JP2018143765A - 吸入器のための蒸発器ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】液体が蒸気形成の範囲でできる限り均等な組成を有する蒸発器ユニットを提供すること。
【解決手段】蒸発器２０を有する、吸入器のための蒸発器ユニット１７であって、蒸発器２０が、該蒸発器２０を通って搬送された液体を蒸発させるための加熱要素２２を備えている、前記蒸発器ユニット１７において、当該蒸発器ユニット１７が、内部に蒸発器２０が配置された循環管路１３を備えており、該循環管路１３内には、該循環管路１３を通る液体を循環させるための循環装置１６が配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、蒸発器を有する、吸入器のための蒸発器ユニットであって、蒸発器が、該蒸発器を通って搬送された液体を蒸発させるための加熱要素を備えている、前記蒸発器ユニットに関するものである。

タンクからの新たな液体の流れを伴う従来のウィック−コイル蒸発器におけるＥ−液体（Ｅ−Ｌｉｑｕｉｄｓ）の蒸発時には、ウィック内にグリセリンが添加された（ａｎｇｅｒｅｉｃｈｅｒｔｅ）組成が生じ、この組成では、気相組成（Ｇａｓｐｈａｓｅｎｚｕｓａｍｍｅｎｓｅｔｚｕｎｇ）が流れてくる液体の気相組成に対応している。これには、対応する沸騰温度が含まれる。この場合、ウィック内には、グリセリンが添加された組成が縁部に生じ、この組成は、ウィックに沿ってまず間違いなく一定ではない。この場合、ウィックの部分範囲では、液体が蒸気形成の範囲において一定の組成を有する、すなわち良好に混合されている場合に比べて、より高い沸騰温度が生じる必要があることを示すことができる。さらに、ウィック断面における組成階調度（Ｚｕｓａｍｍｅｎｓｅｔｚｕｎｇｓｇｒａｄｉｅｎｔ）は、良好にコントロールできない、ウィック中心部における自然発生的な液体の蒸発をもたらしかねず、これは、液滴の連れ去りにつながるものである。できる限りわずかな温度でのできる限り均一な蒸発のために、すなわち液体の熱的な分解を避けるために、この状態は回避されるべきである。

本発明の課題は、特に液体が蒸気形成の範囲でできる限り均等な組成を有する蒸発器ユニットを提供することにある。

上記課題は、独立請求項の特徴によって解決される。本発明によれば、蒸発器ユニットは、内部に蒸発器が配置された循環管路を備えており、該循環管路内には、該循環管路を通る液体を循環させるための循環装置が配置されている。本発明による循環中には、蒸発されるべき液体の永続的な混合が達成され、これにより、循環する液体の組成が本質的に一定に維持される。本発明による、循環管路における蒸発器の配置により、一定の液体組成が蒸気形成の範囲に至るまで達成され、その結果、一定の蒸気組成の優先的な目的も達成される。したがって、特に局所的な大きな組成階調度を回避するために、本発明により、循環管路内に包含された液体体積の強制対流がなされる。

好ましくは、循環装置は電気的に駆動されている。なぜなら、蒸発器における加熱要素を動作させるための電気的なエネルギー貯蔵部がいずれにしても存在するためである。循環装置は、特に（電気的に駆動される）ポンプ及び好ましくはマイクロポンプであり得る。

蒸発器ユニットの機能を維持するために、蒸発された液体に相当する液体が、液体貯蔵部から蒸発器へ供給される（ｎａｃｈｇｅｆｏｅｒｄｅｒｔ）必要がある。したがって、蒸発された液体に相当する液体の供給（Ｎａｃｈｆｏｅｒｄｅｒｎ）のために、有利には、毛管現象による搬送装置、搬送ポンプ、圧力負荷装置又は他の適切な搬送機構が設けられている。

有利には、液体貯蔵部は、循環管路内に配置されている。その結果、液体貯蔵部内に貯蔵された液体がともに循環する。このことは、できる限り一定の液体組成の目的を達成するために大きく貢献し得るものである。しかしながら、液体貯蔵部が循環管路内に配置されていることは必須のものではない。他の実施形態では、液体貯蔵部は循環管路とは別に配置されている。この場合、有利には、蒸発器ユニットは、液体貯蔵部から循環管路へ液体を供給するための分岐要素を備えている。分岐要素は、好ましくは混合器、特に静的な混合器として形成されており、例えばラビリンス混合器であってもよい。

高い熱容量と、これに関連する良好でない応答特性とを回避するために、蒸発器ユニットはできる限り小さく構成されている。したがって、蒸発器及び／又は蒸発器ユニットは、好ましくはＭＥＭＳ技術に基づいて製造されており、したがって有利には統一的なマイクロ−電気機械システムである。

以下に、添付の図面を参照しつつ好ましい実施形態に基づき本発明を説明する。

本発明の一実施形態における電子タバコ製品の断面図である。 電子タバコ製品のためのカートリッジの断面図である。 本発明による異なる実施形態における蒸発器ユニットの概略図である。 本発明による異なる実施形態における蒸発器ユニットの概略図である。 本発明による異なる実施形態における蒸発器ユニットの概略図である。 本発明による異なる実施形態における蒸発器ユニットの概略図である。 本発明による異なる実施形態における蒸発器ユニットの概略図である。

電子タバコ製品１０は、本質的に棒状又は円筒状のハウジング１１を含んでいる。ハウジング１１内には、空気通路３０が少なくとも１つの空気入口開口部３１とタバコ製品１０の開口端部３２の間に設けられている。このとき、タバコ製品１０の開口端部３２は、消費者が吸入の目的で吸い込み（ｚｉｅｈｔ）、これによりタバコ製品１０が負圧で負荷され、空気通路３０内で空気流３４を発生させる端部を表している。少なくとも１つの空気入口開口部３１は、ハウジング１１のジャケット側に配置されることが可能である。これに加えて、又はこれに代えて、少なくとも１つの空気入口開口部３１Ａをタバコ製品１０の隔たった端部３３に配置することが可能である。タバコ製品１０の隔たった端部３３は、タバコ製品１０における、開口端部３２とは逆の端部を表している。

有利には、１つ又は複数の空気入口３１，３１Ａの後には、入ってくる空気を加熱あるいは予熱するための空気加熱装置３７を空気流３４の流れ経路内に配置することが可能である。これにより、エアロゾルの形成を最適化することが可能である。空気加熱装置３７は、例えばエネルギー供給ユニット１４に隣接して配置することができ、及び／又はハウジング１１のジャケット内側の周囲で周方向に延在している。

入口開口部３１を通って吸入された空気は、空気通路３０において、場合によっては切断箇所あるいは分離面５７を介して蒸発器２０へ導かれる。蒸発器２０は、小さな液滴の形態での添加物４０として、霧／エアロゾルとして、及び／又は気体状に蒸気として期待流３４へ液体貯蔵部１８からの液体５０を添加する。液体貯蔵部１８の有利な体積は、０．１〜５ｍｌの範囲、好ましくは０．５〜３ｍｌの範囲、更に好ましくは０．７〜２又は１．５ｍｌの範囲である。

有利には、タバコ製品１０は、タバコ製品１０の隔たった端部３３において、電気的なエネルギー貯蔵部１４及び電気的／電子的な制御装置１５を有する電子的なエネルギー供給ユニット１２を含んでいる。エネルギー貯蔵部１４は、特に電気化学的な使い捨てバッテリ又は再充電可能な電気化学的な蓄電池、例えばリチウムイオン蓄電池であってよい。さらに、有利には、タバコ製品１０は、タバコ製品１０の開口端部３２において、液体貯蔵部１８と、電気的な制御装置１９と、蒸発器２０とを有する蒸発器ユニット１７を含んでいる。

分離された電気的／電子的な制御装置１５，１９の代わりに、エネルギー供給ユニット１２内又は蒸発器ユニット１７内に配置されることが可能な、統一的な電気的／電子的な制御装置を設けることも可能である。以下では、タバコ製品１０の電気的／電子的な制御装置全体を制御機器２９と呼ぶ。

有利には、ハウジング１１内には、例えば圧力センサであるセンサ又は圧力切換装置若しくは流れ切換装置が配置されており、制御機器は、センサから出力されるセンサ信号に基づき、消費者が吸入するためにタバコ製品１０の開口端部において吸い込む、タバコ製品１０の動作状態を決定することができる。この動作状態では、液体貯蔵部１８からの液体を霧／エアロゾルとして、及び／又は気体状に蒸気として、小さな液滴の形態での添加物４０として空気流３４へ添加するために、制御機器２９が蒸発器２０を作動させる。

液体貯蔵部１８内に貯蔵された、配量されるべき液体（すなわち液体状の成分混合物（Ｋｏｍｐｏｎｅｎｔｅｎｇｅｍｉｓｃｈ））は、例えば１，２−プロピレングリコール、グリセリン及び／又は水から成る混合物であり、この混合物には、１つ又は複数のアロマ（フレーバー）及び／又は例えばニコチンのような作用物質を更に混合することが可能である。

有利には、蒸発器ユニット１７は、消費者によって交換可能なカートリッジ２１として、すなわち使い捨て部分として構成されている。特にエネルギー貯蔵部１４を含むタバコ製品１０の残余物は、有利には、消費者によって再利用可能な本体部５６と、すなわち再利用可能な部分として構成されている。カートリッジ２１は、消費者によって本体部５６と結合可能であるとともに本体部５６から取り外し可能に形成されている。したがって、カートリッジ２１と再利用可能な本体部５６の間には、分離面あるいは切断箇所５７が形成されている。カートリッジハウジング５８は、タバコ製品１０のハウジング１１の一部を形成している。

他の実施形態（図２参照）では、蒸発器ユニット１７がカートリッジ２１として構成されており、このカートリッジは、消費者によって、タバコ製品１０の再利用可能な本体部５６へはめ込むことが可能であるとともにこの本体部から取り外すことが可能である。この場合、カートリッジハウジング５８は、タバコ製品１０のハウジング１１から分離されたハウジングである。

カートリッジ２１は、少なくとも液体貯蔵部１８を含んでいる。図２に示されているように、カートリッジ２１は、電気的／電子的な制御装置１９を含むことができる。他の実施形態では、電気的／電子的な制御装置１９は、全体として、又は部分的に、本体部５６の固定された構成部材である。同様に、蒸発器２０も、カートリッジ２１の一部であってよいか、又は本体部５６内に配置されることが可能である。したがって、カートリッジ２１は、多くの実施形態において、本質的に液体貯蔵部１８と、場合によってはカートリッジハウジング５８のみで構成されており、カートリッジハウジング５８は、これに代えて、液体貯蔵部１８のハウジングによって形成されることも可能である。その結果、別々のカートリッジハウジング５８が不要となり得る。

蒸発器ユニット１７は、棒状のタバコ製品１０における利用のほか、他の吸入器、例えば電子パイプ（ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｓｃｈｅ Ｐｆｅｉｆｅ）、水ギセル、加熱式タバコ（Ｈｅａｔ−ｎｏｔ−ｂｕｒｎ−Ｐｒｏｄｕｋｔｅｎ）又は医療用吸入器においても用いられることが可能である。通常、エネルギー貯蔵部１４は、カートリッジ２１の一部ではなく、再利用可能な本体部５６の一部である。

有利には、蒸発器ユニット１７あるいはカートリッジ２１は、蒸発器ユニット１７あるいはカートリッジ２１に関する情報あるいはパラメータをメモリするための、例えばＥＥＰＲＯＭ、ＲＦＩＤとしての構成での、又は他の適切な形態での不揮発性の情報メモリ５３（図１参照）を含んでいる。情報メモリ５３は、電気的／電子的な制御装置１９の一部であり得るか、又はこの電気的／電子的な制御装置とは別に形成されることが可能である。情報メモリ５３内には、有利には、含有物質についての情報、すなわち、液体貯蔵部１８内に貯蔵されている液体の組成についての情報、プロセスプロフィール（Ｐｒｏｚｅｓｓｐｒｏｆｉｌ）、特に出力制御／温度制御についての情報、状態監視あるいはシステム検査、例えば密度検査についてのデータ、コピー保護及び偽造防止に関する、特に蒸発器ユニット１７あるいはカートリッジを一義的に特徴付けるためのＩＤを含むデータ、通し番号、製造年月日及び／若しくは有効期限並びに／又は吸入数（消費者による吸入の数）あるいは使用時間がメモリされている。有利には、データメモリ５３は、コンタクト及び／又は配線を介して本体部５６の制御装置１５に接続されているか、又は接続可能である。

本発明による蒸発器ユニット１７の有利な実施形態が図３〜図７に示されている。

蒸発器２０は、加熱と、したがって加熱要素２２に接触する液体の蒸発とのための電気的な加熱要素２２、特に抵抗加熱要素を含んでいる。加熱要素には、エネルギー貯蔵部１４内で生成される電流が流れ、これにより加熱要素が加熱される。加熱電流と、したがって加熱過程の時間的な経過とは、好ましくは電子的な制御機器２９によって制御される。図３、図６及び図７による実施形態では、加熱要素２２は、例えば抵抗線から成るらせん抵抗要素であり得る。図４及び図５における加熱要素２２の構成を以下において更に説明する。

蒸発器ユニット１７は本発明によるループ管路（Ｒｉｎｇｌｅｉｔｕｎｇ）あるいは循環管路（Ｋｒｅｉｓｌａｕｆｌｅｉｔｕｎｇ）１３を含んでおり、このループ管路あるいは循環管路内には、蒸発器２０及び電気的に駆動される循環装置１６が配置されている。制御装置１９あるいは制御機器２９によって制御される循環装置１６は、特に電気的な（循環）ポンプであり、このポンプは、有利にはマイクロポンプとして構成されている。図３〜図７から分かるように、循環管路１３はそれ自体において閉鎖されているため、循環装置１６の動作時には、液体がループ管路１３内で連続的に循環し、これにより、液体の最適な混合と、したがっていつでも一定の混合比率が達成される。

したがって、循環管路１３内に存在する液体体積の強制対流がなされ、液体が蒸発器２０及び加熱要素２２のかたわらを通過し、液体の一部が温度作用によって蒸気／エアロゾル４０を形成しつつ蒸発する。この強制対流は、循環装置１６によって生じるとともに、加熱要素２２のかたわらを通過する液体における蒸発による濃度変化がわずかなままであるほどの質量流量を有している。

図３〜図５による好ましい実施形態では、液体貯蔵部１８は、循環管路１３内に配置されているか、あるいはこの循環管路に介装されている。その結果、リザーバ１８の内容物を含む蒸発器ユニット内に存在する液体全体が、ポンプ１６によって循環されるとともに加熱要素２２のかたわらを通過する。

図３〜図５及び図７による実施形態では、蒸発された質量流量４０のに相当する液体の供給（Ｎａｃｈｆｏｅｒｄｅｒｕｎｇ）は、適切な態様で保証される。このことは、例えば毛管現象による搬送作用によって生じ得る。このために、図４による実施形態では、蒸発器２０が、基部６３の入口側を出口側と液体を導くように接続する複数のマイクロ通路を備えた導電性の材料から成るブロック状の基部６３を含んでいる。入口側は、液体を導くように、循環管路１３と、したがって液体貯蔵部１８とに接続されている。有利には、マイクロ通路の寸法に基づき毛管現象が生じ、その結果、入口側では、マイクロ通路が液体で満たされるまで、マイクロ通路へ入っていく液体がマイクロ通路を通って上昇する。このようにして、蒸発された液体を補償するための自動的な毛管現象による搬送機構が実現される。

基部６３には、電極を介して制御装置１９から電圧Ｕｈが印加され、この電圧は、基部６３を通る電流をもたらすものである。基部６３のオーム抵抗に基づき、電流により基部６３が加熱され、したがってマイクロ通路内に含まれる液体が蒸発し、自然発生的な加熱によって、マイクロ通路６２内に存在する液体が蒸気及び／又はエアロゾルの形態でマイクロ通路６２から移動する。このようにして生成された蒸気及び／又はエアロゾルは、マイクロ通路から出口側へ漏れ、空気流が基部６３の出口開口部でかたわらを外方へ流れることによって、空気流３４の蒸気添加４０として混合される（図１参照）。

図５による実施形態においては、毛管現象は、ウィック−コイル蒸発器２０によって、すなわち加熱要素２２として加熱コイル及び加熱コイル２２内に配置されたウィック２３によって生じる。

図６及び図７による実施形態では、液体貯蔵部１８は、循環管路１３に介装されておらず、この循環管路とは別に配置されている。液体は、液体貯蔵部１８から分岐要素２５を介して循環管路１３へ供給される。分岐要素２５は、３つの接続部、つまりループ管路１３の入口及び出口のための２つの接続部と、別の管路２６を介して液体貯蔵部１８に接続されている別の入口のための１つの接続部とを有している。有利には、分岐要素２５は、混合器、特に静的な混合器、例えばラビリンス混合器として構成されている。

不図示の実施形態では、混合器２５及び蒸発器２０あるいは加熱要素２２は、統一的な混合−蒸発器要素内で組み合わせられることが可能である。

液体貯蔵部１８からの液体供給（Ｎａｃｈｆｏｅｒｄｅｒｕｎｇ）は、別のマイクロポンプ２４を用いて行われる（図６参照）。蒸発された液体は、第２のマイクロポンプ２４によってタンク１８から補充されるとともに、静的な混合器２５内で循環管路１３内の循環質量流量と混合され、その結果、できる限り均一な液体混合が生じる。

自動的な供給が例えば毛管現象、圧力負荷又は他の形態によって達成される場合には、供給ポンプ２４を省略することが可能である（図７参照）。

毛管現象又は搬送ポンプ２４による搬送に加えて、又はこれに代えて、他の搬送機構を設けることが可能である。例えば、図３及び図７による実施形態では、液体貯蔵部１８の圧力負荷を設定することが可能である。いずれの場合でも、場合によっては循環管路１３内での強制対流を維持しつつそれぞれ蒸発された液体量の供給が必要である。

蒸発器２０、ポンプ１６、場合によっては混合器及び接続管路を含む蒸発器ユニット１７は、高い熱容量と、これに関連する良好でない応答特性とを回避するために、有利にはできる限り小さく構成されている。したがって、蒸発器２０及び／又は蒸発器ユニットは、好ましくはＭＥＭＳ技術に基づいて製造されており、したがって、有利にはマイクロ−電気機械システムである。

蒸発器ユニット２９は、消費者の吸い込みごとに１〜２０μｌの範囲、更に好ましくは２〜１０μｌの範囲、更に好ましくは３〜５μｌの範囲、典型的には４μｌの有利な液体量が配量されるように調整されている。好ましくは、吸い込みごとに液体量を調整可能である。

有利には、配量器／蒸発器の組み合わせは、０．０５〜５μｍの範囲、好ましくは０．１〜３μｍの範囲の直径を有する液滴が主に生じるように調整されることが可能である。０．０５〜５ＭＭＡＤ（ｍａｓｓ ｍｅｄｉａｎ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｄｉａｍｅｔｅｒ，ｍａｓｓｅｎ−ｍｅｄｉａｎｅｒ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｓｃｈｅｒ Ｄｕｒｃｈｍｅｓｓｅｒ；空気動力学的中央粒子径）の範囲、好ましくは０．１〜３ＭＭＡＤの範囲、更に好ましくは０．５〜２ＭＭＡＤの範囲、更に好ましくは０．７〜１．５ＭＭＡＤの範囲、例えば約１ＭＭＡＤの液滴の大きさが最適であり得る。ＭＭＡＤは、ＥＵ（欧州連合）規格に適合するとともにμｍの単位で記述される。

循環装置１６の制御は、電子的な制御機器２９によって行われる。循環装置１６による電流消費を低減するために、循環装置１６が永続的ではなく、段階ごとにのみ動作すれば有利であり得る。なぜなら、循環装置１６の動作の所定の継続時間後、液体の本質的に完全な混合が得られているとともに、更なる循環は重大な利点をもたらすものでないためである。例えば、循環装置１６は、消費者による吸い込みの確認時にオンされることが可能である。この場合、循環装置１６は、消費者による吸い込みと同時に、又は消費者による吸い込み後にオフされることが可能である。これは、すぐに、又は所定の遅延時間後に生じ得る。例えば、例えば３〜６０秒の範囲であり得るあらかじめ設定された時間経過後に消費者による新たな吸い込みが確認されない場合に、循環装置１６がオフされることができる。吸入器１０がオン／オフスイッチを備えていれば、吸入器１０のオン時に循環装置１６が少なくともあらかじめ設定された継続時間の間動作し、そして、この継続時間内に消費者による新たな吸い込みが確認されない場合にはオフされることが可能である。さらに、吸入器１０のオフ時には、循環装置１６は、すぐに、又はあらかじめ設定された遅延をもってオフされることが可能である。

Claims (10)

1. 蒸発器（２０）を有する、吸入器のための蒸発器ユニット（１７）であって、前記蒸発器が、該蒸発器（２０）を通って搬送された液体を蒸発させるための加熱要素（２２）を備えている、前記蒸発器ユニットにおいて、
   当該蒸発器ユニット（１７）が、内部に前記蒸発器（２０）が配置された循環管路（１３）を備えており、該循環管路（１３）内には、該循環管路（１３）を通る液体を循環させるための循環装置（１６）が配置されていることを特徴とする蒸発器ユニット。
2. 前記循環装置が電気的に駆動されていることを特徴とする請求項１に記載の蒸発器ユニット。
3. 前記循環装置がポンプ、特にマイクロポンプであることを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸発器ユニット。
4. 蒸発された液体に相当する液体を供給するために、毛管現象による搬送装置、搬送ポンプ（２４）又は圧力負荷装置が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット。
5. 当該蒸発器ユニット（１７）が液体貯蔵部（１８）を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット。
6. 前記液体貯蔵部（１８）が前記循環管路（１３）内に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の蒸発器ユニット。
7. 当該蒸発器ユニットが、前記液体貯蔵部（１８）からの液体を前記循環管路（１３）へ供給するための分岐要素（２５）を備えていることを特徴とする請求項５に記載の蒸発器ユニット。
8. 前記分岐要素（２５）が、混合器、特に静的な混合器として形成されていることを特徴とする請求項７に記載の蒸発器ユニット。
9. 当該蒸発器ユニット（１７）が統一的なマイクロ−電気機械システムであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の蒸発器ユニット（１７）を有する吸入器（１０）。

Images