ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ ПАРА С УСТРОЙСТВОМ ДОЗИРОВАНИЯ АЭРОЗОЛЬОБРАЗУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА ОСНОВЫ
ELECTRONIC STEAM SUPPLY SYSTEM WITH DEVICE FOR DOSING AEROSOL-FORMING BASE MATERIAL

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электронной системе предоставления пара и ее компонентам, содержащим конструкции для дозирования аэрозольобразующего материала основы.
Уровень техники
Многие электронные системы предоставления пара, такие как электронные сигареты и другие электронные системы подачи никотина, которые подают никотин с помощью испаренных жидкостей, и гибридные устройства, которые дополнительно содержат порцию табака или другого элемента придания аромата, через который проходит выработанный из жидкости пар, содержат резервуар, в котором расположен аэрозольобразующий материал основы в жидком или гелеобразном виде. Материал основы подается из резервуара до элемента выработки пара, такого как электрический нагреватель, который выполнен с возможностью испарения аэрозольобразующего материала основы и его предоставления в виде аэрозоля для вдыхания пользователем.
По мере потребления материала основы, он занимает все меньшую долю общего объема хранения, доступного в резервуаре, так что образуется объем воздуха (называемый «воздушной прослойкой»), который занимает пустую часть резервуара и поддерживает постоянное давление в резервуаре, что важно для продолжения выпуска материала основы из резервуара. Тем не менее, считается, что наличие воздушной прослойки может вносить вклад в утечки из резервуара, в виде выпуска материала основы со скоростью, превышающей скорость, с которой может испарять материал элемент выработки пара, и/или тогда, когда элемент выработки пара не работает. Такие утечки нежелательны, так как они впустую тратят материал основы и могут приводить к нежелательным каплям жидкости в выработанном аэрозоле и к утечке жидкости как наружу системы, что может пачкать пользователя, так и внутрь системы, где они могут повредить электрические части.
Изобретение направлено на уменьшение таких утечек.
Раскрытие изобретения
Первым объектом изобретения является компонент системы предоставления пара, содержащий резервуар для хранения аэрозольобразующего материала основы ограниченный граничной стенкой, содержащей по меньшей мере одну подвижную секцию, выполненную с возможностью перемещения для уменьшения объема резервуара;
выпускной канал в резервуаре для выдачи аэрозольобразующего материала основы из резервуара; выпускной обратный клапан, расположенный на выпускном канале и выполненный с возможностью открывания для выдачи аэрозольобразующего материала основы; и дозирующее устройство, выполненное с возможностью увеличения давления аэрозольобразующего материала основы в выпускном объеме резервуара, который не ограничен подвижной секцией, для открывания выпускного клапана и выдачи порции аэрозольобразующего материала основы, при этом последующее отсутствие выданной порции снижает давление, позволяя подвижной секции граничной стенки перемещаться для уменьшения объема хранения.
Вторым объектом изобретения является электронная система предоставления пара, содержащая описанный выше компонент.
Третьим объектом изобретения является резервуар для хранения аэрозольобразующего материала основы, выполненный с возможностью установки в систему предоставления пара и содержащий граничную стенку, ограничивающую объем хранения резервуара и включающую в себя по меньшей мере одну подвижную секцию, выполненную с возможностью перемещения для уменьшения объема хранения; и выпускной объем, гидравлически сообщающийся с объемом хранения и содержащий выпускной канал для выдачи аэрозольобразующего материала основы из резервуара и выпускной обратный клапан, расположенный на выпускном канале и выполненный с возможностью открывания для выдачи аэрозольобразующего материала основы; при этом выпускной объем выполнен с возможностью взаимодействия с дозирующим устройством в системе предоставления пара, когда резервуар установлен в эту систему, причем дозирующее устройство выполнено с возможностью увеличения давления аэрозольобразующего материала основы в выпускном объеме резервуара с целью открывания выпускного обратного клапана и выдачи порции аэрозольобразующего материала основы, при этом в результате выдачи указанной порции уменьшается давление, позволяя подвижной секции граничной стенки перемещаться для уменьшения объема хранения.
Четвертым объектом изобретения является компонент системы предоставления пара, выполненный с возможностью приема резервуара для хранения аэрозольобразующего материала основы, который содержит граничную стенку, ограничивающую объем хранения резервуара и включающую в себя по меньшей мере одну подвижную секцию, выполненную с возможностью перемещения для уменьшения объема хранения; и выпускной объем, гидравлически сообщающийся с объемом хранения и содержащий выпускной канал для выдачи аэрозольобразующего материала основы из резервуара и выпускной обратный клапан, расположенный на выпускном канале и выполненный с возможностью открывания для выдачи аэрозольобразующего материала основы; при этом компонент содержит дозирующее устройство, выполненное с возможностью взаимодействия с выпускным объемом резервуара, установленного в системе предоставления пара, и увеличения давления аэрозольобразующего материала основы в выпускном объеме резервуара с целью открывания выпускного обратного клапана и выдачи порции аэрозольобразующего материала основы, при этом в результате выдачи указанной порции уменьшается давление, позволяя подвижной секции граничной стенки перемещаться для уменьшения объема хранения.
Пятым объектом изобретения является компонент устройства предоставления аэрозоля, содержащий резервуар для хранения аэрозольобразующего материала основы ограниченный граничной стенкой, содержащей по меньшей мере одну подвижную секцию, выполненную с возможностью перемещения для уменьшения объема резервуара; выпускной канал в резервуаре для выдачи аэрозольобразующего материала основы из резервуара; выпускной обратный клапан, расположенный на выпускном канале и выполненный с возможностью открывания для выдачи аэрозольобразующего материала основы; и дозирующий элемент, выполненный с возможностью приложения и снятия силы к аэрозольобразующему материалу основы в части объема хранения, не ограниченной подвижной секцией, так что приложение силы дозирующим элементом толкает порцию аэрозольобразующего материала основы через обратный клапан и выпускное отверстие, а последующее снятие приложенной силы позволяет подвижной секции граничной стенки перемещаться для уменьшения объема хранения в ответ на отсутствие выданной порции аэрозольобразующего материала основы.
Следует учитывать, что описанные выше отличительные особенности и аспекты изобретения в отношении первого и других объектов изобретения в равной степени применимы и при необходимости могут объединены с вариантами осуществления изобретения согласно другими объектами изобретения, причем не только в описанных выше конкретных комбинациях. Например, система предоставления пара или ее часть, содержащая дозирующее устройство для аэрозольобразующего материала основы, может быть выполнена в соответствии с описанными подходами, которые включают в себя, в случае необходимости, один или несколько различных особенностей, описанных ниже.
Далее, только в качестве примера, будут подробно описаны различные варианты осуществления изобретения со ссылками на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 упрощенно показано устройство предоставления пара, в котором могут быть реализованы различные варианты осуществления изобретения;
на фиг. 2А – схематично показан резервуар уменьшаемого объема с устройством дозирования жидкости, которое соответствует первому примеру, вид в продольном сечении;
на фиг. 2B, 2C и 2D – упрощенно и схематично показаны примеры выполнения устройства дозирования жидкости, виды в продольном сечении;
на фиг. 3A и 3B – упрощенно и схематично показан пример выполнения резервуара уменьшаемого объема в полном и пустом состоянии, виды в продольном сечении;
на фиг. 3С и 3D – упрощенно и схематично показан другой пример выполнения резервуара уменьшаемого объема в полном и пустом состоянии, виды в продольном сечении;
на фиг. 4A, 4B и 4С – упрощенно и схематично показан еще один пример выполнения резервуара уменьшаемого объема с устройством дозирования жидкости в полном и пустом состоянии, виды в продольном сечении;
на фиг. 5 – упрощенно и схематично показан пример выполнения выпуска резервуара уменьшаемого объема в полном и пустом состоянии, виды в продольном сечении;
на фиг. 6 – упрощенно и схематично показан еще один пример выполнения выпуска резервуара уменьшаемого объема с еще одним устройством дозирования жидкости, вид в продольном сечении;
на фиг. 7 – упрощенно и схематично показан еще один пример выполнения выпуска резервуара уменьшаемого объема с еще одним устройством дозирования жидкости, вид в продольном сечении;
на фиг. 8, 9 и 10 – упрощенно и схематично показаны три примера выполнения устройства предоставления пара, которые содержат резервуары уменьшаемого объема и устройства дозирования жидкости в соответствии с изобретением.
Осуществление изобретения
В настоящем описании рассмотрены аспекты и особенности определенных примеров и вариантов осуществления изобретения. Некоторые аспекты и особенности определенных примеров и вариантов осуществления изобретения могут быть реализованы обычным образом и для краткости они подробно не описываются. Таким образом, следует понимать, что подробно не описанные аспекты и особенности рассмотренных в настоящем описании устройства и способов могут быть реализованы в соответствии с любой обычной технологией по реализации таких аспектов и особенностей.
Как описано выше, изобретение касается (помимо прочего) электронных систем предоставления пара или аэрозоля, таких как электронные сигареты. В дальнейшем описании иногда может использоваться термин «электронная сигарета», тем не менее, этот термин может быть взаимозаменяемо использован с термином система или устройство предоставления аэрозоля (пара). Изобретение также применимо к системам, которые выполнены с возможностью высвобождения веществ с помощью нагревания, а не сжигания, аэрозольобразующего материала основы, который является твердым веществом или гелем. Материал основы, например, может быть табаком или другим нетабачным товаром, который может содержать никотин или может не содержать никотина, который в некоторых системах предусмотрен в дополнение к жидкому или гелеобразному материалу основы, так что изобретение также применимо к гибридным системам, которые выполнены с возможностью выработки аэрозоля с помощью нагревания безе сжигания комбинации материалов основы. Материалы основы могут содержать, например, твердое вещество, жидкость или гель, которые могут как содержать, так и не содержать никотин. Гибридная система может содержать жидкую или гелеобразную основу и твердую основу. Эта твердая основа может быть, например, табаком или другим, нетабачным товаром, который может как содержать, так и не содержать никотин. Используемый в настоящем описании термин «аэрозольобразующий материал основы» относится к материалам основы, которые могут образовывать аэрозоль или благодаря применению тепла, или с помощью некоторых других средств. Термин «аэрозоль» может быть взаимозаменяемо использован с термином «пар».
В настоящем описании термин «компонент» используется для указания на часть, секцию, блок, модуль, узел электронной сигареты или аналогичного устройства, которое содержит несколько более мелких частей или элементов, часто в пределах внешнего корпуса или стенки. Электронная сигарета может быть образована или выполнена из одного или нескольких таких компонентов, и эти компоненты могут быть соединены друг с другом с возможностью отсоединения или отделения или могут быть постоянно соединены друг с другом при изготовлении для образования целой электронной сигареты. Настоящее изобретение применимо (но не ограничено) к системам, которые содержат два компонента, которые разъемно соединены между собой и выполнены, например, как компонент для расположения аэрозольобразующего материала основы, который содержит жидкий или другой аэрозольобразующий материал, и блок управления, который содержит батарею для подачи электрической энергии на работающий на электрической энергии элемент для выработки пара из материала основы. В качестве конкретного примера в настоящем изобретении картомайзер описан как пример компонента или участка для расположения аэрозольобразующего материала основы, но изобретение не ограничено этим вариантом и применимо к любой конфигурации компонента или части для расположения аэрозольобразующего материала основы. Также такой компонент может содержать большее или меньшее количество частей по сравнению с количеством частей в этих примерах.
Настоящее изобретение, в частности, сконцентрировано на системах предоставления пара и их компонентах, которые используют аэрозольобразующий материал основы в виде жидкости или геля, которые находятся в резервуаре, емкости, контейнере или другом хранилище в системе. Предусмотрена конструкция (конфигурация, механизм, устройство, средство и т.п.) для выдачи материала основы из резервуара с целью его доставки для выработки пара/аэрозоля. Термины «жидкость», «гель», «текучая среда», «жидкость-источник», «гель-источник», «текучая среда-источник» и подобные могут быть использованы взаимозаменяемо с «аэрозольобразующим материалом основы» и «материалом основы», чтобы обозначать материал основы для получения аэрозоля, форма которого позволяет его хранить и дозировать в соответствии с примерами осуществления изобретения.
На фиг. 1 очень схематично (не в масштабе) показан пример системы предоставления аэрозоля/пара, такой как электронная сигарета 10. Электронная сигарета 10 имеет в общем вытянутую форму, проходящую вдоль продольной оси, обозначенной пунктирной линией, и содержит два основных компонента: компонент, секцию или блок 20 питания или управления и картридж 30 или секцию 30, являющуюся картриджем (иногда называемую картомайзером, клиромайзером или атомайзером), которая работает как компонент выработки пара.
Картомайзер 30 содержит резервуар 3, содержащий жидкость-источник или другой аэрозольобразующий материал основы, который включает в себя такой состав, как жидкость или гель, из которого будет выработан аэрозоль, например, содержащий никотин. В качестве примера, жидкость-источник может содержать примерно от 1 до 3% никотина и 50% глицерина, а остальная часть содержит примерно одинаковые количества воды и пропиленгликоля и, возможно, также содержит другие компоненты, такие как ароматизаторы. Также может быть использована жидкость-источник, которая не содержит никотина и которая предназначена для доставки аромата. Также может иметься твердая основа (не показана), такая как порция табака или другого элемента придания аромата, через который проходит пар, выработанный из жидкости. Резервуар 3 выполнен в виде бака для хранения, который является контейнером или хранилищем, в котором может храниться жидкость-источник, так что жидкость может свободно перемещаться и течь в пределах бака. Резервуар 3 может быть уплотнен после заполнения при изготовлении, чтобы его можно было выбросить после исчерпания жидкости-источника, или может содержать входной канал или другое отверстие, через которое может быть добавлена новая жидкость-источник. Картомайзер 30 также содержит электрический нагревательный элемент или нагреватель 4, который расположен внутри резервуара 3, и который выполнен с возможностью выработки аэрозоля с помощью испарения жидкости-источника путем ее нагревания. Для доставки жидкости-источника из резервуара 3 до нагревателя 4 может быть использовано такое устройство доставки или передачи жидкости, как фитиль или другой пористый элемент 6. Фитиль 6 содержит одну или несколько частей, которые расположены или внутри резервуара 3, или каким-либо другим образом гидравлически сообщаются с жидкостью в резервуаре 3, чтобы иметь возможность впитывать жидкость-источник и передавать ее с помощью капиллярного эффекта другим частям фитиля 6, которые контактируют с нагревателем 4. Таким образом, эта жидкость нагревается и испаряется, и ее место занимает новая жидкость-источник из резервуара, переданная на нагреватель 4 фитилем 6. Фитиль можно рассматривать как мост, путь или трубопровод между резервуаром 3 и нагревателем 4, который доставляет или передает жидкость из резервуара на нагреватель. Все такие термины, как трубка, трубка для жидкости, путь передачи жидкости, путь доставки жидкости, механизм или элемент доставки жидкости могут быть взаимозаменяемо использованы в настоящем описании для обозначения фитиля или соответствующего компонента или структуры.
Комбинация нагревателя и фитиля (или аналогичного элемента) иногда называется атомайзером или узлом атомайзера, а резервуар с жидкостью-источником и атомайзер вместе могут называться источником аэрозоля. Другая терминология может включать в себя устройство для доставки жидкости или устройство для передачи жидкости, при этом в настоящем контексте эти термины могут быть взаимозаменяемо использованы для обозначения элемента выработки пара (устройства выработки пара) плюс капиллярный или аналогичный компонент или структура (элемент перемещения жидкости), которые доставляют или перемещают жидкость из резервуара на устройство выработки пара с целью выработки пара/аэрозоля. Возможны разные конструкции, в которых части могут быть расположены по-другому в сравнении с очень схематичным представлением на фиг. 1. Например, фитиль 6 может быть полностью отдельным от нагревателя 4 элементом или нагреватель 4 может быть выполнен пористым и может быть способен непосредственно выполнять функцию капилляра (например, металлическая сеть), по меньшей мере частично. Вместо нагревателя могут быть использованы другие средства выработки пара, такие как, например, вибрационный испаритель на основе пьезоэлектрического эффекта. В электрическом или электронном устройстве элемент выработки пара может быть электрическим нагревательным элементом, который работает с помощью омического (джоулевого) нагревания или с помощью индукционного нагревания. Таким образом, в общем, атомайзер может считаться испаряющим или вырабатывающим пар элементом, который способен вырабатывать пар из доставляемой к нему жидкости-источника, а элемент доставки или перемещения жидкости – средством, способным доставить или переместить жидкость из резервуара или аналогичного хранилища жидкости до устройства выработки пара, например, с помощью втягивающего действия или капиллярного эффекта. Атомайзер обычно расположен в компоненте системы выработки пара, который является картомайзером. В некоторых конструкциях жидкость могут дозировать из резервуара непосредственно на устройство выработки пара, без необходимости в отдельном впитывающем или капиллярном элементе. Варианты осуществления изобретения применимы ко всем таким конфигурациям, которые соответствуют описанным примерам.
Как показано на фиг. 1, картомайзер 30 также содержит мундштук 35 с выпускным отверстием для воздуха, через которое пользователь может вдохнуть аэрозоль, выработанный с помощью нагревателя 4.
Компонент 20 питания или блок 20 управления содержит элемент питания или батарею 5 (здесь и далее называемую батареей, и которая может быть аккумуляторной) для обеспечения электроэнергией электрических компонентов электронной сигареты 10, в частности нагревателя 4. Кроме того, имеется контроллер 28, такой как печатная плата и/или другая электроника или схема для общего управления электронной сигаретой. Управляющая электроника или схема 28 соединяет нагреватель 4 с батареей 5, когда нужен пар, например, в ответ на сигнал от датчика давления воздуха или датчика потока воздуха (не показан), который обнаруживает вдох с помощью системы 10, когда воздух входит через одно или несколько входных отверстий 26 в стенке блока 20 управления. Когда нагревательный элемент 4 получает электрическую энергию из батареи 5, нагревательный элемент 4 испаряет жидкость-источник, доставленную из резервуара 3 элементом 6 доставки жидкости с целью выработки аэрозоля, и далее пользователь вдыхает этот аэрозоль через отверстие в мундштуке 35. Аэрозоль перемещается от источника аэрозоля к мундштуку 35 вдоль канала для воздуха (не показан), который соединяет входное отверстие 26 в источнике аэрозоля с выпускным отверстием для воздуха, когда пользователь вдыхает через мундштук 35.
Блок 20 управления (секции питания) и картомайзер 30 (картридж в сборе) являются отдельными частями, которые выполнены с возможностью отделения друг от друга в направлении, параллельном продольной оси, как показано сплошными стрелками на фиг. 1. Когда устройство 10 используется, компоненты 20 и 30 соединены между собой. это соединение осуществляется с помощью взаимодействующих элементов 21 и 31 сцепления (например, винтовое или штыковое соединение), что обеспечивает механическое и электрическое соединение секции 20 питания и картриджа 30 в сборе. Тем не менее, указанное выполнение является просто примером конструкции, и разные части могут быть по-другому распределены между секцией 20 питания и секцией 30 картриджа, и могут быть использованы другие компоненты и элементы. Две секции могут соединяться вместе конец-к-концу в продольной конфигурации, как показано на фиг. 1, или в другой конфигурации, такой как параллельная конструкция или конструкция рядом друг с другом. Система может быть, в общем, цилиндрической или по существу цилиндрической или не быть такой, но иметь, в общем, продольную форму. Любая секция или компонент или обе секции или оба компонента могут быть выполнены с возможностью их извлечения и замены при исчерпании (например, резервуар пуст или батарея разрядилась) или могут быть выполнены с возможностью нескольких использований, которые могут быть осуществлены с помощью таких действий, как повторное заполнение резервуара и повторная зарядка батареи. В других примерах система 10 может быть цельной, т.е. части блока 20 управления и картомайзер 30 содержатся в одном корпусе и не могут быть отделены друг от друга. Варианты осуществления настоящего изобретения применимы к любой из этих конфигураций и других конфигураций, которые ясны специалистам в рассматриваемой области.
При использовании системы, такой как электронная сигарета по фиг. 1, жидкость-источник постепенно течет или вытягивается из резервуара и потребляются атомайзером для выработки желаемого потока аэрозоля с целью его вдыхания. Резервуар не выполнен воздухонепроницаемым, и в результате воздух втягивается в резервуар для замены жидкости-источника, когда она извлекается для потребления, чтобы поддерживать постоянное давление в резервуаре и предоставить возможность продолжения подачи жидкости-источника на атомайзер. Этот воздух образует постепенно увеличивающийся объем, называемый воздушной прослойкой, и считается, что наличие воздушной прослойки может вносить вклад в утечку жидкости-источника из резервуара. Эта утечка может включать в себя выход чрезмерного количества жидкости-источника через предполагаемый для этого маршрут доставки жидкости из резервуара до устройства выработки пара, так что устройство выработки пара не может обработать всю жидкость-источник, который оно принимает, и неиспаренная жидкость-источник высвобождается в системе. Это может быть результатом изменений давления окружающей среды или сотрясений системы (например, при ее падении), что порождает изменение объема воздушной прослойки или волну давления в воздушной прослойке, которая толкает жидкость-источник из резервуара.
Изобретении направлено на решение этой проблемы с помощью конструкции резервуара, который работает с малой воздушной прослойкой или который не содержит воздушной прослойки. Это может быть осуществлено благодаря выполнению резервуара с уменьшаемым объемом, так что вместимость резервуара уменьшается вместе с потреблением жидкости-источника, поддерживая доступный объем хранения соответствующим или почти соответствующим оставшемуся объему жидкости, так что меньшее количество воздуха поступает в резервуар или воздух не поступает в резервуар, и не образуется воздушной прослойки. Уменьшаемый объем возможен благодаря тому, что резервуар ограничен стенкой, содержащей по меньшей мере одну подвижную секцию, которая может перемещаться внутрь для уменьшения объема. Жидкость-источник выдается в соответствии с требованиями выработки пара, и после выдачи оставшееся уменьшенное количество жидкости-источника приводит к уменьшению давления внутри резервуара. Это более низкое давление вызывает перемещение внутрь подвижной секции стенки, выравнивая давлений внутри и снаружи резервуара. Дозирование жидкости достигается путем приложения силы к такому объему жидкости в резервуаре, который удален от стенки с подвижной секцией и приближен к выпускному отверстию резервуара. Приложенная сила толкает порцию жидкости наружу через выпускное отверстие и, когда силу пропадает, более низкое давление текучей среды вблизи выпускного отверстия передается на жидкость, оставшуюся в объеме резервуара, чтобы втянуть подвижную секцию. Таким образом, объем хранения резервуара или его емкость уменьшается в соответствии с выдачей жидкости из резервуара, и уменьшенное количество оставшейся в резервуаре жидкости, тянет внутрь граничную стенку резервуара, расположенную вокруг оставшейся жидкости, для предотвращения образования воздушной прослойки.
На фиг. 2а показан первый пример конструкции резервуара уменьшаемого объема с устройством дозирования жидкости. Резервуар 3 является по существу цилиндрическим и содержит внешнюю стенку 12, в пределах которой расположены подвижный толкатель или поршень 14, который плотно посажен внутри цилиндрической стенки 12 для создания непроницаемого или почти непроницаемого для текучей среды уплотнения со стенкой 12, но который выполнен с возможностью скользящего перемещения вверх и вниз в цилиндрическом пространстве, ограниченном стенкой 12. Цилиндрическая стенка 12 и поршень 14 вместе действуют как граничная стенка для определения объема 16 хранения резервуара 3, в котором хранится текучая форма аэрозольобразующего материала 13 (жидкость-источник) основы. Скользящее перемещение поршня 14 изменяет размер объема 16 хранения, при этом перемещение внутрь (вниз) в направлении Р уменьшает объем хранения. Поршень 14 обеспечивает наличие подвижной секции или части общей граничной стенки резервуара 3, определенной стенкой 12 совместно с поршнем 14. Конфигурация цилиндрической стенки 12 и поршня 14 аналогична, например, цилиндру и поршню шприца. Тем не менее, для резервуара 3 могут быть использованы формы, отличные от цилиндрической. Цилиндрическая стенка 12 может быть выполнена из жесткого или полужесткого материала, такого как, например, пластиковый материал. Материал может быть непрозрачным или прозрачным, при этом прозрачный материал может быть полезен в системах, которые предоставляют пользователю визуальный доступ к резервуару, чтобы можно наблюдать оставшееся количество жидкости. Он может быть выполнен с помощью, например, литья одной или нескольких деталей.
Резервуар 3 также содержит выпускной объем 18, который гидравлически сообщается 22 с объемом 16 хранения и ведет к выпускному отверстию 23, через которое жидкость-источник 13 может выходить из резервуара 3. В этом примере выпускной объем 18 имеет форму трубки или канала, который ведет из объема 16 хранения, при этом выпускной объем 16 соединен с цилиндрической стенкой 12 с помощью сужающегося участка 15, который представляет собой нижнюю стенку объема 16 хранения, которая противоположна подвижной стенке, образованной поршнем 14, и которая также обеспечивает уменьшение диаметра резервуара от большего диаметра объема 12 хранения до меньшего диаметра выпускной трубки 18. Выпускное отверстие 23 выпускного объема 18 снабжено выпускным клапаном 20. Указанный клапан является обратным клапаном, который может быть открыт при приложении достаточного давления или силы (давление срабатывания), чтобы жидкость прошла из выпускного объема 18 через отверстие 23, а в другом случае указанный клапан остается закрытым и не дает текучей среде, в том числе воздуху, пройти в резервуар 3. В установившихся условиях резервуар 3 закрыт, образуя, по существу, непроницаемый для текучей среды объем, образованный цилиндрической стенкой 12, частью 14 подвижной стенки, скошенной стенкой 15, выпускной трубкой 18 и закрытым выпускным клапаном 20. Выпускная трубка 18 может быть выполнена за одно целое с цилиндрической стенкой 12, или они могут быть выполнены отдельно и соединены, например, с помощью склеивания или сварки. Цельная конструкция может быть предпочтительной для уменьшения риска утечки через любые плохо выполненные соединения, но нецельная конструкция позволяет использовать разные материалы для образования объема хранения и выпускного объема.
Рядом с выпускной трубкой 18 установлено устройство или элемент 24 дозирования (дозирующее устройство). Назначением устройства 24 дозирования является приложение силы к жидкости в выпускном объеме, чтобы увеличить давление жидкости, достаточное для преодоления давления срабатывания выпускного клапана 20. Таким образом, это устройство можно рассматривать как устройство приложения силы или устройство создания давления. В этом примере дозирующее устройство 24 выполнено как сдавливающий или зажимающий механизм или сжимающее устройство, которое может перемещаться вперед в направлении D к стороне выпускной трубки 18, чтобы сжимать или сдавливать ее. При этом стенка трубки 18 искривляется или деформируется внутрь, что уменьшает выпускной объем и, следовательно, увеличивает давление жидкости в выпускном объеме 18 и прикладывает силу к выпускному клапану 20 путем увеличения действующего на него давления текучей среды. Выпускная трубка 18 выполнена из эластичного упругого материала, такого как резина или другой эластомерный материал, так что нужная сила может быть передана от дозирующего устройства 24 к жидкости с помощью искривления внутрь стенки выпускной трубки. Дозирующее устройство 24 может содержать любой твердый или по существу твердый элемент или компонент, установленный с возможностью перемещения по направлению к трубке 18 и от трубки 18, например, с помощью привода, содержащего двигатели и линейный механизм (червячный или ходовой винт).
Когда электронная сигарета приведена в действие для выработки аэрозоля, устройство по фиг. 2А работает следующим образом. Дозирующее устройство 24 перемещается вперед и сжимает выпускную трубку 18, прикладывая силу к жидкости в выпускном объеме рядом с выпускным клапаном 20 и вдали от подвижного участка 14 граничной стенки резервуара 12. Приложенная сила увеличивает давление в жидкости вблизи выпускного клапана 20 до уровня, превышающего давление срабатывания выпускного клапана 20, вызывая его открытие. При этом через выпускное отверстие 23 резервуара 12 и открытый клапан 20 выдавливается порция или капля 32 жидкости.
На фиг. 2В показана ситуация, когда порция 32 жидкости покидает резервуар через открытый клапан 20, а трубка 18 сжата с помощью дозирующего устройства 24. Когда порция 32 жидкости выдана и больше не содержится в выпускном объеме резервуара 3, давление рядом с клапаном 20 уменьшается ниже давления срабатывания и клапан 20 восстанавливает закрытое положение. Далее устройство 24 дозирования может переместиться наружу вдоль направления D чтобы снять сдавливающий эффект с выпускной трубки 18, которая может восстановить свою недеформированную форму. Общий объем резервуара 3, который представляет собой объем 12 хранения плюс выпускной объем 18, восстанавливается до предыдущего размера, который был до выдачи капли 32. Тем не менее, выдача капли 32 уменьшило количество жидкости, которая занимает указанный объем, следовательно, давление жидкости в этом объеме уменьшилось по сравнению с ситуацией до выдачи капли 32. Локальное уменьшение давления жидкости рядом с выпускным клапаном 20, которое позволяет клапану 20 закрыться после выдачи капли 32, передается по жидкости благодаря гидравлическому сообщению 22 выпускного объема 18 и объема 12 хранения. Уменьшенное давление внутри резервуара 3 вместе с атмосферным давлением, действующим на внешнюю сторону поршня 14 (т.е. сторону, находящуюся снаружи объема хранения), действует так, чтобы толкать подвижную стенку, образованную поршнем 14, внутрь в направлении Р до тех пор, пока давление внутри резервуара не уравновесится с атмосферным давлением снаружи резервуара. Таким образом, благодаря возможности уменьшения объема 12 хранения в ответ на выдачу порции 32 жидкости-источника уменьшается общий объем резервуара 3, и предотвращается образование воздушной прослойки в резервуаре (или по меньшей мере препятствуют ее образованию в ситуации, когда резервуар не полностью воздухонепроницаем). Объем резервуара уменьшается при использовании для того, чтобы он соответствовал объему оставшейся в резервуаре жидкости.
Выпускное отверстие 23 резервуара 3 расположено так, чтобы направлять выданную порцию 32 жидкости на атомайзер 4, 6 для испарения. В зависимости от конфигурации атомайзера капля 32 жидкости может быть доставлена на или в капиллярный элемент или другой элемент перемещения жидкости, такой как капиллярный канал, который выполнен с возможностью перемещения жидкости к нагревателю или другому устройству выработки пара. В других конструкциях капля 32 жидкости доставляется непосредственно на нагреватель или другое устройство выработки пара, и элемент перемещения жидкости не требуется. Изобретение не ограничено указанными вариантами.
В примере по фиг. 2В устройство дозирования порождает только частичное сжатие или сужение выпускной трубки 18, и этого небольшого искривления трубки 18 достаточно для такого увеличения давления, которого хватает для открывания выпускного клапана 20. Сама трубка 18 не закрыта полностью, а размеры выпускной трубки и отверстия открытого клапана малы, так что капиллярные силы предотвращают дальнейшее течение жидкости наружу через открытый клапан после выдачи ее начальной порции 32.
На фиг. 2С показан альтернативный пример, в котором дозирующее устройство 24 выполнено с возможностью сильного сжатия выпускной трубки 18, перекрывая ее благодаря контакту противоположных сторон стенки трубки и полному ограничению течения жидкости вдоль трубки по направлению к выпускному отверстию 23. Ширина трубки и отверстие клапана могут иметь такие размеры, чтобы предоставить всей жидкости, находящейся в выпускной трубке ниже места ее сжатия дозирующим устройством 24, возможность течь через открытый клапан 20 для создания выданной порции 32 жидкости. Другими словами капиллярные силы не удерживают жидкость внутри трубки, и закрывание трубки дозирующим устройством, находящемся в положении «внутрь», действует так, чтобы удерживать оставшуюся внутри резервуара жидкость, когда клапан открыт. Клапан 20 может закрываться, когда капля 32 жидкости выдана, и рядом с клапаном 20 отсутствует находящаяся под давлением жидкость для преодоления давления срабатывания.
Таким образом, дозирующее устройство 24 может закрывать резервуар 3, помогая минимизировать утечку. Для использования этой функции, дозирующее устройство 24 может иметь исходное положение, в котором оно сжимает выпускную трубку, перекрывая ее и предотвращая течения жидкости, как показано на фиг. 2С. Это положение поддерживается тогда, когда атомайзеру не требуется жидкость. Когда потребуется выработка пара, дозирующее устройство 24 перемещается наружу, от выпускной трубки 18 (в положение, показанное на фиг. 2А) для снятия сжимающего действия и открывания трубки. Это увеличивает общий объем резервуара, уменьшает давление жидкости и втягивает поршень внутрь до нового уменьшенного объема резервуара, позволяя жидкости перемещаться вдоль выпускной трубки до выпускного клапана 20. Далее, дозирующее устройство опять перемещается внутрь до установленного исходного положения для сжатия трубки 18 до ее перекрытия, приложения силы к жидкости в выпускном объеме и увеличения давления жидкости с целью открывания клапана 20. Капля 32 жидкости выпускается через открытый клапан 20, который затем закрывается. В общих словах, на выдачу капли жидкости влияет перемещение сжимающего механизма дозирующего устройства от установленного по умолчанию ограничивающего положения до открытого положения и назад до исходного положения. Хотя исходное ограничивающее положение полностью перекрывает выпускную трубку для уплотнения резервуара, это не является необходимым и может быть достаточно частичного ограничения. Эти конструкции отличаются от ранее описанной, в которой на дозирование оказывает влияние перемещение сжимающего механизма дозирующего устройства от исходного открытого положения, в котором выпускная трубка не искривлена и не ограничена, до положения ограничения для сжатия выпускной трубки и перемещения назад до установленного по умолчанию открытого положения.
В любой из этих рабочих конфигураций разные части выполнены так, что давление F1 (фиг. 2А), необходимое для открывания обратного клапана, меньше давления F3, необходимого для перемещения поршня (путем скользящего перемещения внутри цилиндрической стенки). Давление F3, необходимое для перемещения поршня, меньше давления F2, необходимого для преодоления сопротивления обратного клапана и открывания его в «неправильном направлении» (т.е. из-за давления, действующего наружу, по направлению внутрь резервуара). Таким образом, после действия дозирующего устройства соответствующие давления взаимодействуют, чтобы выдавить каплю жидкости и получить уменьшение объема резервуара, не позволяя осуществить какое-либо всасывание воздуха или жидкости через клапан в резервуар. В общем, F1 < F3 < F2.
С учетом принятой в области насосов терминологии, это устройство будет называться насосом прямого вытеснения.
Резервуар должен быть расположен в среде, которая не является воздухонепроницаемой (в корпусах или кожухах электронной сигареты или в части внешней стенки электронной сигареты), чтобы предоставить возможность выравнивания давлений внутри и снаружи резервуара, что вызывает перемещение внутрь подвижного участка граничной стенки резервуара (поршня в приведенных ранее примерах).
На фиг. 2D показан дополнительный пример, в котором сжатие или сдавливание выпускной трубки 18 для уменьшения или ограничения ее проходного сечения осуществляется с помощью давления внутрь с двух противоположных сторон выпускной трубки 18 с использованием двух подвижных элементов 24а, 24b, которые могут перемещаться внутрь по направлению друг к другу с целью сжатия или закрывания расположенной между ними трубки 18 и которые могут перемещаться друг от друга для высвобождения или открывания этой трубки 18. Элементы 24a, 24b могут быть двумя отдельными элементам, каждый из которых перемещается отдельным линейным приводом. В альтернативной конструкции два элемента или рычага могут быть шарнирно связанными, чтобы открываться и закрываться аналогично щипцам или штангенциркулю, при этом открывающее и закрывающее перемещения управляются одним приводом. Может быть использована пружина для смещения элементов или в открытое или закрытое положение (в зависимости от того, является ли установленное исходное дозирующего устройства открытым положением или сжимающим, ограничивающим положением), чтобы механизму привода нужно было совершать перемещение только в одном направлении. Оба рычага такого устройства могут быть выполнены с возможностью перемещения или один рычаг может быть неподвижным, а другой рычаг может перемещаться по направлению к первому рычагу и от него.
В других примерах дозирующее устройство может быть выполнено в виде кольца, которое полностью окружает выпускную трубку и которое может сжиматься для уменьшения его окружности и ограничения проходного сечения трубки и расширяться для открывания трубки.
Специалисту в рассматриваемой области должны быть ясны другие конфигурации, обеспечивающие возможность осуществления перемещения элементов, которые толкают одну или несколько сторон выпускной трубки с целью их деформации и приложения силы к жидкости внутри трубки. В другом примере могут быть использованы один или несколько пьезоэлектрических элементов, которые могут расширяться и уменьшаться в размере под действием приложенного напряжения, чтобы перемещаться к стенке трубки и от нее. Также возможны альтернативные конструкции, которые не подразумевают никаких толкающих элементов, которые могут перемещаться к выпускной трубке и от нее. Например, трубка может быть захвачена или другим образом прикреплена к удерживающему элементу, так что к ней может быть приложен крутящий момент, чтобы осуществлять скручивающее действие в плоскости, по существу перпендикулярной продольной оси трубки, для искривления боковых стенок трубки и ограничения размера проходного и увеличения давления на расположенную внутри жидкость.
Преимущество резервуара с уменьшаемым объемом заключается в том, что, если объем может быть уменьшен по существу до нуля, вся или почти вся жидкость может быть вытолкнута из резервуара и доступна для испарения. Это позволяет уменьшить потери по сравнению с такими конфигурациями, которые основаны на фитиле для вытягивания жидкости из резервуара, когда не может быть извлечена жидкость, находящаяся в областях, расположенных вдали от фитиля. В примерах осуществления изобретения, в которых используется подвижная стенка в форме поршня, таких как пример по фиг. 2А, может быть получен нулевой или почти нулевой объем, если поршень выполнен с возможностью перемещения по направлению к выпускному объему резервуара, как на фиг. 2А, и поршень может быть перемещен насколько возможно близко к граничной стенке резервуара, где осуществляют гидравлическое сообщение объема хранения и выпускного объема. В примере по фиг. 2A поршень 14 может перемещаться только до основания цилиндрической стенки 12 и остается небольшой конический объем между оборотной стороной поршня 14 и скошенной стенкой.
На фиг. 3А показана альтернативная конфигурация, которая позволяет уменьшать объем 16 хранения фактически до нуля с помощью перемещения внутрь поршня 14. Оборотная сторона 14а поршня 14, т.е. поверхность поршня, направленна внутрь объема 16 хранения, имеет форму, которая соответствует направленной внутрь поверхности противоположной стенки, являющейся основанием резервуара 3, в котором образовано гидравлическое сообщение 22 с выпускным объемом 18. Как и на фиг. 2А, эта стенка 15 является скошенной стенкой и, в результате, оборотная сторона 14а поршня 14 имеет соответствующую коническую форму с таким же углом наклона, что и скошенная стенка. Это позволяет перемещаться поршню 14 до контакта со скошенной стенкой 15 при выдавливании жидкости из резервуара 3, что приводит к полному исчезновению объема 16 хранения, как показано на фиг. 3В.
На фиг. 3С и 3D показан дополнительный пример достижения нулевого объема хранения, в котором оборотная сторона 14а поршня 14 является плоской и перпендикулярной направлению Р перемещения, а стенка 15, образующая основание объема 16 хранения, также является плоской в параллельной плоскости. Таким образом, две плоскости могут контактировать, как показано на фиг. 3D. Для получения этого эффекта могут быть использованы любые другие соответствующие или взаимодействующие формы оборотной стороны 14а поршня и стенки 15 основания. Для ясности на фиг. 3А - 3D опущены другие части устройства.
В других примерах способность уменьшать объем резервуара реализуется благодаря использованию сжимающегося хранилища, вместо скользящей стенки или поршня, как в примерах на фиг. 2А - 3D.
На фиг. 4А упрощенно показан пример конфигурации с сжимающимся хранилищем. Большая часть резервуара 3 выполнена в виде мешка или баллона 34 из гибкого водонепроницаемого материала, такого как тонкий пластиковый материал, например, полиэтилен или металлизированная полимерная пленка (фольгированный полимер) или резина. Хорошо подходят термоформуемые пластики и другие материалы, которые могут быть термически сплавлены (например, для уплотнения краевых швов мешка и соединения с выпускным клапаном); к ним относятся полиэтилентерефталат (PET), полипропилен (РР), полиэтилен (РЕ), полиэтилен низкой плотности (LDPE), поливинилхлорид (PVC), термопластичный олефин (TPO), модифицированный гликолем полиэтилентерефталат (PETG), этиленвинилацетат (EVA), эпоксидная смола (EP) и полиуретан (PU). Тем не менее, возможно использование других материалов. Резервуар должен быть способен сокращаться, но предпочтительно, чтобы он не прикладывал существенного давления к своему содержимому. Например, подходят хранилища, типа хорошо известных дой-паков и пакетов типа «подушка». Мешок 34 образует граничную стенку резервуара 3 для ограничения объема 16 хранения резервуара 3 и закрыт (уплотнен) везде за исключением отверстия там, где он гидравлически сообщается 22 с выпускным объемом 18, который выполнен как выпускная трубка. Выпускная трубка 18 обеспечивает выпускное отверстие 23, и она снабжена обратным клапаном 20, через который, как и раньше, может быть выдана жидкость. Также, как раньше, дозирующее устройство 24 расположено рядом с выпускной трубкой 18 с целью толкания боковой стенки трубки 18 и приложения силы к жидкости в трубке.
На фиг. 4А мешок 34 наполнен жидкостью (после изготовления или, возможно, после заполнения пользователем, если имеется подходящее отверстие). Как в предыдущих примерах, работа дозирующего устройство 24 заключается в сдавливании или сжатии выпускной трубки 18 с целью такого сдавливания жидкости в выпускном объеме близко к выпускному отверстию 23, которого достаточно для преодоления давления срабатывания, так что клапан 20 открывается и пропускает порцию жидкости. Отвод устройства 24 дозирования от выпускной трубки 18 снимает давление, так что трубка 18 восстанавливает свою первоначальную форму, что приводит к падению давления в жидкости в выпускном объеме, которое гидравлически передается на объем хранения. Уменьшение давления внутри резервуара вызывает втягивание стенки мешка 34 внутрь для уменьшения объема 16 хранения, доступного для жидкости 13, выравнивая давление в резервуаре с внешним давлением. В качестве альтернативы, дозирующее устройство может работать в противоположном режиме, описанном со ссылкой на фиг. 2С, когда исходным является сжатое положение.
На фиг. 4В показано состояние резервуара после некоторого количества операций дозирования, когда была потреблена примерно половина жидкости 13 в резервуаре. Верхняя часть 34а мешка 34, удаленная от выпускного объема 18, сжалась стенками мешка 34, которые притянулись друг к другу, в конечном счете, до контакта. Размер объема 16 хранения был уменьшен примерно наполовину для соответствия количеству оставшейся в резервуаре 3 жидкости 13.
На фиг. 4С показано конечное состояние резервуара 3, когда выдана вся жидкость или ее большая часть. Мешок 34 полностью сжимается (противоположные стенки мешка притягиваются друг к другу благодаря выравниванию давления после каждого дозирующего действия для всего объема мешка 34), уменьшая объем хранения по существу до нуля.
На фиг. 5 показана альтернативная конфигурация со сжимающимся мешком. Помимо частей, показанных на фиг. 4А, резервуар содержит второй обратный клапан 25, который отделяет объем 16 хранения от выпускного объема 18. В этом примере второй обратный клапан 25 расположен у соединения объема 16 хранения и выпускного объема 18, при этом мешок 34 соединен с выпускной трубкой 18 и два объема гидравлически сообщаются 22. Отверстие второго клапана 25 находится в направлении течения из объема 16 хранения в выпускной объем 18. Выпускной клапан 20 можно рассматривать как дальний клапан, так как он находится у конца выпускной трубки 18, который удален от объема 16 хранения, а второй клапан 25 у соединения 22 для гидравлического сообщения можно рассматривать как ближний клапан.
При работе дозирующее устройство (для простоты не показанное на фиг. 5) действует на выпускную трубку 18 с целью увеличения давления внутри, как описано выше. При этом преодолевается давление срабатывания выпускного клапана 20 (дальнего клапана), который открывается для выдачи порции жидкости. Когда дозирующее устройство переведено в нерабочее положение или отведено от контакта с выпускной трубкой 18, выпускная трубка восстанавливает свою исходную конфигурацию (неискривленная форма с полным выпускным объемом). Это увеличение выпускного объема уменьшает давление жидкости в выпускной трубке (так как теперь отсутствует объем выданной порции). Это уменьшенное давление в выпускной трубке 18 падает ниже давления жидкости в объеме хранения. Большее давление на ближней стороне ближнего клапана 25 (сторона объема хранения) преодолевает давление срабатывания ближнего клапана 25. Благодаря разнице давлений жидкость втягивается через открытый ближний клапан 25 из объема 16 хранения в выпускной объем 18. Далее давление в объеме 16 хранения падает благодаря уменьшенному количеству жидкости в объеме хранения, и это уменьшенное давление больше не может поддерживать открытым ближний клапан 25, так что он закрывается. Уменьшенное давление также вызывает втягивание внутрь стенок мешка, немного сжимая его до тех пор, пока не сравняются давления внутри и снаружи объема 16 хранения. В результате объем 16 хранения уменьшается без образования воздушной прослойки в резервуаре 3.
Для обеспечения надлежащей работы и предотвращения втягивания жидкости или воздуха по неправильному пути через клапаны 20 и 25 каждый из этих клапанов выбран с надлежащими рабочими силами или давлениями. Давление F1, необходимое для открывания дальнего клапана 20 и выдачи порции жидкости, меньше давления F5, необходимого для неправильного открывания ближнего клапана 25 (т.е. для его открывания для потока в направлении в объем хранения). Таким образом, изменения давления в выпускном объеме 18 не могут вызвать открывание ближнего клапана 25 в отличие от дальнего клапана 20, обеспечивая выдачу жидкости из выпускного объема 18 через выпускное отверстие 23, а не ее направление назад в объем хранения, когда устройство дозирования действует с целью увеличения давления в выпускном объеме 18. Также давление F4, необходимое для открывания ближнего клапана 25, меньше давления F2, необходимого для неправильного открывания дальнего клапана 20 (т.е. для его открывания для потока в направлении в выпускной объем). В результате выпускной объем заполняется из объема хранения через ближний клапан после выдачи порции жидкости без риска открывания выпускного клапана 20 для всасывания внутрь воздуха или жидкости снаружи. Таким образом, F1 < F5 и F4 < F2.
Наличие второго обратного клапана обеспечивает частичную изоляцию выпускного объема 18 от объема 16 хранения. Когда дозирующее устройство 24 действует на выпускную трубку 18, приложение силы ограничивается меньшим объемом жидкости, находящейся в выпускной трубке 18, в отличие от ситуации, когда эту сила прикладывается ко всей массе жидкости во всем резервуаре. Это позволяет достигать нужного увеличения давления для открывания дальнего клапана 20 при меньшей приложенной силе (например, меньшем искривлении трубки), так что дозирующее устройство 24 может быть выполнено проще, и его воздействие на выпускную трубку может быть меньшим, уменьшая риск повреждения выпускной трубки. Второй клапан, расположенный между выпускным объемом и объемом хранения, может быть приспособлен к резервуару любой конструкции и не ограничивается сжимающимся контейнером из примеров по фиг. 4А-4С.
Сжимающийся контейнер (баллон или мешок) может быть выполнен из материала, который потенциально может быть склонен к случайному повреждению, так как он должен быть достаточно гибким, чтобы легко реагировать на изменения давления, которые вызывают сжатие резервуара, что легче достигается в случае тонкого материала. Соответственно, электронная сигарета может быть выполнена так, что сжимающийся резервуар расположен в жестком или полужестком контейнере или корпусе, когда он установлен для использования в электронной сигарете. Внешний корпус будет обеспечивать некоторую степень защиты от повреждения мешка. Тем не менее, он не должен быть воздухонепроницаемым, так чтобы вокруг мешка поддерживалось атмосферное давление, и чтобы мешок мог сжиматься при дозировании жидкости. Внешний корпус может быть твердой стенкой или может полностью или частично содержать отверстия, в том числе иметь решетчатую или сетчатую структуру.
Выше приведены примеры дозирующих устройств, которые содержат одну или несколько подвижных частей, которые физически взаимодействуют с выпускной трубкой для искривления ее стенок и, следовательно, уменьшения ее объема с целью увеличения давления находящейся внутри жидкости. Эти дозирующие устройства обычно содержат механический узел, который выполнен с возможностью приложения силы к выпускной трубке с целью ее сжатия или сдавливания. Выпускная трубка должна быть выполнена из подходящего упругого материала, который без повреждения может выдержать повторяющиеся взаимодействия с механическим узлом, по меньшей мере, в течение ожидаемого срока эксплуатации резервуара. Резервуар может быть выполнен одноразовым и от него избавляются при исчерпании жидкости, или пользователь может его пополнять, если конструкция позволяет восстанавливать объем хранения до исходного. В других конструкциях выпускную трубку можно рассматривать как часть дозирующего устройства, и пользователь может присоединять с ней резервуар с помощью механизма соединения или сцепления (такого как винтовая резьба или основанная на трении плотная посадка) в месте гидравлического сообщения объема хранения и выпускного объема. В таком случае резервуар может содержать разрушаемое уплотнение, которое повреждается при сцеплении с выпускной трубкой, так что соединение может быть выполнено без потери жидкости из объема хранения.
Тем не менее, изобретение не ограничено этим вариантом и могут быть использованы другие конфигурации дозирующего устройства. В общем, дозирующее устройство предназначено для увеличения давления в жидкости вблизи выпускного клапана, чтобы достичь давления срабатывания и дать возможность истечения жидкости наружу через выпускной клапан, поэтому для этой цели может быть использовано любое подходящее устройство.
Выше уже были упомянуты пьезоэлектрические элементы как вариант выполнения дозирующего устройства, работающего с помощью сжимающего действия. Пьезоэлектрический эффект может быть использован для обеспечения продвижения и втягивания элементов, которые взаимодействуют с выпускной трубкой (при этом указанные элементы могут быть выполнены из пьезоэлектрического материала или могут быть соединены с пьезоэлектрическим материалом). Пьезоэлектрический элемент (или более одного) может быть расположен рядом с выходной трубкой таким образом, что, когда элемент быстро и мгновенно расширяется или иным образом меняет форму при приложении к нему подходящего напряжения, изменение размеров заставляет его ударяться о выходную трубу и генерировать волну давления в жидкости внутри трубки. Это на время увеличивает давление жидкости рядом с выпускным клапаном, который открывается при воздействии давления срабатывания и выдает порцию жидкости. Также может быть использована любая другая конфигурация, которая позволяет ударному или молотковому элементу быстро переместиться, чтобы воздействовать на выпускную трубку достаточно жестко для того, чтобы породить нужную волну давления. Эта конструкция не требует того, чтобы материал трубки был упруго деформируемым, как в сжимаемых конструкциях, в отличие от которых материал должен быть способен выдержать многократные воздействия. Таким образом, для использования могут быть доступны материалы другого типа. Например, выпускная трубка может быть выполнена за одно целое с цилиндрической боковой стенкой объема хранения резервуара из примера по фиг. 2А из по существу жесткого материала.
На фиг. 6 упрощенно показано пример, согласно которому для выдачи капли использована волна давления. Как и раньше, резервуар заканчивается в выпускном объеме, который образован выпускной трубкой 18. Выпускной обратный клапан 20 находится у нижнего конца, удаленного от объема хранения резервуара (не показан). Дозирующее устройство в виде ударного элемента 44 расположено рядом с боковой стенкой трубки 18 и способно быстро перемещаться из исходного положения (которое показано пунктирной линией) в ударное положение (сплошной контур) и назад в исходное положение, например, в результате пьезоэлектрического эффекта. Перемещение между двумя положениями может быть перемещением всего ударного элемента, как показано, или может быть перемещением передней ударной поверхности, только если пьезоэлектрический эффект обеспечивает достаточное увеличение размеров. В положении воздействия ударный элемент ударяет о стенку трубки 18 в месте 40 воздействия, и сила удара передается через материал стенки в находящуюся внутри трубки 18 жидкость 13, где она распространяется в виде волны 42 давления. Волна 42 давления увеличивает давление жидкости у выпускного клапана 20 и вызывает открывание клапана 20 и выдачу порции 32 жидкости. При желании может быть использовано более одного ударного элемента 44.
Следует понимать, что вместо описанного могут быть использованы другие варианты получения волны давления для выдачи капли, и эти варианты входят в объем настоящего изобретения. Например, волна давления может быть звуковой волной в жидкости, выработанной с помощью подходящего устройства выработки звука (динамик), например, ультразвукового преобразователя.
Жидкость обязательно является испаряемой жидкостью, так как аэрозольобразующий материал основы предназначен для испарения. Это позволяет использовать дополнительную альтернативу, подразумевающую тепловые технологии, для выработки нужного увеличения давления в выпускной трубке.
На фиг. 7 упрощенно показан пример, согласно которому использован тепловой эффект. Как и раньше, резервуар заканчивается в выпускном объеме, образованном выпускной трубкой 18. Выпускной обратный клапан 20 находится у нижнего конца, удаленного от объема хранения резервуара (не показан). В этом примере один или несколько нагревателей 46 (нагревательных элементов) расположены рядом со стенкой трубки. Когда нужно осуществить дозирование жидкости, нагреватели 46 приводятся в действие, чтобы быстро нагреть жидкость 13 внутри трубки 18. Увеличение температуры вызывает испарение жидкости, при этом внутри трубки создается один или несколько пузырьков 48 аэрозоля или пара. Так как парообразная фаза обладает меньшей плотностью по сравнению с жидкой фазой, пузырь 48 занимает больший объем по сравнению с исходной жидкостью, из которой он был получен. Это вызывает увеличение давления в оставшейся жидкости вокруг пузыря, в том числе в жидкости, прилегающей к выпускному клапану 20. Более высокое давление превосходит давление срабатывания клапана 20, который открывается и выдает каплю 32 жидкости.
Нагреватели могут быть электрическими резистивными элементами, так что прохождение через них импульса тока порождает нужный нагревающий эффект. Нагреватели могут контактировать со стенкой выпускной трубки или могут не контактировать с этой стенкой; тем не менее, контактирующий нагреватель будет осуществлять более быструю передачу тепла от нагревателя к жидкости. Скорость передачи будет дополнительно увеличена, если трубка выполнена из материала с эффективными теплопроводящими свойствами. Нагреватели могут представлять собой два или более отдельных нагревателя, которые расположены вокруг трубки, или может иметься один или несколько кольцевых нагревателей, которые окружают трубку. Нагреватели могут быть физически отделены от трубки и могут быть расположены с контактом или практически с контактом с трубкой, когда резервуар и дозирующее устройство собраны друг с другом. В качестве альтернативы, если нагреватели находятся в тепловом контакте с трубкой, они могут быть прикреплены к внешней поверхности стенки трубки, чтобы образовывать неотъемлемую часть резервуара, при этом необходимый электрический контакт образуется тогда, когда резервуар соединен с электронной сигаретой. Нагреватели могут быть прикреплены к трубке, например, с помощью теплопроводящего клеящего вещества или цемента. В качестве альтернативы, нагреватели могут быть тонкопленочными структурами или дорожками, которые расположены или напечатаны на поверхности трубки. Кроме того, нагреватели и выпускная трубка могут быть объединены в одно устройство, с которым пользователь может сцепить или соединить часть резервуара, являющаяся объемом хранения, как уже описано выше. В некоторых конфигурациях нагреватели могут быть изготовлены внутри камеры, выполненной как выпускная трубка, при этом и камера, и нагреватели выполнены с использованием фотолитографических технологий изготовления. Затем уменьшаемый объем хранения резервуара может быть соединен с такой камерой. Вместо резистивного нагревания могут быть использованы технологии индукционного нагревания.
Как технология дозирования с помощью волны давления, так и технология теплового дозирования аналогичны способам, используемым для выталкивания капель чернил в струйных принтерах.
В описанные выше примерах имеется выпускная трубка, которая ограничивает выпускной объем для резервуара. Тем не менее, для обеспечения выпускного объема могут быть использованы другие формы и конфигурации. Выпускной объем является частью общей емкости, содержащей некоторое количество жидкости, которое испытывает увеличение давления, вызванное с помощью дозирующего устройства. Обычно он будет прилегать, непосредственно прилегать или находиться вблизи выпускного обратного клапана, так что увеличение давления быстро передается с целью открывания клапана для дозирования. Выпускной объем гидравлически сообщается с частью резервуара, которая является объемом хранения и которая ограничена, по меньшей мере частично, с помощью подвижной или сжимающейся стенки, которая позволяет уменьшать объем. Выпускной объем может быть отделен от объема хранения с помощью дополнительного обратного клапана или не отделяться дополнительным клапаном. Объем хранения удален от выпускного клапана выпускным объемом, который расположен между объемом хранения и выпускным клапаном. Соответственно, резервуар может быть выполнен так, что он имеет такие форму и размеры, что выпускной объем и объем хранения позволяют реализовывать эту конструкцию.
Обычно, дозирующее устройство требует электрической энергии для осуществления нужного перемещения или нагревания. Соответственно, части дозирующего устройства получают электрическую энергию от батареи в электронной сигарете, такой как батарея 5 на фиг. 1. Подача электрической энергии может быть осуществлена под управлением контроллера, такого как контроллер 28 на фиг. 1. Работа электронной сигареты может быть активирована тогда, когда пользователь приводит в действие переключатель или с помощью обнаружения вдоха пользователя через электронную сигарету, и контроллер подает электрическую энергию на дозирующее устройство, чтобы выдать порцию аэрозольобразующего материала на атомайзер для выработки аэрозоля с целью его вдыхания. Следует понимать, что дозирующее устройство может быть выполнено с возможностью подачи одной капли или нескольких капель (двух или более), в ответ на каждую операцию или активацию электронной сигареты в зависимости от конкретной конструкции.
Как указано выше, электронная сигарета или другое устройство предоставления пара может быть единым устройством или может содержать два или более отдельных компонента, которые могут быть соединены для использования, обычно для того, чтобы предоставить пользователю возможность выбора и/или предоставить возможность замены быстро расходуемых частей вместе с повторным использованием частей более длительного срока использования. Например, от расходуемого компонента, который является картриджем или картомайзером и который содержит аэрозольобразующий материал основы, могут избавиться при исчерпании материала основы, и указанный расходуемый компонент может быть использован вместе с компонентом или устройством управления или питания, который содержит батарею и контроллер, которые приспособлены для длительного использования с множеством расходуемых компонентов. Части атомайзера, в том числе устройство выработки пара и любой элемент перемещения жидкости, такой как фитиль, могут быть выполнены за одно целое с резервуаром, содержащим аэрозольобразующий материала основы, чтобы была возможность их тиражирования. В других конструкциях одна или несколько частей атомайзера могут быть использованы повторно, так что при исчерпании материала основы необходимо заменить только резервуар.
В результате описанные выше разные варианты осуществления дозирования жидкости могут быть разными способами разнесены по компонентам, которые могут быть соединены при образовании полной системы предоставления пара.
Система предоставления пара может быть единым устройством и содержать резервуар уменьшаемого объема с устройством дозирования. От системы могут избавиться, когда резервуар пуст, или резервуар может быть выполнен с возможностью повторного наполнения.
Картридж, картомайзер или аналогичный компонент может быть выполнен с возможностью соединения с компонентом или устройством питания и/или управления, чтобы образовать систему предоставления пара, и он может содержать резервуар уменьшаемого объема с устройством дозирования. Картридж/картомайзер может быть расходуемым компонентом, от которого избавляются при исчерпании резервуара, или резервуар может быть выполнен с возможностью повторного наполнения один или несколько раз.
Картридж, картомайзер или аналогичный компонент может быть выполнен с возможностью соединения с компонентом или устройством питания и/или управления, чтобы реализовать систему предоставления пара, и он может содержать резервуар уменьшаемого объема. Устройство дозирования может содержаться в компоненте питания.
Резервуар уменьшаемого объема может быть сменным расходным элементом, а компонент, являющийся картриджем/картомайзером, или компонент питания/управления, или единая система предоставления пара может содержать дозирующее устройство, с которым может быть сцеплен резервуар для использования. Затем, резервуар может быть заменен в компоненте, являющемся картриджем/картомайзером, и дозирующее устройство может содержаться в компоненте питания/управления, при этом резервуар и дозирующее устройство сцепляются тогда, когда компонент, являющийся картриджем, и компонент питания соединены для использования.
Как отмечено выше, часть резервуара, являющаяся объемом хранения, может быть отделена и соединена с частью, являющейся выпускным объемом. Таким образом, в некоторых примерах объем хранения резервуара может быть сменным компонентом, а часть, являющаяся выпускным объемом, может образовывать часть обычного устройства в сборе с дозирующим устройством. Обычное устройство в сборе может быть расположено в компоненте, являющемся картриджем, или компоненте питания, при этом резервуар подлежит расположению в компоненте, являющемся картриджем.
На фиг. 8, 9 и 10 показаны некоторые из примеров конфигураций (изображены только относящиеся к делу части), в которых резервуар содержит сжимающийся мешок в качестве объема хранения (только в качестве примера; могут быть использованы и другие конфигурации резервуара). На фиг. 8 система предоставления пара содержит блок или устройство 20 питания с батареей 5 и контроллером 28, которое с возможностью отделения может быть соединено с компонентом 30 (или аналогичным), который является картомайзером или картриджем, и в котором расположен резервуар 3, состоящий из объема 16 хранения и трубки выпускного объема 18, к которой прилегает дозирующее устройство 24, и атомайзер, который, например, содержит фитиль 6 и нагреватель 4, который расположен так, чтобы принимать порции жидкости, выданные из выпускного клапана резервуара 3 благодаря действию дозирующего устройства 24.
На фиг. 9 показана система с аналогичным блоком 20 питания, который может быть соединен с компонентом 30, который является картомайзером и который содержит дозирующее устройство 24 и атомайзер 4, 6. Резервуар 3 уменьшаемого объема, который наполнен жидкостью и который образован объемом 16 хранения и выпускным объемом 18, может быть вставлен в компонент 30 для выравнивания выпускного объема с целью работы с дозирующим устройством 24, так что порции жидкости могут быть поданы на атомайзер 4, 6.
На фиг. 10 система содержит аналогичный блок 20 питания, который может быть соединен с компонентом 30, который является картомайзером. В этом примере компонент 30 содержит дозирующее устройство 24 и атомайзер 4, 6 вместе с выпускным объемом 18 для резервуара уменьшаемого объема. Выпускной объем 18 прилегает к дозирующему устройству, так что дозирующее устройство может работать с целью доставки жидкости на атомайзер 4, 6. Резервуар 3 уменьшаемого объема, который содержит наполненный жидкостью объем 16 хранения, может быть так размещен в компоненте 30, что объем хранения гидравлически сообщается с выпускным объемом 18 для образования завершенного резервуара 3 и предоставления жидкости для дозирования на атомайзер 4, 6.
В приведенных выше примерах систем предоставления пара по фиг. 8, 9 и 10 показано, что атомайзер 4, 6 расположен в компоненте 30, который является картомайзером. Тем не менее, эта конструкция не является обязательной и следует понимать, что атомайзер 4, 6 (который может содержать или не содержать фитиль или элемент перемещения жидкости) может быть расположен в блоке 20 так, чтобы гидравлически сообщаться с выпускным объемом 18, когда с ним соединен компонент 30. Кроме того, в некоторых конфигурациях выпускной объем 18 также может быть расположен в блоке 20 питания.
Любой из описанных выше типов резервуара может быть объединен с любым из описанных примеров выполнения дозирующего устройства, и другие конфигурации резервуара и дозирующего устройства, которые соответствуют формуле изобретения, также могут быть использованы вместе друг с другом или с любым из описанных примеров.
В качестве любого или обоих обратных клапанов (выпускного или дальнего клапана 20 и ближнего клапана 25, при его наличии) могут быть использованы разные типы клапанов одностороннего действия. Примерами являются мембранные предохранительные клапаны, клапаны с качающейся головкой, пластинчатые клапаны, клапаны с шариковой втулкой, зонтичные клапаны, диафрагменные клапаны, поворотные клапаны и наклонные клапаны. Тем не менее, не исключаются и другие типы клапанов. В конструкциях, подразумевающих наличие дальнего клапана и ближнего клапана, например, как показано на фиг. 5, два клапана могут быть клапанами одного типа или могут быть клапанами двух разных типов.
Описанные выше варианты осуществления изобретения следует понимать как наглядные примеры, и подразумеваются дополнительные варианты осуществления изобретения. Следует понимать, что любая особенность любого варианта осуществления изобретения может быть использована отдельно или в комбинации с другими особенностями, а также в комбинации с одной или несколькими особенностями любого другого варианта осуществления изобретения или с любым другим вариантом осуществления изобретения. Также могут быть использованы не описанные выше эквиваленты и модификации без выхода за пределы объема изобретения, определенного его формулой.