НАГРЕВАНИЕ КУРИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА
HEATING SMOKEABLE MATERIAL

Область техники
Изобретение относится к нагреванию курительного материала.
Уровень техники
В курительных изделиях, например, сигаретах и сигарах в процессе использования сжигают табак для создания табачного дыма. Предпринимались попытки создания альтернативы этим курительным изделиям в виде продуктов, выделяющих соединения без создания табачного дыма. Примерами таких продуктов могут служить так называемые продукты, нагреваемые без горения, которые выделяют соединения, не сжигая, а нагревая табак.
Изобретение направлено на создание усовершенствованного устройства для нагревания табака, и соответствующего способа.
Раскрытие изобретения
В соответствии с изобретением, предложено устройство, включающее нагреватель, выполненный с возможностью нагревания курительного материала для испарения по меньшей мере одного компонента курительного материала, при этом:
нагреватель содержит несколько нагревательных выступов, расположенных один за другим вдоль продольной оси нагревателя; и
выступы выполнены с возможностью нагревания курительного материала, находящегося между выступами.
Каждый нагревательный выступ может иметь главную нагревательную поверхность, обращенную к главной нагревательной поверхности по меньшей мере одного соседнего нагревательного выступа.
Главные нагревательные поверхности соседних нагревательных выступов могут быть в целом параллельны.
Между главными нагревательными поверхностями соседних нагревательных выступов имеется промежуток, в который может быть вставлен курительный материал для его нагревания выступами.
Каждый из нескольких нагревательных выступов может представлять собой нагревательную пластину.
Каждый из нескольких нагревательных выступов может проходить от продольной оси нагревателя, по существу перпендикулярно к ней.
Нагревательные выступы могут быть выполнены с возможностью нагревания курительного материала вплоть до температуры 250°С.
Устройство может быть выполнено с возможностью управления температурой каждого отдельного нагревательного выступа независимо от температуры других нагревательных выступов.
По меньшей мере один из нагревательных выступов может иметь тисненую наружную поверхность, выполненную с возможностью нагревания курительного материала.
Нагреватель может содержать удлиненный элемент, проходящий вдоль продольной оси нагревателя, и от которого выступают несколько нагревательных выступов.
Устройство может быть выполнено с возможностью последовательной во времени активизации нагревательных выступов.
Устройство может быть выполнено с возможностью активизации одного или более из нагревательных выступов, в ответ на сигнал о наличии газового потока в курительном материале.
Устройство может быть выполнено с возможностью активизации одного или более нагревательных выступов, в ответ на обнаружение затяжки в мундштуке.
Устройство может быть выполнено с возможностью нагревания курительного материала без его сжигания.
Устройство может также содержать курительный материал.
Курительный материал может включать несколько секций курительного материала, каждая из которых располагается между соседними нагревательными выступами.
Каждая из секций курительного материала может быть частью удлиненного массива курительного материала, расположенного вдоль продольной оси нагревателя.
В соответствии с изобретением, предложен нагреватель, включающий несколько нагревательных выступов, выполненных с возможностью нагревания курительного материала, находящегося между выступами, для испарения по меньшей мере одного компонента курительного материала, при этом нагревательные выступы расположены друг за другом вдоль продольной оси нагревателя.
В соответствии с изобретением, может быть использован удлиненный картридж курительного материала, имеющий несколько секций курительного материала, расположенных одна за другой вдоль продольной оси картриджа, при этом каждая секция курительного материала по меньшей мере частично отделена от соседних секций курительного материала так, что каждая секция может быть вставлена между двумя расположенными друг против друга зонами нагрева, разделенными промежутком.
Согласно особенности изобретения, предложено устройство, выполненное с возможностью нагревания курительного материала для испарения по меньшей мере одного компонента курительного материала, содержащее инфракрасный нагреватель.
Инфракрасный нагреватель может представлять собой галогенный инфракрасный нагреватель.
Далее, для иллюстрации изобретения, приводятся варианты его выполнения со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
Краткое описание чертежей
на фиг. 1 представлен в перспективе с частичным вырезом вид устройства, выполненного с возможностью нагревания курительного материала для высвобождения ароматических соединений и (или) никотина из курительного материала;
на фиг. 2 представлен в перспективе с частичным вырезом вид устройства, выполненного с возможностью нагревания курительного материала, в котором курительный материал помещен вокруг удлиненного керамического нагревателя, разделенного на радиальные нагревательные секции;
на фиг. 3 представлено в разобранном виде устройство, выполненное с возможностью нагревания курительного материала, в котором курительный материал размещен вокруг удлиненного керамического нагревателя, разделенного на радиальные нагревательные секции;
на фиг. 4 представлен в перспективе с частичным разрезом вид устройства, выполненного с возможностью нагревания курительного материала, в котором курительный материал размещен вокруг удлиненного инфракрасного нагревателя;
на фиг. 5 представлено в разобранном виде устройство, выполненное с возможностью нагревания курительного материала, в котором курительный материал размещен вокруг удлиненного инфракрасного нагревателя;
на фиг. 6 схематически показана часть устройства, выполненного с возможностью нагревания курительного материала, в котором курительный материал размещен вокруг нескольких продольных удлиненных нагревательных секций, расположенных с интервалом вокруг центральной продольной оси;
на фиг. 7 представлен в перспективе вид части устройства, выполненного с возможностью нагревания курительного материала, в котором области курительного материала располагаются между парами вертикально расположенных нагревательных пластин;
на фиг. 8 представлено в перспективе устройство, показанное на фиг. 7, с дополнительно показанным внешним корпусом;
на фиг. 9 представлена в разобранном виде часть устройства, выполненного с возможностью нагревания курительного материала, в котором области курительного материала располагаются между парами вертикально расположенных нагревательных пластин;
на фиг. 10 представлена блок-схема способа активизации зон нагрева и открывания и закрывания клапанов камеры нагрева во время затяжки;
на фиг. 11 схематически показан газовый поток через устройство, выполненное с возможностью нагревания курительного материала;
на фиг. 12 графически иллюстрируется зависимость нагрева, которая может быть использована для нагревания курительного материала с использованием нагревателя;
на фиг. 13 схематически показан уплотнитель курительного материала, выполненный с возможностью уплотнения курительного материала при нагревании;
на фиг. 14 схематически показан разрыхлитель курительного материала, выполненный с возможностью разрыхления курительного материала при нагревании;
на фиг. 15 представлена блок-схема способа уплотнения курительного материала во время нагревания, и разрыхления курительного материала для затяжки;
на фиг. 16 схематически представлен вид сечения секции вакуумной изоляции, выполненной с возможностью изолирования нагретого курительного материала от потерь тепла;
на фиг. 17 схематически представлен другой вид сечения секции вакуумной изоляции, выполненной с возможностью изолирования нагретого курительного материала от потерь тепла;
на фиг. 18 схематически представлен вид сечения теплового мостика с низкой теплопроводностью, создающего непрямой путь от высокотемпературной изолирующей стенки к низкотемпературной изолирующей стенке;
на фиг. 19 схематически представлен вид сечения тепловой защиты и теплопрозрачного окна, которое может передвигаться относительно массива курительного материала для выборочной передачи через окно тепловой энергии в различные секции курительного материала; и
на фиг. 20 схематически представлен вид сечения части устройства, выполненного с возможностью нагревания курительного материала, в котором камера нагрева может герметично закрываться запорными клапанами.
Подробное описание осуществления изобретения
В данном описании, термин "курительный материал" включает любой материал, выделяющий летучие компоненты при нагревании, и любой содержащий табак материал, и может, например, включать один или более материал из группы, включающей табак, производные табака, разрыхленный табак, восстановленный табак или заменители табака.
Устройство 1 для нагревания курительного материала включает источник 2 энергии, нагреватель 3 и камеру 4 нагрева. Источник 2 энергии может содержать батарею, например Li-ионную батарею, никелевую батарею, щелочную батарею и (или) др., и электрически соединен с нагревателем 3 для подачи на нагреватель 3 электрической энергии, когда это требуется. Камера 4 нагрева выполнена с возможностью помещения в нее курительного материала 5 так, чтобы курительный материал 5 мог быть нагрет в камере 4 нагрева. Например, камера 4 нагрева может быть расположена, примыкая к нагревателю 3 так, что тепловая энергия от нагревателя 3 нагревает находящейся в ней курительный материал 5 для испарения ароматических соединений и никотина в курительном материале 5 без горения курительного материала 5. Для того чтобы дать возможность пользователю устройства 1 вдыхать испарившиеся компоненты при использовании устройства 1, имеется мундштук 6. Курительный материал 5 может содержать табачную смесь.
Как показано на фиг. 1, нагреватель 3 может включать удлиненный нагреватель 3 в целом цилиндрической формы, а камера 4 нагрева расположена вокруг внешней продольной поверхности нагревателя 3. Камера 4 нагрева и курительный материал 5, таким образом, включают коаксиальные слои вокруг нагревателя 3. Однако, как будет понятно из дальнейшего рассмотрения, в альтернативных вариантах возможно использование нагревателя 3 и камеры 4 нагрева других форм и конфигураций.
Компоненты устройства 1, например, источник 2 энергии и нагреватель 3, помещены в корпусе 7. Как показано на фиг. 1, корпус 7 может включать примерно цилиндрическую трубку с источником 2 энергии, расположенным у ее первого конца 8, и нагреватель 3 и камеру 4 нагрева, расположенные у ее противоположного, второго конца 9. Источник 2 энергии и нагреватель 3 проходят вдоль продольной оси корпуса 7. Например, как показано на фиг. 1, источник 2 энергии и нагреватель 3 могут быть установлены по центральной продольной оси корпуса 7, располагаясь вплотную друг за другом так, что торцевая поверхность источника 2 энергии обращена к торцевой поверхности нагревателя 3. Длина корпуса 7 может составлять примерно 130 мм, длина источника энергии может составлять примерно 59 мм, а длина нагревателя 3 и камеры 4 нагрева может быть примерно 50 мм. Диаметр корпуса 7 может быть примерно от 15 до 18 мм. Например, диаметр первого конца 8 корпуса может составлять 18 мм, в то время как диаметр мундштука 6 на втором конце 9 корпуса может быть 15 мм. Диаметр нагревателя 3 может составлять примерно от 2,0 до 6,0 мм. Диаметр нагревателя 3 может составлять, например от 4,0 до 4,5 мм или примерно от 2,0 до 3,0 мм. В других случаях могут использоваться нагреватели с диаметром за пределами этих интервалов. Глубина камеры 4 нагрева может составлять примерно 5 мм, а наружный диаметр камеры 4 нагрева может составлять примерно 10 мм по наружной поверхности. Диаметр источника 2 энергии может составлять примерно от 14,0 до 15,0 мм, например, 14,6 мм.
Между источником 2 энергии и нагревателем 3 может находиться тепловая изоляция для предотвращения прямой передачи тепла между ними. Мундштук 6 может быть расположен на втором конце 9 корпуса 7, вблизи камеры 4 нагрева и курительного материала 5. Кожух 7 приспособлен для его захвата пользователем при использовании устройства 1 так, что пользователь может вдыхать через мундштук 6 устройства 1 испарившиеся компоненты курительного материала.
Как показано на фиг. 2 и 3, нагреватель 3 может включать керамический нагреватель 3. Керамический нагреватель 3 может, например, содержать керамическое основание из окиси алюминия и (или) нитрида кремния, покрытое тонкими металлическими листами и спеченное. В альтернативном варианте, как показано на фиг. 4 и 5, нагреватель 3 может содержать инфракрасный (ИК) нагреватель 3, например, галогеновую ИК лампу 3. ИК нагреватель 3 имеет малую массу и при его использовании можно сократить общую массу устройства 1. Например, масса ИК нагревателя может быть на 20-30% ниже массы керамического нагревателя 3, имеющего такую же мощность нагрева. ИК нагреватель 3 также имеет низкую тепловую инерцию и поэтому способен очень быстро нагревать курительный материал 5 в ответ на управляющее воздействие. ИК нагреватель 3 может быть выполнен с возможностью испускания ИК электромагнитного излучения на длине волны в интервале примерно от 700 нм до 4,5 мкм.
Как отмечалось выше и как показано на фиг. 1, нагреватель 3 может быть расположен в центральной области корпуса 7, а камера 4 нагрева и курительный материал 5 могут быть размещены вокруг продольной поверхности нагревателя 3. При таком расположении, тепловая энергия, излучаемая нагревателем 3, распространяется в радиальном направлении наружу от продольной поверхности нагревателя 3 в камеру 4 нагрева и курительный материал 5.
Нагреватель 3 может, в варианте выполнения, содержать несколько отдельных зон 10 нагрева. Зоны 10 нагрева могут приводиться в действие независимо друг от друга так, чтобы разные зоны 10 могли быть активизированы в разное время для нагревания курительного материала 5. Расположение зон 10 нагрева в нагревателе 3 может иметь любую геометрию. Однако в приведенных на чертежах примерах, зоны 10 нагрева расположены в нагревателе 3 так, чтобы разные зоны 10 нагрева преимущественно и независимо нагревали разные секции курительного материала 5.
Например, как показано на фиг. 2, нагреватель 3 может содержать несколько соосных зон 10 нагрева. Зоны 10 каждая могут содержать отдельный элемент нагревателя 3. Зоны 10 нагрева могут быть, например, все соосны друг с другом и с продольной осью нагревателя 3, создавая тем самым несколько независимых зон нагрева по длине нагревателя 3. Каждая зона 10 нагрева может содержать нагревательный цилиндр 10, имеющий конечную длину, значительно меньшую длины нагревателя 3 в целом. Расположение и свойства цилиндров 10 рассмотрены ниже на примере нагревательных дисков, где глубина каждого диска эквивалентна длине цилиндра. Нагревательные диски 10 расположены так, что их радиально расходящиеся поверхности обращены друг к другу вдоль длины нагревателя. Радиально расходящиеся поверхности каждого диска 10 могут соприкасаться с радиально расходящимися поверхностями соседних дисков 10. В альтернативном варианте, между радиально расходящимися поверхностями дисков 10 может находиться теплоизолирующий или теплоотражающий слой так, чтобы тепловая энергия, излучаемая каждым из дисков 10, не вызывала существенного нагрева соседних дисков 10, а вместо этого распространялась преимущественно наружу от круговой поверхности диска 10 в камеру 4 нагрева и курительный материал 5. Каждый диск 10 может иметь в основном те же размеры, что и другие диски 10.
При этом, когда производится активизация конкретной зоны 10 нагрева, она передает тепловую энергию курительному материалу 5, расположенному по радиусу вокруг зоны 10 нагрева, не нагревая заметно остальной курительный материал 5. Например, как показано на фиг. 2, зона нагрева курительного материала 5 может содержать кольцо курительного материала 5, расположенного вокруг нагревательного диска 10, который был активизирован. Курительный материал 5 может, таким образом, нагреваться независимыми секциями, например, кольцами, при этом каждая секция соответствует курительному материалу 5, расположенному непосредственно вокруг конкретной зоны 10 нагрева, и имеющему массу и объем значительно меньше, чем у массива курительного материала в целом.
Дополнительно или в качестве альтернативы, как показано на фиг. 6, нагреватель 3 может содержать несколько удлиненных продольно проходящих зон 10, расположенных в разных местах вокруг центральной продольной оси нагревателя 3. Хотя на фиг. 6 продольно проходящие зоны 10 нагрева показаны разной длины, эти зоны могут иметь в целом одинаковую длину так, что каждая из них проходит по существу по всей длине нагревателя 3. Каждая зона 10 нагрева может содержать, например, индивидуальный ИК нагревательный элемент 10, например, ИК нить 10 накаливания. В варианте выполнения, вдоль центральной продольной оси нагревателя 3 может быть расположен массив теплоизоляционного или теплоотражающего материала с тем, чтобы тепловая энергия, излучаемая каждой зоной 10 нагрева, распространялась преимущественно наружу от нагревателя 3 в камеру 4 нагрева и нагревала курительный материал 5. Расстояние между центральной продольной осью нагревателя 3 и каждой из зон 10 нагрева может быть примерно одинаковым. При желании, зоны 10 нагрева могут быть заключены в трубку, прозрачную для ИК и (или) теплового излучения, либо иной кожух, образующий продольную поверхность нагревателя 3. Положение зон 10 нагрева относительно других зон 10 нагрева внутри трубки может быть зафиксировано.
Таким образом, при активизации конкретной зоны 10 нагрева она передает тепловую энергию курительному материалу 5, прилегающему к этой зоне 10 нагрева, не нагревая заметно остальной курительный материал 5. Нагретая секция курительного материала 5 может включать продольную секцию курительного материала 5, расположенную параллельно и непосредственно прилегающую к продольной зоне 10 нагрева. Таким образом, также как и в предыдущем примере, курительный материал 5 может быть нагрет независимыми секциями.
Как будет более подробно описано выше, зоны 10 нагрева каждая могут быть по отдельности и выборочно активизированы.
Курительный материал 5 может помещаться в картридже 11, который может быть вставлен в камеру 4 нагрева. Например, как показано на фиг. 1, картридж 11 может включать трубку 11 курительного материала, которая может быть вставлена вокруг нагревателя 3 так, что внутренняя поверхность трубки 11 курительного материала обращена к продольной поверхности нагревателя 3. Трубка 11 курительного материала может быть полой. Диаметр полой центральной части трубки 11 может, по существу, быть равен диаметру нагревателя 3 или несколько больше его, поэтому трубка 11 плотно облегает нагреватель 3. Длина картриджа 11 может быть примерно равна длине нагревателя 3, поэтому нагреватель 3 может нагревать картридж по всей его длине.
Корпус 7 устройства 1 может иметь отверстие, через которое картридж 11 может быть вставлен в камеру 4 нагрева. Отверстие может, например, включать кольцеобразное отверстие, расположенное на втором конце 9 корпуса так, что картридж 11 может быть вставлен в отверстие и вдвинут непосредственно в камеру 4 нагрева. При использовании устройства 1 для нагревания курительного материала отверстие, предпочтительно, закрыто. В альтернативном варианте, секция корпуса 7 на втором конце 9 может отделяться от устройства 1 так, что курительный материал 5 может быть вставлен на камеру 4 нагрева. В качестве примера можно привести изображение на фиг. 9. Устройство 1 может быть, при необходимости, снабжено выталкивателем курительного материала, управляемого пользователем, например, внутренним механизмом, выполненным с возможностью сдвигать использованный курительный материал 5 с нагревателя 3 и (или) отодвигать от него. Использованный курительный материал 5 может быть, например, сдвинут назад через отверстие в корпусе 7. Затем, при необходимости, может быть вставлен новый картридж 11.
В альтернативном варианте конструкции нагревателя 3, он включает спиральный нагреватель 3. Нагреватель 3 спиральной формы может быть выполнен с возможностью ввинчивания в картридж 11 курительного материала и может включать прилегающие друг к другу, расположенные соосно зоны 10 нагрева, для обеспечения по существу того же порядка работы, что был описан ранее для линейного удлиненного нагревателя 3.
В альтернативном варианте конструкции нагревателя 3 и камеры 4 нагрева, нагреватель 3 содержит в целом удлиненную трубку, которая может иметь цилиндрическую форму, а камера 4 нагрева расположена внутри трубки 3, а не снаружи нагревателя. Нагреватель 3 может содержать несколько установленных вдоль оси нагревательных секций, каждая из которых может включать нагревательное кольцо, выполненное с возможностью нагревания курительного материала 5, расположенного радиально внутри кольца. При этом нагреватель 3 выполнен с возможностью независимого нагревания отдельных секций курительного материала 5 в камере 4 нагрева, по аналогии с нагревателем 3, описанном выше применительно к фиг. 2. Тепло направлено радиально внутрь к курительному материалу 5, а не наружу, как это было описано ранее.
Кроме того, как показано на фиг. 7, 8 и 9, могут быть использованы нагреватели 3 и курительный материал 5 другой геометрической формы. В частности нагреватель 3 может включать несколько зон 10 нагрева, простирающихся непосредственно внутрь удлиненной камеры 4 нагрева, которая разделяется на секции зонами 10 нагрева. В процессе использования, зоны 10 нагрева проходят прямо внутрь удлиненного картриджа 11 курительного материала или достаточно плотного массива курительного материала 5. Тем самым, курительный материал 5 в камере 4 нагрева разделен на отдельные секции, отделяемые друг от друга разнесенными зонами 10 нагрева. Нагреватель 3, камера 4 нагрева и курительный материал 5 все вместе могут проходить вдоль центральной продольной оси корпуса 7. Как показано на фиг. 7 и 9, каждая зона 10 нагрева может включать выступ 10, например, вертикально расположенную нагревательную пластину 10, проходящую в массив курительного материала 5. Выступы 10 рассматриваются ниже в связи с нагревательными пластинами 10. Главная плоскость нагревательных пластин 10 может быть по существу перпендикулярна главной продольной оси массива курительного материала 5 и камеры 4 нагрева и (или) корпуса 7. Нагревательные пластины 10 могут быть параллельны друг другу, как это показано на фиг. 7 и 9. Каждая секция курительного материала 5 заключена между главными нагревательными поверхностями пары нагревательных пластин 10, расположенных по обе стороны секции курительного материала, при этом активизация одной или обеих нагревательных пластин 10 вызовет передачу тепловой энергии непосредственно в курительный материал 5. Нагревательные поверхности могут иметь тиснение для увеличения площади поверхности нагревательной пластины 10, соприкасающейся с курительным материалом 5. В варианте выполнения, каждая нагревательная пластина 10 может иметь теплоотражающий слой, разделяющий пластину 10 на две половины вдоль ее главной плоскости. Каждая половина пластины 10 может, таким образом, образовывать отдельную зону 10 нагрева, и может быть независимо активизирована для нагревания только секции курительного материала 5, лежащей непосредственно против половины пластины 10, вместо курительного материала 5 по обеим сторонам пластины 10. Могут быть активизированы соседние пластины 10, либо их обращенные друг к другу части, для нагревания секции курительного материала 5, которая расположена между соседними пластинами, находящимися с противоположных сторон секции курительного материала 5.
Удлиненный картридж курительного материала, или тело 11, может быть вставлен между камерой 4 нагрева и нагревательными пластинами 10 и извлечен оттуда при удалении секции корпуса 7 на втором конце 9 корпуса, как это было описано выше. Зоны 10 нагрева могут индивидуально и выборочно активизироваться для нагревания, по необходимости, разных секций курительного материала 5.
Таким образом, когда активизируется конкретная зона 10 нагрева или пара зон, происходит передача тепловой энергии курительному материалу 5, непосредственно прилегающему к зоне (-ам) 10 нагрева, без существенного нагрева остальной части курительного материала 5. Нагретая часть курительного материала 5 может содержать радиально расположенную секцию курительного материала 5, находящуюся между зонами 10 нагрева, как это показано на фиг. 7-9.
Устройство 1 может включать контроллер 12, например, микроконтроллер 12, выполненный с возможностью управления работой устройства 1. Контроллер 12 имеет электрическое соединение с другими компонентами устройства 1, например, источником 2 энергии и нагревателем 3, благодаря чему он может управлять их работой, посылая и принимая сигналы. Контроллер 12, в частности, выполнен с возможностью управления активизацией нагревателя 3 для нагревания курительного материала 5. Например, контроллер 12 может быть выполнен с возможностью активизации нагревателя 3, при этом может выполняться выборочная активизация одной или более зон 10 нагрева, в ответ на затяжку пользователем через мундштук 6 устройства 1. Для этого, контроллер 12 может быть связан с датчиком 13 затяжки посредством подходящего соединителя связи. Датчик 13 затяжки выполнен с возможностью обнаружения факта затяжки через мундштук 6 и, в ответ, отправки контроллеру 12 сигнала, свидетельствующего о затяжке. Может быть использован электронный сигнал. Контроллер 12 может реагировать на сигнал от датчика 13 затяжки активизацией нагревателя 3 и, тем самым, нагревом курительного материала 5. Использование датчика 13 затяжки для активизации нагревателя 3 не является, однако, существенным, и в альтернативном варианте могут использоваться другие средства для создания управляющего воздействия для активизации нагревателя 3. Испарившиеся соединения, выделившиеся во время нагревания, могут затем вдыхаться пользователем через мундштук 6. Контроллер 12 может быть расположен в любом месте внутри корпуса 7. Например, контроллер может располагаться между источником 2 энергии и нагревателем 3/камерой 4 нагрева, как это показано на фиг. 3.
Если нагреватель 3 содержит две или более зоны 10 нагрева, как было показано выше, контроллер 12 может быть выполнен с возможностью активизации зон 10 нагрева в заранее установленном порядке или последовательности. Например, контроллер 12 может быть выполнен с возможностью активизации зон 10 нагрева последовательно вдоль или вокруг камеры 4 нагрева. Каждая активизация зоны 10 нагрева может выполняться в ответ на обнаружение затяжки датчиком 13 затяжки, либо может быть запущена другим способом, как это описано ниже.
Согласно диаграмме на фиг. 10, частный вариант способа нагрева может включать первый шаг S1, при выполнении которого обнаруживается первая затяжка, за которым следует второй шаг S2, при выполнении которого в ответ на первую затяжку нагревают первую секцию курительного материала 5. На третьем шаге S3 могут открыть герметично закрываемые впускной и выпускной клапаны 24 для прохождения воздуха через камеру 4 нагрева и выхода его из устройства 1 через мундштук 6. На четвертом шаге закрывают клапаны 24. Эти клапаны 24 более подробно описаны ниже со ссылкой на фиг. 20. На пятом S5, шестом S6, седьмом S7 и восьмом S8 шагах могут нагревать вторую секцию курительного материала 5, в ответ на вторую затяжку, с соответствующим открыванием и закрыванием впускного и выпускного клапанов 24 камеры нагрева. На девятом S9, десятом S10, одиннадцатом S11 и двенадцатом S12 шагах могут нагревать третью секцию курительного материала 5, в ответ на третью затяжку, с соответствующим открыванием и закрыванием впускного и выпускного клапанов 24 камеры нагрева, и так далее. В других вариантах могут быть использованы другие средства; нежели датчик 13 затяжки. Например, пользователь устройства 1 может активизировать управляющий выключатель в качестве индикации того, что он (она) делает новую затяжку. При этом может нагреваться новая секция курительного материала для испарения никотина и ароматических соединений для каждой новой затяжки. Число зон 10 затяжки и (или) независимо нагреваемых секций курительного материала может соответствовать количеству затяжек, на которое рассчитан картридж 11. В другом варианте, каждая независимо нагреваемая секция курительного материала 5 может нагреваться соответствующей ей зоной (-ами) 10 нагрева при нескольких затяжках, например, двух, трех или четырех затяжках, поэтому новая секция курительного материала 5 нагревается только после того, как было сделано несколько затяжек с нагреванием предыдущей секции курительного материала.
Вместо активизации каждой зоны 10 нагрева в ответ на отдельную затяжку, зоны 10 нагрева могут быть активизированы последовательно, одна за другой, в ответ на единственную, первоначальную затяжку в мундштук 6. Например, зоны 10 нагрева могут быть активизированы через регулярные, заранее установленные интервалы в течение предполагаемого периода затяжек для данного картриджа 11 курительного материала. Период затяжек может, например, составлять примерно от одной до четырех минут. Поэтому, по меньшей мере пятый и девятый шаги S5, S9, показанные на фиг. 10, могут быть не обязательными. Каждая зона 10 нагрева может быть активизирована на заранее заданный период времени, соответствующий продолжительности одной или нескольких затяжек, в течение которого предполагается нагревание соответствующей независимо нагреваемой секции 5 курительного материала. Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью индикации пользователю, что требуется замена картриджа 11, как только для конкретного картриджа 11 все зоны 10 нагрева были активизированы. Контроллер 12 может, например, активизировать световую индикацию на внешней поверхности корпуса 7.
Следует иметь в виду, что активизация отдельных зон 10, вместо активизации всего нагревателя 3, означает уменьшение количества энергии, необходимой для нагревания курительного материала 5, по сравнению с тем, что потребовалось бы для активизации нагревателя 3 в течение всего периода затяжек картриджа 11. Поэтому также снижается и максимальная требуемая выходная мощность источника 2 энергии. Это означает, что устанавливаемый в устройство 1 источник энергии 2 может быть меньше и легче.
Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью отключения нагревателя 3 для снижения мощности, подводимой к нагревателю 3 между затяжками. Этим экономится энергия и продлевается срок службы источника 2 энергии. Например, при включении устройства 1 пользователем или в ответ на какое-либо иное управляющее воздействие, например, сигнал, что пользователь взял в рот мундштук 6, контроллер 12 может дать команду нагревателю 3 или следующей зоне 10 нагрева, которая должна быть использована для нагревания курительного материала, на частичную активизацию с тем, чтобы произвести нагрев для подготовки испарения компонентов курительного материала 5. Частичная активизация не нагревает курительный материал 5 до температуры, достаточной для испарения никотина. Подходящей температурой будет температура ниже 120°С, например, 100°С или ниже. В качестве примера, может быть использована температура от 60°С до 100°С, например от 80°С до 100°С. Температура может быть ниже 100°С. В ответ на обнаружение затяжки датчиком 13 затяжки, котроллер 12 может дать нагревателю 3 или соответствующей зоне 10 нагрева команду на дальнейшее нагревание курительного материала 5 для быстрого испарения никотина и других ароматических соединений для их вдыхания пользователем. Если курительный материал 5 содержит табак, то подходящей температурой для испарения никотина и других ароматических соединений может быть 100°С и выше, например, 120°С или выше. Например, это может быть температура от 100°С до 250°С, например, от 150°С до 250°С или от 130°С до 180°С. Температура может составлять более 100°С. Примером температуры полной активизации может служить 150°С, хотя также возможно использование и другой температуры, например, 250°С. Для создания пикового тока для разогрева курительного материала 5 до температуры испарения может, при желании быть использован суперконденсатор. Пример подходящего профиля нагрева показан на фиг. 12, где максимальные значения могут соответствовать полной активизации различных зон 10 нагрева. Видно, что курительный материал 5 поддерживается при температуре испарения примерно в течение периода затяжки, который в данном примере равен две секунды.
Ниже приводится описание трех режимов работы нагревателя 3.
В первом режиме работы, во время полной активизации конкретной зоны 10 нагрева, все остальные зоны 10 нагрева нагревателя отключены. Поэтому, когда активизируется новая зона 10 нагрева, предыдущая зона нагрева отключается. Мощность подводится только к активизированной зоне 10.
В другом варианте, во втором режиме работы, во время полной активизации конкретной зоны 10 нагрева, могут быть частично активизированы одна или более других зон 10 нагрева. Частичная активизация одной или более других зон 10 нагрева может включать нагревание другой зоны (зон) 10 нагрева до температуры, достаточной для предотвращения конденсации компонентов, например никотина, испарившегося из курительного материала 5, в камере 4 нагрева. Температура зон 10 нагрева, подвергшихся частичной активизации, меньше температуры зоны 10 нагрева при ее полной активизации. Курительный материал 5, расположенный рядом с частично активизированными зонами 10, не нагревается до температуры, достаточной для испарения компонентов курительного материала 5.
В другом варианте, в третьем режиме работы, после того, как некоторая зона 10 нагрева была активизирована, она остается полностью активизированной, пока нагреватель 3 не будет выключен. Поэтому, подводимая к нагревателю 3 мощность ступенчато нарастает по мере того, как все больше зон 10 нагрева активизируется во время затяжек из картриджа 11. Так же как и в описанном выше втором режиме работы, непрерывная активизация зон 10 нагрева существенно предотвращает конденсацию компонентов, например, никотина, испарившихся из курительного материала 5 в камере 4 нагрева.
Устройство 1 может содержать тепловую защиту 3а, расположенную между нагревателем 3 и камерой 4 нагрева/курительным материалом 5. Тепловая защита 3а выполнена с возможностью предотвращения прохождения тепловой энергии через тепловую защиту 3а и, поэтому, может быть использована для выборочного предотвращении нагрева курительного материала 5, даже когда нагреватель 3 активирован и излучает тепловую энергию. Как показано на фиг. 19, тепловая защита 3 может, например, содержать цилиндрический слой теплоотражающего материала, расположенного коаксиально вокруг нагревателя 3. В альтернативном варианте, если нагреватель 3 расположен вокруг камеры 4 нагрева и курительного материал 5, как было описано ранее, тепловая защита 3а может содержать цилиндрический слой теплоотражающего материала, расположенный коаксиально вокруг камеры 4 нагрева и коаксиально внутри нагревателя 3. Тепловая защита 3а может дополнительно, или в альтернативном варианте, содержать теплоизолирующий слой, выполненный с возможностью изолирования нагревателя 3 от курительного материала. Тепловая защита 3а содержит теплопрозрачное окно 3b, пропускающее тепловую энергию в камеру 4 нагрева и курительный материал 5. Поэтому нагревается секция курительного материала 5, которая совмещена с окном 3b, в то время как остальная часть курительного материала 5 не нагревается. Тепловая защита 3а и окно 3b могут поворачиваться или перемещаться другим способом относительно курительного материала 5 так, чтобы выборочно могли быть подвергнуты индивидуальному нагреву различные секции курительного материала 5, посредством вращения или смещения тепловой защиты 3а и окна 3b. Полученный результат аналогичен тому, что получается при выборочной и индивидуальной активизации зон 10 нагрева, описанной выше. Например, тепловая защита 3а и окно 3b могут дискретно поворачиваться или иначе перемещаться в ответ на сигнал от датчика 13 затяжки. В альтернативном варианте или дополнительно, тепловая защита 3а и окно 3b могут дискретно поворачиваться или перемещаться иным способом при завершении заранее установленного периода нагрева. Перемещение или поворот тепловой защиты 3а и окна 3b могут управляться электронными сигналами от контроллера 12. Относительный поворот или иное смещение тепловой защиты 3а / окна 3b и курительного материала 5 могут выполняться шаговым двигателем 3с под управлением контроллера 12, как показано на фиг. 19. В другом варианте, тепловая защита 3а и окно 3b могут поворачиваться вручную пользователем, использующим, например, приводной механизм на корпусе 7. Тепловая защита 3а не обязательно должна иметь цилиндрическую форму, при желании она может включать один или более соответственно расположенных продольно проходящих элементов и (или) пластин.
Следует иметь в виду, что аналогичный результат может быть получен поворотом или перемещением курительного материала 5 относительно нагревателя, тепловой защиты 3а и окна 3b. В этом случае, может быть использовано приведенное выше описание, относящиеся к перемещению тепловой защиты 3а, вместо движения камеры 4 нагрева относительно тепловой защиты 3а.
Тепловая защита 3а может содержать покрытие на продольной поверхности нагревателя 3. В этом случае, остается непокрытой площадь поверхности нагревателя для формирования теплопрозрачного окна 3b. Нагреватель 3 может быть повернут или смещен другим способом, например, под управлением контроллера 12, или органами управления пользователя, для нагревания различных секций курительного материала 5. В альтернативном варианте, тепловая защита 3а и окно 3b могут содержать отдельный экран 3а, который может поворачиваться или перемещаться другим способом относительно как нагревателя 3, так и курительного материала 5, под управлением контроллера 12 или при использовании других органов управления пользователя.
Как показано на фиг. 6, устройство 1 может иметь впускные отверстия 14 для воздуха, которые позволяют втягивать наружный воздух в корпус 7 и через нагретый курительный материал 5 во время затяжки. Впускные отверстия 14 для воздуха могут иметь отверстия 14 в корпусе, и могут быть расположены вверх по потоку от курительного материала 5 и камеры 4 нагрева у первого конца 8 корпуса 7, как показано на фиг. 1. Другой пример представлен на фиг. 11. Воздух, втягиваемый сквозь впускные отверстия 14, проходит через нагретый курительный материал 5 и здесь обогащается парами курительного материала, например парами аромата, после чего вдыхается пользователем через мундштук 6. При желании, как показано на фиг. 11, устройство 1 может иметь теплообменник 15, выполненный с возможностью согревания воздуха перед тем, как он попадет в курительный материал 5 и (или) охлаждения воздуха перед тем, как он будет втянут через мундштук 6. Например, теплообменник 15 может быть выполнен с возможностью использования тепла, извлеченного из воздуха, входящего в мундштук 6, для согревания нового воздуха, перед тем, как он попадет в курительный материал 5.
Устройство 1 может содержать уплотнитель 16 курительного материала, позволяющий сжимать курительный материал 5 при активизации уплотнителя 16. Устройство 1 также может содержать разрыхлитель 17 курительного материала, позволяющий разрыхлять курительный материал 5 при активизации разрыхлителя 17. Уплотнитель 16 и разрыхлитель 17, на практике могут быть выполнены в виде единого узла, как будет показано ниже. Уплотнитель 16 и разрыхлитель 17 курительного материала могут, при необходимости, работать под управлением контроллера 12. В этом случае контроллер 12 выполнен с возможностью отправки сигнала, например, электрического сигнала, к уплотнителю 16 или разрыхлителю 17, под действием которого уплотнитель 16 или разрыхлитель 17, соответственно, уплотняют или разрыхляют курительный материал 5. В другом варианте, уплотнитель 16 или разрыхлитель 17 могут приводиться в действие пользователем устройства 1 с использованием ручного управления корпуса 7 для уплотнения или разрыхления курительного материала 5, при необходимости.
Главной задачей уплотнителя 16 является сжатие курительного материала 5 и, тем самым, увеличение его плотности во время нагревания. При уплотнении курительного материала увеличивается теплопроводность массива курительного материала 5, что обеспечивает ускоренный прогрев и последующее быстрое испарение никотина и других ароматических соединений. Благодаря этому, никотин и ароматические соединения могут без существенной задержки вдыхаться пользователем в ответ на обнаружение затяжки. Поэтому контроллер 12 может активизировать уплотнитель 16 для выполнения сжатия курительного материала 5 в течение заданного времени нагрева, например, на одну секунду, при обнаружении затяжки. Уплотнитель 16 может быть выполнен с возможностью снижения степени уплотнения курительного материала 5, например, под управлением контроллера 12, после заранее установленного периода нагрева. В альтернативном варианте, уплотнение может быть ослаблено или автоматически остановлено в ответ на достижение курительным материалом 5 заданной пороговой температуры. Подходящей пороговой температурой может быть температура в интервале примерно от 100°С до 250°С, например, от 100°С до 220°С, от 150°С до 250°С, от 100°С до 200°С, или от 130°С до 180°С. Пороговая температура может превышать 100°С, например, более 120°С, и может выбираться пользователем. Может использоваться датчик температуры для определения температуры курительного материала 5.
Главной задачей разрыхлителя 17 является разрыхление курительного материала 5 и, тем самым, снижение его плотности при затяжке. Когда производится разрыхление курительного материала 5, его расположение в камере 4 нагрева становится менее плотным, что способствует прохождению через курительный материал 5 газового потока, например, воздуха от впускных отверстий 14. При этом улучшается способность воздуха переносить испарившийся никотин и ароматические соединения к мундштуку 6 для их вдыхания. Контроллер 12 может активизировать разрыхлитель 17 для расширения курительного материала 5 сразу же после периода уплотнения, описанного выше, так, что воздух может втягиваться более свободно через курительный материал 5. Активизация расширителя 17 может сопровождаться различимым звуком или другим признаком, показывающим пользователю, что курительный материал 5 был нагрет, и может быть выполнена затяжка.
Как показано на фиг. 13 и 14, уплотнитель 16 и разрыхлитель 17 могут содержать подпружиненный направляющий стержень, выполненный с возможностью сжатия курительного материала 5 в камере 4 нагрева, когда освобождается сжатая пружина. Схематически это показано на фиг. 13 и 14, хотя надо иметь в виду, что возможны и другие варианты выполнения. Например, уплотнитель 16 может содержать кольцо, толщина которого примерно равна толщине описанной выше камеры 4 нагрева трубчатой формы, которое вдавливается пружиной или другими средствами в камеру 4 нагрева для уплотнения курительного материала 5. В альтернативном варианте, уплотнитель 16 может быть частью нагревателя 3, благодаря чему нагреватель 3 сам обеспечивает уплотнение и расширение курительного материала 5 по командам контроллера 12. Например, в том случае, когда нагреватель 3 содержит вертикально расположенные пластины 10 описанного ранее типа, пластины 10 могут быть независимо передвигаемы в продольном направлении нагревателя 3 для расширения или сжатия секций курительного материала 5, прилегающих к ним. Способ уплотнения и разрыхления курительного материала 5 показан на фиг. 15.
Между курительным материалом 5 и наружной поверхностью 19 корпуса 7 может быть расположена тепловая изоляция 18 для снижения потерь тепла из устройства 1 и увеличения, благодаря этому, эффективности нагрева курительного материала 5. Например, как показано на фиг. 1, стенка корпуса 7 может иметь слой изоляции 18, проходящий снаружи камеры 4 нагрева вокруг нее. Слой 18 изоляции может включать в целом трубчатый отрезок изоляции 18, расположенный коаксиально вокруг камеры 4 нагрева и курительного материала 5, как показано на фиг. 1. Должно быть понятно, что изоляция 18 также может представлять собой часть картриджа 11 курительного материала, где она располагалась бы коаксиально снаружи вокруг курительного материала 5.
2
Как показано на фиг. 16, в качестве изоляции 18 может использоваться вакуумная изоляция 18. Например, изоляция 18 может содержать слой, ограниченный стенкой, материалом 19 которой может быть, например, металл. Внутренняя область или внутренний слой 20 изоляции 18 может содержать материал с открытыми порами, например, включающий полимеры, аэрогели или иные подходящие материалы, из которых может быть откачан воздух до значительного разрежения. Давление во внутренней области 20 может составлять от 0,1 до 0,001 мбар. Стенка 19 изоляции 18 обладает достаточной прочностью, чтобы противостоять воздействующей на нее силе, обусловленной перепадом давления между внутренним слоем 20 и внешними поверхностями стенки 19, не допуская смятия изоляции 18. Стенка 19 может, например, включать стенку 19 из нержавеющей стали, толщиной примерно 100 мкм. Теплопроводность изоляции 18 может составлять от 0,004 до 0,005 Вт/м⋅K. Коэффициент теплопередачи изоляции 18 может составлять примерно от 1,10 до 1,40 Вт/мK в температурном диапазоне от 100°С до 250°С, например, от 150°С до 250°С. Газовая проводимость изоляции 18 ничтожна. На внутренние поверхности материала 19 стенки может быть нанесено отражающее покрытие для сведения к минимуму радиационных потерь через изоляцию 18. Покрытие может, например, содержать алюминиевое ИК отражающее покрытие толщиной примерно от 0,3 мкм до 1,0 мкм. Вакуум во внутреннем слое 20 означает, что изоляция 18 функционирует даже тогда, когда толщина области внутреннего слоя 20 очень мала. Изолирующие свойства по существу не зависят от толщины. Это способствует уменьшению общей толщины устройства 1.
Как показано на фиг. 16, стенка 19 может включать обращенную внутрь секцию 21 и обращенную наружу секцию 22. Обращенная внутрь секция 21 в основном обращена к курительному материалу и камере 4 нагрева. Обращенная наружу секция 22 в основном обращена к наружной поверхности корпуса 7. Во время работы устройства 1, обращенная внутрь секция 21 может быть более теплой благодаря выделяемой нагревателем 3 тепловой энергии, в то время как обращенная наружу секция 22 холоднее благодаря наличию изоляции 18. Обращенная внутрь секция 21 и обращенная наружу секция 22 могут, например, иметь по существу параллельные продольно проходящие стенки 19, длина которых по меньшей мере равна длине нагревателя 3. Внутренняя поверхность обращенной наружу секции 22 стенки, т.е., поверхность, обращенная к слою 20 с вакуумом, может иметь покрытие для поглощения газа в слое 20. Подходящим покрытием может быть пленка окиси титана.
На фиг. 17 схематически показан тепловой мостик 23, который может соединять обращенную внутрь секцию 21 стенки с обращенной наружу секцией 22 стенки на краях изоляции 18 с тем, чтобы полностью охватить и заключить в себе слой 20 низкого давления. Тепловой мостик 23 может включать стенку 19, сформированную из того же материала, что и обращенные внутрь и наружу секции 21, 22. Подходящим материалом является нержавеющая сталь, как было показано выше. Тепловой мостик 23 имеет более высокую теплопроводность, чем изолирующий слой 20 и поэтому может отводить тепло из устройства 1, что снижает эффективность устройства в отношении нагревания курительного материала 5.
Для снижения потерь тепла через тепловой мостик 23, он может быть выполнен протяженным для увеличения его сопротивления тепловому потоку от обращенной внутрь секции 21 к обращенной наружу секции 22. Это схематически иллюстрируется фиг. 18. Например, тепловой мостик 23 может проходить по непрямому пути между обращенной внутрь секцией 21 стенки 19 и обращенной наружу секцией 22 стенки 19. Этому может способствовать использование изоляции 18 на участке, продольная длина которого превышает длину нагревателя 3, камеры 4 нагрева и курительного материала 5, благодаря чему тепловой мостик 23 может постепенно переходить от обращенной внутрь секции 21 к обращенной наружу секции 22 по непрямому пути при постепенном уменьшении внутреннего слоя 20 до нуля в точке на корпусе 7, где нагреватель 3, камера 4 нагрева и курительный материал 5 уже отсутствуют.
На фиг. 20 представлена упомянутая ранее камера 4 нагрева с изоляцией 18, которая может иметь впускной и выпускной клапаны 24, в закрытом состоянии герметично закупоривающие камеру 4 нагрева. Благодаря этому, клапаны 24 препятствуют нежелательному поступлению воздуха и прохождению его в камеру 4, и могут предотвратить выход ароматов курительного материала из камеры 4 нагрева. Впускной и выпускной клапаны 24 могут быть, например, установлены в изоляции 18. Например, между затяжками клапаны 24 могут быть закрыты контроллером 12 так, что все испарившиеся вещества остаются внутри камеры 4. Парциальное давление испарившихся веществ достигает, между затяжками, давления насыщенного пара, и количество испарившегося вещества, поэтому, зависит только от температуры в камере 4 нагрева. Этим обеспечивается неизменность выдаваемого количества испарившегося никотина и ароматических соединений от затяжки к затяжке. Контроллер 12 выполнен с возможностью открывания в процессе затяжки клапанов 24 так, чтобы воздух мог протекать через камеру 4, перенося компоненты испарившегося курительного материала к мундштуку 6. В клапанах 24 может быть помещена мембрана, гарантирующая, что в камеру 4 не попадет кислород. Клапаны 24 могут приводиться в действие вдохом с тем, чтобы они открывались в ответ на обнаружение затяжки в мундштуке 6. Клапаны 24 могут закрываться при обнаружении прекращения затяжки. В другом варианте, клапаны 24 могут закрываться по истечению заданного промежутка времени после их открытия. Величина промежутка времени может задаваться контроллером 12. При желании, могут быть использованы механические или иные подходящие средства для открывания/закрывания, обеспечивающие автоматическое открытие и закрытие клапанов 24. Например, для открывания и закрывания клапанов 24 может быть использован газовый поток, создаваемый пользователем посредством затяжки в мундштук 6. Таким образом, для активизации клапанов 24 не обязательно использование контроллера 12.
Масса курительного материала 5, нагреваемая нагревателем 3, например, в каждой зоне 10 нагрева, может составлять от 0,2 до 1,0 г. Температура, до которой нагревается курительный материал 5, может регулироваться пользователем и быть, например, любой в интервале от 100°С до 250°С, например, любой температурой в интервале 150°С до 250°С или других ранее упомянутых интервалов температуры испарения. Масса устройства 1 в целом может составлять от 70 до 125 г. Может использоваться батарея 2 емкостью от 1000 до 3000 мАч и напряжением 3,7 В. Зоны 10 нагрева могут быть выполнены с возможностью индивидуального и выборочного нагревания примерно от 10 до 40 секцией курительного материала 5 в одном картридже 11.
Следует иметь в виду, что любой из описанных выше альтернативных вариантов может быть использован как по отдельности, так и в комбинации. Например, как было показано выше, нагреватель 3 можно расположить вокруг наружной поверхности курительного материала 5, вместо того, чтобы курительный материал 5 располагать вокруг нагревателя 3. Нагреватель 3 может, таким образом, окружать курительный материал 5 для нагрева курительного материала 5 направленным радиально внутрь тепловым потоком.