Результат интеллектуальной деятельности: ПРОНИЦАЕМАЯ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНАЯ РЕЗИСТИВНАЯ ФОЛЬГА ДЛЯ ИСПАРЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ ИЗ ОДНОРАЗОВЫХ МУНДШТУКОВ С ИСПАРИТЕЛЬНЫМИ МЕМБРАНАМИ

Изобретение относится к устройству для оптимизированного бездымного вдыхания никотина и/или добавок с помощью электронных сигарет.

При курении обычной сигареты сжигается табак, и возникающий при этом сжигании дым вдыхается (основной дымовой поток) или отдается в окружающее пространство (побочный дымовой поток).

Основной дымовой поток в значительной степени ответственен за причинение вреда здоровью самому курильщику, однако доставляет ему нужное удовольствие. Побочный дымовой поток в значительной степени ответственен за причинение вреда здоровью пассивным курильщикам и нежелателен ни им, ни самому курильщику.

В дыме одной сигареты было обнаружено свыше 4800 различных веществ, из которых примерно 70 бесспорно считаются канцерогенными.

Способы и основанные на них устройства для бездымного вдыхания никотина и/или добавок имеют своей целью предложить курильщику замену обычной сигарете, которая причиняла бы существенно меньший вред здоровью ему и третьим лицам, преимущественно вообще не причиняла бы никакого вреда здоровью, однако при этом доставляла бы такое же удовольствие, что и от курения обычной сигареты.

В настоящее время на рынке в качестве замены обычной сигарете зарекомендовали себя так называемые электронные сигареты. Из различных конструкций благодаря возможности своей относительно простой технической реализации при одновременно убедительной функциональности (мощность испарения, выход никотина) зарекомендовала себя описанная ниже конструкция.

В патенте DE 69017371 Т2 от 1990 г. описано табачное изделие, содержащее вырабатывающую ароматическое вещество текучую среду, электронагревательный элемент и устройство отдачи электрической энергии, причем вырабатывающая ароматическое вещество текучая среда отделяется от электронагревательного элемента, отличающееся тем, что электронагревательный элемент находится в тепловом контакте с вырабатывающей ароматическое вещество текучей средой, устройство отдачи электрической энергии отдает ее нагревательному элементу, вызывая нагрев нагревательным элементом вырабатывающей ароматическое вещество текучей среды и высвобождения его компонентов, и содержит регулирующее устройство для регулирования отдаваемой устройством отдачи электрической энергии ее количества.

Этот основной принцип разрабатывался в течение последних двух десятков лет до готовности внедрения на рынок и был оптимизирован следующим образом.

Испаряемая жидкость за счет капиллярного действия металлической оплетки или стекловолокнистого фитиля подается из картриджа к небольшой нагревательной спирали. Последняя включается, как правило, вакуумным выключателем или регулятором при затягивании электронной сигаретой, в результате чего жидкость испаряется.

Основными компонентами электронной сигареты являются аккумуляторный блок с вакуумным выключателем или регулятором и светодиодом для имитации горения, испарительный блок (распылитель) с нагревательной спиралью и капиллярами, а также мундштук с картриджем с жидкостью.

Три компонента выполнены, как правило, цилиндрическими и имитируют по своей форме в собранном виде сигарету, причем они образуют внутри проточный канал, проходящий через все три компонента. При затягивании электронной сигаретой в аккумуляторный блок всасывается воздушный поток, в результате чего срабатывает вакуумный выключатель или регулятор. За счет этого активируется нагревательная спираль в расположенном вниз по течению испарительном блоке.

Нагревательная спираль намотана вокруг пучка волокон, который, будучи соединен посредством капилляров непосредственно или через металлическую оплетку с лежащим дальше вниз по течению в мундштуке картриджем с жидкостью, пропитывается ею и расположен перпендикулярно течению. За счет активирования нагревательной спирали жидкость испаряется и отдается воздушному потоку.

Сам заполненный испаряемой жидкостью картридж не подвержен воздействию течения в проточном канале, а расположен в боковом кармане мундштука. Таким образом, пучок волокон снабжается через капилляры металлической оплетки и пучка стекловолокон, благодаря чему неиспарившаяся жидкость не попадает из картриджа в рот курильщику. Картридж состоит в большинстве случаев из небольшого кусочка нетканого материала.

Помимо картриджа мундштук имеет только проточный канал и выход для воздуха в виде небольшого отверстия на его торцевой стороне, через которое обогащенный испарившейся жидкостью воздушный поток попадает в ротовую полость курильщика.

Аккумуляторный и испарительный блоки разъемно соединяются между собой посредством резьбы. Торцевая сторона и поверхность резьбы выполнены электропроводящими и изолированы друг от друга, так что в свинченном состоянии между аккумуляторным и испарительным блоками может течь ток, а нагревательная спираль при активированном вакуумном выключателе или регуляторе может запитываться от аккумулятора. В разобранном состоянии аккумуляторный блок может быть соединен посредством той же резьбы с зарядным прибором.

Мундштук надевается цилиндрическим фланцем на противоположный резьбе конец испарительного блока, причем картридж в мундштуке вступает в соприкосновение с металлической оплеткой испарительного блока, в результате чего происходит перенос жидкости из картриджа внутрь нагревательной спирали.

Большой недостаток этого выполнения электронных сигарет с отдельным многоразовым испарительным блоком заключается в его возрастающем загрязнении в течение всего срока службы. Поскольку перед заменой испарительного блока, как правило, расходуется много картриджей по 200 затяжек каждый, а капилляры не очищаются, возникает потенциальная опасность испарения микроорганизмов и нежелательных токсичных веществ. Один испарительный блок может использоваться до 6 месяцев.

Другим недостатком возрастающего загрязнения испарительного блока является потенциальное ухудшение качества в течение срока пользования. Так, например, при замене мундштука испаряемая жидкость нового мундштука смешивается с оставшейся в капиллярах жидкостью. Особенно негативно это сказывается в том случае, если курильщик хотел бы использовать с испарителем различные ароматы.

Негативным моментом является выход жидкости при замене надетых на испаритель мундштуков, из-за чего никотинсодержащая жидкость вступает в контакт с кожей курильщика. В зависимости от содержания никотина из-за контакта с кожей может произойти легкое отравление.

Не в последнюю очередь недостатком такого выполнения из трех частей является трудноуменьшаемая длина, что идет вразрез с поставленной целью незначительного увеличения конструктивного пространства сигареты стандарта King Size.

Частичное усовершенствование достигается тогда, когда испарительный блок встраивается в мундштук, поскольку можно избежать выхода жидкости и связанного с этим риска контакта с кожей, а конструктивное пространство можно лучше приблизить к сигарете стандарта King Size.

Недостатком можно также назвать наличие в мундштуке резьбового соединения с испарителем, вследствие чего, не говоря уже о неудобстве обращения с резьбовым соединением, из-за относительно толстой металлической стенки в зоне резьбы и одноразового характера комбинированного изделия возникает проблема с утилизацией, особенно поскольку речь идет об изделии массового производства, что связано с применением избыточного количества материалов.

Для обоих вариантов, то есть как для варианта с отдельным испарителем, так и для варианта со встроенным в мундштук испарителем, возможность дозаправки соответствующих картриджей и связанная с этим, уже широко распространенная практика дозаправки представляют собой большую проблему из-за потенциальной опасности, исходящей от никотинсодержащих жидкостей. Баллончики для дозаправки могут содержать смертельную для детей дозу никотина.

Кроме того, мнимое гигиеническое преимущество систем со встроенным в мундштук испарителем разбивается о тот факт, что и они на практике зачастую дозаправляются, хотя в них вместо стекловолокнистых капилляров зачастую применяются волокна в качестве капилляров, которые при длительном использовании обугливаются.

В заключение большой недостаток систем со встроенным в мундштук испарителем заключается в используемых компонентах, таких как изготавливаемый резанием резьбовой фланец с электрической изоляцией наружного кольца и торцевой стороны, и трудноавтоматизируемой сборке, например спаянной посредством проволок с резьбовым фланцем нагревательной спирали и пропущенных через нее пучков стеклянных или природных волокон, при не приспособленной для массового изделия возможности изготовления на быстродействующих станках.

В WO 2011/009920 описан способ улетучивания активных и/или ароматических веществ с целью отдачи вдыхаемой аэрозоли, причем нагружаемая тепловой энергией среда течет по проточному каналу в преимущественно цилиндрическом полом теле и частично или полностью протекает в проточном канале, по меньшей мере, через одну испарительную мембрану, причем она пропитана и/или пропитывается содержащей испаряемое активное и/или ароматическое вещество субстанцией, а содержащая дополнительно тепловую энергию, то есть нагруженная ею среда, при протекании через испарительную мембрану испаряет эту субстанцию или эти субстанции и вводит их в поток жидкости.

Названный последним способ и основанное на нем устройство обеспечивают оптимальное испарение содержащих активные и/или ароматические вещества субстанций без упомянутых выше, присущих имеющимся на рынке электрическим системам недостатков, таких как проблемы с гигиеной, обусловленные конструкцией высокие издержки производства и длительный срок использования, благодаря чему он принципиально идеально подходит в качестве мундштука для бездымной сигареты, однако в способе используется поток текучей среды, уже нагруженный тепловой энергией в результате сгорания сжиженного газа, как это описано в WO 2008/113420, а, напротив, создание чисто электрическим путем соответственно теплого потока текучей среды в конструктивном пространстве сигареты или маленькой сигары нельзя представить себе из-за недостаточного для размещения теплообменника места.

В WO 2008/113420 описан способ улетучивания активных и/или ароматических веществ с целью отдачи вдыхаемой аэрозоли, причем газообразные продукты сгорания горючего газа, сжигаемого преимущественно с избытком воздуха, при необходимости смешанные с окружающим воздухом, частично или полностью направляются через картридж с активным и/или ароматическим веществом, причем нужная температура выбирается за счет доли газообразных продуктов сгорания и при необходимости за счет соотношения их смешивания с окружающим воздухом.

Решающим недостатком этого способа является применение сжиженного газа, из-за чего вследствие мнимой опасности взрыва в непосредственной близости от лица, даже если она будет лишь чисто гипотетической и за счет безопасного выполнения, у потенциальных покупателей возникают не только опасения по поводу безопасности, но и основанные на этом принципе изделия с высокой вероятностью нельзя брать с собой на борт самолета.

Задачей изобретения является создание устройства для электронных сигарет, которое обеспечивало бы испарение никотина и/или добавок без повторно используемых, вступающих в контакт с испаряемой жидкостью деталей, и преимущественно одновременно высокое снижение расходов и загрязнения окружающей среды за счет уменьшения количества применяемых материалов, а также оптимизация оборудования.

Эта задача решается согласно изобретению посредством нагревательного устройства, описанного в п. 1 формулы, и испарительного устройства для испарения жидкостей из проницаемых испарительных мембран (аналогично описанным в WO 2011/009920), содержащего такое нагревательное устройство, причем нагревательное устройство содержит следующие компоненты:

- проницаемую нагревательную резистивную фольгу в форме двойной спирали и/или волнистой линии с двумя концами и размером сечения сигареты или маленькой сигары, причем промежутки двойной спирали и/или волнистой линии нагревательного резистора (1) выполнены открытыми и, тем самым, проницаемыми для потока текучих сред;

- по меньшей мере, два электрических контакта (контактные планки), которые одной своей стороной прочно соединены с соответствующим противоположным концом нагревательной резистивной фольги, а другой стороной открыты, благодаря чему они могут быть соединены с регулируемым или управляемым источником электрического напряжения, причем нагревательная резистивная фольга и электрические контакты изготовлены преимущественно за одно целое.

«Проницаемый» в смысле изобретения означает применительно к нагревательной резистивной фольге и к испарительным мембранам, что они выполнены газопроницаемыми в направлении нормалей к их поверхностям.

Согласно изобретению проницаемая нагревательная резистивная фольга состоит из электропроводящей фольги, которая высекается или вырезается лазером преимущественно в форме двойной спирали или волнистой линии или в виде комбинации двойной спирали и волнистой линии. В качестве комбинации двойной спирали и волнистой линии нагревательный резистор может иметь, например, два участка в форме змеек с расположенным между ними участком в форме двойной спирали или же в форме двойной спирали с центральным участком в форме волнистой линии. Другие комбинации с дополнительными разными участками также возможны.

Нагревательная резистивная фольга состоит из электропроводящего материала, преимущественно алюминиевого или высококачественного стального сплава и особенно предпочтительно из совместимого с пищевыми продуктами чистого алюминия, AlMn-сплава или нержавеющей стали, такой как X5CrNi18-10.

Толщина проницаемой нагревательной резистивной фольги составляет 0,01-0,2 мм, преимущественно 0,02-0,08 мм.

В зависимости от электропроводимости испаряемой жидкости нагревательная резистивная фольга может быть покрыта жаропрочным электроизолирующим полимерным слоем, преимущественно слоем полиимида, миканита или силикона, благодаря чему при слишком низком электрическом сопротивлении испаряемой жидкости по отношению к сопротивлению нагревательной резистивной фольги предотвращается короткое замыкание. Миканит в смысле изобретения означает искусственную слюду, то есть комбинированный материал, состоящий из обломков слюды (обломков слоистого силиката) и искусственной смолы в качестве матричной системы. Примерами являются: Flexibel Mikanit FLM M & P (состоит, по меньшей мере, из 92% мусковита или в качестве альтернативы флогопита, пропитанного высокотемпературостойким силиконовым связующим), Flexibel Mikanit FLM 521 Р и т. д.

Такое нагревательное устройство может использоваться, например, в качестве электронагревательного резистора в испарительном устройстве для испарения содержащих активные и/или ароматические вещества субстанций, например в одноразовом мундштуке для электронной сигареты. Последняя готова к употреблению за счет простого надевания на аккумуляторный блок с вакуумным выключателем или регулятором. При замыкании цепи тока вакуумным выключателем или регулятором нагревательная резистивная фольга нагревает и испаряет жидкость из испарительной мембраны.

Другой аспект касается испарительного устройства для испарения содержащих активные и/или ароматические вещества субстанций, преимущественно выполненного в виде мундштука в форме полого цилиндра с входом и выходом для текучей среды. Испарительное устройство включает описанное нагревательное устройство и по меньшей мере одну испарительную мембрану, которая находится в поверхностном контакте с нагревательным резистором. Испарительная мембрана выполнена также проницаемой для потока текучих сред и либо смочена содержащей активные и/или ароматические вещества субстанцией, либо может быть смочена ею. Нагревательный резистор и испарительная мембрана (мембраны) расположены предпочтительно перпендикулярно или под углом к направлению проходящих через мундштук текучих сред.

За счет описанного выполнения испарительного устройства благодаря максимально возможной площади контакта между нагревательной резистивной фольгой и испарительной мембраной или мембранами достигаются не только очень высокий КПД испарения, но и оптимально равномерное испарение.

Другое существенное преимущество изобретения заключается в том, что за счет изменения геометрической формы нагревательной резистивной фольги, например за счет изменения числа витков спирали, ширины витков и/или толщины пленки или тонкого листа, мощность нагревательного резистора можно оптимально приспособить к разным испаряемым субстанциям с разными ингредиентами.

За счет соответствующего выбора материала и геометрических параметров нагревательной резистивной фольги ее электрическое сопротивление можно установить в диапазоне 1-10 Ом, благодаря чему при возможном номинальном напряжении подключенного аккумуляторного блока от 1,2 В (NiCd) до 3,7 В (Li-Ion) можно покрыть диапазон нагревательной мощности 0,1-13,7 Вт в сечении мундштука сигареты.

Другим важным преимуществом изобретения является то, что в контур нагревательной резистивной фольги за счет локального сужения (узкое место) можно встроить плавкий предохранитель, который в случае полного расходования жидкости вследствие отсутствия охлаждения термически разрушается и делает мундштук непригодным, благодаря чему можно особенно просто реализовать одноразовый мундштук с желательным сроком службы 5-20 затяжек по 20-50 мл, преимущественно 8-12 затяжек по 35 мл.

В другом варианте испарительное устройство включает в себя фланец для разъемного соединения управляемого или регулируемого источника электрического напряжения с электрическими полюсами, причем контактные планки, соединенные с соответственно противоположным концом двойной спирали и/или волнистой линии нагревательного резистора, находятся в контакте между собой не непосредственно, а только через нагревательный резистор. Эти контактные планки могут быть через фланец соединены с электрическими полюсами управляемого или регулируемого источника напряжения.

Преимущественно контактные планки закрыты изолирующей пленкой до поверхности фланца на внутренней стороне полого цилиндра мундштука. Изолирующая пленка имеет предпочтительно в зоне поверхности фланца по меньшей мере два аксиально смещенных контактных отверстия, выполненных преимущественно таким образом, что они лежат аксиально в одной плоскости и открывают соответственно только одну контактную планку. Полюса управляемого или регулируемого источника напряжения представляют собой, например два аксиально смещенных кольца, и в состоянии соединения мундштука и источника напряжения соответственно один его полюс соединен через контактные отверстия с контактными планками, а через контактные планки - соответственно с одним концом двойной спирали и/или волнистой линии нагревательного резистора.

В другом варианте контактные планки и/или поверхность фланца имеют предпочтительно по меньшей мере один калиброванный паз и/или калиброванный носик, причем они содержат соответствующий ответный элемент в виде, по меньшей мере, одного калиброванного носика и/или калиброванного паза на управляемом или регулируемом источнике напряжения. В состоянии соединения мундштука и источника напряжения соответственно один его полюс соединен с контактными планками, а через контактные планки - соответственно с одним концом двойной спирали и/или волнистой линии нагревательного резистора.

В другом, предпочтительном варианте, по меньшей мере, одна заканчивающаяся острием и/или имеющая острую кромку откупоривающая планка из металлической фольги или тонкого листа, предпочтительно (однако необязательно) из той же металлической фольги или тонкого листа, что и нагревательный резистор, своей острой и/или имеющей острую кромку стороной проходит вперед от нагревательного резистора аксиально в направлении фланца мундштука и выполнена таким образом, что при соединении мундштука и источника электрического напряжения она открывает и/или разрезает находящуюся между нагревательным резистором и фланцем укупорочную фольгу накопительной капсулы, заполненной содержащей активные и/или ароматические вещества субстанцией.

Таким образом, изобретение обеспечивает не только изготовление комбинации функций картриджа и испарителя в одноразовом мундштуке с более эффективным по сравнению с известными устройствами такого рода испарением и меньшим расходованием ресурсов, но и точно определенное, ограниченное по времени удовольствие от курения.

Благодаря предпочтительному изготовлению описанной нагревательной резистивной фольги путем высекания или гибки в штампе она прекрасно интегрируется в быстро протекающий производственный процесс, в чем заключается другое существенное преимущество изобретения.

Ниже преимущества и предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны с помощью прилагаемых чертежей.

На фиг. 1 изображены два варианта предпочтительного выполнения описанного нагревательного устройства, в котором нагревательный резистор 1, контактные планки 13 и две откупоривающие планки 14 изготовлены из одного куска металлической фольги.

а) Двойная спираль 101 в качестве нагревательного резистора 1.

b) Волнистая линия 102 в качестве нагревательного резистора 1, в которую дополнительно встроен плавкий предохранитель 12.

На фиг. 2 показано, как мундштук 3 в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения соединяется с источником электрического напряжения 4, причем оба его кольцеобразных полюса 41 через контактные отверстия 21 в изолирующей фольге 2 вступают в контакт с контактными планками 13, в результате чего нагревательный резистор 1 может запитываться током, и причем накопительная капсула 36 посредством торцевой стороны фланца 33 источника напряжения 4 аксиально смещается внутри полого цилиндра 31 в направлении буферного накопителя 321, в результате чего откупоривающие планки 14 разрывают укупорочную фольгу 361 накопительной капсулы 36, и содержащая активные и/или ароматические вещества субстанция течет в буферный накопитель 321, а оттуда - дальше в испарительные мембраны 32.

а) Мундштук в неактивном состоянии хранения с целой укупорочной фольгой 361 и накопительной капсулой 36 в исходном положении при еще не надетом источнике напряжения 4.

b) Мундштук в активированном рабочем состоянии с нарушенной укупорочной фольгой 361 и накопительной капсулой 36 в конечном положении с надетым источником напряжения 4.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения предложенное устройство служит нагревательным резистором 1, например, в описанном в WO 2011/009920 устройстве, то есть предложенное устройство комбинируется с устройством, в котором текучая среда протекает по меньшей мере через одну испарительную мембрану 32 в проточном канале 31, причем по меньшей мере одна испарительная мембрана 32 смочена и/или смачивается содержащей испаряемое активное или ароматическое вещество субстанцией, а предложенное устройство подводит к ней тепловую энергию, в результате чего эта субстанция испаряется и вводится в поток текучей среды.

В этом варианте предложенное устройство содержит:

- полый цилиндр 31, состоящий из полимерной пленки, картона и оберточной бумаги, причем оберточная бумага намотана снаружи вокруг картона и преимущественно соответствует так называемой пробковой бумаге сигаретных фильтров, а картон покрыт на внутренней стороне полимерной пленкой;

- проницаемую нагревательную резистивную фольгу 1 в форме двойной спирали 101, высеченной из алюминиевой фольги, причем проницаемая нагревательная резистивная фольга 1 покрыта изолирующим слоем 11 из полиимида;

- два электрических контакта 13 в виде контактных планок 13 на нагревательной резистивной фольге 1, которые проходят продольно внутри полого цилиндра 31 вдоль его внутренней поверхности от нагревательной резистивной фольги 1 до фланца 33, причем контакты описывают соответственно сечение дуги квадранта;

- две проницаемые испарительные мембраны 32, причем в осевом направлении соответственно одна испарительная мембрана расположена перед, а одна - за проницаемой нагревательной резистивной фольгой 1 в непосредственном поверхностном контакте с ней, и причем испарительные мембраны частично непосредственно находятся в контакте между собой;

- испарительный промежуточный накопитель 321 в форме кольца из способного впитывать влагу нетканого материала, посредством которого испарительные мембраны 32 натянуты подобно барабанной коже;

- две откупоривающие планки 14 в виде острых зубцов, которые входят из контактных планок 13 в проточный канал 31 и аксиально указывают от нагревательной резистивной фольги 1 в направлении фланца 33;

- изолирующую пленку 2, которая проходит продольно внутри полого цилиндра 31 и внутри контактных планок 13 вдоль их внутренней поверхности от нагревательной резистивной фольги 1 до фланца 33 и имеет два аксиально смещенных контактных отверстия 21, причем внутренняя сторона изолирующей пленки 2 и открытые за счет контактных отверстий 21 поверхности контактных планок 13 представляют собой поверхность 331 фланца 33 со стороны мундштука;

- аксиально подвижную кольцеобразную накопительную капсулу 36 внутри изолирующей пленки 2 полого цилиндра 31, которая заполнена содержащей активное и/или ароматическое вещество субстанцией и запечатана укупорочной фольгой 361, причем укупорочная фольга 361 разрушается, когда накопительная капсула 36 смещается в направлении нагревательной резистивной фольги 1 настолько, что укупорочная фольга 361 пробивается откупоривающими планками 14.

Описанный предпочтительный вариант осуществления изобретения используется со стержнеобразным источником электрического напряжения 4 с двумя кольцеобразными полюсами 41 на наружной поверхности фланца 33 со стороны источника напряжения, причем источник напряжения имеет на торцевой стороне фланца 33 отверстие для выхода воздуха, через которое в мундштук 3 течет поток текучей среды, а в проточном канале источника напряжения находится вакуумный регулятор, который в состоянии соединения управляет течением тока из источника напряжения по кольцеобразным полюсам 41 через контактные планки 13 и нагревательную резистивную фольгу 1 мундштука 3.

Перечень ссылочных позиций