ЭЛЕКТРОННАЯ СИГАРЕТА
ELECTRONIC CIGARETTE

Область изобретения
Электронные курительные изделия, такие как электронные сигареты и сигары, могут содержать генераторы аэрозоля на основе нагретого капилляра и управляемые вручную компоненты для передачи жидкости из источника жидкости в капилляр, когда капилляр нагревается. Нагретый капилляр испаряет жидкость так, как это делается в патенте США №5,743,251, содержание которого включено сюда посредством ссылки во всей своей полноте. Картомайзер объединяет генератор аэрозоля и источник жидкости в одном одноразовом картридже.
Существо изобретения
Согласно одному из примеров вариантов предложен картомайзер для электронного курительного изделия, этот картомайзер содержит: кольцевой резервуар для жидкости, в котором проходит канал для потока воздуха; жидкий материал в резервуаре для жидкости; и нагреватель, окружающий резервуар для жидкости и осуществляющий нагрев этого резервуара для жидкости до температуры, достаточной, чтобы по меньшей мере первоначально испарить жидкий материал, находящийся в резервуаре для жидкости, для образования насыщенных паров в канале для потока воздуха.
Согласно одному из примеров вариантов предложено электронное курительное изделие, способное создавать ощущение курения без сжигания табака, это электронное курительное изделие содержит: источник питания; картомайзер, содержащий: резервуар для жидкости, в котором проходит канал для потока воздуха; жидкий материал в резервуаре для жидкости; и нагреватель, окружающий резервуар для жидкости и осуществляющий нагрев этого резервуара до температуры, достаточной, чтобы по меньшей мере первоначально испарить жидкий материал, находящийся в резервуаре для жидкости, для образования насыщенных паров в канале для потока воздуха; и конденсационную камеру на выходном (по потоку воздуха) конце картомайзера, так что воздух, протекающий по каналу для потока воздуха, насыщается компонентами раствора ароматизатора, входящего в состав жидкого материала, и затем конденсируется с образованием дымоподобного аэрозоля, когда воздух и испаренный жидкий материал выходят из канала для потока воздуха в конденсационную камеру.
Согласно одному из примеров вариантов предложен способ получения ощущения курения сигареты без сжигания табака, способ содержит: нагрев жидкого материала посредством нагревателя, окружающего резервуар для жидкости и осуществляющего нагрев этого резервуара до температуры, достаточной, чтобы по меньшей мере первоначально испарить жидкий материал, находящийся в резервуаре для жидкости; соединение по меньшей мере первоначально испаренного жидкого материала с воздухом в канале для потока воздуха, окруженном резервуаром для потока жидкости, для образования насыщенных паров; и конденсацию насыщенных паров в конденсационной камере, сообщающейся с каналом для потока воздуха, для образования аэрозоля.
Согласно одному из примеров вариантов электронное курительное изделие может также содержать вкладыш на обращенном ко рту конце (мундштук), сообщающийся с конденсационной камерой для передачи аэрозоля курильщику.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено описание изобретения со ссылками на примеры вариантов, показанные на чертежах. На этих чертежах:
фиг. 1 представляет вид в разрезе электронной сигареты согласно одному из примеров вариантов; и
фиг. 2 представляет вид в разрезе картомайзера согласно одному из примеров вариантов.
Подробное описание
Фиг. 1 представляет вид в разрезе электронного курительного изделия 100, такого как электронная сигарета согласно одному из примеров вариантов. Как показано на фиг. 1, электронное курительное изделие 100 содержит многократно используемый (многоразовый) держатель (или первую секцию) 100 и сменную (одноразовую) картомайзерную секцию (или вторую картомайзерную секцию) 120, соединенные одна с другой посредством резьбового соединения (не показано) или каким-либо другим удобным способом, таким как плотная посадка, защелка, углубление, зажим и/или фиксатор.
Согласно одному из примеров вариантов, в первой секции 110 могут располагаться источник 112 питания, предпочтительно аккумулятор, и схема 115 управления. Резьбовой участок 118 первой секции 110, когда он не соединен с другой секцией, может быть соединен с зарядным устройством для аккумулятора, с целью зарядки аккумулятора. Согласно одному из примеров вариантов сменная картомайзерная секция 120 может содержать соединительный участок 120, картомайзер 140, конденсационную камеру 150 и вкладыш 160 на обращенном ко рту конце (мундштук).
Согласно одному из примеров вариантов, картомайзер 140, как показано на фиг. 2, содержит резервуар 180 для жидкости, сквозь который проходит канал 190 для потока воздуха, и нагреватель 170, окружающий этот резервуар для жидкости и служащий для подогрева резервуара 180 для жидкости до температуры, достаточной для по меньшей мере первоначального испарения жидкого материала 182, находящегося в резервуаре 180 для жидкости, и образования насыщенных паров в канале 190 для потока воздуха.
Предпочтительно многократно используемый держатель 110 и картомайзерная секция 120 имеют в общем случае цилиндрический наружный корпус 102, протяженный в продольном направлении по длине электронного курительного изделия 100. Согласно одному из примеров вариантов, электронное курительное изделие 100 построено так, что диаметр электронной сигареты предпочтительно является одинаковым по всей ее длине. Согласно одному из примеров вариантов наружный цилиндрический корпус 102 может быть по существу непрерывным по всей длине и может быть жестким.
Согласно одному из примеров вариантов на наружной поверхности наружного цилиндрического корпуса 102 может располагаться срабатывающий при нажатии выключатель (не показан), служащий для включения нагревателя. При нажатии на выключатель рукой включается источник питания, и электрический ток, протекающий через электрические контакты, нагревает жидкий материал 182 в картомайзере 140, чтобы испарить этот жидкий материал 182. Например, в наружном цилиндрическом корпусе 102 может быть выполнено углубление, чтобы показать, куда должен нажать курильщик. Это углубление может проходить по всей или только по части окружности наружного цилиндрического корпуса 102.
На фиг. 2 представлен вид в разрезе картомайзера 140 согласно одному из примеров вариантов. Как показано на фиг. 2, картомайзер 140 может представлять собой трубчатый продолговатый компонент из полужесткого и/или жесткого материала. Картомайзер 140 содержит резервуар 180 для жидкости, сквозь который проходит канал 190 для потока воздуха. Нагреватель 170 окружает резервуар 180 для жидкости и служит для подогрева резервуара 180 для жидкости до температуры, достаточной для по меньшей мере первоначального испарения жидкого материала 182, находящегося в резервуаре 180 для жидкости, и образования насыщенных паров в канале 190 для потока воздуха. Этот нагреватель 170 может представлять собой трубчатый продолговатый компонент, выполненный так, чтобы окружать резервуар 180 для жидкости. Канал 190 для потока воздуха имеет входной или ближний конец 192 и выходной или дальний конец 194.
Согласно одному из примеров вариантов, резервуар 180 для жидкости может быть выполнен из волокнистого или пористого материала, удерживающего жидкий материал 182 в промежутках между волокнами или в порах пористого материала. Согласно одному из примеров вариантов резервуар 180 может быть изготовлен из волокнистого материала, удерживающего жидкий материал 182 в резервуаре 180 для жидкости. Резервуар 180 для жидкости предпочтительно имеет кольцевую геометрию в форме трубчатого продолговатого элемента, окруженного нагревателем 170. Согласно одному из примеров вариантов резервуар 180 для жидкости имеет наружную стенку 181 между нагревателем 170 и жидким материалом 182. Кроме того, резервуар 180 для жидкости может иметь пару торцевых стенок 183, 185. Согласно одному из примеров вариантов, резервуар 180 для жидкости может быть изготовлен из электропроводного или полупроводникового материала и может быть использован в качестве нагревательного элемента или нагревателя вместо применения отдельного нагревателя 170, как показано на чертеже.
Согласно одному из примеров вариантов, при прохождении воздуха по каналу 190 для потока воздуха, этот воздух насыщается компонентами раствора ароматизатора из состава жидкого материала 182 и затем конденсируется с образованием дымоподобного аэрозоля, когда воздух и испаренный жидкий материал выходят из выходного отверстия 194 канала 190 для потока воздуха в конденсационную камеру 150. Канал 190 для потока воздуха может представлять собой кольцевой элемент, имеющий входное отверстие 192, сообщающееся с одним или несколькими входными отверстиями для воздуха или вентиляционными отверстиями 132 (фиг. 1), и выходное отверстие, сообщающееся с конденсационной камерой 150. Согласно одному из примеров вариантов, при затяжке через мундштук 160 испаренный жидкий материал 182 всасывается из канала 190 для потока воздуха в конденсационную камеру 150.
3
3
Согласно одному из примеров вариантов, картомайзер 140 может иметь длину примерно 1.0-3.0 см и диаметр примерно 7-8 мм. Кольцевой резервуар 180 может иметь наружный диаметр примерно 6-7 мм и внутренний диаметр примерно 1-6 мм. Канал 190 для потока воздуха может иметь диаметр примерно 1-5 мм. Согласно одному из примеров вариантов, в резервуаре для жидкости находится примерно 0.25-1.0 см жидкого материала 182 и более предпочтительно примерно 0.5 см жидкого материала 182. Согласно одному из примеров вариантов, между нагревателем 170 и наружной стенкой корпуса 102 курительного изделия 100 может быть помещен слой изоляции (не показан).
Конденсационная камера 150 предпочтительно располагается рядом с выходным или дальним концом 194 канала 190 для потока воздуха. Эта конденсационная камера 150 предпочтительно содержит конический элемент 152, отходящий по направлению прочь от дальнего конца 194 канала для потока воздуха в кольцевую полость 154.
Согласно одному из примеров вариантов, конденсационная камера 150 может иметь одно или несколько входных отверстий для воздуха (не показано), так что примерно 0%-50% воздуха, проходящего через конденсационную камеру 150, поступает через эти одно или несколько входных отверстий для воздуха. Согласно одному из примеров вариантов, такие входные отверстия для воздуха могут создавать дополнительное охлаждение насыщенных паров из канала 190 для потока воздуха и тем самым способствовать образованию аэрозоля. Согласно одному из примеров вариантов, поток воздуха из одного или нескольких входных отверстий для воздуха может быть направлен в канал 190 для потока воздуха, параллельно этому каналу 190 для потока воздуха или в конденсационную камеру 150 под любым нужным углом.
Согласно одному из примеров вариантов, источник 112 питания активизируется при нажатии рукой на срабатывающий при нажатии выключатель и после этого нагревается картомайзер 140 для образования нагретой секции, где происходит испарение жидкого материала 182 в резервуаре для жидкости. После выхода из канала 190 для потока воздуха испаренный материал расширяется, смешивается с воздухом и образует аэрозоль.
В процессе использования резервуар 180 для жидкости нагревается, жидкий материал 182, находящийся в резервуаре 180 для жидкости, испаряется и выбрасывается из выходного или дальнего конца 194 канала для потока воздуха в виде насыщенных паров, затем расширяется и смешивается с воздухом из канала для потока воздуха и образует аэрозоль в конденсационной камере 150. Конденсационная камера 150 предпочтительно имеет конический ближний участок 156, расширяющийся по мере приближения к кольцевому дальнему участку 158.
Предпочтительно, электронное курительное изделие 100 имеет также одно входное отверстие 132 для воздуха (или вентиляционное отверстие), через которое воздух поступает в канал 190 для потока воздуха. Предпочтительно входные отверстия 132 для воздуха расположены перед (по потоку воздуха) картомайзером 140. При использовании испаренный материал расширяется из выходного или дальнего конца 194 канала 190 для потока воздуха в конденсационную камеру 150, где насыщенные пары образуют аэрозоль, всасываемый затем через мундштук 160. Мундштук 160 предпочтительно выполнен так, чтобы его можно было плотно вставить внутрь наружной трубчатой оболочки курительного изделия, так что снаружи открыта только торцевая поверхность мундштука с выполненными в ней расходящимися отверстиями. В предпочтительном варианте по меньшей мере одно входное отверстие 132 для воздуха имеет одно или два таких отверстия для воздуха. В альтернативном варианте могут быть три, четыре, пять или больше входных отверстий. Изменяя размеры и число входных отверстий 132 для воздуха, можно также подобрать сопротивление всасыванию в электронном курительном изделии 100.
В примере одного из вариантов источник 112 питания содержит аккумулятор, расположенный в электронном курительном изделии 100 таким образом, что анод находится сзади (по потоку воздуха) катода. Анодный соединитель аккумулятора контактирует с задним (по потоку воздуха) концом аккумулятора. Нагреватель 170 может быть соединен с аккумулятором посредством двух разделенных промежутком электрических выводов или контактов (не показаны). Источник 112 питания подает напряжение на нагреватель 170, ассоциированный с картомайзером 140 для испарения находящегося в картомайзере материала в соответствии с циклом питания либо в течение заданного промежутка времени, такого как промежуток 5 с, либо пока нажат выключатель, срабатывающий при нажатии.
Предпочтительно, электрические контакты или соединение между нагревателем 170 и электрическими контактами обладает высокой электропроводностью и термостойкостью, так что выделение тепла происходит главным образом в нагревателе 170, а не в контактах.
Источник 112 питания может представлять собой литий-ионную батарейку или один из ее вариантов, например литий-ионную полимерную батарейку. В качестве альтернативы источник 112 питания может представлять собой никель-металлогидридную батарейку, никель-кадмиевую батарейку, литий-марганцевую батарейку, литий-кобальтовую батарейку или топливный элемент. В таком случае, предпочтительно, электронное курительное изделие 100 может использоваться курильщиком, пока не исчерпается запас энергии в источнике питания. В качестве альтернативы, источник 112 питания может быть перезаряжаемым (аккумулятор) и содержать схему, позволяющую заряжать аккумулятор от внешнего зарядного устройства. В таком случае, предпочтительно, схема, будучи заряженной, предоставляет энергию для заданного числа затяжек, после чего схему необходимо снова соединить с внешним зарядным устройством.
Предпочтительно, электронное курительное изделие 100 содержит также схему 115 управления, которая может быть смонтирована на печатной плате (не показана). При нажатии на выключатель, срабатывающий при нажатии, включается источник питания и подает энергию нагревателю 170. Схема 115 управления может также содержать световой индикатор 116 включения нагревателя, светящийся, когда нагреватель 170 активизирован. Предпочтительно этот световой индикатор 116 включения нагревателя содержит светодиод LED и располагается на входном (по потоку воздуха) конце 104 электронного курительного изделия 100, так что этот световой индикатор 116 включения нагревателя выглядит во время затяжки как тлеющий уголек. Более того, световой индикатор 116 включения нагревателя может быть расположен так, чтобы его мог видеть курильщик. Кроме того, индикатор 116 включения нагревателя может быть использован для диагностики системы сигареты. Световой индикатор 116 может быть выполнен так, что курильщик может его по своему желанию включать и/или выключать, чтобы световой индикатор 116 не включался, если нужно, во время курения.
Схема 115 управления электрически соединена с выключателем, срабатывающим при нажатии (не показан), и подает энергию нагревателю 170 в ответ на нажатие на этот выключатель, предпочтительно с использованием ограничителя максимального промежутка времени (например, таймерной схемы). Схема 115 управления может также содержать таймер для ограничения продолжительности промежутка времени, в течение которого энергия поступает к нагревателю 170.
Продолжительность промежутка времени, в течение которого нагреватель 170 получает электрический ток, может быть задана заранее в зависимости от количества жидкости, которое нужно испарить. С этой целью схема управления 115 может быть программируемой. Эта схема управления может представлять собой специализированную интегральную схему (application specific integrated circuit (ASIC)).
В предпочтительном варианте резервуар 180 для жидкости содержит жидкий материал 182 с точкой кипения, подходящей для использования в электронном курительном изделии 100. Если точка кипения слишком высока, нагреватель 170 не сможет испарить жидкий материал в резервуаре 180 для жидкости. Однако, если точка кипения будет слишком низкой, жидкий материал 182 может испаряться и без включения нагревателя 170. Согласно одному из примеров вариантов испарением жидкого материала 182 можно управлять посредством регулирования температуры нагревателя 170. Согласно одному из примеров вариантов температуру нагревателя 170 можно регулировать с использованием источника 112 питания.
Предпочтительно жидкий материал 182 имеет в составе табаксодержащий материал, куда входят летучие соединения, передающие запах табака и выделяющиеся из жидкого материала 182 при нагревании. Жидкий материал 182 может также представлять собой материал, содержащий соединения с запахом табака, и/или никотинсодержащий материал. В качестве альтернативы или в дополнение к этому жидкий материал 182 может быть нетабачным материалом и/или может не содержать никотин. Например, жидкий материал 182 может содержать воду, растворители, этанол, растительные экстракты и натуральные или искусственные ароматизаторы. Предпочтительно также жидкий материал содержит компонент, способствующий образованию аэрозоля. К примерам подходящих компонентов для образования аэрозоля относятся глицерин и пропиленгликоль.
Электронное курительное изделие 100 дополнительно содержит мундштук 160, сообщающийся с конденсационной камерой 150 и имеющий по меньшей мере два расходящихся выходных отверстия (не показаны), например 3, 4, 5 или предпочтительно от 6 до 10 выходных отверстий или более. Предпочтительно четыре выходных отверстия вкладыша расположены на концах внеосевых каналов и отклонены наружу относительно продольного направления электронного курительного изделия 100 (т.е. расходятся). Как используется здесь, термин "внеосевой" обозначает угол относительно продольного направления электронной сигареты. Также предпочтительно мундштук 160 имеет выходные отверстия, равномерно распределенные по окружности этого мундштука 160, чтобы равномерно распределить аэрозоль во рту курильщика во время использования. Таким образом, когда аэрозоль направляется в рот курильщика, он входит в рот и перемещается в различных направлениях, чтобы создать полное ощущение во рту по сравнению с электронными сигаретами, имеющими единственное внеосевое отверстие, направляющее аэрозоль в одно место во рту курильщика.
В одном из примеров вариантов электронное курительное изделие 100 имеет примерно такой же размер, как обычная сигарета. В некоторых вариантах электронная сигарета 100 может иметь длину от примерно 80 мм до примерно 110 мм, предпочтительно от 80 мм до примерно 100 мм длиной и от примерно 7 мм до примерно 8 мм в диаметре. Например, в одном из примеров вариантов электронная сигарета имеет длину примерно 84 мм и диаметр примерно 7.8 мм.
Наружный цилиндрический корпус 102 электронного курительного изделия 100 может быть выполнен из какого-либо подходящего материала или сочетания материалов. К примерам подходящих материалов относятся металлы, сплавы, пластмассы или композиционные материалы, содержащие один или несколько из перечисленных выше материалов, термопластичные материалы, пригодные для использования в области продуктов питания или фармацевтики, например полипропилен, полиэфирэфиркетон (РЕЕК), керамика, полиэтилен (LDPE) или полиэтилен высокой плотности (HDPE). Предпочтительно материал является легким и нехрупким. Таким образом, наружный цилиндрический корпус 102 может быть выполнен из самых разнообразных материалов, включая пластмассы, резину и их сочетания. В предпочтительном варианте наружный цилиндрический корпус 102 изготовлен из силикона. Наружный цилиндрический корпус 102 может иметь какой-либо подходящий цвет и/или может иметь на поверхности напечатанные графические элементы или другие знаки.
Нагреватель 170 предпочтительно содержит электронагревательный элемент. Нагреватель 170 предпочтительно имеет в составе электрорезистивный материал. Совокупность электрорезистивных материалов содержит, не ограничиваясь этим: полупроводники, такие как легированная керамика, «электропроводная» керамика (такая как, например, дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, металлические сплавы и композиционные материалы, изготовленные из керамического материала или металлического материала. Такие композиционные материалы могут содержать легированную или нелегированную керамику.
К примерам подходящей легированной керамики относятся легированные карбиды кремния. К примерам подходящих металлов относятся титан, цирконий, тантал и металлы из группы платины. К примерам подходящих металлических сплавов относятся нержавеющая сталь, константан, сплавы никеля, сплавы кобальта, сплавы хрома, сплавы алюминия, сплавы титана, сплавы циркония, сплавы гафния, сплавы ниобия, сплавы молибдена, сплавы тантала, сплавы вольфрама, сплавы олова, сплавы галлия, сплавы марганца и сплавы железа, и суперсплавы на основе никеля, железа, кобальта нержавеющей стали, сплав Timetal и сплавы на основе железа, марганца и алюминия. Марка Timetal представляет собой зарегистрированную торговую марку корпорации Titanium Metals Corporation, 1999 Broadway Suite 4300, Денвер, Колорадо. В составе композиционных материалов электрорезистивный материал может быть в качестве опции погружен в, инкапсулирован в или покрыт изоляционным материалом, или наоборот, в зависимости от кинетики передачи энергии и требуемых внешних физико-химических свойств.
Согласно одному из примеров вариантов, резервуар 180 для жидкости может быть изготовлен из разнообразных пористых или капиллярных материалов и предпочтительно имеет известную, предварительно заданную капиллярность. В качестве примеров можно назвать материалы на основе керамики или графита в форме волокон или спеченных порошков. Резервуар 180 для жидкости может иметь различную пористость и может быть использован для работы с жидкостями, обладающими различными физическими свойствами, такими как плотность, вязкость, поверхностное натяжение и давление паров.
В примере варианта испаренный жидкий материал 182, полученный, как описано здесь, может по меньшей мере частично конденсироваться с образованием аэрозоля, содержащего частицы. Предпочтительно частицы, присутствующие в парах и/или в аэрозоле, имеет размер от примерно 0.5 мкм до примерно 4 мкм, предпочтительно от примерно 1 мкм до примерно 4 мкм. Также предпочтительно, чтобы такие частицы были по существу одинакового размера по всему объему паров и/или аэрозоля.
Согласно одному из примеров вариантов, при температуре приблизительно 130°С передача в мундштук всего 4.5 мг материала, и в том числе 0.08 мг никотина, может быть реализована при использовании 4% раствора никотина в смеси примерно 60% пропиленгликоля/40% глицерина. Согласно одному из примеров вариантов, более интенсивная передача ароматизатора может быть реализована путем увеличения уровня содержания ароматизирующих компонентов в растворе-носителе. Например, в таблице 1 приведены прогнозируемые количества аэрозоля, генерируемого картомайзером, показанным на фиг.1 и 2, согласно одному из примеров вариантов.
В таблице 1 приведены данные о количестве генерируемого описываемой здесь картомайзерной системой аэрозоля при объеме затяжки 55 мл (причем 45% объема затяжки проходит по каналу 190 для потока воздуха) с использованием раствора ароматизатора, содержащего 4% никотина в смеси 40% глицерина и 60% пропиленгликоля. Отметим, что этот расчет предполагает 100% насыщение паров, что является верхним пределом передачи материала.
Приведенные здесь положения применимы к электронным сигарам, а ссылка на «электронное курительное изделия (я)» должна включать также электронные сигары, электронные сигареты и другие подобные объекты.
Когда слово «примерно» используется в настоящем описании в сочетании с числовой величиной, оно должно означать, что значение ассоциированной числовой величины лежит в пределах поля допуска ±10% от указанного значения. Более того, когда в описании есть ссылка на процентную долю, речь идет о процентах по массе, т.е. массовых процентах.
Кроме того, когда слова «в общем случае» и «по существу» используются в связи с указанием геометрической формы, это означает, что здесь не требуется точного соответствия указанной форме, так что в объем изобретения попадает некий диапазон форм, аппроксимирующих указанную форму. Когда слова «в общем случае» и «по существу» используются с геометрическими терминами, они охватывают не только признаки, отвечающие строгим определениям, но и признаки, в достаточной степени приблизительно соответствующие таким строгим определениям.
Теперь легко видеть, что новая усовершенствованная и неочевидная электронная сигарета охарактеризована в настоящем описании достаточно подробно для понимания даже рядовым специалистом в рассматриваемой области. Кроме того, для специалистов должно быть очевидно, что возможны многочисленные модификации, изменения, замены и эквиваленты для признаков электронной сигареты, не отклоняющиеся значительно от существа и объема изобретения. Таким образом, четко указано, что все такие модификации, изменения, замены и эквиваленты, находящиеся в пределах существа и объема изобретения согласно прилагаемой формуле изобретения, охвачены прилагаемой формулой.