ЭЛЕКТРОННОЕ КУРИТЕЛЬНОЕ ИЗДЕЛИЕ И УЛУЧШЕННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
ELECTRONIC SMOKING PRODUCT AND IMPROVED HEATING ELEMENT

Изобретение относится к электронной сигарете, которая содержит нагреватель в виде ленты из резистивного сетчатого материала, намотанной вокруг фитиля. Фитиль соединен с областью подачи жидкости, содержащем жидкое вещество. Нагреватель обеспечивает испарение жидкого вещества для создания аэрозоля.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показана электронная сигарета согласно первому варианту ее выполнения, согласно которому вкладыш мундштука имеет расходящиеся выходные каналы, вид в разрезе;
на фиг. 2 - вкладыш мундштука электронной сигареты, показанной на фиг. 1, вид в перспективе;
на фиг. 3 - разрез по линии В-В на фиг. 2;
на фиг. 4 - электронная сигарета согласно первому варианту выполнения, дополнительно содержащая гильзу, вид в разрезе;
на фиг. 5 - электронная сигарета с ароматической полоской на наружной поверхности, вид сверху;
на фиг. 6 - второй вариант выполнения вкладыша мундштука электронной сигареты, показанной на фиг. 1 и 4, вид в разрезе;
на фиг. 7 - вкладыш мундштука, показанный на фиг. 6, вид в перспективе с пространственным разделением деталей;
на фиг. 8 - нагреватель электронной сигареты, показанной на фиг. 1 и 4, который выполнен из сетчатого материала, вид в перспективе в увеличенном масштабе;
на фиг. 9 - то же, но нагреватель содержит область паяного соединения;
на фиг. 10 - один из вариантов выполнения узла сетчатого нагревателя и фитиля, расположенного внутри электронной сигареты и содержащего область паяного соединения, вид в увеличенном масштабе;
на фиг. 11 - другой вариант выполнения узла сетчатого нагревателя и фитиля, расположенного внутри электронной сигареты и содержащего область паяного соединения, вид в увеличенном масштабе;
на фиг. 12 - электронная сигарета с продольно расположенным нагревателем, упрощенный вид в продольном разрезе.
Электронная сигарета (курительное изделие) содержит сетчатый нагревательный элемент, предпочтительно изготовленный из ленты резистивного сетчатого материала, обернутой вокруг фитиля, который по текучей среде соединен с областью подачи жидкости. Использование плоской сетчатой металлической ленты в качестве нагревателя обеспечивает множество преимуществ. Навернутая лента обеспечивает увеличенную поверхность контакта между нагревателем и фитилем, что приводит к более эффективной и равномерной теплопередаче между нагревателем и фитилем. При том же количестве потребляемой электроэнергии устройство вырабатывает больший объем аэрозоля по сравнению с проволочным нагревателем (катушкой из одиночного провода). Кроме того, размеры ленточного нагревателя могут регулироваться для обеспечения большего или меньшего электрического сопротивления для удовлетворения конструктивных требований конкретной электронной сигареты. Сопротивление ленточного нагревателя может контролироваться более строго от одного нагревателя к другому. Аналогично, благодаря размерам ленточного нагревателя его наматывание вокруг фитиля может контролироваться более строго.
Предпочтительно, ленточный нагреватель равномерно намотан вокруг фитиля, так что между витками ленточного нагревателя поддерживается одинаковое расстояние. Размеры ленточного нагревателя и поверхность его контакта с фитилем обеспечивают сохранение одинакового расстояния между витками, что, в свою очередь, обеспечивает равномерность нагрева фитиля.
Как показано на фиг. 1 и 4, электронная сигарета 60 содержит сменный картридж (или первую секцию) 70 и устройство 72 многократного использования (или вторую секцию), которые соединены между собой посредством резьбового соединения 205 или другим способом, например, посредством скользящей посадки, с помощью фиксатора, зажима и/или застежки. Первая секция 70 содержит наружную трубку (или корпус) 6, проходящую в продольном направлении, и внутреннюю трубку 62, коаксиально расположенную внутри внешней трубки 6. Электронная сигарета 60 также содержит входную прокладку 15, через которую проходит центральный воздушный канал 20. Центральный воздушный канал 20 открыт во внутреннюю трубку 62. Кроме того, электронная сигарета 60 содержит область 22 подачи жидкости. Область 22 подачи жидкости содержит жидкое вещество и, как вариант, материал 210 для хранения жидкости (показано на фиг. 1). Предпочтительно, область 22 подачи жидкости расположена в кольцевом пространстве между наружной и внутренней трубками 6 и 62. Кольцевое пространство герметизируется на входном конце прокладкой 15, а на выходном - пробкой 10, предотвращая утечку жидкого вещества из области 22 подачи жидкости. Таким образом, область 22 подачи жидкости, по меньшей мере частично, окружает центральный воздушный канал 20. В других вариантах выполнения область 22 подачи жидкости может представлять собой отдельный резервуар или другой сосуд, содержащий жидкость. Нагреватель 14 проходит поперек центрального канала 21.
Предпочтительно нагреватель 14 также находится во внутренней трубке 62 на ее выходе и пространственно отделен от центрального воздушного канала 20. Фитиль 28 соединен с нагревателем 14 и с жидким веществом в области 22 подачи жидкости, так что фитиль 28 переносит жидкое вещество в область нагревателя 14. Фитиль 28 предпочтительно содержит волокна, способные втягивать жидкость, более предпочтительно - пучок стекловолокна (или керамических волокон), а наиболее предпочтительно - пучок, содержащий группу из нескольких свитых стекловолокон, предпочтительно из трех. Фитили согласно всем перечисленным вариантам их выполнения способны всасывать жидкость в промежутки между волокнами за счет капиллярного эффекта. Предпочтительно фитиль 28 является гибким и содержит три пряди, каждая из которых имеет несколько волокон. Кроме того, следует отметить, что концы 29 и 31 фитиля 28 тоже являются гибкими и могут складываться внутри области 22 для подачи жидкости. Фитиль 28 может быть выполнен из волокон, имеющих в поперечном сечении в основном крестообразную форму, форму листа клевера, Y-образную форму или какую-либо другую подходящую форму.
Предпочтительно, фитиль 28 содержит любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примерами соответствующих материалов являются материалы на основе керамики или графита. Кроме того, фитиль 28 может обладать любой подходящей капиллярностью или пористостью для взаимодействия с образующими аэрозоль жидкостями, имеющими различные физические свойства, такие как плотность, вязкость, поверхностное натяжение и давление паров. Капиллярные свойства фитиля 28 в сочетании со свойствами жидкости обеспечивают влажное состояние фитиля 28, находящегося в области нагревателя, чтобы избежать перегрева нагревателя 14.
Внутри секции 72 расположен источник 1 электропитания, выполненный с возможностью подачи напряжения на нагреватель 14. В электронной сигарете 60 также выполнено по меньшей мере одно входное отверстие 44 для впуска воздуха, обеспечивающее возможность подачи воздуха в центральный воздушный канал 20 и/или на другие участки внутренней трубки 62.
Электронная сигарета 60 также содержит вкладыш 8 мундштука, имеющий по меньшей мере два расходящихся выходных канала 24 (например, 3, 4, 5 или более, предпочтительно от 2 до 10 выходных каналов или более, более предпочтительно от 6 до 8 выходных каналов, и даже более предпочтительно от 2 до 6 выходных каналов 24 или 4 выходных канала). Вкладыш 8 мундштука по текучей среде соединен с центральным воздушным каналом 20 через внутреннюю трубку 62 и центральный канал, проходящий через пробку 10.
Кроме того, как показано на фиг. 1, 4, 10 и 11, нагреватель 14 проходит в направлении, перпендикулярном продольному направлению, и нагревает жидкое вещество до температуры, достаточной для ее испарения и образования аэрозоля. В других вариантах возможны другие ориентации нагревателя, такие, как показано на фиг. 12, где нагреватель расположен продольно внутри внутренней трубки 62. Поверхность продольно расположенного нагревателя 14 находится внутри внутренней трубки и обеспечивает образование большего объема аэрозоля по сравнению с тем, когда нагреватель расположен в поперечным направлении и входит во внешнее кольцевое пространство. Также предпочтительно расположение нагревателя 14 по центру внутри внутренней трубки 62. Однако в других вариантах нагреватель 14 может располагаться и рядом с внутренней поверхностью внутренней трубки 62.
Как показано на фиг. 1, фитиль 28, область 22 подачи жидкости и вкладыш 8 мундштука расположены в первой секции 70, а источник 1 электропитания - во второй секции 72. Первая секция (картридж) 70 может являться одноразовой, а вторая секция (устройство) 72 может использоваться многократно. Секции 70, 72 могут скрепляться посредством резьбового соединения 205, за счет чего при израсходовании жидкости, находящейся в области 22, выходная секция 70 может заменяться. Наличие отдельных секций 70 и 72 обеспечивает множество преимуществ. Во-первых, если первая секция содержит по меньшей мере один нагреватель 14, область 22 подачи жидкости и фитиль 28, все элементы, которые потенциально находятся в контакте с жидкостью, удаляются при замене этой первой секции 70. Таким образом, например, при использовании различных жидких веществ устраняется перекрестное загрязнение, возникающее из-за разных первых секций 70. Также, если первая секция 70 заменяется с должными интервалами, существует небольшая вероятность, что нагреватель может быть закупорен жидкостью. Кроме того, количество жидкости в области 22 может выбираться так, что когда жидкость в этой области 22 будет исчерпана, также будет исчерпан полный заряд батареи. Таким образом, первая секция 70 может заменяться при каждом заряде батареи. Как вариант, первая и вторая секции 70 и 72 располагаются так, чтобы присоединятся с возможностью последующего разъединения.
Предпочтительно, по меньшей мере, одно входное отверстие 44 для воздуха состоит из одного или двух отверстий. Альтернативно, могут иметься три, четыре, пять или более входных отверстий для воздуха. Предпочтительно, при наличии нескольких входных отверстий для воздуха они располагаются в различных местах вдоль электронной сигареты 60. Например, как показано на фиг. 4 и 5, входное отверстие 44а может располагаться на входном конце сигареты рядом с датчиком 16 затяжки, так что датчик затяжки при определении затяжки курильщиком обеспечивает подачу электропитания на нагреватель. Входное отверстие 44а может соединяться с вкладышем 8 мундштука, так чтобы тяга через электронную сигарету активировала датчик затяжки. Воздух от входного отверстия 44а может затем проходить вдоль батареи и в центральный воздушный канал 20 в прокладке 15 и/или к другим участкам внутренней трубки 62 и/или внешней трубки 6. По меньшей мере одно дополнительное входное отверстие 44 для воздуха может располагаться рядом с прокладкой 15 или в любом другом желательном месте. Изменение размера и количества отверстий 44 может также помочь при установлении сопротивления при затяжке для электронной сигареты 60.
Предпочтительно нагреватель 14 расположен так, чтобы соединяться с фитилем 28 и нагревать жидкое вещество, содержащееся в фитиле 28, до температуры, достаточной для испарения жидкого вещества и образования аэрозоля.
Предпочтительно, нагреватель 14 выполнен в виде намотанной вокруг фитиля 28 ленты из проволочной сетки. Примерами подходящих электрорезистивных материалов являются титан, цирконий, тантал и металлы платиновой группы. Примерами пригодных металлических сплавов являются нержавеющая сталь, сплавы, содержащие никель, кобальт, хром, алюминий, титан, цирконий, гафний, ниобий, молибден, тантал, вольфрам, олово, галлий, марганец и железо, и суперсплавы на основе никеля, железа, кобальта, нержавеющей стали. Например, нагреватель может быть изготовлен из алюминида никеля, из материала со слоем оксида алюминия на поверхности, из алюминида железа или других композиционных материалов, электрорезистивный материал может быть погружен в изоляционный материал, залит или иметь покрытие из изоляционного материала и наоборот, в зависимости от кинетики процесса передачи энергии и необходимых внешних физико-химических свойств. Предпочтительно, нагреватель 14 содержит по меньшей мере один из материалов, выбранный из группы, куда входят нержавеющая сталь, медь, медные сплавы, хромоникелевые сплавы, суперсплавы и их сочетания. В предпочтительном варианте нагреватель 14 изготавливают из хромоникелевых сплавов или сплавов железа с хромом.
3
3
В другом варианте нагреватель 14 может быть изготовлен из алюминида железа (например, FeAl или FеАl), как это описано в патентном документе US 5595706, или алюминида никеля (например, NiAl). Использование алюминида железа предпочтительно в том смысле, что алюминид железа имеет высокое сопротивление. Материал FeAl имеет электрическое сопротивление приблизительно 180 мкОм, тогда как нержавеющая сталь - приблизительно от 50 до 91 мкОм. Более высокое электрическое сопротивление снижает потребляемый ток или нагрузку на источник питания 1 (батарейку).
Предпочтительно сетчатый нагреватель 14 изготавливается из тепло- и/или электропроводящего материала. Подходящими для изготовления сетчатого материала являются: нержавеющая сталь, медь, медные сплавы, никель-хромовые сплавы Inconel компании Special Metals Corporation и Nichrome, а также их комбинации. Кроме того, в предпочтительном варианте нагреватель 14 из сетчатого материала изготавливается из не содержащего железа никель-хромового сплава.
В предпочтительном варианте нагреватель 14 содержит ленту из проволочной сетки, которая, по меньшей мере частично, окружает фитиль 28. В этом варианте нагреватель может проходить вдоль всей длины фитиля 28 или вдоль части его длины.
В другом варианте осуществления изобретения, как показано на фиг. 8-11, нагреватель образован плоской металлической лентой, такой как проводящий сетчатый материал, намотанный вокруг фитиля 28. Предпочтительно, сетчатый материал намотан вокруг участка фитиля 28 на по меньшей мере один виток, но предпочтительно примерно на заданное количество витков (например от двух до десяти витков или от двух до шести витков). Предпочтительно сетчатый нагреватель 14 намотан вокруг фитиля 28, образуя примерно четыре витка. Предпочтительно, сетчатый материал первоначально является вытянутой плоской лентой, которая наматывается вокруг фитиля 28 для увеличения площади контакта между нагревателем 14 и фитилем 28.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 8, 9, 10 и 11, область 99 проводящего соединения, припаянного на каждом концевом участке нагревателя 14 в виде штырьков или припоя формируется из материала с низким сопротивлением. Посредством пайки штырька 99 или образования области 99 паяного соединения на каждом конце сетчатого нагревателя 14 электрический ток проходит равномерно по всей длине и ширине сетчатого нагревателя 14, чтобы избежать локальных точек перегрева. Например, штырьки или области 99 паяного соединения могут формироваться из покрытой золотом проволоки. Штырьки или области 99 паяного соединения могут полностью находиться во внешнем кольцевом пространстве, как показано на фиг. 10, так что сетчатый нагреватель 14 заходит во внешнее кольцевое пространство. Альтернативно, как показано на фиг. 11, сетчатый нагреватель 14 может полностью располагаться внутри внутренней трубки 62, а штырьки или области 99 паяного соединения могут находиться внутри внутренней трубки, так что электрическое соединение образуется внутри внутренней трубки 62. Электрические выводы 26 прикрепляются к каждому штырьку или областям 99 паяного соединения, так что когда от источника электропитания подается напряжение, нагретая зона образуется между электрическими выводами 26. При этом нагревается жидкое вещество, находящееся в контакте с сетчатый материалом, до температуры, достаточной для по меньшей мере частичного испарения жидкости. Альтернативно, электрические выводы 26 могут прикрепляться непосредственно к сетчатому нагревателю 14.
По внешней поверхности внутренней трубки может скользить запорное кольцо, чтобы по существу перекрыть открытое пространство, остающееся между совмещенными нагревателем и фитилем и щелью, как описано в заявке на патент США №13/741,254, поданной 14 января 2013 г., содержание которой приведено посредством ссылки. Кроме того, для исключения локальных точек перегрева, сетчатый нагреватель 14 предпочтительно симметрично и равномерно обмотан вокруг фитиля 28.
Предпочтительно ленточный нагреватель 14 выполнен из проволочной сетки, имеющей ширину приблизительно от 0,5 до 2 мм, предпочтительно - приблизительно 1 мм, и длину приблизительно от 20 до 40 мм. При намотке вокруг фитиля 28 ленточный нагреватель 14 образует узел фитиля с нагревателем длиной приблизительно от 10 до 15 мм, предпочтительно - приблизительно 12 мм или меньше, и шириной приблизительно от 0,5 до 2,0 мм, предпочтительно - приблизительно 1,5 мм или меньше. При ширине около 1,5 мм, узел фитиля с нагревателем предпочтительно ориентируется продольно внутри электронной сигареты, а узлы фитиля с нагревателем меньшей ширины могут располагаться в поперечном направлении внутри электронной сигареты.
В предпочтительном варианте лента из сетчатого материала может характеризоваться величиной приблизительно от 200 до 600 меш. Предпочтительно сетчатый материал имеет приблизительно 400 меш с мелкие пустотами/промежутками 13 между проволоками, которые образуют сетчатый материал. Предпочтительно, сетчатый материал формируется из проволоки диаметром 0,001 дюйма или больше, такой, которая доступна от компании Smallparts, Inc., Логанспорт, штат Индиана. Также предпочтительно, образующая сетку проволока является одножильной с диаметром приблизительно от 0,0014 до 0,0016 дюйма.
Предпочтительно сетчатый материал ленточного нагревателя 14 имеет перекрестный рисунок типа шахматной доски с промежутками 13 внутри. Предпочтительно, ленточный сетчатый материал является единым, вытянутым в длину, плоским слоем сетчатого материала. Также предпочтительно, сетчатый материал обеспечивает электрическое сопротивление в диапазоне приблизительно от 0,3 до 10 Ом, более предпочтительно - приблизительно от 0,8 до 5,0 Ом, а наиболее предпочтительно - приблизительно 4,0 Ом или меньше.
Как отмечено выше, поскольку нагреватель 14 из сетчатого материала имеет большую площадь поверхности, он контактирует с большим участком фитиля и поэтому обладает способностью выработки большего количества аэрозоля. Кроме того, во время цикла электропитания электронной сигареты жидкость может вытягиваться из фитиля 28 в промежутки 13 сетчатого материала.
Предпочтительно, сетчатый материал обеспечивает пригодный для работы диапазон удельного сопротивления для применения в электронных сигаретах. Кроме того, использование нагревателя 14 из сетчатого материала позволяет высвобождать аэрозоль через сам нагреватель. Таким образом, нагреватель 14 из сетчатого материала может усиливать образование аэрозоля из жидкости, поступающей из фитиля 28.
В предпочтительном варианте фитиль 28 содержит одну или более нитей. Как отмечено выше, фитиль 28, по меньшей мере частично, окружен нагревателем 14. Кроме того, в предпочтительном варианте фитиль 28 проходит через противоположные отверстия во внутренней трубке, так что каждый конечный участок 29, 31 фитиля 28 находится в контакте с областью 22 подачи жидкости.
Наблюдалось, что во время цикла электропитания аэрозоль высвобождался с участков фитиля 28, расположенных между обмотками ленточного нагревателя 14, и через сам ленточный нагреватель 14.
Предпочтительно фитиль 28 является волокнистым. Например, фитиль 28 может содержать множество волокон или нитей. Волокна или нити могут быть по существу выровнены в направлении, перпендикулярном продольному направлению электронной сигареты. В предпочтительном варианте фитиль 28 содержит нити, обладающие способностью втягивания жидкости, более предпочтительно - связку стеклянных (или керамических) нитей, а наиболее предпочтительно - связку, содержащую группу обмоток из стеклянных нитей, предпочтительно, трех таких обмоток, которые способны совместно втягивать жидкость посредством действия капиллярного эффекта через промежуточные пространства между нитями. Предпочтительно, фитиль 28 является гибким и содержит три пряди, причем каждая прядь содержит множество нитей.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения источник 1 электропитания содержит батарею, расположенную в электронной сигарете 60 таким образом, что анод 47а располагается по ходу потока дальше катода. Соединитель 4 анода батареи контактирует с выходным концом батареи. Нагреватель 14 соединяется с батареей двумя пространственно разнесенными электрическими выводами 26 (показаны на фиг. 1, 4, 8, 9, 10, 11 и 12).
Предпочтительно, электрические контакты или соединения между нагревателем 14 и электрическими выводами 26 являются высокопроводящими и стойкими к температуре, тогда как нагреватель 14 имеет высокое сопротивление, так что образование теплоты происходит прежде всего вдоль нагревателя 14, а не на контактах.
Батарея может представлять собой ионно-литиевую батарейку или один из ее вариантов, например ионно-литиевую полимерную батарейку. В альтернативном варианте можно применить никель-металлогидридную батарейку, никель-кадмиевую батарейку, литий-марганцевую батарейку, литий-кобальтовую батарейку или топливный элемент. В этом случае, предпочтительно, электронная сигарета 60 может использоваться курильщиком до тех пор, пока не будет исчерпан запас энергии в источнике электропитания. Альтернативно, источник 1 электропитания может быть перезаряжаемым и содержать блок, позволяющий заряжать батарею внешним зарядным устройством. В этом случае, предпочтительно, блок в процессе зарядки обеспечивает подачу энергии для заданного числа затяжек, после чего этот блок должен снова соединиться с зарядным устройством.
Предпочтительно, электронная сигарета 60 также содержит схему управления, содержащую датчик 16 затяжки. Схема управления может содержать специализированную интегральную схему (ASIC). Датчик 16 затяжки выполнен с возможностью восприятия перепада давления воздуха и инициирования подачи напряжения от источника 1 электропитания на нагреватель 14. Схема управления может также содержать лампочку 48 активации нагревателя, выполненную с возможностью свечения, когда нагреватель 14 включен. Предпочтительно, лампочка 48 активации нагревателя, содержит светодиод и находится на входном конце электронной сигареты 60, так что эта лампочка 48 во время затяжки принимает внешний вид тлеющего уголька. Кроме того, лампочка 48 активация нагревателя может быть установлена так, чтобы быть видимой курильщику. Лампочка 48 активации нагревателя может использоваться для системной диагностики сигареты. Лампочка 48 может также быть выполнена так, чтобы курильщик мог включать и/или выключать ее для скрытности, так что при необходимости лампочка 48 не будет светиться во время курения.
Предпочтительно, рядом с датчиком 16 затяжки расположено по меньшей мере одно входное отверстие 45 (фиг. 1) для воздуха, так что датчик 16 затяжки воспринимает поток воздуха, указывающий, что курильщик делает затяжку, и включает источник 1 электропитания, чтобы указать, что нагреватель 14 работает.
Схема управления объединена с датчиком 16 затяжки и подает электропитание на нагреватель 14, реагирующий на датчик 16 затяжки, предпочтительно с ограничением максимального периода времени.
В альтернативном варианте схема управления может иметь управляемый вручную выключатель, чтобы курильщик мог инициировать затяжку. Промежуток времени, в течение которого электрический ток поступает к нагревателю, может быть задан заранее в зависимости от количества жидкости, которое нужно испарить. Для этой цели схема управления предпочтительно программируется. Альтернативно, схема может подавать электропитание на нагреватель все время, пока датчик 16 затяжек «чувствует» перепад давлений.
Предпочтительно, нагреватель 14 во включенном состоянии подогревает окруженную им часть фитиля 28 не более примерно 10 с, а более предпочтительно - не более примерно 7 с. Таким образом, протяженность цикла питания (или продолжительность затяжки) может быть в пределах от примерно 2 с до примерно 10 с (например, от примерно 3 с до примерно 9 с, от примерно 4 с до примерно 8 с или от примерно 5 с до примерно 7 с).
В предпочтительном варианте область 22 подачи жидкости содержит материал 210 для хранения жидкости. Альтернативно, область 22 подачи жидкости содержит только жидкое вещество. Область 22 подачи жидкости расположена во внешнем кольцеобразном пространстве между внутренней и внешней трубками 62 и 6 и между пробкой 10 и прокладкой 15. Таким образом, область 22 подачи жидкости, по меньшей мере частично, окружает центральный воздушный канал 20 и нагреватель 14, который проходит между участками области 22 подачи жидкости.
Предпочтительно, материал 210 для хранения жидкости в области 22 подачи жидкости, если он имеется, представляет собой волокнистый материал, содержащий хлопок, полиэтилен, полиэстер, вискозу или их сочетание. Материал 210 для хранения жидкости может содержать обмотку из хлопковой марли или другого волокнистого материала, навернутую вокруг внутренней трубки 62. Предпочтительно диаметр волокон в материале 210 для хранения жидкости лежит в пределах примерно от 6 до 15 мкм (например, примерно от 8 до 12 мкм или примерно от 9 до 11 мкм). Материал 210 для хранения жидкости может представлять собой спеченный, пористый или вспененный материал. Также предпочтительно размер волокон должен быть таким, чтобы исключить возможность вдыхания этих волокон, а в поперечном сечении эти волокна могут иметь у-образную форму, крестообразную форму, форму клеверного листа или какую-либо другую подходящую форму. В альтернативном варианте область 22 для подачи жидкости может содержать резервуар, заполненный только жидкостью и совсем не имеющий волокнистого материала 210 для хранения жидкости. Материал 210 для хранения жидкости может быть выполнен из алюмооксидной керамики.
Также предпочтительно, чтобы точка кипения жидкого вещества была подходящей для использования в электронной сигарете 60. Если точка кипения будет слишком высока, нагреватель 14 не сможет испарить жидкость в фитиле 28. Однако если точка кипения окажется слишком низкой, жидкость может испаряться, даже когда нагреватель 14 не включен.
Предпочтительно указанное жидкое вещество представляет собой табакосодержащий материал, в состав которого входят летучие соединения с ароматом табака, выделяющиеся из жидкости при нагревании. Эта жидкость может также представлять собой материал, содержащий табачные ароматизаторы, или никотиносодержащий материал. В качестве альтернативы или в дополнение к этому жидкость может содержать нетабачный материал. Например, жидкость может содержать воду, растворители, этанол, растительные экстракты, либо природные или искусственные ароматизаторы. Предпочтительно жидкость содержит также компонент для образования аэрозоля. Примерами таких подходящих компонентов для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль.
Во время «курения» сигареты жидкое вещество поступает из области 22 и/или из материала 210 для хранения жидкости к нагревателю 14 за счет капиллярного действия фитиля 28. В одном из вариантов фитиль 28, как показано на фиг. 1, имеет первый конец 29 и второй конец 31. Эти концы 29 и 31 входят в противоположные стороны материала 210 для хранения жидкости для контактирования с жидким веществом, находящимся в этом материале. Также предпочтительно нагреватель 14, по меньшей мере частично, окружает центральную часть фитиля 28, так что при включении нагревателя 14 жидкость в центральной части фитиля 28 испаряется теплом от нагревателя 14, образуя аэрозоль.
Предпочтительно жидкое вещество в области 22 защищено от контакта с кислородом (поскольку кислород по существу не может проникнуть в область 22 по фитилю 28). В некоторых вариантах жидкое вещество защищено также от света, что значительно уменьшает риск ухудшения свойств этого жидкого вещества. Таким образом, можно обеспечить большую продолжительность хранения жидкого вещества и высокую степень его чистоты.
Как показано на фиг. 1-3, вкладыш 8 мундштука имеет по меньшей мере два расходящихся выходных канала 24 (например, 3, 4, 5 или, предпочтительно, 6-8 каналов и более). Предпочтительно эти выходные каналы 24 расположены не на оси сигареты и наклонены наружу относительно центрального канала 21 внутренней трубки 62 (т.е. расходятся). Также предпочтительно, вкладыш 8 мундштука (или направляющая для потока) содержит выходные каналы, равномерно распределенные по периметру этого вкладыша 8 мундштука, чтобы равномерно распределять аэрозоль во рту курильщика во время использования. Таким образом, по мере того, как аэрозоль попадает в рот курильщика, этот аэрозоль распространяется во всех направлениях для создания ощущения по всему объему полости рта в отличие от электронных сигарет с одним выходным отверстием, расположенным по оси и направляющим аэрозоль в более ограниченную область полости рта курильщика.
Кроме того, расходящиеся выходные каналы 24 с их внутренними поверхностями 80 расположены так, что капли не превращенного в аэрозоль жидкого вещества, переносимые в аэрозоле, ударяются по внутренним поверхностям 81 вставки 8 мундштука и/или по внутренним поверхностям расходящихся каналов, и удаляются или разбиваются на части. Предпочтительно расходящиеся выходные каналы наклонены под углом примерно от 5° до 60° относительно продольной оси наружной трубки 6, чтобы более полно распределять аэрозоль по всему объему полости рта курильщика во время использования сигареты и чтобы удалять капли.
Предпочтительно диаметр каждого из расходящихся выходных каналов 24 составляет от примерно 0,38 мм (0.015 дюйм) до примерно 2,29 мм (0.090 дюйм), например, от примерно 0,51 мм (0.020 дюйм) до примерно 1,02 мм (0.040 дюйм) или от примерно 0,71 мм (0.028 дюйма) до примерно 0,97 мм (0.038 дюйма). Размеры расходящихся выходных каналов 24 и число этих каналов 24 можно выбрать таким образом, чтобы при необходимости подстроить величину сопротивления при затяжке электронной сигареты 60.
Как показано на фиг. 1, внутренняя поверхность 81 вкладыша 8 мундштука может иметь в основном куполообразную форму. В альтернативном варианте, как показано на фиг. 3, внутренняя поверхность 81ʹ вкладыша 8 мундштука может быть, в целом, цилиндрической или в форме усеченного конуса с плоской торцевой поверхностью. Предпочтительно, внутренняя поверхность является, по существу, однородной по всей площади или симметричной относительно продольной оси вкладыша 8 мундштука. Однако в других вариантах эта внутренняя поверхность может быть нерегулярной и/или иметь другую форму.
Предпочтительно, вкладыш 8 мундштука может целиком крепиться внутри наружной трубки 6 первой секции 70. Вкладыш 8 мундштука может быть выполнен из полимерного материала, выбранного из группы, содержащей полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности, полипропилен, поливинилхлорид, полиэфирэфиркетон (РЕЕК) и сочетания этих материалов. Вкладыш 8 мундштука может быть также при необходимости окрашен.
Предпочтительно электронная сигарета 60 имеет примерно такой же размер, как обычная сигарета. Длина электронной сигареты 60 может составлять примерно от 80 до 110 мм, предпочтительнее - от 80 до 100 мм, а ее диаметр - примерно от 7 до 8 мм. Например, в предпочтительном варианте длина электронной сигареты составляет около 84 мм, а диаметр - около 7,8 мм.
В одном из вариантов выполнения электронная сигарета может также содержать на входе нагревателя 14 фильтрующую секцию (не показано), выполненную с возможностью ограничения потока воздуха через электронную сигарету 60. Добавление фильтрующей секции может также помогать при регулировке сопротивления затяжке.
Наружная трубка 6 и/или внутренняя трубка 62 могут быть выполнены из любого подходящего материала или сочетания таких материалов. Примерами таких материалов являются металлы, сплавы, пластмассы или композиционные материалы, содержащие один или несколько таких материалов, или термопластичные материалы, пригодные для пищевых или фармацевтических приложений, например, полипропилен, полиэфирэфиркетон (РЕЕК), керамика или полиэтилен. Предпочтительно, материал должен быть легким и нехрупким.
Как показано на фиг. 4, электронная сигарета 60 может также содержать гильзу 87, установленную снаружи на первую секцию 70, так что эту гильзу можно снимать и/или поворачивать. Гильза 87 изолирует по меньшей мере часть первой секции 70, чтобы поддерживать температуру аэрозоля перед его поступлением к курильщику. В предпочтительном варианте гильза 87 может поворачиваться вокруг электронной сигареты 60 и имеет разделенные промежутками прорези 88, ориентированные поперечно, так что эти прорези 88 совмещаются с входными отверстиями 44 для воздуха в первой секции 70, позволяя воздуху войти внутрь электронной сигареты 60, когда курильщик делает затяжку. Перед или во время курения курильщик может повернуть гильзу 87 так, чтобы входные отверстия 44 для воздуха были, по меньшей мере частично, заблокированы гильзой 87 с целью регулирования сопротивления при затяжке и/или вентиляции электронной сигареты 60.
Предпочтительно гильза 87 выполнена из силикона или другого податливого материала, чтобы создать ощущение мягкости во рту пользователя. Кроме того, гильза 81 может предотвращать нагревание рта курильщика через наружную трубку 6, когда создается слишком много тепла. Гильза 87 может изготавливаться из одной или более частей и может изготавливаться из множества материалов, в том числе, из пластмассы, металла и их комбинаций. В предпочтительном варианте гильза 87 представляет собой единую деталь из силикона. Гильзу 87 можно снимать и повторно использовать с другими электронными сигаретами или же ее можно выбрасывать вместе с первой секцией 70. Гильза 87 может быть любого подходящего цвета и/или может иметь на поверхности графические изображения или другую маркировку.
Как показано на фиг. 5, электронная сигарета может также иметь ароматическую полоску 89, расположенную на наружной поверхности 91 по меньшей мере одной из секций - первой секции 70 и/или второй секции 72. В качестве альтернативы такая ароматизирующая полоска 89 может располагаться на участке гильзы 87. Предпочтительно ароматическая полоска 89 может находиться между батареей устройства и нагревателем таким образом, что во время курения ароматическая полоска 89 находится вблизи носа курильщика. Ароматическая полоска 89 может содержать гель, пленку или раствор, содержащие ароматический материал, который высвобождается перед и/или во время курения. В одном из вариантов ароматизатор из состава геля, жидкости или раствора может выделяться под воздействием затяжки, которая может открывать отверстие над ароматической полоской, когда она находится внутри первой секции 70 (не показана). Альтернативно, тепло, создаваемое нагревателем 14, может вызывать высвобождение аромата.
В одном из вариантов ароматическая полоска может содержать экстракт ароматов табака. Такой экстракт может быть получен путем размалывания табачного материала до мелких частичек и затем экстракции ароматических веществ в органическом растворителе в течение нескольких часов, встряхивая смесь. Экстракт затем можно профильтровать, высушить (например, с использованием сульфата натрия) и сконцентрировать при регулируемых температуре и давлении. В альтернативном варианте экстракт можно получить с применением способов, известных в области химии ароматов, таких как способ дистилляции с применением экстракции ароматизаторов в растворителе (Solvent Assisted Flavor Extraction (SAFE)), предложенный группой Энгель и др. (Engel et al. 1999) и позволяющий отделить летучую фракцию от нелетучей. Кроме того, можно использовать способы фракционирования согласно величине pH и хроматографические способы для дальнейшего разделения и/или изоляции конкретных соединений. Интенсивность действия экстракта можно регулировать, разбавляя его органическим растворителем или водой.
Ароматическая полоска 89 может быть выполнена из полимерного материала или бумаги, на которую может быть нанесен экстракт, например, с использованием кисточки или посредством пропитки. В качестве альтернативы экстракт может быть заключен в бумажное кольцо и/или полоску, так что курильщик может извлекать его рукой, например, сжимая полоску 89 во время курения.
Как показано на фиг. 6 и 7, в альтернативном варианте выполнения электронная сигарета 60, изображенная на фиг. 1, 4, 9 и 12, может иметь вкладыш 8 мундштука, собранный из неподвижной детали 27 и поворотной детали 25. В каждой из этих деталей: и в неподвижной детали 27, и в поворотной детали 25, проходят выходные каналы 24, 24ʹ. Эти выходные каналы 24, 24ʹ совмещены, как показано на чертеже, чтобы аэрозоль мог пройти в полость рта курильщика. Однако поворотную деталь 25 можно повернуть во вкладыше 8 мундштука, чтобы, по меньшей мере частично, блокировать один или несколько выходных каналов 24 в неподвижной детали 27 вкладыша 8 мундштука. Таким образом, потребитель может регулировать количество аэрозоля, всасываемого при каждой затяжке. Выходные каналы 24, 24ʹ могут быть выполнены во вкладыше 8 мундштука таким образом, чтобы они расходились с целью создания более полного ощущения в ротовой полости во время вдыхания аэрозоля.
Выше описаны примеры выполнения электронной сигареты 60. Дополнительные подробности относительно электронной сигареты можно найти в заявке на патент США №13/756,127, поданной 31 января 2013 г., содержание которой приводится посредством ссылки.
Не вдаваясь в теорию, предполагается, что величина подаваемого на сетчатый нагреватель напряжения может влиять на распределение размеров частиц в аэрозоле.
Изложенные выше принципы применимы к электронным сигарам и другим курительным изделиям. Понятие «электронные и курительным курения» включают в себя электронные сигары, электронные сигареты и т.п.
Использование слова «приблизительно» в настоящем описании в сочетании с численным значением подразумевает, что соответствующее численное значение содержит допуск ±10% относительно указанного численного значения. Кроме того, когда в этом описании делается ссылка на проценты, имеется в виду, что проценты относятся к весу, то есть, используются весовые проценты.
Кроме того, когда слова «в целом» и «по существу» используются в сочетании с геометрическими формами, имеется в виду, что точность геометрической формы не требуется, но что широта для формы находится в пределах объема раскрытия. При использовании с геометрическими терминами слов «в целом» и «по существу» предполагается, что используются не только формы, удовлетворяющие строгим определениям, но также и формы, приближенные к ним.
Специалисту в данной области техники должно быть ясно, что описанная с достаточными подробностями новая электронная сигарета является улучшенной. Кроме того, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что описанные выше особенности электронной сигареты могут быть модифицированы и заменены эквивалентами, по существу не отступающими от сущности и не выходящими за объем изобретения. Соответственно, явно подразумевается, что все такие модификации, вариации, замены и эквиваленты, которые попадают в рамки сущности и объема изобретения, определенного формулой изобретения, охватываются этой формулой изобретения.