DE102020107124A1 - Kartusche mit Druckausgleich - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kartusche für eine elektronische Zigarette oder einen tragbaren Inhalator, umfassend ein starres Reservoir zur Aufnahme einer Flüssigkeit, wobei das Reservoir zumindest eine Entnahmeöffnung aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Entnahme von Flüssigkeit aus dem Reservoir heraus zu ermöglichen, wobei das Reservoir ein oder mehrere Elemente zur Druckregulierung im Inneren des Reservoirs umfasst, die in der Wand des Reservoirs angeordnet sind und durch die kein Austritt von Flüssigkeit aus dem Reservoir heraus möglich ist, wobei die Elemente zur Druckregulierung unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Liste bestehend aus Rückschlagventilen, gasdurchlässigen aber flüssigkeitsundurchlässigen Membranen und deformierbaren Wandabschnitten.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Kartusche für eine elektronische Zigarette oder einen tragbaren Inhalator, eine Verdampfereinheit umfassend ein e entsprechende Kartusche sowie ein Verdampfersystem umfassend eine entsprechende Kartusche oder eine entsprechende Verdampfereinheit.
• Es 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.
• Hierfür ist es notwendig, dass die für die Verdampfung vorgesehene Flüssigkeit in dem Reservoir sicher und über möglichst lange Zeiträume gelagert werden kann. Aus dem Stand der Technik ist hierfür der Einsatz geschlossener Kartuschen bekannt. Für eine praktische Handhabung weisen diese Kartuschen regelmäßig ein starres Reservoir zur Aufnahme der Flüssigkeit auf, welches in der Verdampfereinheit durch eine Heizeinheit mit einem Dochtmaterial zumindest soweit verschlossen ist, dass die Flüssigkeit nicht ohne äußere Einwirkung am Dochtmaterial vorbei aus dem Reservoir austreten kann. Diese Reservoire haben damit praktisch ein vorgegebenes, abgeschlossenes Volumen zur Speicherung der Flüssigkeit zur Verfügung. Zusätzlich zur Flüssigkeit umfasst dieses Volumen nach dem Befüllen und dem Verschließen zumeist eine Gasblase, deren Volumen im Zuge der fortschreitenden Verdampfung der Flüssigkeit zunimmt.
• Mit sich ändernden Umgebungsbedingungen, insbesondere Druck und Temperatur, erfahren sowohl die Flüssigkeit als auch das Gas im Reservoir eine Volumen- bzw. Druckänderung. In dem in der Praxis zumeist relevanten Bereich von Drücken zwischen 70 kPa bis 108 kPa und Temperatur zwischen -20 °C bis +60 °C kann die Flüssigkeit als annähernd inkompressibel angenommen werden, unterliegt jedoch einer temperaturabhängigen Volumenausdehnung von bis zu ca. 5 %.
• Das Verhalten des im Reservoir enthaltenen Gases, zumeist Luft in Mischung mit geringen Mengen des über der Flüssigkeit stehenden Dampfes, kann über das ideale Gasgesetz angenähert werden, wobei vereinfachend von reiner Luft ausgegangen wird: $$\text{pV}={\text{mR}}_{\text{S},\text{L}}\text{T}.$$

  

  Wobei p der Druck im Reservoir, V das Gasvolumen im Reservoir, m die Masse des Gases im Reservoir, R_S,L die spezifische Gaskonstante von Luft (R_S,L = 287 J/(kg*K)) und T die Temperatur des enthaltenen Gases ist. Zwischen den in der Praxis für elektronische Zigaretten und medizinische Inhalatoren realistisch anzunehmenden Extremfällen der Umgebungsbedingungen zwischen 70 kPa Druck bei 60 °C (z.B. auf der Zugspitze oder im Flugzeug mit langanhaltender direkter Sonneneinstrahlung auf die Kartusche) und 108 kPa Druck bei -20°C (z.B. in einem kalten Hochdruckgebiet) würde eine vorgegebene Luftmenge sein Volumen druckänderungsfrei um etwa den Faktor 2 ändern.
• In einem abgeschlossenen, starren Reservoir, d.h. in einem konstanten Volumen, kann der Wechsel zwischen diesen Extremfällen beispielsweise zu einer Druckänderung von fast 30 kPa führen. Selbst bei weniger extremen Situationen kann es durch eine Änderung von Druck und/oder Temperatur gegenüber den zum Abfüllzeitpunkt herrschenden Bedingungen zu signifikanten Druckunterschieden zwischen dem Inneren der Kartusche und dem Umgebungsdruck kommen.
• Da zumindest die Möglichkeit bestehen muss, dass Flüssigkeit aus dem Reservoir zu der Heizeinheit gelangen kann, damit es an dieser Stelle verdampft und in Aerosol überführt werden kann, welches zum Benutzer gelangt, besteht in dem ansonsten abgeschlossenen, starren Reservoir nur eine Möglichkeit zur Druckregulierung, die darin besteht, Flüssigkeit über die entsprechende Zuführung, zumeist ein Dochtmaterial, in Richtung der Heizeinheit zu drücken, oder Flüssigkeit aus dem Dochtmaterial zurück in das Reservoir, d.h. von der Heizeinheit weg, zu saugen. Diese beiden Fälle sind nachteilig, da eine gleichmäßige Zufuhr von Flüssigkeit an die Heizeinheit eine zentrale Anforderung an Verdampfersysteme darstellt, die ein gleichbleibendes Dampferlebnis und/oder eine kontrollierte und gleichbleibende Zufuhr medizinischer Wirkstoffe sicherstellen sollen.
• Ein sich im Reservoir entwickelnder Unterdruck kann beispielsweise die Zufuhr an Flüssigkeit beeinträchtigen und diese im schlimmsten Fall sogar verhindern, sodass zu wenig oder gar kein Aerosol erzeugt wird (sog. „Dry Puff“). Da jeder Verdampfungsvorgang die Menge an Flüssigkeit im Reservoir weiter verringert, kann es dadurch dazu kommen, dass keine Flüssigkeit mehr verdampft wird, obwohl noch hinreichend Flüssigkeit im Reservoir vorliegt.
• Ein unerwünschtes Herausdrücken der Flüssigkeit in Richtung der Heizeinheit kann hingegen dazu führen, dass zu viel Aerosol generiert wird oder dass das Aerosol ungewollt große Mengen unverdampfter Flüssigkeit mitführt. Bei herkömmlichen Docht-Wendel-Systemen wird der Übergang zwischen dem Reservoir und der Heizeinheit zumeist durch eine Klemmung des Dochtmaterials hergestellt. Da das Dochtmaterial zumeist kapillar und an der Oberfläche rau beschaffen ist, kann die Dichtung in diesem Bereich regelmäßig nicht derart großen Druckdifferenzen standhalten, wie sie auftreten können. Auch moderne Aufbauten, die beispielsweise einen plattenförmigen Heizerchip als elektrisches Heizelement einsetzen, welcher von einer Vielzahl von Mikrokanälen durchzogen ist und zusammen mit dem Dochtmaterial und geeigneten Dichtungselementen an der Entnahmeöffnung angeordnet ist, setzen einem Auslaufen bei Überdruck im unterliegenden Reservoir durch die in den Mikrokanälen des Heizerchips wirkende Oberflächenspannung der Flüssigkeit nur einen begrenzten Widerstand entgegen.
• Aus diesem Grund führt die Verwendung abgeschlossener Kartuschen mit starren, abgeschlossenen Reservoiren in Verdampfereinheiten regelmäßig zu einer Beeinträchtigung der Verdampfungseigenschaften.
• Im Stand der Technik sind zur Lösung dieses Problems bisher keine gänzlich zufriedenstellenden Lösungen verfügbar. In vielen Systemen, vor allem in günstigeren, werden die Nachteile zumeist in Kauf genommen, da ein suboptimales Dampferlebnis und ein Trockenlaufen des Heizelements vor der vollständigen Leerung des Reservoirs über den Preis kompensiert werden. Bei solchen Systemen aus dem Stand der Technik, die sich mit dem Problem auseinandersetzen, wird bislang nur eine vergleichsweise einfache Lösung eingesetzt. Dabei werden herkömmliche Kartuschen vorsätzlich undicht ausgeführt, sodass es abseits der eigentlichen Entnahmeöffnungen Sollbruchstellen und/oder Undichtigkeiten gibt, durch die bei Überschreiten eines Schwellenwertes des Überdrucks im Inneren des Reservoirs Flüssigkeit austreten kann. Diese Leckage aus dem Reservoir ist gerade bei hochwertigen Produkten jedoch unerwünscht, wobei einige Kartuschenkonzepte aus dem Stand der Technik deshalb noch zusätzliche Zwischenkammern zum Auffangen der ausgetretenen Flüssigkeit vorsehen, welche das Problem jedoch nicht am Ursprung lösen, sondern stattdessen lediglich die Symptome bekämpfen.
• Eine alternative Lösung sieht vor, das Reservoir insgesamt nicht starr, sondern vollständig als eine Art Beutel auszulegen, welcher aus einem flexiblen Material besteht und reversibel deformierbar ist, um die im Inneren des Beutels auftretenden Druckschwankungen zu kompensieren. Entsprechende Ausgestaltungen lösen zwar die Druckproblematik, werden aber aus zahlreichen Gründen regelmäßig als nachteilig empfunden. Im Gegensatz zu starren Reservoiren sind diese Beutel regelmäßig schwerer in typischen Verdampfersystemen zu verbauen und erfordern zumeist eine umgebende starre Trägerstruktur, wodurch die Zahl der benötigten Bauteile und der Fertigungsaufwand steigt. Zudem sind entsprechende reversibel deformierbare Beutel zumeist fragil und anfällig für Beschädigungen, beispielsweise beim Kontakt mit Gegenständen oder der Einwirkung durch den Benutzer. Nicht zuletzt hat sich in einigen Fällen eine geringere Endkundenakzeptanz für entsprechender Beutelsysteme gezeigt, wobei insbesondere die Optik und die Haptik des Beutelreservoirs als nachteilig empfunden wurden.
• Die übergeordnete Aufgabe der Erfindung war es, eine Kartusche für eine elektronische Zigarette oder einen tragbaren Inhalator, welche die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik behebt oder zumindest vermindert.
• Die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es dabei, eine Kartusche mit einem starren Reservoir anzugeben, die in elektronische Zigarette oder einem tragbaren Inhalator verwendet werden kann, und die über einen breiten Bereich von Umgebungsbedingungen hinweg, insbesondere bei besonders hohen oder niedrigen Temperaturen und/oder hohen oder niedrigen Drücken, eine gleichmäßige Zufuhr von Flüssigkeit zur Heizeinheit und damit ein gleichbleibendes Verdampfungsverhalten ermöglich. Die hierfür anzugebende Lösung sollte dabei die Flüssigkeitszufuhr zur Heizeinheit selbst nicht beeinträchtigen. Eine zusätzliche Aufgabe bestand darin, eine Kartusche anzugeben, die dabei eine ungewollte Leckage von Flüssigkeit aus dem Reservoir heraus zuverlässig verhindert. Dabei war es eine Randbedingung, dass das Reservoir der Kartusche im Wesentlich starr ausgebildet sein sollte, um eine gute Verarbeitbarkeit zu gewährleisten. Zudem war es eine weitere Aufgabe, eine Kartusche anzugeben, die fertigungstechnisch relativ einfach hergestellt werden kann und die es ermöglicht, eine darin enthaltene flüssige Zusammensetzung möglichst lange und zuverlässig zu lagern. In diesem Zusammenhang war es eine ergänzende Aufgabe der Erfindung ein Be- und Entlüftungskonzept für Kartuschen anzugeben.
• Eine sekundäre Aufgabe der Erfindung war es, eine Verdampfereinheit umfassend eine entsprechende Kartusche und ein entsprechendes Verdampfersystem anzugeben.
• Die Erfinder haben die Prämisse gewählt, dass die Grundvoraussetzung für eine leckagefreie Kartusche ein bis auf die Entnahmeöffnung vollständig flüssigkeitsdicht abgeschlossenes, im Wesentlichen starres Reservoir für die Aufnahme einer Flüssigkeit sein muss, aus dem auch bei höheren Drücken an keiner Stelle außerhalb der Entnahmeöffnung (d.h. zu einer in einer Verdampfereinheit vorhandenen Heizeinheit hin) Flüssigkeit entweichen kann. Hierbei ist erfahrungsgemäß davon auszugehen, dass die Kartusche im Betrieb von einer Heizeinheit bedeckt ist, welche ein Dochtmaterial und ein elektrisches Heizelement umfasst und die so ausgelegt ist, dass sie zumindest bei sehr kleinen Überdrücken im Inneren des Reservoirs einen Austritt der Flüssigkeit durch die Entnahmeöffnung unterbindet.
• Die Erfinder haben erkannt, dass unter diesen Vorgaben zur Lösung der Aufgabe ein oder mehrere Elemente zur Druckregulierung im Inneren des Reservoirs vorgesehen werden müssen, die in der Wand des Reservoirs angeordnet sind und durch die kein Austritt von Flüssigkeit aus dem Reservoir heraus möglich ist, wobei die Erfinder drei mögliche Elemente zur Druckregulierung identifiziert haben, die die Aufgabe bereits für sich genommen ganz oder zumindest teilweise lösen. Hierbei handelt es sich um Rückschlagventile, gasdurchlässigen aber flüssigkeitsundurchlässigen Membranen und deformierbare Wandabschnitte.
• Besonders überraschend war, dass die Erfinder herausgefunden haben, dass sich besonders vorteilhafte Kartuschen erhalten lassen, wenn zwei oder mehr der entsprechenden Elemente zur Druckregulierung kombiniert werden, da sich deren Eigenschaften, insbesondere deren Vor- und Nachteile, synergistisch ergänzen.
• Die vorstehend genannten Aufgaben werden entsprechend durch Kartuschen, Verdampfereinheiten und Verdampfersysteme gelöst, wie sie in den Ansprüchen definiert sind. Bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungen.
• Solche Merkmale erfindungsgemäßer Kartuschen, Verdampfereinheiten und Verdampfersysteme, 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 Kartuschen, Verdampfereinheiten und Verdampfersysteme.
• Die Erfindung betrifft eine Kartusche für eine elektronische Zigarette oder einen tragbaren Inhalator, insbesondere einen Inhalator für medizinische Zwecke, umfassend ein starres Reservoir zur Aufnahme einer Flüssigkeit,
  wobei das Reservoir zumindest eine Entnahmeöffnung aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Entnahme von Flüssigkeit aus dem Reservoir heraus zu ermöglichen,
  wobei das Reservoir ein oder mehrere Elemente zur Druckregulierung im Inneren des Reservoirs umfasst, die in der Wand des Reservoirs angeordnet sind und durch die kein Austritt von Flüssigkeit aus dem Reservoir heraus möglich ist,
  wobei die Elemente zur Druckregulierung unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Liste bestehend aus
  Rückschlagventilen,
  gasdurchlässigen aber flüssigkeitsundurchlässigen Membranen, und
  deformierbaren, vorzugsweise reversibel deformierbaren, Wandabschnitten.
• Erfindungsgemäße Kartuschen sind geeignet für den Einsatz in elektronischen Zigaretten oder tragbaren Inhalatoren und umfassen ein starres Reservoir, in welchem die zu verdampfende Flüssigkeit bevorratet werden kann. Der Fachmann ist auf Grundlage seines allgemeinen Fachwissens in der Lage zu bewerten, ob ein Reservoir als starr bezeichnet werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Ausdruck starr dabei insbesondere solche Reservoire, die bei flächiger Anwendung eines Druckes von 200 kPa eine Deformation von 1 % oder weniger, bevorzugt 0,1 % oder weniger, erfahren. Beispiele für starre Reservoire sind dem Fachmann bekannt und umfassen beispielsweise Reservoire, die aus Glas, Metall oder nicht-gummielastischem Kunststoff gefertigt sind.
• Erfindungsgemäß weist das Reservoir zumindest eine Entnahmeöffnung auf, die dazu eingerichtet ist, die Entnahme von Flüssigkeiten aus dem Reservoir heraus zu ermöglichen. Die aus dem Stand der Technik bekannten Reservoire weisen zumeist genau eine solche Entnahmeöffnung auf, durch die in entsprechenden Verdampfereinheiten zumeist ein Dochtmaterial in den Innenraum des Reservoirs eingeführt wird, um durch dieses Dochtmaterial die Flüssigkeit zu einem elektrischen Heizelement zu befördern, welches außerhalb des Reservoirs angeordnet ist und mit dem Dochtmaterial in Kontakt steht.
• Erfindungsgemäß weist das Reservoir ein oder mehrere Elemente zur Druckregulierung im Inneren des Reservoirs auf, die erfindungsgemäß keinen Austritt von Flüssigkeit aus dem Reservoir heraus ermöglichen. Dies bedeutet, dass ein Element, beispielsweise ein unverschlossenes Loch oder ein unverschlossener Spalt, durch welches bzw. welchen Flüssigkeit aus dem Reservoir heraus austreten könnte, kein Element zur Druckregulierung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist. Erfindungsgemäß müssen entsprechende Elemente zur Druckregulierung auch geeignet sein, eine Druckregulierung im Inneren des Reservoirs zu bewirken, d.h. eine auftretende Druckdifferenz gegenüber dem Umgebungsdruck zumindest teilweise, bevorzugt zu mindestens 10 %, besonders bevorzugt zumindest 25 %, auszugleichen.
• Die Elemente zur Druckregulierung sind erfindungsgemäß in der Wand des Reservoirs angeordnet, wobei der Ausdruck Wand unabhängig von der Geometrie des Reservoirs auch den Boden oder die Decke des Reservoirs bezeichnen kann. Der Ausdruck „in der Wand des Reservoirs“ meint im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht, dass das Element zur Druckregulierung vollständig in der Wand liegen muss. In Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis ist auch ein Element zur Druckregulierung in der Wand des Reservoirs angeordnet, wenn dieses ganz oder teilweise aus der Ebene der Wand herausragt, beispielsweise, weil es eine in der Wand angeordnete Ausnehmung überdeckt.
• Erfindungsgemäß werden die Elemente zur Druckregulierung unabhängig voneinander ausgewählt. Dies bedeutet, dass mehrere unterschiedliche Elemente zur Druckregulierung in den Wänden des Reservoirs angeordnet sein können.
• Ein mögliches Element zur Druckregulierung stellen Rückschlagventile dar, die auch als 1-Wege-Ventile bezeichnet werden. Rückschlagventile sind dem Fachmann auf Grundlage seines allgemeinen Fachwissens bekannt und ermöglichen einen Stofftransport in lediglich eine Richtung. Rückschlagventile erlauben immer dann keinen Austritt von Flüssigkeit aus dem Reservoir heraus, wenn diese so in der Wand des Reservoirs angeordnet sind, dass die offene Ventilrichtung von außen in den Innenraum des Reservoirs verläuft, sodass im Falle des Unterdrucks im Inneren des Reservoirs Gas von außen in das Innere des Reservoirs strömen kann, um einen Druckausgleich zu ermöglichen. Der umgekehrte Weg von innen nach außen entspricht dann der Sperrrichtung. Der Fachmann versteht hierbei, dass, da das Ventil nur im Falle einer Druckdifferenz öffnet, auch im Falle des Öffnens des Rückschlagventils kein Austritt von Flüssigkeit aus dem Reservoir durch das Rückschlagventil hinaus möglich ist.
• Alternativ oder zusätzlich kann das Element zur Druckregulierung eine gasdurchlässige und dabei flüssigkeitsundurchlässige Membran sein. Entsprechende Membranen sind dem Fachmann auf Grundlage seines allgemeinen Fachwissens vertraut und sind kommerziell erhältlich, da sie beispielsweise in physikalisch-chemischen Trennverfahren oder bei der Herstellung von Funktionsbekleidung zum Einsatz kommen. Gasdurchlässige und flüssigkeitsundurchlässige Membranen können insbesondere im Falle von Wasser als Flüssigkeit beispielsweise durch hydrophobe Membranen gebildet werden. Der Fachmann kann geeignete Membranen in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Flüssigkeit auswählen, welche in der Kartusche bevorratet werden soll. Die implizite Anforderung an die Membran ist, dass diese zumindest aus der Richtung des Innenraums des Reservoirs nach außen flüssigkeitsundurchlässig ist und zumindest in eine Richtung, bevorzugt in beide Richtungen, gasdurchlässig ist. Entsprechende Membranen erlauben einen Gasaustausch zwischen dem Inneren des Reservoirs und der Umwelt in zumindest eine Richtung, zumeist jedoch in beide Richtungen, und ermöglichen dadurch den Abbau von Über- und/oder Unterdrücken im Inneren des Reservoirs.
• Wiederum zusätzlich oder alternativ kann das Element zur Druckregulierung auch durch einen deformierbaren, vorzugsweise reversibel deformierbaren, Wandabschnitt, vorzugsweise aus flexiblem Material, gebildet werden. Dies bedeutet, dass das an sich starre Reservoir in einer Wand über einen Abschnitt verfügt, der durch die Wahl eines flexiblen Materials und/oder die Ausbildung in einer hinreichend dünnen Schichtdicke nicht als starr bezeichnet werden kann, sondern stattdessen deformierbar ist. Der Ausdruck deformierbar ist für den Fachmann klar und zwanglos qualitativ zu bestimmen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Ausdruck deformierbarer Wandabschnitt insbesondere einen Wandabschnitt, der durch die Wahl des Materials und/oder die Wahl der Schichtstärke so ausgebildet ist, dass er bei Anlegen eines Druckes von 1 kPa um 1 % oder mehr, bevorzugt 5 % oder mehr, besonders bevorzugt 10 % oder mehr, deformiert werden kann, wobei der Wandabschnitt bevorzugt reversibel deformierbar ist. Ein deformierbarer Wandabschnitt ermöglicht einen Ausgleich von im Inneren des Reservoirs auftretenden Über- und Unterdrücken, indem die Druckdifferenz die Deformation des entsprechenden Abschnittes verursacht und somit das im Reservoir zur Verfügung stehende Volumen nach Bedarf vergrößert oder verkleinert, wodurch eine Drucksenkung oder Druckerhöhung verursacht wird.
• Bevorzugt sind erfindungsgemäße Kartuschen, wobei das Reservoir aus ein oder mehreren Materialien besteht, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Glas, Kristall, Metall, Keramik, Holz und Kunststoff, vorzugsweise aus Glas und Kunststoff,
  und/oder
  wobei das Reservoir einstückig oder zweistückig, bevorzugt zweistückig, ausgeführt ist,
  und/oder
  wobei das Reservoir so ausgelegt ist, dass bei einem Innendruck im Reservoir von 120 kPa, bevorzugt von 150 kPa, besonders bevorzugt von 180 kPa, weiter bevorzugt von 240 kPa, ganz besonders bevorzugt 480 kPa oder mehr, und einem Außendruck von 100 kPa Flüssigkeit ausschließlich durch die Entnahmeöffnung aus dem Reservoir austreten kann.
• Die vorstehend angegebenen Materialien sind bevorzugt, weil sie leicht verfügbar sind und mit herkömmlichen Fertigungsverfahren leicht und präzise zu bearbeiten sind. Hierbei ist die Verwendung von Glas und Kunststoff bevorzugt, weil diese Materialien nicht nur eine besonders hohe Kompatibilität mit den üblicherweise eingesetzten flüssigen Zusammensetzungen haben, sondern zudem auch noch über ein vergleichsweise geringes Gewicht verfügen und dabei regelmäßig als optisch ansprechend empfunden werden.
• Aus fertigungstechnischer Sicht ist es besonders vorteilhaft, das Reservoir mehrstückig, bevorzugt zweistückig, auszuführen, da solche Reservoire regelmäßig leichter zu fertigen sind als ein einstückiges Reservoir, welches mit Ausnahme einer (ggf. kleinen) Entnahmeöffnung vollständig geschlossen ist. Beispielsweise kann ein lediglich an einer Seite offener Behälter unter Verwendung gewöhnlicher Befestigungsmittel mit einem Deckel versehen werden, der die Entnahmeöffnung umfasst, sodass ein starres Reservoir zur Aufnahme einer Flüssigkeit mit einer Entnahmeöffnung erhalten wird, das grundsätzlich für den Einsatz in einer Kartusche für eine elektronische Zigarette oder einen tragbaren Inhalator geeignet ist.
• Ganz besonders bevorzugt ist das Reservoir, d.h. inklusive der Elemente zur Druckregulierung im Inneren des Reservoirs, so ausgelegt, dass bei den vorstehend definierten Druckdifferenzen die Flüssigkeit ausschließlich durch die Entnahmeöffnung aus dem Reservoir austreten kann. Dies bedeutet insbesondere, dass das Reservoir in der bevorzugten Ausgestaltung keine beabsichtigten Undichtigkeiten umfasst, bei denen es bei erhöhten Drücken zu einer bewusst vorgesehenen Leckage kommen kann. Entsprechende erfindungsgemäße Kartuschen sind bevorzugt, weil es in diesen auch bei besonders anspruchsvollen Bedingungen, beispielsweise bei starken Sonneneinstrahlungen oder an Bord eines Flugzeuges, nicht zum Auslaufen von Flüssigkeit aus der Kartusche kommt.
• Bevorzugt sind erfindungsgemäße Kartuschen, wobei die Entnahmeöffnung dazu eingerichtet ist, mit einem Dochtmaterial ausgefüllt und/oder mit einer Heizeinheit verschlossen zu werden.
• Bevorzugt sind erfindungsgemäße Kartuschen, wobei das Reservoir ein Rückschlagventil, vorzugsweise ein Lippenventil, umfasst, wobei das Rückschlagventil bevorzugt so ausgebildet ist, dass es bei einem Unterdruck im Reservoir gegenüber dem Außendruck von 1 kPa oder mehr, bevorzugt 2 kPa oder mehr, besonders bevorzugt 4 kPa oder mehr, öffnet, wobei das Rückschlagventil besonders bevorzugt aus einem flexiblen Material besteht, das ein oder mehrere Elastomere umfasst, welche aus Kautschuken hergestellt wurden, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Naturkautschuk und Synthesekautschuk, bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polybutadien-Kautschuk, Nitrilkautschuk, Chloropren-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und Silikonkautschuk.
• Entsprechende erfindungsgemäße Kartuschen sind bevorzugt, weil der Einsatz von Rückschlagventilen es ermöglicht, beim Auftreten eines Unterdrucks im Inneren des Reservoirs, beispielsweise während des Verdampfens, einen schnellen und zuverlässigen Druckausgleich zu ermöglichen.
• Typische Rückschlagventile sind dem Fachmann bekannt. Bevorzugt ist ein Lippenventil, wobei sich insbesondere solche Lippenventile als besonders vorteilhaft erwiesen haben, die aus einem flexiblen Material bestehen. Entsprechende erfindungsgemäße Kartuschen sind auch deswegen bevorzugt, weil sich das Rückschlagventil in eigenen Feldversuchen als ein besonders robustes Element zur Druckregulierung erwiesen hat, welches insbesondere bei großen Temperaturschwankungen und/oder mechanischen Belastungen zuverlässig seine Funktion erfüllt.
• In den eigenen Versuchen hat sich hierbei gezeigt, dass das Rückschlagventil in diesem Punkt auch der Verwendung von Membranen und deformierbaren Wandabschnitten überlegen sein kann. Gegenüber den hier genannten Alternativen wird jedoch teilweise als nachteilig empfunden, dass der Einsatz von Rückschlagventilen nicht dazu geeignet ist, einem im Innenraum des Reservoirs entstehenden Überdruck entgegen zu wirken, da die Anordnung eines Rückschlagventils mit entsprechender Flussrichtung aus dem Innenraums des Reservoirs heraus zwangsläufig zu einer Schwachstelle führen würde, durch die zumindest grundsätzlich auch Flüssigkeit aus dem Inneren des Reservoirs austreten könnte. In den bevorzugten erfindungsgemäßen Kartuschen werden vorzugsweise Rückschlagventile eingesetzt, die so ausgebildet sind, dass die bereits dann öffnen, wenn der Druck im Reservoir nur geringfügig unterhalb des Umgebungsdrucks liegt und somit ein vergleichsweise geringer Unterdruck anliegt. Hierdurch wird auch das Auftreten von kleinen Unterdrücken zuverlässig unterbunden, obwohl entsprechend sensible Rückschlagventile teilweise mit höheren Materialkosten verbunden sind.
• Bevorzugt sind erfindungsgemäße Kartuschen, wobei das Reservoir eine gasdurchlässige aber flüssigkeitsundurchlässige, insbesondere wasserundurchlässige, Membran, vorzugsweise eine hydrophobe Kunststoffmembran, insbesondere eine hydrophobe Membran umfassend Polytetrafluorethylen, umfasst, wobei die Membran bevorzugt so ausgebildet ist, dass sie den Durchtritt von gasförmigem Wasser und/oder gasförmigem 1,2-Propandiol und/oder gasförmigem Glyzerin ermöglicht.
• Entsprechende Kartuschen sind bevorzugt, weil gasdurchlässige aber gleichzeitig flüssigkeitsundurchlässige Membranen die im Reservoir zu bevorratende Flüssigkeit zuverlässig zurückhalten können und dabei gleichzeitig einen Gasaustausch zwischen dem Inneren des Reservoirs und der Umgebung, zumeist in beide Richtungen, erlauben. Insoweit ist der Einsatz dieser Membranen beispielsweise dem ausschließlichen Einsatz eines Rückschlagventils dahingehend überlegen, dass mit der Membran eine Druckregulierung im Inneren des Reservoirs für Über- und Unterdrücken erfolgen kann. Mit Blick auf die im Rahmen der Erfindung bereitgestellten Alternativen für Elemente zur Druckregulierung wird beim Einsatz von Membranen jedoch regelmäßig der vergleichsweise hohe Anschaffungspreis und die vergleichsweise komplizierte Verarbeitung als nachteilig empfunden, wobei insbesondere auch die ggf. verringerte thermische und/oder chemische und/oder mechanische Belastbarkeit entsprechender Membranen, beispielsweise im Vergleich mit Rückschlagventilen, in einigen Fällen als nachteilig empfunden wird.
• Bevorzugt sind erfindungsgemäße Kartuschen, wobei das Reservoir einen deformierbaren, vorzugsweise reversibel deformierbaren, Wandabschnitt umfasst, vorzugsweise aus einem gummielastischem Kunststoff, welcher ein oder mehrere Elastomere umfasst, welche aus Kautschuken hergestellt wurden, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Naturkautschuk und Synthesekautschuk, bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polybutadien-Kautschuk, Nitrilkautschuk, Chloropren-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und Silikonkautschuk, wobei der deformierbare Wandabschnitt vorzugsweise als deformierbarer Beutel ausgebildet ist, der in das Reservoir hineinragt oder aus dem Reservoir herausragt, besonders bevorzugt in das Reservoir hineinragt, und wobei das Volumen des deformierbaren Beutels ohne anliegen einer Druckdifferenz vorzugsweise kleiner ist, als das Volumen des Reservoirs, besonders bevorzugt weniger als 50 %, ganz besonders bevorzugt weniger als 25 %.
• Entsprechende erfindungsgemäße Kartuschen sind bevorzugt, da es mit einem entsprechenden deformierbaren Wandabschnitt, vorzugsweise aus flexiblem Material, möglich ist, einem im Inneren des Reservoirs herrschenden Über- oder Unterdruck dadurch entgegen zu wirken, dass der deformierbare Wandabschnitt so deformiert wird, dass das Volumen des Innenraums verringert bzw. vergrößert wird.
• Auch bei der Verwendung von nicht reversibel deformierbaren Materialien ist hierdurch zumindest eine einmalige Schutzfunktion gegen starke Druckänderung im Inneren realisierbar, die in erfindungsgemäßen Kartuschen beispielsweise als einmalige Notfallvorrichtung vorgesehen sein kann. Besonders bevorzugt sind jedoch reversibel deformierbare Wandabschnitte, d.h. Wandabschnitte, die sich zumindest überwiegend, bevorzugt vollständig, elastisch verformen lassen und nach Wegfall der Druckdifferenz zumindest überwiegend, bevorzugt vollständig, in ihren Ausgangszustand zurückkehren. Hierdurch ist es möglich, auch veränderliche Druckschwankungen jeweils nach Bedarf auszugleichen.
• Grundsätzlich ist es möglich, einen mit dem Rest der Wand des Reservoirs fluchtenden Wandabschnitt vorzusehen, der durch die Wahl eines geeigneten flexiblen Materials und/oder durch die Wahl einer hinreichend dünnen Wandstärke deformierbar ausgebildet ist. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass die Fläche entsprechender Abschnitte aus fertigungstechnischen Gründen häufig zu klein bemessen werden muss, um bei Beibehaltung der flüssigkeitsdichten Eigenschaft eine hinreichende Deformation zu ermöglichen, die die im Betrieb auftretenden Druckschwankungen signifikant kompensieren könnte. Das durch Deformation zusätzlich verfügbare Volumen ist in diesen Systemen regelmäßig zu klein, um eine negativen Einfluss von Druckschwankungen auf die Flüssigkeitsversorgung an der Heizeinheit vollständig zu verhindern.
• Entsprechend ist es besonders bevorzugt, dass der deformierbare Wandabschnitt als deformierbarer, bevorzugt reversibel deformierbarer, Beutel ausgebildet ist, der in das Reservoir hineinragt oder aus dem Reservoir herausragt. Dieser deformierbare Beutel ist an der vom Innenraum abgewandten Seite dem Außendruck ausgesetzt und kann in Abhängigkeit von den im Inneren des Reservoirs auftretende Druckschwankungen expandiert oder komprimiert werden, um diese zu kompensieren. Ob es infolge einer Druckerhöhung oder Druckminderung zu einer Kompression oder eine Expansion des Beutels kommt, ist dabei davon abhängig, ob der Beutel in das Reservoir hineinragt oder aus dem Reservoir herausragt. Beispielsweise führt eine Druckerhöhung im Inneren des Reservoirs bei einem hineinragenden flexiblen Beutel zu einer Kompression des Beutels, bei zeitgleichem druckfreien Entweichen von Luft auf der der Umgebung zugewandten Seite des Beutels.
• Hierbei ist es bevorzugt, dass der reversibel deformierbare Beutel in das Innere des Reservoirs hineinragt, was nicht nur optische Gründe hat. Durch die Anordnung im Inneren des Reservoirs ist es leichter möglich, den Beutel vor Beschädigungen zu schützen, wie sie beispielsweise beim Kontakt mit Fremdobjekten auftreten können. Dies bedeutet jedoch auch, dass, da der Beutel beim Befüllen der Kartusche zumindest teilweise expandiert sein sollte, um eine hinreichende Deformation zu ermöglichen, ohne aus dem Reservoir hinausgedrückt zu werden, dass das im Innenraum des Reservoirs für die zu verdampfende Flüssigkeit zur Verfügung stehende Volumen reduziert wird.
• Wenn ausschließlich ein deformierbarer Wandabschnitt als Element zur Druckregulierung eingesetzt wird, sind erfindungsgemäße Kartuschen bevorzugt, wobei das Volumen des deformierbaren Wandabschnitts bei Anliegen einer Druckdifferenz von 38 kPa im Bereich von 30 bis 90 % des Ausgangsvolumens des Reservoirs, bevorzugt 40 bis 80 %, besonders bevorzugt 50 bis 70 %, liegt. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch bei einer fast vollständigen Entleerung des Reservoirs durch den deformierbaren Wandabschnitt ausreichend Ausgleichvolumen zur Verfügung gestellt werden kann, ohne dass der deformierbare Wandabschnitt so viel Raum einnehmen kann, dass die verbliebene Flüssigkeit nicht mehr ungehindert zur Entnahmeöffnung gelangen kann.
• Ganz besonders bevorzugt sind erfindungsgemäße Kartuschen, wobei das Reservoir zwei oder mehrere Elemente zur Druckregulierung, bevorzugt zwei, umfasst,
  und/oder
  wobei das Reservoir zwei oder mehrere unterschiedliche Elemente zur Druckregulierung, bevorzugt zwei, umfasst,
  und/oder
  wobei das Reservoir zwei oder mehrere Elemente zur Druckregulierung, bevorzugt zwei, umfasst, die auf der gleichen oder auf unterschiedlichen Seiten des Reservoirs, bevorzugt auf gleichen Seiten, angeordnet sind.
• Die bevorzugten Kartuschen sind insbesondere deshalb bevorzugt, weil durch die Kombination von zwei oder mehreren Elementen, insbesondere zwei oder mehreren unterschiedlichen Elementen die Charakteristik der Druckregulierung spezifisch auf die im jeweiligen Einsatzgebiet entstehenden Anforderungen angepasst werden können, wobei insbesondere auch bestehende Schwächen der individuellen Elemente zur Druckregulierung in synergistischer Weise kompensiert werden können. So ist es beispielsweise besonders vorteilhaft, dass Rückschlagventil, welches keine Lösung für Überdrücke im Innenraum des Reservoirs bietet, mit einem deformierbaren Wandabschnitt oder einer Membran zu kombinieren, die diese Druckregulierung ermöglichen. Gleichzeitig stellt das Rückschlagventil eine besonders robuste und zuverlässige Lösung dar, um im Zweifelsfall auch kurzfristig große Mengen an Gas in den Innenraum bereitzustellen, wie es beispielsweise die Membran in einigen Fällen nicht vermag.
• In eigenen Versuchen hat sich dabei gezeigt, dass der Einsatz einer Membran insbesondere zur Abfederung von kleinen Druckänderungen besonders günstig ist, wobei es vorteilhaft ist, die Membran dadurch vor mechanischer Belastung zu schützen, dass diese mit einem Rückschlagventil oder einem deformierbaren Wandabschnitt kombiniert wird, die besonders schnell auch auf große Druckänderungen reagieren können.
• Die Kombination eines Rückschlagventils mit einem deformierbaren Wandabschnitt ist deswegen besonders vorteilhaft, weil das maximale Expansionsvolumen des Beutels und damit dessen Platzbedarfs im Inneren des Reservoirs nicht so groß vorgesehen werden muss, dass selbst starke Unterdrücke kompensiert werden können. Beim Auftreten stärkerer Unterdrücke kann durch das Rückschlagventil zusätzliches Gas in den Innenraum eindringen, sodass eine besonders starke Expansion des deformierbaren Wandabschnitts nicht notwendig ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass in der Kombination der beiden Elemente zur Druckregulierung der Schwellenwert für das Rückschlagventil höher angesetzt werden kann, wohingegen das maximale Expansionsvolumen des deformierbaren Wandabschnittes niedriger gewählt werden kann. Durch beide Aspekte verringern sich die Kosten und der Fertigungsaufwand der beiden Komponenten.
• Entsprechend sind erfindungsgemäße Kartuschen bevorzugt, wobei das Reservoir ein Rückschlagventil und eine gasdurchlässige aber flüssigkeitsundurchlässige Membran umfasst,
  und/oder
  wobei das Reservoir ein Rückschlagventil und einen deformierbaren Wandabschnitt, vorzugsweise einen reversibel deformierbaren Beutel, umfasst,
  und/oder
  wobei das Reservoir eine gasdurchlässige aber flüssigkeitsundurchlässige Membran und einen deformierbaren Wandabschnitt umfasst.
  Bevorzugt sind erfindungsgemäße Kartuschen, wobei die ein oder mehrere Elemente zur Druckregulierung in der Wand des Reservoirs angeordnet sind, die im Mittel den größten Abstand zur Entnahmeöffnung aufweist,
  und/oder
  wobei der Abstand zwischen der Entnahmeöffnung und den ein oder mehrere Elemente zur Druckregulierung größer ist, als der mittlere Durchmesser der Entnahmeöffnung.
• Entsprechende Kartuschen sind bevorzugt, weil in typischen Verdampfersystemen davon auszugehen ist, dass die Heizeinheit und/oder das Dochtmaterial in der Nähe der Entnahmeöffnung angeordnet sind und/oder sogar durch diese in das Innere des Reservoirs hineinragen. Für den reibungslosen Betrieb solcher Verdampfersysteme ist es häufig empfehlenswert, dass die Flüssigkeitszufuhr zum Dochtmaterial uneingeschränkt stattfinden kann und es eine möglichst große Kontaktfläche zwischen dem Dochtmaterial und der Flüssigkeit gibt. Diese kann prinzipiell durch Gasbläschen, die durch ein nahegelegenes Rückschlagventil eindringen, oder ein in der Nähe stark expandierendes deformierbares Wandelement beeinträchtigt werden. Deshalb ist es vorteilhaft, die Elemente zur Druckregulierung nicht in der Nähe des Dochtmaterials vorzusehen, weil das eintretende Gas bzw. der expandierende deformierbare Wandabschnitt die Kontaktfläche zwischen der Flüssigkeit und dem Dochtmaterial so nicht blockieren und/oder belegen kann.
• Zudem sind typische Verdampfersysteme regelmäßig so konstruiert, dass bei der vorgesehenen Verwendung des Dampfens die Entnahmeöffnung mit Flüssigkeit bedeckt ist. Entsprechend ist es in bevorzugten Kartuschen signifikant leichter zu realisieren, dass die Elemente zur Druckregulierung im Moment der Benutzung nicht von Flüssigkeit bedeckt sind und einen reibungslosen Gasaustausch, vor allen Dingen beim Rückschlagventil und der Membran, bzw. eine nicht durch die Zusammensetzung eingeschränkte Expansion, insbesondere beim deformierbaren Wandabschnitt, möglich ist.
• Bevorzugt sind erfindungsgemäße Kartuschen, umfassend im Reservoir eine Zusammensetzung, 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.
• Entsprechende erfindungsgemäße Kartuschen sind bevorzugt, weil die Bereitstellung von bereits gefüllten Kartuschen es ermöglicht, Einwegteile bereitzustellen, die vom Verwender entsprechender Verdampfersysteme lediglich mit einem Mehrwegteil kombiniert werden müssen, um ein funktionierendes Verdampfersystem zu erzeugen. In der Praxis hat sich dabei die vorstehend definierte Zusammensetzung als besonders vorteilhaft erwiesen.
• Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Verdampfereinheit, umfassend eine erfindungsgemäße Kartusche, zusätzlich umfassend eine Heizeinheit mit einem Dochtmaterial und mit einem elektrischen Heizelement, die so angeordnet ist, dass das Dochtmaterial in der Entnahmeöffnung angeordnet ist und/oder die Entnahmeöffnung bedeckt und dass Flüssigkeit aus dem Reservoir über das Dochtmaterial zum elektrischen Heizelement gelangen kann.
• Durch die Kombination einer erfindungsgemäßen Kartusche mit einer Heizeinheit umfassend ein Dochtmaterial und elektrisches Heizelement, wird eine erfindungsgemäße Verdampfereinheit erhalten, die zum Verdampfen einer im Reservoir bevorrateten Zusammensetzung geeignet ist. Erfindungsgemäß ist das Dochtmaterial in der Entnahmeöffnung angeordnet oder bedeckt die Entnahmeöffnung in der Weise, dass Flüssigkeit aus dem Reservoir über das Dochtmaterial zum elektrischen Heizelement gelangen kann. In herkömmlichen Docht-Wendel-Systemen wird das elektrische Heizelement beispielsweise durch eine Heizspule gebildet, durch die das Dochtmaterial geführt wird, dessen beide Enden durch die Entnahmeöffnung in das Flüssigkeitsreservoir ragen. Im befüllten Zustand saugt sich das Dochtmaterial durch den Kapillareffekt mit der zu verdampfenden Zusammensetzung voll und weist entsprechend mit Flüssigkeit gefüllte Poren oder Kapillaren auf. Um eine ungewollte Leckage durch die Entnahmeöffnung zu unterbinden, wird die Entnahmeöffnung regelmäßig so dicht mit dem Dochtmaterial befüllt oder abgedeckt, dass an dem Dochtmaterial vorbei keine fluidleitende Verbindung zwischen dem Inneren des Reservoirs und dem äußeren des Reservoirs möglich ist. Entsprechend kann Flüssigkeit aus dem Reservoir nur über das Dochtmaterial zum elektrischen Heizelement gelangen. Dies hat bei herkömmlichen Kartuschen den Effekt, dass eine Druckregulierung über die Entnahmeöffnung nicht bzw. nur eingeschränkt möglich ist, sodass ein Unterdruck im Inneren des Reservoirs dazu führt, dass über das Dochtmaterial nicht hinreichend Zusammensetzung an den Heizerchip gelangt, wohingegen ein Überdruck im Reservoir dazu führen kann, dass durch das Dochtmaterial Zusammensetzung in ungewollt großer Menge zur Heizeinheit transportiert wird. In beiden Fällen würde das Verdampfungsergebnis beeinträchtigt. In erfindungsgemäßen Verdampfereinheiten, die eine erfindungsgemäße Kartusche umfassen, wird dieser nachteilige Effekt unterbunden, da durch das eine oder die mehreren Elemente zum Druckausgleich ein Über- oder Unterdruck im Inneren des Reservoirs vorteilhafterweise ausgeglichen werden kann.
• Bevorzugt sind erfindungsgemäße Verdampfereinheiten, wobei das elektrische Heizelement eine Drahtspule oder eine Heizerfolie oder ein plattenförmiger Heizerchip ist, bevorzugt eine Heizerfolie oder ein plattenförmiger Heizerchip, besonders bevorzugt ein plattenförmiger Heizerchip aus einem dotierten oder undotierten Halbleitermaterial, welcher von einer Vielzahl von Mikrokanälen durchzogen ist, die eine flüssigkeitsleitende Verbindung zwischen der dem Dochtmaterial zugewandten Seite des Heizerchips und einer einem Luftkanal (36) zugewandten Seite des Heizerchips bereitstellen.
• Sogenannte Docht-Wendel-Systeme, in denen das elektrische Heizelement durch eine Drahtspule gebildet wird, sind derzeit wohl die verbreitetsten Systeme für Verdampfereinheiten und zumindest insoweit vorteilhaft, dass sie technologisch vergleichsweise einfach sowie regelmäßig leicht und kostengünstig zu fertigen sind. Als nachteilig wird bei Docht-Wendel-Systemen jedoch regelmäßig empfunden, dass die Reproduzierbarkeit des Verdampfungsprozesses und die Qualität des entstehenden Aerosols zuweilen als nachteilig empfunden werden. In den letzten Jahren wurden daher neue Technologien entwickelt, bei denen ein plattenförmiger Heizerchip oder eine Heizerfolie als elektrisches Heizelement eingesetzt werden können, die mit dem Dochtmaterial bedeckt und gegebenenfalls an einem starren Träger fixiert werden können. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass entsprechende Heizerfolien oder plattenförmige Heizerchips zu einem besonders effizienten, kontrollierbaren und reproduzierbaren Verdampfungsprozess führen und dabei ein Aerosol mit besonders hoher Qualität erzeugen, welches von vielen Verbrauchern als besonders angenehm empfunden wird.
• Die Heizeinheit aus der Heizerfolie bzw. dem plattenförmigen Heizerchip sowie dem Dochtmaterial werden in diesen Aufbauten üblicherweise auf der Entnahmeöffnung des Reservoirs platziert, wobei durch Dichtelemente eine fluiddichte Verbindung erzeugt wird, sodass Flüssigkeit und Gase aus dem Inneren des Reservoirs nur durch die Entnahmeöffnung und dabei ausschließlich durch das Dochtmaterial und die Heizeinheit hindurch austreten können.
• Entsprechend bevorzugt sind erfindungsgemäße Verdampfereinheiten, wobei die Heizeinheit Dichtelemente zur Einfassung des elektrischen Heizelementes umfasst und an der Entnahmeöffnung fluiddicht so mit dem Reservoir verbunden ist, dass Flüssigkeit und/oder Gas aus dem Inneren des Reservoirs durch die Entnahmeöffnung ausschließlich durch die Heizeinheit hindurch hinaustreten kann.
• Entsprechende erfindungsgemäße Verdampfereinheiten sind bevorzugt, weil sich der generelle Aufbau in der Praxis als besonders leistungsfähig und robust erwiesen hat. Gleichzeitig zeigt sich bei diesen Systemen, in denen die Entnahmeöffnung fluiddicht mit der Heizeinheit verbunden und dadurch bis auf den Durchtritt durch das elektrische Heizelelement fluiddicht verschlossen ist, eine besonders große Anfälligkeit für das Auftreten von Über- oder Unterdrücken. Dies ist bedingt durch den Umstand, dass der Druckausgleich durch die Entnahmeöffnung nicht nur durch das Dochtmaterial beeinträchtigt wird, sondern auch die Heizeinheit eine weite Barriere für den Druckausgleich darstellt. Entsprechend sind diese Verdampfereinheiten auch deshalb bevorzugt, weil der technische Effekt der erfindungsgemäßen Ausgestaltung in diesen besonders spürbar ist.
• Bevorzugt sind erfindungsgemäße Verdampfereinheiten, wobei das elektrische Heizelement und/oder das Dochtmaterial so ausgelegt sind, dass sie bis zu einer Druckdifferenz zwischen dem Innendruck im Reservoir und dem Außendruck von 1 kPa, bevorzugt 2 kPa, besonders bevorzugt 3 kPa, keinen Flüssigkeitsdurchtritt durch die Entnahmeöffnung und durch das Heizelement hindurch ermöglichen.
• In eigenen Versuchen der Erfinder hat sich gezeigt, dass es besonders vorteilhaft ist, das elektrische Heizelement und/oder das Dochtmaterial so auszulegen, dass zumindest bei kleinen Druckdifferenzen zwischen dem Inneren des Reservoirs und der Umgebung noch kein Flüssigkeitsdurchtritt durch die Entnahmeöffnung durch das Heizelement hindurch möglich wird. Diese Einstellung kann der Fachmann beispielsweise durch die Wahl geeigneter Porengrößen für das Dochtmaterial einstellen. Alternativ kann diese Einstellung bei Verwendung eines plattenförmigen Heizerchips, durch die Einstellung des Durchmessers der Mikrokanäle erfolgen. In diesen den Heizerchip durchziehenden Mikrokanälen bzw. den Poren resultiert aus der Oberflächenspannung der Flüssigkeit ein Widerstand gegen den Austritt der Flüssigkeit, der zumindest bei kleinen Druckdifferenzen zwischen dem Innendruck im Reservoir und dem Außendruck ein ungewolltes Auslaufen der Flüssigkeit verhindert. Entsprechende Verdampfereinheiten sind deswegen besonders bevorzugt, weil die hierdurch eingestellte Grundtoleranz des Systems gegen Druckschwankungen im Inneren des Reservoirs es ermöglicht, die Elemente zur Druckregulierung weniger sensibel auslegen zu müssen, ohne dass dadurch die Flüssigkeitszufuhr zum elektrischen Heizelement zu stark beeinträchtigt würde. Dadurch ist es möglich, dass der vorteilhafte Effekt der Erfindung auch dann erzielt wird, wenn das gewählte Element zur Druckregulierung erst ab einer höheren Druckdifferenz zu einem Druckausgleich führt, beispielsweise bei Einsatz eines Rückschlagventils, und/oder ggf. träger auf Druckänderungen reagiert, wie es beispielsweise bei bestimmten Membranen vorkommen kann.
• Bevorzugt sind erfindungsgemäße Verdampfereinheiten, wobei das Reservoir zylinderförmig oder quaderförmig ausgelegt ist und die Entnahmeöffnung an einem Schlot angeordnet ist, der sich ausgehend von einer der Grundflächen des Zylinders oder Quaders in das Innere des Zylinders oder Quaders hinein, bevorzugt durch das gesamte Reservoir hindurch, erstreckt.
• In der vorstehend beschriebenen Anordnung liegt die Entnahmeöffnung quasi im Inneren des Reservoirs, von wo aus sich ein Schlot zu der Außenseite des Reservoirs hin erstreckt. Ein entsprechender Aufbau ist beispielsweise dadurch zu erhalten, dass ein zylinderförmiges Reservoir aus Kunststoff oder Metall, welches an seinen beiden Grundflächen jeweils über eine Ausnehmung verfügt, mit einem Kunststoff- oder Metallrohr mit einer Entnahmeöffnung kombiniert wird, welches in die erste Ausnehmung eingeführt und durch den Zylinder hindurch durch die zweite Ausnehmung geführt wird, bis es in dieser Position fixiert wird. Entsprechende Verdampfereinheiten sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft, weil hierdurch im Reservoir seitlich des Schlotes, auf der von der Entnahmeöffnung abgewandten Seite, ein Abschnitt des Reservoirs gebildet wird, in dem Elemente zur Druckregulierung besonders günstig angeordnet werden können, weil eine Beeinträchtigung der Entnahmeöffnung durch die Elemente zur Druckregulierung, beispielsweise durch einen sein Volumen verändernden reversibel deformierbaren Beutel oder durch die durch ein Rückschlagventil einströmende Luft, ausgeschlossen ist.
• Die Erfindung betrifft zudem ein Verdampfersystem zum Verdampfen einer Zusammensetzung, vorzugsweise für den Einsatz in einer tragbaren Verdampfungsvorrichtung, bevorzugt in einem Handgerät, besonders bevorzugt in einer E-Zigarette oder einem Inhalator für medizinische Zwecke, umfassend eine erfindungsgemäße Kartusche und eine Heizeinheit oder eine erfindungsgemäße Verdampfereinheit und zumindest eine elektrische Energiequelle für den Betrieb des elektrischen Heizelements.
• Die Kombination einer erfindungsgemäßen Kartusche sowie einer Heizeinheit oder alternativ der Einsatz einer erfindungsgemäßen Verdampfereinheit ermöglichen den Erhalt eines erfindungsgemäßen Verdampfersystems zum Verdampfen einer Zusammensetzung, wobei eine elektrische Energiequelle die für den Betrieb eines elektrischen Heizelements benötigte Energie zur Verfügung stellt.
• Ganz besonders bevorzugt ist es hierbei, das Verdampfersystem zweiteilig auszuführen, wobei die Kartusche in einem ersten Teil, einem sogenannten Einwegteil, angeordnet ist und die elektrische Energiequelle in einem zweiten Teil, einem sogenannten Mehrwegteil, angeordnet ist. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verdampfersystems kann eine befüllte Kartusche, d.h. mit einer flüssigen Zusammensetzung im Reservoir, mit dem Mehrwegteil verbunden werden, um das Verdampfersystem einsatzbereit zu machen. Nach dem Entleeren des Reservoirs kann das Einwegteil entfernt und durch eine neue, befüllte Kartusche ersetzt werden, um unmittelbar die Einsatzfähigkeit des Verdampfersystems wiederherzustellen.
• Hierbei sind verschiedene Ausgestaltungen möglich, wobei insbesondere das elektrische Heizelement entweder im ersten Teil oder im zweiten Teil angeordnet sein kann, d.h. entweder Bestandteil des Einwegteils ist, oder zusammen mit der elektrischen Energiequelle mehrfach verwendet werden kann. Alternativ kann im erfindungsgemäßen Verdampfersystem auch ein drittes Teil vorgesehen sein, welches die Heizeinheit und/oder weitere Elemente, beispielsweise Sensoren, umfasst.
• Entsprechend bevorzugt sind, erfindungsgemäße Verdampfersysteme, wobei die erfindungsgemäße Kartusche in einem ersten Teil, insbesondere einem Einwegteil, angeordnet ist und die elektrische Energiequelle in einem zweiten Teil, insbesondere einem Mehrwegteil, angeordnet ist, wobei das erste Teil und das zweite Teil reversibel und zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen der elektrischen Energiequelle und dem elektrischen Heizelement sowie ein fluidleitender Kontakt zwischen dem Reservoir und dem elektrischen Heizelement besteht.
• Entsprechend bevorzugt sind auch erfindungsgemäße Verdampfersysteme, zusätzlich umfassend ein drittes Teil, wobei die Heizeinheit im ersten Teil oder im zweiten Teil oder im dritten Teil angeordnet ist, wobei das erste Teil, das zweite Teil und das dritte Teil reversibel und zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen der elektrischen Energiequelle und dem elektrischen Heizelement sowie ein fluidleitender Kontakt zwischen dem Reservoir und dem elektrischen Heizelement besteht.
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden zwei Teile, 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 verbunden 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 Teils zu bewussten Veränderungen im ersten und/oder zweiten Teil kommt, die aber die Verbindbarkeit und Lösbarkeit nicht beeinflussen. Beispielsweise kann es nötig sein, vor dem Verbinden eine Schutzfolie vom ersten Teil abzuziehen. In einigen bevorzugten Ausführungsformen umfasst das zweite Teil beispielsweise einen Dorn oder eine ähnliche Struktur, mit der eine am ersten Teil befestigte Schutzfolie beim Verbinden bewusst zerstochen wird.
• Bevorzugt sind erfindungsgemäße Verdampfersysteme, wobei ein oder mehrere Elemente zur Druckregulierung so in der Kartusche angeordnet sind, dass diese nicht auf oder in der Außenhülle des Verdampfersystems angeordnet sind.
• Entsprechende erfindungsgemäße Verdampfersysteme haben sich in der Praxis besonders bewährt und als vorteilhaft erwiesen, weil es günstig ist, die Elemente zur Druckregulierung so in der Kartusche anzuordnen, dass diese bei dem erhaltenden erfindungsgemäßen Verdampfersystem nicht auf der Außenhülle des Verdampfersystems angeordnet sind. Dies bedeutet beispielsweise, dass die Elemente zur Druckregulierung innerhalb des erfindungsgemäßen Verdampfersystems, beispielsweise unterhalb einer Verschalung und/oder einer Außenhülle angeordnet sind, sodass sie bei Verwendung des Verdampfersystems durch den Endverbraucher vor mechanischen Beschädigungen, insbesondere durch die ungewollte Einwirkung des Verbrauchers, geschützt werden. Auch wenn dies für bestimmte Anwendungen vorteilhaft sein kann, hat es sich doch in einigen Fällen als nachteilig erwiesen, wenn der Verbraucher beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verdampfersystems beispielsweise mit einem Finger versehentlich das Rückschlagventil verschließen kann oder beispielsweise mit den Fingernägeln die Membran oder einen deformierbaren Wandabschnitt beschädigen kann.
• Bevorzugt sind zudem erfindungsgemäße Verdampfersysteme, wobei die elektrische Energiequelle ein Energiespeicher ist, bevorzugt eine Batterie oder eine Brennstoffzelle, besonders bevorzugt eine Lithiumionenbatterie, insbesondere einen Lithiumpolymerakkumulator,
  und/oder
  zusätzlich umfassend eine elektronische Steuerungseinrichtung zum Steuern der elektrischen Heizeinheit,
  und/oder
  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.
• Nachfolgend werden die Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert und beschrieben. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in unterschiedlichen Figuren gleiche Bauteile.
• In den Figuren zeigen:
• 1 Die schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Kartusche;
• 2 Die schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Kartusche;
• 3 Die schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Kartusche in einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
• 4 Die schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Kartusche in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
• 5 Die schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Kartusche in einer dritten bevorzugten Ausführungsform;
• 6 Die schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Kartusche in einer vierten bevorzugten Ausführungsform;
• 7 Die schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Kartusche in einer fünften bevorzugten Ausführungsform;
• 8 Die schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Verdampfereinheit in einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
• 9 Die schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Verdampfereinheit in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
• 10 Die schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Verdampfereinheit in einer dritten bevorzugten Ausführungsform;
• 11 Die schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Verdampfereinheit in einer vierten bevorzugten Ausführungsform;
• 12 Die schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Verdampfereinheit in einer fünften bevorzugten Ausführungsform.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Kartusche 10. Diese Kartusche 10 besteht in dieser einfachen Ausführungsform aus einem starren Reservoir 12, dessen Wand 20 das Innere 18 des Reservoirs 12 umschließt. Das dargestellte Reservoir 12 weist eine Entnahmeöffnung 14 auf, die dazu eingerichtet ist, die Entnahme von Flüssigkeit aus dem Reservoir 12 heraus zu ermöglichen. Das aus dem Stand der Technik bekannte Reservoir 12 weist keine Elemente zur Druckregulierung 16 im Inneren 18 des Reservoirs 12 auf. Bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Kartuschen wird die Entnahmeöffnung 14 im Betrieb in einer Verdampfereinheit durch ein Dochtmaterial ausgefüllt und/oder mit einer Heizeinheit 30 verschlossen, sodass eine auftretende Druckdifferenz im Inneren 18 des Reservoirs 12 gegenüber dem Umgebungsdruck nachteiligerweise dazu führt, dass über das Dochtmaterial nicht hinreichend Zusammensetzung an das elektrische Heizelement gelangt oder dass die Flüssigkeit durch das Dochtmaterial in ungewollter Menge zur Heizeinheit 30 transportiert wird.
• 2 zeigt im Gegensatz hierzu eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Kartusche 10, deren starres Reservoir 12 in der Wand 20 ein Element zur Druckregulierung 16 im Inneren 18 des Reservoirs 12 umfasst. Hierdurch ist es möglich, im Inneren 18 des Reservoirs 12 auftretende Druckdifferenzen über das Element zur Druckregulierung 16 zu kompensieren, sodass der Austritt der Flüssigkeit durch die Entnahmeöffnung 14 zu einer Heizeinheit (nicht gezeigt) nicht beeinträchtigt wird. Die in 2 gezeigte erfindungsgemäße Kartusche 10 wird im vorliegenden Beispiel ausschließlich durch das starre Reservoir 12 gebildet, welches im vorliegenden Beispiel aus Kunststoff besteht und einstückig ausgeführt ist.
• Das gezeigte Reservoir 12 weist keine Abschnitte auf, bei denen es bei Zunahme des Innendrucks zu beabsichtigten Undichtigkeiten kommt. Dies bedeutet, dass das Reservoir 12 bei einem Innendruck von 120 kPa und einem Außendruck von 100 kPa abseits der Entnahmeöffnung 14 dicht ist, sodass Flüssigkeit auch bei diesen erhöhten Drücken ausschließlich durch die Entnahmeöffnung 14 aus dem Reservoir 12 austreten kann.
• Die gezeigte Entnahmeöffnung 14 ist dazu eingerichtet, mit einem Dochtmaterial (nicht gezeigt) ausgefüllt und/oder mit einer Heizeinheit (nicht gezeigt) verschlossen zu werden. Die in 2 offenbarte erfindungsgemäße Kartusche ist so ausgelegt, dass das Element zur Druckregulierung 16 in der Wand 20 des Reservoirs 12 angeordnet ist, die den größten Abstand zur Entnahmeöffnung 14 aufweist, wobei der Abstand zwischen der Entnahmeöffnung 14 und dem Element zur Druckregulierung 16 größer ist als der mittlere Durchmesser der Entnahmeöffnung 14, sodass die vom Element zur Druckregulierung 16 gegebenenfalls ausgeübten Störungen, beispielsweise das Eintreten von Gas oder die Expansion eines deformierbaren Wandabschnitts, den für die gleichbleibende und kontrollierte Flüssigkeitszufuhr zum Heizelement 30 entscheidenden Bereich der Kartusche 10 so wenig wie möglich beeinflussen.
• 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Kartusche 10 in einer bevorzugten Ausführungsform. Als Element zur Druckregulierung 16 umfasst das Reservoir 12 in der Wand 20 des Reservoirs 12 angeordnet ein Rückschlagventil 16a, bei welchem es sich im vorliegenden Beispiel um ein Lippenventil handelt. Dieses Lippenventil ist so ausgelegt, dass es bei einem Unterdruck im Reservoir gegenüber dem Außendruck von 1 kPa oder mehr öffnet und dadurch einen Druckausgleich mit der Umgebung ermöglicht. In 3 besteht das Rückschlagventil 16a aus einem flexiblen Material, welches ein Elastomer umfasst, welches aus Silikonkautschuk hergestellt wurde. Da das Rückschlagventil 16a nur öffnet, wenn zwischen dem Inneren 18 des Reservoirs 12 und der Umgebung eine Druckdifferenz besteht, ist durch das Rückschlagventil 16a kein Austritt von Flüssigkeit aus dem Reservoir 12 heraus möglich.
• 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kartusche 10, wobei das Element zur Druckregulierung 16 eine gasdurchlässige aber flüssigkeitsundurchlässige Membran 16b ist. In 3 handelt es sich bei der gasdurchlässigen aber flüssigkeitsundurchlässigen Membran 16b um eine hydrophobe Kunststoffmembran aus Polytetrafluorethylen, die so ausgebildet ist, dass diese den Durchtritt von Wasser, 1,2-Propandiol und Glyzerin aus dem Inneren 18 des Reservoirs 12 verhindert und den Austausch von Gas zwischen dem Inneren 18 des Reservoirs 12 und der Umgebung in beide Richtungen ermöglicht.
• 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Kartusche 10 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. Das Element zur Druckregulierung 16 wird in dieser Ausführungsform durch einen deformierbaren Wandabschnitt 16c gebildet, wobei die in 3 gezeigte Ausführungsform einen reversibel deformierbaren Wandabschnitt 16c umfasst, der als deformierbarer Beutel ausgebildet ist, welcher in das Reservoir 12 hineinragt. Die vom Inneren 18 des Reservoirs 12 abgekehrte Seite des deformierbaren Wandabschnitts 16c steht dabei mit der Umgebung in Kontakt und weist entsprechend Umgebungsdruck auf, ohne jedoch den Austritt von Flüssigkeit durch den deformierbaren Wandabschnitt 16c hindurch zu ermöglichen. Entsprechend kann der deformierbare Wandabschnitt 16c in Abhängigkeit von einer Druckänderung im Innenraum 18 des Reservoirs 12 komprimiert oder expandiert werden, um diese Druckänderung auszugleichen.
• Die 6 und 7 zeigen jeweils eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch zwei besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kartusche 10, die deswegen besonders vorteilhaft sind, weil sie das synergistische Zusammenspiel von zwei Elementen zur Druckregulierung 16, bei denen es sich um unterschiedliche Elemente zur Druckregulierung 16 handelt, die auf unterschiedlichen Seiten des Reservoirs 12, d.h. in unterschiedlichen Abschnitten der Wand 20, angeordnet sind, ermöglichen.
• In den beiden dargestellten Ausführungsformen umfasst das Reservoir 12 jeweils ein Rückschlagventil 16a, welches insbesondere dazu vorgesehen ist, große auftretende Unterdrücke im Inneren 18 des Reservoirs 12 schnell auszugleichen, um dadurch das jeweils zweite Element zur Druckregulierung 16 zu unterstützen bzw. zu schützen und hinsichtlich der Auslegung des zweiten Elements zur Druckregulierung 16 eine höhere Flexibilität zu erhalten. In 6 und 7 ist das zweite Element zur Druckregulierung 16 einmal als deformierbarer Wandabschnitt 16c, der als reversibel deformierbarer Beutel ausgelegt ist, bzw. als eine Membran, welche gasdurchlässig aber flüssigkeitsundurchlässig ist, ausgelegt. Diesen Elementen zur Druckregulierung 16 fällt jeweils die Aufgabe zu, im Inneren 18 des Reservoirs 12 auftretende Druckerhöhungen zu kompensieren sowie solche Unterdrücke abzufangen, die nicht ausreichend sind, um ein Öffnen des Rückschlagventils 16a zu verursachen.
• Die 8 bis 12 zeigen jeweils eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Verdampfereinheit 34 in bevorzugten Ausführungsformen. Die Verdampfereinheit 34 umfasst jeweils eine erfindungsgemäße Kartusche 10. Das Reservoir 12 ist dabei zweiteilig ausgeführt und ist zylinderförmig. Durch das Reservoir 12 erstreckt sich in dieser Ausgestaltung, von einer Grundfläche 42 zur anderen, ein Schlot 40, der einen Luftkanal 36 umgibt. An diesem Schlot 40 angeordnet, umfasst die erfindungsgemäße Verdampfereinheit 34 eine Heizeinheit 30, welche ein Dochtmaterial und ein elektrisches Heizelement umfasst (nicht gezeigt). Die Heizeinheit 30 ist in der Entnahmeöffnung 14 angeordnet, sodass das Dochtmaterial in der Entnahmeöffnung 14 angeordnet ist und sodass die Flüssigkeit aus dem Reservoir 12 über das Dochtmaterial zum elektrischen Heizelement gelangen kann.
• In den gezeigten Ausführungsformen handelt es sich bei dem eingesetzten elektrischen Heizelement um einen plattenförmigen Heizerchip, aus einem dotierten Halbleitermaterial, welcher von einer Vielzahl von Mikrokanälen durchzogen ist, die eine flüssigkeitsleitende Verbindung zwischen der dem Dochtmaterial zugewandten Seite des Heizerchips und einer dem Luftkanal 36 zugewandten Seite des Heizerchips bereitstellen.
• Die offenbarte Heizeinheit 30 umfasst Dichtelemente zur Einfassung des elektrischen Heizelements und ist an der Entnahmeöffnung 14 fluiddicht so mit dem Reservoir 12 verbunden, dass Flüssigkeit und Gas aus dem Inneren 18 des Reservoirs 12 durch die Entnahmeöffnung 14 ausschließlich durch die Heizeinheit 30, d.h. das Dochtmaterial und das elektrische Heizelement, hindurch hinaustreten können. In den dargestellten Ausführungsformen ist das elektrische Heizelement und das Dochtmaterial zusammen so ausgelegt, dass diese bis zu einer Druckdifferenz zwischen dem Innendruck im Reservoir 12 und dem Außendruck von 1 kPA keine Flüssigkeitsdurchtritt durch die Entnahmeöffnung 14 und durch das Heizelement 30 hindurch erlauben.
• Die in den 8 bis 10 offenbarten erfindungsgemäßen Verdampfereinheiten 34 weisen jeweils ein Element zur Druckregulierung 16 auf, wobei es sich um ein Rückschlagventil 16a, nämlich ein Lippenventil, eine gasdurchlässige aber flüssigkeitsundurchlässige Membran 16b, nämlich eine hydrophobe Membran aus Polytetrafluorethylen bzw. einen deformierbaren Wandabschnitt 16c, nämlich einen deformierbaren Beutel aus gummielastischem Kunststoff, welcher ein Elastomer umfasst, welches aus Silikonkautschuk hergestellt wurde, und der in das Reservoir 12 hineinragt.
• Im Gegensatz hierzu umfassen die erfindungsgemäßen Verdampfereinheiten 34, die in den 11 und 12 dargestellt sind, jeweils zwei der vorstehend bezeichneten Elemente zur Druckregulierung 16, die auf unterschiedlichen Seiten des Reservoirs 12 angeordnet sind, wobei 11 die Kombination eines Rückschlagventils 16a mit einer gasdurchlässigen aber flüssigkeitsundurchlässigen Membran 16b offenbart, während 12 die Kombination eines Rückschlagventils 16a mit einem deformierbaren Wandabschnitt 16c zeigt.
• Die in den 2 bis 6 gezeigten erfindungsgemäßen Kartuschen 10 können zusammen mit einer Heizeinheit 30 ebenso in erfindungsgemäßen Verdampfersystemen eingesetzt werden wie die in den 8 bis 12 offenbarten erfindungsgemäßen Verdampfereinheiten 34. Hierfür müssen diese mit zumindest einer elektrischen Energiequelle für den Betrieb des elektrischen Heizelements kombiniert werden. Die in den 8 bis 12 offenbarten Verdampfereinheiten 34 sind dabei als Einwegteil konzipiert, die reversibel und zerstörungsfrei lösbar mit einem die elektrische Energiequelle umfassende Mehrwegteil verbunden werden können, sodass nicht nur ein fluidleitender Kontakt zwischen dem Reservoir 12 und dem elektrischen Heizelement in der Heizeinheit 30 besteht, sondern auch ein elektrischer Kontakt zwischen der elektrischen Energiequelle und dem elektrischen Heizelement.
• Im Gegensatz hierzu sind die in den 2 bis 6 offenbarten erfindungsgemäßen Kartuschen 10 in der dargestellten Form für den Einsatz mit einem wiederverwertbaren Heizer vorgesehen, welcher beispielsweise gemeinsam mit der elektrischen Energiequelle im Mehrwegteil angeordnet sein kann, oder in einem dritten Teil als weiteres Bauteil bereitgestellt wird. Die erfindungsgemäßen Kartuschen 10 werden hierfür in ihrem Innenraum 18 mit einer zu verdampfenden Zusammensetzung gefüllt, wobei die Zusammensetzung beispielsweise Nikotin, 1,2-Propandiol, Glycerin und Wasser umfasst. Nach dem Befüllen wird die Entnahmeöffnung 14 verschlossen, beispielsweise mit einem Kunststofffilm. Vor der Benutzung wird der Kunststofffilm über der Entnahmeöffnung 14 entfernt oder irreversibel zerstört und die erfindungsgemäße Kartusche 10 wird mit dem Mehrwegteil reversibel und zerstörungsfrei lösbar verbunden, sodass die Entnahmeöffnung 14 in Kontakt mit der Heizeinheit 30 angeordnet ist. In den in den 8 bis 12 gezeigten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Verdampfereinheit 34 sind die Elemente zur Druckregulierung 16 jeweils so in der Kartusche 10 angeordnet, dass diese bei einem Einbau in ein Verdampfersystem nicht auf oder in der Außenhülle des Verdampfersystems angeordnet sind. Dies ist dadurch bedingt, dass die Grundflächen 42 zur Verbindung der erfindungsgemäßen Verdampfereinheit 34 mit dem Mehrwegteil vorgesehen sind, oder in der Praxis mit einem Mundstück bedeckt werden, welches die Elemente zur Druckregulierung abschirmt.
• Bezugszeichenliste

10

Kartusche

12

Reservoir

14

Entnahmeöffnung

16

Element zur Druckregulierung

16a

Rückschlagventil

16b

Membran

16c

deformierbarer Wandabschnitt

18

Inneres des Reservoirs

20

Wand des Reservoirs

30

Heizeinheit

34

Verdampfereinheit

36

Luftkanal

40

Schlot

42

Grundflächen

Claims (17)

1. Kartusche (10) für eine elektronische Zigarette oder einen tragbaren Inhalator, umfassend ein starres Reservoir (12) zur Aufnahme einer Flüssigkeit, wobei das Reservoir (12) zumindest eine Entnahmeöffnung (14) aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Entnahme von Flüssigkeit aus dem Reservoir (12) heraus zu ermöglichen, wobei das Reservoir (12) ein oder mehrere Elemente zur Druckregulierung (16) im Inneren (18) des Reservoirs (12) umfasst, die in der Wand (20) des Reservoirs (12) angeordnet sind und durch die kein Austritt von Flüssigkeit aus dem Reservoir (12) heraus möglich ist, wobei die Elemente zur Druckregulierung (16) unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Liste bestehend aus Rückschlagventilen (16a), gasdurchlässigen aber flüssigkeitsundurchlässigen Membranen (16b), und deformierbaren Wandabschnitten (16c).
2. Kartusche (10) nach Anspruch 1, wobei das Reservoir (12) aus ein oder mehreren Materialien besteht, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Glas, Kristall, Metall, Keramik, Holz und Kunststoff, vorzugsweise aus Glas und Kunststoff, und/oder wobei das Reservoir (12) einstückig oder zweistückig, bevorzugt zweistückig, ausgeführt ist, und/oder wobei das Reservoir (12) so ausgelegt ist, dass bei einem Innendruck im Reservoir (12) von 120 kPa, bevorzugt von 240 kPa, besonders bevorzugt 480 kPa oder mehr, und einem Außendruck von 100 kPa Flüssigkeit ausschließlich durch die Entnahmeöffnung (14) aus dem Reservoir (12) austreten kann.
3. Kartusche (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Reservoir (12) ein Rückschlagventil (16a), vorzugsweise ein Lippenventil, umfasst, wobei das Rückschlagventil (16a) bevorzugt so ausgebildet ist, dass es bei einem Unterdruck im Reservoir gegenüber dem Außendruck von 1 kPa oder mehr, bevorzugt 2 kPa oder mehr, besonders bevorzugt 4 kPa oder mehr, öffnet, wobei das Rückschlagventil (16a) besonders bevorzugt aus einem flexiblen Material besteht, das ein oder mehrere Elastomere umfasst, welche aus Kautschuken hergestellt wurden, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Naturkautschuk und Synthesekautschuk, bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polybutadien-Kautschuk, Nitrilkautschuk, Chloropren-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und Silikonkautschuk.
4. Kartusche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Reservoir (12) eine gasdurchlässige aber flüssigkeitsundurchlässige Membran (16b), vorzugsweise eine hydrophobe Kunststoffmembran, insbesondere eine hydrophobe Membran umfassend Polytetrafluorethylen, umfasst, wobei die Membran (16b) bevorzugt so ausgebildet ist, dass sie den Durchtritt von gasförmigem Wasser und/oder gasförmigem 1,2-Propandiol und/oder gasförmigem Glyzerin ermöglicht.
5. Kartusche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Reservoir (12) einen deformierbaren, vorzugsweise reversibel deformierbaren, Wandabschnitt (16c) umfasst, vorzugsweise aus einem gummielastischem Kunststoff, welcher ein oder mehrere Elastomere umfasst, welche aus Kautschuken hergestellt wurden, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Naturkautschuk und Synthesekautschuk, bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polybutadien-Kautschuk, Nitrilkautschuk, Chloropren-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und Silikonkautschuk, wobei der deformierbare Wandabschnitt (16c) vorzugsweise als deformierbarer Beutel ausgebildet ist, der in das Reservoir (12) hineinragt oder aus dem Reservoir (12) herausragt, besonders bevorzugt in das Reservoir (12) hineinragt, und wobei das Volumen des deformierbaren Beutels ohne anliegen einer Druckdifferenz vorzugsweise kleiner ist, als das Volumen des Reservoirs (12), besonders bevorzugt weniger als 50 %, ganz besonders bevorzugt weniger als 25 %.
6. Kartusche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Reservoir (12) zwei oder mehrere Elemente zur Druckregulierung (16), bevorzugt zwei, umfasst, und/oder wobei das Reservoir (12) zwei oder mehrere unterschiedliche Elemente zur Druckregulierung (16), bevorzugt zwei, umfasst, und/oder wobei das Reservoir (12) zwei oder mehrere Elemente zur Druckregulierung (16), bevorzugt zwei, umfasst, die auf der gleichen oder auf unterschiedlichen Seiten des Reservoirs (12), bevorzugt auf gleichen Seiten, angeordnet sind.
7. Kartusche (10) nach Anspruch 6, wobei das Reservoir (12) ein Rückschlagventil (16a) und eine gasdurchlässige aber flüssigkeitsundurchlässige Membran (16b) umfasst, und/oder wobei das Reservoir (12) ein Rückschlagventil (16a) und einen deformierbaren Wandabschnitt (16c), vorzugsweise einen reversibel deformierbaren Beutel, umfasst, und/oder wobei das Reservoir (12) eine gasdurchlässige aber flüssigkeitsundurchlässige Membran (16b) und einen deformierbaren Wandabschnitt (16c) umfasst.
8. Kartusche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die ein oder mehrere Elemente zur Druckregulierung (16) in der Wand (20) des Reservoirs (12) angeordnet sind, die im Mittel den größten Abstand zur Entnahmeöffnung (14) aufweist, und/oder wobei der Abstand zwischen der Entnahmeöffnung (14) und den ein oder mehrere Elemente zur Druckregulierung (16) größer ist, als der mittlere Durchmesser der Entnahmeöffnung (14).
9. Verdampfereinheit (34) umfassend eine Kartusche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, zusätzlich umfassend eine Heizeinheit (30) mit einem Dochtmaterial und mit einem elektrischen Heizelement, die so angeordnet ist, dass das Dochtmaterial in der Entnahmeöffnung (14) angeordnet ist und/oder die Entnahmeöffnung (14) bedeckt und dass Flüssigkeit aus dem Reservoir (12) über das Dochtmaterial zum elektrischen Heizelement gelangen kann.
10. Verdampfereinheit (34) nach Anspruch 9, wobei das elektrische Heizelement eine Drahtspule oder eine Heizerfolie oder ein plattenförmiger Heizerchip ist, bevorzugt eine Heizerfolie oder ein plattenförmiger Heizerchip, besonders bevorzugt ein plattenförmiger Heizerchip aus einem dotierten oder undotierten Halbleitermaterial, welcher von einer Vielzahl von Mikrokanälen durchzogen ist, die eine flüssigkeitsleitende Verbindung zwischen der dem Dochtmaterial zugewandten Seite des Heizerchips und einer einem Luftkanal (36) zugewandten Seite des Heizerchips bereitstellen.
11. Verdampfereinheit (34) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Heizeinheit (30) Dichtelemente zur Einfassung des elektrischen Heizelementes umfasst und an der Entnahmeöffnung (14) fluiddicht so mit dem Reservoir (12) verbunden ist, dass Flüssigkeit und Gas aus dem Inneren (18) des Reservoirs (12) durch die Entnahmeöffnung (14) ausschließlich durch die Heizeinheit (30) hindurch hinaustreten kann.
12. Verdampfereinheit (34) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das elektrische Heizelement und/oder das Dochtmaterial so ausgelegt sind, dass sie bis zu einer Druckdifferenz zwischen dem Innendruck im Reservoir (12) und dem Außendruck von 1 kPa, bevorzugt 2 kPa, besonders bevorzugt 3 kPa, keinen Flüssigkeitsdurchtritt durch die Entnahmeöffnung (14) und durch das Heizelement hindurch ermöglichen.
13. Verdampfereinheit (34) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Reservoir (12) zylinderförmig oder quaderförmig ausgelegt ist und die Entnahmeöffnung (14) an einem Schlot angeordnet ist, der sich ausgehend von einer der Grundflächen (42) des Zylinders oder Quaders in das Innere (18) des Zylinders oder Quaders hinein, bevorzugt durch das gesamte Reservoir (12) hindurch, erstreckt.
14. Verdampfersystem zum Verdampfen einer Zusammensetzung, vorzugsweise für den Einsatz in einer tragbaren Verdampfungsvorrichtung, bevorzugt in einem Handgerät, besonders bevorzugt in einer E-Zigarette oder einem Inhalator für medizinische Zwecke, umfassend eine Kartusche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und eine Heizeinheit (30) oder eine Verdampfereinheit (34) nach einem der Ansprüche 9 bis 13 und zumindest eine elektrische Energiequelle für den Betrieb des elektrischen Heizelements.
15. Verdampfersystem nach Anspruch 14, wobei die Kartusche (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem ersten Teil, insbesondere einem Einwegteil, angeordnet ist und die elektrische Energiequelle in einem zweiten Teil, insbesondere einem Mehrwegteil, angeordnet ist, wobei das erste Teil und das zweite Teil reversibel und zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen der elektrischen Energiequelle und dem elektrischen Heizelement sowie ein fluidleitender Kontakt zwischen dem Reservoir (12) und dem elektrischen Heizelement besteht.
16. Verdampfersystem nach Anspruch 15, zusätzlich umfassend ein drittes Teil, wobei die Heizeinheit (30) im ersten Teil oder im zweiten Teil oder im dritten Teil angeordnet ist, wobei das erste Teil, das zweite Teil und das dritte Teil reversibel und zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen der elektrischen Energiequelle und dem elektrischen Heizelement sowie ein fluidleitender Kontakt zwischen dem Reservoir (12) und dem elektrischen Heizelement besteht.
17. Verdampfersystem nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei ein oder mehrere Elemente zur Druckregulierung (16) so in der Kartusche (10) angeordnet sind, dass diese nicht auf oder in der Außenhülle des Verdampfersystems angeordnet sind.

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