Примеры вариантов осуществления в целом относятся к электронному вейпинговому (е-вейпинговому) устройству, использующему струйный распылительный картридж.
Электронные вейпинговые (e-вейпинговые) устройства обычно используются для нагрева и испарения предиспарительного состава. Эти устройства часто используют фитиль для переноса предиспарительного состава из емкости в нагреватель, где нагреватель может нагревать и таким образом испарять предиспарительный состав, который может вовлекаться в воздушный поток внутри устройства.
По меньшей мере один пример варианта осуществления относится к электронному вейпинговому устройству.
В одном варианте осуществления электронное вейпинговое устройство содержит корпус устройства; испарительный нагреватель, расположенный внутри корпуса устройства; картридж, расположенный внутри корпуса устройства и образующий емкость, выполненную с возможностью вмещения предиспарительного состава; и чип, расположенный на первом конце картриджа, образующий по меньшей мере одно сквозное отверстие, сообщающееся по текучей среде с емкостью, и содержащий по меньшей мере один первый эжектор, сообщающийся по текучей среде с указанным по меньшей мере одним сквозным отверстием и выполненный с возможностью эжекции капель предиспарительного состава в направлении испарительного нагревателя, выполненного с возможностью испарения капель предиспарительного состава.
В одном варианте осуществления электронное вейпинговое устройство также содержит по меньшей мере один нагреватель подложки, расположенный на чипе и выполненный с возможностью нагрева чипа; источник питания; и схему управления, электрически соединенную с источником питания и выполненную с возможностью управления подачей мощности от источника питания на указанный по меньшей мере один первый эжектор, испарительный нагреватель и указанный по меньшей мере один нагреватель подложки для активации испарительного нагревателя, активации указанного по меньшей мере одного нагревателя подложки для нагрева чипа до первой температуры и активации указанного по меньшей мере одного первого эжектора для эжекции капель предиспарительного состава в направлении испарительного нагревателя сразу же после достижения чипом первой температуры.
В одном варианте осуществления схема управления также выполнена с возможностью сначала нагрева испарительного нагревателя до второй температуры, представляющей собой температуру предварительного нагрева, составляющую приблизительно 100-200 градусов по Цельсию, и затем нагрева испарительного нагревателя до третьей температуры, представляющей собой целевую температуру выброса струи, составляющую приблизительно 200-400 градусов по Цельсию, причем активация указанного по меньшей мере одного первого эжектора осуществляется сразу же после достижения чипом первой температуры и достижения испарительным нагревателем третьей температуры.
В одном варианте осуществления картридж выполнен с возможностью съема с корпуса устройства.
В одном варианте осуществления указанный по меньшей мере один первый эжектор содержит: множество эжекторов, расположенных в виде матрицы смежно с указанным по меньшей мере одним сквозным отверстием, причем каждый из указанного множества эжекторов содержит сопло, образованное поверхностью на чипе, и конструкцию в виде камеры, сообщающуюся по текучей среде с соплом и указанным по меньшей мере одним сквозным отверстием; и эжекционный нагреватель, выполненный с возможностью нагрева и частичного испарения предиспарительного состава с образованием капель, которые эжектируются через сопло в направлении испарительного нагревателя.
В одном варианте осуществления указанное множество эжекторов выполнено с возможностью эжекции капель предиспарительного состава с размером капель приблизительно от 25 до 29 микрометров в диаметре, и устройство выполнено с возможностью генерирования пара со скоростью генерирования приблизительно от 6 до 16 миллиграмм на затяжку, причем размер частиц пара составляет приблизительно от 0,4 до 5 микрометров в диаметре.
В одном варианте осуществления указанное по меньшей мере одно сквозное отверстие содержит первое сквозное отверстие и второе сквозное отверстие, образованные чипом.
В одном варианте осуществления предиспарительный состав имеет вязкость приблизительно от 40 сантипуазов до 100 сантипуазов, и указанная первая температура составляет приблизительно от 50 до 80 градусов по Цельсию.
В одном варианте осуществления картридж также содержит корпус картриджа; выступ, расположенный внутри корпуса картриджа и образующий канал; подложку, удерживающую чип на первом конце картриджа и примыкающую к указанному каналу; и пористую конструкцию, расположенную внутри емкости и выполненную с возможностью удержания предиспарительного состава.
В одном варианте осуществления чип выполнен с возможностью отделения от первого конца картриджа, и устройство выполнено с возможностью удержания чипа при съеме картриджа с корпуса устройства.
В одном варианте осуществления электронное вейпинговое устройство также содержит захват, расположенный внутри корпуса устройства и выполненный с возможностью зажатия конца испарительного нагревателя для подвешивания испарительного нагревателя вблизи указанного по меньшей мере одного первого эжектора, выполненного с возможностью эжекции капель предиспарительного состава на испарительный нагреватель или через него.
По меньшей мере еще один пример варианта осуществления относится к способу управления электронным вейпинговым устройством.
В одном варианте осуществления способ управления электронным вейпинговым устройством включает этапы, на которых: обеспечивают электронное вейпинговое устройство, содержащее испарительный нагреватель, расположенный внутри первого корпуса, картридж, расположенный внутри первого корпуса и образующий емкость, выполненную с возможностью вмещения предиспарительного состава, чип, расположенный на первом конце картриджа и содержащий по меньшей мере один первый эжектор, по меньшей мере одно сквозное отверстие, расположенное внутри чипа и сообщающееся по текучей среде с указанной емкостью, причем указанный по меньшей мере один первый эжектор сообщается по текучей среде с указанным по меньшей мере одним сквозным отверстием, и источник питания, электрически соединенный с указанным по меньшей мере одним эжектором и испарительным нагревателем; подают первый электрический ток от источника питания на испарительный нагреватель для активации испарительного нагревателя: и подают второй электрический ток от источника питания на указанный по меньшей мере один первый эжектор для активации указанного по меньшей мере одного первого эжектора и эжекции капель предиспарительного состава из указанного по меньшей мере одного эжектора в направлении испарительного нагревателя.
В одном варианте осуществления этап обеспечения включает обеспечение электронного вейпингового устройства, содержащего по меньшей мере один нагреватель подложки, соединенный с чипом, и способ также включает этап, на котором подают третий электрический ток от источника питания на указанный по меньшей мере один нагреватель подложки для активации указанного по меньшей мере одного нагревателя подложки и нагрева чипа до первой температуры, причем третий электрический ток подают после подачи первого электрического тока.
В одном варианте осуществления подают второй электрический тока сразу же после достижения чипом первой температуры.
В одном варианте осуществления подача первого электрического тока на испарительный нагреватель приводит к нагреву испарительного нагревателя до второй температуры, представляющей собой температуру предварительного нагрева, составляющую приблизительно 100-200 градусов по Цельсию, причем способ также включает этап, на котором подают четвертый электрический ток от источника питания на испарительный нагреватель для нагрева испарительного нагревателя до третьей температуры, составляющей приблизительно 200-400 градусов по Цельсию, причем четвертый электрический ток подают после достижения испарительным нагревателем второй температуры, и второй электрический ток подают сразу же после достижения чипом первой температуры и достижения испарительным нагревателем третьей температуры, причем первая температура составляет приблизительно от 50 до 80 градусов по Цельсию.
На Фиг. 1 показан перспективный вид электронного вейпингового устройства со струйным распылительным картриджем согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 2 показан вид сверху электронного вейпингового устройства по Фиг. 1 согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 3 показан вид в сечении электронного вейпингового устройства по Фиг. 1 согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 4 показан вид сбоку струйного распылительного картриджа для устройства по Фиг. 1 согласно примеру варианта осуществления;
Фиг. 5 представляет собой изображение вида спереди картриджа для выдачи форсунки Фиг. 4 согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 6 показан вид снизу струйного распылительного картриджа по Фиг. 4 согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 7 показана нижняя поверхность распылительного чипа внутри подложки печатной платы по Фиг. 6 согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 8 показан вид в сечении эжекторов по Фиг. 7 согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 9 показана верхняя поверхность подложки печатной платы струйного распылительного картриджа по Фиг. 4 согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 10 показан вид в сечении струйного распылительного картриджа по Фиг. 4 согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 11 показан покомпонентный вид струйного распылительного картриджа по Фиг. 4 согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 12 показан вида сверху струйного распылительного картриджа по Фиг. 4 согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 13 показан покомпонентный вид в сечении струйного распылительного картриджа по Фиг. 4 согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 14 показан покомпонентный вид электронного вейпингового устройства по Фиг. 1 согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 15 показан еще один вид сбоку электронного вейпингового устройства по Фиг. 1 согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 16 показан вид спереди электронного вейпингового устройства по Фиг. 1 согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 17 показан вид сзади электронного вейпингового устройства по Фиг. 1 согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 18A показана временная диаграмма для электронного вейпингового устройства со струйным распылительным картриджем согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 18B показан пример последовательно активируемых эжекторных нагревателей распылительного чипа согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 19А показан вид в сечении альтернативного варианта осуществления устройства, показанного на Фиг. 3, согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 19В показан вид в сечении еще одного альтернативыго варианта осуществления устройства, показанного на Фиг. 3, согласно примеру варианта осуществления;
на Фиг. 20 показан еще один альтернативный вариант осуществления картриджа для электронного вейпингового устройства согласно примеру варианта осуществления; и
на Фиг. 21 показан вид в сечении варианта осуществления картриджа для электронного вейпингового устройства с Фиг. 20.
В данном документе раскрыты некоторые подробные примеры вариантов осуществления. Тем не менее, конкретные конструктивные и функциональные подробности, раскрытые в данном документе, представлены лишь в целях описания примеров вариантов осуществления. Примеры вариантов осуществления могут быть реализованы во многих альтернативных формах и не должны рассматриваться как ограниченные лишь вариантами осуществления, изложенными в данном документе.
Соответственно, хотя примеры вариантов осуществления могут иметь различные модификации и альтернативные формы, их варианты осуществления показаны в качестве примеров на чертежах и будут подробно описаны в данном документе. Тем не менее, следует понимать, что примеры вариантов осуществления не предназначены для ограничения конкретными раскрытыми формами; напротив, примеры вариантов осуществления должны охватывать все модификации, эквиваленты и альтернативы в пределах объема примеров вариантов осуществления. Одинаковые номера относятся к одинаковым элементам по всему описанию фигур.
Следует понимать, что, если элемент или слой обозначен как «расположенный на», «соединенный с», «связанный с» или «покрывающий» другой элемент или слой, он может быть непосредственно расположен на, соединен с, связан с или может покрывать другой элемент или слой, или могут присутствовать промежуточные элементы или слои. И наоборот, если элемент обозначен как «непосредственно расположенный на», «непосредственно соединенный с» или «непосредственно связанный с» другим элементом или слоем, то промежуточные элементы или слои отсутствуют. Одинаковые номера относятся к одинаковым элементам по всему настоящему описанию.
Следует понимать, что хотя термины «первый», «второй», «третий» и т.д. могут использоваться в данном документе для описания различных элементов, компонентов, областей, слоев или секций, эти элементы, компоненты, области, слои или секции не должны ограничиваться данными терминами. Указанные термины используются лишь для проведения отличия одного элемента, компонента, области, слоя или секции от другого элемента, компонента, области, слоя или секции. Таким образом, первый элемент, компонент, область, слой или секция, описанные ниже, могут именоваться вторым элементом, компонентом, областью, слоем или секцией без отступления от идей, изложенных в примерах вариантов осуществления.
Если термин «приблизительно» используется в настоящем описании в сочетании с числовым значением, подразумевается, что соответствующее числовое значение включает погрешность ±10 процентов от указанного числового значения. Кроме того, при ссылке на процентные доли в настоящем описании подразумевается, что эти процентные доли основаны на весе, т.е. представляют собой проценты по весу.
Термины относительного пространственного положения (например, «ниже», «под», «нижний», «над», «верхний» и т.п.) могут использоваться в данном документе с целью упрощения описания для раскрытия связи одного элемента или признака с другим элементом или признаком, как показано на фигурах. Следует понимать, что термины относительного пространственного положения предназначены для охвата различных ориентаций устройства во время использования или работы, в дополнение к ориентации, изображенной на фигурах. Например, если устройство на фигурах перевернуто, то элементы, описанные как расположенные «под» или «ниже» других элементов или признаков, окажутся расположенными «над» другими элементами или деталями. Следовательно, термин «под» может охватывать расположение как выше, так и ниже. Устройство может быть ориентировано иным образом (повернуто на 90 градусов или расположено с другими ориентациями), и определения относительного пространственного положения, используемые в данном документе, будут интерпретироваться соответствующим образом.
Терминология, используемая в данном документе, предназначена лишь для описания различных вариантов осуществления и не предназначена для ограничения примеров вариантов осуществления. Используемые в данном документе формы единственного числа предназначены для включения также форм множественного числа, если контекст явно не указывает на иное. Следует также понимать, что термины «включает», «включая», «содержит» и «содержащий» при их использовании в настоящем описании указывают на наличие указанных признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов или компонентов, но не исключают наличия или добавления одного или нескольких других признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов, компонентов или их групп.
Примеры вариантов осуществления описаны в данном документе со ссылкой на иллюстрации в сечении, которые являются схематическими изображениями идеализированных вариантов осуществления (или промежуточных структур) примеров вариантов осуществления. Таким образом, следует ожидать изменения форм указанных иллюстраций в результате изменения, например, технологий изготовления или допусков. Следовательно, примеры вариантов осуществления не должны рассматриваться как ограниченные формами областей, проиллюстрированных в данном документе, и должны включать отклонения по форме, которые обусловлены, например, процессом изготовления. Следовательно, области, проиллюстрированные на фигурах, являются по своей сути схематичными, и их формы не предназначены для иллюстрации фактической формы области устройства, а также не предназначены для ограничения объема примеров вариантов осуществления.
Если не определено иное, то все термины (в том числе технические и научные термины), используемые в данном документе, имеют те же самые значения, в которых их обычно понимают специалисты в данной области техники, к которой относятся примеры вариантов осуществления. Следует также понимать, что термины, в том числе и те, которые определены в общеупотребительных словарях, должны интерпретироваться как имеющие значение, соответствующее их значению в контексте соответствующей области техники, и не должны интерпретироваться в идеализированном или слишком формальном смысле, если это явно не определено в данном документе.
Общая методика
В примерах вариантов осуществления используется струйное распыление, которое обеспечивает возможность точного управления образованием высокоскоростных капель предиспарительного состава и их однородного распределения по нагревательному элементу с целью точного управления генерированием пара внутри электронного вейпингового устройства. Использование струйного распыления в сочетании с регулируемым по температуре нагревательным элементом, синхронизированным с временной диаграммой струйного распыления, способно обеспечить ряд преимуществ, которые включают: 1) эффективный перенос предиспарительного состава внутри электронного вейпингового устройства, 2) точный выброс струи предиспарительного состава для устойчивого генерирования пара, 3) улучшенное обнаружение «низкого уровня предиспарительного состава», 4) исключение контакта между предиспарительным составом и нагревательным элементом во время хранения и неиспользования электронного вейпингового устройства, 5) обеспечение возможности использования текстурированной нагревательной поверхности нагревательного элемента с целью уменьшения разбрызгивания предиспарительного состава (что дополнительно способствует точности генерирования предиспарительного состава внутри устройства), 6) обеспечение возможности использования сменного картриджа, который легко отделяется от электронного вейпингового устройства, и 7) обеспечение возможности использования высоковязкого и высокоплотного предиспарительного состава, что позволяет снизить потребность в объемном количестве предиспарительного состава по отношению к количеству пара, которое генерируется электронным вейпинговым устройством.
Примеры конструктивных вариантов осуществления
На Фиг. 1 показан перспективный вид электронного вейпингового устройства 10 со струйным распылительным картриджем 30 (см. Фиг. 3) согласно примеру варианта осуществления. Устройство 10 содержит корпус 12. На боковой стороне корпуса 12 может быть размещен переключатель 18 питания, обеспечивающий возможность включения и выключения питания устройства (как более подробно описано ниже). На корпусе 12 также может быть размещен переключатель 20 для активации нагрева.
Устройство 10 содерж корпус 16 картриджа, способный покрывать картридж 30 (см. Фиг. 3). От корпуса 16 картриджа отходит трубка 15. Мундштук 14 может быть выполнен с возможностью соединения с трубкой 15 корпуса, причем основание 14а мундштука 14 насаживается на трубку 15 посредством фрикционного соединения (или, в качестве альтернативы, основание 14а насаживается на трубку 15 посредством резьбы, соединения на защелках, штыкового соединения или другой подобной конструкции). Корпус 16 картриджа соединен с корпусом 12 устройства посредством установочных винтов 26 или, в качестве альтернативы, корпус 16 картриджа может быть соединен с корпусом 12 устройства посредством другой конструкции (такой как фрикционное соединение, соединение на защелках и т.д.). В варианте осуществления корпус 16 картриджа может быть легко снят с основного корпуса 12 устройства 10 с целью получения доступа к местоположению картриджа 30 (более подробно описано ниже).
Соединитель 22 источника питания и/или соединитель 24 универсальной последовательной шины (USB) могут быть выполнены с возможностью разъемного соединения с задней стороной устройства 10 (более подробно показано на Фиг. 3 и описано ниже).
На Фиг. 2 показан вид сверху электронного вейпингового устройства 10 по Фиг. 1 согласно примеру варианта осуществления. На Фиг. 3 (описан ниже) показан вид в сечении устройства 10 по линии III-III.
На Фиг. 3 показан вид в сечении (по линии III-III на Фиг. 2) электронного вейпингового устройства 10 по Фиг. 1 согласно примеру варианта осуществления. Картридж 30, содержащий внутреннюю вставку 43 из вспененного материала, заключающую в себе предиспарительный состав 21, находится в корпусе 16 картриджа. Как более подробно описано ниже (в частности, применительно к Фиг. 4-13), в варианте осуществления картридж 30 представляет собой струйный распылительный картридж. В частности, струйный распылительный картридж 30 выполнен с возможностью выдачи капель предиспарительного состава 21 в направлении 30z выдачи через отверстие 49 на верхнюю поверхность нагревателя 40, заключенного внутри корпуса 48 нагревателя, таким образом, чтобы предиспарительный состав 21 равномерно распределялся и нагревался на поверхности нагревательного элемента (нагревателя) 40 устройства 10. В нижней поверхности корпуса 48 нагревателя расположены вентиляционные отверстия 42, обеспечивающие возможность поступления окружающего воздуха в устройство 10 и его смешения с испаренным предиспарительным составом, который генерируется внутри корпуса 48 нагревателя посредством нагревателя 40. В варианте осуществления нагреватель 40 может иметь основные поверхности (т.е. верхнюю и нижнюю поверхности), которые соответственно могут быть приблизительно перпендикулярны ожидаемому направлению эжекции предиспарительного состава 21 из картриджа 30 и приблизительно перпендикулярны ожидаемому направлению воздушного потока, поступающего в устройство 10 из вентиляционных отверстий 42. Вентиляционные отверстия 42 могут быть закрыты заслонкой 72 воздушного потока. Заслонка 72 воздушного потока может быть выполнена с возможностью скользящего перемещения вручную вдоль нижней стороны устройства 10 с целью открывания вентиляционных отверстий 42 в течение периодов времени, когда устройство 10 требует поступления окружающего воздуха в корпус 48 нагревателя с целью обеспечения возможности испарения нагревателем 40 предиспарительного состава 21. Нагреватель 40 в данном документе именуется «испарительным нагревателем».
Нагреватель 40 удерживается на своем месте (между отверстием 49 и вентиляционными отверстиями 42 внутри корпуса 48 нагревателя) посредством захвата 44 нагревателя, который (захват) содействует электрическому соединению нагревателя 40 с соединителем 64 питания нагревателя. В частности, захват 44 выступает от держателя 46 нагревателя, причем электропроводный соединитель 54 нагревателя электрически соединяет захват 44 держателя 46 нагревателя с соединителем 64 питания нагревателя. В варианте осуществления захват 44 зажимает лишь конец нагревателя 40 с целью подвешивания всех поверхностей нагревателя 40 (за исключением контактной поверхности нагревателя 40, касающейся захвата 44) внутри открытого пространства, образованного трубкой 48. Электроды 28а источника 28 питания (показаны на Фиг. 14) электрически соединены с соединителем 64 питания нагревателя, электрически соединенного с соединителем 54 нагревателя.
Соединитель 22 источника питания может быть выполнен с возможностью разъемного соединения с задней стороной устройства 10 с целью обеспечения источника электрической мощности для печатной платы 61 (printed circuit board, PCB) устройства 10, причем микроконтроллер (MCU) 63 или программируемая пользователем вентильная матрица (field-programmable gate array, FPGA) 68 печатной платы 61 распределяет этот ток на регуляторы напряжения (не показаны), размещенные на плате. Регуляторы напряжения могут затем осуществлять перезарядку источника 28 питания через вход 66 батареи (источника питания), или микроконтроллер 63/программируемая пользователем вентильная матрица 68 могут распределять ток непосредственно на соединитель 62 печатной платы и соединитель 64 питания нагревателя (как более подробно описано ниже). В варианте осуществления соединитель 22 источника питания электрически соединен с соединителем 64 питания нагревателя и используется для подачи электрического тока непосредственно на соединитель 64 питания нагревателя, действуя таким образом в обход источника 28 питания. В варианте осуществления соединитель 22 источника питания содержит кабель 22b, соединенный с сетевым зарядным устройством 22c. При необходимости соединитель 24 универсальной последовательной шины (USB) выполнен с возможностью соединения с задней стороной устройства 10 (или USB-соединитель 24 включен вместо соединителя 22 источника питания) и подает постоянный ток на печатную плату 61. USB-кабель 24b может быть выполнен с возможностью соединения с зарядным устройством 24c, или, при необходимости, кабель 24b может быть выполнен с возможностью соединения с мобильным устройством (не показано) для подачи электрического тока на печатную плату 61.
Струйный распылительный картридж 30 может удерживаться на своем месте частично посредством интерфейса 34 печатной платы, расположенного на нижнем участке картриджа 30 (показано более подробно на Фиг. 4, 7, 9, 10, 11 и 12), причем дальний конец интерфейса 34 печатной платы вставлен в торцевой охватывающий соединитель 58 печатной платы с целью его надежного удержания на своем месте напротив корпуса 50 релейной платы. На дальнем конец интерфейса 34 печатной платы размещен ряд 34a площадок ввода/вывода (I/O) (показаны на Фиг. 9), электрически соединяющих интерфейс 34 печатной платы с охватывающим соединителем 58 печатной платы. Охватывающий соединитель 58 печатной платы заключен в корпусе 50 релейной платы, защищающем и покрывающем релейную плату 56. Релейная плата 56 обеспечивает физическое монтажное место для охватывающего соединителя 58 печатной платы и охватываемого соединителя 60 печатной платы. Охватываемый соединитель 60 печатной платы установлен на поверхности релейной платы 56, причем охватывающий соединитель 62 печатной платы присоединяется с помощью защелок к охватываемому соединителю 60 печатной платы с целью электрического соединения этих двух соединителей 60/62. Охватываемый соединитель 60 печатной платы электрически соединен с блоком 28 питания и подает электрический ток от источника 28 питания на торцевой соединитель 58 печатной платы через релейную плату 56 и охватывающий соединитель 62 печатной платы (как более подробно описано ниже).
В варианте осуществления картридж 30 выполнен с возможностью съема с основного корпуса 12, и обеспечивается возможность легкого доступа к картриджу 30 посредством съема корпуса 16 картриджа с основного корпуса 12 устройства 10. Таким образом обеспечивается возможность использования картриджа 30 в качестве сменного элемента устройства 10, что, в свою очередь, обеспечивает возможность съема отработавшего (например, использованного) картриджа 30 с устройства 10 и его замены картриджем 30 с емкостью 21а, которая полностью заправлена предиспарительным составом 21.
Печатная плата 61 расположена внутри корпуса 12 (см. также Фиг. 14). Печатная плата 61содержит микроконтроллер 63 и программируемую пользователем вентильную матрицу 68 (причем микроконтроллер 63 и программируемая пользователем вентильная матрица 68 вместе именуются «схемой управления»). Микроконтроллер 63 имеет три основных функции: 1) обеспечение интерфейса для прикладной программы управления и конфигурирования, доступной через USB-порт 24a (Фиг. 3), что обеспечивает для взрослого вейпера возможность установки параметров устройства (таких как частота выброса, длительность импульса, системное напряжение, температура предварительного нагрева, температура испарения и т.п.); 2) обеспечение входа для переключателя 18 питания и переключателя 20 активации нагрева с целью управления основными операциями устройства; и 3) активация и передача параметров управления на программируемую пользователем вентильную матрицу 68. В варианте осуществления микроконтроллер 63 может представлять собой типовой недорогой контроллер, который может генерировать точные импульсы в пределах наносекундного разрешения с целью управления функциями устройства 10, например, такими, как подача мощности на картридж 30 (как описано ниже). При этом программируемая пользователем вентильная матрица 68 может представлять собой элемент управления, который непосредственно взаимодействует с распылительным чипом 41. В частности, программируемая пользователем вентильная матрица 68 выдает импульсы эжекции с длительностью в пределах от 10 наносекунд до 50 наносекунд для точного управления распылительным чипом 41 (как подробно описано ниже). При необходимости, микроконтроллер 63 и программируемая пользователем вентильная матрица 68 могут представлять собой единый процессор/контроллер, а не два отдельных элемента.
Соединитель 22 источника питания и/или USB-соединитель 24 могут быть выполнены с возможностью вставки в заднюю сторону устройства 10, причем соединители 22/24 электрически соединены с входом 66 источника питания, который размещен на печатной плате 61. В частности, для частичного образования этого электрического соединения используется разъем 22a ввода мощности или USB-разъем, причем вход 66 источника питания электрически соединен с источником 28 питания. В случае, если источник 28 питания является перезаряжаемым (для дальнейшего использования устройства 10 после первоначальной разрядки источника 28 питания), вход 66 источника питания обеспечивает возможность перезарядки источника 28 питания с помощью соединителя 22 источника питания или USB-соединителя 24.
Источник 28 питания может представлять собой батарею. В частности, источник 28 питания может представлять собой литий-ионную батарею или один из ее вариантов, например, литий-ионную полимерную батарею. В качестве альтернативы, батарея может представлять собой никель-металлогидридную батарею, никель-кадмиевую батарею, литий-марганцевую батарею, литий-кобальтовую батарею или топливный элемент. В варианте осуществления электронное вейпинговое устройство 10 может использоваться до тех пор, пока не будет израсходована энергия в источнике 28 питания. В качестве альтернативы, устройство 10 может быть перезаряжаемым и многоразовым, так что источник 28 питания заряжается через соединитель 22 источника питания или USB-соединитель 24.
В варианте осуществления переключатель 18 питания соединен с печатной платой 61 и переводится в положения «включения» и «выключения» устройства 10. В частности, при переводе переключателя 18 в положение «включения» устройства 10 микроконтроллер 63/программируемая пользователем вентильная матрица 68 на печатной плате 61 инициируют передачу электрического тока от соединителя 22 источника питания, USB-соединителя 24 или блока 28 питания на соединитель 62 печатной платы. Соединитель 62 печатной платы передает электрический ток через соединитель 60 печатной платы, релейную плату 56 и торцевой соединитель 58 печатной платы на интерфейс 34 печатной платы с целью подачи питания на распылительный чип 41 (см. Фиг. 7 и 9) картриджа 30 (как более подробно описано ниже). При нахождении переключателя 18 в положении «включения» микроконтроллер 63/программируемая пользователем вентильная матрица 68 на печатной плате 61 дополнительно передают электрический ток от соединителя 22 источника питания, USB-соединителя 24 или источника 28 питания на соединитель 64 питания нагревателя. Соединитель 64 питания нагревателя передает электрический ток через соединитель 54 нагревателя и захват 44 нагревателя на нагреватель 40. При переводе переключателя 18 питания в положение «выключения» устройства 10, печатная плата 61 прекращает передачу электрического тока на соединитель 62 печатной платы и соединитель 64 питания нагревателя.
В варианте осуществления, с печатной платой 61 также соединен переключатель 20 активации нагрева, управляющий функциями картриджа 30 и нагревателя 40. В частности, при нахождении устройства 10 во «включенном» состоянии (как описано выше), микроконтроллер 63/программируемая пользователем вентильная матрица 68 действуют таким образом, чтобы обеспечить возможность нажатия переключателя 20 активации нагрева с целью инициирования выдачи предиспарительного состава 21 картриджем 30 (как более подробно описано ниже применительно к функционированию картриджа 30) с одновременной электрической активацией также нагревателя 40 с целью инициирования нагрева и испарения нагревателем 40 предиспарительного состава 21, который выбрасывается в виде струи из картриджа 30 на нагреватель 40. В варианте осуществления микроконтроллер 63/программируемая пользователем вентильная матрица 68 выполнены с возможностью электрической активации картриджа 30 и нагревателя 40 (инициируемой нажатием переключателя 20 активации нагрева), причем эта электрическая активация происходит в течение определенного периода времени, такого как период, равный 10 секундам (или другого подобного периода времени, который может быть достаточным для обеспечения возможности выдачи предиспарительного состава 21 из картриджа 30 и испарения предиспарительного состава 21 нагревателем 40).
При необходимости, вместо переключателя 20 активации нагрева, соединенного с печатной платой 61, на печатной плате 61 размещены датчик 80 и схема 82 управления с целью автоматизации активации картриджа 30 и нагревателя 40 сразу же после включения устройства 10 с помощью переключателя 18 питания. В частности, датчик 80 сообщается по текучей среде с внутренней камерой корпуса 48 нагревателя, благодаря наличию одного или более сквозных отверстий 81 в задней стенке корпуса 48 нагревателя, причем датчик 80 обнаруживает «условия вейпинга» (описаны ниже). Как только датчик 80 обнаружил условия вейпинга, схема 82 подает электрический ток от источника 28 питания на картридж 30 (через соединители 60/62) и нагреватель 40 (через соединитель 54 нагревателя) с целью инициирования выдачи предиспарительного состава 21 картриджем 30 на нагреватель 40 с тем, чтобы нагреватель 40 затем осуществил испарение предиспарительного состава 21.
Датчик 80 выполнен с возможностью генерирования выходного сигнала, указывающего на величину и направление воздушного потока (протекающего через корпус 48 нагревателя), причем схема 82 принимает выходной сигнал датчика 80 и определяет наличие нижеследующих «условий вейпинга»: (1) направление воздушного потока указывает на осуществление затяжки на мундштуке 14 (противоположно выдуванию воздуха через мундштук 14), и (2) величина воздушного потока превышает пороговое значение. Если эти внутренние условия вейпинга в устройстве 10 выполняются, то схема 82 электрически соединять источник 28 питания с картриджем 30 и нагревателем 40, активируя таким образом оба из картриджа 30 и нагревателя 40. В альтернативном варианте осуществления датчик 80 генерирует выходной сигнал, указывающий на падение давления внутри корпуса 12 (которое вызвано втягиванием воздуха, поступающего в корпус 48 нагревателя через вентиляционные отверстия 42 и выходящего из устройства 10 через мундштук 14), и в ответ на это схема 82 активирует картридж 30 и нагреватель 40. Датчик 80 может представлять собой датчик, раскрытый в патентной заявке США «Электронное курительное устройство», №14/793,453, подана 7 июля 2015 г., или датчик, раскрытый в патенте США «Электронное курение», №9,072,321, выдан 7 июля 2015 г., каждый из которых полностью включен в данный документ посредством ссылки.
Источник 28 питания может быть электрически соединен с датчиком 80 и схемой 82 с целью автоматического управления работой устройства 10 сразу же после включения устройства с помощью переключателя 18 питания. В варианте осуществления устройство 10 автоматически активируется только посредством датчика 80 и схемы 82, так что не требуется включение и выключение переключателя 18 питания для включения и выключения устройства 10. В варианте осуществления схема 82 содержит ограничитель периода времени. Период времени подачи электрического тока на картридж 30 и нагреватель 40 может быть установлен или предустановлен в зависимости от количества предиспарительного состава 21, требующегося для испарения.
Даже в случае, если необязательные датчик 80 и схема 82 не включены в устройство 10, оно по-прежнему может при необходимости содержать одно или более сквозных отверстий 81 (которые, при необходимости могут быть смежными с держателем 46 нагревателя) с целью обеспечения возможности поступления воздуха изнутри корпуса 12 в трубку 48. Сквозные отверстия 81 обеспечивают дополнительную подачу воздуха в трубку 48 с целью пополнения воздуха, который вводится в трубку 48 через вентиляционные отверстия 42. В альтернативном варианте осуществления сквозные отверстия 81 обеспечены вместо вентиляционных отверстий 42, так что сквозные отверстия 81 при необходимости могут представлять собой единственный источник воздуха, вводимого внутрь трубки 48 во время рабочего использования устройства 10. В случае, если устройство 10 содержит сквознгые отверстия 81, корпус 12 не должен быть воздухонепроницаемым, чтобы обеспечивать возможность поступления воздуха в корпус 12 без значительного повышения сопротивления затяжке (resistance-to-draw, RTD) устройства 10.
Картридж 30 обеспечивает устойчивую и бесперебойную выдачу предиспарительного состава 21 на нагреватель 40 благодаря струйному распылению предиспарительного состава 21 на нагреватель 40 (как подробно описано ниже). Благодаря применению картриджа 30, в устройстве 10 не требуется, чтобы предиспарительный состав 21 или любая конструкция находились в непрерывном или непосредственном контакте с нагревателем 40, особенно в течение периодов длительного хранения или неиспользования электронного вейпингового устройства 10.
Предиспарительный состав
Струйный распылительный картридж 30 устройства 10 заключает в себе и выдает предиспарительный состав 21. В варианте осуществления предиспарительный состав 21 является сравнительно высоковязким и высокоплотным составом, представляющим собой материал или сочетание материалов, которые превращаются в пар. Например, предиспарительный состав 21 может представлять собой по меньшей мере одно из жидкого, твердого или гелеобразного состава, включая, но без ограничения, воду, гранулы, растворители, активные ингредиенты, этанол, растительные экстракты, натуральные или искусственные ароматизаторы, парообразующие вещества, такие как глицерин и пропиленгликоль, и комбинации вышеперечсленного. В варианте осуществления предиспарительный состав 21 имеет вязкость в диапазоне приблизительно от 1 сантипуаза до 100 сантипуазов (или предпочтительно от 40 сантипуазов до 100 сантипуазов, или более предпочтительно от 40 сантипуазов до 80 сантипуазов) и плотность в диапазоне приблизительно от 1,0 г/мм3 до 1,3 г/мм3 (при температуре 25 градусов по Цельсию).
В варианте осуществления предиспарительный состав 21 содержит летучие ароматические соединения табака, которые выделяются при нагреве. Предиспарительный состав 21 может также содержать табачные элементы, диспергированные по всему составу 21. Если табачные элементы диспергированы в предиспарительном составе 21, то сохраняется физическая целостность табачного элемента. Например, указанныйтабачный элемент может составлять приблизительно 2-30 процентов по весу в предиспарительном составе 21. В качестве альтернативы, предиспарительный состав 21 может быть ароматизирован другими ароматизаторами, вместо табачного ароматизатора или в дополнение к нему.
В варианте осуществления указанное по меньшей мере одно парообразующее вещество предиспарительного состава 21 может быть выбрано из группы, содержащей диол (такой как пропиленгликоль и/или 1,3-пропандиол), глицерин и их комбинации. Указанное по меньшей мере одно парообразующее вещество включается в количестве, находящемся в диапазоне от приблизительно 20 процентов по весу пересчете на вес предиспарительного состава 21 до приблизительно 90 процентов по весу в пересчете на вес предиспарительного состава 21 (например, количество парообразующего вещества находится в диапазоне от приблизительно 50 процентов до приблизительно 80 процентов, более предпочтительно от приблизительно 55 процентов до приблизительно 75 процентов, или наиболее предпочтительно от приблизительно 60 процентов до приблизительно 70 процентов). Кроме того, в одном варианте осуществления предиспарительный состав 21 содержит диол и глицерин в весовом соотношении, находящемся в диапазоне от приблизительно 1:4 до 4:1, где диол представляет собой пропиленгликоль или 1,3-пропандиол или их комбинации. Данное соотношение предпочтительно составляет приблизительно 3:2.
Предиспарительный состав 21 также содержит воду. Вода может быть включена в количестве, находящемся в диапазоне от приблизительно 5 процентов по весу в пересчете на вес предиспарительного состава 21 до приблизительно 40 процентов по весу в пересчете на вес предиспарительного состава 21, или, более предпочтительно, в количестве, находящемся в диапазоне от приблизительно 10 процентов по весу в пересчете на вес предиспарительного состава 21 до приблизительно 15 процентов по весу в пересчете на вес предиспарительного состава 21. В одном варианте осуществления остальная часть предиспарительного состава 21, которая не является водой (и никотином или ароматизирующими соединениями), представляет собой парообразующее вещество (описано выше), количество которого составляет от 30 процентов по весу до 70 процентов по весу пропиленгликоля, а остальная часть парообразующего вещества представляет собой глицерин.
Предиспарительный состав 21 при необходимости может содержать по меньшей мере один ароматизатор в количестве, находящемся в диапазоне от приблизительно 0,2 процента до приблизительно 15 процентов по весу (например, количество ароматизатора может находиться в диапазоне от приблизительно 1 процента до приблизительно 12 процентов, более предпочтительно от приблизительно 2 процентов до приблизительно 10 процентов, и наиболее предпочтительно от приблизительно 5 процентов до приблизительно 8 процентов). Указанный по меньшей мере один ароматизатор может представлять собой натуральный ароматизатор или искусственный ароматизатор. Например, указанный по меньшей мере один ароматизатор может быть выбран из группы, включающей табачный ароматизатор, ментол, винтергрен, мяту перечную, травяные ароматизаторы, фруктовые ароматизаторы, ореховые ароматизаторы, ликерные ароматизаторы, жареные, мятные и пряные ароматизаторы, корицу, гвоздику и комбинации вышеперечисленного.
В варианте осуществления предиспарительный состав 21 содержит никотин. Никотин включен в предиспарительный состав 21 в количестве, находящемся в диапазоне от приблизительно 1 процента по весу до приблизительно 10 процентов по весу (например, количество никотина находится в диапазоне от приблизительно 2 процентов до приблизительно 9 процентов, или более предпочтительно от приблизительно 2 процентов до приблизительно 8 процентов, или наиболее предпочтительно от приблизительно 2 процентов до приблизительно 6 процентов). В варианте осуществления часть предиспарительного состава 21, которая не является никотином или ароматизатором, содержит 10-15 процентов по весу воды, и остальная часть той части состава, которая не является никотином и ароматизатором, представляет собой смесь пропиленгликоля и парообразующего вещества в соотношении, находящемся в диапазоне от 60:40 до 40:60 по весу.
Нагреватель
В варианте осуществления нагреватель 40 имеет основную поверхность или ось, которая расположена приблизительно перпендикулярно направлению 30z выдачи (показано на Фиг. 3) предиспарительного состава 21, который выдается из картриджа 30. Нагреватель 40 может иметь форму планарного тела или керамического тела. В альтернативном варианте осуществления нагреватель 40 также может иметь форму проволочной катушки, одиночной проволоки, сетки из резистивной проволоки или любую другую подходящую форму, которая выполнена с возможностью испарения предиспарительного состава 21. В варианте осуществления нагреватель 40 имеет шероховатую или текстурированную поверхность, которая обеспечивает большую площадь контакта между нагревателем 40 и диспергированным предиспарительным составом 21, распределяемым по верхней поверхности нагревателя 40 с помощью картриджа 30. В варианте осуществления нагреватель 40 представляет собой планарный нагреватель, такой как нагреватель, раскрытый в нижеследующей патентной заявке: «Трехкомпонентное электронное вейпинговое устройство с планарным нагревателем», патентная заявка США №15/457,917, подана 13 марта 2017 г., все содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки. Еще в одном варианте осуществления нагреватель 40 имеет непланарную поверхность и представляет собой, например, печатный нагреватель на гибкой подложке.
По меньшей мере в одном примере варианта осуществления нагреватель 40 выполнен из любых подходящих электрически резистивных материалов. Примеры подходящих электрически резистивных материалов включают, но без ограничения, медь, титан, цирконий, тантал и металлы из платиновой группы. Примеры подходящих металлических сплавов включают, но без ограничения, сплавы, содержащие нержавеющую сталь, никель-, кобальт-, хром-, алюминий-, титан-, цирконий-, гафний-, ниобий-, молибден-, тантал-, вольфрам-, олово-, галлий-, марганец- и железосодержащие сплавы и суперсплавы на основе никеля, железа, кобальта и нержавеющей стали. Например, нагреватель 14 может быть выполнен из алюминидов никеля, материала со слоем оксида алюминия на поверхности, алюминидов железа и других композитных материалов, при этом электрически резистивный материал может быть при необходимости встроен в изоляционный материал, инкапсулирован в него или покрыт им, или наоборот, в зависимости от кинетики переноса энергии и требуемых внешних физико-химических свойств. Нагреватель 40 может содержать по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из нержавеющей стали, меди, медных сплавов, хромоникелевых сплавов, суперсплавов и их сочетаний. В примере варианта осуществления нагреватель 40 может быть выполнен из нитрида алюминия, керамики, хромоникелевых сплавов или железоникелевых сплавов. В примере варианта осуществления нагреватель 40 может представлять собой керамический нагреватель, имеющий электрически резистивный слой на внутренней поверхности нагревателя 40 и/или на внешней поверхности нагревателя 40.
Еще в одном варианте осуществления нагреватель 40 выполнен из алюминида железа (например, FeAl или Fe3Al). Использование алюминидов железа может быть предпочтительным, поскольку они показывают высокое удельное сопротивление. FeAl показывает удельное сопротивление приблизительно 180 микроом, в то время как нержавеющая сталь показывает приблизительно от 50 до 91 микроом. Чем выше сопротивление, тем меньше ток, необходимый для активации нагревателя 40.
Нагреватель 40 или нагревательный элемент обеспечивает и поддерживает температуру для испарения предиспарительного состава 21, который наносится на нагреватель 40. Оптимальная температура варьируется в зависимости от химических свойств и композиции предиспарительного состава 21. В варианте осуществления предпочтительный диапазон температуры для испарения предиспарительного состава 21 составляет приблизительно от 220 до 360 градусов по Цельсию. Еще в одном варианте осуществления, для поддержания нагревателя 40 в предпочтительном температурном диапазоне для испарения предиспарительного состава 21 используется управляющий механизм с замкнутым контуром (как описано ниже в разделе «Рабочее использование электронного вейпингового устройства» данного документа).
Струйный распылительный картридж - Примеры конструктивных вариантов осуществления
Струйный распылительный картридж 30 (подробно показан на Фиг. 4-13 и описан ниже) использует струйное распыление для эжекции мелких капель предиспарительного состава 21 на нагреватель 40 (см. Фиг. 3). В частности, в картридже 30 для создания мелких капель используется «пузырьково-струйное» распыление предиспарительного состава 21, при котором картридж 30 нагревает и испаряет предиспарительный состав 21 для создания мелких пузырьков, и в результате расширения этих пузырьков создаются капли, которые эжектируются из картриджа 30. В частности, картридж 30 может рассматриваться как «пузырьково-струйный картридж, использующий технологию термического образования капель по запросу (thermal drop-on-demand)», в котором предиспарительный состав 21 термически активируется для обеспечения быстрого испарения предиспарительного состава 21, образующего пузырьки, и последующее значительное повышение давления (вследствие образования пузырьков) используется для выдачи высокоскоростных капель предиспарительного состава 21, которые выталкиваются из картриджа 30. В варианте осуществления картридж 30 использует сравнительно высоковязкий предиспарительный состав 21, поскольку высокое поверхностное натяжение предиспарительного состава 21 (создаваемое благодаря высоковязким свойствам предиспарительного состава 21), а также усилия, связанные с конденсацией и результирующим сжатием испаренных пузырьков в картридже 30, действуют таким образом, чтобы вытянуть порцию предиспарительного состава 21 через одно или более сквозных отверстий 41а (см. Фиг. 7-9), сообщающихся с емкостью 21а для предиспарительного состава (внутри картриджа 30), с целью точной и бесперебойной эжекции капель на поверхность нагревателя 40.
На Фиг. 4 показан вид сбоку струйного распылительного картриджа 30 для устройства по Фиг. 1 согласно примеру варианта осуществления. Картридж 30 содержит корпус 31 с головкой 36, герметизирующей конец картриджа 30. От нижней стороны корпуса 31 выступает интерфейс 34 печатной платы. Хотя на Фиг. 4 показан цилиндрический корпус 31, следует понимать, что корпус 31 также может иметь другие формы, включая, но без ограничения, кубическую форму, прямоугольную форму, квадратную форму и т.д.
На Фиг. 5 показан вид спереди струйного распылительного картриджа 30 по Фиг. 4 согласно примеру варианта осуществления. Головка 36 картриджа 30 содержит приподнятую кромку 36a, которая проходит от нижней стороны корпуса 31 с целью защиты и прикрытия интерфейса 34 печатной платы, а также остальной части подложки 32 печатной платы (как показано по меньшей мере на Фиг. 6, 9 и 11).
На Фиг. 6 показан вид нижней стороны или вид снизу струйного распылительного картриджа 30, показанного на Фиг.4, согласно примеру варианта осуществления. Подложка 32 печатной платы удерживается на конце картриджа 30, причем эжекционные сопла 41c2 эжекторов 41с, размещенных на чипе 41 (см. Фиг. 7 и 8), обращены вниз с целью эжекции пузырьков (т.е. цельных капель) предиспарительного состава 21 в сторону от картриджа 30 (как описано более подробно в данном документе). Иначе говоря, в варианте осуществления эжекционные сопла 41с расположены под картриджем 30 с целью обеспечения, при необходимости, эжекции пузырьков предиспарительного состава 21 картриджем 30 в направлении, которое приблизительно параллельно продольной длине картриджа 30 (как показано в Фиг. 3 в виде выпускного направления 30z картриджа 30).
Подложка 32 печатной платы удерживается в пределах защитных границ приподнятой кромки 36a головки 36 картриджа 30, причем выступ 36c на кромке 36a сопряжен с вырезом 32a подложки 32 с целью удержания подложки 32 при постоянной ориентации на нижней стороне картриджа 30. Кроме того, подложка 32 прикреплена к нижней стороне картриджа 30 в пределах границ кромки 36а посредством любых хорошо известных средств, которые могут включать адгезив (например, такой, как адгезив на силиконовой основе), сварку, винты, фиксаторы, физические стопоры или любую другую подходящую конструкцию, клеящее вещество и т.п. На Фиг. 10 (описан ниже) показан вид в сечении картриджа 30 по линии X-X.
На Фиг. 7 показана нижняя поверхность (сторона 41g активного элемента) распылительного чипа 41, который удерживается в пределах подложке 32 печатной платы по Фиг. 6, согласно примеру варианта осуществления. Чип 41 может содержать ряд площадок 41b ввода/вывода, которые электрически соединяют эжекторные нагреватели 41c1 (Фиг. 8), нагреватели 41d положки (Фиг. 8) и схемы чипа 41 (т.е. логическую схему 41e управления вводом/выводом и схему 41f управления нагревом, показанные на Фиг. 7) с площадками 34a ввода/вывода (Фиг. 9) подложки 32 печатной платы. Чип 41 содержит один или более эжекторов 41c (также показанных на Фиг. 8), которые выдают пузырьки предиспарительного состава 21 через сопла 41c2 в направлении нагревателя 40. Эжектор 41c и отверстия 41a эжектора 41c могут быть выполнены с помощью процессов, описанных в нижеследующих патентах: «Струйные печатающие головки и соответствующие способы», патент США №6,902,867, и «Способы улучшения потока через жидкостные каналы», патент США №7,041,226, все содержание каждого из которых полностью включено в данный документ посредством ссылки. В варианте осуществления чип 41 содержит два сквозных отверстия 41a, расположенных таким образом, что продольные длины отверстий 41a параллельны друг другу на чипе 41. Следует понимать, что помимо иллюстративных процессов, описанных выше, также может быть применен любой другой хорошо известный способ выполнения сквозных отверстий 41а в чипе 41.
Ряды эжекторов 41c проходят в линию по сторонам сквозных отверстий 41а вдоль продольной длины сквозных отверстий 41а. Матрица эжекторов 41c термически возбуждает и быстро испаряет предиспарительный состав 21 из емкости 21a картриджа с целью образования пузырьков, причем последующее значительное увеличение давления (вследствие образования и роста пузырьков) принудительно перемещает предиспарительный состав 21 из канала 33 в эжекторные камеры 41с3 текучей среды эжекционных нагревателей 41с1 (см. Фиг. 8) с целью выталкивания высокоскоростных капель предиспарительного состава 21 из сопел 41c2 в направлении нагревателя 40. В ответ на указанное образование пузырьков и их выталкивание, дополнительный предиспарительный состав 21 втягивается через канал 33 под действием усилия прямого вытеснения. В варианте осуществления ряды из 32 эжекторов 41c проходят в линию по обеим сторонам каждого из сквозных отверстий 41a (так что на чипе 41 находятся 128 эжекторов 41с), причем в общей сложности 8 эжекционных нагревателей 41c1 могут активироваться одновременно для каждого сквозного отверстия 41а (при частоте эжекции 2 килогерца), так что все 128 эжекторов 41c объединяются для эжекции до приблизительно 10 микролитров в секунду предиспарительного состава 21, или предпочтительно приблизительно 3-6 микролитров в секунду предиспарительного состава 21, или наиболее предпочтительно приблизительно 3,2 микролитра в секунду предиспарительного состава 21. В варианте осуществления нагреватели 41c1 (также показаны в Фиг. 8) обеспечивают быстрый нагрев и достигают температуры приблизительно 320 градусов по Цельсию менее чем за 1 микросекунду. Масса пара, которая генерируется нагревателем 40 электронного вейпингового устройства 10 в результате указанного испарения предиспарительного состава 21 посредством эжекторов 41c, составляет приблизительно от 2 до 3 миллиграмм на одну затяжку паром из устройства 10.
В варианте осуществления значительный участок верхней поверхности стороны 41g активного элемента чипа 41 покрыт сопловой пластиной 102 (также показана на Фиг. 8), так что площадки 41b ввода/вывода и сопловые отверстия 41c2 (эжекторов 41c) являются единственными элементами, которые открыты со стороны 41g активного элемента чипа 41.
В варианте осуществления выталкивающие средства 41c (Фиг. 8) и нагреватель 40 (Фиг. 3) создают температуру выхода пара из устройства 10 (на мундштуке 14), которая составляет приблизительно 100°C. Выталкивающие экстракты 41c могут быть образованы с помощью процессов, описанных в следующих патентах: «Нагревательный чип для струйной печати и соответствующий способ», патент США №6,951,384, и «Микрофлюидное эжекционное устройство, имеющее нагревательную пленку с высоким сопротивлением», патент США №7,080,896, все содержание которых полностью включено в данный документ посредством ссылки. Сопла 41c2 эжекторов 41c, которые могут именоваться «микро-соплами», могут быть выполнены с помощью процессов, описанных в нижеследующих патентах: «Сопловые элементы, композиции и способы для микрофлюидных эжекционных головок», патент США №7,364,268, «Микрофлюидная эжекционная головка и предназначенная для нее диафрагменная пластина со снятыми внутренними напряжениями», патент США №8,109,608, «Состав для фотопроявляемой сухой пленки», патент США №8,292,402, и «Гидрофобные конструкции сопловой пластины для микрофлюидных эжекционных головок», патент США №7,954,926, все содержание которых полностью включено в данный документ посредством ссылки. В варианте осуществления каждый из эжекторов 41c содержит одно сопло 41c2. Следует понимать, что помимо вышеописанных примеров процессов, также могут применяться любые хорошо известные способы выполнения эжекторов 41c на пузырьковом струйном чипе 41 и выполнения микросопел 41c2 внутри эжекторов 41c.
Распылительный чип 41 также содержит один или более нагревателей 41d подложки. Нагреватели 41d подложки используются для нагрева распылительного чипа 41 в периоды непосредственно до или во время активации и использования эжекционных нагревателей 41c1. В варианте осуществления на чипе 41 выполнены четыре нагревателя 41d подложки, расположенных на некотором удалении друг от друга на чипе 41. Чип 41 также может содержать логическую схему 41e управления вводом/выводом, которая управляет общей работой чипа 41, включая управление активацией нагревателей 41c1/41d и управление передачей и приемом сигналов управления между площадками 41b ввода/вывода чипа 41 и площадками ввода/вывода подложки 32 печатной платы. Распылительный чип 41 также может содержать схему 41f управления нагревом, которая активно регулирует температуру нагревателей 41d подложки во время запуска и рабочего использования чипа 41. Следует понимать, что любая хорошо известная конфигурация пузырьково-струйного распылительного чипа может использоваться в сочетании с распылительным чипом 41, показанным на Фиг. 7 и описанным выше, или вместо него.
На Фиг. 8 показан вид в сечении двух эжекторов 41с по Фиг. 7 согласно примеру варианта осуществления. Эжекторы 41c размещены на чипе 41 и каждый из эжекторов 41c содержит эжекторный нагреватель 41c1, эжекторную флюидную камеру камеру 41c3 и сопло 41c2. Эжекторная флюидная камера 41c3 представляет собой конструкцию в виде камеры, которая образована сопловой пластиной 102, толстопленочным слоем 100 и стороной 41g активного элемента чипа 41. Камера 41c3 сообщается по текучей среде с проходом 41a, где через 41a находится по текучей среде с каналом 33 картриджа 30 (см. Фиг. 10). Эжекторы 41с выполнены с возможностью обеспечения быстрого испарения предиспарительного состава 21, который втягивается через сквозное отверстие 41а в эжекторную флюидную камеру 41с3, где происходит испарение под действием эжекторных нагревателей 41с1. Быстрое испарение предиспарительного состава 21 внутри эжекторной флюидной камеры 41c3 приводит к образованию цельных пузырьков предиспарительного состава 21 внутри камеры 41c3 и их последующей эжекции через сопло 41c2, в результате чего происходит втягивание дополнительного предиспарительного состава 21 через сквозное отверстие 41a в эжекторную флюидную камеру 41c3 в результате прямого вытеснения предиспарительного состава 21. В варианте осуществления сопло 41c2 имеет конический выпускной конец (как показано на Фиг. 8), и таким образом этот выпускной конец сужается. Еще в одном варианте осуществления сопла 41c2 имеют выпускной конец с прямыми сопловыми стенками (иначе говоря, сопло 41c2 имеет постоянный диаметр отверстия), и таким образом выпускной конец сопла 41c2 не сужается.
Сторона 41g активного элемента чипа 41 может быть в значительной степени покрыта толстопленочным слоем 100, причем в этом случае сопловая пластина 102 покрывает толстопленочный слой 100. Сопловая пластина 102 и толстопленочный слой 100 совместно содействуют образованию эжекторной флюидной камеры 41c3 и/или сопла 41c2. В варианте осуществления конструкция эжекторов 41c может быть изготовлена согласно изобретению «Микрофлюидные эжекторные устройства», патент США №7,165,831, выдан 23 января 2007 г., все содержание которого полностью включено в данный документ посредством ссылки.
На Фиг. 9 показана верхняя поверхность подложки 32 печатной платы струйного распылительного картриджа 30 и сторона 41h неактивного элемента чипа 41 (см. также Фиг. 7) согласно примеру варианта осуществления. Подложка 32 печатной платы может содержать площадки 34a ввода/вывода на дальнем конце интерфейса 34 подложки 32. Площадки 34а ввода/вывода электрически соединяют картридж 30 с соединителем 58 внутри корпуса 50 релейной платы, причем логическая схема 41e управления вводом-выводом обеспечивает, чтобы посредством площадок 34a также осуществлялся обмен информацией и командами с распылительным чипом 41 и программируемой пользователем вентильной матрицей 68 с целью управления функционированием картриджа 30 и нагревателя 40, как описано в данном документе.
Распылительный чип 41 удерживается внутри окна 37 чипа в подложке 32. В частности, во время сборки картриджа 30 подложку 32 прикрепляют к головке 36 картриджа (также см. Фиг. 6 и 11), после чего вставляют чип 41 в окно 37 чипа и фиксируют на своем месте посредством адгезива (герметика) 37a. Адгезив 37a может представлять собой адгезив на основе силикона или любой другой подходящий непроницаемый для жидкости герметик, наносимый по меньшей мере на участок соединения между окном 37 чипа и распылительным чипом 41. Адгезив 37a также может использоваться для клеевого присоединения верхней поверхности чипа 41 к нижней стороне головки 36. Распылительный чип 41 (показан более подробно на Фиг. 7) содержит эжекторы 41c, которые выдают предиспарительный состав 21 из емкости 21а при активации картриджа 30.
На Фиг. 10 показан вид в сечении струйного распылительного картриджа 30 по Фиг. 6 (по линии X-X на Фиг. 6) согласно примеру варианта осуществления. Емкость 21a образован корпусом 31 картриджа 30, и внутри емкости 21а расположена вставка 43 из вспененного материала. Вставка 43 из вспененного материала может представлять собой вставку из низкоплотного вспененного материала, которая заключает в себе предиспарительный состав 21. Вставка 43 из вспененного материала может представлять собой пористую конструкцию, содержащую внутренние пустоты, которые создают капиллярные силы для обеспечения давления всасывания, что способствует устойчивой подаче предиспарительного состава 21, который выдается из емкости 21a на распылительный чип 41 (см. по меньшей мере Фиг. 7 и 9, описанные выше). Следует понимать, что другие конструкции, такие как микрофлюидные каналы внутри емкости 21a, могут использоваться в сочетании с вставкой 43 из вспененного материала или вместо нее. Между дном емкости 21а и верхней стороной головки 36 расположен канал 33. Эжекторы 41c (показаны на Фиг. 7 и 8) расположены в виде матрицы и осуществляют эжекцию предиспарительного состава 21 из канала 33 с целью эжекции пузырьков предиспарительного состава 21 в направлении нагревателя 40, как более подробно описано ниже.
На Фиг. 11 показан покомпонентный вид струйного распылительного картриджа 30 по Фиг. 4 согласно примеру варианта осуществления. Для краткости, элементы картриджа 30, уже описанные выше в данном документе, повторно описываться не будут. Картридж 30 содержит крышку 35 с вентиляционным отверстием 35a, которая герметизирует верхний конец картриджа 30. Вентиляционное отверстие 35a обеспечивает одностороннюю вентиляцию с целью обеспечения возможности поступления окружающего воздуха в емкость21а во время распыления предиспарительного состава 21 из картриджа 30. Верхний участок головки 36 содержит цилиндрический выступ 36b, который образует канал 33 (Фиг. 10), примыкающий к нижней части емкости 21a. Между головкой 36 и емкостью 21a может находиться фильтр 39, представляющий собой высокоэффективный фильтр, пригодный для тонкой фильтрации примесей в предиспарительном составе 21 во время эжекции предиспарительного состава 21 из картриджа 30.
В варианте осуществления подложка 32 печатной платы образует окно 37 чипа, удерживающее распылительный чип 41. Распылительный чип 41 вставлен в окно чипа таким образом, что сторона 41h неактивного элемента, показанная подробно на Фиг. 9, обращена вверх (т.е. в направлении емкости 21a), и сторона 41g активного элемента, подробно показанная на Фиг. 7, обращена вниз (т.е. в сторону от картриджа 30).
Хотя струйный картридж 30 по Фиг. 4-11 может объединять емкость 21a для предиспарительного состава и распылительный чип 41 внутри единого блока картриджа, в альтернативном варианте осуществления емкость 21a и распылительный чип 41 могут быть разделены с целью обеспечения возможности использования множества емкостей 21a с одним распылительным чипом 41 (как показано, например, на Фиг. 20). Иначе говоря, внутри устройства 10 обеспечивается возможность съема с устройства 10 по меньшей мере одного из емкости 21а и корпуса 31 картриджа 30, причем по меньшей мере одно из емкости 21а и корпуса 31 может быть сменным и/или перезаряжаемым. По меньшей мере одно из емкости 21а и корпуса 31 выполнено с возможностью вставки в устройство 10 с целью вхождения в контакт и совместной работы с распылительным чипом 41 (при этом распылительный чип 41 закреплен внутри устройства 10 постоянным или полупостоянным образом).
На Фиг. 12 показан вид сверху струйного распылительного картриджа 30 по Фиг. 4 согласно примеру варианта осуществления. Как описано выше, крышка 35 картриджа 30 содержит вентиляционное отверстие 35a. Одностороннее вентиляционное отверстие 35а обеспечивает возможность поступления окружающего воздуха поступать в корпус 31 картриджа 30 с целью вытеснения объема текучей среды, которая расходуется из емкости 21а во время выпуска предиспарительного состава 21 из картриджа 30.
На Фиг. 13 показан покомпонентный вид в сечении струйного распылительного картриджа 30 по Фиг. 4 согласно примеру варианта осуществления. Для краткости, элементы картриджа 30, уже описанные выше, не будут повторно описываться в данном документе. Ширина высокоэффективного фильтра 39 может быть несколько больше, чем ширина цилиндрического выступа 36b головки полости 36 картриджа 30, с тем, с чтобы фильтр 39 закрывал канал 33, который частично образован цилиндрическим выступом 36b. При сборке картриджа 30 подложка 32 печатной платы вставляется под головку 36, так что приподнятая кромка 36a головки 36 проходит ниже нижней поверхности подложки 32 печатной платы и ниже нижней поверхности распылительного чипа 41, и таким образом кромка 36a защищает нижние поверхности подложки 32 и чипа 41 (как показано в Фиг. 10).
На Фиг. 14 показан покомпонентный вид электронного вейпингового устройства 10 по Фиг. 1 и 3 согласно примеру варианта осуществления. Для краткости, элементы устройства 10, уже рассмотренные выше применительно к Фиг. 3 (выше), повторно рассматриваться не будут. В варианте осуществления устройство 10 содержит корпус 50 печатной части, имеющий отверстие 53. Ближний конец 48b корпуса 48 нагревателя может проходить через отверстие 53 с целью обеспечения возможности контакта ближнего конца 48b корпуса 48 нагревателя с дальним концом мундштука 14 при сборке устройства 10. Уплотнение (прокладка) 51 корпуса картриджа установлено вокруг внешней периферии корпуса 50 корпуса релейной платы с целью обеспечения возможности прижатия корпуса 16 картриджа к прокладке 51 для обеспечения непроницаемого для жидкости уплотнения между корпусом 16 картриджа и корпусом 50 релейной платы. Корпус 50 релейной платы также содержит паз 55. В пазе 55 размещается дальний конец интерфейса 34 печатной платы картриджа 30 при вставке картриджа 30 внутрь корпуса 16 картриджа. Релейная плата 56 содержит охватывающий торцевой соединитель 58, примыкающий к пазу 55 корпуса 50 релейной платы, таким образом обеспечивая возможность размещения интерфейса 34 печатной платы внутри торцевого соединителя 58 печатной платы. Благодаря этому, торцевой соединитель 58 печатной платы прочно удерживает интерфейс 34 печатной платы картриджа 30 с целью удержания картриджа 30 вплотную к корпусу 50 релейной платы при установке картриджа 30 внутри корпуса 16 картриджа.
Верхняя поверхностью корпуса 48 нагревателя образует жидкостное отверстие (диафрагму) 49. Отверстие 49 обеспечивает возможность выдачи картриджем 30 предиспарительного состава 21 на нагреватель 40 внутри корпуса 48 нагревателя. Дальний конец 48а корпуса 48 нагревателя 48 содержит резьбу, выполненную с возможностью взаимодействия с резьбой на внутренней поверхности основания 52 корпуса нагревателя. Соединитель 54 нагревателя выполнен с возможностью вставки в основание 52 корпуса нагревателя с целью обеспечения возможности контакта дальнего конца держателя 46 нагревателя с соединителем 54 нагревателя. Соединитель 54 нагревателя является электропроводным с целью подачи электрического тока от соединителя 64 питания нагревателя на держатель 46 нагревателя через электрические контакты 70. Электрический ток от держателя 46 нагревателя проходит через захват 44 нагревателя на нагреватель 40 с целью электрического активации нагревателя 40 для обеспечения возможности испарения нагревателем 40 предиспарительного состава 21 (как более подробно описано ниже).
На Фиг. 15 показан вид сбоку электронного вейпингового устройства 10 по Фиг. 1 согласно примеру варианта осуществления. Более конкретно, на Фиг. 15 изображена общая компоновка устройства 10, в которой мундштук 14, трубка 15 мундштука и корпус 16 картриджа расположены на одном конце устройства 10, и два входа питания (соединитель 22 источника питания и USB-соединитель 24) расположены на другом конце устройства 10.
На Фиг. 16 показан вид спереди электронного вейпингового устройства 10 по Фиг. 1 согласно примеру варианта осуществления. В частности, на Фиг. 16 показана компоновка конца устройства 10, в которой мундштук 14 выступает от нижнего конца корпуса 16 картриджа. Для соединения корпуса 16 картриджа с корпусом 12 устройства 10 могут использоваться установочные винты 26.
На Фиг. 17 показан вид сзади электронного вейпингового устройства 10 по Фиг. 1 согласно примеру варианта осуществления. В частности, на Фиг. 17 показана компоновка другого конца устройства 10, в которой входы питания (соединитель 22 источника питания и USB-соединитель 24) расположены вблизи верхнего конца устройства 10.
Рабочее использование электронного вейпингового устройства
На Фиг. 18A показана временная диаграмма для электронного вейпингового устройства 10 со струйным распылительным картриджем 30 согласно примеру варианта осуществления. Хотя эта временная схема описана (ниже) применительно к устройству 10 по Фиг. 1, следует понимать, что временная диаграмма, значения скорости разрядки, значения температуры и другие параметры, описанные применительно к Фиг. 18, в равной степени применимы к другим вариантам осуществления электронного вейпингового устройства, также описанным в данном документе.
Что касается временной диаграммы по Фиг. 18A, то питание устройства 10 включают путем нажатия переключателя 18 питания, как показано на этапе S100. Как только устройство 10 включено, оно считается находящимся в режиме «ожидания». В режиме ожидания микроконтроллер 63/программируемая пользователем вентильная матрица 68 инициируют передачу электрического тока от источника 28 питания через соединитель 64 питания нагревателя, соединитель 54 нагревателя и захват 44 на нагреватель 40, в результате чего нагреватель 40 электрически активируется в установочном режиме «высокой мощности» в течение периода «предварительного нагрева», составляющего приблизительно от 3 до 5 секунд (на этапе S102).
К моменту истечения периода нахождения нагревателя 40 в режиме «высокой мощности», который длится в течение предварительного нагрева нагревателя 40, температура нагревателя 40 повышается до температуры, предварительного нагрева, составляющей приблизительно 100-200 градусов по Цельсию (на этапе S102a), причем эта температура контролируется микроконтроллером 63. Например, в варианте осуществления микроконтроллер 63 выполнен с возможностью измерения величины электрического тока, который передается на нагреватель 40, с целью измерения сопротивления нагревателя 40, причем микроконтроллер 63 может содержать внутреннюю таблицу соответствия, в которой температура нагревателя 40 поставлена в соответствие сопротивлению нагревателя 40. В качестве альтернативы, может использоваться любой хорошо известный способ измерения или датчик температуры. По истечении начального периода «высокой мощности», микроконтроллер 63 уменьшает электрический ток, подаваемый на нагреватель 40, таким образом, что электрический ток поддерживается в диапазоне «средней мощности» (на этапе S104). Следует понимать, что поскольку фактическая длительность режима «ожидания» может варьироваться, микроконтроллер 63 продолжает регулировать электрический ток, подаваемый на нагреватель 40, посредством попеременного переключения нагревателя 40 между диапазоном «высокой мощности» и диапазоном «средней мощности» с целью поддержания температуры «ожидания» (предварительного нагрева) нагревателя 40 в пределах нужного диапазона, составляющего 100-200. градусов по Цельсию.
На этапе S106 устройство 10 поступает в «режим нагревания», при этом этот режим может начинаться с одним из двух способов: 1) переключатель 20 нагревателя может быть включен вручную, или 2) датчик 80 может факультативно обнаруживать поток воздуха через устройство 10, которое соответствует «условиям парения» (описанным выше). В частности, в режиме «нагрева» микроконтроллер 63 увеличивает электрический ток, подаваемый на нагреватель 40, в результате нажатия переключателя 20 нагревателя, или, при необходимости, микроконтроллер 63 увеличивает электрический ток, подаваемый на нагреватель 40, вследствие того, что схема 82 уведомляет микроконтроллер 63 об обнаружении датчиком 80 воздушного потока, проходящего через трубку 48 и удовлетворяющего «условиям вейпинга». В случае, если датчик 80 и схема 82 используются для запуска режима «нагрева», датчик 80 выполнен с возможностью содействия обнаружению «условий вейпинга» (описаны выше). Более конкретно, датчик 80 генерирует выходной сигнал, показывающий величину и направление воздушного потока, а схема 82 принимает выходной сигнал датчика и определяет, выполняются ли «условия вейпинга». В случае выполнения этих внутренних «условий вейпинга» внутри устройства 10, схема 82 инициирует повышение микроконтроллером 63 электрической мощности, подаваемой от источника 28 питания на нагреватель 40.
Как только устройство 10 вошло в режим «нагрева», микроконтроллер 63 увеличивает электрический ток, подаваемый от источника 28 питания на нагреватель 40, таким образом, что нагреватель снова входит в установочный режим «высокой мощности» (этап S106a), что приводит к повышению температуры нагревателя 40 от приблизительно 100-200 градусов по Цельсию до целевого температурного диапазона «выброса струи», составляющего приблизительно 200-400; градусов по Цельсию (на этапе S106b). Длительность периода времени между началом режима «нагрева» и началом режима «выброса струи» (описаны ниже) составляет приблизительно от 3 до 5 секунд.
На этапе S108 устройство 10 входит в режим «выброса струи». Режим «выброса струи» запускается в ответ на определение микроконтроллером 63 того факта, что нагреватель 40 достиг целевой температуры 200-400 градусов по Цельсию, в связи с чем микроконтроллер 63 инициирует подачу источником 28 питания электрического тока через соединители 60/62, печатную плату 56, соединитель 58 и интерфейс 34 печатной платы с целью электрической активации нагревателей 41d подложки внутри картриджа 30 (на этапе S108a). В частности, под действием указанного электрического тока управляющая логическая схема 41e картриджа 30 активирует нагреватели 41d подложки, чтобы обеспечить достижение чипом 41 температуры предварительного нагрева, составляющей приблизительно от 50 до 80 градусов по Цельсию (на этапе S108a), или, предпочтительно, температуры предварительного нагрева, составляющей приблизительно 80 градусов по Цельсию, поскольку данная температура содействует снижению эффективной вязкости предиспарительного состава 21, который будет выдаваться ходе режима «выброса струи». Следует понимать, что указанное снижение вязкости предиспарительного состава 21 в то время, когда предиспарительный состав входит в контакт со сквозными отверстиями 41а в чипе 41 и проходит через них, помогает регулировать точность количества предиспарительного состава 21, которое выдается на нагреватель 40. Как только чип 41 достиг температуры «предварительного нагрева» (как подтверждено схемой 41f управления нагревом), управляющая логическая схема 41e распылительного чипа 41 инициирует распыление картриджем 30 предиспарительного состава 21 в течение всего остального времени «режима выброса струи».
Выдача предиспарительного состава 21 осуществляется управляющей логической схемой 41e, обеспечивающей, чтобы следующие друг за другом пары эжекционных нагревателей 41c1 (в одном варианте осуществления в общей сложности до восьми эжекционных нагревателей 41c1 на чипе 41 могут активироваться для инжекции за один раз, т.е. в данном варианте осуществления до четырех эжекционных нагревателей 41c1 на каждое сквозное отверстие 41а активируются за один раз) для непрерывной эжекции капель предиспарительного состава 21 через каждый из эжекторов 41c до тех пор, пока все эжекторыв 41c не осуществят выдачу состава 21 для каждого сквозного отверстия 41а. Иначе говоря, эжекционные нагреватели 41c1 могут активироваться по-отдельности или группами таким образом, чтобы каждый из эжекционных нагревателей 41c1 каждого из сквозных отверстий 41a активировался перед повторением последовательности эжекции с помощью эжекционных нагревателей 41c1 (причем управление последовательностью эжекции с помощью эжекционных нагревателей 41c1 осуществляется управляющей логической схемой 41e в ответ на входные сигналы от микроконтроллер 63/программируемой пользователем вентильной матрицы 68).
На Фиг. 18B показан пример последовательно активируемых эжекционных нагревателей 41c1 распылительного чипа 41 согласно примеру варианта осуществления. В данном примере две пары эжекционных нагревателей 41c1a первоначально активируются для каждого из сквозных отверстий 41a (при этом в общей сложности 8 эжекционных нагревателей 41c1 первоначально активируются в первой последовательности), с последующей активацией другой группы нагревателей 41c1b сразу же после активации первоначально активированных эжекционных нагревателей 41c1a. В варианте осуществления последовательная активация эжекционных нагревателей 41c1 продолжается до тех пор, пока каждый из эжекционных нагревателей 41c1 не выдаст состав 21, после чего последовательность активации эжекционных нагревателей 41c1 повторяется. Точное время и последовательность активации эжекционных нагревателей 41c1 могут быть обеспечены с использованием любого хорошо известного способа струйного распыления.
Обратимся снова к Фиг. 18A, согласно которому в течение режима «выброса струи» микроконтроллер 63 продолжает поддерживать нагреватель 40 в установочном режиме «высокой мощности» (как показано на этапе S108b), что, в свою очередь, обеспечивает поддержание температуры нагревателя в целевом температурном диапазоне приблизительно 200-400 градусов по Цельсию (на этапе S108c). При такой необходимой температуре ожидается, что нагреватель 40 будет испарять капли предиспарительного состава 21, которые находятся на нагревателе 40, что приведет к испарению капель с их преобразованием в частицы пара с диаметром приблизительно от 0,4 до 5 микрометров, или предпочтительно с диаметром приблизительно 1 микрометр.
В варианте осуществления, в ходе режима «выброса струи» картридж 30 осуществляет эжекцию капель предиспарительного состава 21 (т.е. пузырьков), причем каждая капля имеет диаметр в диапазоне от 25 до 29 микрометров или объем от 8 до 13 пиколитров, и эти размеры капель больше, чем типовые размеры частиц пара, наблюдаемые в обычных е-вейпинговых устройствах (причем обычные устройства, которые не используют струйное распыление, часто генерируют пар с диаметром частиц приблизительно 1 микрометр). В одиночном потоке или струе более крупная капля предиспарительного состава 21 следует за рядом более мелких капель, которые последовательно уменьшаются в размере. Иначе говоря, капли в струе не распылаются непрерывно, а подвергаются пульсациям. В варианте частота пульсаций или выброса струи находится в диапазоне от 1 до 4 килогерц, причем промежуток времени между выбрасываемыми в виде струи пузырьками составляет приблизительно 31,25 мкс. В варианте осуществления средняя скорость выдачи предиспарительного состава 21 в течение всего режима «выброса струи» находится в диапазоне приблизительно от 0,5 до 3,5 микролитра в секунду (причем данный диапазон представляет весь состав 21, выдаваемый распылительным чипом 41 картриджа 30, при условии, что количество эжекторов 41c для чипа 41 составляет 128). Кроме того, диапазон скоростей распыления для каждого отдельного эжектора 41c составляет приблизительно от 3,9 до 27,3 пиколитра в секунду. Выходная температура пара при выпуске окружающего воздуха и пара через мундштук 14 устройства 10 составляет приблизительно от 40 до 50 градусов по Цельсию.
Следует понимать, что на количество выбрасываемого в виде струи предиспарительного состава 21 может влиять вязкость состава 21, в свою очередь зависящая от температуры распылительного чипа 41 (которая поддерживается нагревателями 41d подложки), регулируемой с помощью контроллера 41f нагрева. В частности, контроллер 41f нагрева содержит датчик температуры или индикатор температуры, который выполнен с возможностью передачи сигнала, указывающего температуру чипа 41, на управляющую логическую схему 41e с целью поддержания замкнутого контура управления, который выполнен с возможностью обеспечения требуемой температуры нагревателя 41d подложки и обеспечения точной и устойчивой величины струйного распыления предиспарительного состава 21 даже в течение тех периодов времени, когда струйный распылительный чип 41 нагревается во время нормальной или пролонгированной работы устройства 10.
На этапе S110 запускают новый режим «ожидания». В режиме «ожидания» устройство снова выключают (см. этап S110a), в результате чего микроконтроллер 63 прерывает подачу электрического тока на нагреватель 40 (см. этап S110b). В случае, если устройство 10 снова включено (этап S112), снова повторяют этапы (с S100 по S108) с целью обеспечения выдачи и испарения устройством 10 большего количества предиспарительного состава 21 из картриджа 30.
В варианте осуществления USB-соединитель 24 используется для обеспечения возможности регулирования параметров устройства 10 совершеннолетним вейпером путем настройки программирования микроконтроллера 63/программируемой пользователем вентильной матрицы 68. Эти регулируемые параметры включают, например, частоту эжекции, длительность импульса, системное напряжение, температуру предварительного нагрева, температуру испарения и т.д. В варианте осуществления настройка программирования в микроконтроллере 63/программируемой пользователем вентильной матрице 68 осуществляется путем использования мобильного устройства или компьютера (не показаны), которые взаимодействуют с микроконтроллером 63/программируемой пользователем вентильной матрицей 68 через соединитель 24 с целью изменения указанных параметров в предлах заданных диапазонов.
Дополнительные рабочие характеристики электронного вейпингового устройства
Устройство 10 по Фиг. 1 (а также другие раскрытые устройства, описанные ниже) имеет общее сопротивление втягиванию (resistance-to-draw, RTD) приблизительно от 30 до 45 дюймов (от 76 до 114 см) водяного столба. В варианте осуществления источник 28 питания имеет срок службы приблизительно 1200 затяжек до перезарядки или замены источника 28 питания. В варианте осуществления ожидаемая выработка пара составляет приблизительно 6-16 миллиграмм на затяжку (где длительность каждой затяжки составляет приблизительно 5 секунд), при ожидаемой скорости доставки предиспарительного состава 21 приблизительно 0,5-4,0 микролитров в секунду для устройства 10.
Дополнительные конструктивные варианты осуществления
На Фиг. 19А показан вид в сечении альтернативного варианта осуществления устройства 10 по Фиг. 3 согласно примеру варианта осуществления. В варианте осуществления устройство 10a по Фиг. 19A содержит нагреватель 40a, который ориентирован несколько по-другому, чем в устройстве 10, показанном на Фиг. 3. В частности, нагреватель 40a имеет основные поверхности, которые не перпендикулярны по меньшей мере одному из входящего потока выбрасываемого в виде струи предиспарительного состава 21b и входящего потока впускного воздуха 42а (проходящего через вентиляционные отверстия 42). В варианте осуществления нагреватель 40a имеет основные поверхности, которые расположены под углом приблизительно 45 градусов относительно по меньшей мере одного из входящего потока выбрасываемого в виде струи предиспарительного состава 21b и входящего потока впускного воздуха 42a. Вовлеченный пар 21с, выходящий из нагревателя 40а, также проходит под углом приблизительно 45 градусов относительно основных (верхней и нижней) поверхностей нагревателя 40а. Еще в одном варианте осуществления нагреватель 40a ориентирован таким образом, что основные поверхности нагревателя 40а расположены под углом, несколько отличным от прямого угла (как показано на Фиг. 3) или угла 45 градусов (как показано на Фиг. 19A), по меньшей мере к одному из выбрасываемого в виде струи предиспарительного состава 21b и вовлеченного пара 21c.
На Фиг. 19В показан вид в сечении еще одного альтернативного варианта осуществления устройства 10, показанного на Фиг. 3, согласно примеру варианта осуществления. В варианте осуществления устройство 10b содержит нагреватель 40b, который ориентирован несколько по-другому, чем в устройстве 10, показанном на Фиг. 3. В частности, нагреватель 40b имеет основные поверхности, которые приблизительно параллельны по меньшей мере одному из входящего потока выбрасываемого в виде струи предиспарительного состава 21b и входящего потока впускного воздуха 42а (проходящего через вентиляционные отверстия 42). Вовлеченный пар 21с, выходящий из нагревателя 40а, проходит приблизительно перпендикулярно основным (верхней и нижней) поверхности нагревателя 40b.
На Фиг. 20 и 21 показан еще один альтернативный вариант осуществления картриджа 30а для электронного вейпингового устройства согласно примеру варианта осуществления. В данном варианте осуществления головка 36 и распылительный чип 41 могут быть отделены от корпуса 31 картриджа 30а. Таким образом, в данном варианте осуществления распылительный чип 41 (на подложке 32) может постоянным или полупостоянным образом удерживаться внутри электронного вейпингового устройства, в то время как картридж 30a является сменным и/или повторно заправляемым. Благодаря отделению распылительного чипа 41 от головки 36 и картриджа 30а, снижается общая стоимость электронного вейпингового устройства, поскольку в данном варианте реализации сокращается общее количество распылительных чипов 41, которое приходится обеспечивать и потреблять в течение срока службы е-вейпингового устройства.
В варианте осуществления головка 36 и распылительный чип 41 постоянно удерживаются внутри электронного вейпингового устройства при такой ориентации, что головка 36 и чип 41 контактируют с нижней стороной картриджа 30a, когда картридж 30a вставлен в электронное вейпинговое устройство и установлен внутри него. После установки картриджа 30а внутри устройства, головка 36 картриджа 30а обеспечивает правильную ориентацию распылительного чипа 41 относительно корпуса 31 картриджа. После того, как головка 36 и чип 41 соединены с корпусом 31 картриджа 30а, картридж 30а и распылительный чип 41 выполняют функции выброса струи таким же образом, как описано выше (при рассмотрении рабочих функций картриджа 30 применительно к Фиг. 18А и 18В).
В варианте осуществления конструкция картриджа 30а с отделением головки 36 и чипа 41 от корпуса 31 картриджа (т.е. «двухкомпонентная конструкция» картриджа) может быть изготовления согласно изобретению «Питающее средство для генерирующего пар устройства», заявка на патент США №15/336,863, подана 28 октября 2016 г., все содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.
Выше были описаны примеры вариантов осуществления, и очевидно, что одни и те же примеры могут варьироваться различным образом. Такие вариации не должны рассматриваться как отклонение от предполагаемого объема примеров вариантов осуществления, и все такие модификации, как должно быть очевидно специалистам в данной области техники, предназначены для включения в объем нижеследующей формулы изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ЭЛЕКТРОННОЕ ВЕЙПИНГОВОЕ УСТРОЙСТВО И КАРТРИДЖ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОГО ВЕЙПИНГОВОГО УСТРОЙСТВА | 2017 |
|
RU2728130C2 |
| ЭЛЕКТРОННОЕ ВЕЙПИНГОВОЕ УСТРОЙСТВО, БАТАРЕЙНАЯ СЕКЦИЯ И ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО | 2017 |
|
RU2752639C2 |
| ЭЛЕКТРОННОЕ ВЕЙПИНГОВОЕ УСТРОЙСТВО, КАРТРИДЖ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОГО ВЕЙПИНГОВОГО УСТРОЙСТВА И СПОСОБ КОНФИГУРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ВЕЙПИНГОВОГО УСТРОЙСТВА | 2017 |
|
RU2814991C2 |
| ГНУТЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОГО ВЕЙПИНГОВОГО УСТРОЙСТВА | 2018 |
|
RU2779335C2 |
| ЭЛЕКТРОННОЕ ВЕЙПИНГОВОЕ УСТРОЙСТВО И СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ | 2017 |
|
RU2761034C2 |
| КАРТРИДЖ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОГО ВЕЙПИНГОВОГО УСТРОЙСТВА | 2017 |
|
RU2722245C2 |
| ЭЛЕКТРОННОЕ ВЕЙПИНГОВОЕ УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ПЕРЕДАТОЧНУЮ ПРОКЛАДКУ С ОРИЕНТИРОВАННЫМИ ВОЛОКНАМИ, А ТАКЖЕ КАРТРИДЖ ДЛЯ ТАКОГО УСТРОЙСТВА | 2019 |
|
RU2797435C2 |
| СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ СТЕРЖНЯ КАРТРИДЖА ЭЛЕКТРОННОГО ВЕЙПИНГОВОГО УСТРОЙСТВА | 2017 |
|
RU2745813C2 |
| Е-ВЕЙПИНГОВОЕ УСТРОЙСТВО | 2017 |
|
RU2739822C2 |
| ОСНОВАННАЯ НА ЭФФЕКТЕ ВЕНТУРИ ДОСТАВКА СОСТАВА В Е-ВЕЙПИНГОВЫХ УСТРОЙСТВАХ | 2017 |
|
RU2737446C2 |
Изобретения относятся к электронному вейпинговому устройству, использующему струйный распылительный картридж. Электронное вейпинговое устройство содержит корпус и испарительный нагреватель, расположенный внутри корпуса. Картридж расположен внутри устройства и образует емкость, заключающую в себе предиспарительный состав. Чип, расположенный на конце картриджа, образует сквозное отверстие, сообщающееся по текучей среде с емкостью. Чип содержит эжектор, сообщающийся по текучей среде со сквозным отверстием и выполненный с возможностью эжекции капель предиспарительного состава в направлении испарительного нагревателя. Способ изготовления устройства включает этап, на котором соединяют чип с концом картриджа, причем эжектор эжектирует капли предиспарительного состава в направлении испарительного нагревателя. Способ управления устройством включает этап, на котором подают первый электрический ток на испарительный нагреватель для активации испарительного нагревателя, и этап, на котором подают второй электрический ток на эжектор для активации эжектора и эжекции капель предиспарительного состава из эжектора в направлении испарительного нагревателя. Технический результат - обеспечение возможности точного управления образованием высокоскоростных капель предиспарительного состава и их однородного распределения по нагревательному элементу с целью точного управления генерированием пара внутри электронного вейпингового устройства. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 23 ил.
1. Электронное вейпинговое устройство, содержащее:
корпус устройства;
испарительный нагреватель, расположенный внутри корпуса устройства;
картридж, расположенный внутри корпуса устройства и образующий емкость, выполненную с возможностью вмещения предиспарительного состава; и
чип, расположенный на первом конце картриджа и образующий по меньшей мере одно сквозное отверстие, сообщающееся по текучей среде с емкостью,
причем чип содержит по меньшей мере один первый эжектор, сообщающийся по текучей среде с указанным по меньшей мере одним сквозным отверстием и выполненный с возможностью эжекции капель предиспарительного состава в направлении испарительного нагревателя, выполненного с возможностью испарения указанных капель предиспарительного состава;
по меньшей мере один нагреватель подложки, размещенный на чипе и выполненный с возможностью нагрева чипа;
источник питания; и
схему управления, электрически соединенную с источником питания и выполненную с возможностью управления подачей питания от источника питания на указанный по меньшей мере один первый эжектор, испарительный нагреватель и указанный по меньшей мере один нагреватель подложки для:
активации испарительного нагревателя,
активации указанного по меньшей мере одного нагревателя подложки для нагрева чипа до первой температуры, и
активации указанного по меньшей мере одного первого эжектора для эжекции капель предиспарительного состава в направлении испарительного нагревателя, как только чип достигает первой температуры.
2. Электронное вейпинговое устройство по п. 1, в котором схема управления выполнена с возможностью:
сначала нагрева испарительного нагревателя до второй температуры, представляющей собой температуру предварительного нагрева, составляющую приблизительно 100-200 градусов по Цельсию, и
затем нагрева испарительного нагревателя до третьей температуры, представляющей собой целевую температуру выброса струи, составляющую приблизительно 200-400 градусов по Цельсию,
причем активация указанного по меньшей мере одного первого эжектора осуществляется, как только чип достигает первой температуры и испарительный нагреватель достигает третьей температуры.
3. Электронное вейпинговое устройство по п. 1 или 2, в котором картридж выполнен с возможностью съема с корпуса устройства.
4. Электронное вейпинговое устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором указанный по меньшей мере один первый эжектор содержит множество эжекторов в виде матрицы, расположенной смежно с указанным по меньшей мере одним сквозным отверстием, причем каждый из указанного множества эжекторов содержит:
сопло, образованное поверхностью на чипе,
конструкцию в виде камеры, сообщающуюся по текучей среде с соплом и указанным по меньшей мере одним сквозным отверстием,
эжекционный нагреватель, размещенный на поверхности камеры и выполненный с возможностью нагрева и частичного испарения предиспарительного состава с образованием капель, которые эжектируются через сопло в направлении испарительного нагревателя.
5. Электронное вейпинговое устройство по п. 4, в котором указанное множество эжекторов выполнено с возможностью эжекции капель предиспарительного состава с размером капель приблизительно от 25 до 29 микрометров в диаметре, причем устройство выполнено с возможностью генерирования пара со скоростью генерирования приблизительно от 6 до 16 миллиграмм на одну затяжку при длительности затяжки приблизительно 5 секунд, с диаметром частиц пара от 0,4 до 5 микрометров.
6. Электронное вейпинговое устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором указанное по меньшей мере одно сквозное отверстие содержит первое сквозное отверстие и второе сквозное отверстие, образованные чипом.
7. Электронное вейпинговое устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором предиспарительный состав имеет вязкость приблизительно от 40 до 100 сантипуазов, и первая температура составляет приблизительно от 50 до 80 градусов по Цельсию.
8. Электронное вейпинговое устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором картридж дополнительно содержит:
корпус картриджа;
выступ, расположенный внутри корпуса картриджа и образующий канал;
подложку, удерживающую чип на первом конце картриджа и примыкающую к указанному каналу; и
пористую конструкцию, расположенную внутри емкости и выполненную с возможностью удержания предиспарительного состава.
9. Электронное вейпинговое устройство по п. 3, в котором чип выполнен с возможностью отделения от первого конца картриджа, и устройство выполнено с возможностью удержания чипа при съеме картриджа с корпуса устройства.
10. Электронное вейпинговое устройство по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащее:
захват, расположенный внутри корпуса устройства и выполненный с возможностью зажатия конца испарительного нагревателя для подвешивания указанного испарительного нагревателя вблизи указанного по меньшей мере одного первого эжектора, причем указанный по меньшей мере один первый эжектор выполнен с возможностью эжекции капель предиспарительного состава на испарительный нагреватель или через него.
11. Способ управления электронным вейпинговым устройством, при котором:
обеспечивают электронное вейпинговое устройство, содержащее:
- испарительный нагреватель, расположенный внутри первого корпуса,
- картридж, расположенный внутри первого корпуса и образующий емкость, выполненную с возможностью вмещения предиспарительного состава,
- чип, расположенный на первом конце картриджа и содержащий по меньшей мере один первый эжектор,
- по меньшей мере одно сквозное отверстие, проходящее внутри чипа и сообщающееся по текучей среде с указанной емкостью, причем указанный по меньшей мере один первый эжектор сообщается по текучей среде с указанным по меньшей мере одним сквозным отверстием, и
- источник питания, электрически соединенный с указанным по меньшей мере одним первым эжектором и испарительным нагревателем; и
- по меньшей мере один нагреватель подложки, соединенный с чипом, причем согласно способу дополнительно:
подают первый электрический ток от источника питания на испарительный нагреватель для активации испарительного нагревателя;
подают второй электрический ток от источника питания на указанный по меньшей мере один первый эжектор для активации указанного по меньшей мере одного первого эжектора и эжекции капель предиспарительного состава из указанного по меньшей мере одного первого эжектора в направлении испарительного нагревателя; и
подают третий электрический ток от источника питания на указанный по меньшей мере один нагреватель подложки для активации указанного по меньшей мере одного нагревателя подложки и нагрева чипа до первой температуры, причем подачу третьего электрического тока осуществляют после подачи первого электрического тока, а подачу второго электрического тока осуществляют сразу же после достижения чипом первой температуры.
12. Способ по п. 11, при котором подача первого электрического тока на испарительный нагреватель приводит к нагреву испарительного нагревателя до второй температуры, представляющей собой температуру предварительного нагрева, составляющую приблизительно 100-200 градусов по Цельсию, причем согласно способу дополнительно:
подают четвертый электрический ток от источника питания на испарительный нагреватель для нагрева испарительного нагревателя до третьей температуры, составляющей приблизительно 200-400 градусов по Цельсию, причем подачу четвертого электрического тока осуществляют после достижения испарительным нагревателем второй температуры, и
подачу второго электрического тока осуществляют сразу же после достижения чипом первой температуры и достижения испарительным нагревателем третьей температуры, причем первая температура составляет приблизительно от 50 до 80 градусов по Цельсию.
| US 20150114409 A1, 30.04.2015 | |||
| WO 2017153270 A1, 14.09.2017 | |||
| Система питания для электровакуумныхпОТРЕбиТЕлЕй пОСТОяННОгО TOKA СТЕХНОлОгичЕСКиМи КОРОТКиМи зАМыКАНияМи | 1978 |
|
SU845220A1 |
| US 2005016550 A1, 27.01.2005 | |||
| US 2017208864 A1, 27.07.2017. | |||
