ЭЛЕКТРОННОЕ КУРИТЕЛЬНОЕ ИЗДЕЛИЕ
ELECTRONIC SMOKING ARTICLE

Сущность изобретения
Согласно настоящему изобретению предложены варианты осуществления новых курительных изделий, таких как электронные сигареты/сигары и генераторы аэрозолей. Эти устройства могут содержать обладающий капиллярностью тампон, предназначенный для подачи жидкого вещества из емкости с жидкостью к нагревателю. Эти устройства могут быть приведены в действие потребителем, затягивающимся на мундштучном конце курительного изделия для подачи аэрозоли пользователю. Идеи настоящего изобретения включают применение газового элемента на основе микронасоса в качестве устройства для подачи текучей среды в устройство подачи дыма на основе аэрозоли.
По одному примеру варианта осуществления предлагается электронное курительное изделие, содержащее: наружный корпус, продолжающийся в продольном направлении; обладающий капиллярностью тампон для удержания жидкого вещества; систему микронасоса, предназначенную для перекачки жидкого вещества, содержащегося в емкости для подачи жидкости, через выпускное отверстие емкости для подачи в обладающий капиллярностью тампон; нагревательное устройство, позволяющее нагреть по меньшей мере участок обладающего капиллярностью тампона до температуры, достаточной по меньшей мере для частичного испарения жидкого вещества, удерживаемого в обладающем капиллярностью тампоне; источник питания, предназначенный для подачи напряжения на газовый элемент микронасоса для генерирования газа для перекачки жидкого вещества из емкости для подачи жидкости в обладающий капиллярностью тампон; по меньшей мере одно впускное отверстие для воздуха; и тем самым воздух смешивается с испарившимся веществом для образования аэрозоли.
В одном примере варианта осуществления предлагается электронное курительное изделие, электронное курительное изделие содержит: емкость для подачи жидкости, содержащую жидкое вещество; и систему микронасоса, содержащую: расширяемую газовую камеру, обладающую подвижной стенкой расширяемой газовой камеры и стенкой емкости для подачи жидкости; газовый элемент микронасоса для генерирования газа и направления газа в расширяемую газовую камеру для расширения расширяемой газовой камеры и обладающего капиллярностью тампона, причем расширение расширяемой газовой камеры перемещает стенку для распределения жидкого вещества из емкости для подачи жидкости к обладающему капиллярностью тампону.
В одном примере варианта осуществления предлагается способ получения аэрозоли от электронного курительного изделия, способ включает: передачу жидкого вещества к обладающему капиллярностью тампону с помощью системы микронасоса, чтобы перекачать жидкое вещество из емкости с жидкостью в обладающий капиллярностью тампон; и подачу электрической энергии от источника питания на нагреватель, действующий по меньшей мере на участок обладающего капиллярностью тампона, причем обладающий капиллярностью тампон выгружает жидкость, переданную в обладающий капиллярностью тампон, по меньшей мере, в частично испаренном состоянии в камеру для смешивания.
В одном примере варианта осуществления предлагается способ улучшенного извлечения жидкости из емкости электронного курительного изделия, способ включает: удержание жидкости в емкости с волокнистой массой; и сжатие волокнистой массы путем взаимодействия выпускного отверстия микронасоса газовой камеры с гибкой стенкой емкости.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение пояснено со ссылкой на примеры вариантов осуществления, показанных на чертежах. На чертежах:
на фиг. 1 показан вид в разрезе электронного курительного изделия по одному примеру варианта осуществления; и
на фиг. 2 показан вид в разрезе участка электронного курительного изделия с системой микронасоса и обладающим капиллярностью тампоном по одному примеру варианта осуществления.
Подробное описание
В одном примере варианта осуществления электронное курительное изделие, такое как электронная сигарета или электронные сигары, содержит систему микронасоса, которая проталкивает столбик жидкого вещества через обладающий капиллярностью тампон. В одном примере варианта осуществления система микронасоса содержит источник питания в виде батареи и газовый элемент микронасоса, который генерирует газ по мере его выгрузки для проталкивания поршня или подвижной структуры, которая приводит в движение жидкое вещество из емкости для жидкости при постоянной скорости потока в обладающий капиллярностью тампон.
На фиг. 1 показана электронная сигарета 100 по одному примеру варианта осуществления. На фиг. 1 электронная сигарета 100 содержит корпус 110 с мундштучным концом 112 и концом 114 основной части. На конце 114 основной части предусмотрен электрический источник питания в виде батареи 120 и электрическая схема в виде схемы 122 и системы 130 регистрации затяжки. Сигарета 100 содержит систему 200 микронасоса, который подает жидкое вещество 242 (фиг. 2) из емкости для подачи жидкости (или емкости с текучей средой) 240 в обладающий капиллярностью тампон 210, предназначенный для удержания жидкого вещества. В одном варианте осуществления по меньшей мере участок обладающего капиллярностью тампона 210 примыкает (или окружен им) к нагревателю 144. В одном примере варианта осуществления один конец обладающего капиллярностью тампона 210 сообщается по потоку жидкости с емкостью 240 для текучей среды системы 200 микронасоса. Участок с другого конца обладающего капиллярностью тампона 210 нагревается нагревателем 144. Нагреватель 144 присоединен к электрической схеме 122 посредством нескольких соединений (не показаны). Корпус 110 также содержит впускное отверстие 160 для воздуха, выпускное отверстие 162 для воздуха на мундштучном конце 112 и камеру 170 для генерирования аэрозоли.
При использовании жидкое вещество 242 продвигается системой 200 микронасоса из емкости 240 с текучей средой в обладающий капиллярностью тампон 210, как показано на фиг. 1. Когда пользователь затягивается электронной сигаретой 100 на выпускном отверстии 162 для воздуха, окружающий воздух втягивается через впускное отверстие 160 для воздуха. В одном примере варианта осуществления электронная сигарета 100 может содержать систему 130 обнаружения затяжки, которая регистрирует затяжку и приводит в действие систему 200 микронасоса и нагреватель 144. Батарея 120 импульсно подает энергию на нагреватель 144 для нагревания концевого участка обладающего капиллярностью тампона 210, примыкающего к нагревателю 144. Жидкое вещество 242 в обладающем капиллярностью тампоне 210 испаряется за счет нагревателя 144, чтобы получить перенасыщенный пар. При этом испарившееся жидкое вещество 242 вытесняется дополнительным жидким веществом 242, перемещающимся вдоль обладающего капиллярностью тампона 210 под действием (в ответ на) перекачивания системой 200 микронасоса.
В одном примере варианта осуществления полученный перенасыщенный пар смешивается с воздухом и переносится в потоке воздуха от впускного отверстия 160 для воздуха. В камере 170 для формирования аэрозоля пар конденсируется для формирования аэрозоля для вдыхания, который втягивается через выпускное отверстие 162 изделия при затяжке. Как показано на фиг. 1, схема 122 и система 130 обнаружения затяжки предпочтительно программируются. В одном примере варианта осуществления схема 122 и система 130 обнаружения затяжки могут быть использованы для управления действием электронной сигареты. В одном примере варианта осуществления система 200 микронасоса в комбинации с конструкцией электронной сигареты 100 могут способствовать контролю размера частиц в аэрозоле.
При использовании, когда обладающий капиллярностью тампон 210 нагревается, жидкое вещество, содержащееся в и/или удерживаемое внутри нагретого участка обладающего капиллярностью тампона 210, испаряется и смешивается с воздухом и образует аэрозоль в камере 170 для смешивания. Электронная сигарета 100 также обладает по меньшей мере одним впускным отверстием 160 для воздуха, предназначенным для подачи воздуха в камеру 170 для смешивания. Впускные отверстия 160 для воздуха в камеру 170 для смешивания могут быть расположены ниже по потоку относительно обладающего капиллярностью тампона 210, чтобы минимизировать тягу воздуха вдоль обладающего капиллярностью тампона и тем самым избежать охлаждения обладающего капиллярностью тампона 210 во время циклов нагрева. В примере одного варианта осуществления по меньшей мере одно впускное отверстие 160 для воздуха включает одно или два впускных отверстия 160. В альтернативном варианте впускных отверстий 160 для воздуха может быть три, четыре или пять или больше. В одном примере варианта осуществления размер и число впускных отверстий 160 для воздуха также могут способствовать созданию сопротивления тяге электронной сигареты 100.
Батареей 120 может быть ионно-литиевая батарея или один из ее вариантов, например литиево-полимерная батарея. В альтернативном варианте батареей 120 может быть гибридная никелевая батарея, никель-кадмиевая батарея, литий-марганцевая батарея, литий-кобальтовая батарея или топливный элемент. В одном примере варианта осуществления электронная сигарета 100 используется курящим, пока не будет истощена энергия источника питания. В альтернативном варианте батарея 120 может быть перезаряжаемой и содержать схему (не показана), позволяющую заряжать батарею посредством внешнего зарядного устройства. Например, схема, когда она заряжена, подает питание для заранее определенного числа затяжек, после чего схема должна быть повторно присоединена к внешнему зарядному устройству.
Электронная сигарета 100 также содержит схему 122 управления, которая может представлять собой печатную плату. При нажатии переключателя 180 активируется источник питания, и питание подается на систему 200 микронасоса и нагреватель 144. Схема 122 управления также может включать световой индикатор нагревателя (не показан), который светится, когда нагреватель 144 включен. Схема 122 управления также может содержать таймер, предназначенный для ограничения времени, в течение которого питание подается на систему 200 микронасоса и нагреватель 144. Временной период подачи электрического тока на систему 200 микронасоса и нагреватель 144 может быть заранее установлен в зависимости от количества жидкости, которое нужно испарить. Например, схема 122 управления может быть запрограммирована для этой цели.
В одном примере варианта осуществления, когда нагреватель 144 включен, он нагревает участок обладающего капиллярностью тампона 210 в течение менее примерно 10 секунд, более предпочтительно менее примерно 7 секунд. Таким образом, цикл питания (или максимальная продолжительность затяжки) может составлять период в диапазоне от примерно 1 до примерно 10 секунд.
На фиг. 2 показан вид в разрезе участка электронной сигареты 100 с системой 200 микронасоса по одному примеру варианта осуществления. Как показано на фиг. 2, система 200 микронасоса может включать газовый элемент 220 микронасоса, поршень 230, емкость 240 для подачи жидкости и обладающий капиллярностью тампон 210. В одном примере варианта осуществления система 200 микронасоса предназначена для перекачки жидкого вещества 242 из емкости 240 для подачи жидкости через выпускное отверстие 244 в обладающий капиллярностью тампон 210. В одном варианте осуществления обладающий капиллярностью тампон 210 продолжается в емкость для подачи жидкости через выпускное отверстие 244.
В одном примере варианта осуществления источник питания в виде батареи 120 предназначен для приложения напряжения к нагревателю 144, используемому для нагрева обладающего капиллярностью тампона 210 до температуры, достаточной, по меньшей мере, для частичного испарения жидкого вещества 242, содержащегося внутри обладающего капиллярностью тампона 210. Источник питания также предназначен для приложения напряжения к газовому элементу 220 микронасоса для генерирования газа 224. Давление создаваемого газа 224 перемещает поршень 230 вдоль линейного пути внутри системы 200 микронасоса для приведения в движение или перекачки жидкого вещества 242 из емкости 240 для подачи жидкости в обладающий капиллярностью тампон 210.
Как показано на фиг. 2, система 200 микронасоса предназначена для перекачки жидкого вещества 242 из емкости 240 для подачи жидкости через выпускное отверстие 244 в обладающий капиллярностью тампон 210. В одном примере варианта осуществления емкость 240 для подачи жидкости содержит жидкое вещество 242, которое испаряется при нагревании и образует аэрозоль.
В одном примере варианта осуществления источник питания в виде батареи 120 предназначен для приложения напряжения к нагревателю 144, используемому для нагрева обладающего капиллярностью тампона 210 до температуры, достаточной, по меньшей мере, для частичного испарения жидкого вещества 242, содержащегося внутри обладающего капиллярностью тампона 210. Батарея 120 также может быть предназначена для приложения напряжения к газовому элементу 220 микронасоса для генерирования газа 224. Образовавшийся газ 224 перемещает поршень 230 вдоль направления вперед по линейному пути внутри системы 200 микронасоса для приведения в движение жидкого вещества 242 из емкости 240 для подачи жидкости.
Вместо или в дополнение к поршню 230 емкость 240 может содержать гибкую стенку или камеру, когда выпуск газа газового элемента 220 микронасоса должен сжимать гибкую стенку или камеру для перекачки текучей среды из емкости.
В одном примере варианта осуществления газовый элемент 220 микронасоса образует первую стенку расширяемой газовой камеры 222, и подвижный поршень 230 образует вторую стенку расширяемой газовой камеры 222. Поршень 230 также образует подвижную стенку емкости 240 для текучей среды. При использовании газовый элемент микронасоса генерирует газ 224 по запросу и направляет газ 224 в расширяемую газовую камеру 222 для расширения расширяемой газовой камеры 222, причем расширение расширяемой газовой камеры 222 вызывает перемещение поршня 230 в направлении вперед вдоль линейного пути для снижения объема емкости 240 для текучей среды, которая распределяет или выталкивает жидкое вещество 242 из емкости 240 для текучей среды в обладающий капиллярностью тампон 210.
Одновременно для подачи жидкого вещества 242 в обладающий капиллярностью тампон 210 приводится в действие источник питания 120, и обладающий капиллярностью тампон 210 нагревается для формирования нагретой секции, в которой жидкое вещество 242 испаряется.
В одном примере варианта осуществления обладающий капиллярностью тампон 210 может быть изготовлен из различных волокнистых пористых или обладающих капиллярностью материалов и предпочтительно обладает известной заранее определенной капиллярностью. Примеры включают материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спекшегося порошка. Могут использоваться тампоны с разной капиллярностью для вмещения жидкостей с разными физическими свойствами, такими как плотность, вязкость, поверхностное натяжении и давление паров. В одном примере варианта осуществления тампон 210 может быть предусмотрен таким, чтобы требуемое количество жидкого вещества 242 могло быть подано на нагреватель 144.
В одном примере варианта осуществления электронная сигарета 100 обладает примерно тем же размером, что и обычная сигарета. В некоторых вариантах осуществления электронная сигарета 100 может обладать длиной от примерно 80 до примерно 88 мм и диаметром от примерно 7 до примерно 8 мм. Например, в одном примере варианта осуществления электронная сигарета 100 обладает длиной примерно 84 мм и диаметром примерно 7,8 мм.
Наружный цилиндрический корпус 110 электронной сигареты 100 может быть сформирован из любого подходящего материала или комбинации материалов. Примеры подходящих материалов включают металлы, сплавы, пластмассу или композитные материалы, содержащие одно или более из этих материалов, или термопластики, которые подходят для применений в пищевой или фармацевтической отрасли, например полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK), керамика и полиэтилен.
В одном примере варианта осуществления испарившееся вещество, образованное, как описано выше, может, по меньшей мере, частично конденсироваться для формирования аэрозоля, содержащего частицы. Частицы, содержащиеся в парах и/или аэрозоле, обладают размером в диапазоне от примерно 0,5 до примерно 4 микрон, например примерно от 1 до примерно 4 микрон. В одном примере варианта осуществления пары и/или аэрозоль обладают размером частиц примерно 3,3 микрона или менее. Кроме того, частицы могут быть по существу равномерно распределены в парах и/или аэрозоле.
В одном примере варианта осуществления жидкое вещество 242 включает табакосодержащий материал, содержащий летучие соединения с ароматом табака, которые выделяются из жидкости при нагревании. Жидкое вещество 242 также может представлять собой материал, содержащий ароматизатор табака, или никотинсодержащий материал. В альтернативном варианте или дополнительно жидкое вещество 242 может содержать нетабачный материал. Например, жидкое вещество 242 может содержать воду, растворители, этанол, растительные экстракты и натуральные или искусственные ароматизаторы. Предпочтительно жидкое вещество дополнительно содержит образующее аэрозоль вещество. Примерами подходящих образующих аэрозоль веществ являются глицерин и пропиленгликоль.
Нагреватель 144 предпочтительно содержит электрический нагревательный элемент. Нагреватель 144 предпочтительно содержит обладающее электрическим сопротивлением вещество. Подходящие обладающие электрическим сопротивлением вещества включают, но не ограничиваются этим: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически "проводящая" керамика (такая как, например, дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, сплавы металлов и композитные материалы, изготовленные из керамического материала и металлического материала. Такие композитные материалы могут включать легированную или беспримесную керамику.
Примеры подходящей легированной керамики включают легированные карбиды кремния. Примеры подходящих металлов включают титан, цирконий, тантал и металлы из группы платины. Примеры подходящих сплавов металлов включают нержавеющую сталь, константан, никель-, кобальт-, хром-, алюминий- титан-цирконий-, гафний-, ниобий-, молибден-, тантал-, вольфрам-, олово-, галлий-, марганец- и железосодержащие сплавы и сверхпрочные сплавы на основе никеля, железа, кобальта, нержавеющей стали, Timetal (тиметалл) и сплавы на основе железа-марганца-алюминия. Timetal является зарегистрированной торговой маркой компании Titanium Metals Corporation, 1999 Broadway Suite 4110, Денвер, Колорадо. В композитных материалах обладающее электрическим сопротивлением вещество может быть необязательно внедрено в, инкапсулировано или покрыто изолирующим материалом или наоборот, в зависимости от кинетики переноса энергии и требуемых внешних физико-химических свойств.
Нагреватель 144 может быть любой подходящей формы. Например, нагреватель 144 может быть в форме нагревательной лопатки. В альтернативном варианте нагреватель 144 может быть в форме кожуха или подложки с участками с разной электропроводностью или металлической трубки, обладающей электрическим сопротивлением. В альтернативном варианте нагреватель 144 может быть в виде дискового (торцевого) нагревателя или представлять собой комбинацию дискового нагревателя с нагревательными иглами или стержнями. В альтернативном варианте нагреватель 144 может быть в виде металлической протравленной фольги с изоляцией между двумя слоями инертного материала. В этом случае инертный материал может включать Kapton (каптон), все полиимиды или фольгу из слюды. В альтернативном варианте нагреватель 144 может быть в виде листа материала, который может быть скручен вокруг, по меньшей мере, участка обладающего капиллярностью тампона. В альтернативном варианте нагреватель 144 может быть в виде протравленной фольги, согнутой вокруг, по меньшей мере, участка обладающего капиллярностью тампона. Протравленная фольга может включать лист металла, отрезанный лазером или посредством электрохимического способа. Лист может быть изготовлен из любого подходящего материала, например сплава на основе железа-алюминия, сплава на основе железа-марганца-алюминия или Timetal. Лист может быть прямоугольным по форме или может обладать формой по шаблону, который может формировать напоминающую спираль структуру при скручивании вокруг обладающего капиллярностью тампона. Другие альтернативные варианты включают нагревательную проволоку или нить, например проволоку из никеля-хрома (Ni-Cr), платины, вольфрама или сплава.
В одном примере варианта осуществления нагреватель 144 содержит спираль из проволоки, по меньшей мере, частично окружающую обладающий капиллярностью тампон 210. В одном примере варианта осуществления нагреватель 144 представляет собой металлическую проволоку и/или проволоку из сплава металла. Нагреватель 144 может представлять собой спираль, которая может продолжаться полностью или частично вдоль длины обладающего капиллярностью тампона 210. Спираль может продолжаться полностью или частично вокруг периферии обладающего капиллярностью тампона 210. В другом варианте осуществления спираль не контактирует с обладающим капиллярностью тампоном 210, что позволяет нагревательной спирали нагревать обладающий капиллярностью тампон 210, но снижает потери, не вызывая испарения жидкости больше, чем это необходимо. Это также снижает количество жидкости, которая конденсируется на внутренних стенках, тем самым снижая требования к чистке.
Электронная сигарета 100 может содержать индикатор затяжки (не показан) для индикации приведения нагревателя 144 в действие. В варианте осуществления, когда электронная схема включает датчик затяжки, индикатор может быть приведен в действие, когда датчик обнаруживает поток воздуха, что указывает на затяжку пользователем. В варианте осуществления, в котором электрическая схема содержит управляемый вручную переключатель, индикатор может приводиться в действие переключателем.
В одном примере варианта осуществления электронная сигарета 100 с системой 200 микронасоса, как показано на фиг. 1 и 2, может быть предназначена для подачи текучего вещества 242 при постоянной скорости потока от примерно 1 до 5 микролитров/секунду. В одном примере варианта осуществления система 200 микронасоса предназначена для вытеснения всего от примерно 0,5 до 2,0 миллилитров жидкого вещества 242 в течение срока службы системы с одинаковыми циклами. Например, электронная сигарета 100 с системой 200 микронасоса может обладать сроком службы примерно 250 циклов с продолжительностью цикла до примерно 5 секунд и временем между циклами примерно 1 секунда или больше. В одном примере варианта осуществления наружный диаметр системы 200 микронасоса может быть скоррелирован на основе его производительности и размера, например менее 8 мм в одном примере варианта осуществления. Кроме того, система 200 микронасоса предпочтительно изолирована от жидкого вещества 242 и внешней среды.
Другие детали подходящих микронасосов газовых элементов представлены в патентах США US 8,113,390 и 8,353,426, которые включены в настоящий документ в качестве ссылки во всей полноте.
Также очевидно, что емкость 240 для подачи жидкости может содержать волокнистую массу или марлю для удержания жидкости и что насос газового элемента используется для перемещения подвижной стенки емкости для сжатия марли. Такая компоновка при необходимости может использоваться для обеспечения более полного и соответствующего извлечения жидкости из марли.
Принципы настоящего документа применимы для всех форм электронных курительных изделий, таких как электронные сигареты, сигары, трубки, кальяны и прочие, независимо от их размера и формы.
Когда слово "примерно" используется в этом описании в сочетании с числовым значением, подразумевается, что соответствующее числовое значение обладает допустимым отклонением ±10% от установленного числового значения.
Кроме того, когда слова "в основном" и "по существу" используются в связи с геометрическим формами, подразумевается, что точности геометрической формы не требуется, но что диапазон для этой формы попадает в рамки объема настоящего изобретения. При использовании с геометрическими терминами подразумевается, что слова "в основном" и "по существу" охватывают не только особенности, которые соответствуют точному определению, но также особенности, которые должным образом аппроксимируют точные определения.
Будет очевидно, что в этом описании новая, улучшенная и неочевидная электронная сигарета описана достаточно подробно для понимания специалистами в этой области. Кроме того, для специалистов в этой области будет очевидно, что существуют различные модификации, изменения, замены и эквиваленты для особенностей электронной сигареты, которые по существу не отступают от сущности и объема настоящего изобретения. Соответственно, явно подразумевается, что все такие модификации, изменения, замены и эквиваленты, которые попадают в рамки сущности и объема настоящего изобретения, определяемых заявленной формулой изобретения, будут охвачены заявленной формулой изобретения.