ЭЛЕКТРОННОЕ ВЕЙПИНГОВОЕ (КУРИТЕЛЬНОЕ) УСТРОЙСТВО И ЕГО КОМПОНЕНТЫ
ELECTRONIC VAPING (SMOKING) DEVICE AND COMPONENTS THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электронным вейпинговым (курительным) устройствам, содержащим электрорезистивные нагреватели.
Уровень техники
Электронные курительные устройства могут содержать первую секцию, соединенную со второй секцией с помощью резьбового соединения. Первой секцией может быть сменный картридж, а второй секцией может быть патрон многоразового использования. Первая секция может содержать резервуар, содержащий состав для образования пара. Фитиль под действием капиллярных сил всасывает состав для образования пара из этого резервуара в направлении нагревателя, который нагревает состав для образования пара до температуры, достаточной для испарения указанного состава.
Сущность изобретения
По меньшей мере, в одном примере осуществления используется картомайзер электронного курительного устройства.
По меньшей мере, в одном примере осуществления картомайзер содержит внешнюю оболочку, проходящую в продольном направлении, входное отверстие для воздуха, выходное отверстие для пара, воздушный канал, сообщающийся с входным отверстием для воздуха и выходным отверстием для пара, и резервуар. Вблизи воздушного канала размещена электрическая цепь нагревателя. Электрическая цепь нагревателя включает электрорезистивный нагреватель, электрически соединенный с вторичной катушкой. Поперек воздушного канала проходит фитиль, который сообщается с резервуаром. Фитиль выполнен с возможностью всасывания состава для образования пара из резервуара в направлении нагревателя.
В некоторых примерах осуществления картомайзер выполнен с возможностью соединения с блоком питания, содержащим источник электрической энергии, электрически соединенный с первичной катушкой, которая индуцирует напряжение во вторичной катушке электрической цепи нагревателя для нагревания электрорезистивного нагревателя до температуры, достаточной для испарения состава для образования пара и образования пара в воздушном канале.
По меньшей мере, в одном примере осуществления электронное курительное устройство содержит картомайзер и блок питания. Картомайзер содержит внешнюю оболочку, проходящую в продольном направлении, входное отверстие для воздуха, выходное отверстие для пара, воздушный канал, сообщающийся с входным отверстием для воздуха и выходным отверстием для пара, резервуар, электрическую цепь нагревателя, размещенную вблизи воздушного канала, при этом указанная электрическая цепь содержит электрический нагреватель, электрически соединенный с вторичной катушкой, и фитиль, проходящий через воздушный канал, сообщающийся с резервуаром, и выполненный с возможностью всасывания состава для образования пара из резервуара в направлении нагревателя. Блок питания содержит источник электрической энергии, электрически соединенный с первичной катушкой. Первичная катушка обеспечивает индуцирование электрического напряжения во вторичной катушке цепи нагревателя.
В некоторых примерах осуществления при соединении картомайзера с блоком питания первичная катушка отделена в осевом направлении от ближайшего конца вторичной катушки. По меньшей мере, в одном примере осуществления при соединении картомайзера с блоком питания первичная катушка окружена снаружи вторичной катушкой. В других примерах осуществления, если картомайзер соединен с блоком питания, вторичная обмотка охвачена снаружи первичной катушкой. В некоторых примерах осуществления первичная катушка представляет собой спираль, проходящую в одном из продольного направления второй внешней оболочки и поперечного направления по отношению к продольному направлению второй внешней оболочки. По меньшей мере, в одном примере осуществления первичная катушка выполнена плоской. В другом примере осуществления нагреватель имеет большее электрическое сопротивление, чем вторичная катушка.
В некоторых примерах осуществления нагреватель представляет собой электро-нагревательную спираль, намотанную вокруг фитиля. В других примерах осуществления нагреватель выполнен в виде ленты из электрорезистивного и электропроводящего сетчатого материала, намотанного вокруг фитиля. В другом примере осуществления нагреватель выполнен в виде электрорезистивного и электропроводящего стержня, проходящего через волокна фитиля. В другом примере осуществления нагреватель представляет собой участок электрорезистивной и электропроводящей сетки, выполненной заодно с фитилем.
По меньшей мере, в одном примере осуществления нагреватель выполнен в виде электрорезистивной и электропроводящей пластины, находящейся в контакте с частью фитиля, в котором желательно подвергнуть испарению состав для образования пара. В некоторых примерах осуществления нагреватель содержит, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы материалов, включающей нержавеющую сталь, медь, медные сплавы, керамический материал, покрытый пленкой резистивного материала, хромоникелевые сплавы, оксид железа и комбинацию указанных материалов.
По меньшей мере, в одном примере осуществления блок питания включает электрическую цепь регулирования, снабженную датчиком потока воздуха (датчиком затяжки). Датчик затяжки обеспечивает регистрацию перепада давления и инициирование подвода электрической энергии от источника питания к первичной катушке, в результате чего во вторичной катушки цепи нагревателя индуцируется напряжение. Источником энергии в блоке питания является электрическая батарея. В некоторых примерах осуществления блок питания содержит цепь регулирования, содержащую выпрямитель и накопительный контур. Выпрямитель предназначен для выпрямления напряжения, индуцированного в первичной катушке, в результате чего накопительный контур может заряжать батарею при размещении первичной катушки в индукционном электрическом поле.
По меньшей мере, в одном примере осуществления картомайзер соединен с блоком питания с помощью механического соединения или магнитной связи. В некоторых примерах осуществления картомайзер представляет собой секцию одноразового использования, расположенную ниже по ходу движения (воздушного) потока, а блок питания – секцию многократного применения, находящуюся выше по потоку. По меньшей мере, в одном примере осуществления, по меньшей мере, один из нагревателя и вторичной катушки выполнен из магнитного материала.
В некоторых примерах осуществления электронное курительное устройство содержит внутреннюю трубку, размещенную во внешней оболочке. Внутренняя трубка образует воздушный канал, который сообщается с входным отверстием и выпускным отверстием. Воздушный канал является центральным воздушным каналом. Состав для образования пара заключен в кольцевом зазоре между внешней оболочкой и внутренней трубкой.
В некоторых примерах осуществления обеспечивается способ производства пара в электронном курительном устройстве. Способ включает всасывание под действием капиллярных сил части состава для образования пара из резервуара в место, находящееся в непосредственной близости от входного участка воздушного канала и вблизи цепи нагревателя, содержащей нагреватель и вторичную катушку, при этом вторичная катушка расположена вблизи первичной катушки источника питания, генерирование сигнала, свидетельствующего о наличии потока воздуха (затяжки), при всасывании воздуха через электронное курительное устройство, и испарение, по меньшей мере, некоторого количества состава для образования пара, поступающего под действием капиллярных сил, с применением к первичной катушке цикла с периодическим изменением мощности, в ответ на генерируемый сигнал, для индуцирования во вторичной катушке напряжения, чтобы нагреватель нагревался в достаточной степени для испарения, по меньшей мере, некоторого количества из всасываемой капиллярами части состава для образования пара и транспортирования испаренного состава через воздушный канал и электронное курительное устройство. Транспортирование испаренного состава может производиться вдоль прямолинейного воздушного канала.
Краткое описание чертежей
Различные характерные особенности и преимущества приведенных здесь не ограничивающих примеров осуществления изобретения могут быть более понятными из анализа подробного описания в сочетании с прилагаемыми чертежами. Прилагаемые чертежи приведены лишь в целях иллюстрации, и их не следует рассматривать как ограничение объема пунктов формулы изобретения. Прилагаемые чертежи не следует также рассматривать как выполненные в масштабе, если явным образом не указано иное. Для ясности различные размеры на чертежах могут быть чрезмерно увеличены.
Фиг.1 - электронное курительное устройство в соответствии с некоторыми примерами осуществления, вид в разрезе.
Фиг.2А – картомайзер электронного курительного устройства в соответствии с некоторыми примерами осуществления, вид в разрезе.
Фиг.2В – повторно используемый блок питания электронного курительного устройства в соответствии с некоторыми примерами осуществления, вид в разрезе.
Фиг.3 - электронное курительное устройство в соответствии с некоторыми примерами осуществления, вид в разрезе.
Фиг.4А и 4В - электронные курительные устройства в соответствии с некоторыми примерами осуществления, виды в разрезе.
Фиг.5 - электронное курительное устройство в соответствии с некоторыми примерами осуществления, вид в разрезе.
Подробное описание
Следует понимать, что когда элемент или слой именуют как находящийся «на», «подключенный к», «соединенный с» или покрывающий другой элемент или слой, он может находиться непосредственно на другом элементе или слое, может быть подключенным к, соединенным с или покрывающим другой элемент или слой или могут присутствовать промежуточные элементы или слои. В то же время, если элемент указан как находящийся «непосредственно на», «непосредственно подключенный к», «непосредственно соединенный с» другим элементом или слоем, никакие промежуточные элементы или слои не присутствуют. Во всем настоящем описании одинаковые элементы конструкции обозначены одинаковыми ссылочными номерами позиций. Используемый здесь термин «и/или» включает любую или все комбинации из одного или более из соответствующих перечисленных элементов.
Следует также понимать, что хотя термины первый, второй, третий и т.д. могут быть здесь использованы для описания различных элементов, компонентов, зон, слоев и/или секций, эти элементы, компоненты, зоны, слои и/или секции не должны быть ограничены этими терминами. Эти термины используются только для того, чтобы отличить один элемент, компонент, зону, слой или секцию от другой зоны, слоя или секции. Таким образом, первый элемент, компонент, зона, слой или секция, описанные ниже, могут быть именованы вторым элементом, компонентом, зоной, слоем или секцией, без выхода за границы основных идей вариантов осуществления изобретения.
О
Термины, характеризующие относительное пространственное расположение (например, «под, внизу», «ниже», «нижний», «выше», «верхний» и тому подобные) могут быть использованы в настоящем описании для простоты изложения, чтобы описать положение одного элемента или части (составляющей) по отношению к другому элементу (элементам) или части (частям), показанным на фигурах. Следует понимать, что термины, характеризующие относительное пространственное расположение, охватывают различные ориентации устройства при его использовании или функционировании в дополнение к ориентации, показанной на фигурах. Например, если устройство на фигурах перевернуто (повернуто на 180), элементы, указанные расположенными «ниже» или «внизу, под» относительно других элементов или частей, могут быть затем ориентированы «выше» других элементов или частей. Таким образом, термин «ниже» может охватывать обе ориентации, т.е. и выше и ниже. Устройство может быть ориентировано иным образом (повернутым на 90 градусов или может иметь иную ориентацию), и используемые здесь характеристики описания относительного пространственного расположения следует толковать соответствующим образом.
Используемая здесь терминология предназначена для описания лишь различных примеров осуществления изобретения и не используется в качестве ограничения примеров осуществления. В описании, в зависимости от контекста, используются формы единственного числа, а также формы множественного числа. Следует также понимать, что термины «включает», «включающий», «содержит» и/или «содержащий» при использовании в настоящем описании означают наличие указанных в описании частей, целых единиц, стадий, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают присутствие или добавление одного или более из других частей, целых единиц, стадий, операций, элементов, компонентов и/или их групп.
Ниже раскрыты примеры осуществления со ссылками на виды в разрезе, которые являются схематическими иллюстрациями упрощенных воплощений (и промежуточных форм) примеров осуществления. В связи с этим следует ожидать варианты иллюстрируемых конфигураций, обусловленные, например, используемой технологией изготовления и/или допустимыми отклонений. Таким образом, примеры осуществления не следует считать ограничениями для конфигураций (геометрии) иллюстрируемых здесь частей устройства, но эти примеры включают отклонения в части конфигурации, например, полученные в результате изготовления. Показанные на фигурах части являются схематическими по своему характеру, и их конфигурации не служат для иллюстрации фактической конфигурации какой-либо части устройства и ограничения объема примеров осуществления изобретения.
Если не указано иное, все используемые здесь термины (включая технические и научные термины), имеют такое же значение, которое обычно понимает в отношении этих терминов средний специалист в данной области техники, к которой относятся примеры осуществления. Необходимо также принимать во внимание, что используемые термины, включая те, которым дано определение в обычно используемой словарно-справочной литературе, следует толковать как имеющие значение, которое совпадает с их значением в контексте релевантного уровня техники, и это значение не следует толковать упрощенно или слишком формально, если оно здесь однозначно не определено.
Ниже описаны примеры осуществления электронного курительного устройства 60. На фиг.1 показано электронное курительное устройство 60, содержащее картомайзер (первая секция) 70 и блок питания (вторая секция) 72. В картомайзере 70 размещена электрическая цепь 81 нагревателя, которая содержит электрорезистивный нагреватель 82 и вторичную катушку 84. Секция 72 с электрической батареей содержит электрическую цепь регулирования (или чип) 16, датчик 17 затяжки и цепь источника питания (подвода или передачи энергии), содержащую источник 1 электрической энергии и первичную катушку 83, электрически связанную с источником 1 электрической энергии посредством датчика 17 затяжки, и цепь 16 регулирования. Электрическая цепь 81 нагревателя взаимодействует с контуром подвода электрической энергии блока 72 питания. Источник 1 электрической энергии электрически соединен с первичной катушкой 83 так, что электрорезистивный нагреватель 82 выполнен с возможностью нагревания и испарения состава для предварительного образования пара из фитиля 28, который всасывает этот состав из резервуара 22 картомайзера 70.
Картомайзер 70 может быть одноразового использования, и картомайзер 70 может быть выполнен с возможностью соединения с блоком 72 питания посредством соединения (соединительного элемента) 205. Например, соединением 205 может быть резьбовое соединение или другое подходящее соединение, такое как соединение с плотным контактом, фиксатор с защелкой, зажим, замковое соединение, и/или магнитное соединение. В некоторых примерах осуществления картомайзер 70 и блок 72 питания могут образовать единое электронное курительное устройство 60, выполненное одноразовым. После замыкания соединения 205 конфигурируют первичную катушку 83 для генерирования, при подводе энергии от источника 1 электрической энергии, переменного индуктивного электромагнитного поля, которое индуцирует достаточной величины напряжение во вторичной катушке 84, активируя электрическую цепь 81 нагревателя, что приводит к нагреванию электрорезистивного нагревателя 82. Таким образом, первичная катушка 83 и вторичная катушка 84 имеют магнитную связь, посредством которой изменение тока, протекающего через первичную катушку 83, индуцирует напряжение во вторичной катушке 84 посредством электромагнитной индукции. Связь может быть усилена за счет размещения первичной катушки 83 и вторичной катушки 84 ближе друг к другу и/или на общей оси.
По меньшей мере, в одном примере осуществления первичная катушка 83 и вторичная катушка 84 ориентированы по отношению друг к другу так, что эффективность энергии, передаваемой между ними, повышается, благодаря чему уменьшается количество энергии, необходимой для резистивного нагрева электрического резистивного нагревателя 82. Кроме того, первичная катушка 83 и вторичная катушка 84 содержат, каждая, желаемое (или, в качестве альтернативы, предварительно заданное) количество витков, за счет чего эффективность энергии, передаваемой между ними, повышается так, что количество энергии, необходимой для резистивного нагрева электрического резистивного нагревателя 82, уменьшается.
На фиг.2А, как и на фиг.1, показан картомайзер 70 одноразового использования, который содержит внешнюю оболочку 6 (в частности, в виде цилиндрической внешней трубки), которая проходит в продольном направлении, и одно или большее число входных отверстий 44 для воздуха. Внутри внешней оболочки 6 размещена внутренняя трубка 62, которая образует центральный прямолинейный воздушный канал 20, который сообщается с одним или большим числом входных отверстий 44 и с одним или большим числом выпускных отверстий 24 для пара. Одно или большее число выпускных отверстий 24 для пара могут быть выполнены в мундштуке или наконечнике 8. Мундштук 8 может быть выполнен с большим числом выпускных отверстий. В картомайзере имеется два входных отверстия 44 для воздуха, которые сообщаются с центральным воздушным каналом 20. В некоторых примерах осуществления в картомайзере может быть три, четыре, пять или большее число входных отверстий 44. Если количество входных отверстий 44 больше двух, то они расположены в различных местах вдоль длины и/или вокруг периметра электронного курительного устройства 60. Кроме того, изменение размера и количества входных отверстий 44 может способствовать установлению желаемого сопротивления затяжке в рассматриваемом электронном курительном устройстве 60.
В некоторых примерах осуществления картомайзер 70 содержит мундштук 8, имеющий два или более проходящих под углом к оси и расходящихся в разные стороны выпускных отверстий 24 для пара, или четыре таких выпускных отверстий 24. В некоторых примерах осуществления мундштук 8 может иметь одно единственное выпускное отверстие 24. Мундштук 8 сообщается по текучей среде с центральным воздушным каналом 20, образованным внутренним объемом внутренней трубки 62.
Размещение нагревателя 82 вблизи входного участка 230 центрального канала 20 способствует образованию большего количества пара за счет обеспечения в целом прямолинейного пути движения потока от места размещения нагревателя 82 до внутреннего объема мундштука 8, имеющего большое число выпускных отверстий.
Описанное выше конструктивное выполнение картомайзера позволяет избежать или уменьшить резкие изменения направления движения потока, а также избежать или уменьшить соответствующие потери вследствие сжатия и соударения потока и действие других эффектов, которые в ином случае могут затруднять процесс образования и производства пара. Кроме того, центральный воздушный канал 20 минимизирует или уменьшает контакт и теплообмен между паром и стенками резервуара 22, образованного внутренней трубкой 62.
Каждое входное отверстие 44 для воздуха содержит вход со скошенной кромкой и направленным под углом путем движения потока. В некоторых примерах воплощения электронное курительное устройство 60 содержит два входных отверстия 44 для воздуха. Каждое из этих входных отверстий 44 для воздуха ориентировано в направлении мундштука 8 электронного курительного устройства 60 под углом, находящимся в интервале от приблизительно 35° до приблизительно 55° по отношению к горизонтальной оси изделия 60 или под углом в интервале от приблизительно 40° до приблизительно 50°. В некоторых примерах осуществления каждое из входных отверстий 44 для воздуха ориентировано в направлении мундштука 8 под углом, составляющим приблизительно 45°. Такое расположение отверстий минимизирует (устраняет) и/или уменьшает «свистящий» шум во время затяжки курильщиком электронного курительного устройства 60.
Резервуар 22 создан или образован в кольцевом зазоре между внешней оболочкой 6 и внутренней трубкой 62, при этом указанный кольцевой зазор уплотнен выше по ходу движения потока с помощью установленного выше по потоку уплотнения 15 и уплотнен в ниже по потоку с помощью уплотнения 10 (или уплотнительного кольца), установленного ниже по потоку. Резервуар 22 содержит состав для предварительного образования пара, и по усмотрению, заполняющий материал 21 (т.е. волокнистый материал), размещенный с возможностью распределения состава для образования пара в резервуаре 22.
Состав для образования пара представляет собой материал или комбинацию материалов, которые могут быть превращены в пар. Например, составом для образования пара может быть состав, включающий жидкость, твердую фазу и/или гель, содержащий, но не в качестве ограничения, воду, шарики, растворители, активные ингредиенты, этанол, экстракты из растений, натуральные или искусственные ароматизаторы и/или парообразователи, такие как глицерин, пропиленгликоль.
Кроме того, состав для образования пара имеет температуру кипения, подходящую для образования пара в процессе курения. Если температура кипения слишком высокая, нагреватель 82 не будет способен испарять упомянутый состав в фитиле 28. Однако, если температура кипения слишком низкая, состав для образования пара может преждевременно испаряться без активирования нагревателя 82.
Заполняющим материалом 21 может быть намотка из сетки вокруг внутренней трубки 62. Заполняющий материал 21 включает внешнюю намотку из сетки, окружающую внутреннюю намотку сетки из такого же или другого материала. В одном примере осуществления заполняющий материал 21 резервуара 22 выполнен из алюмооксидной керамики в виде свободных частиц, свободных волокон или тканого или нетканого волокна или, в качестве альтернативы, заполняющий материал 21 выполнен из целлюлозного материала, к примеру, из хлопка или сетчатого материала или полимерного материала, такого как полиэтилентерефталат, в виде тканого волокна или, в качестве альтернативы, полимерный материал может быть в виде пучка свободных волокон.
Заполняющий материал 21 может включать волокнистый материал, например, хлопок, полиэтилен, полиэфир, вискозу и т.п. и комбинацию из указанных материалов. Волокна могут иметь диаметр в интервале от приблизительно 6 микрон до приблизительно 15 микрон (например, от приблизительно 8 микрон до приблизительно 12 микрон или от приблизительно 9 микрон до приблизительно 11 микрон). Заполняющий материал 21 для хранения может быть спеченным, пористым материалом или пеноматериалом. Кроме того, волокна имеют такие размеры, чтобы их нельзя было вдохнуть, и могут иметь поперечное сечение Y-образной формы, крестообразной формы, в форме трилистника или любой другой подходящей формы. В некоторых примерах осуществления резервуар 22 может представлять собой ёмкость, заполненную составом для предварительного образования пара, не содержащую при этом заполняющий материал 21.
Электрическая цепь 81 нагревателя, которая содержит электрорезистивный нагреватель 82 и вторичную катушку 84, размещена вблизи находящегося выше по потоку участка центрального воздушного канала 20 картомайзера 70. Волокнистый фитиль 28 контактирует с составом предварительного образования пара, находящимся в резервуаре 22. Фитиль 28 размещен с возможностью всасывания под действием капиллярных сил состава для предварительного образования пара из резервуара 22, находясь в непосредственном контакте с электрорезистивным нагревателем 82. При активировании электрической цепи 81 нагревателя с помощью переменного электромагнитного поля, созданного первичной катушкой 83, электрорезистивный нагреватель нагревает состав для предварительного образования пара до температуры, достаточной для испарения этого состава и генерирования пара. Соответственно, фитиль 28 и электрорезистивный нагреватель 81 могут быть именованы испарителем. Электрический резистивный нагреватель 81 размещен в картомайзере 70 вблизи, по меньшей мере, части находящегося выше по потоку входного участка 230 центрального воздушного канала 20 и перекрывает, по меньшей мере, эту часть.
По меньшей мере, в одном примере осуществления, иллюстрируемом на фиг.1 и фиг.2А, нагреватель 82 содержит проволочную спираль, которая, по меньшей мере, частично охватывает фитиль 28. Проволочная спираль может проходить полностью или частично вокруг периметра фитиля 28, и выполнена с зазорами или без зазоров между витками спирали. В другом примере воплощения спираль нагревателя не контактирует с фитилем 28. В качестве альтернативы, нагреватель может быть выполнен в виде токопроводящего стержня, проходящего через волокна фитиля 28, или могут быть использованы любые подходящие средства для нагревания состава для предварительного образования пара, подводимого к ближайшему участку нагревателя. Нагреватель 82 имеет большее электрическое сопротивление, чем вторичная катушка 84 так, что вторичная катушка 84 не перегревается в процессе функционирования электронного курительного устройства 60.
По меньшей мере, в одном примере осуществления, иллюстрируемом на фиг.3-5, который будет ниже описан более подробно, электрорезистивный нагреватель 82 может быть выполнен в виде тонкого диска или фольги из электрического проводящего или электрорезистивного материала.
Материалами для электрорезистивного нагревателя 82, первичной катушки 83, вторичной катушки 84, показанных на фиг.1-5, служат металлические и, по усмотрению, магнитные материалы. Примеры подходящих электрорезистивных/токопроводящих (т.е. электрорезистивных и токопроводящих) материалов, которые могут быть использованы для изготовления электрорезистивного нагревателя 82, включают металлы, сплавы и суперсплавы. Например, для изготовления нагревателя 82 могут быть использованы металлы, такие как (но не для ограничения изобретения) никель, кобальт, хром, алюминий, титан, цирконий, гафний, ниобий, молибден, тантал, вольфрам, олово, галлий, магний, железо, платина, осмий, иридий, рутений, родий, палладий, медь и их сплавы. Нагреватель 82 содержит, по меньшей мере, один материал, например, нержавеющую сталь, медные сплавы, хромоникелевые сплавы, сплавы кобальта, суперсплавы и т.д. и их комбинации. В альтернативном примере осуществления, например, нагреватель 82 может быть выполнен из алюминидов никеля, материал со слоем оксида алюминия на поверхности, алюминиды железа, оксид железа и другие композитные материалы. Электрорезистивные/токопроводящие материалы могут быть, по усмотрению, внедрены, инкапсулированы в изоляционный материал или покрыты изоляционным материалом, или наоборот, в зависимости от кинетики передачи энергии и необходимых внешних физико-химических свойств.
По меньшей мере, в одном примере осуществления нагреватель 82 изготовлен из хромоникелевых сплавов или железохромовых сплавов. В другом примере осуществления нагреватель 82 может быть изготовлен из керамического композиционного материала, и его внешняя поверхность покрыта электрорезистивным /токопроводящим слоем. В другом примере осуществления электрорезистивный/токопроводящий слой может быть внедрен или вдавлен в керамический нагреватель.
3
3
В другом примере осуществления нагреватель 82 может быть выполнен из алюминида железа (например, FeAl or FeAl), такого как описан в патентном документе US5595706 (Sikka et al.), или из алюминидов никеля (например, NiAl). Содержание указанного документа полностью включено в настоящее описание посредством ссылки.
Если нагреватель 82 выполнен в виде диска или фольги, ширина такого нагревателя может находиться в интервале от приблизительно 3 миллиметров (мм) до приблизительно 8 мм, а толщина приблизительно соответствует толщине алюминиевой фольги бытового назначения.
Фитиль 82 может быть сформирован из гибкого волокнистого материала. В качестве альтернативы, фитиль 82 может представлять собой пористое тело или любое подходящее средство, обеспечивающее подачу состава для предварительного образования пара к месту, находящемуся около нагревателя. Фитиль 28 может быть образован из множества волокон, имеющих достаточное, для всасывания состава предварительного испарения из резервуара 22, капиллярное действие за счет величины промежутков между волокнами. В некоторых примерах осуществления фитиль 28 содержит пучок таких стеклянных, керамических или металлических волокон или витков из волокон, смотанных вместе в отдельные пучки или пряди, при этом фитиль 28 содержит ряд таких пучков, например, три или большее число таких пучков или прядей из смотанных фиберглассовых волокон.
Фитиль 28 может содержать волокна, имеющие поперечное сечение, которое обычно имеет крестообразную форму, форму трилистника, Y-образную форму или любую другую подходящую форму.
Фитиль 28 содержит любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примерами подходящих материалов являются стеклянные волокна, фиберглассовые волокна и материалы на основе керамики, металла или графита. Кроме того, фитиль 28 может иметь подходящую капиллярность для впитывания составов для образования пара, имеющих различные физические свойства, такие как плотность, вязкость, поверхностное натяжение и давление пара. Капиллярные свойства фитиля 28 и свойства состава для образования пара выбирают так, чтобы фитиль 28 всегда был смочен в зоне, непосредственно примыкающей к нагревателю 82, для того чтобы предотвратить перегрев нагревателя 82 и/или фитиля 28.
По меньшей мере, в одном примере осуществления устройство фитиля способствует защите состава для образования пара, находящегося в резервуаре 22, от кислорода (поскольку кислород, вообще, не может поступать в участок с заполняющим материалом через фитиль), так что опасность разложения состава для образования пара значительно уменьшается. Кроме того, опасность разложения состава для образования пара значительно уменьшается за счет использования непрозрачной внешней оболочки 6 резервуар 22, защищающий этот состав от света. В результате может поддерживаться высокий уровень срока годности и биологической чистоты волокна.
На фиг.1 и фиг.2В показана секция с электрической батареей или блок 72 питания, который может быть многократно используемым. Секция 72 с батареей содержит внешнюю оболочку 6’ (вторую внешнюю оболочку), проходящую в продольном направлении, и содержит источник электрической энергии или электрическую батарею 1, которая электрически соединена с первичной катушкой 83 посредством цепи 16 регулирования.
В представленном на фиг.1-5 блоке 72 питания торец 233, находящийся вблизи соединения 205, может быть герметизирован для защиты электронных компонентов картомайзера 70 от внешних элементов. При этом герметизированный торец блока 72 питания вводится в отверстие картомайзера 70 так, что при соединении блока питания 72 с картомайзером первичная катушка 83 оказывается вставленной внутрь вторичной катушки (см. фиг.1 и фиг.3). В альтернативном примере осуществления вторичная катушка 84 может быть сконфигурирована с возможностью размещения внутри первичной катушки 83.
Как показано на фиг.1, 2В и фиг.3-5, источник питания 1 может представлять собой электрическую батарею, размещенную в электронном курительном устройстве 60. Клемма положительного электрода батареи может соединять положительный электрод батареи с одним полюсом первичной катушки 83. Клемма отрицательного электрода батареи может соединять отрицательный электрод батареи с другим полюсом первичной катушки 83, в результате чего может быть создано индукционное поле, которое индуцирует электрическое напряжение во вторичной катушке 84. Первичная катушка создает индукционное поле и индуцирует напряжение во вторичной катушке 84, размещенной в индукционном поле первичной катушки 83, чтобы тем самым осуществить подвод электрической энергии к нагревателю 82, который вместе с вторичной катушкой 84 образует электрическую цепь 81 нагревателя.
Электрической батареей или источником 1 электрической энергии может быть литий-ионная батарея или один из её вариантов, например, литий-ионная полимерная батарея. В качестве альтернативы, электрическая батарея может представлять собой никилево-металлическую гидридную батарею, никель-кадмиевую батарею, литий-магниевую батарею, никель-кобальтовую батарею или топливный элемент. В этом случае электронное курительное устройство 60 может быть выкурено курильщиком до тех пор, пока не будет израсходована энергия в источнике 1 энергии. В качестве альтернативы, источник 1 энергии может быть перезаряжаемым и снабжен электрической цепью, обеспечивающей повторную зарядку электрической батареи с помощью внешнего зарядного устройства. В этом случае указанная электрическая цепь, после зарядки батареи, обеспечивает энергию для предварительно заданного количества затяжек, после чего эта электрическая цепь должна быть вновь подключена к внешнему зарядному устройству.
По меньшей мере, в одном примере осуществления цепь 16 регулирования включает генератор 18 электрических колебаний, который способен создавать колебания электрической энергии, подводимой к первичной катушке 83, вследствие чего последняя создает переменное индукционное поле в желаемом направлении и в желаемый период времени, и индуцирует напряжение во вторичной катушке 84 электрической цепи 81 нагревателя картомайзера 70, в результате чего нагреватель 82 нагревается до желаемой температуры (или в качестве альтернативы, до предварительно заданной температуры) и в течение желаемого (или в качестве альтернативы, предварительно заданного) периода времени.
Электрическая цепь 16 регулирования может также содержать регулятор 19 напряжения, с помощью которого регулируется напряжение в первичной катушке 83. Первичная катушка 83 питается электрической энергией от источника 1 энергии через генератор 18 колебаний с частотой в интервале приблизительно от 100 кГц до 1 МГц. Частоту выбирают в зависимости от параметров первичной катушки 83, параметров вторичной катушки 84, параметров нагревателя 82 и соотношения параметров первичной катушки 83 и вторичной катушки 84. Для первичной катушки 83 и вторичной катушки 84 эти параметры могут включать, но не в качестве ограничения, тип материала, промежутки между витками, количество витков, диаметр катушки и длину участка, занятого катушкой. Частота колебаний может также зависеть от характеристик ферритного сердечника 37, вокруг которого может быть намотана первичная катушка 83 (см. фиг.3) или от характеристик соответствующих ферритных сердечников 37, вокруг которых могут быть отдельно намотаны первичная катушка 83 и вторичная катушка 84 (см. фиг.4А и фиг.4В).
Цепь 16 регулирования соединена с возможностью быстрого реагирования с датчиком затяжки (датчиком давления) 17, который установлен на удаленном концевом участке секции 72 с батареей. Датчик 17 затяжки выполнен с возможностью генерирования сигнала, чувствительного к потоку воздуха, поступающему из электронного курительного устройства 60 через мундштук 8. Под действием сигнала датчика 17 затяжки электрическая цепь 16 регулирования подключает контур переменной электрической энергии к первичной катушке 83, которая индуцирует напряжение во вторичной катушке 84 электрической цепи 81 нагревателя, что приводит к нагреванию нагревателя 82. Перепад давления при всасывании (или затяжке) на мундштуке 8 картомайзера 70 передается датчику 17 затяжки через отверстия 44b и 44с в секциях 70 и 72 (см. фиг.3-5), соответственно, вблизи соединения 205, и посредством зазоров между электрической батареей 1 и ближайшими участками оболочки 6’.
Вблизи датчика затяжки 17 или выше по потоку от этого датчика установлена перегородка 61, отделяющая впускное отверстие 44а, понижающее давления, которое имеется на дальнем конце секции 72 с батареей. Входное отверстие 44а служит для снижения давления на стороне размещения датчика 17 затяжки, где расположено указанное входное отверстие 44а для снижения давления. При отсутствии понижения давления на входе восприимчивости датчика 17 затяжки может быть нарушена. По меньшей мере, в одном примере осуществления датчик 17 затяжки и цепь 16 регулирования могут быть заключены в одном чипе. Этот чип может представлять собой интегральную схему с резисторами и таймерами. Чип может также генерировать входные и выходные сигналы, которые могут приводить к переключению (т.е. подаче энергии от источника 1 энергии к первичной катушке, исходя из сигнала датчика затяжки), миганию светодиодов (LED) при низкой величине энергии источника питания и т.п.
Цепь регулирования 16 может быть выполнена с возможностью реализации энергетического цикла с использованием элементов, которые обеспечивают более эффективное или оптимальное повышение температуры нагревателя и поддержание рабочей температуры в течение желаемого (или, в качестве альтернативы, предварительно заданного) периода времени. Например, энергетический цикл может быть разделен на две стадии, каждая из которых имеет соответствующий период времени Т1 и Т2. На первой стадии (Т1) может быть использована более высокая частота и амплитуда электрических колебаний для того, чтобы нагреватель 82 нагревался быстрее. На второй стадии (Т2) схема 16 регулирования может обеспечить энергетический цикл с более умеренной частотой и/или более умеренной величиной электрических колебаний так, чтобы достигнуть установившегося режима нагревания в течение всей второй стадии (Т2). Посредством испытания, аналитических методов и/или моделирования желаемый энергетический цикл подвода энергии может быть установлен эмпирическим путем. Энергетические циклы могут включать некоторое число стадий, на которых изменяется только амплитуда или только частота, и могут включать стадии, на которых к первичной катушке 83 энергия и/или электрические колебания не подводятся.
Цепь 16 регулирования может регулировать работу первичной катушки 83 таким образом, чтобы генерировалось переменное индукционное поле. В альтернативном примере осуществления цепь 16 регулирования может создавать в первичной катушке 83 импульсы между положениями «включено» и «выключено» так, что генерируемое индукционное поле может периодически индуцировать электрическое напряжение во вторичной катушке 84 и тем самым периодически активировать работу нагревателя 82. Эти импульсы могут контролировать температуру нагревателя 82 и генерирование пара.
Цепь 16 регулирования выполнена также с возможностью регулирования частоты, амплитуды и/или периода времени, параметров, определяющих величины напряжения батареи, для того, чтобы поддерживалась надежная работа, если уровень напряжения батареи 1 во время курения снижается.
По меньшей мере, в одном примере осуществления цепь регулирования 16 содержит микропроцессор и подходящий для ввода в компьютер носитель информации. Микропроцессор может быть подключен к упомянутому подходящему для ввода в компьютер носителю информации. Подходящий для ввода в компьютер носитель информации может хранить, по меньшей мере, одну таблицу соответствия и другую информацию для обработки с помощью микропроцессора.
Таблицы соответствия могут включать данные по напряжению батареи, приведенные в соответствие с возможными частотами, амплитудами и/или периодами времени, которые могут быть установлены эмпирически путем. Цепь 16 регулирования может реагировать на напряжение электрической батареи и обращаться к таблице соответствия, хранящейся в пригодном для ввода в компьютер носителе информации для получения контрольных параметров, включающих желаемые частоту, амплитуду и/или период времени в зависимости от напряжения электрической батареи.
Например, цепь 16 регулирования может измерять напряжение электрической батареи и в зависимости от величины этого напряжения батареи определять и/или устанавливать желаемую частоту и амплитуду для времени Т1 первой стадии и времени Т2 второй стадии.
По меньшей мере, в одном примере осуществления датчик 17 затяжки выполнен с возможностью генерирования более одного сигнала, например, генерирования ряда сигналов, соответствующих глубине затяжки или всасывания через мундштук 8 так, что цепь 16 регулирования способна различать сигналы для того, чтобы регулировать частоту, амплитуду и/или продолжительность текущего энергетического цикла в соответствии с определенным сигналом цепи 16 регулирования, поступающим от датчика 17 затяжки. Например, глубокая затяжка может генерировать первый сигнал от датчика 17 затяжки, что, в свою очередь, может привести к ответному увеличению продолжительности текущего энергетического цикла, или может быть произведено некоторое другое регулирование в энергетическом цикле для обеспечения производства большего количества пара.
При активировании нагреватель 82 нагревает часть фитиля 28, охваченного нагревателем, в течение менее чем приблизительно 10 секунд. В некоторых примерах осуществления нагреватель 82 нагревает часть фитиля 28 в течение менее чем приблизительно 7 секунд. Таким образом, энергетический цикл (или максимальная продолжительность затяжки) может находиться в интервале от приблизительно 2 секунд до приблизительно 10 секунд (например, от приблизительно 3 секунд до приблизительно 9 секунд, от приблизительно 4 секунд до приблизительно 8 секунд или от приблизительно 5 секунд до приблизительно 7 секунд).
В некоторых примерах осуществления цепь 16 регулирования может содержать управляемый вручную выключатель, с помощью которого курильщик может инициировать поток воздуха. Период времени и характеристики подвода электрического тока к первичной катушке 83 могут быть определены заранее в зависимости от количества состава, который желательно испарить. Для этого цепь 16 регулирования может быть предварительно запрограммирована или может быть программируемой. В качестве альтернативы, цепь 16 регулирования может обеспечивать подвод электрической энергии к первичной катушке 83, как только датчик 17 затяжки обнаруживает наличие перепада давления.
Цепь 16 регулирования может, кроме того, содержать светодиод (LED) 48, который светиться при активировании нагревателя 82. Светодиод (LED) 48 установлен на находящемся выше по ходу движения потока (удаленном) конце электронного курительного устройства 60 и имитирует при затяжке внешний вид сжигаемого угля. LED 48 может быть расположен так, чтобы он был виден курильщику. Кроме того, LED 48 может быть использован в системе обнаружения неисправностей электронного курительного устройства 60. LED 48 может быть установлен также с возможностью его включения и/или выключения курильщиком в целях конфиденциальности. Например, курильщик может отдать предпочтение выключению LED 48 с тем, чтобы, по желанию, во время курения LED 48 не активировался.
Цепь 16 регулирования может также содержать выпрямитель 88 и накопительную цепь 89 для подзарядки батареи 1 при размещении блока 72 питания в индукционном поле. Выпрямитель 88 предназначен для выпрямления напряжения, индуцированного в первичной катушке 83, благодаря чему накопительная схема 89 может заряжать батарею 1 при размещении первичной катушки 83 в индукционном поле. По меньшей мере, в одном примере осуществления электрическая батарея 1 блока 72 питания может быть перезаряжена лишь путем размещения блока 72 питания в индукционном поле, или в качестве альтернативы, блок 72 питания может быть объединен с картомайзером 70, при этом цепь регулирования может инициировать начало режима перезарядки при размещении всего электронного курительного устройства 60 в индукционном поле.
Наличие отдельных картомайзера 70 и блока 72 питания позволяет, в случае опорожнения картомайзера 70, удалить нагреватель электрической цепи нагревателя 81, фитиль 28 и резервуар 22, которые находятся в контакте с составом для образования пара, и повторно использовать блок 72 питания. Таким образом, не будет никакого перекрестного загрязнения различных мундштуков 8, например, при использовании различных составов для образования пара. Кроме того, если картомайзер 70 будет заменен с подходящими интервалами времени, существует небольшая вероятность того, что нагреватель 82 и/или фитиль 28 будут закупорены составом для образования пара. Помимо этого, при обеспечении конструкции, в которой ни одна из проволочек физически не соединяет источник 1 питания блока 72 питания с нагревателем 82 в картомайзере, может быть создана простая сборная конструкция, что снижает стоимость изготовления электронного курительного устройства 60.
В некоторых примерах осуществления электронное курительное устройство 60 имеет приблизительно такой же размер, что и сигарета. В некоторых примерах осуществления длина электронного курительного устройства 60 может составлять от приблизительно 80 мм до приблизительно 110 мм, или от приблизительно 80 мм до приблизительно 100 мм, а диаметр устройства может составлять приблизительно 10 мм или менее. Например, по меньшей мере, в одном примере осуществления длина электронного курительного устройства 60 составляет приблизительно 84 мм, а диаметр – приблизительно 7,8 мм. В другом примере осуществления электронное курительное устройство может иметь внешний диаметр приблизительно равный 10 мм и внутренний диаметр приблизительно равный 9,5 мм. В некоторых примерах осуществления электронное курительное устройство 60 может иметь размеры и форму, приблизительно соответствующие сигаре или трубке.
Внешняя оболочка 6 и/или внутренняя трубка 62 могут быть изготовлены из любого подходящего материала или комбинации материалов. Примеры подходящих материалов включают металлы, сплавы, пластмассы или композитные материалы, содержащие один или большее число из указанных материалов, или термопластичные пластмассы, которые являются подходящими для пищевых продуктов или для применения в фармацевтике, например, полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK), керамический материал и полиэтилен. Материалы могут быть легкими и не ломкими.
Некоторые описанные примеры осуществления электронного курительного устройства имеют цилиндрическую форму. В других примерах осуществления электронное курительное устройство может иметь другие подходящие формы, включающие прямоугольное, треугольное, эллипсоидное, вытянутое овальное или другие формы поперечного сечения.
Электронное курительное устройство раскрыто в настоящем описании и может иметь любые размеры, форму и внешний вид, включая электронные сигареты, сигары, трубки, кальяны и тому подобное.
По меньшей мере, в одном примере осуществления, иллюстрируемом на фиг.3-5, фитиль 28 содержит средний поперечный участок 228, который проходит через (и прилегает к) находящееся выше по потоку уплотнение 15, расположенный выше по потоку входной участок 230 центрального воздушного канала 20, и содержит первую концевую часть 29 и вторую концевую часть 31, которые проходят в продольном направлении через расположенное выше по потоку уплотнение 15 и входят в резервуар 22 так, чтобы находились в контакте с размещенным в резервуаре 22 составом для образования пара.
В определенных местах вдоль периметра указанного уплотнения выполнены гнезда для размещения в них концевых участков 29, 31 фитиля 28. В некоторых примерах осуществления фитиль 28 может содержать только один концевой участок, соединенный с резервуаром. Размещение и ориентация участков фитиля 28 могут быть иными, чем описаны в конкретном примере, при условии, что состав для образования пара поступает из резервуара 22 к месту расположения нагревателя 82, во всех случаях его расположения, где бы он не находился.
В некоторых примерах осуществления, иллюстрируемых на фиг.3-4В, первичная катушка дополнительно снабжена цилиндрическим сердечником 37, изготовленным из ферритового материала 37. Первичная катушка 83 намотана вокруг сердечника 37, и этот сердечник 37 проходит в направлении продольной ориентации первой и/или второй внешней оболочки 6, 6’ и/или в поперечном направлении перпендикулярно продольному направлению первой и/или второй внешней оболочки 6, 6’.
В некоторых примерах осуществления опорный элемент 207 поддерживает нагреватель 82 в картомайзере 70 в фиксированном положении относительно фитиля 28 и/или соединительного элемента 205.
По меньшей мере, в одном примере осуществления, например, иллюстрируемом на фиг.3-4В, ось симметрии первичной катушки 83 и соответствующий используемый по усмотрению ферритовый сердечник 37, и ось симметрии вторичной катушки 84 и соответствующий используемый по усмотрению ферритовый сердечник 37 проходят в продольном направлении внешней оболочки 6’.
По меньшей мере, в одном примере осуществления, иллюстрируемом на фиг.3, когда первая секция 70 и вторая секция 72 соединены друг с другом, первичная катушка 83 размещена внутри вторичной катушки 84 так, что первичная катушка 83 по существу окружена вторичной катушкой 84. В других примерах осуществления первичная катушка 83 может, по меньшей мере, частично охватывать вторичную катушку 84.
В том случае, если каждая из первичной катушки 83 и вторичной катушки 84 намотана вокруг соответствующих ферритовых сердечников 37, как показано на фиг.4А и 4В, и когда картомайзер 70 собран вместе с компонентом 72 питания, то ближайшие концы ферритовых сердечников 37 и соответствующих первичной катушки 83 и вторичной катушки 84 расположены так, что обращены друг к другу, находятся на одной линии, и/или примыкают друг к другу. В некоторых примерах осуществления при присоединении картомайзера 70 к блоку 72 питанию первичная катушка 83 может быть отделена в осевом направлении от ближайшего конца вторичной катушки 84,.
По меньшей мере, в одном примере осуществления, иллюстрируемом на фиг.4В, ферритовый сердечник 37 блока 72 питания может быть установлен вровень с торцом 233 уплотнения таким образом, что противолежащие торцы ферритовых сердечников 37 блока 72 питания и картомайзера 70 открыты и входят в контакт при замыкании соединительного элемента (соединения) 205.
В другом примере осуществления, например иллюстрируемом на фиг.5, ось симметрии первичной катушки 83 и вторичной катушки может быть ориентирована поперек продольной оси электронного курительного устройства 60. В соответствии с ещё одним примером осуществления первичная катушка 83 и вторичная катушка 84 могут быть выполнены плоскими и расположены так, что обращены друг к другу, находятся на одной линии и/или примыкают друг к другу.
Если во вторичной катушке 84 индуцируется напряжения достаточной величины, нагреватель 82 обеспечивает возможность нагревания состава для образования пара, транспортируемого в направлении нагревателя с помощью фитиля 28, до температуры, достаточной для испарения этого состава и образования пара в центральном воздушном канале 20. Нагреватель 82 находится в тепловом контакте с фитилем 28 и нагревает состав для образования пара в фитиле 28 за счет теплопроводности. В качестве альтернативы, теплота от нагревателя 82 может передаваться потоку поступающего окружающего воздуха, который всасывается через электронное курительное устройство 60 во время затяжки и, в свою очередь, нагревает состав для образования пара посредством конвективного теплообмена.
При использовании в настоящем описании термина «приблизительно» в отношении численных значений параметра имеется в виду, что соответствующие численные значения имеют погрешность ±10% относительно указанного численного значения. Кроме того, если в этом описании указаны проценты, имеется в виду, что эти проценты получены, исходя из массы, т.е. являются массовыми процентами.
Помимо этого, если в отношении геометрических форм используются термины «в целом», «в общем» и «по существу», предполагается, что точность характеристики геометрической формы не является необходимой, но эта характеристика находится в пределах объема изобретения.
Очевидно, что новое, усовершенствованное и не тривиальное электронное курительное устройство раскрыто в настоящем описании достаточно подробно для его понимания специалистом среднего уровня в данной области техники. Кроме того, специалистам в данной области техники понятно, что для характерных особенностей (признаков) электронного курительного устройства существуют модификации, варианты, замены и эквиваленты, которые фактически не выходят за пределы объема и сущности описанных выше примеров осуществления. Соответственно, явным образом предполагается, что все такие модификации, варианты, замены и эквиваленты, которые находятся в пределах сущности и объема изобретения, определяемых приложенными пунктами формулы изобретения, будут охватываться этими пунктами формулы.