DE102021127532B4

DE102021127532B4 - Verdampfervorrichtung, Verdampfer-Tank-Einheit, Inhalator und Verfahren zur Herstellung einer Verdampfervorrichtung

Info

Publication number: DE102021127532B4
Application number: DE102021127532.6A
Authority: DE
Inventors: Alp Mirdogan; Markus Schmidt
Original assignee: Koerber Technologies GmbH
Current assignee: Koerber Technologies GmbH
Priority date: 2021-10-22
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2023-11-09
Anticipated expiration: 2041-10-23
Also published as: DE102021127532A1

Abstract

Verdampfervorrichtung (1) für einen Inhalator (200), insbesondere für ein elektronisches Zigarettenprodukt oder einen medizinischen Inhalator, umfassend- einen Verdampfer (2) zum Verdampfen von dem Verdampfer (2) zugeführter Flüssigkeit, und- eine Dochtstruktur (3) zum Zuführen von Flüssigkeit zu dem Verdampfer (2), wobei- der Verdampfer (2) und/oder die Dochtstruktur (3) eine offenporige, schaumartige Struktur (4) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass- die offenporige, schaumartige Struktur (4) aus einem Halbleitermaterial gebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdampfervorrichtung nach den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1, eine Verdampfer-Tank-Einheit, einen Inhalator und ein Verfahren zur Herstellung einer Verdampfervorrichtung.
Aus der EP 2 358 223 B1 ist ein Verdampfer bekannt, der aus einem offenporigen Schaum aus einem elektrischen Widerstandsmaterial gebildet ist.
Die WO 2019/072915 A1 offenbart einen Verdampfer in Form eines monolithischen Heizkörpers aus einem Halbleiter. Zur flüssigkeitsleitenden Verbindung einer Einlassseite mit einer Auslassseite des Heizkörpers umfasst dieser eine Mehrzahl von Mikrokanälen.
Die Druckschriften DE 10 2019 111 287 A1 , EP 3 160 272 B1 und US 9,801,415 B2 offenbaren jeweils einen Verdampfer aus einem porösen Material.
Nachteilig an den vorangehenden beschriebenen Lösungen ist jedoch, dass nur niedrig- bis mittelviskose Flüssigkeiten verdampft werden können. Weiterhin besteht bei den aus dem Stand der Technik bekannten porösen Verdampfern der Nachteil, dass der Verdampfungsvorgang nicht im gewünschten Maß kontrolliert werden kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verdampfervorrichtung anzugeben, die eine verbesserte Kontrollierbarkeit des Verdampfungsvorgangs bei gleichzeitig größerer Flexibilität hinsichtlich der zu verdampfenden Flüssigkeit ermöglicht, sowie eine entsprechend verbesserte Verdampfer-Tank-Einheit, einen entsprechend verbesserten Inhalator sowie ein korrespondierendes Verfahren zur Herstellung einer Verdampfervorrichtung.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der dazugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die offenporige, schaumartige Struktur aus einem Halbleitermaterial gebildet ist.
Die Erfindung hat erkannt, dass es ein Verdampfer, der eine offenporige, schaumartige Struktur aus einem Halbleitermaterial umfasst, erlaubt, den Verdampfungsvorgang besser zu kontrollieren als dies bei herkömmlichen Verdampfern der Fall ist, weil bei Halbleitern der elektrische Widerstand in Abhängigkeit der Temperatur sehr genau beschrieben werden kann. Somit kann mittels der an dem Verdampfer anliegenden elektrischen Spannung, die zur Verdampfung bereitgestellte Heizleistung und so die Verdampfungsrate genau eingestellt werden. Dieser Effekt wird verstärkt durch die offenporige, schwammartige Struktur, die eine relativ zum Volumen große Verdampfungsfläche bietet. Die Verdampfungsfläche wird folglich durch die Innenfläche der Poren gebildet. Somit kann auch bei hohen Heizleistungen eine entsprechend große Menge an Flüssigkeit verdampft werden, ohne dass sich die Verdampfungsfläche restriktiv auswirken würde. Durch die gute Kontrollierbarkeit der Verdampfung können auch Flüssigkeiten mit mehreren Komponenten gezielt derart verdampft werden, dass beispielsweise eine differenzielle Destillation von Komponenten mit niedrigem Siedepunkt verhindert werden kann.
Durch die große Verdampfungsfläche können nicht nur niedrige bis mittelviskose Flüssigkeiten in ausreichender Menge verdampft werden, sondern auch Flüssigkeiten mit einer höheren Viskosität. Folglich können mit der vorgeschlagenen Verdampfervorrichtung auch hochviskose Flüssigkeiten, wie beispielsweise cannabinoidhaltige - Öle bzw. -Harze, kontrolliert verdampft werden.
Ferner bietet die offenporige, schaumartige Struktur aus Halbleitermaterial auch bei einem Einsatz als Dochtstruktur aufgrund der hohen thermischen Leitfähigkeit Vorteile. Eine solche Dochtstruktur kann die thermische Energie des Verdampfers, mit dem die Dochtstruktur in Kontakt steht, aufnehmen. Somit wird durch den Verdampfer auch die Dochtstruktur homogen erwärmt und die zu verdampfende Flüssigkeit vor Erreichen des Verdampfers vorgewärmt. Durch das Vorwärmen können auch hochviskose zu verdampfende Flüssigkeiten, beispielsweise Öle oder Harze, innerhalb des offenporigen, schaumartigen Halbleitermaterials in eine dünnflüssigere Form übergeleitet und somit für den Verdampfungsprozess vorbereitet werden, ohne dass es eines separaten, zusätzlichen Dochtes bedarf. Eine Beaufschlagung der Dochtstruktur mit elektrischer Spannung ist zum Erreichen dieses Effekts nicht erforderlich.
Weiterhin bieten die Poren der Dochtstruktur auch ein geeignetes Volumen, um als Flüssigkeitsspeicher zu dienen. Unter Umständen kann sogar vollständig auf einen separaten Flüssigkeitsspeicher verzichtet werden. Die vorgeschlagene Dochtstruktur aus dem offenporigen, schwammartigen Halbleitermaterial kann beispielsweise zusammen mit einem Verdampfer betrieben werden, der ebenfalls aus einem offenporigen, schwammartigen Halbleitermaterial gebildet ist. Weiter beispielsweise ist es auch möglich, dass die vorgeschlagene Dochtstruktur mit einem beliebig anderen Verdampfer, beispielsweise mit einem Verdampfer umfassend einen Heizwendel, betrieben wird.
Unter einer offenporigen, schaumartigen Struktur im Sinne dieser Anmeldung ist eine Struktur mit einer Vielzahl von Hohlräumen, den Poren, zu verstehen, die miteinander verbunden sind, so dass sie von der zu verdampfenden Flüssigkeit bzw. von dem Dampf durchströmt werden kann. Vorzugsweise beträgt die Porengröße der offenporigen, schaumartige Struktur aus Halbleitermaterial zwischen 0,2 und 250 µm. Somit kann eine Aufnahme bzw. Weiterleitung der Flüssigkeit durch die Wirkung der Kapillarkraft erfolgen.
Durch das Vorheizen mittels der Dochtstruktur und durch die engmaschige Anordnung der Poren in der offenporigen, schaumartigen Halbleiterstruktur wird dem Problem des sogenannten Liquid-Schleuderns, auch „Jetting“ oder „Splashing“ genannt, vorgebeugt.
Schließlich bietet die Schaumstruktur aufgrund ihrer einfachen und flexiblen Verarbeitbarkeit den Vorteil, dass diese an beliebige Geometrien angepasst werden kann.
Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich vorzugsweise um ein n- oder p- dotiertes Halbleitermaterial. Sofern die offenporige, schaumartige Struktur zur Bildung des Verdampfers genutzt wird, weist dieser ein n- oder p-dotiertes Halbleitermaterial auf. Sofern alternativ oder zusätzlich die Dochtstruktur durch die offenporige, schaumartige Struktur gebildet ist, muss die Dochtstruktur nicht zwangsläufig durch ein n- oder p-dotiertes Halbleitermaterial gebildet sein, weil diese nicht mit einer Heizspannung beaufschlagt wird.
Vorzugsweise besteht der Verdampfer und/oder die Dochtstruktur vollständig aus einer offenporigen, schaumartigen Struktur aus einem Halbleitermaterial.
Beispielsweise handelt es sich bei dem Halbleitermaterial um Silizium, vorzugsweise um n- oder p-dotiertes Silizium. Es hat sich gezeigt, dass sich die Verdampfung bei der Verwendung von p- oder n-dotiertem Silizium besonders gut kontrollieren lässt. Ein n- oder p-dotiertes Silizium ist besonders gut steuerbar bzw. regelbar, sodass die Verdampfungsleistung exakt eingestellt werden kann.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass der Verdampfer eine Rahmenstruktur mit einer Einströmöffnung und einer Ausströmöffnung umfasst, wobei das Innere der Rahmenstruktur mit der offenporigen, schaumartigen Struktur aus Halbleitermaterial befüllt ist. Die Rahmenstruktur dient als Träger für das offenporige, schaumartige Halbleitermaterial, so dass die Stabilität der Verdampfervorrichtung gesteigert werden kann. Durch das Aufschäumen des Halbleitermaterials kann dieses auf einfache Weise in die Rahmenstruktur gefüllt werden. Das Aufschäumen erfolgt beispielsweise durch Treibmittel, beispielsweise in Form von Wasserstoff. Diese Art der Fertigung ist mit einem hohen Automatisierungsgrad und damit auch kostengünstig möglich. Weiterhin kann durch die Rahmenstruktur das offenporige, schaumartige Halbleitermaterial in eine vordefinierte Form gebracht werden, wodurch ebenfalls das Verdampfungsverhalten positiv beeinflusst werden kann.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Rahmenstruktur wenigstens zwei Kontaktstellen umfasst, über die die offenporige, schaumartige Struktur aus Halbleitermaterial mit elektrischer Spannung beaufschlagbar ist. Das offenporige, schaumartige Halbleitermaterial bildet einen elektrischen Widerstand, sodass es sich bei Anliegen einer elektrischen Spannung erhitzt. Vorzugsweise sind die Kontaktflächen aus einem Metall bzw. aus einer Metalllegierung. Es hat sich gezeigt, dass sich eine besonders zuverlässige Anbindung des Halbleitermaterials an einen elektrischen Stromkreis erreichen lässt, wenn die Kontaktflächen in die Rahmenstruktur eingearbeitet sind. Ferner lässt sich somit ein kompakter Aufbau erreichen.
Selbstverständlich ist es grundsätzlich auch möglich, die elektrisch leitfähigen Kontaktflächen anderweitig mit dem Halbleitermaterial in Kontakt zu bringen, so dass diese nicht Bestandteil der Rahmenstruktur sind. So ist grundsätzlich auch eine beliebige anderweitige Anordnung der elektrisch leitfähigen Kontaktflächen an, auf, um oder in dem Halbleitermaterial möglich.
In dem Stromkreis ist vorzugsweise eine Steuer- und/oder Regelungseinheit vorgesehen, beispielsweise umfassend einen Mikroprozessor bzw. Mikrocontroller, über die die an dem Halbleitermaterial anliegende elektrischen Spannung, die sogenannte Heizspannung, bedarfsgerecht eingestellt werden kann. Die Steuer- und/oder Regelungseinheit ist weiter vorzugsweise dazu eingerichtet, Signale aus der Umgebung zu verarbeiten, um den Heizvorgang einzuleiten; dazu zählt beispielsweise das Schließen des Stromkreises mittels eines Knopfdrucks und/oder das Signal eines Drucksensors. Der Stromkreis umfasst eine Spannungsquelle, beispielsweise in Form einer Batterie oder eines Akkus.
Vorzugsweise ist die Rahmenstruktur durch einen Abschnitt eines Strangpressprofils gebildet. Die Verwendung eines Strangpressprofils, beispielsweise eines Goldstrangpressprofils, erlaubt eine besonders kostengünstige Herstellung bei gleichzeitig guten Stabilitätseigenschaften.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass an einer Außenfläche der Rahmenstruktur, die der offenporigen, schaumartigen Struktur aus Halbleitermaterial abgewandt ist, ein Dichtelement vorgesehen ist. Durch das Anbringen des Dichtelements an der Rahmenstruktur kann im Betrieb die Verdampfervorrichtung einen Strömungskanal derart von einem Flüssigkeitsspeicher trennen, dass das Fluid nur durch Verdampfung über die offenporige, schaumartige Struktur von dem Flüssigkeitsspeicher in den Strömungskanal gelangen kann. Um diese Dichtigkeit zuverlässig herzustellen, handelt es sich vorzugsweise um ein Dichtelement, das vollständig umlaufend an der Außenfläche der Rahmenstruktur angeordnet ist. Das Dichtelement kann beispielsweise in Form einer Dichtlippe ausgeführt sein.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass der Verdampfer und die Dochtstruktur durch eine gemeinsame offenporige, schaumartige Struktur aus Halbleitermaterial gebildet sind. Der Verdampfer und die Dochtstruktur sind dabei vorzugsweise einteilig aufgebaut. Auf einen separaten Docht kann damit verzichtet werden, wodurch sich die Komplexität des Aufbaus sowie die Bauteilanzahl reduziert. Ferner kann durch die gemeinsame offenporige, schaumartige Struktur eine ideale Überleitung der zu verdampfenden Flüssigkeit von der Dochtstruktur zu der Verdampfervorrichtung sichergestellt werden.
Eine ineffiziente Abgabe der zu verdampfenden Flüssigkeit von dem Docht an den Verdampfer, wie es beispielsweise beim konventionellen Docht-Wendel-Prinzip der Fall ist, kann so vermieden werden.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass der Verdampfer in einer Längsrichtung in die Dochtstruktur übergeht, wobei eine Querschnittsfläche der Dochtstruktur orthogonal zu der Längsrichtung kleiner ist als die Querschnittsfläche des Verdampfers. Durch die Erhöhung der Querschnittsfläche im Bereich des Verdampfers kann die durch die Poren gebildete Verdampfungsfläche vergrößert werden und damit eine ausreichende Menge an Flüssigkeit verdampft werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Inhalator umfassend eine Verdampfervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, einen Strömungskanal und einen Flüssigkeitsspeicher vorgeschlagen, wobei der Verdampfer derart zwischen dem Strömungskanal und dem Flüssigkeitsspeicher angeordnet ist, dass die zu verdampfende Flüssigkeit über die offenporige, schaumartige Struktur aus Halbleitermaterial des Verdampfers und/oder der Dochtstruktur an den Strömungskanal abgegeben werden kann.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Verdampfer-Tank-Einheit vorgeschlagen, umfassend eine Verdampfervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 sowie einen Flüssigkeitsspeicher.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Verdampfervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 vorgeschlagen, wobei in einem Verfahrensschritt a) eine Negativform bereitgestellt wird, und anschließend in einem Verfahrensschritt b) die Bildung der offenporigen, schaumartigen Struktur aus dem Halbleitermaterial durch Einspritzen des aufgeschäumten Halbleitermaterials in die Negativform erfolgt. Vorzugsweise erfolgt das Aufschäumen im Verfahrensschritt b) durch Treibmittel, beispielsweise durch Wasserstoff. Bei der Negativform kann es sich beispielsweise um eine Form handeln, die ausschließlich für den Fertigungsprozess verwendet wird, sodass der hergestellte Docht und/oder der Verdampfer vor dem Einbau in einem Inhalator bzw. in einer Kartusche wieder aus der Negativform entnommen werden muss. Alternativ kann die Negativform beispielsweise auch durch das Rahmengestell, das Bestandteil der Verdampfervorrichtung ist, oder durch den Flüssigkeitsspeicher einer Kartusche bzw. eines Inhalators gebildet sein, sodass die offenporige, schaumartige Halbleiterstruktur direkt in ihr späteres Trägerelement gespritzt bzw. geschäumt wird. Dadurch kann das Herstellungsverfahren deutlich vereinfacht werden.
Ferner ermöglicht es die Verwendung der Schaumstruktur, den Verdampfer und/oder Docht in einer nahezu beliebigen Geometrie herzustellen, so dass dieser für beliebige Kartuschen- oder Inhalator-Designs hergestellt werden kann.
Weiterhin kann die Dochtstruktur je nach Bedarf in der richtigen Länge hergestellt werden; eine spätere Anpassung der Dochtstruktur kann damit entfallen.
Im Übrigen wird bezüglich der mit dem Inhalator gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, bezüglich der mit der Verdampfer-Tank-Einheit gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung sowie bezüglich der mit dem Verfahren gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung verbundenen technischen Wirkungen und Vorteile auf die vorangehenden Ausführungen im Zusammenhang mit der Verdampfervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung verwiesen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt

1 eine schematische, perspektivische Darstellung einer vorgeschlagenen Verdampfervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Draufsicht einer Verdampfervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 eine schematische Schnittansicht einer Verdampfervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
4 eine schematische, perspektivische Darstellung einer Verdampfervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
5 eine schematische Draufsicht einer Verdampfervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
6 eine schematische Schnittdarstellung einer Verdampfervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
7 eine schematische Schnittdarstellung einer Verdampfervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
8 eine schematische Darstellung eines Inhalators; und
9 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Verdampfervorrichtung.

1 zeigt eine Verdampfervorrichtung 1 gemäß einer ersten Au führungsform umfassend eine Rahmenstruktur 5 innerhalb derer ein Verdampfer 2 gebildet aus einer offenporigen, schaumartigen Struktur 4 aus einem Halbleitermaterial angeordnet ist.
Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich bei den hier dargestellten Ausführungsbeispielen um p- oder n-dotiertes Silizium. Es wird daher nachfolgend zur Vereinfachung von Siliziumschaum gesprochen. Grundsätzlich kann der Siliziumschaum aber auch durch ein anderes p- oder n-dotiertes Halbleitermaterial ersetzt werden, das in eine offenporige, schaumartige Struktur 4 bringbar ist. Silikonschaum ist grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt und kann beispielsweise über die Firma American Elements bezogen werden.
Der Verdampfer 2 wird mittels elektrischer Leitungen 14, die mit einer Spannungsquelle 15 verbunden sind, mit einer Heizspannung beaufschlagt, sodass sich der Siliziumschaum aufgrund seines elektrischen Widerstandes erwärmt. Durch die offenporige, schaumartige Struktur 4 bilden die Poren des Siliziumschaums eine relativ zum Volumen des Verdampfers 2 große Verdampfungsfläche, an der die zu verdampfende Flüssigkeit bei Erreichen einer Siedetemperatur verdampft wird. Die Zuführung der zu verdampfenden Flüssigkeit erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel über eine separate, nicht dargestellte Dochtstruktur.
Die Rahmenstruktur 5 weist eine hier untenliegende und daher nicht sichtbare Einströmöffnung 6 und eine hier obenliegende Ausströmöffnung 7 auf. An der Einströmöffnung 6 strömt das zu verdampfende Liquid in flüssiger Form in die Poren der offenporigen, schaumartigen Struktur 4, wo es durch die Hitzeentwicklung verdampft, sodass es im dampfförmigen Zustand an der Ausströmöffnung 7 ausströmt.
Die Rahmenstruktur 5 ist hier durch ein viereckiges Strangpressprofil gebildet.
Die Verwendung von Siliziumschaum als Verdampfer 2 ermöglicht eine gezielte Steuerung und/oder Regelung des Verdampfungsvorgangs, da die Eigenschaften dieses Materials bei Anlegen einer Heizspannung sehr gut vorbestimmbar sind; insbesondere kann der elektrische Widerstand in Abhängigkeit der Temperatur (R-T-Kurve) bei Halbleitern sehr genau beschrieben werden. Über eine Steuer- und/oder Regelungseinheit 16 kann die an dem Siliziumschaum anliegende Heizspannung bzw. Heizleistung eingestellt und damit auf einfache Weise der Verdampfungsprozess kontrolliert werden. Die Steuer- und/oder Regelungseinheit 15 kann einen nicht dargestellten Datenspeicher umfassen, auf dem die R-T-Kurve oder die korrespondierenden Werte in tabellarischer Form für das verwendete Halbleitermaterial gespeichert sind. Die Steuer- und/oder Regelungseinheit 15 kann die Heizspannung auch in Abhängigkeit externer Signale steuern bzw. regeln. So kann der Verdampfer 2 beispielsweise bei Betätigung eines entsprechenden Schalters oder bei Ansprechen eines Drucksensors aktiviert werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel fällt die Steuer- und/oder Regelungseinheit 15 zur vereinfachten Darstellung zeichnerisch mit der Spannungsquelle 16 zusammen.
Weiterhin ist an einer Außenfläche der Rahmenstruktur 5 ein Dichtelement 10 in Form einer vollständig umlaufenden Dichtlippe vorgesehen. Mit der Außenfläche der Rahmenstruktur 5 ist diejenige Fläche gemeint, die dem Verdampfer 2 aus Siliziumschaum abgewandt ist. Durch das Dichtelement 10 kann die Verdampfervorrichtung 1 derart in einen Inhalator 200 (vergleiche 8) eingesetzt werden, dass ein Strömungskanal 12 zuverlässig gegenüber einem Flüssigkeitsspeicher 13 abgedichtet werden kann. Die zu verdampfende Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsspeicher 13 kann daher nur über den Siliziumschaum durch Verdampfung an den Strömungskanal 12 abgegeben werden.
2 zeigt die Verdampfervorrichtung 1 aus 1 aus einer Draufsicht, aus der schematisch dargestellte leitfähige Kontaktstellen 8 und 9 ersichtlich sind, über die der Verdampfer 2 aus Siliziumschaum an die elektrischen Leitungen 14 angeschlossen ist. Es ist zu erkennen, dass die Kontaktstellen 8 und 9 Bestandteil der Rahmenstruktur 5 sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um metallische Kontaktflächen 8 und 9. Ferner ist aus 2 zu erkennen, dass das Dichtelement 10 an der Außenfläche der Rahmenstruktur 5 vollständig umlaufend verläuft.
3 zeigt eine Schnittansicht der Verdampfervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, aus der sowohl die Einströmöffnung 6 als auch die Ausströmöffnung 7 und deren einander gegenüberliegende Anordnung ersichtlich ist. Ferner ist ersichtlich, dass sich die offenporige, schaumartige Struktur 4, dargestellt durch eine Schraffur, von der Einströmöffnung 6 bis zur Ausströmöffnung 7 erstreckt. Die Schraffur ist lediglich schematisch zu verstehen; aus der Art der Schraffur kann nicht auf die tatsächliche Geometrie der offenporigen, schaumartigen Struktur 4 geschlossen werden.
Bei der nachfolgenden Erläuterung der Verdampfervorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform anhand der 4, 5 und 6 wird zur Vermeidung von Wiederholungen nur auf die sich im Vergleich zu der ersten Ausführungsform gemäß der 1, 2 und 3 ergebenen Unterschiede eingegangen.
Die Verdampfervorrichtung 1 aus 4 umfasst eine Dochtstruktur 3, die wie der Verdampfer 2 aus einem Siliziumschaum gebildet ist, sodass die Dochtstruktur 3 ebenfalls die offenporige, schaumartige Struktur 4 aufweist. Ferner ist zu erkennen, dass die Rahmenstruktur 5 an der Oberseite eine Abdeckung 17 aufweist, sodass die Einströmöffnung 6 durch einen kreisförmigen Querschnitt gebildet ist, aus dem die Dochtstruktur 2 herausragt.
Es sei darauf hingewiesen, dass in 4 zwecks besserer Erkennbarkeit der Dochtstruktur 3 die Einströmöffnung 6 nach oben gerichtet ist, also die Verdampfervorrichtung 1 in 4 im Vergleich zu 1 kopfüber dargestellt ist.
Die in 5 dargestellte Draufsicht zeigt, dass durch die Abdeckung 17 der aus Siliziumschaum gebildete Verdampfer 2 teilweise überdeckt wird. Die Abdeckung 17 kann mit der übrigen Rahmenstruktur 15 eine einstückige Komponente bilden oder als separates Bauteil ausgeführt sein.
Die in 6 dargestellte Schnittansicht der zweiten Ausführungsform zeigt, dass der Siliziumschaum die Dochtstruktur 3 und den Verdampfer 2 unter Ausbildung einer homogenen Porenstruktur bildet. Mit anderen Worten: Die Dochtstruktur 3 und der Verdampfer 2 werden bei der zweiten Ausführungsform durch eine gemeinsame offenporige, schaumartige Struktur 4 aus einem Halbleitermaterial gebildet. Durch diese homogene Struktur des Siliziumschaums kann bei Beaufschlagung des Verdampfers 2 mit einer Heizspannung eine effiziente Übertragung der Wärmeenergie von dem Verdampfer 2 an die Dochtstruktur 3 erfolgen, sodass bereits an bzw. in der Dochtstruktur 2 ein Vorwärmen der zu verdampfenden Flüssigkeit erfolgt. Ferner zeigt 6, dass die Querschnittsfläche des Verdampfers 2 orthogonal zu einer Längsrichtung 11 der Verdampfervorrichtung im Vergleich zu eine Querschnittsfläche der Dochtstruktur 3 größer ist. Die verringerte Querschnittsfläche der Dochtstruktur 3 ragt durch die Einströmöffnung 6 der Abdeckung 17 der Rahmenstruktur 15. Durch die Abdeckung 17 kann eine zusätzliche Dichtwirkung erzielt werden, weil diese im eingesetzten Zustand einem Flüssigkeitsspeicher 13 (vergleiche 8) zugewandt ist.
Grundsätzlich ist es auch möglich, bei der zweiten Ausführungsform der Verdampfervorrichtung 1, die in den 4 bis 6 gezeigt ist, eine Rahmenstruktur 5 ohne die stirnseitige Abdeckung 17 vorzusehen.
Nur beispielhaft für eine weitere mögliche Querschnittsfläche eines Verdampfers 2 aus Siliziumschaum wird in 7 eine dritte Ausführungsform einer Verdampfervorrichtung 1 mit Blick auf die Eintrittsöffnung 6 dargestellt. Diese weist eine sechseckige Rahmenstruktur 5 und dementsprechend auch eine offenporige, schaumartige Struktur 4 mit einem sechseckigen Querschnitt auf.
8 zeigt einen Inhalator 200 umfassend einen Strömungskanal 12 und eine Verdampfer-Tank-Einheit 100 in Form einer Kartusche.
Die Verdampfer-Tank-Einheit 100 umfasst eine Verdampfervorrichtung 1, die wiederum einen Verdampfer 2 und eine Dochtstruktur 3 umfasst. Bei der Verdampfervorrichtung 1 kann es sich beispielsweise um die Verdampfervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform (vgl. 1 bis 3) mit einer separaten Dochtstruktur 3 handeln. Alternativ kann als Verdampfervorrichtung 1 auch die Verdampfervorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform (vgl. 4 bis 6), also mit der Dochtstruktur 3 und dem Verdampfer 2 aus Siliziumschaum, zum Einsatz kommen.
Die Dochtstruktur 3 ragt in einen Flüssigkeitstank 13 der Verdampfer-Tank-Einheit 100 hinein. Durch das in den 1 bis 6 dargestellte Dichtelement 10 kann der Flüssigkeitsspeicher 13 derart gegenüber dem Strömungskanal 12 abgedichtet werden, dass die zu verdampfende Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicher 13 nur über den Siliziumschaum der Dochtstruktur 3 und des Verdampfers 2 im verdampften Zustand an den Strömungskanal 12 abgegeben werden kann. Hierzu liegt das Dichtelement 12 in Form der Dichtlippe an einer Aufnahmefläche für den Verdampfer 2 bzw. für die Verdampfer-Tank-Einheit 100 an.
Die Verdampfer-Tank-Einheit 100 kann auch durch eine dicht verschlossene Einwegkartusche gebildet sein, bei der die Flüssigkeit zerstörungsfrei nur durch Anlegen einer Heizspannung an dem Verdampfer 2 im verdampften Zustand aus der offenporigen, schaumartigen Struktur 4 ausströmen kann. Alternativ kann es sich auch um eine wiederbefüllbare Kartusche handeln.
9 zeigt schematisch ein Verfahren 300 zur Herstellung der Verdampfervorrichtung 1. In einem Verfahrensschritt a) wird eine Negativform bereitgestellt. In einem Verfahrensschritt b) erfolgt dann die Bildung der offenporigen, schaumartigen Struktur aus dem Halbleitermaterial durch Einspritzen des mittels Wasserstoffs aufgeschäumten Halbleitermaterials in die Negativform.
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass als Negativform die Rahmenstruktur 5 selbst verwendet wird und durch Einspritzen des Siliziumschaums der Verdampfer 2 hergestellt wird. Anschließend kann dann in einem weiteren Verfahrensschritt die Dochtstruktur 3, beispielsweise unter Zuhilfenahme einer weiteren Negativform, angeschäumt werden.

Claims

Verdampfervorrichtung (1) für einen Inhalator (200), insbesondere für ein elektronisches Zigarettenprodukt oder einen medizinischen Inhalator, umfassend - einen Verdampfer (2) zum Verdampfen von dem Verdampfer (2) zugeführter Flüssigkeit, und - eine Dochtstruktur (3) zum Zuführen von Flüssigkeit zu dem Verdampfer (2), wobei - der Verdampfer (2) und/oder die Dochtstruktur (3) eine offenporige, schaumartige Struktur (4) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass - die offenporige, schaumartige Struktur (4) aus einem Halbleitermaterial gebildet ist.
Verdampfervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - es sich bei dem Halbleitermaterial um Silizium, vorzugsweise um n- oder p-dotiertes Silizium, handelt.
Verdampfervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Verdampfer (2) eine Rahmenstruktur (5) mit einer Einströmöffnung (6) und einer Ausströmöffnung (7) umfasst, wobei - das Innere der Rahmenstruktur (5) mit der offenporigen, schaumartigen Struktur (4) aus Halbleitermaterial befüllt ist.
Verdampfervorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die Rahmenstruktur (5) wenigstens zwei Kontaktstellen (8, 9) umfasst, über die die offenporige, schaumartige Struktur (4) aus Halbleitermaterial mit elektrischer Spannung beaufschlagbar ist.
Verdampfervorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass - die Rahmenstruktur (5) durch einen Abschnitt eines Strangpressprofils gebildet ist.
Verdampfervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass - an einer Außenfläche der Rahmenstruktur (5), die der offenporigen, schaumartigen Struktur (4) aus Halbleitermaterial abgewandt ist, ein Dichtelement (10) vorgesehen ist.
Verdampfervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Verdampfer (2) und die Dochtstruktur (3) durch eine gemeinsame offenporige, schaumartige Struktur (4) aus Halbleitermaterial gebildet sind.
Verdampfervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass - der Verdampfer (2) in einer Längsrichtung (11) in die Dochtstruktur (3) übergeht, wobei eine Querschnittsfläche der Dochtstruktur (3) orthogonal zu der Längsrichtung (11) kleiner ist als die Querschnittsfläche des Verdampfers (2).
Inhalator (200) umfassend eine Verdampfervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, einen Strömungskanal (12) und einen Flüssigkeitsspeicher (13), wobei - der Verdampfer (2) derart zwischen dem Strömungskanal (12) und dem Flüssigkeitsspeicher (13) angeordnet ist, dass die zu verdampfende Flüssigkeit über die offenporige, schaumartige Struktur (4) aus Halbleitermaterial des Verdampfers (2) und/oder der Dochtstruktur (3) an den Strömungskanal (12) abgegeben werden kann.
Verdampfer-Tank-Einheit (100), umfassend eine Verdampfervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 sowie einen Flüssigkeitsspeicher (13).
Verfahren (300) zur Herstellung einer Verdampfervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass - in einem Verfahrensschritt a) eine Negativform bereitgestellt wird, und anschließend - in einem Verfahrensschritt b) die Bildung der offenporigen, schaumartigen Struktur (4) aus dem Halbleitermaterial durch Einspritzen des aufgeschäumten Halbleitermaterials in die Negativform erfolgt.