DE102019135176A1

DE102019135176A1 - Modulares Verdampfersystem zum Verdampfen einer Zusammensetzung

Info

Publication number: DE102019135176A1
Application number: DE102019135176.6A
Authority: DE
Inventors: Tobias Wuttke; Lasse Cornils; Christian Hanneken; Michael Kleine Wächter; Niklas Romming; Björn Schlüter; Tim Ullner; Volkmar Voigtländer
Original assignee: Hauni Maschinenbau GmbH
Current assignee: Koerber Technologies GmbH
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-06-24
Also published as: JP2023507994A; WO2021122531A8; US20230024271A1; KR20220119095A; WO2021122531A1; EP4076052A1; CN114929040A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verdampfersystem zum Verdampfen einer Zusammensetzung, umfassend ein erstes Element umfassend zumindest eine mit einer elektrischen Energiequelle verbundene Strahlenquelle, die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren, und ein zweites Element umfassend zumindest ein Reservoir zur Aufnahme der Zusammensetzung und zumindest einen Absorber, wobei das erste und das zweite Element reversibel und zerstörungsfrei lösbar miteinander verbindbar sind und wobei ein Strahlungsleiter so angeordnet ist, dass bei Verbindung des ersten und des zweiten Elements miteinander eine strahlenleitende Verbindung zwischen der Strahlenquelle und dem Absorber gebildet wird, wobei das Verdampfersystem dazu eingerichtet ist, die Zusammensetzung durch die vom Absorber durch Umwandlung aus der elektromagnetischen Strahlung erhaltene thermische Energie und/oder die vom Absorber emittierte elektromagnetische Strahlung mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhöhter Wellenlänge zu verdampfen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verdampfersystem zum Verdampfen einer Zusammensetzung, eine Kartusche für ein entsprechendes Verdampfersystem, eine tragbare Verdampfungsvorrichtung umfassend ein entsprechendes Verdampfersystem, einen Absorber für ein entsprechendes Verdampfersystem, eine Zusammensetzung für ein entsprechendes Verdampfersystem, ein räumliches Nebeneinander von mehreren Komponenten eines entsprechenden Verdampfersystems sowie ein Verfahren zum Verdampfen einer Zusammensetzung in einem Verdampfungssystem. Offenbart werden zudem Verwendungen entsprechender Kartuschen, Absorber und Zusammensetzungen in entsprechenden Verdampfersystemen.
Seit Jahrhunderten ist bekannt, dass die Verabreichung von Wirkstoffen über die Atemwege eine effiziente und schonende Methode ist, dem menschlichen oder tierischen Körper physiologisch wirksame Substanzen zuzuführen, wobei insbesondere klassische Inhalationsverfahren, die mit teils einfachsten Mitteln ausgeführt werden können, sowohl in der Schulmedizin als auch unter den Hausmitteln einen festen Platz gefunden haben. In diesen einfachen Verfahren wird üblicherweise ein in einer Trägersubstanz, häufig Wasser, gelöster Wirkstoff in einem Topf oder vergleichbaren Gefäß erhitzt und dadurch zum Verdampfen gebracht.
Bedingt durch die in vielen Teilen der Welt vermehrt kritische Bewertung des Rauchens, also des Konsums von Tabakprodukten durch deren Verbrennung und Inhalation des entstehenden Rauchs, beispielsweise in der Form von Zigaretten oder Zigarren, rückten in den letzten Jahren solche Inhalationsverfahren vermehrt in den Fokus des Interesses, bei denen die physiologisch wirksamen Stoffe, die traditionell über den Tabakrauch aufgenommen werden, stattdessen über entsprechende Inhalationsverfahren appliziert werden, die ohne das Verbrennen von Tabak auskommen, wobei dieses Konzept auch auf weitere Wirkstoffe übertragen wird, die ansonsten häufig mit Rauchen assoziiert werden, wie beispielsweise Tetrahydrocannabinol (THC) und andere Cannabinoide.
Die fortschreitende technische Entwicklung hat es dabei ermöglicht, entsprechende Verdampfersysteme zum Verdampfen einer wirkstoffhaltigen Zusammensetzung immer kleiner auszulegen, so dass heute Verdampfersysteme verfügbar sind, mit denen die Verdampfung einer wirkstoffhaltigen Zusammensetzung in einem tragbaren Handgerät erfolgen kann, welches beispielsweise die Größe einer traditionellen Zigarre oder einer Zigarettenschachtel aufweisen kann. Die prominentesten Anwendungen für entsprechende Verdampfersysteme sind elektronische Zigaretten und Inhalatoren für medizinische Anwendungen.
Die heute bekannten Systeme basieren zumeist darauf, dass eine in einem Reservoir gespeicherte Zusammensetzung, welche regelmäßig als Liquid bezeichnet wird, durch mehr oder weniger kontrollierte Zuführung thermischer Energie aus einem Heizelement, z.B. einer Glühwendel, verdampft wird, so dass der Nutzer die entstehenden Dämpfe inhalieren kann. Die Zuführung des Liquids aus dem Reservoir zum Heizelement erfolgt dabei häufig durch einen Docht, so dass häufig auch von Docht-Wendel-Systemen gesprochen wird. Ein entsprechendes System ist beispielsweise in der US 20140096782 A1 offenbart.
In den letzten Jahren hat sich bei einigen Fachleuten die Erkenntnis durchgesetzt, dass diese Docht-Wendel-Systeme häufig nachteilig sind, da sie insbesondere häufig als zu unkontrolliert und zu ineffizient wahrgenommen werden. Beispielsweise variiert die Anordnung von Docht und Heizer fertigungsbedingt teilweise stark, was dazu führt, dass je nach Produktionsexemplar eine unterschiedliche Menge Liquid und damit auch Wirkstoff pro Zug verdampft wird. Zudem treten am Heizer häufig Bereiche auf, an denen kein Liquid zur Verfügung steht. Darüber hinaus bestehen oft Schwachstellen im Heizdraht oder Strukturfehler im Heizgitter, an denen es zu einer ungewollt starken Erhitzung kommt, so dass schädliche Zersetzungsprodukte auftreten. Entsprechend wurden in den letzten Jahren neue Verdampfersysteme entwickelt, die die für Docht-Wendel-Systeme bekannten Nachteile beheben oder vermindern. Entsprechende Systeme sind beispielsweise in der DE102017111435 offenbart, wobei sich gezeigt hat, dass viele herkömmliche Konzepte aus den Docht-Wendel-Systemen in vielen Fällen nicht leicht auf modernere Konzepte übertragbar sind.
Im Lichte des zunehmenden Bewusstseins der Bevölkerung für Nachhaltigkeit und einen ressourcenschonenden Umgang mit Wertstoffen besteht ein stetig steigendes Interesse daran, entsprechende Verdampfersysteme zu entwickeln, die möglichst wenig Abfall erzeugen, wobei vor allem Verdampfersysteme mit nachfüllbarem Reservoir am Markt verbreitet sind. Nachfüllbare Systeme werden jedoch aus vielen Gründen regelmäßig als nachteilig angesehen. Insbesondere ist das Nachfüllen durch den Anwender häufig kompliziert und bringt diesen in Kontakt mit dem wirkstoffhaltigen Liquid, wodurch dieses auch verunreinigt werden kann. Durch die Möglichkeit, dass der Anwender, bewusst oder unbewusst, unzulässige Substanzen in das Reservoir einfüllt und diese verdampft, entsteht nicht nur eine Gefahr für die Gesundheit des Anwenders, sondern auch die Betriebssicherheit und die Haltbarkeit der Vorrichtung können nachteilig reduziert sein.
Ein im Stand der Technik entwickelter Ansatz sieht vor, dass das Verdampfersystem in zwei oder mehr Elemente geteilt werden kann, wobei eines der Elemente als Mehrwegteil ausgeführt ist, welches insbesondere den Energiespeicher und die Steuerungselektronik umfasst. Mit diesem Mehrwegteil kann ein auswechselbares Einwegteil, auch als Kartusche bezeichnet, verbunden werden, welches typischerweise das Heizelement und das Reservoir mit der Zusammensetzung umfasst. Ein Beispiel für eine solche Ausgestaltung, die insbesondere auch besonders leicht zu transportieren und zu lagern ist, ist beispielsweise in der DE 102016114718 A1 offenbart.
Im Stand der Technik wird das vorstehend beschriebene und an sich vorteilhafte Konzept bislang vorwiegend mit elektrischen Heizelementen realisiert. Dies bedeutet, dass dem im Einwegteil angeordneten Heizer aus dem Mehrwegteil elektrische Energie zugeführt wird. Diese etablierte Anordnung hat aus der Sicht des Fachmannes jedoch erhebliche Nachteile. Es ist in diesem Fall nämlich zwingend notwendig, eine zuverlässige und mechanisch belastbare elektrische Kontaktierung zwischen der Kartusche und dem Mehrwegteil vorzusehen, um die Energieversorgung des Heizelements in der Kartusche auch bei mehrmaligem Austausch zu gewährleisten. Dies erfordert eine technisch aufwendige und daher kostenintensive elektrische Kontaktierung, die trotzdem immer eine Schwachstelle des Systems darstellen wird und die große Anforderungen an den Produktionsbetrieb stellt. Darüber hinaus wird die Ausgestaltung der Heizelemente und Kartuschen sowie deren Anordnung in einem Verdampfersystem in herkömmlichen Systemen durch die zwingend erforderliche elektrische Kontaktierung des Heizelements stark eingeschränkt. Zudem haben diese Systeme, bei denen eine physikalische Verbindung zwischen dem Mehrwegteil und dem Heizelement notwendig ist, bekanntermaßen häufig Probleme mit der Dichtigkeit des Systems, da das Heizelement wiederum in Kontakt mit dem Liquid steht, so dass relativ aufwendige und teure Dichtungen notwendig sein können. Es ist in diesen Systemen hinsichtlich Kosten und Aufwand bei der Dichtung quasi nicht wirtschaftlich möglich, dass Heizelement im Mehrwegteil vorzusehen. Das Heizelement ist aber ein vergleichsweise komplexes und in der Fertigung aufwendiges Bauteil, welches in diesem Fall nach Verwendung der Kartusche nur mit dieser entsorgt werden kann, was aus ökonomischer und/oder ökologischer Sicht nachteilig ist. Zudem besteht das Heizelement und die elektronische Kontaktierung regelmäßig aus anderen Materialien (häufig Metalle, Halbleiter oder Keramiken), als das Reservoir (häufig Glas oder Kunststoff) und ggf. die Ummantelung der Kartusche (häufig Kunststoff), so dass die Wiederverwertung der Kartusche, beispielsweise im Rahmen eines Recyclings, durch die Kontamination mit Fremdmaterial erschwert wird.
Die primäre Aufgabe der Erfindung war es, ein Verdampfersystem zum Verdampfen einer Zusammensetzung anzugeben, welches die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik behebt oder zumindest vermindert.
Eine übergeordnete Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die mit dem Einsatz von Docht-Wendel-Systemen verbundenen Nachteile zu vermeiden und ein besser zu kontrollierendes Verdampfersystem anzugeben. Es war eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verdampfersystem anzugeben, welches beim Einsatz möglichst wenig Abfall verursacht und zumindest in großen Teilen wiederverwertbar ist. Es war dabei eine wichtige Aufgabe der Erfindung, ein Verdampfersystem anzugeben, welches nach Benutzung besonders einfach wieder betriebsbereit zu machen ist und welches dabei eine besonders hohe Bedienungssicherheit aufweist, die Gefahren für die Gesundheit des Anwenders minimiert und die Betriebssicherheit und Haltbarkeit der Vorrichtung maximiert. Zudem war es eine Aufgabe der Erfindung, eine sichere Lagerung und einen einfachen Transport des Verdampfersystems zu ermöglichen. Zudem war es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verdampfersystem anzugeben, welches keine aufwendige und kostenintensive elektrische Kontaktierung benötigt und welches auch bei vielfachem Einsatz keine Verschleißerscheinungen zeigt. Des Weiteren war es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verdampfersystem anzugeben, welches eine hohe Flexibilität bei der Ausgestaltung der zur Verdampfung verwendeten Elemente und der Kartusche, sowie hinsichtlich deren Anordnung in einem Verdampfersystem erlaubt. Außerdem war es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verdampfersystem anzugeben, welches eine hohe Dichtigkeit gegen den ungewollten Austritt der Zusammensetzung aufweist und auch ohne den Einsatz teurer Dichtungen einen sicheren Betrieb ermöglicht. Es war auch eine Aufgabe der Erfindung, ein Verdampfersystem anzugeben, bei welchem vergleichsweise weniger kostenintensive Bauteile in der Kartusche angeordnet werden müssen, wobei vorzugsweise eine hohe Wiederverwertbarkeit und/oder Recyclefähigkeit der Kartusche erzielt werden sollte. Zumindest aber war es die Aufgabe, ein alternatives Verdampfersystem anzugeben.
Eine sekundäre Aufgabe der Erfindung war es, eine Kartusche für ein entsprechendes Verdampfersystem, eine tragbare Verdampfungsvorrichtung umfassend ein entsprechendes Verdampfersystem, einen Absorber für ein entsprechendes Verdampfersystem, eine Zusammensetzung für ein entsprechendes Verdampfersystem, ein räumliches Nebeneinander von mehreren Komponenten eines entsprechenden Verdampfersystems sowie ein Verfahren zum Verdampfen einer Zusammensetzung in einem Verdampfungssystem und Verwendungen entsprechender Kartuschen, Absorber und Zusammensetzungen in entsprechenden Verdampfersystemen anzugeben.
Die vorstehend genannten Aufgaben werden durch ein Verdampfersystem zum Verdampfen einer Zusammensetzung, Kartuschen, eine tragbare Verdampfungsvorrichtung, einen Absorber, eine Zusammensetzung, das räumliche Nebeneinander von mehreren Komponenten eines entsprechenden Verdampfersystems, ein Verfahren und Verwendungen gelöst, wie sie in den Ansprüchen definiert sind. Bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Solche Merkmale erfindungsgemäßer Gegenstände, Zusammensetzungen, Verfahren und Verwendungen, die nachfolgend als bevorzugt bezeichnet sind, werden in besonders bevorzugten Ausführungsformen mit anderen als bevorzugt bezeichneten Merkmalen kombiniert. Ganz besonders bevorzugt sind somit Kombinationen von zwei oder mehr der nachfolgend als besonders bevorzugt bezeichneten Gegenstände, Zusammensetzungen, Verfahren und Verwendungen. Nachfolgend für erfindungsgemäße Verdampfersysteme als bevorzugt bezeichnete Merkmale sind ebenfalls bevorzugte Merkmale entsprechender Kartuschen, Verdampfungsvorrichtungen, Zusammensetzungen, Verfahren und Verwendungen oder des Nebeneinanders von mehreren Komponenten eines entsprechenden Verdampfersystems.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass die vorliegend beschriebenen Aufgaben gelöst werden können, wenn eine vollständige Trennung eines Verdampfersystems in einen primärenergie-„erzeugenden“ Teil und einen energieumwandelnden sekundärenergie-„erzeugenden“ Teil vollzogen wird. Hierbei wird die Primärenergie in Form von elektromagnetischer Strahlung bereitgestellt, die von einer Strahlenquelle emittiert wird und die von einem in der Kartusche angeordneten Absorber in Sekundärenergie umgewandelt wird, bei der es sich um thermische Energie und/oder elektromagnetische Strahlung mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhöhter Wellenlänge handeln kann, die dann die Verdampfung der Zusammensetzung verursacht.
Die Erfindung basiert somit auf dem Konzept, der Zusammensetzung in der Kartusche Energie nicht in Form von direkter thermischer Energie zuzuführen, die von einem Heizelement als Primärenergie aus elektrischer Energie umgewandelt wurde, sondern über elektromagnetische Strahlung, die im Mehrwegteil mittels elektrischer Energie von einer Strahlenquelle emittiert wurde und die erst in einem Absorber in der Kartusche in thermische Energie (bzw. elektromagnetische Strahlung mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhöhter Wellenlänge) umgewandelt wird. Dieser Aufbau ist fundamental unterschiedlich zu den Verdampfersystemen im Stand der Technik, bei denen ein elektrisches Heizelement in der Kartusche mechanisch und elektrisch leitend mit einer elektrischen Energiequelle im Mehrwegteil verbunden ist, um elektrische Energie direkt in die zur Verdampfung benötigte Wärmeenergie umzuwandeln.
Im Stand der Technik war beispielsweise der Einsatz von Infrarotleuchtdioden als Infrarotsensoren im Inneren von Verdampfersystemen bekannt, wie es beispielsweise in der US 2017265524 A offenbart ist. Hierbei dient der zwar prinzipiell zur Emission fähige Sensor aber lediglich zur Bestimmung der Temperatur (d.h. nicht zur Bestrahlung eines Absorbers zum Zwecke der Verdampfung des Liquids) und ist entsprechend auch im Einwegteil angeordnet.
Es ist anzumerken, dass auch der Stand der Technik zu Doch-Wendel-Systemen strenggenommen eine Strahlenquelle aufweist, da die glühende Wendel natürlich Strahlung, vor allem Infrarotstrahlung, emittiert, wobei bei sehr breiter Auslegung auch der Docht als Absorber angesehen werden könnte. In diesen Systemen erfolgt die Verdampfung aber natürlich vor allem über den direkten Übertrag bzw. Transport von thermischer Energie von der Wendel auf den Docht, so dass die Strahlung nur Beiwerk und keine bewusste Komponente ist. Als Ausdruck dieser fehlenden Kompatibilität mit der Lehre der vorliegenden Erfindung, ist in diesen Systemen natürlich auch der Docht und die Wendel im gleichen Bauteil, d.h. im Einwegteil, angeordnet, da eine erfindungsgemäße Anordnung durch die Technologie natürlich ausgeschlossen ist. Die vorstehenden Ausführungen treffen auch auf vergleichbare Anordnungen zu, wie sie beispielsweise in der EP 3556235 A1 offenbart sind. Dieses Dokument offenbart eine von einem Heizelement umgebene Glasröhre, wobei Liquid, welches sich im Inneren der Glasröhre befindet, angeblich durch Infrarotstrahlung erhitzt wird. Es mag insoweit dahinstehen, wie groß der Beitrag der Infrarotstrahlung an der Erhitzung wirklich ist, da diese Ausführungsform, wie die klassische Docht-Wendel-Technologie, erfordert, dass die Strahlenquelle und der Absorber im gleichen Bauteil der Verdampfersystems angeordnet werden müssen, so dass sich die Lehre der vorliegenden Erfindung nicht realisieren lässt.
Darüber hinaus gibt es im Stand der Technik vereinzelt Ansätze, elektromagnetische Strahlung zur Verdampfung einer Zusammensetzung zu benutzen, vgl. beispielsweise die WO 2005/061033 A1 . Die US2017020190 A1 bzw. die WO 2017019402 offenbaren, ähnlich wie die WO 2005/061033 , jeweils eine Aerosol-erzeugende Vorrichtung, die in bestimmten Ausführungsformen auch Strahlungsenergie zur Verdampfung benutzt, wobei jedoch kein separater Absorber zum Einsatz kommt. Der komplexe Aufbau der für den zwangsläufig einstückig ausgebildeten Verdampfer vorgesehen ist, weicht aber deutlich von der vorliegenden Erfindung ab, die eine Trennung der Strahlenquelle und des Reservoirs bzw. des Absorbers in einem ersten und einem zweiten Element vorsieht. Die US2019356110A offenbart den Einsatz eines Lasers und einer aktiven optischen Kavität zur Verdampfung einer verdampfbaren Flüssigkeit, wobei das System, insbesondere angesichts des komplexen optischen Aufbaus, nicht die vorstehend wiederholt beschriebene Lehre der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der Ausbildung des ersten und zweiten Elements verwirklicht.
Im Stand der Technik wird zur Verdampfung einer Zusammensetzung mit elektromagnetische Strahlung regelmäßig eine IR-Strahlenquelle verwendet, da IR-Strahlung, auch als Wärmestrahlung bezeichnet, einen direkten Energieeintrag in die Zusammensetzung ermöglicht, vgl. beispielsweise die WO 2014/110119, die den Einsatz einer IR-Leuchtdiode (LED) in einem einstückigen Verdampfersystem offenbart. Im Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung, die die zur Verdampfung benötigte thermische Energie indirekt über den Absorber und dessen Anregung durch elektromagnetische Strahlung bereitstellt, handelt es sich somit um einen direkten Energieeintrag in die Zusammensetzung durch die elektromagnetische Strahlung, was teilweise als nachteilig angesehen wird, da sich dadurch der Ort der Bereitstellung der thermischen Energie nicht so gezielt steuern lässt und zwangsläufig an der der Oberfläche zugewandten Oberfläche der Zusammensetzung erfolgt. IR-Strahlenquellen und deren Einsatz werden zudem regelmäßig als nachteilig empfunden, da sie beispielsweise nicht nur die Zusammensetzung erhitzen, sondern auch die umliegenden Strukturen des Verdampfersystems, beispielsweise den Haltegriff oder das Reservoir der Zusammensetzung. Zudem dringt Infrarotstrahlung vergleichsweise tief in die menschliche Haut ein und kann bei unfachmännischer Benutzung des Verdampfersystems potentiell zu Gesundheitsschäden, beispielsweise Verbrennungen, führen, insbesondere bei Kindern. Darüber hinaus sind insbesondere hinreichend kleine IR-Strahlenquellen häufig signifikant kostspieliger als vergleichbare Strahlenquellen, die bei niedrigeren Wellenlängen emittieren, insbesondere im Bereich des sichtbaren Licht, insbesondere im blauen oder UV-Bereich.
Es war daher eine ganz besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verdampfersystem anzugeben, welches eine gezielte Einstellung des Ortes der Energieerzeugung ermöglicht und es erlaubt, denn Verdampfungsort auch auf der von der Strahlenquelle abgewandten Seite der Zusammensetzung, bzw. des Reservoirs vorzusehen. Zudem war es eine wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verdampfersystem anzugeben, welches vorzugsweise auch ohne infrarote elektromagnetische Strahlung auskommt und bevorzugt mit besonders günstigen Strahlenquellen betrieben werden kann.
Auch diese Aufgaben werden durch Verdampfersystem zum Verdampfen einer Zusammensetzung gelöst, wie sie in den Ansprüchen definiert sind.
Die Erfindung betrifft ein Verdampfersystem zum Verdampfen einer Zusammensetzung, umfassend:

- ein erstes Element umfassend zumindest eine mit einer elektrischen Energiequelle verbundene Strahlenquelle, die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren, und
- ein zweites Element umfassend zumindest ein Reservoir zur Aufnahme der Zusammensetzung und zumindest einen Absorber, der dazu eingerichtet ist, die von der Strahlenquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise zu absorbieren und diese zumindest teilweise in thermische Energie umzuwandeln und/oder diese zumindest teilweise als elektromagnetische Strahlung mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhöhter Wellenlänge zu emittieren,

Erfindungsgemäße Verdampfersysteme sind geeignet und bestimmt zum Verdampfen einer Zusammensetzung, wobei die Zusammensetzung fest oder flüssig sein kann. Entsprechend umfasst der Begriff Verdampfen im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch das Sublimieren, also das direkte Überführen eines Feststoffes durch die Zuführung thermischer Energie in die Gasphase.
Das erfindungsgemäße Verdampfersystem umfasst ein erstes und ein zweites Element, die baulich konstruktiv separate Elemente darstellen. Das erste Element, bei welchem es sich typischerweise um ein Mehrwegteil handelt, d. h. ein Teil, welches vom späteren Kunden mehr als nur einmal verwendet wird, umfasst eine mit einer elektrischen Energiequelle elektrisch verbundene Strahlenquelle, wobei das erste Element vorzugsweise auch die elektrische Energiequelle umfasst. Es ist aber auch denkbar, dass die elektrische Energiequelle in einem weiteren, separaten zerstörungsfrei mit dem ersten oder zweiten Element lösbar verbindbaren Element angeordnet ist. Die Strahlenquelle ist dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung zu emittieren.
Das zweite Element, bei welchem es sich typischerweise um ein Einwegteil handelt, d.h. ein Element, welches vom Verbraucher nur einmal verwendet und nach Verwendung entsorgt wird, wird vom Fachmann auch als Kartusche bezeichnet. Das zweite Element, bzw. die Kartusche, umfasst zumindest ein Reservoir zur Aufnahme der Zusammensetzung, wobei das zweite Element in einer bevorzugten Ausgestaltung auch die Zusammensetzung im Reservoir umfasst.
Darüber hinaus umfasst das zweite Element zumindest einen Absorber, wobei der Ausdruck Absorber die Absorptionseigenschaften des Materials hinsichtlich der Absorption von elektromagnetischer Strahlung beschreibt und nicht voraussetzt, dass der Absorber zu anderen Arten der Absorption, beispielsweise der Aufnahme von Flüssigkeit, geeignet ist.
Der Absorber ist dazu eingerichtet, die von der im ersten Element angeordneten Strahlenquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise zu absorbieren. Das Konzept der Absorption von elektromagnetischer Strahlung in kondensierter Materie ist dem Fachmann bekannt. Erfindungsgemäß ist der Absorber so eingerichtet, dass er die elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise in thermische Energie umwandelt. Ein typisches Alltagsbeispiel zur Verdeutlichung dieses Vorganges ist eine schwarze Oberfläche, die sich beim Einfall von Sonnenlicht durch die Absorption der einfallenden Strahlung, bedingt durch die durch Umwandlung erzeugte thermische Energie, aufheizt. Auch dieses Prinzip ist dem Fachmann bekannt. Darüber hinaus ist der Absorber dazu eingerichtet, zusätzlich oder alternativ die absorbierte Strahlung zumindest teilweise als elektromagnetische Strahlung mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhöhten Wellenlänge zu emittieren. Eine entsprechende Wellenlängenverschiebung wird teilweise auch als Stokes-Verschiebung bezeichnet und ist dem Fachmann als Effekt bekannt, der beispielsweise bei der Fluoreszenz oder Phosphoreszenz auftreten kann. Entsprechend sind erfindungsgemäße Verdampfersystem bevorzugt, die einen fluoreszierenden oder phosphoreszierenden Absorber umfassen.
Materie absorbiert elektromagnetische Strahlung bei unterschiedliche Wellenlängen üblicherweise unterschiedlich stark. Dabei kann jede Materie entlang des gesamten elektromagnetischen Spektrums mehrere verschiedene Absorptionsmaxima aufweisen. Ein Absorptionsmaximum liegt vor, wenn die erste Ableitung der Absorptionskurve nach der Wellenlänge null ist und die zweite Ableitung ungleich null ist. Das höchste Absorptionsmaximum ist das Absorptionsmaximum, bei dem die Absorption ihren maximalen Wert erreicht, bevorzugt bezogen auf ein Wellenlängenintervall von 1 cm bis 120 nm, besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 200 nm, ganz besonders bevorzugt zwischen 50 µm und 280 nm. Da auch viele Strahlenquellen nicht monochromatisch sind und entsprechend ein Spektrum emittieren, gelten die vorstehenden Ausführungen entsprechend für Emissionsmaxima und die Wellenlänge der höchsten Emission der Strahlenquelle.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck „zumindest teilweise“, zumindest 10 %, bevorzugt zumindest 30 %, besonders bevorzugt zumindest 50 %, ganz besonders bevorzugt zumindest 70 %.
Mit anderen Worten bedeuten die vorstehenden Ausführungen, dass der Absorber dazu eingerichtet ist, sich durch die thermische Energie, welche durch Umwandlung der von der Strahlenquelle emittierten und vom Absorber absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhalten wird, zu erwärmen und/oder die umliegende Zusammensetzung durch die emittierte elektromagnetische Strahlung mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhöhter Wellenlänge zu erwärmen, bzw. dass der Absorber dazu eingerichtet ist, die emittierte elektromagnetische Strahlung mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhöhter Wellenlänge durch eine Stokes-Verschiebung aus der elektromagnetischen Strahlung der Strahlenquelle zu erzeugen.
Bevorzugt sind Verdampfersysteme, die genau eine Strahlenquelle und genau einen Absorber und genau ein Reservoir umfassen, da diese Verdampfersysteme besonders günstig herzustellen und in ihrem Aufbau besonders einfach sind.
Das erste und das zweite Element sind so ausgelegt, dass sie reversibel und zerstörungsfrei lösbar miteinander verbindbar sind. Vorzugsweise umfasst das erste und/oder das zweite Element hierfür geeignete Befestigungsmittel, insbesondere Haken und Ösen, Klickverbindungen, Steckverbindungen, Klemmverbindungen, Bajonettverbindungen oder Schraubverbindungen oder eine beliebige Kombination davon.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden zwei Elemente, die vom Anwender nicht unter Aufwendung üblicher Kräfte, d.h. Kräfte, die mit den Händen aufgewendet werden können, ggf. unter Einsatz eines Werkzeuges wie beispielsweise eines Schraubendrehers, reversibel und zerstörungsfrei voneinander gelöst und wieder verbunden werden können, nicht als reversibel und zerstörungsfrei lösbar miteinander verbindbar angesehen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Ausdruck reversibel und zerstörungsfrei lösbar auf das zur Verbindung und/oder Befestigung verwendete Bauteil, beispielsweise das Schraubgewinde. Es ist nicht ausgeschlossen, dass es vor oder beim Verbinden des ersten und zweiten Elements zu bewussten Veränderungen im ersten und/oder zweiten Element kommt, die aber die Verbindbarkeit und Lösbarkeit nicht beeinflussen. Beispielsweise kann es nötig sein, vor dem Verbinden eine Schutzfolie vom zweiten Element abzuziehen. In einigen bevorzugten Ausführungsformen umfasst das erste Element beispielsweise einen Dorn oder eine ähnliche Struktur, mit der eine am zweiten Element befestigte Schutzfolie oder ein anderes durchstechbares Bauteil beim Verbinden bewusst zerstochen wird. Eindeutig bevorzugt ist jedoch, dass es beim Verbinden des ersten und zweiten Elements zu keinen strukturellen Veränderungen des ersten Elements kommt.
Erfindungsgemäß ist im Verdampfersystem ein Strahlungsleiter so angeordnet, dass bei Verwendung des ersten und des zweiten Elements miteinander eine strahlenleitende Verbindung zwischen der Strahlenquelle und dem Absorber gebildet wird. Dies bedeutet, dass im verbundenen Zustand Strahlung von der Strahlenquelle im ersten Element zum Absorber im zweiten Element gelangen kann. Mit anderen Worten ist ein Strahlungsleiter so angeordnet, dass bei Verbindung des ersten und des zweiten Elements miteinander eine strahlenleitende Verbindung zwischen der Strahlenquelle und dem Absorber gebildet werden kann. Besonders bevorzugt ist entsprechend auch ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem zum Verdampfen einer Zusammensetzung, umfassend:

Geeignete Strahlungsleiter wählt der Fachmann basierend auf seinem Fachwissen für die eingesetzte Strahlenquelle aus. Im einfachsten Fall wird der Strahlenleiter durch die Schutzscheibe oder Linse einer Leuchtdiode, oder die transparente Wand des Reservoirs gebildet. Der Strahlungsleiter kann einstückig ausgestaltet sein oder mehrere Bauteile aufweisen. Der Strahlungsleiter kann jede geeignete Bauform aufweisen, die geeignet ist, die von der Strahlenquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zum Absorber zu leiten.
Bevorzugt umfassen sowohl das erste Element als auch das zweite Element jeweils einen Strahlungsleiter, wobei die zwei Strahlungsleiter so angeordnet sind, dass sie bei Verbindung des ersten und des zweiten Elements miteinander so aneinandergefügt werden, dass eine strahlenleitende Verbindung zwischen der Strahlenquelle und dem Absorber gebildet wird.
Das erfindungsgemäße Verdampfersystem ist dazu eingerichtet, die Zusammensetzung durch die vom Absorber durch Umwandlung aus der elektromagnetischen Strahlung erhaltene thermische Energie und/oder die vom Absorber emittierte elektromagnetische Strahlung mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhöhter Wellenlänge zu verdampfen. Dies bedeutet, dass die für das Verdampfen der Zusammensetzung notwendige Energie durch die vom Absorber an die Zusammensetzung abgegebene thermische Energie erfolgt und/oder durch die Absorption von elektromagnetischer Strahlung mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhöhten Wellenlänge in der Zusammensetzung erfolgt.
Im Betrieb wird die Strahlenquelle somit durch die elektrische Energiequelle mit elektrischer Energie versorgt und emittiert elektromagnetische Strahlung mit einem durch die Bau- und Funktionsweise der Strahlenquelle bestimmten Spektrum. Die elektromagnetische Strahlung wird über den Strahlungsleiter zum Absorber geführt, der wenigstens einen Teil der elektromagnetischen Strahlung absorbiert, wobei Verluste beispielsweise durch Reflexion oder Streuung entstehen können. Der Absorber wandelt nun wenigstens einen Teil des absorbierten Lichts in thermische Energie, die auch als Wärmeenergie bezeichnet wird, um oder emittiert zu längeren Wellenlängen verschobene, auch als „rot-verschoben“ bezeichnete, elektromagnetische Strahlung, die von der Zusammensetzung absorbiert und dort in thermische Energie umgesetzt werden kann. Infolge des Energieeintrages verdampft die Zusammensetzung und wird üblicherweise durch einen Schlot oder Kanal, beispielsweise durch die Applikation von Unterdruck, d.h. saugen, dem Anwender zugeführt.
Die Verdampfung der Zusammensetzung erfolgt somit kausal durch die Wechselwirkung der eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung mit dem Absorber und damit quasi indirekt. Die Verdampfung der Zusammensetzung erfolgt somit nicht oder nahezu nicht durch die direkte Wechselwirkung der von der Strahlenquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung mit der Zusammensetzung. In besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verdampfersystems zeigt die Zusammensetzung bei der Wellenlänge der höchsten Emission der Strahlenquelle nahezu keine Absorption, d.h. weniger als 5 %, bevorzugt weniger als 1 %, weiter bevorzugt weniger als 0,5 %, ganz besonders bevorzugt weniger als 0,1 % der maximalen Absorption. In diesen Fällen zeigt die elektromagnetische Strahlung der Strahlenquelle nahezu keine Wechselwirkung mit der Zusammensetzung und gelangt selbst dann direkt zum Absorber, wenn sich ein Teil der Zusammensetzung im Strahlengang befindet. Zum besseren Verständnis bedeutet dies, dass sich das erfindungsgemäße Verdampfersystem, in Ermangelung eines ausreichenden Energieübertrags zwischen der Strahlenquelle und der Zusammensetzung, nicht zur Verdampfung einer Zusammensetzung eignet, wenn der Absorber entfernt wird oder der Absorber nicht bei einer Wellenlänge eine Absorption zeigt, die von der gewählten Strahlenquelle emittiert wird.
Da in erfindungsgemäßen Verdampfersystemen eine merkliche Menge an Energie über die elektromagnetische Strahlung in das zweite Element vermittelt wird, ist es besonders bevorzugt, wenn die weiteren Bauteile im zweiten Element, d.h. die strahlungsleitenden Bauteile außer dem Absorber, bei der Wellenlänge der eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung keine bzw. nur eine sehr geringe Absorption zeigen, bevorzugt von weniger als 5 %, besonders bevorzugt weniger als 1 %, besonders bevorzugt weniger als 0,5 %, der maximalen Absorption.
In eigenen Experimenten hat sich bislang gezeigt, dass die Umwandlung der absorbierten Strahlung in Wärmeenergie im Absorber wohl in vielen Fällen den größten Beitrag zur Verdampfung der Zusammensetzung liefert. Entsprechend sind erfindungsgemäße Verdampfersysteme bevorzugt, wobei der Absorber dazu eingerichtet ist, die von der Strahlenquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise zu absorbieren und diese zumindest teilweise in thermische Energie umzuwandeln, wobei das Verdampfersystem dazu eingerichtet ist, die Zusammensetzung durch die vom Absorber durch Umwandlung aus der elektromagnetischen Strahlung erhaltene thermische Energie zu verdampfen.
Trotzdem ist davon auszugehen, dass der Absorber immer zumindest auch einen kleinen Teil der aufgenommenen elektromagnetischen Strahlung als wellenlängenverschobene Strahlung emittieren wird. Die Erfinder haben erkannt, dass sich dies für eine besonders effiziente Verdampfung ausnutzen lässt. Der Gedanke hierbei ist, dass, wenn die Strahlenquelle elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge emittiert, die von der Zusammensetzung nicht, bzw. nahezu nicht, absorbiert wird, die Wellenlängenverschiebung im Absorber vorteilhafterweise dazu führen kann, dass die Wellenlänge der Strahlung in einen Bereich verschoben wird, in dem die Zusammensetzung doch eine ausreichende Absorption zeigt. Ein Beispiel hierfür wäre die Verwendung einer blauen Strahlenquelle mit einer Wellenlänge von etwa 450 nm, bei der ein typisches Liquid einer E-Zigarette nur eine sehr geringe Absorption zeigt. Durch Rotverschiebung im Absorber emittiert der Absorber Strahlung mit einer größeren Wellenlänge, die vom Liquid absorbiert werden kann, sodass der Zusammensetzung durch diese, sozusagen sekundäre, elektromagnetische Strahlung Energie zuführt werden kann.
Geeignete Materialien für den Absorber wählt der Fachmann ausgehend von seinem Fachwissen zwanglos aus, wobei für viele Anwendungen im Bereich des sichtbaren Lichts und angrenzender Spektralbereiche eine dunkle Farbe, z.B. dunkel Grün, dunkel Rot oder dunkel Blau, oder Schwarz eine hohe Absorptionsfähigkeit im relevanten Wellenlängenbereich anzeigt und somit eine grundsätzliche Eignung als Absorber im Rahmen der Erfindung indiziert. In eigenen Versuchen hat sich gezeigt, dass das Prinzip der Erfindung für eine breite Palette von Strahlenquellen und elektromagnetische Strahlungen einsetzbar ist, wobei der Fachmann einen geeigneten Absorber im Zweifelsfall auf der Grundlage von in Standardwerken tabellierter Absorptionswerte, bzw. Absorptionsspektren, auswählen kann. An sich nicht ausreichend absorbierende Bauteile können durch typische Farbpigmente eingefärbt, durchgefärbt oder beschichtet werden, wobei insbesondere schwarze Pigmente wie Ruß günstig, leicht verfügbar und geeignet sind. Besonders bevorzugt umfasst der Absorber demnach Farbpigmente, wobei insbesondere natürliche Farbstoffe wie beispielsweise Chlorophyll besonders bevorzugt sind.
Das Reservoir ist bevorzugt ein Tank. Im Falle einer festen Zusammensetzung kann das Reservoir durch eine geeignete Halterung, z.B. eine Klammer, oder Aufnahme für den Feststoff gebildet werden.
Nachdem die im Reservoir enthaltene Zusammensetzung vollständig oder nahezu vollständig verdampft wurde, kann der Anwender die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Element lösen, sodass lediglich das zweite Element gegen ein neues zweites Element, welches wiederum mit frischer Zusammensetzung gefüllt ist, ausgetauscht werden muss. Da die Haltbarkeit der meisten Strahlenquellen, insbesondere die der im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugten Leuchtdioden, besonders hoch ist, fällt als Wartungsaufgabe für das erste Element regelmäßig nur das Wiederaufladen des Energiespeichers an.
Das erfindungsgemäße Verdampfersystem vermeidet die Nachteile, die mit dem Einsatz von herkömmlichen Docht-Wendel-Systemen verbunden sind, da es keinen Glühwendel einsetzen muss. Insbesondere lässt sich die eingesetzte Strahlenquelle regelmäßig besonders präzise steuern und kann nötigenfalls durch den Einsatz von Filtern, Linsen und ähnlichen Bauteilen leicht feinjustiert werden. Durch die Ausgestaltung als erstes und zweites Element, also als Mehrwegteil und Einwegteil, wird der bei der Verwendung entstehende Abfall minimiert, da ein großer Teil des Verdampfersystems, d.h. wenigstens der Mehrwegteil, wiederverwertbar ist. Darüber hinaus erlaubt es die erfindungsgemäße Anordnung, das Verdampfersystem nach Benutzung und vollständiger Verdampfung der Zusammensetzung im zweiten Element, dieses besonders einfach wieder betriebsbereit zu machen, indem lediglich das zweite Element ausgetauscht werden muss. Insofern ist es vorteilhafterweise möglich, als zweites Element vorgefertigte und abgeschlossene Kartuschen zu verwenden, bei denen der Anwender keinen Zugriff auf das Reservoir und die darin enthaltene Zusammensetzung hat und auch nicht gezwungen ist, für den fortgesetzten Betrieb des Verdampfersystems einen Nachfüllschritt durchzuführen. Hierdurch wird eine besonders hohe Bedienungssicherheit erreicht und die Gefahren für die Gesundheit des Anwenders werden minimiert.
Auch unter Gewährleistungsgesichtspunkten ist es für den Hersteller besonders günstig, dass somit auch die Betriebssicherheit und die Haltbarkeit der Vorrichtung maximiert werden können, da insbesondere keine Fremdpartikel in das Verdampfersystem gelangen können. Durch die zweigeteilte Ausführung lassen sich erfindungsgemäße Verdampfersysteme besonders sicher lagern und transportieren, da eine ungewollte Verdampfung der Zusammensetzung im getrennten Zustand nicht möglich ist.
Dadurch, dass der Energieeintrag in die Zusammensetzung durch die Wechselwirkung der von der Strahlenquelle im ersten Element emittierten elektromagnetischen Strahlung mit dem im zweiten Element angeordneten Absorber erfolgt, ist vorteilhafterweise keine aufwendige und kostenintensive elektrische Kontaktierung nötig, wodurch auch bei starker Benutzung und häufigem Wechsel der Kartusche keine oder kaum Verschleißerscheinungen auftreten, zumindest nicht an den für die Verdampfung zentralen Komponenten des Systems. Im einfachsten Fall kann die Anordnung durch Befestigungselemente so fixiert werden, dass die im ersten Element angeordnete Strahlenquelle im verbundenen Zustand durch eine transparente Hülle des Reservoirs auf den Absorber strahlen kann. Dadurch weisen erfindungsgemäße Verdampfersysteme vorteilhafterweise eine besonders hohe Flexibilität bei der Ausgestaltung der zur Verdampfung verwendeten Elemente und der Kartusche sowie hinsichtlich deren Anordnung im gesamten Verdampfersystem auf, welche sich in klassischen Systemen nicht realisieren lässt. Vorteilhafterweise ist es somit lediglich notwendig, dass elektromagnetische Strahlung von der Strahlenquelle zum Absorber gelangen kann, was insbesondere bei transparenten Reservoirs besonders leicht und zwanglos zu realisieren ist. Vorteilhafterweise können daher Kartuschen bei Bedarf auch so ausgelegt werden, dass es mehr als eine Passposition, d.h. Anordnungsposition der Kartusche relativ zum ersten Element, bei der Verbindung mit dem ersten Element gibt, wodurch die Zahl von Anwenderfehlern bei der Verbindung reduziert werden kann.
Da keine elektrisch leitende Verbindung zwischen einem mit der Zusammensetzung im direkten Kontakt stehenden Heizelement und dem Energiespeicher nötig ist, weist das erfindungsgemäße Verdampfersystem zudem eine besonders hohe Dichtigkeit auf und ermöglicht auch ohne den Einsatz teurer Dichtungen einen sicheren Betrieb. Vorteilhafterweise sind in erfindungsgemäßen Verdampfersystemen die kostenintensivsten Bauteile, insbesondere die Strahlenquelle und der elektrische Energiespeicher, im wiederverwertbaren Teil angeordnet. Statt eines komplexen Heizelements muss die Kartusche, d.h. das zweite Element, lediglich einen Absorber aufweisen, dessen Material zudem so gewählt werden kann, dass es eine hohe Verträglichkeit mit und/oder eine leichte Separierbarkeit von dem Material des Reservoirs gibt, beispielsweise bei Verwendung eines eingefärbten Silikatglases in einem Reservoir aus Silikatglas. Hierdurch wird die Recyclefähigkeit der Kartusche besonders vorteilhaft verbessert.
Ganz besonders bevorzugt und hier entsprechend herausgestellt sind erfindungsgemäße Verdampfersysteme, wobei die emittierte elektromagnetische Strahlung das höchste Intensitätsmaximum unterhalb einer Wellenlänge von 500 nm aufweist, vorzugsweise im Bereich von 410 bis 490 nm, bevorzugt 430 bis 480 nm, besonders bevorzugt 440 bis 470 nm, wobei die elektromagnetische Strahlung besonders vorzugsweise eine spektrale Bandbreite bei 50 % der Maximalintensität von 5 bis 50 nm, bevorzugt 10 bis 40 nm, besonders bevorzugt 20 bis 30 nm, aufweist.
Die Intensität von nicht ideal monochromatischer elektromagnetischer Strahlung ist eine Funktion der Wellenlänge. Der Ausdruck spektrale Bandbreite bei 50 % der Maximalintensität bezeichnet den Wellenlängenunterschied zwischen den zwei im Spektrum links und rechts des Intensitätsmaximums liegenden Wellenlängen, bei denen die Intensität auf 50% des Maximalwertes abgefallen ist.
Diese erfindungsgemäßen Verdampfersysteme sind derart bevorzugt, weil sie am vorteilhaftesten ausnutzen, dass mit der Erfindung, d.h. durch den Einsatz eines Absorbers und den damit vorgesehenen „indirekten“ Energieeintrag in die Zusammensetzung auf den Einsatz von IR-Strahlung, d.h. elektromagnetischer Strahlung im IR-Bereich verzichtet werden kann. Entsprechende Verdampfersysteme sind auch bevorzugt, weil die heute gebräuchlichen Liquids im angegebenen Strahlungsbereich üblicherweise keine nennenswerte Absorption zeigen und damit der Absorber auch dann problemlos angestrahlt werden kann, wenn er in der Zusammensetzung angeordnet ist. Zudem haben sich einfache, schwarze Absorbermaterialien bei diesen Wellenlängen oft als besonders effiziente Absorber erwiesen. Als besonders großer Vorteil wurde gefunden, dass sich die angegebenen Charakteristika der elektromagnetischen Strahlung besonders leicht mit besonders kostengünstigen und gleichzeitig langlebigen Strahlenquellen realisieren lassen.
Diese bevorzugten Verdampfersystem erlauben somit, eine gezielte Einstellung des Ortes der Energieerzeugung und ermöglichen es, den Verdampfungsort auch auf der von der Strahlenquelle abgewandten Seite der Zusammensetzung, bzw. des Reservoirs vorzusehen. Zudem ist es vorteilhafterweise möglich, die bevorzugten Verdampfersysteme ohne eine Strahlenquelle für infrarote elektromagnetische Strahlung und dafür mit besonders kostengünstigen Strahlenquellen zu betreiben.
Die für erfindungsgemäße Verdampfersysteme als bevorzugt offenbarten Merkmale treffen entsprechend auch auf das vorstehend offenbarte Verdampfersystem zu.
Im Lichte dieser Ausführungen ist für den Fachmann ersichtlich, dass erfindungsgemäße Verdampfersysteme bevorzugt sind, wobei die emittierte elektromagnetische Strahlung das höchste Intensitätsmaximum unterhalb einer Wellenlänge von 500 nm aufweist, und wobei die Zusammensetzung bei der Wellenlänge des höchsten Intensitätsmaximums nahezu keine Absorption, d.h. weniger als 5%, bevorzugt weniger als 1 %, weiter bevorzugt weniger als 0,5 %, ganz besonders bevorzugt weniger als 0,1 %, der maximalen Absorption zeigt und/oder wobei der Absorber bei der Wellenlänge des höchsten Intensitätsmaximums eine Absorption von mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 75 %, besonders bevorzugt mehr als 95% der maximalen Absorption zeigt, wobei erfindungsgemäße Verdampfersysteme mit der und-Verknüpfung der Umwandlungsart der Energie besonders bevorzugt sind.
Vor dem Hintergrund des vorstehend diskutierten Standes der Technik ist für den Fachmann selbstverständlich, dass sich diese Erkenntnis auch vorteilhaft in Verdampfersystemen umsetzen lässt, die lediglich einstückig ausgelegt sind. Entsprechend wird ein Verdampfersystem zum Verdampfen einer Zusammensetzung offenbart, umfassend:

- zumindest eine mit einer elektrischen Energiequelle verbundene Strahlenquelle, die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren,
- zumindest ein Reservoir zur Aufnahme der Zusammensetzung, und
- zumindest einen Absorber, der dazu eingerichtet ist, die von der Strahlenquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise zu absorbieren und diese zumindest teilweise in thermische Energie umzuwandeln und/oder diese zumindest teilweise als elektromagnetische Strahlung mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhöhter Wellenlänge zu emittieren,

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Absorber ein dreidimensionaler Körper ist, dessen Ausdehnung in zwei Raumrichtungen größer oder zumindest gleich der Ausdehnung in die dritte Raumrichtung ist, vorzugsweise eine Platte mit beliebiger Grundfläche, insbesondere eine Scheibe, oder ein Quader, wobei der Absorber vorzugsweise zumindest eine ebene oder gekrümmte Oberfläche aufweist, bevorzugt zumindest zwei, besonders bevorzugt zumindest vier ebene Oberflächen,
oder
wobei das Verdampfersystem eine Zusammensetzung umfasst und der Absorber durch Partikel gebildet wird, die mit der zu verdampfenden Zusammensetzung vermischt oder in der zu verdampfenden Zusammensetzung dispergiert sind.
Entsprechende erfindungsgemäße Verdampfersysteme haben sich in eigenen Tests als besonders vorteilhaft erwiesen. Vorteilhafterweise weist der Absorber zumindest eine ebene oder gekrümmte Oberfläche auf, die von der Strahlenquelle besonders effizient bestrahlt werden kann, um so eine größtmögliche Wechselwirkung zwischen der elektromagnetischen Strahlung und dem Absorber sicherzustellen. Eindeutig bevorzugt sind insoweit flache Strukturen, mit zumindest einer ebenen oder im Wesentlichen ebenen Oberfläche, durch die Verluste durch Streuung und Reflexion bestmöglich vermieden werden können.
Entsprechende erfindungsgemäße Verdampfersysteme mit einem festen, makroskopischen Absorber sind besonders gut zu kontrollieren und erlauben eine besonders feine Einstellung des Strahlenganges und des Energieübertrages. Entsprechende Absorber sind bevorzugt, weil sie regelmäßig ein hohes Verhältnis von bestrahlter Fläche zu Masse des Absorbers aufweisen. Alternativ kann der Absorber direkt mit der zu verdampfenden Zusammensetzung bereitgestellt werden. In diesem Fall ist es zwar manchmal schwieriger, die Absorberpartikel gezielt zu bestrahlen, dafür lässt sich, da der Absorber nicht fest mit der Kartusche verbunden ist, der Absorber aber nachträglich rückstandslos aus der Kartusche entfernen, wodurch besonders günstige Recyclingeigenschaften erhalten werden.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Absorber so ausgelegt ist, dass ein oder mehrere seiner Absorptionsmaxima für elektromagnetische Strahlung bei einer Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung liegen, die von der Strahlenquelle emittiert wird, bevorzugt bei einer Wellenlänge die innerhalb von 20 %, bevorzugt innerhalb von 10 %, besonders bevorzugt innerhalb von 5 %, um ein Intensitätsmaximum der Emission der Strahlenquelle liegen.
Entsprechende Verdampfersysteme sind bevorzugt, weil eine besonders hohe Effizienz dann erreicht wird, wenn der Absorber ganz präzise auf die von der Strahlenquelle emittierte elektromagnetische Strahlung abgestimmt wird. In entsprechenden Verdampfersystemen lassen sich Energieverluste minimieren und die eingesetzte Strahlungsenergie wird über den Absorber besonders effizient in die Zusammensetzung eingebracht, so dass besonders lange Betriebszeiten erzielt werden können.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Absorber über Kanäle, vorzugsweise kapillare Kanäle, verfügt und/oder ein poröser Festkörper ist, bevorzugt über kapillare Kanäle verfügt, so dass der Absorber flüssigkeitsleitend ist und ein Durchtritt der flüssigen Zusammensetzung, bzw. der verdampften gasförmigen Zusammensetzung, durch den Absorber möglich ist, wobei der Absorber vorzugsweise eine Membran umfasst, die erst bei Überschreiten einer Grenztemperatur einen Durchtritt der flüssigen Zusammensetzung in den Absorber hinein oder durch den Absorber hindurch erlaubt. Bevorzugte Beispiele für derartige Absorber sind gesintertes, offenporiges Glas, gesinterte offenporige Keramik, strukturierte Bauteile mit Kanälen hergestellt durch Verfahren der Halbleiterindustrie, offenporige Schäume, lose granulare Körner in einer Schüttung, die in einem geeigneten flüssigkeitsdurchlässigen Abschnitt gehalten werden.
Ein entsprechender Absorber ist ganz besonders vorteilhaft, weil er eine hohe Oberfläche aufweist, die von der Zusammensetzung benetzt werden kann, sodass eine Abgabe der thermischen Energie an die Zusammensetzung besonders effizient erfolgen kann. Entsprechend ausgeführte Absorber können zudem als Trennwand zwischen dem Reservoir zur Aufbewahrung der Zusammensetzung und dem Schlot, d.h. dem Kanal für die verdampfte Zusammensetzung, eingesetzt werden, wobei durch diese bevorzugte Ausgestaltung zweite Elemente erhalten werden können, die außerhalb des Einsatzes im Verdampfersystem besonders dicht sind und gegen das ungewünschte Austreten der Zusammensetzung abgesichert sind. Mit bevorzugten Absorbern kann die zum Absorber geführte Zusammensetzung durch diesen hindurchtreten und wird bei Aktivierung der Strahlenquelle verdampft, wobei der entstehende Dampf durch die Kanäle in den Schlot und zur Auslassöffnung gelangen kann.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Absorber entlang zumindest einer Raumrichtung ein nicht homogenes Absorptionsverhalten aufweist, vorzugsweise einen Gradienten der Absorption entlang der Raumrichtung, die der Einfallsrichtung der elektromagnetischen Strahlung auf den Absorber entspricht, wobei der Gradient der Absorption bevorzugt durch einen Konzentrationsgradienten an Pigmenten mit einem Absorptionsmaximum bei der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung in einem Absorber erzeugt wird, der ansonsten bei dieser Wellenlänge transparent oder weitgehend transparent ist.
Entsprechende erfindungsgemäße Verdampfersysteme sind bevorzugt, weil sie einen besonders hohen Freiheitsgrad in der Ausgestaltung und Anordnung der Komponenten ermöglichen. Ein entsprechender Absorber kann nämlich auch von der Seite mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt werden und trotzdem großflächig absorbieren. Zwar verringert sich die Strahlungsintensität beim Durchgang der elektromagnetischen Strahlung durch den Absorber, dafür steigt jedoch die Absorptionsfähigkeit an, sodass, je nach Verlauf des Absorptionsgradienten, leicht das gewünschte Absorptionsprofil und damit das Profil der thermischen Energie im Absorber eingestellt werden kann. Alternativ bietet ein entsprechender Absorptionsgradient im Absorber auch die Möglichkeit, gezielt ortsaufgelöst ein gewünschtes Temperaturprofil, d.h. ein Profil der abgegebenen thermischen Energie, am Absorber einzustellen, also bewusst wärmere (höhere Absorption) und kältere (niedrigere Absorption) Bereiche bei der Bestrahlung vorzusehen. Dies kann vorteilhafterweise auch durch Auswahl einer geeigneten Wärmeleitfähigkeit des Absorbers, z.B. eine im Vergleich mit der Zusammensetzung niedrigere Wärmeleitfähigkeit, optimiert werden. Entsprechende Absorber sind für einen Materialwissenschaftler ohne großen Aufwand herstellbar und können beispielsweise durch Rußpartikel oder geeignete Dotierung in einer Glas- oder Kristallmatrix erzeugt werden. Der Ausdruck „weitgehend transparent“ meint im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass bei der entsprechenden Wellenlänge einer Absorption von weniger als 5 %, bevorzugt weniger als 2 %, weiter bevorzugt weniger als 1 %, besonders bevorzugt weniger als 0,5 %, der maximalen Absorption vorliegt.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei die Strahlenquelle eine Lampe, ein Laser oder eine Leuchtdiode, bevorzugt ein Laser oder eine Leuchtdiode, besonders bevorzugt eine Leuchtdiode, ist, wobei vorzugsweise der Laser eine Laserdiode, ein Faser-Laser oder ein Gas-Laser ist und wobei vorzugsweise die Leuchtdiode eine Halbleiterleuchtdiode (LED), eine organische Leuchtdiode (OLED) oder eine Chip-on-board-Leuchtdiode (COB-LED) ist.
Entsprechende Verdampfersysteme sind bevorzugt, weil sich die angegebenen Strahlenquellen in der Praxis als besonders effizient darin erwiesen haben, die Erfindung umzusetzen. Als ganz besonders bevorzugt hat sich dabei die Verwendung einer Leuchtdiode erwiesen, da diese nicht nur besonders langlebig und energiesparend ist, sondern auch vergleichsweise wenig apparativen Aufwand erfordert. Es war aus Sicht der Erfinder durchaus überraschend, dass die Verwendung einer Leuchtdiode im Rahmen der Erfindung ausreichend ist, um eine sinnvolle Verdampfung zu ermöglichen, und dass nicht zwangsläufig ein monochromatischer und energiereicher Laser benötigt wird.
Bevorzugt ist alternativ ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei die elektromagnetische Strahlung in der Strahlenquelle durch Induktion erzeugt wird.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Strahlungsleiter opak ist für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge, die mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 30 %, besonders bevorzugt mehr als 10 % von der Wellenlänge des Intensitätsmaximums der von der Strahlenquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung abweicht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck opak, dass ein Material nicht transparent ist, bzw. im Wesentlichen nicht transparent. Entsprechend bedeutet opak, dass die Absorption bei einer gegebenen Wellenlänge mehr als 90 %, bevorzugt mehr als 98 %, weiter bevorzugt mehr als 99 %, besonders bevorzugt mehr als 99,5 % beträgt. Entsprechende Verdampfersysteme sind bevorzugt, weil sie besonders sicher gegen einen ungewollten Energieeintrag in die Zusammensetzung sind. Entsprechende Verdampfersysteme können so ausgelegt werden, dass im Wesentlichen nur die beabsichtigte von der Strahlenquelle bereitgestellte elektromagnetische Strahlung zum Absorber gelangt, und nicht etwa Streulicht aus der Umgebung. Dadurch lässt sich die Energiezufuhr in die Zusammensetzung besonders sicher kontrollieren und die Lagerstabilität wird vorteilhaft erhöht.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Absorber zumindest eine ebene Fläche, bevorzugt zwei ebene Flächen, besonders bevorzugt sechs ebene Flächen, aufweist und wobei die Strahlenquelle, der Strahlungsleiter, gegebenenfalls vorhandene Strahlenformer und der Absorber bei Verbindung des ersten und des zweiten Elements miteinander so angeordnet sind, dass die elektromagnetische Strahlung in einem Einfallswinkel von weniger als 45°, bevorzugt weniger als 20°, besonders bevorzugt weniger als 5°, ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen senkrecht, auf eine der ebenen Flächen des Absorbers auftrifft.
In eigenen Studien hat sich gezeigt, dass die entsprechende relative Anordnung der Elemente zueinander vorteilhaft ist, weil Strahlungs- bzw. Energieverluste durch ungewollte Reflexion oder Streuung in diesen Systemen vorteilhafterweise minimiert werden und auch die Absorption im Absorber oft besonders gleichmäßig ist.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei das Reservoir wenigstens in einem Abschnitt transparent ist, vorzugsweise transparent für sichtbares Licht, besonders bevorzugt transparent für elektromagnetische Strahlung deren Wellenlänge innerhalb von 20 %, bevorzugt innerhalb von 10 %, besonders bevorzugt innerhalb von 5 %, um das Intensitätsmaximum der Emission der Strahlenquelle liegt.
Entsprechende erfindungsgemäße Verdampfersysteme sind vorteilhaft, weil sie dem Anwender nicht nur erlauben, den Füllstand im Reservoir von außen zu prüfen, sondern sie erlauben es besonders vorteilhaft, die von der Strahlenquelle emittierte elektromagnetische Strahlung direkt durch die Wand des Reservoirs zu führen, sodass der Absorber im bzw. relativ zur Strahlenquelle hinter dem Reservoir angeordnet werden kann, was die Flexibilität bei der Anordnung der Elemente besonders erhöht.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, umfassend einen ersten Absorber und einen zweiten Absorber sowie eine erste Strahlenquelle und eine zweite Strahlenquelle, wobei der erste und der zweite Absorber vorzugsweise mit unterschiedlichen, getrennten Abschnitten des Reservoirs verbunden sind und wobei die erste und die zweite Strahlenquelle ihr höchstes Emissionsmaximum vorzugsweise bei unterschiedlichen Wellenlängen aufweisen, wobei sich die Absorptionsfähigkeit der beiden Absorber vorzugsweise bei zumindest einer der Wellenlängen des höchstes Emissionsmaximum der beiden Strahlenquellen um mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 70 %, besonders bevorzug mehr als 85 % unterscheiden.
Die Verwendung von zwei oder mehr Absorbern, bevorzugt aus unterschiedlichen Absorbermaterialien, ist für sich bereits bevorzugt, da es dadurch möglich wird, durch kontrollierte Führung der elektromagnetischen Strahlung entweder die Intensität der Verdampfung zu beeinflussen, nämlich dadurch, wie viele Absorber angestrahlt werden, oder auch eine selektive Ansteuerung verschiedener Absorber möglich ist, die mit verschiedenen Reservoirs oder räumlich getrennten Abschnitten des gleichen Reservoirs in Kontakt stehen. So ist es beispielsweise möglich, eine erste Verdampfung gezielt an einem ersten Absorber auszulösen, um in der Abkühlphase des ersten Absorbers bereits eine zweite Verdampfung an einem zweiten Absorber auszulösen, sodass das Verdampfersystem eine sehr geringe Latenz aufweist und quasi kontinuierlich verdampfte Zusammensetzungsportionen in einer präzise eingestellten Konzentration bereitstellen kann.
Ganz besonders vorteilhaft wird dies mit zwei Strahlenquellen kombiniert, sodass die Intensität der Verdampfung durch das Zu- und Wegschalten der zusätzlichen Strahlenquelle gesteuert werden kann. Ganz besonders günstig ist es zudem, wenn die zwei Strahlenquellen unterschiedliche Emissionscharakteristika aufweisen, d.h. wenn ein oder mehr Emissionsmaxima bei unterschiedlichen Wellenlängen liegen, da dies (sofern der Absorber für diese Wellenlängen unterschiedliche Absorptionsfähigkeiten aufweist), unterschiedliche Betriebsmodi ermöglicht. Weisen die zwei Absorber bei zumindest einer der Wellenlängen des höchsten Emissionsmaximums der beiden Strahlenquellen eine unterschiedliche Absorptionsfähigkeit auf, bevorzugt bei beiden Wellenlängen der höchsten Emissionsmaxima, so lässt sich das resultierende Verdampfersystem besonders effizient steuern. Durch die gezielte Aktivierung einer oder beider Strahlenquellen können nämlich die zwei Absorber gleichzeitig, ggf. unterschiedlich stark, oder einzeln angesprochen werden, und damit beispielsweise festgelegt werden, aus welchem Reservoir eine Verdampfung erfolgen soll.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei das Verdampfersystem für den Einsatz in einer tragbaren Verdampfungsvorrichtung, bevorzugt einem Handgerät, geeignet ist, bevorzugt in einer E-Zigarette oder einem Inhalator z.B. für medizinische Zwecke, wobei das erste Element vorzugsweise als Mehrwegteil ausgestaltet ist und das zweite Element vorzugsweise als Einwegteil ausgestaltet ist, wobei es sich beim zweiten Element vorzugsweise um eine Kartusche handelt. Der Einsatz für medizinische Zwecke umfasst dabei insbesondere die Applikation von Medikamenten gegen Atemwegserkrankungen sowie von Schmerzmitteln. Bevorzugt sind die zwei auf die zwei Absorber abgestimmten unterschiedlichen Emissionsmaxima der zwei Strahlenquellen in Form einer einzigen zweifarbigen Leuchtdiode realisiert. Dadurch wird eine starke Reduzierung des für die Strahlenquelle benötigten Bauraums bei gleichzeitiger Ausnutzung der oben beschriebenen Vorteile erreicht.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei das Reservoir ein oder mehrere Materialien umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Glas, Kristall, Metall, Keramik, Holz und Kunststoff, wobei das Reservoir bevorzugt eine weitere Außenhülle aufweist.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei das Reservoir durch einen Beutel gebildet wird, wobei der Beutel vollständig oder teilweise aus Silikon, Gummi, Latex oder einem anderen geeigneten elastischen oder nichtelastischen Material, bevorzugt einem Kunststoff, gefertigt ist. Die Verwendung von Beuteln als Reservoir ist besonders vorteilhaft, da diese günstig zu fertigen sind und regelmäßig nur geringe Müllmengen anfallen. Zudem ist es vorteilhafterweise nicht notwendig, im Reservoir ein Druckausgleich vorzusehen, da sich der Beutel bei gleichbleibendem Innendruck nötigenfalls kontrahiert. Darüber hinaus sind Beutel für bestimmte Anwendungen vorteilhaft, weil sie nicht splittern und dadurch mit weniger Gefahrenpotential verbunden sind.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei das, bevorzugt starre, Reservoir mit einem Element zum Druckausgleich ausgestattet ist.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei die elektrische Energiequelle ein Energiespeicher ist, bevorzugt eine Batterie oder eine Brennstoffzelle, besonders bevorzugt eine Lithiumionenbatterie, insbesondere einen Lithiumpolymerakkumulator.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei die Strahlenquelle dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung mit einer Intensität zu emittieren, die geeignet ist, dass der vom Absorber absorbierte und umgewandelte Teil der emittierten elektromagnetischen Strahlung in 1 bis 5 s, bevorzugt in 2 bis 4 s, besonders bevorzugt in 2,5 bis 3,5 s, zumindest 3 bis 9 mg, bevorzugt 5 bis 7 mg der Zusammensetzung verdampfen, bevorzugt genau eine vorbestimmte Menge der Zusammensetzung, verdampfen kann.
Entsprechende Verdampfersysteme sind bevorzugt, weil sich in umfassenden Tests mit Verbrauchern, die das Dampferlebnis mit einem nikotinhaltigen Liquid bewerten sollten, gezeigt hat, dass die angegebenen Mengen an verdampfter Zusammensetzung für das Dampfempfinden, insbesondere im Vergleich zum Rauchen einer Zigarette, zumeist als vorteilhaft wahrgenommen wird. Günstigerweise lässt sich die verdampfte Menge an Zusammensetzung im erfindungsgemäßen Verdampfersystem durch Einstellung der Leistung der Strahlenquelle sehr genau und zuverlässig einstellen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei die Strahlenquelle dazu eingerichtet ist kontinuierliche und/oder gepulst betrieben zu werden, bevorzugt gepulst, bevorzugt mit Pulsdauern im Bereich von 0,2 ms bis 2000 ms, bevorzugt 1 ms bis 1000 ms weiter bevorzugt 10 ms bis 500 ms, ganz besonders bevorzugt 10 ms bis 100 ms. Für bestimmte Anwendungen, insbesondere solche mit einer LED als Strahlenquelle, ist es bevorzugt, die Pulsdauer im Bereich von 0,5 bis 20 ms, bevorzugt 1 bis 10 ms, zu wählen. Bevorzugt wird die Auswahl der Pulsdauern in Abhängigkeit der thermischen Zeitkonstante des Absorbers getroffen. Die thermische Zeitkonstante beschreibt in diesem Zusammenhang die absorberspezifische Zeit, in der die von dem Absorber abgegebene Wärmeenergie auf 50 % der zuvor absorbierten Energie abgefallen ist. In eigenen Testreihen hat sich gezeigt, dass ein gepulster Betrieb der Strahlenquellen regelmäßig für einen besseren Energieeintrag in den Absorber sorgt und damit indirekt einen besseren Energieeintrag in die Zusammensetzung ermöglicht. Ohne an diese Theorie gebunden sein zu wollen, wird dies darauf zurückgeführt, dass der Absorber zwischen den Pulsen im gewissen Maße Zeit hat, dem Gleichgewichtszustand entgegenzustreben.
Bevorzugt kann die Strahlenquelle während einer Einschaltdauer kontinuierlich und während einer sich an die Einschaltdauer anschließenden Zeitdauer gepulst betrieben werden. Die Einschaltdauer hat vorzugsweise eine Dauer von 1 ms bis 1000 ms, bevorzugt 10 ms bis 1000 ms, weiter bevorzugt 100 ms bis 1000 ms.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei die Strahlenquelle dazu eingerichtet ist, in einem zweiten Betriebsmodus als Strahlungssensor, insbesondere als Infrarotsensor zu fungieren. Entsprechende Verdampfersysteme sind besonders vorteilhaft, weil sie ohne das Hinzufügen eines weiteren Bauteils und mit lediglich minimalen Änderungen in der Ansteuerung der zum Energieeintrag in den Absorber verwendete Strahlenquelle auch dazu benutzt werden kann, Strahlung zu detektieren. Dies lässt sich beispielsweise einsetzen, um durch die Detektion von Infrarotstrahlung eine Aussage über die Temperatur der Komponenten im ersten Element zu treffen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei das Verdampfersystem zumindest zwei Strahlenquellen umfasst, die vorzugsweise separat und unabhängig voneinander gesteuert werden können.
Erfindungsgemäße Verdampfersysteme mit einer Strahlenquelle für monochromatische elektromagnetische Strahlung sind besonders präzise einzustellen und erlauben es, den Absorber ganz genau auf die spezifische Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung abzustimmen. Solche zumeist laserbasierten Verdampfersysteme sind angesichts der häufig komplizierten apparativen Voraussetzung und der Anfälligkeit für Erschütterungen und Verschmutzungen jedoch derzeit vor allen Dingen für stationäre Verdampfersysteme interessant, in denen das erste Element stabiler ausgelegt werden kann und auch erschütterungssensitive Komponenten sicher aufnehmen kann. Auch wenn es für mobile Anwendungen prinzipiell vorstellbar ist, eine quasi-monochromatische elektromagnetische Strahlung durch den Einsatz von Filtern zu erzeugen, so kann dies doch mit unerwünschten Effizienzverlusten einhergehen. Deswegen ist es besonders vorteilhaft, grundsätzlich Strahlenquellen zu verwenden, die inhärent zwar nicht monochromatisch sind, aber von sich aus eine niedrige spektrale Bandbreite aufweisen. Dabei hat sich in der Praxis jedoch gezeigt, dass es von einem Kosten-Nutzen-Standpunkt aus betrachtet häufig nicht ratsam ist, zu viel Geld in das Bemühen zu investieren, im Bereich von bereits niedrigen spektralen Bandbreiten noch eine weitere minimale Verbesserung zu erreichen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei die elektromagnetische Strahlung monochromatisch ist oder zumindest 90 % der Intensität in einen Wellenlängenbereich von +- 20 %, bevorzugt +- 10 %, besonders bevorzugt +- 5 %, um das Intensitätsmaximum herum aufweist, ganz besonders bevorzugt um das Intensitätsmaximum herum eine spektrale Bandbreite bei 50 % der Maximalintensität von 5 bis 70 nm, bevorzugt 10 bis 50 nm, besonders bevorzugt, 15 bis 30 nm aufweist.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei die elektromagnetische Strahlung das höchste Intensitätsmaximum im Wellenlängenbereich zwischen 10 cm und 120 nm, bevorzugt zwischen 1 cm und 200 nm, besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 280 nm, ganz besonders bevorzugt zwischen 50 µm und 380 nm, insbesondere bevorzugt zwischen 500 nm und 350 nm.
Wie vorstehend erläutert, ist die Erfindung auch deswegen so vorteilhaft, weil das zugrundeliegende Konzept prinzipiell für eine große Bandbreite an elektromagnetischen Strahlungen einsetzbar ist. Unter dem Gesichtspunkt der Alltagspraktikabilität, gerade unter Sicherheitsaspekten, ist jedoch klar ersichtlich, warum der Einsatz von Strahlungen im vorstehend angegebenen Bereich, insbesondere zwischen Infrarot und UV, besonders bevorzugt ist.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Absorber dazu eingerichtet ist, die von der Strahlenquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zumindest zu 50 %, bevorzugt zumindest zu 75 %, besonders bevorzugt zumindest zu 90 %, zu absorbieren und zumindest zu 20 %, bevorzugt zumindest zu 50 %, besonders bevorzugt zumindest zu 75 %, ganz besonders bevorzugt zumindest zu 90 % in thermische Energie umzuwandeln und/oder zumindest zu 20 %, bevorzugt zumindest zu 50 %, besonders bevorzugt zumindest zu 75 %, ganz besonders bevorzugt zumindest zu 90 % als elektromagnetische Strahlung mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhöhter Wellenlänge zu emittieren, mit der Maßgabe, dass nie mehr als 100% der absorbierten elektromagnetischen Strahlung umgewandelt wird.
Entsprechende Verdampfersysteme sind bevorzugt, weil sie Verluste durch eine unzureichende Absorption minimieren, wobei der Absorber durch die Wahl eines geeigneten Materials bzw. geeigneten Beschichtung, sowie einer passenden Geometrie- und Oberflächenstruktur, die insbesondere auf die Anordnung zur Strahlenquelle abgestimmt sein sollte, entsprechend eingerichtet werden kann. Ebenfalls durch die Wahl des Materials lässt sich für den Fachmann steuern, ob die Strahlung mehrheitlich in thermische Energie oder in emittierte elektromagnetische Strahlung erhöhter Wellenlänge geht.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei die Absorptionseigenschaften des Absorbers durch eine Beschichtung erzeugt und/oder modifiziert werden.
Entsprechende Verdampfersysteme sind ganz besonders bevorzugt, weil sich in eigenen Experimenten erfreulicherweise gezeigt hat, dass sich durch die Wahl geeigneter Beschichtung die Absorptionseigenschaften des Absorbers gezielt steuern lassen. Insbesondere lässt sich durch die Beschichtung ansonsten nicht absorbierender Bauteile, beispielsweise Teile des Reservoirs, aus diesen zumindest abschnittsweise ein Absorber im Sinne der vorliegenden Erfindung erzeugen. Geeignete Beschichtungen sind durch die Wahl geeigneter Farbstoffe auf die Strahlenquelle abgestimmt. Geeignete Pigmente für eine entsprechende Beschichtung sind beispielsweise Vantablack, ein auf Kohlenstoffnanoröhren basierendes Material, oder Pigmente wie Mars Black (ein Eisenoxidpigment), Ruß, Holzkohle, Kernschwarz, Schieferschwarz oder Frankfurter Schwarz. Alternativ kann die Oberfläche von als Absorber vorgesehenen Bauteilen auch selektiv durch eine geeignete Oberflächenbehandlung in ihrer Absorption erhöht werden, beispielsweise durch das chemische Ätzen einer Nickel-Phosphor-Legierung, wobei die resultierende Oberfläche als Super Black bekannt ist.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Absorber eine strukturierte Oberfläche mit einer mittleren Oberflächenrauigkeit Ra im Bereich von 0,2 µm bis 1 mm, bevorzugt 1 µm bis 500 µm, vorzugsweise im Bereich von 2 µm bis 100 µm, aufweist, so dass die Benetzbarkeit des Absorbers und/oder die Absorptionsfähigkeit des Absorbers in Bezug auf die absorbierte elektromagnetische Strahlung verändert, insbesondere verbessert, wird.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Absorber eine Membran aufweist, die durch die Wechselwirkung mit der elektromagnetischen Strahlung in mechanische Schwingung versetzt werden kann und dadurch geeignet ist, die flüssige Zusammensetzung zu zerstäuben.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Absorber zumindest abschnittsweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,3 W/(m*K), vorzugsweise mehr als 20 W/(m*K), weiter vorzugsweise mehr als 100 W/(m*K) aufweist, wobei der Absorber vorzugsweise zudem abschnittsweise eine niedrige Wärmeleitfähigkeit von weniger als 10 W/(m*K), vorzugsweise weniger als 5 W/(m*K), mehr vorzugsweise weniger als 0,5 W/(m*K), sehr bevorzugt weniger als 0,3 W/(m*K) aufweist. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit führt zu einem Vorwärmen der Zusammensetzung benachbart zum Absorber. Dadurch kann bei einer flüssigen Zusammensetzung vorteilhaft die Viskosität der Zusammensetzung beeinflusst werden, bevorzugt zu einer Herabsetzung der Viskosität, beeinflusst werden. Eine niedrige Wärmeleitfähigkeit des Absorbers führt zu einer optimierten lokalen Energieeintrag.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Absorber im Reservoir angeordnet ist, vorzugsweise am Boden des Reservoirs, im Boden eingelassen, an einer Wand des Reservoirs und/oder in eine Wand eingelassen, wobei der Absorber vorzugsweise durch einen Bereich des Reservoirs stoffschlüssig umschlossen ist.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Absorber einen Teil der Außenhülle des Reservoirs bildet.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Absorber eine niedrige Wärmekapazität aufweist, besonders bevorzugt eine niedrigere Wärmekapazität als die mittlere Wärmekapazität der im Reservoirs verwendeten Materialien, besonders bevorzugt der Materialien, die mit dem Absorber in Kontakt stehen, aufweist. Entsprechende erfindungsgemäße Verdampfersysteme sind bevorzugt, weil ein Absorber mit einer niedrigen Wärmekapazität besonders schnell auf Temperaturänderungen reagieren kann, da der Absorber eine sogenannte geringe thermische Masse aufweist. Entsprechende Verdampfersysteme sind entsprechend weniger träge als vergleichbare Systeme und stehen nach einem abgeschlossenen Verdampfungsintervall schneller wieder im Ausgangszustand zur Verfügung.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Absorber mit einem zusätzlichen Wärmeleiter verbunden ist, der dazu eingerichtet ist, die thermische Energie vom Absorber zu einem Verdampfungsbereich zu leiten, in dem die Zusammensetzung verdampft werden kann, wobei der Wärmeleiter vorzugsweise Metall, Halbleiter, Glas Keramik, Kunststoff oder Heatpipes umfasst, wobei der Wärmeleiter bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,3 W/(m*K), vorzugsweise mehr als 20 W/(m*K), weiter vorzugsweise mehr als 100 W/(m*K) , aufweist.
Aus baulichen Gründen kann es bevorzugt sein, die Erzeugung der Wärmeenergie im Absorber räumlich von der Verdampfung der Zusammensetzung zu trennen. In diesem Fall ist es notwendig, die im Absorber erzeugte thermische Energie über einen Wärmeleiter zu einem Verdampfungsbereich zu leiten, also einem Bereich, in dem die Zusammensetzung am Wärmeleiter mit der vom Absorber erhaltenen thermischen Energie verdampft wird. Dementsprechend sind entsprechende Verdampfersysteme bevorzugt, weil sie eine noch weiter erhöhte Flexibilität hinsichtlich der Anordnung der im Verdampfersystem verwendeten Komponenten erlauben.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei das Verdampfersystem zumindest zwei separate Absorber umfasst, wobei die zwei Absorber vorzugsweise mit zwei voneinander separierten Abschnitten des Reservoirs in Kontakt stehen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei die Zusammensetzung fest oder flüssig, bevorzugt flüssig, ist, wobei die Zusammensetzung bevorzugt eine Lösung, bevorzugt eine wässrige Lösung, ein Öl, ein Gel, ein Pulver oder eine Paste ist.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei die Strahlungsleitung im Strahlungsleiter auf Total- und/oder Teilreflexion basiert. Mit anderen Worten kann der Strahlungsleiter ein Material aufweisen, das die von der Strahlenquelle emittierte elektromagnetische Strahlung nach dem Prinzip der Reflexion der elektromagnetischen Strahlung an den Grenzflächen des Strahlungsleiters leitet. Derartige Materialien sind dem Fachmann im Zusammenhang mit der Lichtwellenleitung durch Glasfasern bekannt. Der Strahlungsleiter kann beispielsweise ein Glas, z.B. in Form von Glasfasern, oder einen Kunststoff, bspw. PMMA oder Polycarbonat, aufweisen, der für den Zweck der Strahlungsleitung in Bezug auf die elektromagnetische Strahlung geeignet ist. Der Strahlungsleiter kann sowohl eine reine lichtleitende Wirkung als auch eine die elektromagnetische Strahlung beeinflussende Wirkung haben, wobei er dann auch als Strahlenformer wirkt.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Strahlungsleiter in zumindest eine Richtung transparent für zumindest einen Teil der von der Strahlenquelle emittierten Strahlung, vorzugsweise für Strahlung mit der Wellenlänge am Intensitätsmaximum, ist.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Strahlungsleiter evakuierte Abschnitte umfasst.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Strahlungsleiter ein oder mehrere strahlungsleitende Materialien umfasst, welche ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen, bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Gläsern, Kunststoffe, mineralische Werkstoffe, organische Flüssigkeiten, Luft und Aerosole, und besonders bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus dotierten und nicht-dotierten Quarzgläsern, Kunstharz, Polyethylen, Polyurethan, Polyethylterephtalat, Polypropylen, Polycyclohexylendimethylenterephthalat, mineralische Kristalle, Saphire, Bergkristalle, Diamant, Ethylenglykol, Propylenglykol, Glycerin und Luft.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Strahlungsleiter zur Anpassung der Strahlungsleitung Linsen, insbesondere Konkav- und/oder Konvexlinsen, und/oder vollspiegelnde oder teilspiegelnde Spiegel, insbesondere Konkav- und/oder Konvexpiegel, und/oder optische Resonatoren umfasst und/oder prisma-artig und/oder in unterschiedlich leitende Bereiche segmentiert ausgeführt ist.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Strahlungsleiter zumindest abschnittsweise quaderförmig, kugelförmig, ringförmig, torusförmig, scheibenförmig, U-Scheibenförmig, streifenförmig, würfelförmig, strangförmig, strangförmig verdickend, strangförmig verjüngend, gebogen, gekrümmt, asymmetrisch und/oder symmetrisch ausgeführt ist.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Strahlungsleiter zumindest abschnittsweise ringförmig oder halbkreisförmig um den Absorber herum angeordnet ist.
Entsprechende erfindungsgemäße Verdampfersysteme sind bevorzugt, weil eine zumindest abschnittsweise ringförmige Anordnung des Strahlungsleiters um den Absorber herum zu einer besonders großflächigen Bestrahlung des Absorbers führt, was in einer besonders effizienten Ausnutzung der vom Absorber zur Verfügung stehende Oberfläche zur Folge hat, und damit im Verhältnis zur Masse des Absorbers eine besonders hohe Absorption und damit Erzeugung von thermischer Energie und/oder elektromagnetischer Strahlung mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhöhter Wellenlänge verursacht.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Strahlungsleiter kontrolliert hergestellte oder statistisch erzeugte Kanäle, bevorzugt kapillare Kanäle, aufweist, die durch den Strahlungsleiter führen und/oder poröse Abschnitte aufweist.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Strahlungsleiter Bereiche mit höherem oder niedrigerem Ordnungsgrad aufweist, die zumindest abschnittsweise andere physikalische Eigenschaften aufweisen, als der übrige Strahlungsleiter, und/oder wobei der Strahlungsleiter vorzugsweise abschnittsweise opak ist.
Ganz besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, zusätzlich umfassend ein kapillares oder poröses Material, welches derart zwischen dem Reservoir und dem Absorber angeordnet ist, dass der Transport einer flüssigen Zusammensetzung aus dem Reservoir zum Absorber durch Kapillarkräfte ermöglicht wird, wobei vorzugsweise zumindest eine Seite des Absorbers vollständig von dem kapillaren oder porösen Material bedeckt wird. Bei dem kapillaren oder porösen Material kann es sich um einen Docht handeln, wie er so ähnlich auch in Docht-Wendel-Systemen eingesetzt wird.
Entsprechende erfindungsgemäße Verdampfersysteme sind bevorzugt, weil durch das kapillare oder poröse Material der Transport der flüssigen Zusammensetzung aus dem Reservoir hin zum Absorber befördert wird. Das entsprechende poröse Material saugt sich mit der Zusammensetzung voll und stellt diese in der Nähe des Absorbers zur Verfügung, sodass dieses dort verdampft werden kann. Dadurch wird nicht nur der unkontrollierte Fluss der Zusammensetzung hin zum Absorber oder durch diesen hindurch (oder sogar an diesem vorbei) aus der Kartusche heraus verhindert oder zumindest verlangsamt, sondern es wird auch unabhängig von der Orientierung des Verdampfersystems und des Füllzustands im Reservoir sichergestellt, dass stets genug Zusammensetzung in der Nähe des Absorbers vorliegt, um eine ausreichende Verdampfung sicherzustellen und damit auch das Auftreten des Leidenfrost-Effekts am Absorber zu verhindern oder zu verringern.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, zusätzlich umfassend ein oder mehr Sensoreinheiten, wobei die ein oder mehr Sensoreinheiten ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Strahlungssensoren, insbesondere Infrarotsensoren, Temperatursensoren, Drucksensoren, Durchflusssensoren, Strommessgeräte, Spannungsmessgeräte, Lagesensoren, Massenstromsensoren, Volumenstromsensoren, Füllstandssensoren zur Bestimmung des Füllstandes im Tank, optische Sensoren, chemische Sensoren, chemische Analysevorrichtungen.
Entsprechende erfindungsgemäße Verdampfersysteme sind bevorzugt, weil es mit ihnen möglich ist, umfassende Informationen über das Verdampfersystem zu gewinnen, auch während des Betriebes. Dies ermöglicht eine besonders genaue Überwachung des Systems und ermöglicht es so beispielsweise, sich ankündigende oder bereits auftretende Fehler frühzeitig zu erkennen. Über geeignete Sensoren, beispielsweise Drucksensoren und Durchflusssensoren, lässt sich gerade bei medizinischen Anwendungen zudem sicherstellen, dass die Patienten die vorgesehene Menge an Inhalat, d.h. der verdampften Zusammensetzung, tatsächlich aufgenommen haben. Durch Temperatursensoren oder chemischen Sensoren lässt sich darüber hinaus feststellen, ob die Betriebsbedingungen des Verdampfersystems ggf. zur Entstehung von unerwünschten, schädlichen Substanzen geführt haben oder ob davon, basierend auf der gemessenen Temperatur, zumindest auszugehen ist. Bevorzugt sind die ein oder mehreren Sensoreinheiten mit einer Not-Aus-Vorrichtung verknüpft, die im Falle der Überschreitung bestimmter Messwerte die Fortsetzung des Betriebs verhindert.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, zusätzlich umfassend einen ergänzenden Tank zur Aufnahme von sauberer Luft, wobei der ergänzende Tank vorzugsweise ein Druckbehälter ist.
Entsprechende erfindungsgemäße Verdampfersysteme sind ganz besonders bevorzugt für medizinische Applikationen. Die tiefe Inhalation der verdampften Zusammensetzung, die mit Blick auf die ausreichende Applikation des Wirkstoffes oft wünschenswert und erforderlich ist, kann den Patienten grundsätzlich einem erhöhten Risiko aussetzen, da natürlich auch andere, potentiell unerwünschte, Bestandteile mit der aufgenommenen Atemluft besonders tief in die Lunge eindringen können. Gerade in Großstädten und Metropolen ist die Luftqualität, insbesondere hinsichtlich der Smog- und Feinstaubbelastung, jedoch in einigen Fällen so schlecht, dass es für einen Patienten mit Atemwegserkrankungen potentiell ungesund sein kann, so tief zu inhalieren. Ebenso entsteht ein Risiko, wenn die Applikation beispielsweise in einem gut gefüllten Krankenhaus erfolgt, wo nicht auszuschließen ist, dass beispielsweise durch Tröpfcheninfektion übertragbare Krankheiten bei der Inhalation des Wirkstoffes aufgenommen werden, beispielsweise von dem hustenden Sitznachbarn im Wartebereich. Deshalb ist besonders positiv, dass mit dem bevorzugten Verdampfersystem kontrolliert saubere Frischluft aus einem ergänzenden Tank bereitgestellt werden kann, wodurch diese Probleme umgangen werden. Vor dem gleichen Hintergrund ist es, als ergänzende oder alternative Ausgestaltung, auch bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Verdampfersystem über einen Zulufteinlass verfügt, an dem ein Luftfilter angeordnet ist, der beispielsweise dafür eingerichtet ist, Pollen oder Feinstaub herauszufiltern. Entsprechend ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem bevorzugt, zusätzlich umfassend einen Luftfilter, wobei der Luftfilter bevorzugt am Zulufteinlass angeordnet ist.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, zusätzlich umfassend eine Auslassöffnung und einen mit dieser Auslassöffnung verbundenen Schlot, wobei der Schlot so angeordnet ist, dass die verdampfte Zusammensetzung vom Absorber zur Auslassöffnung gelangen kann, wobei der Schlot vorzugsweise mit einem Zulufteinlass verbunden ist, durch den Luft durch den Schlot zur Auslassöffnung gelangen kann, so dass diese als Trägermedium für die verdampfte Zusammensetzung dient, wobei der Schlot vorzugsweise koaxial vom Reservoir umgeben wird und vorzugsweise durch die Wände des Reservoirs gebildet wird, oder wobei der Schlot zumindest abschnittsweise vom Absorber gebildet wird oder wobei der Schlot zwischen dem ersten und dem zweiten Element gebildet wird.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, zusätzlich umfassend eine Leiterplatte und eine Steuereinrichtung für die Strahlenquelle.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, zusätzlich umfassend einen Strahlenformer, der zur Umlenkung, Reflektion, Streuung oder Bündelung der elektromagnetischen Strahlung geeignet ist. Beispiele für einen Strahlungsformer sind optische Filter, Linsen, Spiegel und weiter unten im Zusammenhang mit der Ausgestaltung des Strahlungsleiters zu finden. Entsprechende Verdampfersysteme sind bevorzugt, weil der Einsatz von Strahlenformern zur Umlenkung, Reflexion, Streuung, oder Bündelung der elektromagnetischen Strahlung die Flexibilität bei der Anordnung der ersten und zweiten Elemente zueinander sowie der Komponenten in den jeweiligen Elementen erheblich erhöht.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei der Absorber so im Verdampfersystem angeordnet ist, dass die im Reservoir aufgenommene Zusammensetzung mit dem Absorber in Kontakt steht oder mit diesem in Kontakt gelangen kann.
Die Erfindung betrifft zudem eine Kartusche für ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem zum Verdampfen einer Zusammensetzung, umfassend:

- zumindest ein Reservoir zur Aufnahme der Zusammensetzung, und
- zumindest einen Absorber, der dazu eingerichtet ist, von einer externen Strahlenquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise zu absorbieren und diese zumindest teilweise in thermische Energie umzuwandeln und/oder diese zumindest teilweise als elektromagnetische Strahlung mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhöhter Wellenlänge zu emittieren,

Entsprechende erfindungsgemäße Kartuschen sind für ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem geeignet und weisen den vorstehend als besonders vorteilhaft identifizierten Absorber auf, der so in der Kartusche angeordnet ist, dass er von außerhalb der Kartusche mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt werden kann. Die Vorteile entsprechender erfindungsgemäßer Kartuschen ergeben sich aus den vorstehenden Ausführungen. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Kartusche so ausgelegt, dass Sie nicht wieder befüllt und/oder ohne Aufbereitung wiederverwertet werden kann.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine tragbare Verdampfungsvorrichtung umfassend ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem zum Verdampfen einer Zusammensetzung oder eine erfindungsgemäße Kartusche, wobei das erste Element und das zweite Element reversibel und zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind.
Die Vorteile entsprechender erfindungsgemäßer tragbarer Verdampfungsvorrichtungen ergeben sich aus den vorstehenden Ausführungen.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Absorber für ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem zum Verdampfen einer Zusammensetzung, wobei der Absorber dazu eingerichtet ist, die von einer Strahlenquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise zu absorbieren und diese zumindest teilweise in thermische Energie umzuwandeln und/oder diese zumindest teilweise als elektromagnetische Strahlung mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhöhter Wellenlänge zu emittieren,
wobei der Absorber ein dreidimensionaler Körper ist, dessen Ausdehnung in zwei Raumrichtungen größer oder zumindest gleich der Ausdehnung in die dritte Raumrichtung ist, vorzugsweise eine Platte mit beliebiger Grundfläche, insbesondere eine Scheibe, oder ein Quader, wobei der Absorber vorzugsweise zumindest eine ebene oder gekrümmte Oberfläche aufweist, bevorzugt zumindest zwei, besonders bevorzugt zumindest vier ebene Oberflächen,
wobei der Absorber über Kanäle, vorzugsweise kapillare Kanäle, verfügt und/oder ein poröser Festkörper ist, so dass ein Durchtritt der flüssigen Zusammensetzung durch den Absorber möglich ist.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Absorbers ergeben sich durch Einbeziehung der oben genannten Merkmale.
Erfindungsgemäße Absorber mit einer entsprechenden Struktur haben sich in eigenen Versuchen nicht nur als besonders leistungsfähig bei der Verdampfung erwiesen, sondern sind ganz besonders vorteilhaft für den Einsatz in erfindungsgemäßen Verdampfersystemen, da sie nicht nur als Absorber funktionieren können, sondern auch die Zusammensetzung im Inneren des Reservoirs gegen die Außenwelt abschließen können, sodass diese nur dann durch den Absorber aus dem zweiten Element dringen kann, wenn dieser durch Beaufschlagung mit elektromagnetischer Strahlung erhitzt wird, so dass die verdampfende Zusammensetzung austritt.
Die Erfindung betrifft auch eine Zusammensetzung für ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, umfassend zumindest eine Wirkstoffkomponente, zumindest eine höher als die Wirkstoffkomponente siedende erste Trägersubstanz und zumindest eine niedriger als die Wirkstoffkomponente siedende zweite Trägersubstanz, wobei die Zusammensetzung zumindest ein Additiv umfasst, das die Absorptionsfähigkeit der Zusammensetzung für elektromagnetische Strahlung bei einer Wellenlänge im Bereich von 50 µm bis 700 nm erhöht und/oder wobei die Zusammensetzung zumindest eine Art von Partikeln umfasst, entweder als Mischung oder Dispersion, die als Absorbermaterial dazu geeignet ist, die von einer Strahlenquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise zu absorbieren und diese zumindest teilweise in thermische Energie umzuwandeln und/oder diese zumindest teilweise als elektromagnetische Strahlung mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhöhter Wellenlänge zu emittieren.
Entsprechende erfindungsgemäße Zusammensetzungen sind bevorzugt, weil sich in umfassenden Tests der Erfinder gezeigt hat, dass das Verdampfungsverhalten einer Zusammensetzung besonders vorteilhaft ist, wenn neben der Wirkstoffkomponente, die einen bestimmten Siedepunkt aufweist, zumindest zwei Trägersubstanzen vorhanden sind, deren Siedepunkt zum einen höher und zum anderen niedriger liegt als der der Wirkstoffkomponente. Dadurch wird eine für den Wirkstoff optimale Verdampfungstemperatur der Zusammensetzung erzielt, während die höher siedende Komponente verhindert, dass das System vor der Verdampfung des restlichen Wirkstoffs trockenfällt.
Bevorzugt ist daher auch ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei die Zusammensetzung zumindest eine Wirkstoffkomponente, zumindest eine höher als die Wirkstoffkomponente siedende erste Trägersubstanz und zumindest eine niedriger als die Wirkstoffkomponente siedende zweite Trägersubstanz umfasst, wobei die Wirkstoffkomponente vorzugsweise Nikotin, Tetrahydrocannabinol, Cannabidiol oder Stoffe der entsprechenden Stoffklassen umfasst und die Zusammensetzung vorzugsweise zudem ein oder mehrere Lösungsmittel umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1,2-Propandiol, Glyzerin und Wasser.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung ist spezifisch auf das erfindungsgemäße Verdampfersystem und das erfindungsgemäße Verfahren abgestimmt und umfasst einen Farbstoff, der die Absorptionsfähigkeit der Zusammensetzung in dem Wellenlängenbereich erhöht in dem der Absorber zumeist die zu größeren Wellenlängen verschobenen elektromagnetische Strahlung emittiert. Dadurch kann eine erfindungsgemäße Zusammensetzung durch den Absorber besonders effizient verdampft werden, da die vom Absorber emittierte elektromagnetische Strahlung besonders effizient absorbiert wird. Zusätzlich oder alternativ umfasst die erfindungsgemäße Zusammensetzung als Mischung oder Dispersion Partikel, die als einzige oder zusätzliche Absorber die Funktion des Absorbers im erfindungsgemäßen Verdampfersystem übernehmen können. Wie vorstehend erläutert, hat eine entsprechende Zusammensetzung damit nicht nur Vorteile hinsichtlich der effizienten Verdampfung, sondern ermöglicht es auch, den Absorber nach der Benutzung rückstandslos aus dem zweiten Element zu entfernen, beispielsweise durch Ausspülen der Zusammensetzungsreste.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Zusammensetzung zur Verwendung bei der Behandlung von Atemwegserkrankungen oder der Behandlung von Schmerzen, wobei die Zusammensetzung vorzugsweise durch die Wechselwirkung der Zusammensetzung mit elektromagnetischer Strahlung verdampft und vom Patienten inhaliert wird.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein räumliches Nebeneinander von mehreren Komponenten eines erfindungsgemäßen Verdampfersystems bzw. einer erfindungsgemäßen Verdampfungsvorrichtung, umfassend:

A. ein erstes Element als Mehrwegteil umfassend zumindest eine elektrische Energiequelle und mit diesem verbunden zumindest eine Strahlenquelle, die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren, und
B ein oder mehrere zweite Elemente als Einwegteil, bevorzugt eine erfindungsgemäße Kartusche, umfassend in zumindest einem Reservoir eine zur Verdampfung bestimmte Zusammensetzung und einen Absorber der dazu eingerichtet ist, die von der Strahlenquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise zu absorbieren und diese zumindest teilweise in thermische Energie umzuwandeln und/oder diese zumindest teilweise als elektromagnetische Strahlung mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhöhter Wellenlänge zu emittieren,

Das erfindungsgemäße räumliche Nebeneinander der angeführten Komponente ist deshalb bevorzugt, weil sich erfindungsgemäße Verdampfersysteme und erfindungsgemäße Verdampfungsvorrichtungen in dieser Form wesentlich sicher lagern und transportieren lassen und somit für den Verkauf besser geeignet sind. Die Lagerung und der Verkauf in einem zusammengebauten Zustand birgt stets das Restrisiko, dass das Verdampfersystem ungewollt aktiviert wird, was für das räumliche Nebeneinander der Komponenten ausgeschlossen werden kann.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass das räumliche Nebeneinander gleich mehrere zweite Elemente enthält, die als Wechselkartuschen für den Verwender zur Verfügung stehen, sobald die initiale Kartusche leer ist. In besonders bevorzugten Ausgestaltungen umfassen die enthaltenen zweiten Elemente unterschiedliche Zusammensetzungen, beispielsweise Liquids mit verschiedenen Geschmacksrichtungen oder Zusammensetzungen mit unterschiedlichen medizinischen Wirkstoffen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäß räumliches Nebeneinander, zusätzlich umfassend ein Ladegerät für die elektrische Energiequelle,
und/oder
zusätzlich umfassend eine Bedienungsanleitung,
und/oder
zusätzlich umfassend eine Nachfüllvorrichtung zum Einfüllen der Zusammensetzung in ein zweites Element,
und/oder
ein Gebinde umfassend die Zusammensetzung,
und/oder
einen Datenträger umfassend ein Computerprogrammprodukt, welches bei Ausführung auf einer Datenverarbeitungseinrichtung diese dazu veranlasst, ein Verfahren zur Steuerung oder Einstellung eines Verdampfersystems auszuführen.
Ebenfalls betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verdampfen einer Zusammensetzung in einem Verdampfersystem, umfassend die Schritte:

a) Bereitstellen eines ersten Elements umfassend zumindest eine mit einer elektrischen Energiequelle verbundene Strahlenquelle, die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren,
b) Bereitstellen eines zweiten Elements umfassend zumindest ein Reservoir zur Aufnahme der Zusammensetzung und zumindest einen Absorber, der dazu eingerichtet ist, die von der Strahlenquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise zu absorbieren und diese zumindest teilweise in thermische Energie umzuwandeln und/oder diese zumindest teilweise als elektromagnetische Strahlung mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhöhter Wellenlänge zu emittieren,
c) Verbinden des ersten Elements mit dem zweiten Element, sodass durch einen Strahlungsleiter eine strahlenleitende Verbindung zwischen der Strahlenquelle und dem Absorber gebildet wird,
d) Aktivieren der Strahlenquelle und dadurch Verdampfen der Zusammensetzung durch die vom Absorber durch Umwandlung aus der elektromagnetischen Strahlung erhaltene thermische Energie und/oder durch die die vom Absorber emittierte elektromagnetische Strahlung mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erhöhter Wellenlänge.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft, weil es die kontrollierte und sichere Verdampfung einer Zusammensetzung ermöglicht, und das in einem Verdampfersystem, welches mit hoher Betriebssicherheit betrieben werden kann. Das Verfahren ist dabei besonders einfach und kann auch von einem wenig technik-affinen Anwender ohne spezifische Einweisung ausgeführt werden. Die Verdampfung in dem erfindungsgemäßen Verfahren ist dabei auch besonders kontrolliert, da die Aktivierung der Strahlenquelle einen besonders präzisen Energieeintrag über den Absorber in die Zusammensetzung ermöglicht. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst bevorzugt nach Schritt d) den Schritt d1), welcher das Inhalieren der verdampften Zusammensetzung, vorzugsweise nikotinhaltigen Zusammensetzung, darstellt.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, zusätzlich umfassend nach Schritt d) den Schritt:

e) Lösen der mit einander verbundenen ersten und zweiten Elemente, sowie einen oder mehrere der folgenden Schritte:
f1) Bereitstellen eines weiteren zweiten Elements und Verbinden des weiteren zweiten Elements mit dem ersten Element zum Verdampfen der Zusam m ensetzu ng,
f2) Nachfüllen des Reservoirs im zweiten Element zum Erzeugen eines aufgefüllten zweiten Elements und Verbinden des aufgefüllten zweiten Elements mit dem ersten Element zum Verdampfen der aufgefüllten Zusammensetzung, oder
f3) Recycling des zweiten Elements.

Ein entsprechendes Verfahren ist bevorzugt, weil es besonders ressourcenschonend ist und gleichzeitig eine besonders langandauernde, nur kurzzeitig unterbrochene Inhalation ermöglicht. Sofern der Bedarf besteht, kann eine verbrauchte Kartusche direkt gegen eine unverbrauchte Kartusche ausgetauscht und das Verdampfersystem erneut in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Reservoir dem verbrauchten zweiten Element aufgefüllt werden. Dies reduziert den Bedarf an weiteren Kartuschen, wird aber mit Blick auf die Betriebssicherheit regelmäßig als nachteilig empfunden. Besonders vorteilhaft ist es, die verbrauchte Kartusche dem Recycling zuzuführen.
Bevorzugt ist daher ein erfindungsgemäßes Verfahren, zusätzlich umfassend den Schritt:

h) Reinigen des Reservoirs im zweiten Element, wobei bevorzugt der Absorber entfernt wird,

Entsprechende Verfahren sind deshalb besonders vorteilhaft, weil das vorhergehende Reinigen des Reservoirs im zweiten Element Rückstände von Fremdkomponenten, beispielsweise Partikel des Absorbermaterials, entfernt und damit das zweite Element für ein späteres Recycling vorbereitet.
Offenbart wird zudem die Verwendung einer Strahlenquelle, eines Absorbers, bevorzugt eines erfindungsgemäßen Absorbers, oder einer Zusammensetzung, bevorzugt einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung, in einem erfindungsgemäßen Verdampfungssystem.
Als Alternative zu dem erfindungsgemäßen Verdampfersystem wird ein Verdampfersystem offenbart, wobei das Verdampfersystem eine nicht transparente Zusammensetzung umfasst, deren ein oder mehrere Absorptionsmaxima bei einer Wellenlänge liegen, die von der Strahlenquelle emittiert wird, bevorzugt bei einer Wellenlänge die innerhalb von 20 %, bevorzugt innerhalb von 10 %, besonders bevorzugt innerhalb von 5 %, um das Intensitätsmaximum der Emission der Strahlenquelle liegen, so dass der Absorber durch die Zusammensetzung gebildet wird, wobei die Zusammensetzung vorzugsweise einen Farbstoff umfasst.
Nachfolgend werden die Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in unterschiedlichen Figuren gleiche Bauteile.
In den Figuren zeigen:

1 eine schematische Flussdarstellung des Energie- und Massentransports zwischen den Komponenten eines erfindungsgemäßen Verdampfersystems;
2 eine schematische Flussdarstellung des Energie- und Massentransports zwischen den Komponenten eines erfindungsgemäßen Verdampfersystems mit Visualisierung des ersten und zweiten Elements;
3 einen schematischen Querschnitt durch ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Verdampfersystem;
4a-4c drei schematische Darstellungen (4a, 4b, 4c) beispielhafter relativer Anordnungen einer Strahlenquelle und eines Absorbers zueinander;
5a-5c drei schematische Querschnittsdarstellung (5a, 5b, 5c) beispielhafter relativer Anordnungen einer Strahlenquelle und eines Absorbers zueinander in einem Ausschnitt eines erfindungsgemäßes V erdam pfersystem s;
6 eine schematische Querschnittsdarstellung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verdampfersystems;
7 einen Ausschnitt einer schematische Querschnittsdarstellung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verdampfersystems;
8 einen Ausschnitt einer schematische Querschnittsdarstellung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verdampfersystems mit Vergrößerung des Verbindungsbereiches zwischen dem ersten und dem zweiten Element;
9 einen Ausschnitt einer schematische Querschnittsdarstellung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verdampfersystems;
10 einen Ausschnitt einer schematische Querschnittsdarstellung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verdampfersystems;
11 einen Ausschnitt einer schematische Querschnittsdarstellung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verdampfersystems;
12 einen Ausschnitt einer schematische Querschnittsdarstellung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verdampfersystems mit Vergrößerung des Verbindungsbereiches zwischen dem ersten und dem zweiten Element;
13 eine schematische Querschnittsdarstellung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verdampfersystems;
14 eine schematische Querschnittsdarstellung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verdampfersystems;
15 eine schematische Querschnittsdarstellung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verdampfersystems;
16 eine schematische Querschnittsdarstellung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verdampfersystems;
17 ein schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt eine schematische Flussdarstellung des Energie- und Massentransports zwischen den Komponenten eines erfindungsgemäßen Verdampfersystems 10. Diese Darstellung veranschaulicht schematisch die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verdampfersystems.
Die Strahlenquelle 18 emittiert elektromagnetische Strahlung 20, die durch den Strahlungsleiter 30 auf den Absorber 26 trifft, der dazu eingerichtet ist, die von der Strahlenquelle 18 emittierte elektromagnetische Strahlung 20 zumindest teilweise zu absorbieren und diese zumindest teilweise in thermische Energie 28 umzuwandeln und/oder diese zumindest teilweise als elektromagnetische Strahlung 21 mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung 20 erhöhter Wellenlänge zu emittieren. In 1 ist der Absorber 26 dabei beispielhaft im Reservoir 24 angeordnet, welches zur Aufnahme der Zusammensetzung 12 geeignet ist.
Die thermische Energie 28 wird unmittelbar oder über den Umweg über einen geeigneten Wärmeleiter 52 der Zusammensetzung 12 zugeführt, wobei auch die elektromagnetische Strahlung 21 mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung 20 erhöhter Wellenlänge einen Beitrag zum Energieeintrag in die Zusammensetzung liefert.
Die Zusammensetzung 12 wird in die Gasphase überführt, um Dampf 54 zu erzeugen, der dann über eine Auslassöffnung 56 zum Anwender gelangen kann.
In diesem System wird die Zusammensetzung 12 entsprechend durch die vom Absorber 26 durch Umwandlung aus der elektromagnetischen Strahlung 20 erhaltene thermische Energie 28 und/oder die vom Absorber 26 emittierte elektromagnetische Strahlung 21 mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung 20 erhöhter Wellenlänge verdampft.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verdampfersystems, die der Darstellung in 1 sehr ähnlich ist. In 2 sind jedoch zusätzlich noch das erste Element 14, welches vorliegend als Mehrwegteil 48 ausgeführt ist, und das zweite Element 22, welches vorliegend als Einwegteil 50 ausgeführt ist, sowie eine im ersten Element 14 angeordnete und mit der Strahlenquelle 18 verbundene elektrische Energiequelle 16 eingetragen. Entsprechend ist zu erkennen, dass das erste Element 14 eine mit einer elektrischen Energiequelle 16 verbundene Strahlenquelle 18 umfasst, die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung 20 zu emittieren. Zudem umfasst das zweite Element 22 ein Reservoir 24 zur Aufnahme der Zusammensetzung 12 und den Absorber 26.
Es ist schematisch angedeutet, dass der Strahlungsleiter 30 zwischen dem ersten Element 14 und dem zweiten Element 22 angeordnet ist, wobei der Strahlungsleiter hierbei beispielsweise zweiteilig ausgeführt sein kann, beispielsweise als zwei transparente Glasscheiben, die jeweils in einem der Elemente angeordnet sind und zusammen den Strahlungsleiter 30 bilden. Es ist zu erkennen, dass der Strahlungsleiter 30 so angeordnet ist, dass bei Verbindung des ersten Elements 14 und des zweiten Elements 22 miteinander eine strahlenleitende Verbindung zwischen der Strahlenquelle 18 und dem Absorber 26 gebildet wird.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Verdampfersystem 10, welche als tragbare Verdampfungsvorrichtung 46, beispielsweise als elektronische Zigarette, ausgeführt ist, die zudem auch die Zusammensetzung 12 als sogenanntes Liquid enthält. Das Verdampfersystem umfasst ein erstes Element 14, welches als Mehrwegteil 48 ausgeführt ist, umfassend eine mit einer elektrischen Energiequelle 16 über eine Steuereinrichtung 58 verbundene Strahlenquelle 18, die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung 20 zu emittieren. Zudem umfasst das Verdampfersystem ein zweites Element 22, welches als Einwegteil 50 ausgeführt ist, umfassend ein Reservoir 24 mit der Zusammensetzung 12 und einen Absorber 26, der dazu eingerichtet ist, die von der Strahlenquelle 18 emittierte elektromagnetische Strahlung 20 zumindest teilweise zu absorbieren und diese zumindest teilweise in thermische Energie 28 umzuwandeln und/oder diese zumindest teilweise als elektromagnetische Strahlung 21 mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung 20 erhöhter Wellenlänge zu emittieren.
Das erste Element 14 und das zweite Element 22 sind reversibel und zerstörungsfrei lösbar miteinander verbindbar, wobei sie in der in 3 dargestellten Ausführungsform beispielsweise durch ein Schraubsystem (nicht gezeigt) reversibel und zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind. Der Strahlungsleiter 30 ist in 3 im ersten Element 22 derart angeordnet, dass eine strahlenleitende Verbindung zwischen der Strahlenquelle 18 und dem Absorber 26 gebildet wird. Auf diese Weise ist das Verdampfersystem 10 bzw. die tragbare Verdampfungsvorrichtung 46 dazu eingerichtet, die Zusammensetzung 12 durch die vom Absorber 26 durch Umwandlung aus der elektromagnetischen Strahlung 20 erhaltene thermische Energie 28 und/oder die vom Absorber 26 emittierte elektromagnetische Strahlung 21 mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung 20 erhöhter Wellenlänge zu verdampfen.
Die Strahlenquelle 18 wird durch eine Steuereinrichtung 58 gesteuert bzw. geregelt. Die Verdampfung findet in einem Verdampfungsbereich 60 statt, von dem aus der Dampf zur Auslassöffnung gelangt. Nicht gezeigt ist ein Einlass für Zuluft, welche sich mit dem Dampf in dem Verdampfungsbereich 60 mischt. Die Strahlenquelle 18 wird durch die Steuereinrichtung 58 so gesteuert, dass der vom Absorber 26 absorbierte und umgewandelte Teil der emittierten elektromagnetischen Strahlung 20 ausreicht, in 3 s eine definierte Menge, beispielsweise 6 mg, der Zusammensetzung 12 zu verdampfen.
In dem in 3 gezeigten Beispiel ist die Strahlenquelle 18 eine LED in SMT (Surface-mounted technology) Bauweise mit einem Maximum der Emission zwischen 444 und 465 nm, mit einem typischen Wert von 459 nm und einer spektralen Bandbreite von 27 nm. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem, wobei die Strahlenquelle dazu eingerichtet ist, kontinuierlich oder gepulst betrieben zu werden, bevorzugt ist ein gepulster Betrieb.
In dem in 3 gezeigten Beispiel ist die Zusammensetzung 12, eine Flüssigkeit umfassend Nikotin als Wirkstoffkomponente sowie 1,2-Propandiol, Glyzerin und Wasser. Die Zusammensetzung 12 zeigt bei der Wellenlänge von 444 bis 465 nm nahezu keine Absorption.
In dem in 3 gezeigten Beispiel besteht das Reservoir 24 aus Kunststoff, wobei auch andere Materialien eingesetzt werden können.
In dem in 3 gezeigten Beispiel ist der Strahlungsleiter 30, ein quaderförmiger Block aus Quarzglas, der in alle Raumrichtungen für die von der Strahlenquelle 18 emittierte elektromagnetische Strahlung 20 transparent ist, wobei natürlich auch andere Strahlungsleiter 30 eingesetzt werden können.
In dem in 3 gezeigten Beispiel ist der Absorber 26 ein als poröser dreidimensionaler Körper, nämlich als Platte mit 6 ebenen Flächen, ausgebildeter Kupferkörper, der mit einer schwarzen Beschichtung versehen wurde und der die elektromagnetische Strahlung 20 mit einer Wellenlänge von 459 nm hinreichend absorbiert. Selbstverständlich lassen sich jedoch auch andere Absorber verwenden.
In dem in 3 gezeigten Beispiel ist der elektrische Energiespeicher 16, eine Lithiumionenbatterie mit einer Kapazität von 650 mAh und einem maximalen Entladestrom von 6,5 A, jedoch lassen sich auch andere elektrische Energiespeicher 16 verwenden.
Die 4a bis 4c zeigen in drei schematischen Darstellungen beispielhafte relative Anordnungen einer Strahlenquelle 18 und eines Absorbers 26 zueinander.
In 4a ist zu erkennen, dass die Strahlenquelle 18 die elektromagnetische Strahlung 20 derart durch einen Abschnitt der Reservoirs 40, d.h. die transparente Außenwand, und die Zusammensetzung 12 leitet, dass die Strahlung senkrecht, in Y-Richtung, auf den Absorber 26 auftritt, der an einer bestrahlten Oberfläche über eine mit Kanälen 34 versehene Struktur verfügt, durch die die Zusammensetzung 12 durch Kapillarwirkung in den Absorber 26 gezogen werden kann. In der dargestellten Ausführungsform weist der Absorber 26 die größte Absorptionsfähigkeit in dem Bereich auf, der von der Strahlenquelle 18 abgewandt ist. Die Verdampfung der Zusammensetzung 12 und damit die Bildung des Dampfes 54 erfolgt damit auf der von der Strahlenquelle 18 abgewandten Seite. Diese Form der orthogonalen Bestrahlung des Absorbers 26 hat sich hinsichtlich der effizienten Energienutzung besonders bewährt.
4b zeigt einen mit 4a vergleichbaren Aufbau, wobei die Einstrahlung der elektromagnetischen Strahlung 20 diesmal entlang der X-Richtung erfolgt, sodass diese auf die schmalere Seite des Absorber 26 trifft. Der Absorber 26 weist jedoch in dieser Ausgestaltung einen Gradienten der Absorption entlang der X-Richtung auf, der durch einen Konzentrationsgradienten an, in diesem Beispiel schwarzen, Pigmenten 36 mit einem Absorptionsmaximum bei der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung 20 in der in diesem Beispiel als Absorber fungierenden Silikatglasmatrix erzeugt wird.
4c zeigt eine Anordnung, bei der die elektromagnetische Strahlung 20 mit einem Einfallswinkel von etwa 45° auf den Absorber 26 trifft, wobei sich diese an sich weniger effiziente Anordnung immer dann bewährt, wenn mehr als ein Absorber 26 eingesetzt werden sollen, die von der gleichen Strahlenquelle aktiviert werden sollen.
Die 5a bis 5c zeigen Ausschnitte einer schematisch verschiedene relative Anordnungen der Strahlenquelle 18 und des Absorbers 26 in einem erfindungsgemäßen Verdampfersystem 10, wie sie beispielhaft baulich realisiert werden können.
In den 5a bis 5c sind jeweils das erste Element 14 und das zweite Element 22 durch Befestigungsmittel (nicht gezeigt) reversibel und zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden, so dass eine strahlenleitende Verbindung zwischen der Strahlenquelle 18 und dem Absorber 26 gebildet wird, die durch den Strahlungsleiter 30 verläuft, wobei der Strahlungsleiter 30 in 5b als Abschnitt des Reservoirs 40 ausgelegt ist. In allen dargestellten Fällen gelangt die flüssige Zusammensetzung 12 zum Absorber 26 und wird durch die an diesem Absorber 26 angeordneten Kanäle 34, die in diesen Beispielen zum Absorber 26 gerechnet werden, jedoch auch beispielsweise als porösen Docht ausgebildet sein können, mittels Kapillarkräften zum absorbierenden Teil des Absorbers 26 (dunkel dargestellt) transportiert. Dort erfolgt im Betrieb des Verdampfersystems 10 die Verdampfung der Zusammensetzung 12, so dass Dampf 54 gebildet wird, der zusammen mit Luft, die durch eine Zuluftleitung 74 bereitgestellt wird, zur Auslassöffnung 56 und zum Mundstück 76 (beide nicht gezeigt) geführt wird. In den 5a und 5b erfolgt die Beaufschlagung des Absorbers 26 mit elektromagnetischer Strahlung 20 von oben bzw. von unten, also einmal frontal auf den absorbierenden Teil des Absorbers 26 und einmal auf die Kanäle 34. In 5c erfolgt die Bestrahlung, wie zuvor für 4b diskutiert, von der Seite, wobei wiederum ein Gradient der Absorption durch einen Konzentrationsgradienten an Pigmenten 36 erzeugt wird, wobei dieser Gradient schematisch in 5c eingezeichnet ist. In dieser rein schematischen Darstellung ist auf der y-Achse rein qualitativ die Pigmentdichte aufgetragen, welche ein Indikator für die maximale Absorption darstellen kann, wohingegen die x-Achse den Ort im Absorber 26 und den Abstand von der Strahlenquelle abbildet. Die schematische Darstellung in 5c zeigt somit beispielhaft eine lineare Zunahme der Pigmentkonzentration mit zunehmendem Abstand zur Strahlenquelle 18. Anders ausgedrückt ist eine Abnahme der Transparenz im absorbierenden Teil des Absorbers 26 mit zunehmenden Abstand von der Strahlenquelle entlang der Dampfrichtung gezeigt. Der Fachmann erkennt, dass es sich bei dem eingezeichneten Gradienten um eine rein qualitative Darstellung handelt, die aus Gründen der Übersichtlichkeit insbesondere nicht die Kanäle 34 im Absorber 26 berücksichtigt, in denen die Pigmentdichte natürlich eigentlich null ist. In der Praxis haben zudem solche Absorber 26 die besten Eigenschaften gezeigt, die eine nichtlineare Zunahme der Partikelkonzentration entlang der x-Achse zeigen.
6 zeigt ein erfindungsgemäßes Verdampfersystem 10, in dem die in 5c dargestellte Anordnung verbaut ist. Die aus 5c bekannte Baugruppe stellt die Verbindung zwischen einem Reservoir 24 und der darin enthaltenen Zusammensetzung 12 sowie dem Schlot 64 her, der den erzeugten Dampf 54 zur Auslassöffnung führt. Der Schlot 64 hat in diesem Beispiel einen runden Querschnitt und ist koaxial mit dem ebenfalls runden Reservoir 24 angeordnet. Diese Komponenten bilden das zweite Element 22, bzw. das Einwegteil 50, welches reversibel und zerstörungsfrei lösbar mit dem ersten Element 14, bzw. dem Mehrwegteil 48, verbunden ist, welches die elektrische Stromquelle 16, die Steuereinrichtung 58 und die Strahlenquelle 18 beherbergt, wobei letztere den mit dem Absorptionsgradienten versehenen Absorber 26 seitlich durch einen für die elektromagnetische Strahlung 20 transparenten Abschnitt des Reservoirs 40 hindurch bestrahlt.
7 zeigt einen Ausschnitt einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verdampfersystems 10 im Querschnitt, bei dem das erste Element 14 und das zweite Element 22 durch eine formschlüssige Stechverbindung miteinander verbunden sind. Das dargestellte Verdampfersystem 10 ist rotationssymmetrisch und besitzt einen runden Querschnitt. Der Strahlungsleiter 30, in dem die Strahlungsleitung auf Total- bzw. Teilreflexion basiert, ist entsprechend ringförmig um den Absorber 26 herum angeordnet und sorgt somit für eine umlaufende Bestrahlung des Absorbers 26. Der scheibenförmige und mit einem Docht 66 gefüllten Kanälen 34 versehene Absorber 26 weist ausgehend vom mittels des Strahlenleiters 30 bestrahlten Rand der Scheibe zum Mittelpunkt der Scheibe einen radialen, nach innen ansteigenden Absorptionsgradienten auf, der beispielsweise durch Farbpartikel in einer ansonsten transparenten Kristallmatrix gebildet wird und dadurch, trotz der indirekten, seitlichen Bestrahlung des Absorbers 26, ein gleichmäßiges Temperaturprofil erzeugt.
8 zeigt einen Ausschnitt einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verdampfersystems 10 im Querschnitt, bei dem es sich um eine konstruktive Abänderung der 7 handelt, bei der der Absorber 26 in diesem Fall als poröser Festkörperring aus Dochtmaterial ausgebildet ist und auch gleichzeitig als Docht 66 dient. Die über den Strahlungsleiter 30 geführte elektromagnetische Strahlung 20 wird über den Strahlenformer 38 in Verlängerung des Strahlungsleiters 30 durch Streuung aufgespreizt, so dass die gesamte Außenfläche des Absorbers 26 beaufschlagt wird.
9 zeigt einen Ausschnitt einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verdampfersystems 10 im Querschnitt, wobei die einzelnen Komponenten, die in diesem rotationssymmetrischen Verdampfersystem 10 angeordnet sind, vorstehend bereits beschrieben wurden. Das besonders Effiziente an der Ausführungsform in 9 ist, dass der ringförmige, scheibenartige Absorber 26 als poröser, mit Kanälen 34 versehener Absorber 26 ausgebildet ist, der durch den unteren Boden des Reservoirs 24 gebildet wird. Sowohl das Reservoir 24 als auch der Absorber 26 umgeben den Schlot, der koaxial zu dem Reservoir 24 und Absorber 26 angeordnet ist. Die Zusammensetzung 12 tritt aus dem Reservoir 24 durch die Kanäle 34 in den Absorber ein und wird dort durch Wechselwirkung des Absorbers 26 mit der elektromagnetischen Strahlung 20 wie oben beschrieben verdampft. Der Dampf wird von der Zuluft 68 mitgeführt und verlässt das Verdampfersystems 10 über den Schlot 64, z.B. in Richtung eines Anwenders.
Der in 10 im Querschnitt gezeigte Ausschnitt einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verdampfersystems 10 unterscheidet sich von der Darstellung in 9 im Wesentlichen dadurch, dass statt eines ringförmigen Absorbers 26 ein hohlkegelförmiger Absorber 26 eingesetzt wird. Dies erlaubt es, durch die schräge Anstellung relativ zu einer Längsachse des Schlots 64 und der Strahlenquelle 18 bei gleicher Durchtrittsfläche für die Zusammensetzung 12 einen niedrigeren Abstrahlungswinkel an der Strahlenquelle 18 einzustellen und trotzdem den Absorber 26 vollständig mit elektromagnetischer Strahlung zu beaufschlagen. Zudem ist durch die Anstellung des Absorbers 26 in Bezug auf den Durchmesser des Reservoirs 24 bzw. des zweiten Elements 22 eine kleinere Bauform möglich.
11 zeigt einen Ausschnitt einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verdampfersystems 10 im Querschnitt, wobei die Zusammensetzung 12 im Reservoir 24 über einen zumindest teilweise porösen Abschnitt 40 des Reservoirs 24, hier des Bodens, dem Absorber 26 zugeführt wird, wobei dieser Abschnitt beispielsweise auch als separater Docht ausgeführt sein kann. Der Absorber 26 wird nicht in gerader Linie von der Strahlenquelle 18 bestrahlt, sondern die Strahlenquelle 18 ist im verbundenen Zustand auf einen Strahlenformer 38 ausgerichtet, der die elektromagnetische Strahlung 20 reflektiert und auf den Absorber 26 umlenkt. Vom Absorber gelangt der Dampf 54 über eine Verbindung 70 zum Schlot (hier nicht gezeigt).
12 zeigt einen Ausschnitt einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verdampfersystems 10 im Querschnitt, wobei das Verdampfersystem 10 zwei Reservoirs 24a und 24b umfasst, die jeweils mit einem von zwei Absorbern 26a und 26b verbunden sind, die über zwei separate Strahlenquellen 18a und 18b mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt werden können, so dass der Dampf aus der Zusammensetzung 12 aus dem linken und/oder rechten Reservoir 24a und 24b über die Verbindung 70 zum Schlot (hier nicht gezeigt) gelangen kann. Das Verdampfersystem 10 umfasst demnach einen ersten Absorber 26a und einen zweiten Absorber 26b sowie eine erste Strahlenquelle 18a und eine zweite Strahlenquelle 18b, wobei der erste Absorber 26a und der zweite Absorber 26b mit unterschiedlichen, getrennten Abschnitten des Reservoirs 24a und 24b verbunden sind.
Die dargestellte Ausführungsform funktioniert im Prinzip wie nachfolgend beschrieben. Der erste Absorber 26a wird durch das erste Reservoir 24a mit Zusammensetzung 12 versorgt, wobei der erste Absorber 26a flüssigkeitsleitend mit dem Docht 66 fluidgekoppelt ist und durch diesen mit der Zusammensetzung 12 benetzt wird. Gleiches gilt für den zweiten Absorber 26b. Bei Aktvierung des Verdampfersystems 10 wird die erste Strahlenquelle 18a derart angesteuert, dass die erste Strahlenquelle 18a zunächst die erste Absorberfläche 26a während einer Beleuchtungsdauer beleuchtet. Während eines Teils der Beleuchtungsdauer absorbiert der Absorber 26a die elektromagnetische Strahlung 20 und wandelt diese (u.a.) wie oben beschrieben z.B. in thermische Energie um. Die Zusammensetzung nimmt die thermische Energie auf und verdampft. Nach einer vorbestimmten Zeit wird die erste Strahlenquelle 18a deaktiviert und die zweite Strahlenquelle 18b aktiviert. Die zweite Strahlenquelle 18b beleuchtet den zweiten Absorber 26b wie zuvor beschrieben. Während einer weiteren vorbestimmten Zeit der Beleuchtungsdauer der zweite Strahlenquelle 18b kann Zusammensetzung 12 aus dem ersten Reservoir 24a in den ersten Absorber 26a nachströmen. Nach der vorbestimmten Beleuchtungsdauer der zweiten Strahlenquelle 18b wird diese abgeschaltet. Der Vorteil dieses Aufbaus ist eine quasi-kontinuierlichere Verdampfung der Zusammensetzung durch die sequentielle, nacheinander folgende Beleuchtung der verschiedenen Absorber 26a und 26b. Dadurch kann während der Dauer der Beleuchtung des zweiten Absorbers 26b erste Absorber 26a wieder mit Zusammensetzung 12 aus dem entsprechenden Reservoir 24a befüllt werden. Alternativ ist es bei diesem Aufbau auch denkbar, dass sich die Zusammensetzung 12 in dem Reservoir 24a und die Zusammensetzung 12 in dem Reservoir 24b unterscheiden. Beispielsweise könnte das Reservoir 24a eine Zusammensetzung 12 mit Nikotin aufweisen. Das Reservoir 24b könnte eine Zusammensetzung aufweisen, die Cannabidiol oder Tetrahydrocannabinol enthält. Die Strahlenquellen 18a und 18b können dann unabhängig voneinander, d.h. beispielsweise nach Wahl des gewünschten Wirkstoffs durch den Anwender, betrieben werden. Ein weiteres Beispiel für zwei sich voneinander unterscheidenden Zusammensetzungen in dem Reservoir 24a und 24b können Wirkstoffe sein, die bei der Therapie von Atemwegserkrankungen verwendet werden. Dafür kann das Reservoir 24a eine Zusammensetzung 12 mit einem Wirkstoff aufweisen, den ein Patient nach einem von einem Arzt festgelegten Schema regelmäßig einnimmt. Das Reservoir 24b kann einen Wirkstoff aufweisen, den der Patient im Notfall anwenden kann. Auch in diesem Fall würde der Betrieb der Strahlenquellen 18a, 18b von der Wahl des zu verdampfenden Wirkstoffs im Reservoir 24a bzw. 24b durch den Patienten abhängen.
13 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verdampfersystems 10 im Querschnitt, wobei es sich um einen stationären Aufbau handelt, wie er beispielsweise in Inhalatoren Verwendung finden kann. Besonders ist hier, dass ein Strahlenformer 38 verwendet wird, um die relativ fokussierte elektromagnetische Strahlung 20 einer monochromatischen Laser-Strahlenquelle 18 so zu streuen, dass eine relativ große Oberfläche des Absorbers 26 beaufschlagt werden kann, um auch mit einem Laser ein gleichmäßiges Verdampfen der Zusammensetzung 12 zu ermöglichen.
Die 14, 15 und 16 zeigen besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verdampfersystems 10 im Querschnitt, wobei das zweite Element 22 jeweils als Mundstück 76 ausgebildet ist (16), oder zusammen mit dem ersten Element 14 ein Mundstück 76 formt (14 und 15). 14 zeigt ein besonders leistungsstarkes Verdampfersystems 10, welches über die insgesamt drei Strahlenquellen 18 eine besonders intensive und gleichmäßige Verdampfung ermöglicht. In den 14 und 15 wird der Schlot 64, der den Dampf 54 zum Mundstück 76 leitet, zwischen dem ersten Element 14 und dem zweiten Element 22 gebildet, was dadurch ermöglicht wird, dass der Absorber 26 einen ungewünschten Austritt der Zusammensetzung 12 aus dem Reservoir 24 unterbindet. Im Gegensatz hierzu ist der Schlot 64 in der in 16 dargestellten Ausführungsform in die Kartusche integriert, was ganz besonders bevorzugt ist, da das Mehrwegteil 48 auch dann nicht in Kontakt mit der Zusammensetzung gelangt, wenn es ungewollt, z.B. durch mechanische Beschädigung des Absorbers 26, zu einem Austritt der Zusammensetzung 12 aus dem Reservoir 24 kommt.
17 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches die abgebildeten Schritte umfasst, nämlich:

das Bereitstellen 100 eines ersten Elements 14 umfassend zumindest eine mit einer elektrischen Energiequelle 16 verbundene Strahlenquelle 18, die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung 20 zu emittieren,
das Bereitstellen 102 eines ein zweites Elements 22 umfassend zumindest ein Reservoir 24 zur Aufnahme der Zusammensetzung 12 und zumindest einen Absorber 26, der dazu eingerichtet ist, die von der Strahlenquelle 18 emittierte elektromagnetische Strahlung 20 zumindest teilweise zu absorbieren und diese zumindest teilweise in thermische Energie 28 umzuwandeln und/oder diese zumindest teilweise als elektromagnetische Strahlung 21 mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung 20 erhöhter Wellenlänge zu emittieren,
das Verbinden 104 des ersten Elements 14 mit dem zweiten Element 22, sodass durch einen Strahlungsleiter 30 eine strahlenleitende Verbindung zwischen der Strahlenquelle 18 und dem Absorber 26 gebildet wird, und
das Aktivieren 106 der Strahlenquelle 18 und dadurch Verdampfen der Zusammensetzung 12 durch die vom Absorber 26 durch Umwandlung aus der elektromagnetischen Strahlung 20 erhaltene thermische Energie 28 und/oder durch die die vom Absorber 26 emittierte elektromagnetische Strahlung 21 mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung 20 erhöhter Wellenlänge.

Dargestellt sind zudem die optionalen Schritte des bevorzugten Verfahrens 108, 110, 112 und 114, nämlich: das Lösen 108 der mit einander verbundenen ersten 14 und zweiten Elemente 22, das Bereitstellen 110 eines weiteren zweiten Elements 22 und Verbinden des weiteren zweiten Elements 22 mit dem ersten Element 14 zum Verdampfen der Zusammensetzung 12, das Nachfüllen 112 des Reservoirs 24 im zweiten Element 22 zum Erzeugen eines aufgefüllten zweiten Elements 22 und Verbinden des aufgefüllten zweiten Elements 22 mit dem ersten Element 14 zum Verdampfen der aufgefüllten Zusammensetzung 12, oder das Recycling 114 des zweiten Elements 22.
Bezugszeichenliste

10: Verdampfersystem
12: Zusammensetzung
14: erstes Element
16: elektrische Energiequelle
18: Strahlenquelle
18a: erste Strahlenquelle
18b: zweite Strahlenquelle
20: elektromagnetische Strahlung
21: elektromagnetische Strahlung mit erhöhter Wellenlänge
22: zweites Element
24: Reservoir
24a: erster getrennter Abschnitt des Reservoirs
24b: zweiter getrennter Abschnitt des Reservoirs
26: Absorber
26a: erster Absorber
26b: zweiter Absorber
28: thermische Energie
30: Strahlungsleiter
32: ebene oder gekrümmte Oberfläche
34: Kanäle
36: Konzentrationsgradient an Pigmente
38: Strahlenformer
40: Abschnitt des Reservoirs
42: unterschiedliche, getrennte Abschnitte des Reservoirs
44: Kartusche
46: Tragbare Verdampfungsvorrichtung
48: Mehrwegteil
50: Einwegteil
52: Wärmeleiter
54: Dampf
56: Auslassöffnung
58: Steuereinrichtung
60: Verdampfungsbereich
62: Wand (fakultativ)
64: Schlot
66: Docht
68: Zuluft
70: Verbindung zum Schlot
72: Verbindung zum Reservoir
74: Zuluftleitung
76: Mundstück
78: Zulufteinlass
100: Bereitstellen eines ersten Elements
102: Bereitstellen eines zweites Elements
104: Verbinden des ersten Elements mit dem zweiten Element
106: Aktivieren der Strahlenquelle und dadurch Verdampfen
108: Lösen der mit einander verbundenen ersten und zweiten Elemente
110: Bereitstellen eines weiteren zweiten Elements und Verbinden des weiteren zweiten Elements
112: Nachfüllen des Reservoirs im zweiten Element
114: Recycling des zweiten Elements
X, Y, Z: Raumrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20140096782 A1 [0005]
DE 102016114718 A1 [0008]
US 2017265524 A [0017]
EP 3556235 A1 [0018]
WO 2005/061033 A1 [0019]
US 2017020190 A1 [0019]
WO 2017019402 [0019]
WO 2005/061033 [0019]
US 2019356110 A [0019]

Claims

Verdampfersystem (10) zum Verdampfen einer Zusammensetzung (12) (12), umfassend: - ein erstes Element (14) umfassend zumindest eine mit einer elektrischen Energiequelle (16) verbundene Strahlenquelle (18, 18a, 18b), die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung (20) zu emittieren, und - ein zweites Element (22) umfassend zumindest ein Reservoir (24) zur Aufnahme der Zusammensetzung (12) und zumindest einen Absorber (26, 26a, 26b), der dazu eingerichtet ist, die von der Strahlenquelle (18, 18a, 18b) emittierte elektromagnetische Strahlung (20) zumindest teilweise zu absorbieren und diese zumindest teilweise in thermische Energie (28) umzuwandeln und/oder diese zumindest teilweise als elektromagnetische Strahlung (21) mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung (20) erhöhter Wellenlänge zu emittieren, wobei das erste und das zweite Element (14, 22) reversibel und zerstörungsfrei lösbar miteinander verbindbar sind und wobei ein Strahlungsleiter (30) so angeordnet ist, dass bei Verbindung des ersten und des zweiten Elements (14, 22) miteinander eine strahlenleitende Verbindung zwischen der Strahlenquelle (18, 18a, 18b) und dem Absorber (26, 26a, 26b) gebildet wird, wobei das Verdampfersystem (10) dazu eingerichtet ist, die Zusammensetzung (12) durch die vom Absorber (26, 26a, 26b) durch Umwandlung aus der elektromagnetischen Strahlung (20) erhaltene thermische Energie (28) und/oder die vom Absorber (26, 26a, 26b) emittierte elektromagnetische Strahlung (21) mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung (20) erhöhter Wellenlänge zu verdampfen.
Verdampfersystem (10) nach Anspruch 1, wobei die emittierte elektromagnetische Strahlung (20) das höchste Intensitätsmaximum unterhalb einer Wellenlänge von 500 nm aufweist, vorzugsweise im Bereich von 410 bis 490 nm, bevorzugt 430 bis 480 nm, besonders bevorzugt 440 bis 470 nm, wobei die elektromagnetische Strahlung besonders vorzugsweise eine spektrale Bandbreite bei 50 % der Maximalintensität von 5 bis 50 nm, bevorzugt 10 bis 40 nm, besonders bevorzugt 20 bis 30 nm, aufweist.
Verdampfersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Absorber (26, 26a, 26b) ein dreidimensionaler Körper ist, dessen Ausdehnung in zwei Raumrichtungen (X, Y, Z) größer oder zumindest gleich der Ausdehnung in die dritte Raumrichtung (X, Y, Z) ist, vorzugsweise eine Platte mit beliebiger Grundfläche, insbesondere eine Scheibe, oder ein Quader, wobei der Absorber (26, 26a, 26b) vorzugsweise zumindest eine ebene oder gekrümmte Oberfläche aufweist, bevorzugt zumindest zwei, besonders bevorzugt zumindest vier ebene Oberflächen, oder wobei das Verdampfersystem (10) eine Zusammensetzung (12) umfasst und der Absorber (26, 26a, 26b) durch Partikel gebildet wird, die mit der zu verdampfenden Zusammensetzung (12) vermischt oder in der zu verdampfenden Zusammensetzung (12) dispergiert sind.
Verdampfersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Absorber (26, 26a, 26b) so ausgelegt ist, dass ein oder mehrere seiner Absorptionsmaxima für elektromagnetische Strahlung (20) bei einer Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung (20) liegen, die von der Strahlenquelle (18, 18a, 18b) emittiert wird, bevorzugt bei einer Wellenlänge die innerhalb von 20 %, bevorzugt innerhalb von 10 %, besonders bevorzugt innerhalb von 5 %, um ein Intensitätsmaximum der Emission der Strahlenquelle (18, 18a, 18b) liegen.
Verdampfersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Absorber (26, 26a, 26b) über Kanäle (34), vorzugsweise kapillare Kanäle (34), verfügt und/oder ein poröser Festkörper ist, so dass der Absorber (26, 26a, 26b) flüssigkeitsleitend ist und ein Durchtritt der flüssigen Zusammensetzung (12) durch den Absorber (26, 26a, 26b) möglich ist, wobei der Absorber (26, 26a, 26b) vorzugsweise eine Membran umfasst, die erst bei Überschreiten einer Grenztemperatur einen Durchtritt der flüssigen Zusammensetzung (12) durch den Absorber (26, 26a, 26b) erlaubt.
Verdampfersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Absorber (26, 26a, 26b) entlang zumindest einer Raumrichtung (X, Y, Z) ein nicht homogenes Absorptionsverhalten aufweist, vorzugsweise einen Gradienten der Absorption entlang der Raumrichtung, die der Einfallsrichtung der elektromagnetischen Strahlung (20) auf den Absorber (26, 26a, 26b) entspricht, wobei der Gradient der Absorption bevorzugt durch einen Konzentrationsgradienten (36) an Pigmenten mit einem Absorptionsmaximum bei der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung (20) in einem Absorber (26, 26a, 26b) erzeugt wird, der ansonsten bei dieser Wellenlänge transparent oder weitgehend transparent ist.
Verdampfersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Strahlenquelle (18, 18a, 18b) eine Lampe, ein Laser oder eine Leuchtdiode, bevorzugt ein Laser oder eine Leuchtdiode, besonders bevorzugt eine Leuchtdiode, ist, wobei vorzugsweise der Laser eine Laserdiode, ein Faser-Laser oder ein Gas-Laser ist und wobei vorzugsweise die Leuchtdiode eine Halbleiterleuchtdiode, eine organische Leuchtdiode oder eine Chip-on-board-Leuchtdiode ist.
Verdampfersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Strahlungsleiter (30) opak ist für elektromagnetische Strahlung (20) mit einer Wellenlänge, die mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 30 %, besonders bevorzugt mehr als 10 % von der Wellenlänge des Intensitätsmaximums der von der Strahlenquelle (18, 18a, 18b) emittierten elektromagnetischen Strahlung (20) abweicht.
Verdampfersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Absorber (26, 26a, 26b) zumindest eine ebene Fläche, bevorzugt zwei ebene Flächen, besonders bevorzugt sechs ebene Flächen, aufweist und wobei die Strahlenquelle (18, 18a, 18b), der Strahlungsleiter (30), gegebenenfalls vorhandene Strahlenformer (38) und der Absorber (26, 26a, 26b) bei Verbindung des ersten und des zweiten Elements (14, 22) miteinander so angeordnet sind, dass die elektromagnetische Strahlung (20) in einem Einfallswinkel von weniger als 45°, bevorzugt weniger als 20°, besonders bevorzugt weniger als 5°, ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen senkrecht, auf eine der ebenen Flächen des Absorbers (26, 26a, 26b) auftrifft.
Verdampfersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Reservoir (24) wenigstens in einem Abschnitt (40) transparent ist, vorzugsweise transparent für sichtbares Licht, besonders bevorzugt transparent für elektromagnetische Strahlung (20) deren Wellenlänge innerhalb von 20 %, bevorzugt innerhalb von 10 %, besonders bevorzugt innerhalb von 5 %, um das Intensitätsmaximum der Emission der Strahlenquelle (18, 18a, 18b) liegt.
Verdampfersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend einen ersten Absorber (26a) und einen zweiten Absorber (26b) sowie eine erste Strahlenquelle (18a) und eine zweite Strahlenquelle (18b), wobei der erste und der zweite Absorber (26a, 26b) vorzugsweise mit unterschiedlichen, getrennten Abschnitten des Reservoirs (24a, 24b) verbunden sind und wobei die erste und die zweite Strahlenquelle (18a, 18b) ihr höchstes Emissionsmaximum vorzugsweise bei unterschiedlichen Wellenlängen aufweisen, wobei sich die Absorptionsfähigkeit der beiden Absorber (26a, 26b) vorzugsweise bei zumindest einer der Wellenlängen des höchstes Emissionsmaximum der beiden Strahlenquellen (18a, 18b) um mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 70 % besonders bevorzug mehr als 85 % unterscheiden.
Kartusche (44) für ein Verdampfersystem (10) zum Verdampfen einer Zusammensetzung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend: - zumindest ein Reservoir (24) zur Aufnahme der Zusammensetzung (12), und - zumindest einen Absorber (26, 26a, 26b), der dazu eingerichtet ist, von einer externen Strahlenquelle (18, 18a, 18b) emittierte elektromagnetische Strahlung (20) zumindest teilweise zu absorbieren und diese zumindest teilweise in thermische Energie (28) umzuwandeln und/oder diese zumindest teilweise als elektromagnetische Strahlung (21) mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung (20) erhöhter Wellenlänge zu emittieren, wobei der Absorber (26, 26a, 26b) ein dreidimensionaler Körper ist, dessen Ausdehnung in zwei Raumrichtungen (X, Y, Z) größer oder zumindest gleich der Ausdehnung in die dritte Raumrichtung (X, Y, Z) ist, vorzugsweise eine Platte mit beliebiger Grundfläche, insbesondere eine Scheibe, oder ein Quader, wobei der Absorber (26, 26a, 26b) vorzugsweise zumindest eine ebene oder gekrümmte Oberfläche aufweist, bevorzugt zumindest zwei, besonders bevorzugt zumindest vier ebene Oberflächen, wobei der Absorber (26, 26a, 26b) derart in der Kartusche (44) angeordnet ist, dass die im Reservoir (24) aufgenommene Zusammensetzung (12) mit dem Absorber (26, 26a, 26b) in Kontakt steht oder mit diesem in Kontakt gelangen kann, wobei der Absorber (26, 26a, 26b) derart in der Kartusche (44) angeordnet ist, dass er von außerhalb der Kartusche (44) mit elektromagnetischer Strahlung (20) beaufschlagt werden kann, bei deren Wellenlänge der Absorber (26, 26a, 26b) eine Absorption, vorzugsweise ein Absorptionsmaximum zeigt.
Tragbare Verdampfungsvorrichtung umfassend ein Verdampfersystem (10) zum Verdampfen einer Zusammensetzung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das erste Element (14) und das zweite Element (22) reversibel und zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind.
Absorber (26, 26a, 26b) für ein Verdampfersystem (10) zum Verdampfen einer Zusammensetzung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Absorber (26, 26a, 26b) dazu eingerichtet ist, die von einer Strahlenquelle (18, 18a, 18b) emittierte elektromagnetische Strahlung (20) zumindest teilweise zu absorbieren und diese zumindest teilweise in thermische Energie (28) umzuwandeln und/oder diese zumindest teilweise als elektromagnetische Strahlung (21) mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung (20) erhöhter Wellenlänge zu emittieren, wobei der Absorber (26, 26a, 26b) ein dreidimensionaler Körper ist, dessen Ausdehnung in zwei Raumrichtungen (X, Y, Z) größer oder zumindest gleich der Ausdehnung in die dritte Raumrichtung (X, Y, Z) ist, vorzugsweise eine Platte mit beliebiger Grundfläche, insbesondere eine Scheibe, oder ein Quader, wobei der Absorber (26, 26a, 26b) vorzugsweise zumindest eine ebene oder gekrümmte Oberfläche aufweist, bevorzugt zumindest zwei, besonders bevorzugt zumindest vier ebene Oberflächen, wobei der Absorber (26, 26a, 26b) über Kanäle (34), vorzugsweise kapillare Kanäle (34), verfügt und/oder ein poröser Festkörper ist, so dass ein Durchtritt der flüssigen Zusammensetzung (12) durch den Absorber (26, 26a, 26b) möglich ist.
Zusammensetzung (12) für ein Verdampfersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 umfassend zumindest eine Wirkstoffkomponente, zumindest eine höher als die Wirkstoffkomponente siedende erste Trägersubstanz und zumindest eine niedriger als die Wirkstoffkomponente siedende zweite Trägersubstanz, wobei die Zusammensetzung (12) zumindest ein Additiv umfasst, das die Absorptionsfähigkeit der Zusammensetzung (12) für elektromagnetischer Strahlung bei einer Wellenlänge im Bereich von 50 |jm bis 700 nm erhöht und/oder wobei die Zusammensetzung (12) zumindest eine Art von Partikeln umfasst, entweder als Mischung oder Dispersion, die als Absorbermaterial dazu geeignet ist, die von einer Strahlenquelle (18, 18a, 18b) emittierte elektromagnetische Strahlung (20) zumindest teilweise zu absorbieren und diese zumindest teilweise in thermische Energie (28) umzuwandeln und/oder diese zumindest teilweise als elektromagnetische Strahlung (21) mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung (20) erhöhter Wellenlänge zu emittieren.
Räumliches Nebeneinander von mehreren Komponenten eines Verdampfersystems (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend: A. ein erstes Element (14) als Mehrwegteil (48) umfassend zumindest eine elektrische Energiequelle (16) und mit diesem verbunden zumindest eine Strahlenquelle (18, 18a, 18b), die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung (20) zu emittieren, und B ein oder mehrere zweite Elemente (22) als Einwegteil (50), bevorzugt eine Kartusche (44) nach Anspruch 12, umfassend in zumindest einem Reservoir (24) eine zur Verdampfung bestimmte Zusammensetzung (12) und einen Absorber (26, 26a, 26b) der dazu eingerichtet ist, die von der Strahlenquelle (18, 18a, 18b) emittierte elektromagnetische Strahlung (20) zumindest teilweise zu absorbieren und diese zumindest teilweise in thermische Energie (28) umzuwandeln und/oder diese zumindest teilweise als elektromagnetische Strahlung (21) mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung (20) erhöhter Wellenlänge zu emittieren, wobei das erste und die zweiten Elemente (14, 22) reversibel und zerstörungsfrei lösbar miteinander verbindbar sind und wobei ein Strahlungsleiter (30) so im ersten und/oder zweiten Element (14, 22) angeordnet ist, dass bei Verbindung des ersten und des zweiten Elements (14, 22) miteinander eine strahlenleitende Verbindung zwischen der Strahlenquelle (18, 18a, 18b) und dem Absorber (26, 26a, 26b) gebildet wird.
Verfahren zum Verdampfen einer Zusammensetzung (12) in einem Verdampfersystem (10), umfassend die Schritte: a) Bereitstellen (100) eines ersten Elements (14) umfassend zumindest eine mit einer elektrischen Energiequelle (16) verbundene Strahlenquelle (18, 18a, 18b), die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung (20) zu emittieren, b) Bereitstellen (102) eines zweiten Elements (22) umfassend zumindest ein Reservoir (24) zur Aufnahme der Zusammensetzung (12) und zumindest einen Absorber (26, 26a, 26b), der dazu eingerichtet ist, die von der Strahlenquelle (18, 18a, 18b) emittierte elektromagnetische Strahlung (20) zumindest teilweise zu absorbieren und diese zumindest teilweise in thermische Energie (28) umzuwandeln und/oder diese zumindest teilweise als elektromagnetische Strahlung (21) mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung (20) erhöhter Wellenlänge zu emittieren, c) Verbinden (104) des ersten Elements (14) mit dem zweiten Element (22), sodass durch einen Strahlungsleiter (30) eine strahlenleitende Verbindung zwischen der Strahlenquelle (18, 18a, 18b) und dem Absorber (26, 26a, 26b) gebildet wird, und d) Aktivieren (106) der Strahlenquelle (18, 18a, 18b) und dadurch Verdampfen der Zusammensetzung (12) durch die vom Absorber (26, 26a, 26b) durch Umwandlung aus der elektromagnetischen Strahlung (20) erhaltene thermische Energie (28) und/oder durch die die vom Absorber (26, 26a, 26b) emittierte elektromagnetische Strahlung (21) mit gegenüber der absorbierten elektromagnetischen Strahlung (20) erhöhter Wellenlänge.
Verfahren nach Anspruch 17, zusätzlich umfassend nach Schritt d) den Schritt: e) Lösen (108) der mit einander verbundenen ersten und zweiten Elemente (14, 22), sowie einen der folgenden Schritte: f1) Bereitstellen (110) eines weiteren zweiten Elements (22) und Verbinden des weiteren zweiten Elements (22) mit dem ersten Element (14) zum Verdampfen der Zusammensetzung (12), f2) Nachfüllen (112) des Reservoirs (24) im zweiten Element (22) zum Erzeugen eines aufgefüllten zweiten Elements (22) und Verbinden des aufgefüllten zweiten Elements (22) mit dem ersten Element (14) zum Verdampfen der aufgefüllten Zusammensetzung (12), oder f3) Recycling (114) des zweiten Elements (22).