DE102019111287A1

DE102019111287A1 - Verdampfervorrichtung für einen Inhalator und Verfahren zur Herstellung einer Verdampfervorrichtung

Info

Publication number: DE102019111287A1
Application number: DE102019111287.7A
Authority: DE
Inventors: Niklas Romming; Lasse Cornils
Original assignee: Hauni Maschinenbau GmbH
Current assignee: Koerber Technologies GmbH
Priority date: 2019-05-02
Filing date: 2019-05-02
Publication date: 2020-11-05

Abstract

Eine Verdampfervorrichtung (1) für einen Inhalator (10), insbesondere für ein elektronisches Zigarettenprodukt, umfasst einen Verdampfer (60) zum Verdampfen von dem Verdampfer (60) zugeführter Flüssigkeit (50), und eine Dochtstruktur (19) zum Zuführen von Flüssigkeit (50) zu dem Verdampfer (60). Der Verdampfer (60) ist röhrenförmig, die Dochtstruktur (19) ist röhrenförmig, und der Verdampfer (60) ist koaxial in der Dochtstruktur (19) angeordnet, wobei die Dochtstruktur (19) den Verdampfer (60) umfänglich kontaktiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdampfervorrichtung für einen Inhalator, insbesondere für ein elektronisches Zigarettenprodukt, umfassend einen Verdampfer zum Verdampfen von dem Verdampfer zugeführter Flüssigkeit, und eine Dochtstruktur zum Zuführen von Flüssigkeit zu dem Verdampfer. Der Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Verdampfervorrichtung.
Herkömmliche elektronische Zigarettenprodukte beziehungsweise Inhalatoren basieren auf der Docht-Wendel-Technologie. Durch Kapillarkräfte wird die Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitsspeicher entlang eines Dochts so weit transportiert, bis die Flüssigkeit durch eine elektrisch beheizbare Wendel erhitzt und somit verdampft wird. Der Docht ist ein poröses Gewebe oder ein fadenförmiges Geflecht und dient als flüssigkeitsleitende Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsspeicher und der als Verdampfer dienenden Heizwendel.
Ein Nachteil der Docht-Wendel-Technologie ist, dass eine mangelnde Versorgung von Flüssigkeit zu einer lokalen Überhitzung führt, wodurch Schadstoffe entstehen können und die Lebensdauer des elektronischen Zigarettenprodukts limitiert wird. Diesen sogenannte „Dry Puff“ gilt es zu vermeiden.
Bei der Erhitzung der Wendel bildet sich durch die thermische Leitfähigkeit des Liquids, des Dochts und anderer Bauteile ein Temperaturgradient von der Wendel bis in den Docht oder zum Reservoir. Je nach Querschnitt des Dochts entlang des Gradienten und je nach Zugdauer stellt sich insbesondere im Docht ein entsprechend großer Bereich mit erhöhter Temperatur ein. Dadurch kann es zu einer differentiellen Destillation, wodurch sich das Liquid entmischt, sowie zur Entstehung ungewollter Gasblasen kommen. Eine homogene Verdampfung kann mit der Docht-Wendel-Technologie somit nur schwerlich gewährleistet werden.
Zudem sind derartige Verdampfereinheiten fertigungsbedingt oft undicht, so dass Flüssigkeit auf unerwünschte Weise, zum Beispiel über die Luftzuführung und/oder Dampfabführung, austreten kann.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen alternativen Verdampfer bereitzustellen, mit dem lokale Überhitzung vermieden und eine zuverlässige und homogene Verdampfung erzielt werden kann, und der effektiv herstellbar und montierbar ist.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Verdampfer röhrenförmig ist, die Dochtstruktur röhrenförmig ist, und der Verdampfer koaxial in der Dochtstruktur angeordnet ist, wobei die Dochtstruktur den Verdampfer umfänglich kontaktiert. Die Erfindung hat erkannt, dass damit dem Verdampfer umfänglich und flächig Flüssigkeit zugeführt werden kann. Die Röhrenform des Verdampfers erzielt somit die umfängliche und flächige Kontaktierung der Dochtstruktur und gleichzeitig eine umfängliche Verdampfung der zu verdampfenden Flüssigkeit. Damit kann eine homogene und zuverlässige Verdampfung mit einem günstigen Temperaturgradienten, dessen Richtung der Richtung der Flüssigkeitsströmung entspricht erfolgen, und eine lokale Überhitzung zuverlässig vermieden werden. Die koaxiale Bauart ermöglicht eine kompakte Bauform eine vielseitige Verwendbarkeit der Verdampfervorrichtung und eine effektive Montage.
Vorzugsweise umschließt der Verdampfer einen Luftkanal. Damit kann ein Luftstrom im Inneren des röhrenförmigen Verdampfers geführt werden. Dampf und/oder Aerosol kann damit homogen und umfänglich dem Luftstrom zugegeben werden. Ferner kann dadurch die Flüssigkeitsdichtigkeit der Verdampfervorrichtung erzielt werden, da der Verdampfer kein flüssiges Liquid in den Luftkanal treten lässt.
Vorteilhaft ist der Verdampfer flüssigkeitsdurchlässig, um die Flüssigkeit von einer den Verdampfer an seinem Außenumfang begrenzenden Flüssigkeitseinlassseite bis zu einer den Verdampfer im Inneren begrenzenden Auslassseite transportierten zu können, wobei die Flüssigkeit spätestens beim Austritt aus der Auslassseite als Dampf und/oder Aerosol einem Luftstrom zugebbar ist. Die Flüssigkeit kann somit entlang der Richtung eines Flüssigkeitsstroms radial von außen von der Dochtstruktur nach innen zum Verdampfer bis hin zur Auslassseite transportiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Verdampfer aus einem porösen und/oder kapillaren Material, um die Flüssigkeit von der Dochtstruktur effektiv zur Verdampfung nach innen leiten zu können. Der Verdampfer kann aus einem geschäumten, porösen und insbesondere elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall und/oder einem Glas bestehen. Alternativ kann der Verdampfer auch eine aufgerollte Folie mit wenigstens einem darauf und/oder darin befindlichen elektrischen Heizelement umfassen. Beispielsweise kann der Verdampfer dazu eine Polyimidfolie umfassen, die Flüssigkeitsdurchgangsöffnungen und/oder Mikrokanäle zur Flüssigkeitsleitung aufweist.
Bevorzugt umfasst die Verdampfervorrichtung eine Grundplatte zur Halterung der Dochtstruktur und/oder des Verdampfers, damit die Verdampfervorrichtung mechanisch stabil und einfach montierbar ausgeführt werden kann. Die Grundplatte kann als mechanische Schnittstelle zu einem externen Teil, beispielsweise einem Basisteil eines Inhalators dienen. Die Grundplatte kann die Flüssigkeitsdichtigkeit der Verdampfervorrichtung in einem externen Flüssigkeitsspeicher verbessern.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Grundplatte eine mit dem Inneren des röhrenförmigen Verdampfers kommunizierende Durchgangsöffnung auf, damit die Grundplatte an einer eine Lufteinlassseite bildende Stirnseite des Verdampfers angeordnet werden kann und eine Luftzufuhr von der Umgebung zum Verdampfer gewährleistet ist.
Vorzugsweise umfasst die Verdampfervorrichtung einen röhrenförmigen Schlot, der an einer Luftauslassseite des Verdampfers koaxial zu diesem angeordnet. Der Schlot kann einen Luftkanal zum Führen eines von dem Verdampfer fortströmenden Luftstroms bilden. Der Schlot kann die Flüssigkeitsdichtigkeit der Verdampfervorrichtung in einem Flüssigkeitsspeicher verbessern und dazu aus einem für die Flüssigkeit undurchlässigen Material, beispielsweise einem Kunststoff gefertigt sein.
Bevorzugt ragt der Verdampfer so in den Schlot hinein, dass diese miteinander einen axialen Überlapp aufweisen, damit die Verdampfervorrichtung einfach montiert werden kann, insbesondere durch ein Aufschieben des Schlots auf den Verdampfer.
Vorteilhaft weist der Verdampfer einen axialen Überstand gegenüber der Dochtstruktur auf, damit an dem Verdampfer beispielsweise Dichtungen, eine Grundplatte und/oder ein Schlot montiert werden kann. Vorteilhaft ist die Länge des Verdampfers größer als die Länge der Dochtstruktur, damit ein Überstand entsteht und der Verdampfer auf insbesondere der gesamten Länge der Dochtstruktur umfänglich kontaktiert wird.
Vorzugsweise weist der Verdampfer wenigstens eine elektrische Kontaktierung auf, die in Längsrichtung aus einer Stirnseite des Verdampfers ragt, um eine effektive Anordnung der elektrischen Kontaktierung zu ermöglichen. Die elektrische Kontaktierung kann insbesondere auf einer Lufteinlassseite herausragen und so durch einen in den Verdampfer eintretenden Luftstrom gekühlt werden.
Erfindungsgemäß umfasst eine Verdampfer-Tank-Einheit eine zuvor beschriebene Verdampfervorrichtung und einen Flüssigkeitsspeicher, wobei die Verdampfervorrichtung innerhalb des Flüssigkeitsspeichers angeordnet ist, damit die Dochtstruktur mit Flüssigkeit versorgt werden kann.
Vorteilhaft ist der Flüssigkeitsspeicher röhrenförmig, und die Verdampfervorrichtung ist koaxial in dem Flüssigkeitsspeicher angeordnet. Damit ist ein kompakter Aufbau der Verdampfereinheit möglich. Durch die koaxiale Anordnung der Verdampfervorrichtung innerhalb des Flüssigkeitsspeichers kann insbesondere eine Flüssigkeitseintrittsseite der Dochtstruktur umfänglich von Flüssigkeit umgeben werden. Damit ist ein besonders effektiver und homogener radialer Flüssigkeitstransport aus dem Flüssigkeitsspeicher durch die Dochtstruktur zum Verdampfer möglich.
Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer zuvor beschriebenen Verdampfervorrichtung folgende Schritte: Bereitstellen des Verdampfers und der Dochtstruktur und koaxiales Einschieben des Verdampfers in die Dochtstruktur. Durch die Röhrenform des Verdampfers und der Dochtstruktur und die Herstellung durch das Einschieben können vorteilhaft aus der Tabakindustrie bekannte Vorrichtungen zum Bereitstellen und Zusammenführen von Verdampfer beziehungsweise Dochtstrukturen fördernde Förderstränge verwendet werden.
Vorteilhaft werden Verdampfer und Dochtstrukturen als Segmente in einer Fertigungsvorrichtung der Tabak verarbeitenden Industrie, vorzugsweise in einer Vorrichtung zur Herstellung von Multisegmentfiltern verarbeitet. Weiter vorteilhaft werden auch Flüssigkeitsspeicher und/oder Schlote als Segmente in der Fertigungsvorrichtung verarbeitet. Auf diese Weise wird eine maschinelle Fertigung von Verdampfervorrichtungen für Inhalatoren ermöglicht. Beispielsweise können Segment- bzw. Filterstrangmaschinen verwendet werden, um den Verdampfer und/oder die Dochtstruktur bereitzustellen, zu fördern und/oder ineinanderschieben zu können.
Vorzugsweise wird der Verdampfer so in die Dochtstruktur eingeschoben, dass mindestens ein Überstand am Verdampfer gegenüber der Dochtstruktur verbleibt, und auf den mindestens einen Überstand wird ein Schlot und/oder eine Grundplatte aufgeschoben. Vorteilhaft verbleiben pro Verdampfer zwei Überstände an zwei in Längsrichtung gegenüberliegenden Stirnseiten des Verdampfers, und auf einen Überstand wird ein Schlot geschoben und auf den anderen Überstand wird eine Grundplatte geschoben.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt

1 eine schematische Darstellung eines Inhalators;
2 eine Seitenansicht einer Verdampfervorrichtung;
3 eine Explosionsdarstellung einer Verdampfervorrichtung; und
4 einen Querschnittsansicht durch eine Verdampfervorrichtung.

1 zeigt schematisch einen Inhalator 10 beziehungsweise ein elektronisches Zigarettenprodukt. Der Inhalator 10 umfasst ein Gehäuse 11, in dem ein Luftkanal 30 zwischen mindestens einer Lufteinlassöffnung 231 und einer Luftauslassöffnung 24 an einem Mundende 32 des Zigarettenprodukts 10 vorgesehen ist. Das Mundende 32 des Inhalators 10 bezeichnet dabei das Ende, an dem der Konsument zwecks Inhalation zieht, und dadurch den Inhalator 10 mit einem Unterdruck beaufschlagt, und einen Luftstrom 34 in dem Luftkanal 30 erzeugt.
Der Inhalator 10 besteht vorteilhaft aus einem Basisteil 16 und einer Verdampfer-Tank-Einheit 20, die eine Verdampfervorrichtung 1 mit einem Verdampfer 60 und einen Flüssigkeitsspeicher 18 umfasst, und insbesondere in Form einer auswechselbaren Kartusche ausgebildet sein kann. Der Flüssigkeitsspeicher 18 kann von dem Nutzer des Inhalators 10 nachfüllbar sein. Die durch die Lufteinlassöffnung 231 angesaugte Luft wird in dem Luftkanal 30 zu dem mindestens einen Verdampfer 60 geleitet. Der Verdampfer 60 ist mit dem Flüssigkeitsspeicher 18 verbunden oder verbindbar, in dem mindestens eine Flüssigkeit 50 gespeichert ist. Dazu ist vorteilhaft an einer Flüssigkeitseinlassseite 61 des Verdampfers 60 eine poröse und/oder kapillare, flüssigkeitsleitende Dochtstruktur 19 angeordnet.
Der Verdampfer 60 verdampft Flüssigkeit 50, die dem Verdampfer 60 aus dem Flüssigkeitsspeicher 18 von der Dochtstruktur 19 mittels Kapillarkräften zugeführt wird und gibt die verdampfte Flüssigkeit als Aerosol/Dampf an einer Auslassseite 64 dem Luftstrom 34 zu.
Der Inhalator 10 umfasst des Weiteren einen elektrischen Energiespeicher 14 und eine elektronische Steuerungseinrichtung 15. Der Energiespeicher 14 ist in der Regel in dem Basisteil 16 angeordnet und kann insbesondere eine elektrochemische Einweg-Batterie oder ein wiederaufladbarer elektrochemischer Akku, beispielsweise ein Lithium-Ionen-Akku, sein. Die Verdampfer-Tank-Einheit 20 ist zwischen dem Energiespeicher 14 und dem Mundende 32 angeordnet. Die elektronische Steuerungseinrichtung 15 umfasst mindestens eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung, insbesondere Mikroprozessor und/oder Microcontroller, in dem Basisteil 16 (wie in 1 gezeigt) und/oder in der Verdampfer-Tank-Einheit 20.
In dem Gehäuse 11 ist vorteilhaft ein Sensor, beispielsweise ein Drucksensor oder ein Druck- oder Strömungsschalter, angeordnet, wobei die Steuerungseinrichtung 15 auf der Grundlage eines von dem Sensor ausgegebenen Sensorsignals feststellen kann, dass ein Konsument am Mundende 32 des Zigarettenprodukts 10 zieht, um zu inhalieren. In diesem Fall steuert die Steuerungseinrichtung 15 den Verdampfer 60 an, um Flüssigkeit 50 aus dem Flüssigkeitsspeicher 18 als Aerosol/Dampf in den Luftstrom 34 zuzugeben.
Der mindestens eine Verdampfer 60 ist vorzugsweise in einem dem Mundende 32 abgewandten Teil der Verdampfer-Tank-Einheit 20 angeordnet. Damit ist eine effektive elektrische Kopplung insbesondere mit dem Basisteil 16 und Ansteuerung des Verdampfers 60 möglich. Der Luftstrom 34 strömt vorteilhaft axial durch den Luftkanal 30 eines Schlots 31 zu der Luftauslassöffnung 24.
Die in dem Flüssigkeitsspeicher 18 gespeicherte, zu dosierende Flüssigkeit 50 ist beispielsweise eine Mischung aus 1,2-Propylenglykol, Glycerin, Wasser, und vorzugsweise mindestens einem Aroma (Flavour) und/oder mindestens einem Wirkstoff, insbesondere Nikotin. Die angegebenen Bestandteile der Flüssigkeit 50 sind jedoch nicht zwingend. Insbesondere kann auf Aroma- und/oder Wirkstoffe, insbesondere Nikotin, verzichtet werden.
Ein vorteilhaftes Volumen des Flüssigkeitsspeichers 18 liegt im Bereich zwischen 0,1 ml und 5 ml, vorzugsweise zwischen 0,5 ml und 3 ml, weiter vorzugsweise zwischen 0,7 ml und 2 ml oder 1,5 ml.
Die Verdampfervorrichtung 1 ist innerhalb des Flüssigkeitsspeichers 18 so angeordnet, dass die Dochtstruktur 19 Flüssigkeit 50 aus dem Flüssigkeitsspeicher 18 aufnehmen kann. Der Flüssigkeitsspeicher 18 ist vorteilhaft röhrenförmig, die Verdampfervorrichtung 1 und der Schlot 31 sind koaxial in dem Flüssigkeitsspeicher 18 angeordnet.
In 2 ist eine teiltransparente Seitenansicht einer Verdampfervorrichtung 1 gezeigt. Die Verdampfervorrichtung 1 umfasst einen Verdampfer 60 zum Verdampfen von dem Verdampfer 60 zugeführter Flüssigkeit. Der Verdampfer 60 ist röhrenförmig beziehungsweise hohlzylinderförmig und definiert eine Längsachse L entlang derer sich der Verdampfer 60 erstreckt. Der Verdampfer 60 ist ein elektrischer Widerstandsheizer, der durch einen elektrischen Strom aufgrund seines elektrischen Widerstands erwärmt werden kann. Der Verdampfer 60 kann mindestens einen Heizdraht aufweisen, beispielsweise einen Spiraldraht oder eine Mehrzahl parallel zueinander angeordneter Drahtleiter. Der Verdampfer 60 kann alternativ als mikroelektromechanisches System (MEMS) ausgeführt sein, beispielsweise mit Leitungs- oder Mikrokanälen, wie in der DE 10 2016 120 803 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Auch bionische oder kapillarartige Heizstrukturen, wie bionische Netze, sind für den Verdampfer 60 möglich. Es sind auch Verdampfer 60 mit Heizstrukturen wie in der DE 10 2017 111 119 A1 beschrieben möglich, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Generell ist die Erfindung nicht an einen bestimmten Typ von Verdampfer 60 gebunden.
Es ist nicht zwingend erforderlich, dass der gesamte Verdampfer 60 heizt; es kann beispielsweise ausreichen, wenn ein Abschnitt oder eine Heizschicht des Verdampfers 60 heizt.
Die Verdampfervorrichtung 1 umfasst eine röhrenförmige Dochtstruktur 19, die sich insbesondere entlang der Längsachse L erstreckt. Der Verdampfer 60 ist koaxial in der Dochtstruktur 19 angeordnet und kontaktiert den Verdampfer 60 umfänglich und insbesondere flächig, damit eine flüssigkeitsleitende Verbindung zwischen dem Verdampfer 60 und der Dochtstruktur 19 hergestellt ist.
Die Außenseite bzw. die äußere Mantelseite des Verdampfers 60, die die Dochtstruktur 19 flüssigkeitsleitend kontaktiert, ist eine Flüssigkeitseinlassseite 61. Die Innenseite des Verdampfers 60 ist eine Auslassseite 64, auf der verdampfte Flüssigkeit 50 als Dampf und/oder Aerosol einem Luftstrom 34 zugebbar ist, der durch einen einen Luftkanal 30 bildenden Hohlraum im Inneren des röhrenförmigen Verdampfers 60 strömen kann. Damit die Flüssigkeit 50 zum Verdampfen zur Auslassseite 64 gelangen kann, ist der Verdampfer 60 flüssigkeitsdurchlässig. Beispielsweise kann der Verdampfer 60 aus einem porösen und/oder kapillaren Material bestehen. Alternativ kann der Verdampfer 60 auch aus einem mit Flüssigkeitsöffnungen zur kapillaren Förderung von Flüssigkeit 50 versehenen und ansonsten flüssigkeitsundurchlässigen Material bestehen, beispielsweise einer aufgerollten Folie, insbesondere einer Polyimidfolie mit wenigstens einer elektrischen Leiterbahn als Heizelement.
Die Dochtstruktur 19 dient zur passiven Förderung von Flüssigkeit 50 aus einem externen Flüssigkeitsspeicher 18 zum Verdampfer 60 mittels Kapillarkräften. Die Dochtstruktur 19 besteht aus porösem und/oder kapillarem Material, das aufgrund von Kapillarkräften in der Lage ist, von dem Verdampfer 60 zu verdampfende Flüssigkeit 50 in ausreichender Menge von dem Flüssigkeitsspeicher 18 zu dem Verdampfer 60 passiv nachzufördern, um ein Überhitzen des Verdampfers 60 und sich daraus ergebende Probleme zu verhindern.
Die Dochtstruktur 19 besteht vorteilhaft aus einem elektrisch nichtleitenden Material, um einen unerwünschten Stromfluss durch die Dochtstruktur 19 und eine damit einhergehende Erwärmung und Verlustleistung zu vermeiden. Die Dochtstruktur 19 besteht vorteilhaft aus einem Glas, insbesondere einem gepressten Borosilikatglas. Die Dochtstruktur 19 kann jedoch aus einem oder mehreren der Materialien Baumwolle, Cellulose, Acetat, Kunststoffschaum, Kunststoffschwamm, Glasfasergewebe, Glasfaserkeramik, Sinterkeramik, keramisches Papier, Alumosilikat-Papier, Metallschaum, Metallschwamm, einem anderen hitzebeständigen, porösen und/oder kapillaren Material mit geeigneter Förderrate, oder einem Verbund von zwei oder mehr der vorgenannter Materialien bestehen.
Falls die Dochtstruktur 19 aus einem elektrisch leitenden Material besteht, ist zwischen der Dochtstruktur 19 und dem Verdampfer 60 vorteilhaft eine Isolierschicht aus einem elektrisch und/oder thermisch isolierenden Material, beispielsweise Glas, Keramik oder Kunststoff vorgesehen.
Das Volumen der Dochtstruktur 19 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1 mm^3 und 10 mm^3, weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 2 mm^3 und 8 mm^3, noch weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 3 mm^3 und 7 mm^3 und beträgt beispielsweise 5 mm^3. Das Volumen der Dochtstruktur 19 kann gleich eines Großteils des Volumens des Flüssigkeitsspeichers 18 sein. Der Flüssigkeitsspeicher 18 kann in seinen Abmessungen größer als die Dochtstruktur 19 sein. Die Dochtstruktur 19 kann den Flüssigkeitsspeicher 18 teilweise ausbilden.
Der Verdampfer 60 ist vorzugsweise mit einer von der Steuerungseinrichtung 15 steuerbaren Heizspannungsquelle verbunden und/oder verbindbar, die über elektrische Kontaktierungen 101 in einem Kontaktbereich des Verdampfers 60 mit diesem verbunden ist, so dass eine von der Heizspannungsquelle erzeugte elektrische Spannung zu einem Stromfluss durch den Verdampfer 60 führt. Aufgrund des Ohm'schen Widerstands des elektrisch leitenden Verdampfers 60 führt der Stromfluss zu einer Erhitzung des Verdampfers 60 und daher zu einer Verdampfung von Flüssigkeit, insbesondere auf der Oberfläche des Verdampfers 60. Auf diese Weise erzeugter Dampf/Aerosol entweicht und wird dem Luftstrom 34 beigemischt. Genauer steuert bei Feststellung eines durch Ziehen des Konsumenten verursachten Luftstroms 34 durch den Luftkanal 30 die Steuerungseinrichtung 15 die Heizspannungsquelle an, wobei durch spontane Erhitzung die vom Verdampfer 60 erhitzte Flüssigkeit in Form von Dampf/Aerosol abgegeben wird.
Die Verdampfungstemperatur liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 100 °C und 400 °C, weiter bevorzugt zwischen 150 °C und 350 °C, noch weiter bevorzugt zwischen 190 °C und 290 °C.
Die Verdampfervorrichtung 1 ist so eingestellt, dass eine Flüssigkeitsmenge vorzugsweise im Bereich zwischen 1 µl und 20 µl, weiter vorzugsweise zwischen 2 µl und 10 µl, noch weiter vorzugsweise zwischen 3 µl und 5 µl, typischerweise 4 µl pro Zug des Konsumenten, zudosiert wird. Vorzugsweise kann die Verdampfervorrichtung 1 hinsichtlich der Flüssigkeits-/Dampfmenge pro Zug, d.h. je Zugdauer von 1 s bis 3 s, einstellbar sein.
Die Flüssigkeitsdichtigkeit der Verdampfervorrichtung 1 kann beispielsweise durch eine geeignete Wahl der Größe der Poren im Verdampfer 60 und/oder der Dochtstruktur 19 hergestellt werden. Beispielsweise kann die Größe der Poren so gewählt werden, dass die Poren im kalten Zustand, d.h. bei Raumtemperatur, durch Kapillarbarrieren keine Flüssigkeit 50 durchlassen, wobei bei einer Erwärmung der Flüssigkeit, deren Viskosität oberhalb der Raumtemperatur und insbesondere nahe der Verdampfungstemperatur niedriger ist als bei Raumtemperatur, diese die Poren durchdringen kann.
Die Verdampfervorrichtung 1 ist so in einen Flüssigkeitsspeicher 18 einsetzbar, dass eine als Flüssigkeitseintrittsseite 161 dienende äußere Mantelseite der Dochtstruktur 19 mit Flüssigkeit 50 in dem Flüssigkeitsspeicher 18 in Kontakt kommt (siehe auch 1). Damit kann Flüssigkeit 50 durch die Dochtstruktur 19 aus dem Flüssigkeitsspeicher 18 zum Verdampfer 60 geleitet werden.
Der Verdampfer 60 ist an einer als Lufteinlassseite 65 verwendbaren Stirnseite des Verdampfers 60 mit einer Grundplatte 17 zur Halterung des Verdampfers 60 verbunden. Die Grundplatte 17 ist vorteilhaft scheibenförmig und kann dem flüssigkeitsdichten Verschließen eines Flüssigkeitsspeicher 18 und/oder dem Anbinden der Verdampfervorrichtung 1 an ein externes Teil, beispielsweise an ein Basisteil 16 eines Inhalators 10 dienen. Die Grundplatte 17 weist eine Durchgangsöffnung 33 auf, die mit dem Inneren des röhrenförmigen Verdampfers 60 kommuniziert. Damit kann ein Luftstrom 34 die Durchgangsöffnung 33 passieren und an der Lufteinlassseite 65 in den Verdampfer 60 eintreten. Die Durchgangsöffnung 33 kann so bemessen sein, dass der Verdampfer 60 darin mechanisch sicher gehalten, insbesondere eingeklemmt werden kann. Der Durchmesser der vorteilhaft runden Durchgangsöffnung 33 entspricht in dieser Ausführungsform im Wesentlichen dem Außendurchmesser des röhrenförmigen Verdampfers 60. Die Grundplatte 17 ist vorteilhaft aus einem biokompatiblen und thermisch stabilen Kunststoff und/oder wenigstens im Bereich der Durchgangsöffnung 33 aus einem keramischen Substrat gefertigt, damit die Grundplatte 17 chemisch stabil gegenüber den bei der Verdampfung auftretenden Temperaturen ist. Die Grundplatte 17 kann ferner der thermischen Entkopplung des Verdampfers 60 dienen.
Der Verdampfer 60 ist an einer als Luftauslassseite 63 verwendbaren Stirnseite des Verdampfers 60 mit einem Schlot 31 verbunden. Der Luftkanal 30 erstreckt sich zwischen der Lufteinlassseite 65 und der Luftauslassseite 63 durch den Verdampfer 60. Der Schlot 31 ist röhrenförmig und bildet einen von der Luftauslassseite 63 zu einem Mundende 32 eines Inhalators 10 führenden Teil des Luftkanals 30 (siehe auch 1).
Der Innendurchmesser des vorteilhaft im Querschnitt runden Schlots 31 entspricht in dieser Ausführungsform im Wesentlichen dem Außendurchmesser des röhrenförmigen Verdampfers 60, damit der Schlot 31 auf den Verdampfer 60 aufgeschoben und gehalten werden kann. Der Schlot 31 ist koaxial zum Verdampfer 60 angeordnet. Vorteilhaft erstreckt sich der Schlot 31 entlang der Längsachse L, entlang derer sich der Verdampfer 60 und die Dochtstruktur 19 erstrecken. Der Verdampfer 60 ragt in den Schlot 31 hinein. Damit bilden der Verdampfer 60 und der Schlot 31 entlang der Längsachse L einen Überlapp s. Der Überlapp s ist so bemessen, dass der Schlot 31 flüssigkeitsdicht und mechanisch stabil mit dem Verdampfer 60 verbunden werden kann.
Der Verdampfer 60 weist zwei axiale Überstande d gegenüber der Dochtstruktur 19 auf. Die Lufteinlassseite 65 ragt in Längsrichtung L gegenüber einer Stirnseite der Dochtstruktur 19 auf einer dem Überstand d entsprechenden Länge aus der Dochtstruktur 19 heraus. Damit kann der Verdampfer 60 in die Durchgangsöffnung 33 der Grundplatte 17 eingeschoben werden.
Die Luftauslassseite ragt in Längsrichtung L gegenüber einer Stirnseite der Dochtstruktur 19 auf einer dem Überstand d entsprechenden Länge aus der Dochtstruktur 19 heraus. Damit kann der Schlot 31 auf den Verdampfer 60 aufgeschoben werden.
Damit der Verdampfer 60 gegenüber der Dochtstruktur 19 zwei axiale Überstände d aufweisen kann, ist die Länge des Verdampfers 60 größer als die Länge der Dochtstruktur 19. Es sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die Länge des Verdampfers 60 gleich oder kleiner als die Länge der Dochtstruktur 19 ist, und der Verdampfer 60 gegen die Dochtstruktur 19 in Längsrichtung L so verschoben ist, dass sich an der Lufteinlassseite 65 oder der Luftauslassseite 63 ein Überstand d bildet.
Die Grundplatte 17 und/oder der Schlot 31 kann Ausformungen und/oder Aussparungen aufweisen, um die Dochtstruktur 19 zu halten oder die mechanische Stabilität der gesamten Verdampfervorrichtung 1 zu verbessern. Insbesondere eingebettete Röhrchen, Aussparungen und/oder Ausformungen der Grundplatte 17 und/oder des Schlots 31 innerhalb des Luftkanals 30 können die Luftführung optimieren.
Die elektrische Kontaktierung 101 des Verdampfers ragt aus der Lufteinlassseite 65 des Verdampfers 60 heraus. Damit ragt die elektrische Kontaktierung 101 in die Durchgangsöffnung 33 der Grundplatte 17. Damit kann eine einfache und effektive elektrische Kontaktierung der Verdampfervorrichtung 1 ermöglicht werden. Vorteilhaft ragt die elektrische Kontaktierung 101 aus der Grundplatte 17 heraus, um einen elektrischen Steckverbinder zur elektrischen Anbindung an ein externes Teil, insbesondere ein Basisteil 16 eines Inhalators 10 zu bilden.
Vorgeschlagen wird nach dem zuvor Gesagten ein Aufbau bestehend aus einer röhrenförmigen Dochtstruktur 19 und einem röhrenförmigen Verdampfer 60, der koaxial in der Dochtstruktur 19 angeordnet ist. Die direkt den Verdampfer 60 umfänglich und flächig kontaktierende Dochtstruktur 19 verhindert die Bildung von Blasen an der Flüssigkeitseinlassseite 61 des Verdampfers 60 und verbessert die Zuverlässigkeit und Homogenität der Verdampfung.
3 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung der mit Bezug zu 2 erläuterten Verdampfervorrichtung 1. Anhand der Explosionsdarstellung kann die Montage der der Verdampfervorrichtung 1, in diesem Beispiel umfassend den Verdampfer 60 und die Dochtstruktur 19 sowie die Grundplatte 17 und den Schlot 31 verdeutlicht werden. Durch den röhren, scheiben- beziehungsweise hohlzylinderförmigen Aufbau des Verdampfers 60, der Dochtstruktur 19, der Grundplatte 17 und des Schlots 31, können aus der tabakverarbeitenden Industrie bekannte Vorrichtungen zum Fördern, Zusammensetzen und/oder Fertigen von stabförmigen Produkten verwendet werden. Geeignete Maschinen der Tabak verarbeitenden Industrie, die, ggf. nach Anpassung, für die serielle Fertigung von Inhalatoren mit Verdampfern 60, Dochtstrukturen 19, Flüssigkeitsspeichern 18 und/oder Schloten 3 verwendet werden können, sind beispielsweise aus der DE-OS 24 52 749 und EP 1 441 604 B1 bekannt. Die fertigen, erfindungsgemäßen Inhalatoren können dann z.B. Weiterbildungen oder Alternativen zu den Gegenständen der DE 10 2014 207277 A1 und/oder DE 10 2014 207154 A1 bilden.
Die Komponenten der Verdampfervorrichtung 1, das heißt in diesem Beispiel der Verdampfer 60, die Dochtstruktur 19, die Grundplatte 17 und der Schlot 31, werden bereitgestellt. Der Verdampfer 60 wird in die Dochtstruktur 19 koaxial eingeschoben, d.h. der Verdampfer 60 und die Dochtstruktur 19 werden entlang ihrer in Längsrichtung L verlaufenden Achsen so relativ zueinander bewegt, dass die Flüssigkeitseinlassseite 61 die Dochtstruktur 19 umfänglich und flächig kontaktiert. Der Verdampfer 60 ist so bemessen bzw. wird soweit in die Dochtstruktur 19 eingeschoben, dass jeweils ein der Lufteinlassseite 65 und der Luftauslassseite 63 ein Überstand d gebildet wird. Auf den Überstand d an der Lufteinlassseite 65 wird die Grundplatte 17 geschoben. Auf den Überstand d wird der Schlot 31 geschoben. Die Grundplatte 17 und der Schlot 31 sind ebenfalls röhren- bzw. scheibenförmig und werden für das Aufschieben auf den Verdampfer 60 entlang ihrer Achsen relativ zum Verdampfer 60 in Längsrichtung L bewegt.
4 zeigt einen Querschnitt der zuvor erläuterten Verdampfervorrichtung 1. Radial von außen nach innen sind die Dochtstruktur 19 und der Verdampfer 60 angeordnet. Die Dochtstruktur 19 steht mit ihrer Flüssigkeitseintrittsseite 161 im flüssigkeitsleitenden Kontakt mit einer die Dochtstruktur 19 umgebenden Flüssigkeit 50. Die Flüssigkeit 50 wird entlang eines Flüssigkeitsstroms 300 von außen nach innen zum Verdampfer 60 gefördert. An der die Dochtstruktur 19 kontaktierenden Flüssigkeitseinlassseite 61 wird die zu verdampfende Flüssigkeit 50 dem Verdampfer 60 zugeführt. Der Verdampfer 60 fördert die Flüssigkeit 50 weiter entlang des Flüssigkeitsstroms 300 nach innen zu dem Luftkanal 30, wo die verdampfte Flüssigkeit 50 verdampft wird und als Dampf und/oder Aerosol einem Luftstrom 34 zugebbar ist.
Durch die koaxiale Anordnung des Verdampfers 60 innerhalb der Dochtstruktur 19 ist die Richtung des Temperaturgradienten mit der Richtung der Flüssigkeitsströmung 300 gekoppelt. D.h. die in einem Flüssigkeitsspeicher 18 vorliegende raumtemperierte Flüssigkeit 50 wird beim Transport entlang der Richtung der Flüssigkeitsströmung 300 erwärmt bis die Flüssigkeit 50 an der Auslassseite 64 des Verdampfers 60 verdampft. Dadurch wird effektiv vermieden, dass durch den Verdampfer 60 erwärmte Flüssigkeit 50 in Richtung des Flüssigkeitsspeichers 18 gefördert wird. Damit kann die Effizienz des Verdampfers 60 verbessert werden, da eine unnötige Erwärmung von vom Verdampfer 60 verschiedenen Komponenten und/oder der Flüssigkeit 50 außerhalb des Verdampfers 60 vermieden wird.
Auf der Innenseite bzw. an der Auslassseite 64 des Verdampfers 60 sind die elektrischen Kontaktierungen 101 mit dem Verdampfer 60 elektrisch leitend verbunden. Damit kann die Auslassseite 64 des Verdampfers 60 effektiv erwärmt werden und gleichzeitig eine Kühlung der elektrischen Kontaktierungen 101 durch den Luftstrom 34 im Luftkanal 30 erzielt werden.
Bezugszeichenliste

1: Verdampfervorrichtung
10: Inhalator
11: Gehäuse
14: Energiespeicher
15: Steuerungseinrichtung
16: Basisteil
17: Grundplatte
18: Flüssigkeitsspeicher
19: Dochtstruktur
20: Verdampfer-Tank-Einheit
24: Luftauslassöffnung
30: Luftkanal
31: Schlot
32: Mundende
33: Durchgangsöffnung
34: Luftstrom
50: Flüssigkeit
60: Verdampfer
61: Flüssigkeitseinlassseite
63: Luftauslassseite
64: Auslassseite
65: Lufteinlassseite
101: elektrische Kontaktierung
161: Flüssigkeitseintrittsseite
231: Lufteinlassöffnung
300: Flüssigkeitsstrom
d: Überstand
s: Überlapp
L: Längsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102016120803 A1 [0033]
DE 102017111119 A1 [0033]
DE 2452749 [0055]
EP 1441604 B1 [0055]
DE 102014207277 A1 [0055]
DE 102014207154 A1 [0055]

Claims

Verdampfervorrichtung (1) für einen Inhalator (10), insbesondere für ein elektronisches Zigarettenprodukt, umfassend - einen Verdampfer (60) zum Verdampfen von dem Verdampfer (60) zugeführter Flüssigkeit (50), und - eine Dochtstruktur (19) zum Zuführen von Flüssigkeit (50) zu dem Verdampfer (60), dadurch gekennzeichnet, dass - der Verdampfer (60) röhrenförmig ist, - die Dochtstruktur (19) röhrenförmig ist, und - der Verdampfer (60) koaxial in der Dochtstruktur (19) angeordnet ist, wobei - die Dochtstruktur (19) den Verdampfer (60) umfänglich kontaktiert.
Verdampfervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der Verdampfer (60) einen Luftkanal (30) umschließt.
Verdampfervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Verdampfer (60) flüssigkeitsdurchlässig ist.
Verdampfervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Verdampfer (60) aus einem porösen und/oder kapillaren Material besteht.
Verdampfervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Verdampfervorrichtung (1) eine Grundplatte (17) zur Halterung der Dochtstruktur (19) und/oder des Verdampfers (60) umfasst.
Verdampfervorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass - die Grundplatte (17) eine mit dem Inneren des röhrenförmigen Verdampfers (60) kommunizierende Durchgangsöffnung (33) aufweist.
Verdampfervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Verdampfervorrichtung (1) einen röhrenförmigen Schlot (31) umfasst, der an einer Luftauslassseite (63) des Verdampfers (60) koaxial zu diesem angeordnet ist.
Verdampfervorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass - der Verdampfer (60) so in den Schlot (31) hineinragt, dass diese miteinander einen axialen Überlapp (s) aufweisen.
Verdampfervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Verdampfer (60) einen axialen Überstand (d) gegenüber der Dochtstruktur (19) aufweist und/oder - die Länge des Verdampfers (60) größer ist als die Länge der Dochtstruktur (19).
Verdampfervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Verdampfer (60) wenigstens eine elektrische Kontaktierung (101) aufweist, die in Längsrichtung (L) aus einer Stirnseite (63, 65) des Verdampfers (60) ragt.
Verdampfer-Tank-Einheit (20), umfassend eine Verdampfervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche und einen Flüssigkeitsspeicher (18), wobei die Verdampfervorrichtung (1) innerhalb des Flüssigkeitsspeichers (18) angeordnet ist.
Verdampfer-Tank-Einheit (20) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass - der Flüssigkeitsspeicher (18) röhrenförmig ist, und - die Verdampfervorrichtung (1) koaxial in dem Flüssigkeitsspeicher (18) angeordnet ist.
Inhalator (10), insbesondere elektronisches Zigarettenprodukt, umfassend eine Verdampfervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Verfahren zur Herstellung einer Verdampfervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend folgende Schritte: - Bereitstellen des Verdampfers (60) und der Dochtstruktur (19), und - koaxiales Einschieben des Verdampfers (60) in die Dochtstruktur (19).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass - der Verdampfer (60) so in die Dochtstruktur (19) eingeschoben wird, dass mindestens ein Überstand (d) am Verdampfer (60) gegenüber der Dochtstruktur (19) verbleibt, und - auf den mindestens einen Überstand (d) ein Schlot (31) und/oder eine Grundplatte (17) aufgeschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass Verdampfer (60) und Dochtstrukturen (90) als Segmente in einer Fertigungsvorrichtung der Tabak verarbeitenden Industrie, vorzugsweise in einer Vorrichtung zur Herstellung von Multisegmentfiltern verarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass auch Flüssigkeitsspeicher (18) und/oder Schlote (31) als Segmente in der Fertigungsvorrichtung verarbeitet werden.