ）がメモリされている。このことにより、電圧曲線Ｕｈ（ｔ）を使用される液体に合わせてあらかじめ設定することができ、その結果、加熱要素３６の加熱温度が厳密に公知の各液体の蒸発速度論に基づき蒸発過程にわたって時間的に制御可能であり、これにより、最適な蒸発結果を達成することが可能である。蒸発温度は、好ましくは１００〜４００℃の範囲にあり、更に好ましくは１５０〜３５０℃の範囲にあり、更に好ましくは１９０〜２４０℃の範囲にある。
【００７７】
蒸発ユニット２０は、消費者の吸い込みごとに１〜２０μｌの範囲の、更に好ましくは２〜１０μｌの範囲の、更に好ましくは３〜５μｌの範囲の、典型的には４μｌの有利な液体量が配量されるように調整されている。好ましくは、蒸発ユニット２０は、吸い込みごとの液体量に関して調整可能であってよい。
【００７８】
蒸発器２２は、有利には、エアロゾルにおいて、０．０５〜５μｍの範囲の直径、好ましくは０．１〜３μｍの範囲の直径を有する液滴が主に生じるように調整されることが可能である。０．０５〜５ＭＭＡＤ（ｍａｓｓ  ｍｅｄｉａｎ  ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ  ｄｉａｍｅｔｅｒ，ｍａｓｓｅｎ−ｍｅｄｉａｎｅｒ  ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｓｃｈｅｒ  Ｄｕｒｃｈｍｅｓｓｅｒ；空気動力学的中央粒子径）の範囲、好ましくは０．１〜３ＭＭＡＤの範囲、更に好ましくは０．３〜２ＭＭＡＤの範囲、更に好ましくは０．４〜１．５ＭＭＡＤの範囲、例えば約０．５ＭＭＡＤ又は約１ＭＭＡＤの液滴の大きさが最適であり得る。ＭＭＡＤは、ＥＵ（欧州連合）規格に適合するとともにμｍの単位で記述される。
【００７９】
加熱要素３６及び／又は蒸発器２２は、有利には、典型的にはＨｚ範囲又はｋＨｚ範囲の適切な作動周波数、例えば１Ｈｚ〜５０ｋＨｚ、好ましくは３０Ｈｚ〜３０ｋＨｚ、特に好ましくは１００Ｈｚ〜２５ｋＨｚで電気的に作動される。代替的な形態においては、作動周波数は、５〜５０Ｈｚの範囲、好ましくは１０〜４０Ｈｚの範囲であり得る。
【００８０】
別の実施形態では、加熱要素３６及び／又は蒸発器２２は、特に吸い込み、吹き出し及び／又は連続する一連の吸い込みあるいは吹き出しの一部にわたって連続的に作動及び／又は閉ループ制御されることが可能である。
【００８１】
本発明の代替的な実施形態が図３において見て取れる。この実施形態は、図２に示された実施形態の特性を有しているものの、毛細管構造４０の加熱の制御のための別々の第２の電気的／電子的なユニット７１の存在において異なっている。この実施形態によれば、加熱要素３６及び毛細管構造４０の目的とする開ループ制御及び／又は閉ループ制御が可能である。第１の電気的／電子的なユニット７０と同様に、この第２の電気的／電子的なユニットは、有利には時間的に変化して、例えばバルス幅変調により開ループ制御又は閉ループ制御される。加熱電圧源１４により生じる電圧Ｕｈｋは、印加されるとともに、毛細管構造４０を通る電流フローへ導かれる。これにより、毛細管構造４０のオーム抵抗に基づき、毛細管構造が加熱される。第２のエネルギー供給ユニットが考えられる。別の過程及び構成部材は、図２に示された実施形態と同様である。
【００８２】
本発明の好ましい実施形態の断面が図４において見て取れる。消費ユニット１７は液体貯蔵部１８を含んでいる。液体貯蔵部１８は有利にはハウジング１の周囲にリング状に配置されており、ハウジング内には、好ましくはサブ空気通路５が存在する。サブ空気通路５は有利にはメイン空気通路３をリング状に包囲しており、メイン空気通路内には、好ましくは毛細管構造４０が存在する。結合装置４２は、有利には、液体貯蔵部１８を毛細管構造４０に結合させる複数の要素、図４では３つの要素を含んでいる。結合装置４２の要素の均等な配置により、毛細管構造への等方性の液体供給が可能となる。この実施形態では、結合装置４２の要素は、サブ空気通路５を通って延在しているとともに、好ましくはカプセル化されている。
【００８３】
加熱構造２６の代替的な構成が図５及び図６に示されている。加熱導体８５を有する加熱構造の形態は、特に木材繊維セル又は気孔において見出すことができるミクロフィブリル（細毛繊維）の形状のように生物工学的な構造に依拠している（図５参照）。同様に、構造要素４４を有する毛細管構造４０及び／又は結合装置４２は、有利にはその形状においてミクロフィブリル（細毛繊維）の形状に依拠することが可能である。加熱導体８５間の通路８６の有利な寸法、すなわち隣接する加熱導体８５間の自由間隔は、１０μｍ〜０．５ｍｍの範囲、更に有利には１５〜１５０μｍの範囲にある。
【００８４】
適当に形成され、離間され、導体部分８７によって互いに直列に接続され得る加熱導体８５を有する生物工学的な加熱構造２６が図６に示されている。図６Ａは、加熱構造２６の範囲における、図６を拡大し、抜粋した図示である。図６及び図６Ａにおいて見て取れるように、加熱導線８５あるいは加熱要素幾何形状の有利な網状の結合により、大きな表面被覆率を有する密な面構造が得られ、これにより、特に迅速かつ効果的な液体の蒸発が可能である。電極８４は、加熱要素３６への電圧Ｕｈの印加のためにこの加熱要素に接続可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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