ЭЛЕКТРОННАЯ СИГАРЕТА С УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫМ ИСПАРИТЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМ
ELECTRONIC CIGARETTE WITH ADVANCED EVAPORATOR

Область техники
Настоящее изобретение относится к области технологий электронных сигарет, и, в частности, оно относится к электронной сигарете с усовершенствованным испарительным устройством.
Уровень техники
В существующих электронных сигаретах испарители, будь то с ватой для хранения жидкости или камерами для хранения жидкости, закрытого типа или с возможностью введения масла, характеризуются следующими проблемами: (1) во время курения при необходимости изменить вкус табачной жидкости нужно сменить испаритель или заново залить табачную жидкость, при этом в первом случае в изделии должно быть предусмотрено несколько испарителей, которые увеличивают объем и вес всего изделия; кроме того, носить их при себе и менять при необходимости пользователям не удобно; во втором случае обычно можно заливать лишь табачные жидкости с одинаковым вкусом, поэтому, с одной стороны, добавляется этап заливки пользователем табачной жидкости, а с другой стороны, если при курении хочется ощущать другие вкусы, нужно покупать изделия с разными вкусами, что увеличивает расходы потребителей; (2) невозможно контролировать все свойства табачной жидкости в компонентах для хранения жидкости испарителей во время ее хранения и применения, в частности такие вещества, как никотин и т. п., легко подвергаются окислительной порче, из-за чего обычно происходит изменение вкуса, и тогда можно только сменить испаритель или заново залить табачную жидкость; (3) сегодня многие пользователи отдают предпочтение смешанным вкусам и в основном курят, смешав вкусы приобретенных табачных жидкостей с разными вкусами, но это больше подходит тем, кто электронные сигареты курит уже долго или хорошо разбирается в смешивании вкусов, тогда как начинающим курить электронные сигареты или тем, кто со смешиванием вкусов знаком плохо, выполнить это довольно трудно; (4) вата для подачи жидкости, вата для хранения жидкости и другие материалы в испарителях при высокой температуре могут обугливаться, что не только сказывается на вкусе при курении, но и может быть опасным для здоровья.
Суть изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в предоставлении электронной сигареты с усовершенствованным испарительным устройством, посредством которой эффективно решаются проблемы, связанные с тем, что существующие электронные сигареты большие по объему, поэтому их неудобно носить с собой, вкус при курении нельзя изменять, свойства жидкостей для электронных сигарет невозможно всегда сохранить, вата для подачи жидкости и вата для хранения жидкости в испарителях обугливаются при высокой температуре.
Задача настоящего изобретения решается осуществлением следующего технического решения:
Настоящее изобретение в своем первом аспекте относится к электронной сигарете с усовершенствованным испарительным устройством, содержащей:
мундштук 201 и основной механизм 202; основной механизм 202 снабжен выемкой 204 для установки основного испарительного элемента; выемка 204 для установки основного испарительного элемента вмещает основной испарительный элемент 100; мундштук 201 и основной механизм 202 выполнены за одно целое или соединены друг с другом с возможностью отсоединения;
при этом основной испарительный элемент 100 содержит внешний кожух 101, элемент 102 для хранения жидкости и элемент 103 для выработки тепла; внешний кожух 101 снабжен первыми отверстиями 1011 для провода и первыми отверстиями 1012 для прохождения газа; элемент 102 для хранения жидкости содержит чип 1021 для хранения жидкости, печатную плату 1022, провод 1023 и опорный элемент 1024 чипа для хранения жидкости, при этом опорный элемент 1024 чипа для хранения жидкости снабжен выемкой 1026 для размещения печатной платы, в которой размещена печатная плата 1022; чип 1021 для хранения жидкости посредством провода 1023 закреплен на печатной плате 1022; элемент 103 для выработки тепла содержит нагревательный элемент 1031 и опорный элемент 1032 нагревательного элемента; нагревательный элемент 1031 снабжен штырем 1034; опорный элемент 1032 нагревательного элемента снабжен выемкой 1036 для размещения нагревательного элемента, в которой размещен нагревательный элемент 1031, и вторыми отверстиями 1037 для прохождения газа; стенка выемки 1036 для размещения нагревательного элемента снабжена отверстием 1035 под штырь, при этом нагревательный элемент 1031 штырем 1034 заходит в отверстие 1035 под штырь для разъемного соединения с опорным элементом 1032 нагревательного элемента; чип 1021 для хранения жидкости и нагревательный элемент 1031 расположены напротив друг друга;
Провод 1023 проходит сквозь первые отверстия 1011 для провода и электрически соединен с источником питания и системой управления; первые отверстия 1012 для прохождения газа выполнены в сообщении со вторыми отверстиями 1037 для прохождения газа с обеспечением возможности прохождения потока газа.
Согласно настоящему изобретению чип 1021 для хранения жидкости получен с применением технологий и принципов МЭМС; материалом чипа 1021 для хранения жидкости является кремний или полимер, при этом кремний представляет собой предпочтительно монокристаллический кремний, а полимер представляет собой предпочтительно полимер, у которого температура стеклования превышает 250 ℃ (обычно это фторполимер, полиимид, термостойкий полибензимидазол); чип 1021 для хранения жидкости снабжен несколькими камерами 10214 для хранения жидкости, при этом емкость камер 10214 для хранения жидкости составляет от нескольких нанолитров до нескольких микролитров; размеры чипа 1021 для хранения жидкости и количество камер 10214 для хранения жидкости можно рассчитать на основании геометрических размеров испарителя и электронной сигареты.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения чип 1021 для хранения жидкости содержит следующие последовательно расположенные слои (как показано на фиг. 6): изоляционный слой 10212, кремниевую подложку 10215 или полимерную подложку 10221 и герметизирующий слой 10216; чип 1021 для хранения жидкости снабжен несколькими камерами 10214 для хранения жидкости, проходящими сквозь изоляционный слой 10212 и кремниевую подложку 10215 или полимерную подложку 10221; открытые концы камер 10214 для хранения жидкости герметично закрыты пленками; закрытые концы камер 10214 для хранения жидкости снабжены отверстиями 10218 для введения масла.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения чип 1021 для хранения жидкости содержит два следующих слоя: полимерную подложку 10221 и герметизирующий слой 10216; полимерная подложка 10221 снабжена несколькими камерами 10214 для хранения жидкости, проходящими сквозь указанный слой; открытые концы камер 10214 для хранения жидкости герметично закрыты полимерными пленками 10220; закрытые концы камер 10214 для хранения жидкости снабжены отверстиями 10218 для введения масла.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения герметичные пленки, применяемые на открытых концах камер 10214 для хранения жидкости, представляют собой металлические пленки 10211 или полимерные пленки 10220.
Согласно настоящему изобретению внешний источник питания представляет собой литиевый аккумулятор или другой тип перезаряжаемых микроаккумуляторов; система управления содержит таймер, демультиплексор、 микропроцессор, входной источник (например, источник с памятью), одноканальный приемник и т. п.; также может применяться средство автоматического тестирования, и путем программирования напряжения на конденсаторе обеспечивается его разрядка; если обнаружено уменьшение электрического тока, то через определенное время или непосредственно после завершения активации камер для хранения жидкости выключается электрический ток.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения все уплотнительные элементы и опорные элементы выполнены из термостойких, коррозионностойких, теплоизоляционных материалов; когда элемент 102 для хранения жидкости соединен с элементом 103 для выработки тепла, то герметичные пленки, герметично закрывающие открытые концы камер 10214 для хранения жидкости, и нагревательные компоненты 1033 в виде микроигл на нагревательном элементе 1031 предпочтительно расположены напротив друг друга.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения нагревательный элемент 1031 представляет собой один цельный нагревательный элемент или множество нагревательных компонентов, состоящее из множества нагревательных компонентов 1033 в виде микроигл, функционирующих независимо друг от друга. Нагревательный элемент 1031 или нагревательные компоненты 1033 в виде микроигл выполнены в форме спирали, нити или пластины, при этом в обоих случаях материалом может быть металлическая нить накала, металлическая нагревательная проволока, кусочки керамических нагревательных элементов, сложенные нагревательные термостойкие элементы, полупроводниковые нагревательные элементы, наноматериалы и другие электротермические материалы.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения основной испарительный элемент 100 внутри может быть на выбор заполнен впитывающим масло материалом и/или теплоизоляционным материалом.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения внешний кожух 101 жестко соединен с элементом 102 для хранения жидкости и элементом 103 для выработки тепла посредством винтов 1013, введенных в зацепление с первыми резьбовыми отверстиями 1025 и вторыми резьбовыми отверстиями 1038.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения нагревательный элемент 1031 содержит непрокалывающий нагревательный элемент и прокалывающий нагревательный элемент; непрокалывающий нагревательный элемент означает, что нагревательный элемент 1031 теплотой, вырабатываемой в результате подведения тока, нагревает и плавит пленки, которыми герметично закрыты открытые концы камер 10214 для хранения жидкости, и затем нагревает и испаряет табачную жидкость 10213 в камерах 10214 для хранения жидкости; прокалывающий нагревательный элемент означает, что нагревательный элемент 1031 посредством установленных на нем нагревательных компонентов 1033 в виде микроигл прокалывает пленки, которыми герметично закрыты открытые концы камер 10214 для хранения жидкости, для нагревания и испарения табачной жидкости 10213 в камерах 10214 для хранения жидкости.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения в случае непрокалывающего нагревательного элемента, непрокалывающего элемента, необходимо лишь отрегулировать расстояние между чипом 1021 для хранения жидкости и нагревательным элементом 1031 исходя из материала герметичных пленок на открытых концах камер 10214 для хранения жидкости (металлические пленки или полимерные пленки), материала нагревательного элемента 1031, температуры и мощности нагревания, а также результата испарения табачной жидкости и посредством подвода тока управлять электрохимическим растворением герметичных пленок на открытых концах камер 10214 для хранения жидкости с целью их раскрытия или раскрывать их за счет плавления при нагревании для высвобождения табачной жидкости, чтобы добиться подходящего эффекта от нагревания и испарения.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения прокалывающий нагревательный элемент содержит основание и множество нагревательных компонентов 1033 в виде микроигл, выступающих из основания; нагревательные компоненты 1033 в виде микроигл представляют собой пустотелые элементы конической или другой формы, их материал представляет собой кремний или металл, их диаметр постепенно уменьшается в направлении от конца возле основания до удаленного от основания конца; кроме того, удаленный от основания конец может прокалывать металлические пленки 10211 или полимерные пленки 10220; указанные нагревательные компоненты 1033 в виде микроигл получены с применением технологии МЭМС; величина внутреннего диаметра нагревательных компонентов 1033 в виде микроигл разная и составляет от нескольких нанометров до нескольких микрометров; нагревательные компоненты 1033 в виде микроигл избирательно могут быть установлены на основании без возможности выдвигания, а также избирательно могут быть установлены на основании с возможностью выдвигания; кроме того, каждый из нагревательных компонентов 1033 в виде микроигл может приводиться в движение отдельно для специального прокалывания металлической пленки 10211 или полимерной пленки 10220, расположенной напротив него. Если установлены прокалывающие нагревательные компоненты, выполненные без возможности выдвигания, то после входа в контакт элемента 102 для хранения жидкости с элементом 103 для выработки тепла все нагревательные компоненты в виде микроигл прокалывают металлические пленки 10211 или полимерные пленки 10220; если установлены прокалывающие нагревательные компоненты, выполненные с возможностью выдвигания по отдельности и приведения в действие по отдельности, то выполненные с возможностью выдвигания нагревательные компоненты 1033 в виде микроигл могут приводиться в действие избирательно и затем прокалывать металлические пленки 10211 или полимерные пленки 10220, расположенные напротив них.
Согласно настоящему изобретению емкость камер 10214 для хранения жидкости может составлять от нескольких нанолитров до нескольких микролитров, внутренний диаметр и глубина — от нескольких десятков микрометров до несколько сотен микрометров, толщина металлических пленок 10211 и полимерных пленок 10220 — от нескольких микрометров до несколько сотен микрометров; количество камер 10214 для хранения жидкости варьируется от 1 до нескольких тысяч.
Согласно настоящему изобретению в случае основного испарительного элемента, в котором установлен чип для хранения жидкости с кремниевой подложкой, снабженный металлическими пленками, принцип работы следующий:
(1) в случае непрокалывающего нагревательного элемента 1031: посредством источника питания и цепи управления на непрокалывающий нагревательный элемент 1031 и чип 1021 для хранения жидкости подается ток; избирательно на аноды части или всех металлических пленок 10211 подается напряжение, что обеспечивает возможность высвобождения табачной жидкости 10213 в камерах 10214 для хранения жидкости после электрохимического растворения части или всех металлических пленок 10211; одновременно избирательно подается ток на нагревательные компоненты 1033 в виде микроигл, расположенные напротив растворяемых металлических пленок 10211, для нагревания и испарения табачной жидкости, чтобы высвобождалось фиксированное количество табачной жидкости из определенной точки, что существенно повышает избирательность в отношении высвобождаемого количества табачной жидкости;
(2) в случае прокалывающего нагревательного элемента: посредством источника питания и цепи управления на прокалывающий нагревательный элемент 1031 и чип 1021 для хранения жидкости подается ток; за счет избирательного приведения нагревательных компонентов 1033 в виде микроигл в действие с их выдвиганием прокалываются металлические пленки 10211, и открываются камеры 10214 для хранения жидкости с высвобождением табачной жидкости 10213; или приводятся в действие нагревательные компоненты 1033 в виде микроигл, установленные без возможности выдвигания, с прокалыванием металлических пленок 10211, и открываются камеры 10214 для хранения жидкости с высвобождением табачной жидкости 10213; при этом нагревательные компоненты 1033 в виде микроигл нагревают табачную жидкость 10213, чтобы высвобождалось фиксированное количество табачной жидкости из определенной точки, что существенно повышает избирательность в отношении высвобождаемого количества табачной жидкости.
Согласно настоящему изобретению в случае основного испарительного элемента, в котором установлен чип для хранения жидкости с кремниевой подложкой или чип для хранения жидкости с полимерной подложкой, снабженные полимерными пленками, принцип работы следующий:
(1) в случае непрокалывающего нагревательного элемента: посредством источника питания и цепи управления на нагревательный элемент 1031 подается ток; за счет избирательного нагревания части или всех нагревательных компонентов 1033 в виде микроигл обеспечивается высвобождение табачной жидкости 10213 в камерах 10214 для хранения жидкости после плавления части или всех полимерных пленок 10220 при нагревании, чтобы высвобождалось фиксированное количество табачной жидкости из определенной точки;
(2) в случае прокалывающего нагревательного элемента: посредством источника питания и цепи управления на прокалывающие нагревательные компоненты 1033 в виде микроигл подается ток; за счет избирательного приведения в действие нагревательных компонентов 1033 в виде микроигл с их выдвиганием прокалываются полимерные пленки 10220, и открываются камеры 10214 для хранения жидкости с высвобождением табачной жидкости 10213; или приводятся в действие нагревательные компоненты 1033 в виде микроигл, установленные без возможности выдвигания, с прокалыванием полимерных пленок 10220, и открываются камеры 10214 для хранения жидкости с высвобождением табачной жидкости 10213; при этом нагревательные компоненты 1033 в виде микроигл нагревают табачную жидкость 10213, чтобы высвобождалось фиксированное количество табачной жидкости из определенной точки, что существенно повышает избирательность в отношении высвобождаемого количества табачной жидкости.
В чипе 1021 для хранения жидкости согласно настоящему изобретению табачная жидкость может храниться в разном состоянии, в том числе в твердом состоянии, жидком состоянии, гелеобразном состоянии и т. п., и чип 1021 для хранения жидкости представляет собой полностью закрытый чип для хранения жидкости без подвижных элементов, что значительно снижает повреждения, вызываемые механическими ударными нагрузками; открытые концы камер чипа 1021 для хранения жидкости герметично закрыты металлическими пленками 10211 или полимерными пленками 10220, и поскольку до высвобождения табачной жидкости нет сообщения с внешней средой, предотвращается окисление легко окисляющихся веществ (например, никотина) в табачной жидкости, поэтому табачная жидкость сохраняет свои качества вплоть до того момента, когда пользователь начнет курить, и ее вкус не изменяется.
Согласно настоящему изобретению чип для хранения жидкости снабжен несколькими камерами 10214 для хранения жидкости, при этом в камерах 10214 для хранения жидкости могут находиться табачные жидкости 10213 для электронных сигарет с разными вкусами, поэтому одним испарителем обеспечивается испарение нескольких табачных жидкостей с разными вкусами 10213, что усиливает впечатления пользователя от курения; в то же время, поскольку объем основного испарительного элемента 100 небольшой (приблизительно 5 мм×5 мм×1 мм и менее), значительно уменьшается объем электронной сигареты, и повышается ее портативность; кроме того, улучшаются модульность и встраиваемость конструкции и устройства основного испарительного элемента, и легко обеспечивается стандартная сборка.
В настоящем изобретении не применяется традиционный способ, в котором после подачи табачной жидкости 10213 посредством ваты для подачи жидкости нагревательный элемент нагревает и испаряет табачную жидкость 10213; согласно настоящему изобретению посредством непрокалывающего нагревательного элемента 1031 в отношении герметичных пленок на открытых концах камер 10214 для хранения жидкости осуществляется электрохимическое растворение или плавление при нагревании с нагреванием и испарением табачной жидкости 10213, или посредством прокалывающего нагревательного элемента осуществляется прокалывание герметичных пленок на открытых концах камер 10214 для хранения жидкости с нагреванием и испарением табачной жидкости 10213, в результате чего исключается риск обугливания ваты для подачи жидкости под действием высокой температуры, обусловленный применением ваты для подачи жидкости.
В настоящем изобретении применяется микроэлектромеханическая система, поэтому может обеспечиваться целенаправленное нагревание отдельных или всех частей для испарения табачной жидкости 10213 в камерах 10214 для хранения жидкости, и пользователи могут на основании личных предпочтений сами выбирать то, как нагревать и испарять табачную жидкость 10213, вкус которой им нравится, чтобы по-настоящему получать индивидуальные впечатления от курения электронных сигарет.
Основной испарительный элемент согласно настоящему изобретению или его элементы могут быть одноразового использования (расходуемыми), а также могут легко разбираться и собираться в целях замены, что предоставляет пользователю множество возможностей; в качестве полимерного материала, используемого в чипе для хранения жидкости, можно выбрать разлагаемый полимерный материал, что как снизит себестоимость, так и будет способствовать защите окружающей среды.
Настоящее изобретение в своем втором аспекте относится к способу сборки электронной сигареты с усовершенствованным испарительным устройством, который включает следующие этапы, на которых:
a) штырь 1034 в нагревательном элементе 1031 пропускают сквозь отверстие 1035 под штырь в опорном элементе 1032 нагревательного элемента, при этом нагревательный элемент 1031 вводят в выемку 1036 для размещения нагревательного элемента с завершением сборки элемента 103 для выработки тепла;
b) чип 1021 для хранения жидкости закрепляют на печатной плате 1022; печатную плату 1022 электрически соединяют с проводом 1023, после чего печатную плату 1022 вводят в выемку для размещения печатной платы с завершением сборки элемента 102 для хранения жидкости;
c) используемый на этапе b провод 1023 пропускают сквозь первые отверстия 1011 для провода, после чего внешний кожух 101 жестко соединяют с элементом 102 для хранения жидкости и элементом 103 для выработки тепла посредством винтов 1013, введенных в зацепление с первыми резьбовыми отверстиями 1025 и вторыми резьбовыми отверстиями 1038.
Настоящее изобретение в своем третьем аспекте относится к способу получения чипа для хранения жидкости с кремниевой подложкой, снабженного металлическими пленками, который включает следующие этапы, на которых:
(a) на кремниевую подложку с двух сторон осаждают слой изоляционного материала;
(b) избирательно на одной стороне на слой изоляционного материала наносят фотолитографический рисунок, в областях которого кремниевая подложка является открытой;
(c) в областях, в которых кремниевая подложка является открытой, выполняют химическое травление с получением камер 10214 для хранения жидкости;
(d) на поверхности слоя изоляционного материала, на который не наносят фотолитографический рисунок, получают электропроводные металлические пленки 10211, при этом электропроводные металлические пленки 10211 служат анодным слоем;
(e) вокруг анода формируют катодный слой;
(f) удаляют слой изоляционного материала в нижней части камер 10214 для хранения жидкости;
(g) в камеры 10214 для хранения жидкости вводят табачную жидкость 10213;
(h) открытые концы камер 10214 для хранения жидкости герметично закрывают изоляционным слоем 10216 с получением чипа для хранения жидкости с кремниевой подложкой, снабженного металлическими пленками, который содержит табачную жидкость 10213.
На рассмотренных выше этапах применяемый на этапе (h) изоляционный слой 10216 герметично закрывает камеры 10214 для хранения жидкости, металлические пленки 10211 служат анодом, а слой изоляционного материала, разделяющий металлические пленки, представляет собой катод.
Согласно настоящему изобретению камеры для хранения жидкости могут заполняться табачной жидкостью с применением вливания, струйной печати или ротационного отложения; камеры 10214 для хранения жидкости герметично закрываются склеиванием плат или другим способом; чип 1021 для хранения жидкости внутри может быть снабжен миниатюрными датчиками уровня, датчиками потока, датчиками вязкости, датчиками температуры и т. п. для мониторинга изменений характеристик табачной жидкости в камерах для хранения жидкости, чтобы обеспечивалось управление цепью включения и выключения или регулирование величины напряжения или электрического тока, применяемых на электродах. Поверхности металлических пленок 10211 могут быть покрыты защитным слоем, таким как керамика и т. п., для защиты цепи внутри чипа.
Согласно настоящему изобретению чипы для хранения жидкости с кремниевой подложкой в зависимости от материала, применяемого для закрывающих пленок камер для хранения жидкости, делятся на чипы для хранения жидкости с кремниевой подложкой, снабженные металлическими пленками, и чипы для хранения жидкости с кремниевой подложкой, снабженные полимерными пленками. Металлические пленки 10211, применяемые в чипе для хранения жидкости с кремниевой подложкой, снабженном металлическими пленками, представляют собой закрывающие пленки камер 10214 для хранения жидкости, при этом металлические пленки выполнены с применением пленок из электропроводящего материала, например из меди, золота, серебра, цинка, платины или титана, и можно управлять высвобождением табачной жидкости с применением механических, электронных, магнитных, оптических или других средств; в чипе для хранения жидкости с кремниевой подложкой, снабженном полимерными пленками, применяются полимерные пленки 10220, которые представляют собой закрывающие пленки камер 10214 для хранения жидкости, при этом полимерные пленки выполнены из разлагаемого сополимерного материала (например, из PLGA (полилактида-ко-гликолида)), и можно управлять высвобождением табачной жидкости с применением механических средств, плавления при нагревании и т. п.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения материалом подложки также может быть керамика, полупроводники и полиимиды, силиконовый каучук, парилен, полиэтилентерефталат, силиконовая смола и т. п., при этом поликристаллический кремний и монокристаллический кремний, стекло или пластиковый материал подходят для осуществления травления или механической обработки; согласно настоящему изобретению материалом подложки предпочтительно служит кремний.
Согласно настоящему изобретению камеры 10214 для хранения жидкости могут быть получены травлением или механической обработкой, при этом они могут быть выполнены в форме тетрагональной пирамиды, конуса и т. п. С учетом необходимой геометрической формы металл осаждают на открытые концы камер 10214 для хранения жидкости с получением металлических пленок 10211 в качестве герметичных пленок, с помощью которых контролируют время высвобождения табачной жидкости 10213 из камер 10214 для хранения жидкости; в то же время металлические пленки 10211 применяют в качестве анода. Согласно настоящему изобретению высвобождением табачной жидкости 10213 в камерах 10214 для хранения жидкости управляют с применением механических, электронных, магнитных, оптических или других средств. Если в качестве герметичных пленок применяют металлические пленки 10211, то в настоящем изобретении для раскрывания металлических пленок 10211 применяют прокалывание с нагреванием (посредством прокалывающего нагревательного элемента) или электрохимическое растворение (посредством непрокалывающего нагревательного элемента); если для герметичных пленок на открытых концах камер 10214 для хранения жидкости применяют полимер, то высвобождением табачной жидкости 10213 в камерах 10214 для хранения жидкости управляют путем прокалывания с нагреванием (посредством прокалывающего нагревательного элемента) или прокалывания без нагревания (посредством непрокалывающего нагревательного элемента).
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения прокалывание с нагреванием означает, что посредством нагревательных компонентов 1033 в виде микроигл, выступающих из прокалывающего нагревательного элемента 1031, прокалывают соответствующие металлические пленки 10211 или полимерные пленки 10220, при этом табачная жидкость 10213 в камерах 10214 для хранения жидкости попадает в полые каналы нагревательных компонентов 1033 в виде микроигл с нагреванием и испарением; электрохимическое растворение означает, что между металлическими пленками 10211 (анодом) и катодом 10212 подают напряжение, что заставляет металлические пленки 10211 растворяться и раскрываться, при этом табачная жидкость 10213 в камерах 10214 для хранения жидкости в результате нагревания непрокалывающего нагревательного элемента испаряется в камерах 10214 для хранения жидкости или попадает на поверхность непрокалывающего нагревательного элемента с нагреванием и испарением; прокалывание без нагревания означает, что полимерные пленки 10220 поглощают тепло от непрокалывающего нагревательного элемента и разрушаются в результате плавления, при этом табачная жидкость 10213 в камерах 10214 для хранения жидкости нагревается и испаряется или попадает на поверхность нагревательного элемента с нагреванием и испарением.
Согласно настоящему изобретению размеры и размещение катода могут отличаться в зависимости от управления устройством и электродами; изоляционный слой 10212 на всей поверхности чипа 1021 для хранения жидкости может служить в качестве катода, при этом металлические пленки 10211 (анод) и катод вместе образуют цепь чипа для хранения жидкости. Управление электродами включает управление постоянным напряжением и управление постоянным током; управление постоянным напряжением заключается в поддержании напряжения постоянным в процессе раскрывания металлических пленок 10211, а управление постоянным током заключается в поддержании электрического тока постоянным в процессе раскрывания металлических пленок 10211. Каждая из металлических пленок отдельно подсоединена к катоду и аноду источника питания.
Согласно настоящему изобретению на испарение табачной жидкости 10213 в полых каналах нагревательных компонентов 1033 в виде микроигл, в камерах 10214 для хранения жидкости, а также при ее попадании на поверхность нагревательного элемента 1031 влияют такие факторы, как характеристики табачной жидкости 10213 (например, вязкость, температура кипения, вес), сила трения табачной жидкости 10213 о внутренние стенки полых каналов нагревательных компонентов 1033 в виде микроигл или внутренние стенки камер 10214 для хранения жидкости и ее поверхностное натяжение, температура нагревания нагревательного элемента 1031, расстояние между нагревательным элементом 1031 и чипом 1021 для хранения жидкости и т. п.
Согласно настоящему изобретению табачная жидкость 10213 в камерах 10214 для хранения жидкости может находиться в твердом состоянии, жидком состоянии или гелеобразном состоянии. Вкус табачных жидкостей 10213 в камерах 10214 для хранения жидкости может быть одинаковым, а также может быть разным.
Настоящее изобретение в своем четвертом аспекте относится к способу получения чипа для хранения жидкости с кремниевой подложкой, снабженного полимерными пленками, который включает следующие этапы, на которых:
(a) на кремниевую подложку с двух сторон осаждают слой изоляционного материала;
(b) избирательно на одной стороне на слой изоляционного материала наносят фотолитографический рисунок, в областях которого кремниевая подложка является открытой;
(c) в областях, в которых кремниевая подложка является открытой, выполняют химическое травление с получением камер 10214 для хранения жидкости;
(d) в камеры 10214 для хранения жидкости вводят раствор для получения полимерных пленок 10220 и табачную жидкость 10213;
(e) концы отверстий для введения масла камер 10214 для хранения жидкости герметично закрывают посредством герметизирующих пленок 10216 с получением чипа для хранения жидкости с кремниевой подложкой, снабженного полимерными пленками, который содержит табачную жидкость 10213;
(f) удаляют слой изоляционного материала на концах полимерных пленок 10220 камер 10214 для хранения жидкости.
Настоящее изобретение в своем пятом аспекте относится к способу получения чипа для хранения жидкости с полимерной подложкой, который включает следующие этапы, на которых:
(a) путем вдавливания алюминиевого штампа в полимерную подложку получают конические камеры 10214 для хранения жидкости;
(b–c) после полировки полимерной подложки получают камеры для хранения жидкости в виде усеченных конусов с отверстиями на концах;
(d) через меньшие открытые концы камер 10214 для хранения жидкости вводят раствор для получения полимерных пленок 10220; затем
(e) в камеры 10214 для хранения жидкости вводят табачную жидкость 10213;
(f) большие открытые концы камер 10214 для хранения жидкости герметично закрывают герметизирующим слоем 10216 с получением чипа для хранения жидкости с полимерной подложкой, который содержит табачную жидкость 10213.
Согласно настоящему изобретению для полимерных пленок 10220 может быть выбран разлагаемый сополимер, например PLGA (полилактид-ко-гликолид). Рабочие характеристики чипа для хранения жидкости, содержащего табачную жидкость, можно регулировать путем изменения характеристик его устройства (например, размеров и типа полимера), количества и емкости камер для хранения жидкости, а также характеристик пленок камер для хранения жидкости (например, толщины, веса, материала пленок, пропорций сополимера и т. п.), чтобы приспосабливать его под разные приспособления для курения электронных сигарет и запросы разных потребителей.
Положительные эффекты настоящего изобретения:
1. В чипе для хранения жидкости согласно настоящему изобретению табачная жидкость может храниться в разном состоянии, в том числе в твердом состоянии, жидком состоянии, гелеобразном состоянии и т. п., и чип для хранения жидкости представляет собой полностью закрытый чип для хранения жидкости без подвижных элементов, что значительно снижает повреждения, вызываемые механическими ударными нагрузками; открытые концы камер чипа для хранения жидкости герметично закрыты металлическими пленками или полимерными пленками, и поскольку до высвобождения табачной жидкости нет сообщения с внешней средой, предотвращается окисление легко окисляющихся веществ (например, никотина) в табачной жидкости, поэтому табачная жидкость сохраняет свои качества вплоть до того момента, когда пользователь начнет курить, и ее вкус не изменяется.
2. Согласно настоящему изобретению чип для хранения жидкости снабжен несколькими камерами для хранения жидкости, при этом в камерах для хранения жидкости могут находиться табачные жидкости для электронных сигарет с разными вкусами, поэтому одним испарителем обеспечивается испарение нескольких табачных жидкостей с разными вкусами, что усиливает впечатления пользователя от курения; в то же время, поскольку объем основного испарительного элемента небольшой (приблизительно 5 мм×5 мм×1 мм и менее), значительно уменьшается объем электронной сигареты, и повышается ее портативность; кроме того, улучшаются модульность и встраиваемость конструкции и устройства основного испарительного элемента, и легко обеспечивается стандартная сборка.
3. В настоящем изобретении не применяется традиционный способ, в котором после подачи табачной жидкости посредством ваты для подачи жидкости нагревательный элемент нагревает и испаряет табачную жидкость; согласно настоящему изобретению посредством непрокалывающего нагревательного элемента в отношении герметичных пленок на открытых концах камер для хранения жидкости осуществляется электрохимическое растворение или плавление при нагревании с нагреванием и испарением табачной жидкости, или посредством прокалывающего нагревательного элемента осуществляется прокалывание герметичных пленок на открытых концах камер для хранения жидкости с нагреванием и испарением табачной жидкости, в результате чего согласно настоящему изобретению исключается риск обугливания ваты для подачи жидкости под действием высокой температуры, обусловленный применением ваты для подачи жидкости.
4. В настоящем изобретении применяется микроэлектромеханическая система, и поскольку каждая из металлических пленок отдельно подсоединена к катоду и аноду источника питания или поскольку все нагревательные компоненты в виде микроигл выполнены с возможностью функционирования независимо друг от друга, то может обеспечиваться целенаправленное нагревание отдельных или всех частей для испарения табачной жидкости в камерах для хранения жидкости, и пользователи могут на основании личных предпочтений сами выбирать то, как нагревать и испарять табачную жидкость, вкус которой им нравится, чтобы по-настоящему получать индивидуальные впечатления от курения электронных сигарет.
5. Основной испарительный элемент согласно настоящему изобретению или его элементы могут быть одноразового использования (расходуемыми), а также могут легко разбираться и собираться в целях замены, что предоставляет пользователю множество возможностей; в качестве полимерного материала, используемого в чипе для хранения жидкости, можно выбрать разлагаемый полимерный материал, что как снизит себестоимость, так и будет способствовать защите окружающей среды.
Описание прилагаемых графических материалов
На фиг. 1 представлено схематическое изображение конструкции в собранном виде устройства согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2 представлено покомпонентное схематическое изображение конструкции устройства согласно настоящему изобретению;
на фиг. 3 представлено схематическое изображение конструкции в собранном виде основного испарительного элемента устройства согласно настоящему изобретению;
на фиг. 4 представлено покомпонентное схематическое изображение конструкции основного испарительного элемента устройства согласно настоящему изобретению;
на фиг. 5 представлено схематическое изображение конструкции прокалывающего нагревательного элемента устройства согласно настоящему изобретению;
на фиг. 6a представлено схематическое изображение конструкции чипа для хранения жидкости с кремниевой подложкой согласно варианту осуществления 1; на фиг. 6b представлено увеличенное схематическое изображение конструкции камеры для хранения жидкости;
на фиг. 7 представлено схематическое изображение конструкции чипа для хранения жидкости с кремниевой подложкой согласно варианту осуществления 2;
на фиг. 8 представлено схематическое изображение конструкции чипа для хранения жидкости с кремниевой подложкой согласно варианту осуществления 3;
на фиг. 9a представлено схематическое изображение конструкции чипа для хранения жидкости с полимерной подложкой; на фиг. 9b представлено увеличенное схематическое изображение конструкции камеры для хранения жидкости;
на фиг. 10 представлено изображение процесса получения чипа для хранения жидкости с кремниевой подложкой, в котором герметичные пленки камер для хранения жидкости представляют собой металлические пленки;
на фиг. 11 представлено изображение процесса получения чипа для хранения жидкости с кремниевой подложкой, в котором герметичные пленки камер для хранения жидкости представляют собой полимерные пленки;
на фиг. 12 представлено изображение процесса получения чипа для хранения жидкости с полимерной подложкой, в котором герметичные пленки камер для хранения жидкости представляют собой полимерные пленки;
На фигурах: 100 — основной испарительный элемент; 101 — внешний кожух; 1011 — первое отверстие для провода; 1012 — первое отверстие для прохождения газа; 1013 — винт; 102 — элемент для хранения жидкости; 1021 — чип для хранения жидкости; 10211 — металлическая пленка; 10212 — изоляционный слой; 10213 — табачная жидкость; 10214 — камера для хранения жидкости; 10215 — кремниевая подложка; 10216 — герметизирующий слой; 10217 — боковая стенка камеры для хранения жидкости; 10218 — отверстие для введения масла; 10219 — металлическая токопроводящая дорожка; 10220 — полимерная пленка;10221 — полимерная подложка; 1022 — печатная плата; 1023 — провод; 1024 — опорный элемент чипа для хранения жидкости; 1025 — первое резьбовое отверстие; 1026 — выемка для размещения печатной платы; 103 — элемент для выработки тепла; 1031 — нагревательный элемент; 1032 — опорный элемент нагревательного элемента; 1033 — нагревательный компонент в виде микроигл; 1034 — штырь; 1035 — отверстие под штырь; 1036 — выемка для размещения нагревательного элемента; 1037 — второе отверстие для прохождения газа; 1038 — второе резьбовое отверстие; 200 — испарительное устройство; 201 — мундштук; 202 — основной механизм; 203 — электрод; 204 — выемка для установки основного испарительного элемента; 205 — второе отверстие для провода; 3 — полимерная подложка; 4 — алюминиевый штамп.
Конкретные варианты осуществления
Рассмотренные ниже варианты осуществления предназначены для объяснения сути настоящего изобретения, а не для дополнительного ограничения объема защиты настоящего изобретения.
Вариант осуществления 1
Этот вариант осуществления относится к электронной сигарете с усовершенствованным испарительным устройством, содержащей:
мундштук 201 и основной механизм 202; основной механизм 202 снабжен выемкой 204 для установки основного испарительного элемента; выемка 204 для установки основного испарительного элемента вмещает основной испарительный элемент 100; мундштук 201 и основной механизм 202 выполнены за одно целое или соединены друг с другом с возможностью отсоединения;
при этом основной испарительный элемент 100 содержит внешний кожух 101, элемент 102 для хранения жидкости и элемент 103 для выработки тепла; внешний кожух 101 снабжен первыми отверстиями 1011 для провода и первыми отверстиями 1012 для прохождения газа; элемент 102 для хранения жидкости содержит чип 1021 для хранения жидкости, печатную плату 1022, провод 1023 и опорный элемент 1024 чипа для хранения жидкости, при этом опорный элемент 1024 чипа для хранения жидкости снабжен выемкой 1026 для размещения печатной платы, в которой размещена печатная плата 1022; чип 1021 для хранения жидкости посредством провода 1023 закреплен на печатной плате 1022; элемент 103 для выработки тепла содержит нагревательный элемент 1031 и опорный элемент 1032 нагревательного элемента; нагревательный элемент 1031 снабжен штырем 1034; опорный элемент 1032 нагревательного элемента снабжен выемкой 1036 для размещения нагревательного элемента, в которой размещен нагревательный элемент 1031, и вторыми отверстиями 1037 для прохождения газа; стенка выемки 1036 для размещения нагревательного элемента снабжена отверстием 1035 под штырь, при этом нагревательный элемент 1031 штырем 1034 заходит в отверстие 1035 под штырь для разъемного соединения с опорным элементом 1032 нагревательного элемента; чип 1021 для хранения жидкости и нагревательный элемент 1031 расположены напротив друг друга;
Провод 1023 проходит сквозь первые отверстия 1011 для провода и электрически соединен с источником питания и системой управления; первые отверстия 1012 для прохождения газа выполнены в сообщении со вторыми отверстиями 1037 для прохождения газа с обеспечением возможности прохождения потока газа.
В этом варианте осуществления чип 1021 для хранения жидкости содержит следующие последовательно расположенные слои (как показано на фиг. 6): изоляционный слой 10212, кремниевую подложку 10215 и герметизирующий слой 10216; чип 1021 для хранения жидкости снабжен несколькими камерами 10214 для хранения жидкости, проходящими сквозь изоляционный слой 10212 и кремниевую подложку 10215; открытые концы камер 10214 для хранения жидкости герметично закрыты металлическими пленками 10211; закрытые концы камер 10214 для хранения жидкости снабжены отверстиями 10218 для введения масла.
В этом варианте осуществления под изоляционным слоем 10212 предусмотрены токопроводящие дорожки, соединенные с металлическими пленками 10211.
Вариант осуществления 2
Этот вариант осуществления относится к электронной сигарете с усовершенствованным испарительным устройством, содержащей:
мундштук 201 и основной механизм 202; основной механизм 202 снабжен выемкой 204 для установки основного испарительного элемента; выемка 204 для установки основного испарительного элемента вмещает основной испарительный элемент 100; мундштук 201 и основной механизм 202 выполнены за одно целое или соединены друг с другом с возможностью отсоединения;
при этом основной испарительный элемент 100 содержит внешний кожух 101, элемент 102 для хранения жидкости и элемент 103 для выработки тепла; внешний кожух 101 снабжен первыми отверстиями 1011 для провода и первыми отверстиями 1012 для прохождения газа; элемент 102 для хранения жидкости содержит чип 1021 для хранения жидкости, печатную плату 1022, провод 1023 и опорный элемент 1024 чипа для хранения жидкости, при этом опорный элемент 1024 чипа для хранения жидкости снабжен выемкой 1026 для размещения печатной платы, в которой размещена печатная плата 1022; чип 1021 для хранения жидкости посредством провода 1023 закреплен на печатной плате 1022; элемент 103 для выработки тепла содержит нагревательный элемент 1031 и опорный элемент 1032 нагревательного элемента; нагревательный элемент 1031 снабжен штырем 1034; опорный элемент 1032 нагревательного элемента снабжен выемкой 1036 для размещения нагревательного элемента, в которой размещен нагревательный элемент 1031, и вторыми отверстиями 1037 для прохождения газа; стенка выемки 1036 для размещения нагревательного элемента снабжена отверстием 1035 под штырь, при этом нагревательный элемент 1031 штырем 1034 заходит в отверстие 1035 под штырь для разъемного соединения с опорным элементом 1032 нагревательного элемента; чип 1021 для хранения жидкости и нагревательный элемент 1031 расположены напротив друг друга;
Провод 1023 проходит сквозь первые отверстия 1011 для провода и электрически соединен с источником питания и системой управления; первые отверстия 1012 для прохождения газа выполнены в сообщении со вторыми отверстиями 1037 для прохождения газа с обеспечением возможности прохождения потока газа.
В этом варианте осуществления чип 1021 для хранения жидкости содержит следующие последовательно расположенные слои (как показано на фиг. 7): изоляционный слой 10212, кремниевую подложку 10215 и герметизирующий слой 10216; чип 1021 для хранения жидкости снабжен несколькими камерами 10214 для хранения жидкости, проходящими сквозь изоляционный слой 10212 и кремниевую подложку 10215; открытые концы камер 10214 для хранения жидкости герметично закрыты металлическими пленками 10211; закрытые концы камер 10214 для хранения жидкости снабжены отверстиями 10218 для введения масла.
В этом варианте осуществления над изоляционным слоем 10212 предусмотрены токопроводящие дорожки, соединенные с металлическими пленками 10211.
Вариант осуществления 3
Этот вариант осуществления относится к электронной сигарете с усовершенствованным испарительным устройством, содержащей:
мундштук 201 и основной механизм 202; основной механизм 202 снабжен выемкой 204 для установки основного испарительного элемента; выемка 204 для установки основного испарительного элемента вмещает основной испарительный элемент 100; мундштук 201 и основной механизм 202 выполнены за одно целое или соединены друг с другом с возможностью отсоединения;
при этом основной испарительный элемент 100 содержит внешний кожух 101, элемент 102 для хранения жидкости и элемент 103 для выработки тепла; внешний кожух 101 снабжен первыми отверстиями 1011 для провода и первыми отверстиями 1012 для прохождения газа; элемент 102 для хранения жидкости содержит чип 1021 для хранения жидкости, печатную плату 1022, провод 1023 и опорный элемент 1024 чипа для хранения жидкости, при этом опорный элемент 1024 чипа для хранения жидкости снабжен выемкой 1026 для размещения печатной платы, в которой размещена печатная плата 1022; чип 1021 для хранения жидкости посредством провода 1023 закреплен на печатной плате 1022; элемент 103 для выработки тепла содержит нагревательный элемент 1031 и опорный элемент 1032 нагревательного элемента; нагревательный элемент 1031 снабжен штырем 1034; опорный элемент 1032 нагревательного элемента снабжен выемкой 1036 для размещения нагревательного элемента, в которой размещен нагревательный элемент 1031, и вторыми отверстиями 1037 для прохождения газа; стенка выемки 1036 для размещения нагревательного элемента снабжена отверстием 1035 под штырь, при этом нагревательный элемент 1031 штырем 1034 заходит в отверстие 1035 под штырь для разъемного соединения с опорным элементом 1032 нагревательного элемента; чип 1021 для хранения жидкости и нагревательный элемент 1031 расположены напротив друг друга;
Провод 1023 проходит сквозь первые отверстия 1011 для провода и электрически соединен с источником питания и системой управления; первые отверстия 1012 для прохождения газа выполнены в сообщении со вторыми отверстиями 1037 для прохождения газа с обеспечением возможности прохождения потока газа.
В этом варианте осуществления чип 1021 для хранения жидкости содержит два следующих слоя (как показано на фиг. 9): полимерную подложку 10221 и герметизирующий слой 10216; полимерная подложка 10221 снабжена несколькими камерами 10214 для хранения жидкости, проходящими сквозь указанный слой; открытые концы камер 10214 для хранения жидкости герметично закрыты пленками; закрытые концы камер 10214 для хранения жидкости снабжены отверстиями 10218 для введения масла.