Нагревание курительного материала
Изобретение относится к нагреванию курительного материала, в частности к устройству для испарения по меньшей мере одного компонента курительного материала для его вдыхания. Устройство для нагревания курительного материала содержит пленочный нагреватель, выполненный с возможностью нагревания курительного материала для испарения по меньшей мере одного компонента курительного материала для его вдыхания, и один или несколько датчиков, установленных на поверхности нагревателя и выполненных с возможностью обеспечения измерения сопротивления. Техническим результатом изобретения является усовершенствование устройств для нагрева курительного материала. 9 н. и 21 з.п. ф-лы, 16 ил.
Область техники
Изобретение относится к нагреванию курительного материала, в частности, к устройству для испарения по меньшей мере одного компонента курительного материала для его вдыхания.
Уровень техники
В курительных изделиях, например сигаретах и сигарах, в процессе использования сжигают табак для создания табачного дыма. Предпринимались попытки создания альтернативы этим курительным изделиям в виде продуктов, выделяющих соединения без создания табачного дыма. Примерами таких продуктов могут служить так называемые продукты, нагреваемые без горения, которые выделяют соединения при нагревании табака, без его сжигания.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении предлагается устройство, включающее пленочный нагреватель, выполненный с возможностью нагревания курительного материала для испарения по меньшей мере одного компонента курительного материала для его вдыхания, и один или несколько датчиков, установленных на поверхности нагревателя и выполненных с возможностью обеспечения измерения (омического) сопротивления.
В частных вариантах выполнения устройство дополнительно содержит контроллер, причем датчики выполнены с возможностью подачи результатов измерения сопротивления на контроллер, а контроллер выполнен с возможностью поддерживания или регулирования температуры нагревателя на основе результатов измерения сопротивления. Один или несколько датчиков могут содержать термометр сопротивления.
В настоящем изобретении также предлагается устройство, содержащее пленочный нагреватель, выполненный с возможностью нагревания курительного материала для испарения по меньшей мере одного компонента курительного материала для его вдыхания, и теплообменник, выполненный с возможностью согревания втягиваемого в устройство воздуха перед тем, как он попадет в курительный материал, и/или охлаждения воздуха перед тем, как он будет втянут через мундштук устройства.
В частных вариантах выполнения теплообменник выполнен с возможностью использования тепла, извлеченного из воздуха, входящего в мундштук, для согревания воздуха, перед тем, как он попадет в курительный материал. Устройство имеет корпус и впускные отверстия для воздуха, проходящие в корпус и расположенные вверх по потоку от курительного материала.
В настоящем изобретении также предлагается устройство, содержащее пленочный нагреватель, выполненный с возможностью нагревания курительного материала для испарения по меньшей мере одного компонента курительного материала для его вдыхания, и контроллер, выполненный с возможностью обеспечения частичной активизации нагревателя так, чтобы он производил подогрев для подготовки испарения компонентов курительного материала.
В частных вариантах выполнения частичная активизация включает нагрев до температуры, достаточной для по существу предотвращения конденсации компонентов, таких как никотин, испарившихся из курительного материала. Нагреватель содержит несколько независимо приводимых в действие зон нагрева, а частичная активизация нагревателя включает нагрев, обеспечивающий частичную активизацию нагреваемой области.
В настоящем изобретении также предлагается устройство, содержащее пленочный нагреватель, выполненный с возможностью нагревания курительного материала для испарения по меньшей мере одного компонента курительного материала для его вдыхания и имеющий несколько независимо приводимых в действие зон нагрева, и контроллер, выполненный с возможностью активизации зон нагрева в заранее установленном порядке.
В частных вариантах выполнения заранее установленный порядок представляет собой пространственный порядок. Устройство также содержит камеру нагрева, а контроллер выполнен с возможностью активизации зон нагрева последовательно вдоль или вокруг камеры нагрева.
Кроме того, возможны описанные ниже выполнения предлагаемых устройств и их элементов.
Пленочным нагревателем может быть пленочный полиимидный нагреватель.
Толщина нагревателя может составлять менее 1 мм.
Толщина нагревателя может составлять менее 0,5 мм.
Толщина нагревателя может составлять примерно от 0,2 до 0,0002 мм.
Устройство может включать тепловую изоляцию, составляющую единое целое с нагревателем.
Устройство может включать тепловую изоляцию, покрытую нагревателем.
Устройство может включать тепловую изоляцию, отделенную от нагревателя защитным слоем.
Защитный слой может представлять собой слой нержавеющей стали.
Тепловая изоляция может включать внутреннюю область (слой), разреженную до более низкого давления, чем снаружи изоляции.
Секции стенки изоляции по обеим сторонам внутреннего слоя могут сходиться к герметизированному газоотводному отверстию.
Толщина изоляции может составлять менее примерно 1 мм.
Толщина изоляции может составлять менее примерно 0,1 мм.
Толщина изоляции может составлять примерно от 1 до 0,001 мм.
Устройство может иметь мундштук для вдыхания испарившихся компонентов курительного материала.
Устройство может быть выполнено с возможностью нагревания курительного материала без сжигания курительного материала.
В соответствии с изобретением также предложен способ изготовления описанного устройства, способ нагревания курительного материала посредством этого устройства, курительный материал для использования с устройством, система, содержащая данное устройство и курительный материал для использования с ним, и способ использования устройства, включающий нагревание курительного материала для испарения по меньшей мере одного компонента курительного материала для его вдыхания.
Кроме того, изоляция может быть расположена между камерой нагрева курительного материала и внешней стороной устройства для снижения потерь тепла от нагретого курительного материала.
Изоляция может быть расположена коаксиально вокруг камеры нагрева.
Камера нагрева курительного материала может представлять собой в целом трубчатую камеру нагрева, а изоляция может быть расположена вокруг продольной поверхности трубчатой камеры нагрева.
Изоляция может представлять собой изоляцию в виде в целом трубчатого тела, расположенного вокруг камеры нагрева.
Камера нагрева курительного материала может быть расположена между изоляцией и нагревателем.
Нагреватель может быть расположен между камерой нагрева курительного материала и изоляцией.
Изоляция может быть расположена снаружи нагревателя.
Нагреватель может быть расположен коаксиально вокруг камеры нагрева, а изоляция может быть расположена коаксиально вокруг нагревателя.
Изоляция может включать материал, отражающий инфракрасное излучение, для ослабления распространения инфракрасного излучения через изоляцию.
Изоляция может иметь наружную стенку, окружающую внутренний слой.
Внутренняя поверхность стенки может иметь покрытие, отражающее инфракрасное излучение, для отражения этого излучения внутрь внутреннего слоя.
Стенка может включать слой нержавеющей стали, толщиной по меньшей мере примерно 100 мкм.
Секции стенки с каждой стороны внутреннего слоя могут быть соединены соединительной секцией стенки, проходящей по непрямому пути между секциями с каждой стороны внутреннего слоя.
Давление во внутреннем слое может составлять примерно от 0,1 до 0,001 мбар.
Коэффициент теплопередачи изоляции может составлять примерно от 1,10 до 1,40 Вт/(м2К), когда температура изоляции составляет в интервале от 150 до 250 градусов Цельсия.
Внутренний слой может содержать пористый материал.
Сходящиеся секции стенки могут сходиться в концевой зоне изоляции.
Нагреватель может быть электрическим.
Далее, для иллюстрации изобретения, приводятся варианты его выполнения со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
Краткое описание чертежей
на фиг. 1 схематически представлено поперечное сечение устройства, выполненного с возможностью нагревания курительного материала для высвобождения ароматических соединений и/или никотина из курительного материала;
на фиг. 2 представлен в перспективе с частичным вырезом вид устройства, выполненного с возможностью нагревания курительного материала для высвобождения ароматических соединений и/или никотина из курительного материала;
на фиг. 3 представлен в перспективе с частичным вырезом вид устройства, выполненного с возможностью нагревания курительного материала, в котором курительный материал помещен вокруг удлиненного керамического нагревателя, разделенного на радиальные нагревательные секции;
на фиг. 4 представлено в разобранном виде устройство, выполненное с возможностью нагревания курительного материала, в котором курительный материал размещен вокруг удлиненного керамического нагревателя, разделенного на радиальные нагревательные секции;
на фиг. 5 представлена блок-схема способа активизации зон нагрева и открывания и закрывания клапанов камеры нагрева во время затяжки;
на фиг. 6 схематически показан газовый поток через устройство, выполненное с возможностью нагревания курительного материала;
на фиг. 7 графически иллюстрируется зависимость нагрева, которая может быть использована для нагревания курительного материала посредством нагревателя;
на фиг. 8 схематически показан уплотнитель курительного материала, выполненный с возможностью уплотнения курительного материала при нагревании;
на фиг. 9 схематически показан разрыхлитель курительного материала, выполненный с возможностью разрыхления курительного материала при нагревании;
на фиг. 10 представлена блок-схема способа уплотнения курительного материала во время нагревания, и разрыхления курительного материала для затяжки;
на фиг. 11 схематически представлен вид сечения секции вакуумной изоляции, выполненной с возможностью изолирования нагретого курительного материала от потерь тепла;
на фиг. 12 схематически представлен другой вид сечения секции вакуумной изоляции, выполненной с возможностью изолирования нагретого курительного материала от потерь тепла;
на фиг. 13 схематически представлен вид сечения теплового мостика с низкой теплопроводностью, создающего непрямой путь от высокотемпературной изолирующей стенки к низкотемпературной изолирующей стенке;
на фиг. 14 схематически представлен вид сечения тепловой защиты и теплопрозрачного окна, которое может передвигаться относительно массива курительного материала для выборочной передачи через окно тепловой энергии в различные секции курительного материала; и
на фиг. 15 схематически представлен вид сечения части устройства, выполненного с возможностью нагревания курительного материала, в котором камера нагрева может герметично закрываться запорными клапанами; и
на фиг. 16 схематически представлен вид сечения частичного разреза вакуумной изоляции, выполненной с возможностью тепловой изоляции устройства для нагревания курительного материала.
Подробное описание изобретения
В данном описании, термин 'курительный материал' включает любой материал, выделяющий летучие компоненты при нагревании, и любой содержащий табак материал, и может, например, включать один или более материал из группы, включающей табак, производные табака, разрыхленный табак, восстановленный табак или заменители табака.
Устройство 1 для нагревания курительного материала включает источник 2 энергии, нагреватель 3 и камеру 4 нагрева. Источник 2 энергии может содержать батарею, например Li-ионную батарею, никелевую батарею, щелочную батарею и/или др., и электрически соединен с нагревателем 3 для подачи на нагреватель 3 электрической энергии, когда это требуется. Камера 4 нагрева выполнена с возможностью помещения в нее курительного материала 5 так, чтобы курительный материал 5 мог быть нагрет в камере 4 нагрева. Например, камера 4 нагрева может быть расположена, примыкая к нагревателю 3 так, что тепловая энергия от нагревателя 3 нагревает находящейся в ней курительный материал 5 для испарения ароматических соединений и никотина в курительном материале 5 без горения курительного материала 5. Для того чтобы дать возможность пользователю устройства 1 вдыхать испарившиеся компоненты при использовании устройства 1, имеется мундштук 6. Курительный материал 5 может содержать табачную смесь.
Компоненты устройства 1, например, источник 2 энергии и нагреватель 3, могут быть помещены в корпус 7. Как показано на фиг. 1, корпус 7 может включать примерно цилиндрическую трубку с источником 2 энергии, расположенным у ее первого конца 8, и нагреватель 3 и камеру 4 нагрева, расположенные у ее противоположного, второго конца 9. Источник 2 энергии и нагреватель 3 проходят вдоль продольной оси корпуса 7. Например, как показано на фиг. 1, источник 2 энергии и нагреватель 3 могут быть установлены по центральной продольной оси корпуса 7, располагаясь вплотную друг за другом так, что торцевая поверхность источника 2 энергии обращена к торцевой поверхности нагревателя 3. Длина корпуса 7 может составлять примерно 130 мм, длина источника энергии может составлять примерно 59 мм, а длина нагревателя 3 и зоны 4 нагрева может быть примерно 50 мм. Диаметр корпуса 7 может быть примерно от 15 до 18 мм. Например, диаметр первого конца 8 корпуса может составлять 18 мм, в то время как диаметр мундштука 6 на втором конце 9 корпуса может быть 15 мм. Диаметр нагревателя 3 может составлять примерно от 2,0 до 6,0 мм. Диаметр нагревателя 3 может составлять, например от 4,0 до 4,5 мм или примерно от 2,0 до 3,0 мм. В других случаях могут использоваться нагреватели с диаметром за пределами этих интервалов. Например, диаметр корпуса 7 и размер устройства 1 в целом могут быть значительно уменьшены за счет использования пленочного нагревателя 3 и вакуумной изоляции 18, описанных ниже. Глубина камеры 4 нагрева может составлять примерно 5 мм, а наружный диаметр камеры 4 нагрева может составлять примерно 10 мм по наружной поверхности. Диаметр источника 2 энергии может составлять примерно от 14,0 до 15,0 мм, например, 14,6 мм. Однако в альтернативном варианте может быть использован источник 2 энергии меньшего диаметра.
Между источником 2 энергии и нагревателем 3 может находиться тепловая изоляция для предотвращения прямой передачи тепла между ними. Мундштук 6 может быть расположен на втором конце 9 корпуса 7, вблизи камеры 4 нагрева и курительного материала 5. Кожух 7 приспособлен для его захвата пользователем при использовании устройства 1 так, что пользователь может вдыхать через мундштук 6 устройства 1 испарившиеся компоненты курительного материала.
Нагреватель 3 может представлять собой пленочный нагреватель 3, например, пленочный полиимидный нагреватель 3. Примером может служить каптоновый (Kapton®) полиимидный нагреватель 3. Также могут быть использованы и другие материалы. Пленочный нагреватель 3 обладает высокой прочностью на разрыв и сопротивлением надрыву. Электрическая прочность нагревателя 3 может составлять примерно 1000 Вольт переменного тока. Пленочный нагреватель 3 имеет малую толщину, например, менее 1 мм, что в значительной мере может способствовать уменьшению размеров устройства 1 по сравнению с устройствами 1, использующими нагреватели других типов. Толщина пленки 3 может, например, составлять примерно 0,2 мм, хотя в альтернативных вариантах могут использоваться нагреватели 3 меньшей или большей толщины. Например, толщина пленочного нагревателя 3 может составлять всего примерно 0,0002 мм. Выходная мощность нагревателя 3 может составлять примерно от 5 до 8 Вт/см2, хотя выходная мощность может быть и ниже, и, при необходимости, может регулироваться во времени. Пленочный нагреватель 3 может быть, в частности, прозрачным, что дает возможность легко проверить его внутреннюю структуру. Подобная простота проверки может быть полезна при контроле качества продукции и обслуживании. Пленочный нагреватель 3 может включать один или более нагревательных элементов на основе травленой фольги, для нагревания курительного материала в камере 4 нагрева. Рабочая температура нагревателя 3 может, например, составлять до примерно 260°С. Устройство 1 может включать термометр сопротивления (ТС или RTD) или термопару для использования при управлении температурой нагревателя 3. Датчики могут быть установлены на поверхности нагревателя 3, и выполнены с возможностью подачи результатов измерения сопротивления на контроллер 12 с тем, чтобы контроллер 12 мог поддерживать или регулировать температуру нагревателя 3 требуемым образом. Например, контроллер 12 может периодически включать нагреватель 3 на заданную температуру в течение установленного промежутка времени, либо может изменять температуру в соответствии с режимом нагрева. Контроллер 12 и примеры режимов нагрева более подробно описаны ниже. Пленочный нагреватель 3 имеет небольшую массу, благодаря чему его использование способствует снижению общей массы устройства 1.
Как показано на фиг. 1, нагреватель 3 может содержать несколько отдельных зон 10 нагрева. Зоны 10 нагрева могут приводиться в действие независимо друг от друга так, чтобы разные зоны 10 могли быть активизированы в разное время для нагревания курительного материала 5. Расположение зон 10 нагрева в нагревателе 3 может иметь любую геометрию. Однако в примере, приведенном на фиг. 1, зоны 10 нагрева расположены в нагревателе 3 так, чтобы разные зоны 10 нагрева преимущественно и независимо нагревали разные секции курительного материала 5.
Например, как показано на фиг. 1 и 2, нагреватель 3 может содержать несколько соосных зон 10 нагрева, образующих удлиненную конструкцию. Зоны 10 каждая могут содержать отдельный элемент нагревателя 3. Зоны 10 нагрева могут быть, например, все соосны друг с другом и с продольной осью нагревателя 3, создавая тем самым несколько независимых зон нагрева по длине нагревателя 3.
Как показано на фиг. 1, каждая зона 10 нагрева может содержать полый нагревательный цилиндр 10, который может представлять собой кольцо 10, имеющее конечную длину, значительно меньшую длины нагревателя 3 в целом. Расположение соосных зон 10 нагрева определяет внешнюю поверхность камеры 4 нагрева и обеспечивает нагревание курительного материала 5, находящегося в камере 4 нагрева. Нагрев направлен внутрь, преимущественно в направлении продольной оси камеры 4 нагрева. Зоны 10 нагрева располагаются так, что их радиальные, или поперечные, поверхности обращены друг к другу по длине нагревателя 3. Поперечные поверхности каждой зоны 10 нагрева могут быть отделены от поперечных поверхностей соседней зоны (зон) 10 нагрева тепловой изоляцией 18, как это показано на фиг. 1 и описано ниже.
Как показано на фиг. 2, в альтернативном варианте выполнения нагреватель 3 может быть расположен в центральной области корпуса 7, а камера 4 нагрева и курительный материал 5 могут располагаться вокруг продольной поверхности нагревателя 3. В такой конструкции, тепловая энергия, выделяемая нагревателем 3, проходит наружу от продольной поверхности нагревателя 3 в камеру 4 нагрева и курительный материал 5.
Каждая из зон 10 нагрева может иметь индивидуальный элемент нагревателя 3. Как показано на фиг. 1 и 2, каждая зона 10 нагрева может включать нагревательный цилиндр 10, имеющий конечную длину, которая значительно меньше длины нагревателя 3 в целом. Однако могут быть использованы и другие конструкции нагревателя 3, поэтому использование цилиндрических секций пленочного нагревателя 3 не является обязательным. Зоны 10 нагрева могут быть расположены так, что их поперечные поверхности обращены друг к другу по длине нагревателя 3. Поперечные поверхности каждой области 10 могут соприкасаться с поперечными поверхностями соседних зон 10. В альтернативном варианте, между поперечными поверхностями зон 10 может располагаться теплоизолирующий или теплоотражающий слой с тем, чтобы тепловая энергия, выделяемая в каждой из зон 10 нагрева, по существу не нагревала соседние зоны 10, а вместо этого распространялась преимущественно в камеру 4 нагрева и курительный материал 5. Каждая зона 10 нагрева в целом может иметь те же размеры, что и другие зоны 10.
При этом, когда происходит активизация одной из зон 10 нагрева, она передает тепловую энергию к курительному материалу 5, расположенному вблизи нее, например, радиально прилегающему, а остальная часть курительного материала 5 зоной 10 нагрева по существу не нагревается. Как показано на фиг. 2, нагретая область курительного материала 5 может представлять собой кольцо курительного материала 5, расположенного вокруг активизированной зоны 10 нагрева. Таким образом, курительный материал 5 может быть нагрет независимыми секциями, например кольцами или в целом сплошными цилиндрами, при этом каждая секция соответствует курительному материалу 5, непосредственно прилегающему к одной конкретной зоне 10 нагрева, а ее масса и объем существенно меньше, чем у всего массива курительного материала 5.
Кроме этого, или в альтернативном варианте, нагреватель 3 может содержать несколько продолговатых, продольно проходящих зон 10 нагрева, расположенных в различных местах вокруг центральной продольной оси нагревателя 3. Зоны 10 нагрева могут иметь различную длину, либо могут быть в основном одной длины так, что каждая проходит вдоль по существу всей длины нагревателя 3.
Нагретые секции курительного материала 5 могут включать продольные секции курительного материала 5, лежащие параллельно продольным зонам 10 нагрева и непосредственно прилегающие к ним. Поэтому, как было показано ранее, курительный материал 5 можно нагревать независимыми секциями.
Как будет показано ниже, зоны 10 нагрева каждая могут быть активизированы по отдельности и выборочно.
Курительный материал 5 может помещаться в картридже 11, который может быть вставлен в камеру 4 нагрева. Например, как показано на фиг. 1, картридж 11 может включать по существу сплошной массив курительного материала 5, например, цилиндр, который вставляется в углубление в нагревателе 3. В такой конструкции, наружная поверхность массива курительного материала обращена к нагревателю 3. В альтернативном варианте, показанном на фиг. 2, картридж 11 может включать трубку 11 курительного материала, которая может быть помещена вокруг нагревателя 3 так, что внутренняя поверхность трубки 11 курительного материала обращена к продольной поверхности нагревателя 3. Трубка 11 курительного материала может быть полой. Диаметр полой центральной части трубки 11 может, по существу, быть равен диаметру нагревателя 3 или несколько больше его, поэтому трубка 11 плотно облегает нагреватель 3. Длина картриджа 11 может быть примерно равна длине нагревателя 3, поэтому нагреватель 3 может нагревать картридж 11 по всей его длине.
Корпус 7 устройства 1 может иметь отверстие, через которое картридж 11 может быть вставлен в камеру 4 нагрева. Отверстие может, например, представлять собой отверстие, расположенное на втором конце 9 корпуса так, что картридж 11 может быть вставлен в отверстие и вдвинут непосредственно в камеру 4 нагрева. При использовании устройства 1 для нагревания курительного материала 5, отверстие, предпочтительно, закрыто. В альтернативном варианте, секция корпуса 7 на втором конце 9 может отделяться от устройства 1 так, что курительный материал 5 может быть вставлен на камеру 4 нагрева. Устройство 1 может быть, при необходимости, снабжено выталкивателем курительного материала, управляемым пользователем, например, внутренним механизмом, выполненным с возможностью сдвигать использованный курительный материал 5 с нагревателя 3 и/или отодвигать от него. Использованный курительный материал 5 может быть, например, сдвинут назад через отверстие в корпусе 7. Затем, при необходимости, может быть вставлен новый картридж 11.
Как было упомянуто выше, устройство 1 может включать контроллер 12, например, микроконтроллер 12, выполненный с возможностью управления работой устройства 1. Контроллер 12 имеет электрическое соединение с другими компонентами устройства 1, например, источником 2 энергии и нагревателем 3, благодаря чему он может управлять их работой, посылая и принимая сигналы. Контроллер 12, в частности, выполнен с возможностью управления активизацией нагревателя 3 для нагревания курительного материала 5. Например, контроллер 12 может быть выполнен с возможностью активизации нагревателя 3, при этом может выполняться выборочная активизация одной или более зон 10 нагрева, в ответ на затяжку пользователем через мундштук 6 устройства 1. Для этого, контроллер 12 может быть связан с датчиком 13 затяжки посредством подходящего соединителя связи. Датчик 13 затяжки выполнен с возможностью обнаружения факта затяжки через мундштук 6 и, в ответ, отправки контроллеру 12 сигнала, свидетельствующего о затяжке. Может быть использован электронный сигнал. Контроллер 12 может реагировать на сигнал от датчика 13 затяжки активизацией нагревателя 3 и, тем самым, нагревом курительного материала 5. Использование датчика 13 затяжки для активизации нагревателя 3 не является, однако, существенным, и в альтернативном варианте могут использоваться другие средства для создания управляющего воздействия для активизации нагревателя 3. Например, контроллер 12 может активизировать нагреватель 3 в ответ на активизирующее управляющее воздействие другого типа, например, включение ручным органом. Испарившиеся соединения, выделившиеся во время нагревания, могут затем вдыхаться пользователем через мундштук 6. Контроллер 12 может быть расположен в любом подходящем месте внутри корпуса 7. Например, контроллер может располагаться между источником 2 энергии и нагревателем 3/камерой 4 нагрева, как это показано на фиг. 4.
Если нагреватель 3 содержит две или более зоны 10 нагрева, как было показано выше, контроллер 12 может быть выполнен с возможностью активизации зон 10 нагрева в заранее установленном порядке или последовательности. Например, контроллер 12 может быть выполнен с возможностью активизации зон 10 нагрева последовательно вдоль или вокруг камеры 4 нагрева. Каждая активизация зоны 10 нагрева может выполняться в ответ на обнаружение затяжки датчиком 13 затяжки, либо может быть запущена другим способом, как это описано ниже.
Согласно диаграмме на фиг. 5, частный вариант способа нагрева может включать первый шаг S1, при выполнении которого обнаруживается управляющее воздействие активизации, например первая затяжка, за которым следует второй шаг S2, при выполнении которого в ответ на первую затяжку или иное управляющее воздействие активизации нагревают первую секцию курительного материала 5. На третьем шаге S3 могут открыть герметично закрываемые впускной и выпускной клапаны 24 для всасывания воздуха через камеру 4 нагрева и выхода его из устройства 1 через мундштук 6. На четвертом шаге закрывают клапаны 24. Эти клапаны 24 более подробно описаны ниже со ссылкой на фиг. 15. На пятом S5, шестом S6, седьмом S7 и восьмом S8 шагах могут нагревать вторую секцию курительного материала 5, в ответ на второе управляющее воздействие активизации, например вторую затяжку, с соответствующим открыванием и закрыванием впускного и выпускного клапанов 24 камеры нагрева. На девятом S9, десятом S10, одиннадцатом S11 и двенадцатом S12 шагах могут нагревать третью секцию курительного материала 5, в ответ на третье управляющее воздействие активизации, например третью затяжку, с соответствующим открыванием и закрыванием впускного и выпускного клапанов 24 камеры нагрева, и так далее. Как упоминалось выше, в других вариантах могут быть использованы иные средства, нежели датчик 13 затяжки. Например, пользователь устройства 1 может активизировать управляющий выключатель в качестве индикации того, что он (она) делает новую затяжку. При этом может нагреваться новая секция курительного материала 5 для испарения никотина и ароматических соединений для каждой новой затяжки. Число зон 10 затяжки и/или независимо нагреваемых секций курительного материала 5 может соответствовать количеству затяжек, на которое рассчитан картридж 11. В другом варианте, каждая независимо нагреваемая секция курительного материала 5 может нагреваться соответствующей ей зоной (-ами) 10 нагрева при нескольких затяжках, например, двух, трех или четырех затяжках, поэтому новая секция курительного материала 5 нагревается только после того, как было сделано несколько затяжек с нагреванием предыдущей секции курительного материала.
Вместо активизации каждой зоны 10 нагрева в ответ на отдельную затяжку, зоны 10 нагрева могут быть активизированы последовательно, одна за другой, в ответ на единственную, первоначальную затяжку в мундштук 6. Например, зоны 10 нагрева могут быть активизированы через регулярные, заранее установленные интервалы в течение предполагаемого периода затяжек для данного картриджа 11 курительного материала. Период затяжек может, например, составлять примерно от одной до четырех минут. Поэтому, по меньшей мере пятый и девятый шаги S5, S9, показанные на фиг. 5, могут быть не обязательными. Каждая зона 10 нагрева может быть активизирована на заранее заданный период времени, соответствующий продолжительности одной или нескольких затяжек, в течение которого предполагается нагревание соответствующей независимо нагреваемой секции 5 курительного материала. Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью индикации пользователю, что требуется замена картриджа 11, как только для конкретного картриджа 11 все зоны 10 нагрева были активизированы. Контроллер 12 может, например, активизировать световую индикацию на внешней поверхности корпуса 7.
Следует иметь в виду, что активизация отдельных зон 10 нагрева вместо активизации всего нагревателя 3, означает уменьшение количества энергии, необходимой для нагревания курительного материала 5, по сравнению с тем, что потребовалось бы для активизации нагревателя 3 в течение всего периода затяжек картриджа 11. Поэтому также снижается и максимальная требуемая выходная мощность источника 2 энергии. Это означает, что устанавливаемый в устройство 1 источник энергии 2 может быть меньше и легче.
Контроллер 12 может быть выполнен с возможностью отключения нагревателя 3 или снижения мощности, подводимой к нагревателю 3 между затяжками. Этим экономится энергия и продлевается срок службы источника 2 энергии. Например, при включении устройства 1 пользователем или в ответ на какое-либо иное управляющее воздействие, например, сигнал, что пользователь взял в рот мундштук 6, контроллер 12 может дать команду нагревателю 3 или следующей зоне 10 нагрева, которая должна быть использована для нагревания курительного материала, на частичную активизацию с тем, чтобы произвести нагрев для подготовки испарения компонентов курительного материала 5. Частичная активизация не нагревает курительный материал 5 до температуры, достаточной для испарения никотина. Подходящей температурой будет температура, примерно равная 100ºС. В ответ на обнаружение затяжки датчиком 13 затяжки, котроллер 12 может дать нагревателю 3 или соответствующей зоне 10 нагрева команду на дальнейшее нагревание курительного материала 5 для быстрого испарения никотина и других ароматических соединений для их вдыхания пользователем. Если курительный материал 5 содержит табак, то подходящая температура для испарения никотина и других ароматических соединений может составлять от 150ºС до 250ºС. Поэтому примером температуры полной активизации может служить 250ºС. Для создания пикового тока для разогрева курительного материала 5 до температуры испарения может, в частности, быть использован суперконденсатор. Пример подходящего профиля нагрева показан на фиг. 7, где максимальные значения могут соответствовать полной активизации различных зон 10 нагрева. Видно, что курительный материал 5 поддерживается при температуре испарения примерно в течение периода затяжки, который в данном примере равен две секунды.
Ниже приводится описание трех режимов работы нагревателя 3.
В первом режиме работы, во время полной активизации конкретной зоны 10 нагрева, все остальные зоны 10 нагрева нагревателя отключены. Поэтому, когда активизируется новая зона 10 нагрева, предыдущая зона нагрева отключается. Мощность подводится только к активизированной зоне 10.
В другом варианте, во втором режиме работы, во время полной активизации конкретной зоны 10 нагрева, могут быть частично активизированы одна или более других зон 10 нагрева. Частичная активизация одной или более других зон 10 нагрева может включать нагревание другой зоны (зон) 10 нагрева до температуры, достаточной для предотвращения конденсации компонентов, например никотина, испарившегося из курительного материала 5, в камере 4 нагрева. Температура зон 10 нагрева, подвергшихся частичной активизации, меньше температуры зоны 10 нагрева при ее полной активизации. Курительный материал 5, расположенный рядом с частично активизированными зонами 10, не нагревается до температуры, достаточной для испарения компонентов курительного материала 5.
В другом варианте, в третьем режиме работы, после того, как некоторая зона 10 нагрева была активизирована, она остается полностью активизированной, пока нагреватель 3 не будет выключен. Поэтому, подводимая к нагревателю 3 мощность ступенчато нарастает по мере того, как все больше зон 10 нагрева активизируется во время затяжек из картриджа 11. Так же как и в описанном выше втором режиме работы, непрерывная активизация зон 10 нагрева существенно предотвращает конденсацию компонентов, например, никотина, испарившихся из курительного материала 5 в камере 4 нагрева.
Устройство 1 может содержать тепловую защиту 3а, расположенную между нагревателем 3 и камерой 4 нагрева/курительным материалом 5. Тепловая защита 3а выполнена с возможностью предотвращения прохождения тепловой энергии через тепловую защиту 3а и, поэтому, может быть использована для выборочного предотвращения нагрева курительного материала 5, даже когда нагреватель 3 активирован и выделяет тепловую энергию. Как показано на фиг. 14, тепловая защита 3а может, например, содержать цилиндрический слой теплоотражающего материала, расположенного коаксиально вокруг нагревателя 3. В альтернативном варианте, если нагреватель 3 расположен вокруг камеры 4 нагрева и курительного материала 5, как было описано ранее со ссылкой на фиг. 1, тепловая защита 3а может содержать цилиндрический слой теплоотражающего материала, расположенный коаксиально вокруг камеры 4 нагрева и коаксиально внутри нагревателя 3. Тепловая защита 3а может дополнительно, или в альтернативном варианте, содержать теплоизолирующий слой, выполненный с возможностью изолирования нагревателя 3 от курительного материала.
Тепловая защита 3а содержит по существу теплопрозрачное окно 3b, пропускающее тепловую энергию в камеру 4 нагрева и курительный материал 5. Поэтому нагревается секция курительного материала 5, которая совмещена с окном 3b, в то время как остальная часть курительного материала 5 не нагревается. Тепловая защита 3а и окно 3b могут поворачиваться или перемещаться другим способом относительно курительного материала 5 так, чтобы выборочно могли быть подвергнуты индивидуальному нагреву различные секции курительного материала 5, посредством вращения или смещения тепловой защиты 3а и окна 3b. Полученный результат аналогичен тому, что получается при выборочной и индивидуальной активизации зон 10 нагрева, описанной выше. Например, тепловая защита 3а и окно 3b могут дискретно поворачиваться или иначе перемещаться в ответ на сигнал от датчика 13 затяжки. В альтернативном варианте или дополнительно, тепловая защита 3а и окно 3b могут дискретно поворачиваться или перемещаться иным способом при завершении заранее установленного периода нагрева. Перемещение или поворот тепловой защиты 3а и окна 3b могут управляться электронными сигналами от контроллера 12. Относительный поворот или иное смещение тепловой защиты 3а/окна 3b и курительного материала 5 могут выполняться шаговым двигателем 3с под управлением контроллера 12, как показано на фиг. 14. В другом варианте, тепловая защита 3а и окно 3b могут поворачиваться вручную пользователем, использующим, например, приводной механизм на корпусе 7. Тепловая защита 3а не обязательно должна иметь цилиндрическую форму, при желании она может включать один или более соответственно расположенных продольно проходящих элементов и/или пластин.
Следует иметь в виду, что аналогичный результат может быть получен поворотом или перемещением курительного материала 5 относительно нагревателя 3, тепловой защиты 3а и окна 3b. Например, нагревательный элемент 4 могут поворачивать вокруг нагревателя 3. В этом случае, может быть использовано приведенное выше описание, относящиеся к перемещению тепловой защиты 3а, вместо движения камеры 4 нагрева относительно тепловой защиты 3а.
Тепловая защита 3а может содержать покрытие на продольной поверхности нагревателя 3. В этом случае, остается непокрытым участок поверхности нагревателя для формирования теплопрозрачного окна 3b. Нагреватель 3 может быть повернут или смещен другим способом, например, под управлением контроллера 12, или органами управления пользователя, для нагревания различных секций курительного материала 5. В альтернативном варианте, тепловая защита 3а и окно 3b могут содержать отдельную защиту 3а, которая может поворачиваться или перемещаться другим способом относительно как нагревателя 3, так и курительного материала 5, под управлением контроллера 12 или при использовании других органов управления пользователя.
Устройство 1 может иметь впускные отверстия 14 для воздуха, которые позволяют втягивать наружный воздух в корпус 7 и через нагретый курительный материал 5 во время затяжки. Впускные отверстия 14 для воздуха могут иметь отверстия 14 в корпусе, и могут быть расположены вверх по потоку от курительного материала 5 и камеры 4 нагрева у первого конца 8 корпуса 7, как показано на фиг. 1. Другой пример представлен на фиг. 6. Воздух, втягиваемый сквозь впускные отверстия 14, проходит через нагретый курительный материал 5 и здесь обогащается парами курительного материала, например, парами аромата, после чего вдыхается пользователем через мундштук 6. В частном случае, как показано на фиг. 6, устройство 1 может иметь теплообменник 15, выполненный с возможностью согревания воздуха перед тем, как он попадет в курительный материал 5, и/или охлаждения воздуха перед тем, как он будет втянут через мундштук 6. Например, теплообменник 15 может быть выполнен с возможностью использования тепла, извлеченного из воздуха, входящего в мундштук 6, для согревания нового воздуха, перед тем, как он попадет в курительный материал 5.
Устройство 1 может содержать уплотнитель 16 курительного материала, позволяющий сжимать курительный материал 5 при активизации уплотнителя 16. Устройство 1 также может содержать разрыхлитель 17 курительного материала, позволяющий разрыхлять курительный материал 5 при активизации разрыхлителя 17. Уплотнитель 16 и разрыхлитель 17 на практике могут быть выполнены в виде единого узла, как будет показано ниже. Уплотнитель 16 и разрыхлитель 17 курительного материала могут, при необходимости, работать под управлением контроллера 12. В этом случае контроллер 12 выполнен с возможностью отправки сигнала, например, электрического сигнала, к уплотнителю 16 или разрыхлителю 17, под действием которого уплотнитель 16 или разрыхлитель 17, соответственно, уплотняют или разрыхляют курительный материал 5. В другом варианте, уплотнитель 16 или разрыхлитель 17 могут приводиться в действие пользователем устройства 1 с использованием ручного управления корпуса 7 для уплотнения или разрыхления курительного материала 5, при необходимости.
Главной задачей уплотнителя 16 является сжатие курительного материала 5 и, тем самым, увеличение его плотности во время нагревания. При уплотнении курительного материала увеличивается теплопроводность массива курительного материала 5, что обеспечивает ускоренный прогрев и последующее быстрое испарение никотина и других ароматических соединений. Благодаря этому, никотин и ароматические соединения могут без существенной задержки вдыхаться пользователем в ответ на обнаружение затяжки. Поэтому при обнаружении затяжки контроллер 12 может активизировать уплотнитель 16 для выполнения сжатия курительного материала 5 в течение заданного времени нагрева, например, на одну секунду. Уплотнитель 16 может быть выполнен с возможностью снижения степени уплотнения курительного материала 5, например, под управлением контроллера 12, после заранее установленного периода нагрева. В альтернативном варианте, уплотнение может быть ослаблено или автоматически остановлено в ответ на достижение курительным материалом 5 заданной пороговой температуры. Подходящей пороговой температурой может быть температура в интервале примерно от 150ºС до 250ºС, и может выбираться пользователем. Для определения температуры курительного материала 5 может использоваться датчик температуры.
Главной задачей разрыхлителя 17 является разрыхление курительного материала 5 и, тем самым, снижение его плотности при затяжке. Когда производится разрыхление курительного материала 5, его расположение в камере 4 нагрева становится менее плотным, что способствует прохождению через курительный материал 5 газового потока, например, воздуха от впускных отверстий 14. При этом улучшается способность воздуха переносить испарившийся никотин и ароматические соединения к мундштуку 6 для их вдыхания. Контроллер 12 может активизировать разрыхлитель 17 для разрыхления курительного материала 5 сразу же после периода уплотнения, описанного выше, так, что бы воздух мог втягиваться более свободно через курительный материал 5. Активизация расширителя 17 может сопровождаться различимым звуком или другим признаком, показывающим пользователю, что курительный материал 5 был нагрет, и может быть выполнена затяжка.
Как показано на фиг. 8 и 9, уплотнитель 16 и разрыхлитель 17 могут содержать подпружиненный направляющий стержень, выполненный с возможностью сжатия курительного материала 5 в камере 4 нагрева, когда освобождается сжатая пружина. Схематически это показано на фиг. 8 и 9, хотя надо иметь в виду, что возможны и другие варианты выполнения. Например, уплотнитель 16 может содержать кольцо, толщина которого примерно равна толщине описанной выше камеры 4 нагрева трубчатой формы, которое вдавливается пружиной или другими средствами в камеру 4 нагрева для уплотнения курительного материала 5. В альтернативном варианте, уплотнитель 16 может быть частью нагревателя 3, благодаря чему нагреватель 3 сам обеспечивает уплотнение и разрыхление курительного материала 5 по командам контроллера 12. Способ уплотнения и разрыхления курительного материала 5 показан на фиг. 10.
Нагреватель 3 может быть объединен с тепловой изоляцией 18, упомянутой ранее. Например, как показано на фиг. 1, тепловая изоляция 18 может иметь существенно удлиненный полый корпус, например, по существу цилиндрическую трубку изоляции 18, расположенную коаксиально вокруг камеры 4 нагрева, и в которую встроены зоны 10 нагрева. Тепловая изоляция может 18 может содержать слой, в котором выполнены гнезда на обращенном внутрь контуре 21 поверхности. Зоны 10 нагрева находятся в этих гнездах так, что зоны 10 нагрева обращены к курительному материалу 5 в камере 4 нагрева. Поверхности зон 10 нагрева, обращенные к камере 4 нагрева, могут располагаться заподлицо с внутренней поверхностью 21 тепловой изоляции 18 в областях изоляции 18 за пределами гнезд.
Объединение нагревателя 3 с тепловой изоляцией 18 означает, что зоны 10 нагрева по существу окружены изоляцией 18 со всех сторон зон 10 нагрева, за исключением тех, что обращены внутрь к камере 4 нагрева курительного материала. В результате, тепло, выделяемое нагревателем 3, концентрируется в курительном материале 5 и не рассеивается в частях устройства 1 или в атмосфере за пределами корпуса 7.
За счет объединения нагревателя 3 с тепловой изоляцией 18 также можно уменьшить совокупную толщину нагревателя 3 и тепловой изоляции 18. Это может способствовать дальнейшему уменьшению диаметра устройства 1, в частности наружного диаметра корпуса 7. В альтернативном варианте, уменьшение толщины за счет интеграции нагревателя 3 с тепловой изоляцией 18 позволяет разместить в устройстве 1 более широкую камеру 4 нагрева курительного материала, либо добавить другие компоненты, не увеличивая общую толщину корпуса 7.
В альтернативном варианте, вместо объединения с изоляцией 18, нагреватель 3 может прилегать к ней. Например, если нагреватель 3 расположен снаружи камеры 4 нагрева, изоляция 18 может быть покрыта пленочным нагревателем 3 по его обращенной внутрь поверхности 21. Если нагреватель 3 расположен внутри камеры 4 нагрева, изоляция 18 может быть покрыта пленочным нагревателем 3 по ее поверхности 22, обращенной наружу.
В частном случае, между нагревателем 3 и изоляцией 18 может располагаться защитный слой. Например, между нагревателем 3 и изоляцией 18 может располагаться слой нержавеющей стали. Защитный слой может представлять собой трубку из нержавеющей стали, вставленную между нагревателем 3 и изоляцией 18. Толщина защитного слоя может быть небольшой, поэтому размеры устройства существенно не вырастут. Толщина защитного слоя может, например, составлять от 0,1 до 1,0 мм.
Между поперечно расположенными поверхностями зон 10 нагрева может дополнительно располагаться теплоотражающий слой. Зоны 10 нагрева могут быть расположены друг относительно друга так, что тепловая энергия, выделяемая каждой отдельной зоной 10 нагрева, существенно не нагревает соседние зоны 10 нагрева и, вместо этого, в основном распространяется внутрь от круговой поверхности зоны 10 нагрева в камеру 4 нагрева и курительный материал 5. Все зоны 10 нагрева могут иметь по существу одинаковые размеры.
Нагреватель 3 может быть приклеен или закреплен каким-либо иным способом в устройстве 1 с использованием контактного клея. Например, нагреватель 3 может быть прикреплен к изоляции 18 или упомянутому выше защитному слою посредством контактного клея. В другом варианте, нагреватель 3 может быть прикреплен к картриджу 11 или наружной поверхности камеры 4 нагрева курительного материала.
В качестве альтернативы использованию контактного клея, для закрепления нагревателя 3 в устройстве 1 может быть использована самоотвердевающая лента или зажимы, фиксирующие нагреватель 3. Все эти способы обеспечивают надежное закрепление нагревателя 3 и эффективную теплопередачу от нагревателя 3 к курительному материалу 5. Возможны также и другие способы крепления.
Описанная выше тепловая изоляция 18, находящаяся между курительным материалом 5 и наружной поверхностью 19 корпуса 7, снижает потери тепла из устройства 1 и повышает, благодаря этому, эффективность нагрева курительного материала 5. Например, как показано на фиг. 1, стенка корпуса 7 может иметь слой изоляции 18, проходящий снаружи камеры 4 нагрева вокруг нее. Слой 18 изоляции может включать в целом трубчатый отрезок изоляции 18, расположенный коаксиально вокруг камеры 4 нагрева и курительного материала 5, как показано на фиг. 1. Должно быть понятно, что изоляция 18 также может представлять собой часть картриджа 11 курительного материала, где она располагалась бы коаксиально снаружи вокруг курительного материала 5.
Как показано на фиг. 11, в качестве изоляции 18 может использоваться вакуумная изоляция 18. Например, изоляция 18 может содержать слой, ограниченный стенкой, материалом 19 которой может быть, например, металл. Внутренняя область или внутренний слой 20 изоляции 18 может содержать материал с открытыми порами, например, включающий полимеры, аэрогели или иной подходящий материал, из которого может быть откачан воздух до значительного разрежения. Давление во внутренней области 20 может составлять от 0,1 до 0,001 мбар. Стенка 19 изоляции 18 обладает достаточной прочностью, чтобы противостоять воздействующей на нее силе, обусловленной перепадом давления между внутренним слоем 20 и внешними поверхностями стенки 19, не допуская смятия изоляции 18. Стенка 19 может, например, представлять собой стенку 19 из нержавеющей стали, толщиной примерно 100 мкм. Теплопроводность изоляции 18 может составлять от 0,004 до 0,005 Вт/м·К. Коэффициент теплопередачи изоляции 18 может составлять примерно от 1,10 до 1,40 Вт/м2К в температурном диапазоне примерно от 150ºС до 250ºС. Газовая проводимость изоляции 18 ничтожна. На внутренние поверхности материала 19 стенки может быть нанесено отражающее покрытие для сведения к минимуму радиационных потерь через изоляцию 18. Покрытие может, например, представлять собой алюминиевое ИК отражающее покрытие толщиной примерно от 0,3 мкм до 1,0 мкм. Вакуум во внутреннем слое 20 означает, что изоляция 18 функционирует даже тогда, когда толщина области внутреннего слоя 20 очень мала. Изолирующие свойства по существу не зависят от толщины. Это способствует уменьшению общей толщины устройства 1.
Как показано на фиг. 11, стенка 19 может включать обращенную внутрь секцию 21 и обращенную наружу секцию 22. Обращенная внутрь секция 21 в основном обращена к курительному материалу 5 и камере 4 нагрева. Обращенная наружу секция 22 в основном обращена к наружной поверхности корпуса 7. Во время работы устройства 1, обращенная внутрь секция 21 может быть более теплой благодаря выделяемой нагревателем 3 тепловой энергии, в то время как обращенная наружу секция 22 холоднее, благодаря наличию изоляции 18. Обращенная внутрь секция 21 и обращенная наружу секция 22 могут, например, иметь по существу параллельные продольно проходящие стенки 19, длина которых по меньшей мере равна длине нагревателя 3. Внутренняя поверхность обращенной наружу секции 22 стенки, т.е., поверхность, обращенная к слою 20 с вакуумом, может иметь покрытие для поглощения газа в слое 20. Подходящим покрытием может быть пленка окиси титана.
Тепловая изоляция 18 может включать сверхвысоковакуумную тепловую изоляцию, например, Insulon® Shaped-Vacuum Thermal Barrier, описанную в US 7374063. Общая толщина такой изоляции 18 может быть чрезвычайно малой. Толщина, например, может составлять примерно от 1 мм до 1 мкм, например, примерно 0,1 мм, хотя также возможны и бόльшие или меньшие величины толщины. Теплоизоляционные свойства изоляции 18 по существу не зависят от ее толщины, и поэтому можно использовать тонкую изоляцию 18 без каких-либо дополнительных потерь тепла от устройства 1. Благодаря очень малой толщине тепловой изоляции 18, размер корпуса 7 и устройства 1 в целом могут быть сделаны меньше ранее упомянутых размеров, и может быть достигнута толщина, например, диаметр, устройства 1, примерно такая же, что и у курительных изделий, например, сигарет, сигар и сигарилл. Также может быть сокращен и вес устройства 1, что приведет к упоминавшемуся выше уменьшению размера.
Хотя рассмотренная выше тепловая изоляция 18 может содержать газопоглотительный материал для поддержания или создания вакуума во внутреннем слое 20, в глубоковакуумной изоляции 18 газопоглотительный материал не используется. Отсутствие газопоглотительного материала способствует достижению очень малой толщины изоляции 18 и, тем самым, помогает снизить общий размер устройства 1.
Геометрия сверхвысоковакуумной изоляции 18 позволяет получить более глубокий вакуум по сравнению с вакуумом, используемым для извлечения молекул из внутреннего слоя 20 изоляции 18 в процессе изготовления. Например, глубокий вакуум внутри изоляции 18 может быть глубже, чем вакуум в камере вакуумной печи, где он создавался. Вакуум внутри изоляции 18 может, например, составлять порядка 10-7 мм рт. ст. Как показано на фиг. 16, конец внутреннего слоя 20 глубоковакуумной изоляции 18 может сужаться, когда обращенная наружу секция 22 и обращенная внутрь секция 21 сходятся к газоотводному отверстию 25, через которое может быть откачан газ из внутреннего слоя 20, для создания глубокого вакуума в процессе изготовления изоляции 18. На фиг. 16 показано, что обращенная наружу секция 22 сходится к обращенной внутрь секции 21, однако возможна и обратная ситуация, когда обращенная внутрь секция 21 сходится к обращенной наружу секции 22. Сходящийся конец стенки 19 изоляции выполнен с возможностью направлять молекулы, находящиеся во внутреннем слое 20, из газоотводного отверстия 25, для создания, тем самым, глубокого вакуума во внутреннем слое 20. Газоотводное отверстие 25 может быть загерметизировано для поддержания глубокого вакуума во внутреннем слое 20 после его откачки. Отверстие 25 может быть загерметизировано, например, запайкой газоотводного отверстия 25 тугоплавким припоем после откачки газа из внутреннего слоя 20. Могут быть использованы и другие способы герметизации.
Для откачки внутреннего слоя 20, изоляция 18 может быть помещена в откачанную среду с низким давлением, например, камеру вакуумной печи с тем, чтобы молекулы газа во внутреннем слое 20 вытекли в среду с пониженным давлением снаружи изоляции 18. Когда давление во внутреннем слое 20 понизится, суживающаяся геометрия внутреннего слоя 20, и, в частности сходящихся секций 21, 22, упомянутых выше, начинает влиять на оставшиеся газовые молекулы во внутреннем слое 20, направляя их через отверстие 25. В частности, когда давление газа во внутреннем слое 20 становится низким, направляющее действие сходящихся обращенных наружу и внутрь секций 21, 22 способствует подведению оставшихся внутри слоя 20 газовых молекул к газоотводному отверстию 25 и повышает вероятность выхода газа из внутреннего слоя 20, по сравнению с вероятностью входа газа во внутренний слой 20 из внешней среды низкого давления. Таким образом, геометрия внутреннего слоя 20 обеспечивает снижение давления внутри слоя 20 ниже уровня давления среды снаружи изоляции 18.
В частности, как было описано выше, на внутренние поверхности обращенных внутрь и наружу секций 21, 22 стенки 19 могут быть нанесены одно или более покрытий с низкой излучательной способностью, для существенного снижения тепловых потерь за счет излучения.
Хотя описанная здесь изоляция 18 имеет в целом цилиндрическую форму или аналогичную ей, тепловая изоляция 18 может иметь другую форму, например такую, чтобы соответствовать условиям тепловой изоляции и различным конфигурациям устройства 1, например, различным формам и размерам камеры 4, нагревателя 3, корпуса 7 или источника 2 энергии. Например, размеры и форма глубоковакуумной изоляции 18, например, Insulon® Shaped-Vacuum Thermal Barrier, упомянутой выше, по существу, не ограничены способом ее изготовления. Подходящими материалами для формирования описанной выше сходящейся конструкции могут быть керамики, металлы, металлоиды и их комбинации.
На фиг. 12 схематически показан тепловой мостик 23, который может соединять обращенную внутрь секцию 21 стенки с обращенной наружу секцией 22 стенки на одном или более краях изоляции 18 с тем, чтобы полностью охватить и заключить в себе слой 20 низкого давления. Тепловой мостик 23 может включать стенку 19, сформированную из того же материала, что и обращенные внутрь и наружу секции 21, 22. Подходящим материалом является нержавеющая сталь, как было показано выше. Тепловой мостик 23 имеет более высокую теплопроводность, чем изолирующий слой 20 и поэтому может отводить тепло из устройства 1, что снижает эффективность устройства в отношении нагревания курительного материала 5.
Для снижения потерь тепла через тепловой мостик 23, он может быть выполнен протяженным для увеличения его сопротивления тепловому потоку от обращенной внутрь секции 21 к обращенной наружу секции 22. Это схематически иллюстрируется фиг. 13. Например, тепловой мостик 23 может проходить по непрямому пути между обращенной внутрь секцией 21 стенки 19 и обращенной наружу секцией 22 стенки 19. Этому может способствовать использование изоляции 18 на участке, продольная длина которого превышает длину нагревателя 3, камеры 4 нагрева и курительного материала 5, благодаря чему тепловой мостик 23 может постепенно переходить от обращенной внутрь секции 21 к обращенной наружу секции 22 по непрямому пути при постепенном уменьшении внутреннего слоя 20 до нуля в точке вдоль корпуса 7, где нагреватель 3, камера 4 нагрева и курительный материал 5 уже отсутствуют.
На фиг. 15 представлена упомянутая ранее камера 4 нагрева с изоляцией 18, которая может иметь впускной и выпускной клапаны 24, в закрытом состоянии герметично закупоривающие камеру 4 нагрева. Благодаря этому, клапаны 24 препятствуют нежелательному поступлению воздуха и прохождению его в камеру 4, и могут предотвратить выход ароматов курительного материала из камеры 4 нагрева. Впускной и выпускной клапаны 24 могут быть, например, установлены в изоляции 18. Например, между затяжками клапаны 24 могут быть закрыты контроллером 12 так, что все испарившиеся вещества остаются внутри камеры 4. Парциальное давление испарившихся веществ достигает, между затяжками, давления насыщенного пара, и количество испарившегося вещества, поэтому, зависит только от температуры в камере 4 нагрева. Этим обеспечивается неизменность выдаваемого количества испарившегося никотина и ароматических соединений от затяжки к затяжке. Контроллер 12 выполнен с возможностью открывания в процессе затяжки клапанов 24 так, чтобы воздух мог протекать через камеру 4, перенося компоненты испарившегося курительного материала к мундштуку 6. В клапанах 24 может быть помещена мембрана, гарантирующая, что в камеру 4 не попадет кислород. Клапаны 24 могут приводиться в действие вдохом с тем, чтобы они открывались в ответ на обнаружение затяжки в мундштуке 6. Клапаны 24 могут закрываться при обнаружении прекращения затяжки. В другом варианте, клапаны 24 могут закрываться по истечению заданного промежутка времени после их открытия. Величина промежутка времени может задаваться контроллером 12. В частности, могут быть использованы механические или иные подходящие средства для открывания/закрывания, обеспечивающие автоматическое открытие и закрытие клапанов 24. Например, для открывания и закрывания клапанов 24 может быть использован газовый поток, создаваемый пользователем посредством затяжки в мундштук 6. Таким образом, для активизации клапанов 24 не обязательно использование контроллера 12.
Масса курительного материала 5, нагреваемая нагревателем 3, например в каждой зоне 10 нагрева, может составлять от 0,2 до 1,0 г. Температура, до которой нагревается курительный материал 5, может регулироваться пользователем и быть, например, любой в интервале от 150ºС до 250ºС, упомянутом выше. Масса устройства 1 в целом может составлять от 70 до 125 г, хотя при использовании пленочного нагревателя 3 и/или глубоковакуумной изоляции 18 масса может быть ниже. Может использоваться батарея 2 емкостью от 1000 до 3000 мАч и напряжением 3,7 В. Зоны 10 нагрева могут быть выполнены с возможностью индивидуального и выборочного нагревания примерно от 10 до 40 секцией курительного материала 5 в одном картридже 11.
Следует иметь в виду, что любой из описанных выше альтернативных вариантов может быть использован как по отдельности, так и в комбинации.
Для рассмотрения различных аспектов заявляемого изобретения и его представления, настоящее описание показывает на частных примерах различных вариантов выполнения возможности реализации изобретения (-ий), в которых обеспечивается получение высокоэффективных устройств. Преимущества и признаки, приведенные в описании, относятся только к вариантам выполнения и не являются исчерпывающими и/или исключающими. Они представлены только для улучшения понимания и разъяснения заявленных признаков. Следует иметь в виду, что преимущества, варианты выполнения, примеры, функции, признаки, конструкции и/или иные особенности изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение, определяемое формулой, или эквиваленты формулы, и что в рамках области притязаний и/или существа изобретения могут быть использованы другие варианты выполнения и модификации. Различные варианты выполнения могут, соответственно, содержать, состоять из, или в основном состоять из различных комбинаций раскрытых элементов, компонентов, признаков, частей, шагов, средств и т.д.
1. Устройство для нагревания курительного материала, содержащее пленочный нагреватель, выполненный с возможностью нагревания курительного материала для испарения по меньшей мере одного компонента курительного материала для его вдыхания, и один или несколько датчиков, установленных на поверхности нагревателя и выполненных с возможностью обеспечения измерения сопротивления.
2. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее контроллер, причем датчики выполнены с возможностью подачи результатов измерения сопротивления на контроллер, а контроллер выполнен с возможностью поддерживания или регулирования температуры нагревателя на основе результатов измерения сопротивления.
3. Устройство по п. 1 или 2, в котором один или несколько датчиков содержат термометр сопротивления.
4. Устройство по п. 1 или 2, имеющее корпус и камеру нагрева,
причем корпус имеет отверстие, через которое по существу сплошной массив курительного материала может быть введен в камеру нагрева,
а камера нагрева расположена, примыкая к нагревателю, так, что при использовании тепловая энергия от нагревателя нагревает находящийся в ней курительный материал.
5. Устройство для нагревания курительного материала, содержащее пленочный нагреватель, выполненный с возможностью нагревания курительного материала для испарения по меньшей мере одного компонента курительного материала для его вдыхания, и теплообменник, выполненный с возможностью согревания втягиваемого в устройство воздуха перед тем, как он попадет в курительный материал, и/или охлаждения воздуха перед тем, как он будет втянут через мундштук устройства.
6. Устройство по п. 5, в котором теплообменник выполнен с возможностью использования тепла, извлеченного из воздуха, входящего в мундштук, для согревания воздуха перед тем, как он попадет в курительный материал.
7. Устройство по п. 5 или 6, имеющее корпус и впускные отверстия для воздуха, проходящие в корпус и расположенные вверх по потоку от курительного материала.
8. Устройство для нагревания курительного материала, содержащее пленочный нагреватель, выполненный с возможностью нагревания курительного материала для испарения по меньшей мере одного компонента курительного материала для его вдыхания, и контроллер, выполненный с возможностью обеспечения частичной активизации нагревателя так, чтобы он производил подогрев для подготовки испарения компонентов курительного материала, причем частичная активизация включает нагрев до температуры, достаточной для по существу предотвращения конденсации компонентов, таких как никотин, испарившихся из курительного материала.
9. Устройство по п. 8, в котором нагреватель содержит несколько независимо приводимых в действие зон нагрева, а частичная активизация нагревателя включает нагрев, обеспечивающий частичную активизацию нагреваемой области.
10. Устройство для нагревания курительного материала, содержащее пленочный нагреватель, выполненный с возможностью нагревания курительного материала для испарения по меньшей мере одного компонента курительного материала для его вдыхания и имеющий несколько независимо приводимых в действие зон нагрева, контроллер, выполненный с возможностью активизации зон нагрева в заранее установленном порядке, и камеру нагрева, причем контроллер выполнен с возможностью активизации зон нагрева последовательно вдоль камеры нагрева.
11. Устройство по п. 10, в котором заранее установленный порядок представляет собой пространственный порядок.
12. Устройство по любому предыдущему пункту, в котором пленочным нагревателем является пленочный полиимидный нагреватель.
13. Устройство по любому предыдущему пункту, в котором толщина нагревателя составляет менее 1 мм.
14. Устройство по любому предыдущему пункту, в котором толщина нагревателя составляет менее 0,5 мм.
15. Устройство по любому предыдущему пункту, в котором толщина нагревателя составляет примерно от 0,2 до 0,0002 мм.
16. Устройство по любому предыдущему пункту, имеющее тепловую изоляцию, составляющую единое целое с нагревателем.
17. Устройство по любому предыдущему пункту, в котором тепловая изоляция покрыта нагревателем.
18. Устройство по любому предыдущему пункту, в котором тепловая изоляция отделена от нагревателя защитным слоем.
19. Устройство по п. 19, в котором защитный слой представляет собой слой нержавеющей стали.
20. Устройство по любому из пп. 16-19, в котором тепловая изоляция включает внутреннюю область, разреженную до более низкого давления, чем снаружи изоляции.
21. Устройство по п. 20, в котором секции стенки изоляции по обеим сторонам внутренней области сходятся к герметизированному газоотводному отверстию.
22. Устройство по любому из пп. 16-21, в котором толщина изоляции составляет менее примерно 1 мм.
23. Устройство по любому из пп. 16-22, в котором толщина изоляции составляет менее примерно 0,1 мм.
24. Устройство по любому предыдущему пункту, имеющее мундштук для вдыхания испарившихся компонентов курительного материала.
25. Устройство по любому предыдущему пункту, выполненное с возможностью нагревания курительного материала без его сжигания.
26. Способ изготовления устройства по любому предыдущему пункту.
27. Способ нагревания курительного материала посредством устройства по любому из пп. 1-25.
28. Курительный материал для использования с устройством по любому из пп. 1-25.
29. Система, содержащая устройство по любому из пп. 1-25 и курительный материал для использования с указанным устройством.
30. Способ использования устройства по любому из пп. 1-25, включающий нагревание курительного материала для испарения по меньшей мере одного компонента курительного материала для его вдыхания.
