ИСТОЧНИК АЭРОЗОЛЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ ПАРА
AEROSOL SOURCE FOR STEAM SUPPLY SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к источнику аэрозоля для электронной системы предоставления пара, такой как электронная сигарета.
Уровень техники
Многие электронные системы снабжения паром, такие как электронные сигареты и другие электронные системы доставки никотина посредством пара, образующегося из жидкостей, а также гибридные устройства, которые включают в себя некоторое количество табака или другого ароматического вещества, через которое проходит образующийся из жидкости пар, содержат два основных компонента или две основные секции, а именно картомайзер и блок управления (секция питания). Картомайзер обычно содержит резервуар с жидкостью и атомайзер для испарения жидкости. Указанные детали в совокупности могут называться источником аэрозоля. Атомайзер может представлять собой электрический (резистивный) нагреватель, например в виде провода, свитого в катушку, или может иметь другую конфигурацию, а вблизи нагревателя расположен фитильный элемент, который транспортирует жидкость из резервуара к нагревателю. Блок управления обычно содержит аккумулятор для подачи питания на атомайзер. Электрическая энергия от аккумулятора подается на нагреватель, который нагревается для испарения небольшого количества жидкости, транспортируемой фитильным элементом из резервуара. Полученные таким образом пары жидкости вдыхает пользователь.
Резервуар имеет, по меньшей мере, одно отверстие, через которое жидкость может вытекать из него и проходить по фитильному элементу. В области указанного отверстия может возникнуть утечка жидкости. Кроме того, иногда количество поглощаемой фитильным элементом жидкости может превысить количество жидкости, которое способен испарить нагреватель, например, при изменении давления окружающей среды или в связи с физическим воздействием. В результате в фитильном элементе возникает избыток жидкости, что может вызвать утечку. Например, жидкость может стекать с основания атомайзера. Таким образом, существует потребность в разработке способов уменьшения утечек жидкости.
Раскрытие изобретения
Первым объектом изобретения является источник аэрозоля для системы предоставления пара, содержащий парообразующий элемент; резервуар для хранения исходной жидкости, ограниченный стенкой, в которой имеется отверстие; а также транспортирующий жидкость элемент, содержащий первый участок для приема жидкости, вытекающей из резервуара через отверстие, второй участок, периферийный по отношению к первому участку, и третий участок для доставки жидкости из первого участка к парообразующему элементу; при этом при использовании по меньшей мере часть второго участка плотно прижата к участку стенки, окружающему отверстие, создавая эффект уплотнения по меньшей мере на части периферии первого участка и способствуя направлению жидкости к парообразующему элементу.
Вторым объектом изобретения является испаритель для системы предоставления пара, содержащий парообразующий элемент для генерирования пара из жидкости; и транспортирующий жидкость элемент, содержащий первый участок для приема жидкости, вытекающей из резервуара через отверстие, второй участок, периферийный по отношению к первому участку, и третий участок для доставки жидкости из первого участка к парообразующему элементу.
Третьим объектом изобретения является транспортирующий жидкость элемент для системы предоставления пара, содержащий первый участок для приема жидкости, вытекающей из резервуара через отверстие в стенке резервуара; второй участок, периферийный по отношению к первому участку, для плотного прижатия к участку стенки, окружающему отверстие; и третий участок для доставки жидкости из первого участка к парообразующему элементу, предназначенному генерировать пар из жидкости.
Четвертым объектом изобретения является картомайзер для системы предоставления пара, содержащий источник аэрозоля согласно первому объекту изобретения, испаритель согласно второму объекту изобретения, или транспортирующий жидкость элемент согласно третьему объекту изобретения.
Пятым объектом изобретения является система предоставления пара, содержащая источник аэрозоля согласно первому объекту изобретения, испаритель согласно второму объекту изобретения, транспортирующий жидкость элемент согласно третьему объекту изобретения, или картомайзер согласно четвертому объекту изобретения.
Шестым объектом изобретения является система предоставления пара, содержащая резервуар с жидкостью; парогенератор; и фитильный элемент для транспортировки жидкости из резервуара к парогенератору, генерирующему пар, вдыхаемый пользователем, причем фитильный элемент содержит первую секцию для приема жидкости из резервуара, и вторую секцию для подачи жидкости к парогенератору; при этом первая секция фитильного элемента имеет плоскую поверхность, плотно прижатую к участку стенки резервуара, окружающему отверстие, через которое в первую секцию поступает жидкость, причем сжатый участок фитильного элемента образует уплотнение на по меньшей мере части периферии отверстия.
Указанные объекты изобретения изложены в независимых и зависимых пунктах формулы изобретения. Разумеется, признаки зависимых пунктов формулы изобретения могут сочетаться между собой и с признаками независимых пунктов формулы изобретения в комбинациях, отличных от тех, которые явно изложены в формуле изобретения. Кроме того, принципы, описанные в настоящем документе, не ограничены изложенными ниже конкретными вариантами осуществления изобретения, и предусматривают любые подходящие сочетания признаков, представленных в настоящем описании. Например, в соответствии с описанными принципами могут быть созданы источник аэрозоля и система предоставления пара, содержащие источник аэрозоля, которые включают в себя любой один или несколько различных признаков, описанных ниже, в зависимости от ситуации.
Различные варианты осуществления изобретения далее будут подробно описаны со ссылками на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана электронная сигарета, содержащая картомайзер и блок управления, вид в продольном разрезе;
на фиг. 2 – парообразующий блок, содержащий резервуар, фитиль и нагреватель, вид сбоку в разрезе;
на фиг. 3 – атомайзер согласно одному из примеров его выполнения, вид в перспективе.
на фиг. 4 – парообразующий блок, содержащий атомайзер, подобный показанному на фиг. 3, вид сбоку в разрезе;
на фиг. 5 – часть парообразующего блока согласно другому примеру его выполнения, вид сбоку в разрезе;
на фиг. 6 – сжимающий элемент в блоке, показанном на фиг. 4, вид в плане;
на фиг. 7 – фитиль согласно одному из примеров его выполнения, вид в плане;
на фиг. 8 – фитиль согласно другому примеру его выполнения, вид в плане;
на фиг. 9 – фитиль согласно еще одному примеру его выполнения, вид в плане;
на фиг. 10 – участок фитиля согласно дополнительному примеру его выполнения, вид в плане;
на фиг. 11 – часть парообразующего блока согласно еще одному примеру его выполнения, вид сбоку в разрезе;
на фиг. 12 – атомайзер согласно еще одному примеру его выполнения, вид в плане;
на фиг. 13А и 13В – часть парообразующего блока согласно другим примерам его выполнения, виды сбоку в разрезе;
на фиг. 14 – участок фитиля с обозначением существенных параметров, вид сбоку в разрезе.
Осуществление изобретения
В настоящем описании раскрываются особенности конкретных примеров и вариантов осуществления изобретения. Некоторые особенности конкретных примеров и вариантов осуществления изобретения могут быть реализованы обычным способом, в связи с чем для краткости изложения они подробно не описываются. Следует понимать, что подробно не описанные особенности устройств и способов, представленных в настоящем описании, могут быть реализованы любыми традиционными методами, подходящими для реализации таких особенностей.
Как описано выше, изобретение относится (но не ограничивается) к электронным системам предоставления аэрозоля или пара, таким как электронные сигареты. В дальнейшем описании иногда могут использоваться термины «е-сигарета» и «электронная сигарета», однако следует понимать, что указанные термины могут употребляться наравне с терминами: система или устройство предоставления аэрозоля (пара). Изобретение также применимо к гибридным устройствам и системам, выполненным с возможностью доставки никотина или других веществ путем испарения жидкости и пропускания пара через твердое вещество, такое как табак. Приведенные выше различные термины следует понимать как охватывающие указанные устройства. Аналогично, термин «аэрозоль» может использоваться наравне с термином «пар».
В настоящем описании термин «компонент» используется для обозначения части, секции, блока, модуля, узла или аналогичной детали электронной сигареты, которая содержит несколько небольших частей или элементов, как правило, внутри наружного корпуса или стенки. Электронная сигарета может быть сформирована или изготовлена из одного или нескольких указанных компонентов, при этом компоненты могут разъемно соединяться друг с другом, либо могут быть соединены между собой постоянно при изготовлении для формирования электронной сигареты.
На фиг. 1 схематично (не в масштабе) представлен пример выполнения системы снабжения аэрозолем/паром, такой как электронная сигарета 10. Электронная сигарета 10 обычно имеет цилиндрическую форму продольная ось которой обозначена пунктирной линией, и содержит два основных компонента, а именно: компонент системы управления или компонент питания, или секцию 20, и картридж или секцию 30 (иногда называемую картомайзером, клиромайзером или атомайзером), выполняющую функцию парообразующего компонента.
Картридж 30 содержит резервуар 3 с исходной жидкостью, представляющей собой жидкую композицию, из которой должен генерироваться аэрозоль, например, содержащий никотин. В качестве примера, исходная жидкость может содержать примерно от 1 до 3% никотина, 50% глицерина и остальное, содержащее примерно равные количества воды и пропиленгликоля, а также может также содержать другие ингредиенты, такие как ароматизаторы. Кроме того, для доставки, например, ароматизатора, может использоваться исходная жидкость, не содержащая никотина. Также может присутствовать твердое вещество (не показано) в виде некоторого количество табака или другое ароматизирующее вещество, через которое пропускается пар, образующийся из жидкости. Резервуар 3 представляет собой емкость, контейнер или вместилище, в котором может храниться исходная жидкость, при этом жидкость может свободно перемещаться и течь в пределах контейнера. В качестве альтернативы, резервуар 3 может содержать некоторое количество поглощающего материала, такого как хлопковая вата, стекловолокно или пористая керамика, которая удерживает исходную жидкость в пористой структуре. Во время изготовления заполненный резервуар 3 может быть загерметизирован и являться одноразовым, либо резервуар может иметь входной порт или другое отверстие, через которое можно добавить новую исходную жидкость. Картридж 30 также содержит электрический нагревательный элемент или нагреватель 4, расположенный снаружи резервуара 3, для образования аэрозоля путем испарения исходной жидкости при нагреве. Для доставки исходной жидкости из резервуара 3 к нагревателю 4 имеется средство транспортировки жидкости (транспортирующий жидкость элемент), такое как фитиль 6 или другой пористый элемент. Фитиль 6 имеет один или несколько участков, расположенных внутри резервуара 3, или иным образом находиться в связи по жидкости с резервуаром 3, благодаря чему он может впитывать исходную жидкость и переносить ее за счет капиллярного эффекта на другие участки фитиля 6, которые находятся в контакте с нагревателем 4. Таким образом, жидкость нагревается и испаряется, а взамен нее посредством фитиля 6 к нагревателю 4 переносится новая порция исходной жидкости. Фитиль можно рассматривать как перемычку, проход или канал между резервуаром 3 и нагревателем 4 для доставки или переноса жидкости из резервуара к нагревателю. Термины: канал, канал для жидкости, проход для перемещения жидкости, проход для подачи жидкости, устройство или элемент для передачи жидкости и устройство или элемент для доставки жидкости, в настоящем описании могут равноправно использоваться для обозначения фитиля или соответствующего компонента или конструкции.
Нагреватель и фитиль (или подобный элемент) в совокупности иногда называют атомайзером или блоком атомайзера, а резервуар с исходной жидкостью и атомайзер называют источником аэрозоля. Другая терминология может включать блок доставки жидкости, блок транспортировки жидкости или просто блок, причем в контексте настоящего изобретения указанные термины могут равноправно использоваться для обозначения парообразующего элемента (парогенератора) и фитильного или аналогичного компонента или структуры (транспортирующего жидкость элемента), который доставляет или транспортирует жидкость из резервуара к парогенератору. Возможны разнообразные конструкции с иным расположением деталей, отличным от расположения, схематически показанном на фиг. 1. Например, фитиль 6 может быть самостоятельным элементом, отделенным от нагревателя 4, или нагреватель 4 может иметь пористую структуру (например, типа металлической сетки) и способен сам выполнять, по меньшей мере частично, функцию капиллярного всасывания. Вместо нагревателя могут использоваться другие средства парообразования, например вибрационный испаритель на основе пьезоэлектрического эффекта. В электрическом или электронном устройстве парогенератор может представлять собой электрический нагревательный элемент, который осуществляет омический (джоулев) нагрев или индуктивный нагрев. Кроме того, устройство может быть неэлектрическим устройством, действующим по типу насоса. Таким образом, атомайзер в общем можно рассматривать как парообразующий или испаряющий элемент, способный генерировать пар из доставляемой исходной жидкости, и транспортирующий жидкость элемент, способный доставлять или транспортировать жидкость из резервуара или аналогичного хранилища жидкости к парогенератору с помощью капиллярного эффекта. Варианты осуществления настоящего изобретения применимы ко всем подобным конфигурациям блока. Независимо от способа реализации детали изготавливаются таким образом, чтобы формировался канал, по которому исходная жидкость может перемещаться из внутренней части резервуара 3 в область, прилегающую к нагревателю, и на поверхность нагревателя 4 (или другого парогенератора) для испарения. Поскольку имеется канал для жидкости, посредством которого жидкость направляется непосредственно к нагревателю для испарения, предотвращается утечка, в результате которой жидкость может распространиться внутри электронной сигареты и попасть за ее пределы. В основе изобретения лежит доставка к парогенератору исходной жидкости с требуемой скоростью, чтобы парогенератор мог обработать всю поступающую жидкость. Если в связи с избыточным давлением внутри резервуара или даже в условиях нормального давления при не работающем парогенераторе возникает утечка, то излишняя жидкость может скапливаться в или на фитильном элементе и затем вытекать в виде свободной жидкости в камеру, где расположен атомайзер.
Как показано на фиг. 1, картридж 30 также содержит мундштук 35, имеющий отверстие, через которое пользователь может вдыхать аэрозоль, генерируемый нагревателем 4.
Компонент 20 питания содержит элемент или аккумулятор 5 (далее называемый в настоящем описании батареей, которая может быть перезаряжаемой) для обеспечения электропитания электрических компонентов электронной сигареты 10, в частности нагревателя 4. Кроме того, имеется печатная плата 28 и/или другая электроника или схема для общего управления электронной сигаретой. Управляющая электроника/схема системы 10 соединяет нагреватель 4 с аккумулятором 5, когда требуется выработка пара, например, при поступлении сигнала от датчика давления воздуха или датчика потока воздуха (не показан), обнаруживающего затяжку пользователя, во время которой воздух поступает через один или несколько впускных отверстий 26, выполненных в стенке компонента 20. После получения энергии от аккумулятора 5 нагревательный элемент 4 испаряет исходную жидкость, подаваемую из резервуара 3 фитилем 6, чтобы генерировать аэрозоль, который затем вдыхает пользователь через отверстие мундштука 35. Аэрозоль переносится от источника аэрозоля к мундштуку 35 по воздушному каналу (не показан), который соединяет впускное отверстие 26 с источником аэрозоля и с выпускным отверстием, когда пользователь делает вдох через мундштук 35. Таким образом, в электронной сигарете создается путь для воздушного потока от впускного отверстия (входа) (которое может находиться или не находится в компоненте питания) к атомайзеру и далее к выпускному отверстию мундштука. При использовании устройства воздушный поток направляется вдоль указанного пути от впускного отверстия к выпускному отверстию, так что атомайзер может рассматриваться как находящийся ниже по потоку относительно впускного отверстия и выше по потоку относительно выпускного отверстия.
В указанном конкретном примере секция 20 питания и картридж 30 являются отдельными компонентами, отсоединяемыми друг от друга путем разъединения в направлении, параллельном продольной оси, как показано сплошными стрелками на фиг. 1. При использовании устройства 10 компоненты 20 и 30 соединены посредством элементов 21, 31 сцепления (например, винтового или байонетного соединения), которые обеспечивают механическое и электрическое соединение между секцией 20 питания и картриджем 30. Указанная конструкция является всего лишь иллюстративной, и различные компоненты могут быть по-другому распределены между секцией 20 питания и секцией 30 (картриджем). Кроме того, могут иметься и другие компоненты и элементы. Две секции могут соединяться друг с другом встык в продольной конфигурации, как на фиг. 1, или располагаться бок о бок, например, в параллельной конфигурации. В целом система может являться или не являться цилиндрической и/или в целом иметь продолговатую форму. Любая или обе секции или компоненты могут быть приспособлены для утилизации и замены, когда они исчерпаны (например, резервуар пуст или аккумулятор разряжен), или могут быть приспособлены для многократного использования, обеспечиваемого такими действиями, как заполнение резервуара и перезарядка батареи. В качестве альтернативы, электронная сигарета 10 может представлять собой единое устройство (одноразовое или многоразовое/перезаряжаемое), которое не может быть разделено на две части. В этом случае все компоненты находятся в едином корпусе или кожухе. Варианты осуществления изобретения применимы к любой из указанных конфигураций и к другим конфигурациям, которые известны специалистам в данной области техники.
Устройство на фиг. 1 представлено весьма схематично. На фиг. 2 представлено более подробное изображение источника аэрозоля с примерным расположением резервуара, нагревателя и фитиля.
Как показано на фиг. 2, резервуар 3 имеет наружную стенку 32 и внутреннюю стенку 34, каждая из которых, как правило, является цилиндрической. Внутренняя стенка 34 расположена в центре с внутренней стороны наружной стенки 32, при этом между двумя стенками образовано кольцевое пространство, определяющее внутренний объем резервуара 3, предназначенного для хранения исходной жидкости. Нижний конец контейнера (в показанной на чертеже ориентации) закрыт нижней стенкой 33, а верхний конец контейнера закрыт верхней стенкой 36. Центральное пространство, охватываемое внутренней стенкой 34, определяет проход или канал 37, через нижний конец которого поступает воздух, втягиваемый в электронную сигарету (например, через впускные отверстия 26, показанные на фиг. 1), а через верхний конец выпускается аэрозоль, вдыхаемый пользователем (например, через мундштук 35, показанный на фиг.1). Указанный канал также ограничивает камеру, в которой находится атомайзер.
Внутри канала 37 для воздушного потока расположен атомайзер 40, содержащий нагреватель 4 и фитиль 6. Фитиль, который представляет собой продолговатый пористый элемент, в данном примере имеющий форму стержня, может быть сформирован из множества волокон и расположен поперек канала для воздушного потока (показан на чертеже ближе к нижнему концу резервуара 3, однако он может быть расположен выше), чтобы его концы проходили через отверстия во внутренней стенке 34 и достигали внутреннего объема резервуара 3 для впитывания исходной жидкости. Нагреватель 4 представляет собой электронагревательный элемент в виде проволочной катушки, намотанной вокруг фитиля 6. Провода 4a, 4b соединяют нагреватель 4 с электрической цепью (не показана) для обеспечения электрической энергией от батареи. Источник аэрозоля расположен внутри корпуса картриджа электронной сигареты, на верхнем конце которого расположен мундштук, а на его нижнем конце расположены контроллер и батарея (возможно, в виде отдельного компонента). Следует отметить, что наружная стенка 32 резервуара 3 может являться, а может и не являться стенкой корпуса картриджа. Если указанные стенки являются общими, картридж может быть предназначен для одноразового использования, и при израсходовании исходной жидкости может быть заменен новым картриджем, подключаемым к существующей секции питания, либо картридж может быть выполнен так, чтобы резервуар 3 мог пополняться исходной жидкостью. Если стенка резервуара и стенка корпуса являются отдельными, резервуар 3 или весь источник аэрозоля могут быть заменяемыми внутри корпуса, когда израсходована исходная жидкость, или могут быть удалены из корпуса с целью повторного заполнения. Указанные конфигурации описываются исключительно в качестве примера и не являются ограничительными.
При использовании устройства, когда источник аэрозоля внутри корпуса соединен с секцией питания (раздельно или постоянно в зависимости от конструкции электронной сигареты), и пользователь делает вдох через мундштук, воздух, втягиваемый в устройство через впускное отверстие или впускные отверстия, поступает в канал 37. Нагреватель 4 активируется для выработки тепла, в результате чего исходная жидкость, подводимая к нагревателю 4 фитилем 6, нагревается до испарения. Образующийся пар переносится потоком воздуха по каналу 37 к мундштуку устройства и вдыхается пользователем. Направление прохождения воздушного потока через устройство показано стрелками «A».
Разумеется, такая конструкция потенциально подвержена утечкам. Утечка жидкости может произойти непосредственно из резервуара 3 через отверстия, обеспечивающие проход фитиля 6 внутрь резервуара. Кроме того, если фитиль впитывает больше жидкости, чем может быть испарено, излишняя жидкость может стекать с фитиля 6. Таким образом, свободная жидкость может попасть в канал 37, и пользователь может вдыхать ее вместе с паром, что ухудшает ощущения от вейпинга, или указанная жидкость может проникнуть вниз электронной сигареты и полностью вытечь наружу, загрязняя пользователя или его имущество, либо загрязняя другие части электронной сигареты, такие как батарея или управляющая электроника.
Для решения этой проблемы в настоящем изобретении используется альтернативная конструкция фитиля (фитильного элемента или транспортирующего жидкость элемента). Вместо фитиля, имеющего участок или участки, которые входят во внутреннюю часть резервуара, фитиль, образованный из пористого материала, расположен снаружи резервуара, на противоположной относительно исходной жидкости стороне стенки резервуара. Отверстие или окно в стенке резервуара позволяет жидкости поступать к фитилю, который перекрывает это отверстие. Участок фитиля вокруг области, в которую поступает жидкость, плотно прижимается к стенке резервуара, окружающей отверстие, создавая уплотняющий эффект. В результате обеспечивается надлежащее удержание жидкости, выходящей через отверстие резервуара.
На фиг. 3 показан атомайзер (фитиль с нагревателем), в котором фитиль 6 выполнен с возможностью использования вышеуказанным образом. В данном примере фитиль 6 изготовлен из пористого материала и сформирован в виде плоского элемента соответствующей длины и ширины, при этом толщина «t» ортогональна плоскости фитиля. Фитиль 6 имеет форму «гантели» или «кости для собаки», при этом имеет узкий центральный участок 6а и два расширенных концевых участка 6b, которые в плоскости фитиля шире центрального участка 6а, причем оба концевых участка 6b и центральный участок 6а имеют одинаковую или аналогичную толщину «t» (или по меньшей мере толщину «t», которая меньше или намного меньше длины фитиля). С центральным участком 6а связан нагреватель 4, который в указанном примере представляет собой нагревательную проволочную катушку, витки которой намотаны вокруг центрального участка 6а фитиля 6. Указанный участок атомайзера располагается в канале для воздушного потока парообразующего компонента электронной сигареты. Каждый из концевых участков 6b предназначен для приема жидкости из резервуара, поступающей, в частности, в зоны 6d, обозначенные на фиг. 3 маленькими кружками, которые находятся в центре каждого концевого участка 6b. Указанные зоны 6d приема жидкости могут покрывать, располагаться поперек или напротив отверстий в стенке резервуара, в результате чего, вытекающая из резервуара жидкость может поступать в фитиль 6. Благодаря впитывающему или капиллярному действию пористой структуры фитиля 6, жидкость из зоны 6d приема жидкости передается по концевым участкам 6b в центральный участок 6а, проходя по которому поступает к нагревателю 4 для испарения.
Кроме того, концевые участки 6b фитиля 6 содержат зоны 6c сжатия, показанные на фиг. 3 штриховкой. Когда фитиль установлен для приема жидкости из отверстий резервуара, указанные зоны фитиля 6 прижимаются к стенке резервуара, как правило, вокруг каждого отверстия. Сжатие происходит в направлении толщины «t» фитиля, по существу, перпендикулярно плоскости фитиля. В примере, показанном на фиг. 3 зоны 6c сжатия расположены по периметру концевых участков 6b, а зоны 6d приема жидкости расположены в или около центра концевых участков 6b, так что зона 6c сжатия в основном окружает каждую зону 6d приема жидкости. Зона 6c сжатия не полностью окружает или охватывает зону 6d приема жидкости и прерывается в месте соединения центрального участка 6a с концевым участком 6b, чтобы обеспечивался проход для жидкости из зоны 6d приема жидкости к области нагревателя 4, которая не содержит сжатый фитильный материал.
Сжатие фитильного материала в направлении его толщины приводит к закрытию или по меньшей мере уменьшению размера пор фитильного материала в зонах сжатия. Таким образом, снижается или устраняется способность материал фитиля к впитыванию и поглощению, в результате чего затрудняется протекание жидкости. Сжатый материал образует полный или частичный барьер для движения жидкости внутри фитиля. В результате обеспечивается заданное направление потока жидкости, а именно к нагревателю 4, при этом просачивание жидкости в других направлениях уменьшено.
На фиг. 4 схематично показан резервуар 3 с фитилем 6 по фиг. 3. Резервуар 3 имеет форму, аналогичную форме резервуара, показанного на фиг. 2, т.е. он является кольцевым с центральным каналом 37 для воздушного потока, поперек которого проходит фитиль 6. При этом нагреватель 4 расположен в указанном канале 37. Следует отметить, что показана только нижняя часть резервуара 3, его верхний конец закрыт, как показано на фиг. 2.
Резервуар имеет нижнюю стенку 33, как указано выше, в которой выполнены два отверстия 42, расположенные с противоположных сторон относительно канала 37. Фитиль 6 установлен так, что его концевые участки 6b перекрывают стенку 33, и зоны 6d для приема жидкости выровнены с отверстиями 42. Таким образом, концевые участки фитиля перекрывают отверстия 42. Жидкость может вытекать из резервуара 3 через отверстия 42 в фитиль 6. Вокруг каждого из отверстий 42 материал фитиля в зонах 6с сжат в направлении толщины фитиля, как показано стрелками на фиг. 4.
В указанном примере сжатие фитиля обеспечивается сжимающим элементом 50, расположенным с противоположной относительно стенки 33 резервуара 3 поверхности фитиля 6. Сжимающий элемент 50 расположен на расстоянии от стенки 33 для образования полости 48, в которой располагается фитиль 6. В области зон 6c сжатия фитиля 6 сжимающий элемент 50 отстоит от базовой стенки 33 на расстояние, меньшее толщины «t» фитиля, в результате чего материал фитиля прижимается к базовой стенке 33 сжимающим элементом 50. Сжимающий элемент 50 может быть сформирован за одно целое со стенками резервуара 3, например, посредством формования или механической обработки пластического материала или металлического материала стенки (стенок) резервуара для образования полости 48, в которую вставляется фитиль 6. Альтернативно, сжимающий элемент 50 может быть сформирован отдельно от резервуара 3, при этом фитиль 6 располагают на стенке 33, а затем сжимающий элемент 50 закрепляют на соответствующем расстоянии от резервуара 3, чтобы образовать полость 48, либо фитиль 6 может быть наложен на соответствующую поверхность сжимающего элемента 50, и два компонента закрепляются на надлежащем расстоянии от нижней стенки резервуара. Сжимающий элемент может быть присоединен к резервуару, как показано на фиг. 4, или может составлять единое целое с другим компонентом электронной сигареты, чтобы он был правильно расположен для ограничения полости 48 и создания требуемого сжатия фитиля 6, когда указанный компонент соединен с резервуаром 3. В любом случае фитиль 6 может быть либо вставлен в полость 48 после ее формирования, либо фитиль может быть наложен на нижнюю стенку 33 или сжимающий элемент 50 до сборки указанных компонентов.
На фиг. 4 показан фитиль 6, расположенный в полости 48, но не показано уменьшение толщины фитиля в результате сжатия в зонах, отмеченных стрелками. На самом деле сжатые участки фитиля являются более тонкими, чем несжатые. Это может быть достигнуто с помощью поверхностных элементов одного или обоих из перечисленных, а именно, сжимающего элемента и стенки резервуара, которые выступают в полость над областью зон сжатия. Таким образом, глубина полости уменьшается там, где расположены поверхностные элементы, при этом фитильный материал сплющивается, сдавливается или иным образом сжимается между поверхностными элементами (если они находятся на обеих сторонах) или между поверхностным элементом на одной стороне и базовой стенкой или сжимающим элементом на другой стороне.
На фиг. 5 схематично показаны части фитиля и резервуара, сформированного с выступающими поверхностными элементами для обеспечения сжатия фитиля. В указанном примере как стенка 33 резервуара 3, так и сжимающий элемент 50 снабжены поверхностными выступами 52, обращенными внутрь полости 48, сформированной между стенкой 33 и сжимающим элементом 50. Выступы 52 расположены напротив друг друга в поперечном направлении полости 48 и частично окружают отверстие 42 в стенке 33, причем в указанном примере выступы отдалены на некоторое расстояние от отверстия 42 (т.е. не находятся в непосредственной близости к отверстию 42). Расстояние между противолежащими выступами 52 меньше толщины «t» фитиля 6, так что указанные выступы сжимают область фитиля 6 вокруг отверстия 42 в направлении его толщины, когда фитиль 6 устанавливается в полости 48 поперек отверстия 42.
На фиг. 6 показан сжимающий элемент 50, если смотреть в направлении, указанном стрелками VI на фиг. 5. Поверхность 50а, которая при использовании устройства обращена к стенке 33 резервуара 3, имеет два диаметрально противоположных углубления 54. Эти углубления взаимодействуют со стенкой 33, формируя полость для приема фитиля 6 (стенка может иметь углубления, взаимодействующие с плоским сжимающим элементом, либо оба компонента могут иметь углубления). Внутри каждого углубления образован дугообразный выступ 52 в том месте, где требуется сжатие фитиля, а именно, почти, но не полностью, вокруг соответствующего отверстия в стенке. Позиции фитиля 6 и отверстия 42 в стенке 33 показаны пунктирными линиями.
Фитиль в соответствии с настоящим изобретением не ограничен примером, представленным на фиг. 3, и он может быть описан в более общих терминах, чтобы указать разные детали, обеспечивающие возможность уплотнения при сжатии.
На фиг. 7 показан фитиль 6, имеющий разные участки. Этот фитиль, как и описанный выше, является плоским и имеет форму гантели. Каждый из расширенных концов фитиля 6 содержит первый участок 61, расположенный поперек отверстия в стенке резервуара, через которое подается жидкость. Область первого участка 61, примыкающая непосредственно к отверстию, содержит зону 6d приема жидкости, причем в указанном примере первый участок 61 распространяется за пределами зоны 6d приема жидкости, при этом за счет капиллярного эффекта жидкость из зоны 6d приема жидкости передается на первый участок 61. Первый участок имеет большую площадь, чем зона 6d приема жидкости и отверстие резервуара. По краю каждого из расширенных концов фитиля расположен второй участок 62 (показан штриховкой), охватывающий первый участок 61 по периферии. Второй участок 62 является сжимаемой частью при установке фитиля 6. Центральная узкая часть фитиля 6, соединяющая два расширенных конца, представляет собой третий участок 63, по которому жидкость поступает к парообразующему элементу, например, к нагревателю. В данном примере дугообразные вторые участки 62 прерываются в областях соединения третьего участка 63 с первыми участками 61. Жидкость, поступающая в зону 6d приема жидкости первого участка 61, перемещается из первого участка 61 в третий участок 63 посредством капиллярного эффекта по порам фитильного материала первого участка. В результате жидкость из резервуара поступает в парообразующий элемент. Сжатый материал второго участка 62 препятствует перемещению жидкости из зоны 6d приема жидкости в других направлениях. Точнее говоря, уплотняющий эффект, обеспечиваемый сжатием, препятствует или предотвращает движение жидкости во всех направлениях, кроме направления к третьему участку и к парообразующему элементу. Уплотнение способствует направлению жидкости из первого участка к парообразующему элементу, усиливая тем самым движение жидкости в указанном направлении. В результате утечка жидкости, направляемой к парообразующему элементу сводится к минимуму.
Использование терминов «первый участок», «второй участок» и «третий участок» не предназначено для ограничения или для обозначения какого-либо конкретного физического или конструктивного различия или разделения между различными участками фитиля (хотя фитиль может быть изготовлен из цельного материала или из отдельных частей, соединенных между собой). Указанные термины используются для удобства обозначения частей фитиля, которые в основном выполняют конкретные функции, иными словами, прием жидкости из резервуара, сжатие для уплотнения и подачу жидкости в парообразующий элемент. В любом фитиле различные участки могут быть четко различимы, либо могут объединяться или перекрываться с соседними участками, если функции совместно используются. Например, может быть рассмотрено поглощение жидкости из отверстия резервуара, транспортировка жидкости из отверстия в направлении к парообразующему элементу и доставка жидкости к области в непосредственной близости от парогенератора, где происходит ее испарение, при этом все происходят в одном и том же участке фитиля, поскольку первый участок и третий участок могут рассматриваться как одинаковые или совпадающие. Граница между указанными разными операциями перемещения жидкости может быть нечеткой, поскольку первый участок и третий участок перекрываются, или в них используется один и тот же фитильный материал.
Могут применяться фитили иной формы и конструкции. Можно применять разнообразные фитили с двумя концами, подобные фитилю, который показан на фиг. 7 и имеет на каждом из концов зону приема жидкости. Например, фитиль на виде в плане может иметь форму «бабочки» или «кости для собаки». Кроме того, расширенные концы не обязательно должны иметь одинаковую форму или размер. Фитили могут иметь более сложную форму с тремя или четырьмя концами и содержать более двух зон для приема жидкости из резервуара, имеющего более двух отверстий в стенке.
На фиг. 8 показан фитиль с тремя концами, имеющий скругленные расширенные концы, а на фиг. 9 показан фитиль крестообразной формы с треугольными расширенными концами. Если требуется, количество концов фитиля может быть увеличено. Такие фитили могут доставлять жидкость к парообразующим элементам, содержащим одну или несколько нагревательных катушек, причем нагревательная катушка, либо ее часть может быть намотана на каждое или не на каждое плечо третьего участка 63.
Второй участок или участки фитиля, которые сжимаются для образования уплотнения, могут быть отдалены от зоны приема жидкости (поскольку первый участок больше зоны приема жидкости), как показано на чертежах, или могут начинаться в непосредственной близости от зоны приема жидкости, вследствие чего первый участок и отверстия в стенке резервуара имеют одинаковую форму и размер.
На фиг. 10 показан один из концов фитиля, имеющий описанную выше конфигурацию. Особенностью указанной конфигурации является отсутствие профилированных выступов на стенке резервуара или на сжимающем элементе. Вместо указанных выступов сжатие обеспечивают две плоские противолежащие поверхности, поскольку расстояние между базовой стенкой и сжимающим элементом меньше толщины фитиля (то есть глубина полости меньше толщины фитиля). Таким образом, конец фитиля сжимается целиком, за исключением зоны приема жидкости, которая не будет испытывать сжатия, в связи с наличием отверстия в стенке резервуара. Таким образом, первый участок и отверстия в стенке резервуара имеют одинаковую форму и размер.
На фиг. 11 показан вид сбоку в разрезе фитиля, вставленного описанным выше способом. В результате сжатия всего конца фитиля посредством противолежащих поверхностей торцевой стенки 33 резервуара и сжимающего элемента 50 обеспечивается более существенное утонение фитиля по сравнению с описанным в предыдущих примерах, позволяющее фитилю выдаваться вверх в отверстие 42, где он не сжимается, также фитиль не сжимается на выходе из полости 48 в канал 37 для воздушного потока.
Следует отметить, что в указанном примере второй участок 62 фитиля полностью охватывает первый участок 61, а третий участок 63 примыкает ко второму участку 62, а не к первому участку 61, как в примере, представленном на фиг. 7. Оптимальный выбор материала фитиля и степени сжатия обеспечивает эффективную передачу жидкости из первого участка 61 через сжатый второй участок 62 в третий участок 63, в частности, благодаря тому, что в третьем участке материал является несжатым.
Кроме того, конец фитиля не обязательно должен быть расширен в плоскости фитиля по сравнению с третьим участком, связанным с парообразующим элементом. Вместо этого фитиль по всей длине может иметь практически постоянную ширину. Витки нагревательной катушки могут быть обернуты вокруг третьего участка, однако фитиль, имеющий третий участок относительно большей ширины, также можно успешно использовать с другими парообразующими элементами.
На фиг. 12 схематично показан фитиль в сборе с нагревателем согласно одному из примеров, в котором фитиль 6 имеет по существу постоянную ширину, и его концы не расширены. В этом случае нагреватель 4 выполнен встроенным, содержащим спиральный провод с множеством петель, встроенных в материал третьего участка 63 фитиля 6.
Фитиль постоянной ширины с относительно широким третьим участком также может эффективно доставлять жидкость из резервуара к парообразующему элементу в форме вибрирующей сетки.
Еще в одном альтернативном варианте выполнения фитиль может являться одноконечным, имеющим один первый участок, один второй участок, периферийный по отношению к первому участку, и третий участок для подачи жидкости из первого участка в парообразующий элемент. Указанный фитиль может использоваться с резервуаром, имеющим только одно отверстие. Альтернативно, резервуар может иметь более одного отверстия, каждое из которых доставляет жидкость в отдельный одноконечный фитиль.
Резервуар не обязательно должен иметь кольцевую форму, окружающую центральный воздушный канал, как в примере, показанном на фиг. 4. Резервуар может иметь любую подходящую форму или размер и может быть ограничен наружной стенкой с одним или несколькими отверстиями, которые перекрываются первым участком фитиля. Кроме того, единственный первый участок фитиля может содержать более одной зоны приема жидкости, если первый участок расположен так, чтобы перекрывать более одного отверстия в стенке резервуара.
Если фитиль в несжатом состоянии имеет плоскую форму, это означает, что его ширина и длина больше толщины, как правило, в несколько или во много раз. При разнообразной конфигурации плоского фитиля, как в описанных выше примерах, большая область компрессионного уплотнения имеет малый размер в направлении сжатия. Однако это не является существенным, и фитиль в несжатом состоянии может иметь неплоскую форму. Например, продолговатый стержневой фитиль в виде толстой нити или жгута из волокон может иметь достаточно большую ширину или диаметр, что позволяет на одном или обоих концах обеспечить эффективное сжатие. Парообразующий элемент может содержать нагревательную катушку, плотно намотанную для уменьшения диаметра третьего участка, или могут быть использованы другие нагревательные или парообразующие элементы.
Очевидно, что в области сжатия фитиль находится в контакте со стенкой резервуара. В устройствах, в которых первый участок фитиля больше отверстия, а второй сжатый участок отдален от краев отверстия, первый несжатый участок простирается от краев отверстия до зоны сжатия. Если полость, вмещающая фитиль, имеет глубину больше, чем толщина фитиля, в указанной полости поверхность фитиля может контактировать со стенкой резервуара или фитиль может располагаться на расстоянии от стенки резервуара. Как альтернатива, может использоваться любой из вариантов, однако за счет контакта между несжатым материалом и стенкой резервуара можно обеспечить эффект капиллярного уплотнения. Таким образом, наряду с уплотнением, обеспечиваемым в зоне сжатия фитиля, создается дополнительное уплотнение, что является целесообразным.
На фиг. 13А и фиг. 13В показан вид сбоку в разрезе фитилей, занимающих описанные выше позиции. В каждом случае выступающие участки 52 продолжаются от стенки 33 и зоны 50 сжатия, подвергая сжатию самые края фитиля, в отличие от примера, показанного на фиг. 5, в котором зона 50 сжатия несколько отдалена от края фитиля. Фитиль 6, показанный на фиг. 13A, имеет толщину, соответствующую глубине полости 48, при этом его второй участок сжимается выступами 52, а верхняя поверхность несжатого первого участка фитиля соприкасается со стенкой 33 вокруг отверстия 42. В указанной области несжатый материал первого участка, контактирующего со стенкой 33, образует капиллярное уплотнение. Толщина фитиля 6, показанного на фиг. 13B, меньше глубины полости 48, но больше расстояния между двумя противолежащими выступами 52. Таким образом, выступы 52 сжимают второй участок фитиля 6, однако верхняя поверхность несжатого первого участка фитиля отстоит от базовой стенки. В этом случае эффект капиллярного уплотнения является незначительным или отсутствует.
Как отмечалось выше, сжатие фитиля представляет собой сдавливание или обжатие материала фитиля, занимающего свое местоположение, при этом толщина фитиля в сжатом положении уменьшается относительно толщины фитиля без приложения силы сжатия. Сжатие осуществляется в направлении толщины фитиля, которое, независимо от формы фитиля, является направлением, которое, как правило по существу ортогонально плоскости перемещения жидкости в фитиле от зоны приема жидкости первого участка к парообразующему элементу, связанному с третьим участком, или направлению результирующего потока жидкости из зоны приема жидкости к третьему участку. Для плоского фитиля, толщина которого, как правило, значительно меньше ширины и длины, направление сжатия, разумеется, ортогонально плоскости фитиля.
Степень сжатия должна быть достаточной, чтобы вследствие закрытия пор или уменьшения размера пор пористого фитильного материала обеспечивался требуемый уровень компрессионного уплотнения. Уровень компрессионного уплотнения будет зависеть от таких факторов, как тип материала фитиля, размер пор и плотность пор (пористость), толщина фитиля и вязкость исходной жидкости.
Степень сжатия можно определить по уменьшению толщины фитиля вдоль направления сжатия относительно толщины несжатого фитиля. Сжатие может осуществляться только с одной стороны или с обеих сторон фитиля.
На фиг. 14 схематично показан участка фитиля с обозначением существенных параметров. Толщина несжатой части фитиля обозначена «t», а толщина сжатой части фитиля обозначена «T». Поскольку в результате сжатия толщина фитиля уменьшается, но не достигает нуля, а толщина «T» сжатой части всегда меньше толщины «t» несжатой части, выполняются соотношения 0<T< t и 0< T/t< 1. Как правило, после сжатия толщина фитиля может быть уменьшена на половину или менее от толщины фитиля в несжатом состоянии, например, до примерно одной десятой толщины фитиля в несжатом состоянии. В некоторых примерах 0,1<T/t<0,5. Отношение «T/t» может находиться в другом диапазоне, например, 0,1<T/t< 0,4; 0,1<Т/t<0,3; 0,1<Т/t<0,2; 0,2<Т/t<0,5; 0,2<Т/t<0,4; 0,2<Т/t<0,3; 0,3<Т/t<0,5 и 0,3<Т/t<0,4. Однако отношение «T/t» может иметь более высокие значения, например, 0,1<T/t<0,6; 0,1<Т/t<0,7; 0,1<Т/t<0,8 или 0,1<Т/t<0,9. Также может применяться большее сжатие, например, 0<T/ <0,1.
Как описано выше, сжатие фитиля осуществляли при его протискивании между двумя противолежащими поверхностями, которые являются неотъемлемой частью конструкции электронной сигареты. Если материал фитиля является упругим или эластичным, указанное сжатие не является постоянным, и первоначальная толщина возвращается при удалении фитиля из положения, в котором он перекрывает отверстие резервуара. Однако могут использоваться другие способы сжатия, если это целесообразно. Например, могут использоваться способы, приводящие к постоянному, необратимому уменьшению толщины фитиля.
На материал второго участка фитиля и/или на стенку резервуара вокруг отверстия наносят клей, а фитиль позиционируют поперек отверстия. Пока не высох клей, ко второму участку фитиля прикладывают сжимающее усилие, например, путем вдавливания в фитильный материал специального инструмента, форма которого соответствует форме второго участка, чтобы уменьшить поры в структуре материала. Под давлением клей проникает в пористую структуру, и при его высыхании (например, при отверждении под воздействием ультрафиолетового света и т.п.) второй участок фитиля прилипнет к стенке резервуара, а пористая структура будет сохраняться в сжатом состоянии. В указанной конструкции отсутствуют особые требования к сжимающему элементу, однако для удержания любой просочившейся жидкости предпочтительным является наличие сжимающего элемента на поверхности фитиля, обращенной от стенки резервуара.
В зависимости от материала фитиля аналогичный результат может быть достигнут за счет приложения энергии ко второму участку фитиля в процессе сжатия второго участка, либо непосредственно перед указанным сжатием, чтобы размягчить или расплавить материал, находящийся в сжатом состоянии. Если стенка резервуара изготовлена из подходящего материала, такого как пластический материал, фитиль может быть припаян к стенке при проведении указанной процедуры. Нагрев может быть обеспечен при помощи нагретого инструмента, прижимаемого ко второму участку фитиля, например, когда фитиль перекрывает отверстие. На фитильный материал может быть направлен лазерный луч, чтобы обеспечить требуемую энергию для расплавления фитильного материала, после чего применяется специальный инструмент для сжатия размягченного материала второго участка фитиля.
Для изготовления фитиля согласно настоящему изобретению подходят разнообразные пористые материалы. Материал должен иметь соответствующую пористость, чтобы обеспечить требуемую скорость капиллярного затекания (скорость подачи жидкости) исходной жидкости или жидкостей, с которыми предполагается использовать фитиль, и быть сжимаемым до величины, которая обеспечивает требуемую степень уплотнения. Материал должен быть податливым, мягким, гибким и/или нежестким. Для изготовления плоского фитиля может быть использован любой указанный материал, из которого может быть сформирован лист или плита. Лист может представлять собой тканое или нетканое трикотажное полотно. Например, лист может быть сформирован из волокон натуральных материалов, такие как хлопок, шерсть, целлюлоза или лен, либо искусственных материалов, таких как различные полимеры и пластические материалы. Также можно использовать керамику и стекловолокно. Кроме того, лист может содержать вспененный или губчатый материал (включая натуральные и искусственные губки). Фитиль может быть вырезан или отштампован из большего листа фитильного материала. Как указывалось выше, фитиль не обязательно должен быть плоским, могут быть использованы шнуры, нити или пучки волокон. В один фитиль могут быть включены два или более материалов, например, путем объединения или смешивания волокон из разных материалов или имеющих разный состав.
Преимущества и особенности изобретения характерны только для рассмотренных вариантов реализации и не являются исчерпывающими и/или эксклюзивными. Они рассмотрены только с целью облегчения понимания и демонстрации заявленного изобретения. Следует иметь в виду, что преимущества, варианты реализации, примеры, функции, особенности конструкции и/или другие аспекты настоящего изобретения никоим образом не ограничивают объем настоящего изобретения, который определяется формулой изобретения, и что могут использоваться другие варианты выполнения, и могут производиться модификации без выхода за границы объема формулы изобретения. Различные варианты выполнения могут содержать, состоять или по существу состоять из различных комбинаций описанных элементов, компонентов, частей, операций, средств, и т.п., отличных от конкретно описанных в настоящем описании.