DE69722928T2

DE69722928T2 - Verfahren und einrichtung zur verwendung, reinigung und erhaltung von elektrischen wärmequellen und anzünder für rauchsystemen und andere geräte

Info

Publication number: DE69722928T2
Application number: DE69722928T
Authority: DE
Inventors: M. John ADAMS; J. William CROWE; S. Grier FLEISCHHAUER; A. Jay FOURNIER; R. Mohammad HAJALIGOL; G. Willie HOUCK; B. Donald LOSEE; H. Constance MORGAN; D. John NAWORAL; Neal H. Nunnally; B. John PAINE; R. Wynn RAYMOND; L. Robert RIPLEY; I. Jeffrey SEEMAN; M. Francis SPRINKEL; L. Michael WATKINS
Original assignee: Philip Morris Products SA; Philip Morris Products Inc
Current assignee: Philip Morris Products SA; Philip Morris Products Inc
Priority date: 1996-11-25
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2017-11-26
Also published as: CN1212785C; CN1491598A; PL328233A1; ID20420A; KR19990081973A; DE69722928D1; CN1209731A; EP0897271B1; EP0897271A1; KR100495099B1; CN1130137C; US5878752A; WO1998023171A1; HK1016037A1; AU716026B2; ES2202653T3; BR9707310A; AU5357298A; BR9707310B1; PL185644B1

Description

I. Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung betrifft die gemeinsam übertragene US-Patentanmeldung 08/380,718, eingereicht am 30. Januar 1995, erteilt als US-Patent No. 5,666,978, das wiederum eine Fortsetzung der Patentanmeldung 08/118,665 ist, eingereicht am 10. September 1993, nun US-Patent No. 5,388,594, erteilt am 14. Februar 1995, und die gemeinsam übertragene Patentanmeldung Serial No. 07/943,504, eingereicht am 11. September 1992, erteilt als US-Patent No. 5,505,214, das wiederum eine Teilfortsetzung der Patentanmeldung Serial No. 07/666,926 ist, erteilt als US-Patent No. 5,429,586, eingereicht am 11. März 1991, nun aufgegeben zugunsten der File-Wrapper-Fortsetzungsanmeldung Serial No. 08/012,799, eingereicht am 2. Februar 1993, die nun das US-Patent No. 5,249,586 ist, erteilt am 5. Oktober 1993.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiter die gemeinsam übertragenen mitanhängigen US-Patentanmeldungen Serial-No. 08/365,952, eingereicht am 29. Dezember 1994, erteilt als US-Patent No. 5,595,706, mit dem Titel "Aluminum Containing Iron-Base Alloys Useful as Electrical Resistance Heating Elements" (Vertreterzeichen No. PM 1767), Serial-No. 08/425,166, eingereicht am 20. April 1995, erteilt als US-Patent No. 5,692,525, mit den Titel "Cigarette for Electrical Smoking System" (Vertreterzeichen No. PM 1759A), Serial-No. 08/425,837, eingereicht am 20. April 1995, erteilt als US-Patent No. 5,499,636, mit dem Titel "Cigarette for Electrical Smoking System" (Vertreterzeichen No. PM 1759B), Serial-No. 08/426,165, eingereicht am 20. April 1995, erteilt als US-Patent No. 5,592,368, mit dem Titel "Heater for use in an Electrical Smoking System" (Vertreterzeichen No. PM 1768), Serial-No. 08/426,006, eingereicht am 20. April 1995, erteilt als US-Patent No. 5,620,651, mit dem Titel "Iron Aluminide Alloys Useful as Electrical Resistance Heating Elements" (Vertreterzeichen No. PM 1769) und Serial-No. 08/483,363, eingereicht am 7. Juni 1995, erteilt als US-Patent No. 5,726,421, mit dem Titel "Protective and Cigarette Ejection System for an Electrical Lighter" (Vertreterzeichen No. PM 1778); und das gemeinsam übertragene US-Patent No. 5,408,574, erteilt am 18. April 1995, das eine Teilfortsetzung des gemeinsam übertragenen US-Patents No. 5,224,498 ist, erteilt am 6. Juli 1993, das eine Teilfortsetzung des gemeinsam übertragenen US-Patents 5,093,894 ist, erteilt am 3. März 1992.
II HINTERGRUND DER ERFINDUNG
A. Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Verwendung, Reinigung und Wartung von elektrischen Wärmequellen und Anzündern, die in elektrischen Systemen zum Rauchen oder dergleichen nützlich sind.
B. Erörterung des Standes der Technik
Zuvor bekannte herkömmliche angezündete Zigaretten liefern Aroma und Würze an den Benutzer infolge einer Verbrennung von Tabak. Eine Masse von brennbarem Material, in erster Linie Tabak, wird infolge von aufgebrachter Wärme oxidiert, wobei typische Verbrennungstemperaturen in einer herkömmlichen Zigarette während eines Ziehens über 800°C liegen.
Wärme wird durch eine benachbarte Tabakmasse angesaugt, indem an dem Mundstückende gesogen wird. Während dieses Erhitzens findet eine ineffiziente Oxidation des brennbaren Materials statt und ergibt verschiedene Destillations- und Pyrolyse-Produkte. Da diese Produkte durch den Körper der Rauchvorrichtung in Richtung auf den Mund des Benutzers angesaugt werden, kühlen sie ab und kondensieren, um ein Aerosol zu bilden, das dem Verbraucher das Aroma und die Würze gibt, die mit Rauchen verbunden sind.
Herkömmliche angezündete Zigaretten weisen verschiedene wahrgenommene Nachteile auf, die mit ihnen verbunden sind. Unter diesen ist die Produktion von Nebenstromrauch während eines Glimmens zwischen den Zügen, was für einige Nichtraucher unangenehm sein kann. Auch müssen sie, sobald sie angezündet sind, vollständig verbraucht werden oder verworfen werden. Wiederanzünden einer herkömmlichen Zigarette ist möglich, ist aber aus subjektiven Gründen (Aroma, Geschmack, Geruch) für einen urteilsfähigen Raucher normalerweise eine uninteressante Aussicht.
Frühere Alternativen für die herkömmlicheren angezündeten Zigaretten umfassen diejenigen, bei denen das brennbare Material selbst nicht direkt die Aromastoffe zu dem Aerosol liefert, das vom Raucher inhaliert wird. In diesen angezündeten Zigaretten wird ein brennbares Heizelement, das typischerweise kohlenstoffhaltig in Beschaffenheit ist, verbrannt, um Luft zu erhitzen, wenn sie über das Heizelement und durch eine Zone angesaugt wird, die wärmeaktivierte Elemente enthält, die ein aromahaltiges Aerosol freigeben. Während dieser Typ von angezündeter Zigarette wenig oder keinen Nebenstromrauch erzeugt, erzeugt er noch Verbrennungsprodukte, und sobald er angezündet ist, ist er nicht angepasst, um im herkömmlichen Sinn für einen zukünftigen Gebrauch durch die Nase wahrgenommen zu werden.
Bei sowohl den herkömmlicheren angezündeten Zigaretten als auch durch ein angezündetes Kohlenstoffelement geheizte Zigaretten, die vorstehend beschrieben sind, findet eine Verbrennung während ihres Gebrauchs statt. Dieser Prozess verursacht natürlich viele Nebenprodukte, wenn sich das , verbrannte Material aufspaltet und mit der umgebenden Atmosphäre wechselwirkt.
Mehrere Vorschläge sind vorgebracht worden, die einen unerwünschten Nebenstromrauch signifikant verringern, während ermöglicht wird, dass der Raucher ein Rauchen des Artikels für eine gewünschte Periode einstellt und dann das Rauchen wieder aufnimmt. Die gemeinsam übertragenen US-Patent-Nos. 5,093,894; 5,225,498; 5,060,671 und 5,095,921 offenbaren verschiedene elektrische widerstandsbehaftete Heizelemente und Aroma-erzeugende Systeme, die einen Nebenstromrauch signifikant verringern, während dem Raucher ermöglicht wird, das Rauchen selektiv einzustellen und neueinzuleiten.
Das US-Patent No. 5,388,594, erteilt am 14. Februar 1995, mit dem Titel "Electrical Smoking System for Delivering Flavors and Method for Making Same"; das US-Patent No. 5,499,636, erteilt am 19. März 1996, mit dem Titel "Cigarette for Electrical Smoking System"; die US-Patentanmeldung Serial-No. 08/380,718, eingereicht am 30. Januar 1995, mit dem Titel "Electrical Smoking System for Delivering Flavors and Method for Making Same" (Vertreterzeichen No. PM 1697 CON/DIV1); und die US-Patentanmeldung Serial No. 08/426,165, eingereicht am 20. April 1995, erteilt als US-Patent No. 5,591,368, mit dem Titel "Heater for Use in an Electrical Smoking System" (Vertreterzeichen No. PM 1768) beschreiben jeweils ein elektrisches Rauchsystem, umfassend neue elektrisch betriebene Anzünder und neue Zigaretten, die angepasst sind, um mit den Anzündern zusammenzuwirken.
Die bevorzugte Ausführungsform des Anzünders des Patents No. 5,388,594 umfasst eine Mehrzahl von metallischen Heizvorrichtungen, die in einer Konfiguration angeordnet sind, die verschiebbar eine Tabakstrangportion der Zigarette empfängt. Einer der vielen Vorteile von solchen Rauchsystemen ist die Wiederverwendbarkeit des Anzünders für zahlreiche Zigaretten.
Da diese neuen Zigaretten durch Feuern von Heizvorrichtungen erhitzt werden, wird Aerosol zum Rauchen durch den Raucher erzeugt. Eine gewisse Portion des erzeugten Aerosols wird nicht an den Raucher geliefert und mag dazu tendieren, auf den verhältnismäßig kühleren einzelnen Heizvorrichtungen, der Heizvorrichtungshalteeinrichtung, elektrischen Verbindungen, elektronischen Bauelementen und anderen Bauelementen und Strukturen, die im Innern des Zigaretten-aufnehmenden Hohlraums angeordnet sind und/oder einer Berührung mit dem erzeugten Aerosol ausgesetzt sind, zu kondensieren und Kondensate zu bilden. Zusätzlich können Portionen der Zigarette, insbesondere Portionen, die erhitzt und deshalb thermisch geschwächt worden sind, an Oberflächen hängenbleiben, insbesondere an einzelnen Heizvorrichtungen, nachdem die Zigarette aufgrund von engen Toleranzen entfernt ist.
Solche Kondensations- und/oder Zigarettenreste können, insbesondere wenn man sie akkumulieren lässt, den subjektiven Geschmack von anschließenden Zigaretten ändern; können erforderliche Luftstromdurchlässe blockieren, insbesondere die Durchlasswege, die mit einem beliebigen zugempfindlichen Druckabfallsensor und/oder mit Außenumgebungsluft in Verbindung stehen; können empfindliche elektronische und elektrische Bauelemente beschädigen; und können zu Vorsprüngen, Stümpfen usw. führen, die ein Einstecken, eine Passgenauigkeit und Entfernung von Zigaretten in Bezug zur Heizvorrichtungshalteeinrichtung nachteilig beeinflussen könnten.
Obwohl es nicht erwünscht ist, durch Theorie gebunden zu sein, ist man der Ansicht, dass die Kondensation das Ergebnis des Strömungsmusters und Druckgradienten von Umgebungsluft, die durch die Zigarette angesaugt wird, und der augenblicklichen Konstruktionen der Heizvorrichtungsanordnungen ist. Das Erhitzen des Zigarettentabaks erzeugt Aerosole, die dann gekühlt werden, um zu einer Kondensation auf den Oberflächen von verhältnismäßig kühleren Komponenten zu führen.
Das US-Patent No. 5,388,594, erteilt am 14. Februar 1995, mit dem Titel "Electrical Smoking System for Delivering Flavors and Method for Making Same", und die US-Patentanmeldung Se rial-No. 08/380,718, eingereicht am 30. Januar 1995, erteilt als US-Patent No. 5,666,978, mit dem Titel "Electrical Smoking System for Delivering Flavours and Method for Making Same" offenbaren eine Heizvorrichtungshülse, die die zylindrische Heizvorrichtungsanordnung umgibt und den Restaerosolen ausgesetzt ist, um eine äußere Luftkanalhülse zu schützen.
Wie beschrieben, wird diese Heizvorrichtungshülse nach einem gewissen Intervall, z. B. 30–60 Zigaretten, verworfen und durch eine neue Heizvorrichtungshülse ersetzt, was eine möglicherweise zeitraubende und/oder unbequeme Ersetzungsprozedur durch den Raucher notwendig macht. Auch könnte diese Entfernung einer gebrauchten Hülse und Montage einer neuen Hülse möglicherweise die Zigarettenheizvorrichtungsanordnung beschädigen, was heikel sein mag.
Außerdem ist es wünschenswert, jegliches Reinigen des elektrischen Anzünders mit anderen Routine-Wartungsprozeduren zu koppeln, wie z. B. Wiederaufladen von Anzünderbatterien. Z. B. kann es erwünscht sein, sowohl Reinigen als auch Wiederaufladen tageweise auszuführen, vorzugsweise im Wesentlichen gleichzeitig. Auch kann es wünschenswert sein, den Raucher von der Notwendigkeit dieser Funktionen in Kenntnis zu setzen und/oder diese Funktionen als Voraussetzungen zum Betrieb des Anzünders zu erstellen.
Auch ist es wünschenswert, jegliches Beseitigen von Nebenprodukten aus ästhetischen Gründen zu vermindern.
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Reinigen oder Warten eines elektrischen Anzünders mit einem Inneren bereitgestellt, wobei der Anzünder in das Innere gesteckten bzw. gestecktes Tabak und/oder Tabak enthaltendes Material erhitzt, um Aromen zum Liefern an einen Raucher zu entwickeln, wobei einige der entwickelten Aromen im Anzünder ein Kondensat bilden, wobei die Reinigungsvorrichtung umfasst: ein Oberflächenelement zum Sammeln von Kondensaten aus einem nicht an einen Raucher gelieferten Teil der entwickelten Aromen; ein Heizelement zum Erhitzen des Oberflächenelements zum thermischen Freisetzen der gesammelten Kondensate; und ein Steuergerät zum Steuern des Erhitzungsbetrags des Heizelements, um die thermische Freisetzung der Kondensate zu gewährleisten, wodurch das Oberflächenelement durch das Heizelement von mindestens einigen der Kondensate bei Erhitzen gereinigt wird.
Die Erfindung stellt auch eine Kammer zum Erzeugen einer örtlichen und geregelten Wärmequelle zur Verwendung in einer Vorrichtung zum Reinigen oder Warten eines elektrischen Systems zum Rauchen bereit, wobei die Kammer eine geometrische Form mit einer Längswand mit einer integrierten spiralförmigen Nut umfasst, wobei die Wand eine innere und äußere Oberfläche aufweist, die Nut eine Prallfläche auf der inneren Oberfläche und einen mit elektrischem Widerstand behafteten Weg auf der äußeren Oberfläche definiert, wodurch das Innere der Kammer durch das Anlegen von Elektrizität an den mit Widerstand behafteten Weg erhitzt werden kann.
Die Erfindung stellt weiter ein Verfahren zum Reinigen eines elektrischen Anzünders bereit, der Tabak oder ein Tabak enthaltendes Material zum Entwickeln von Aromen zum Liefern an einen Raucher erhitzt, wobei das Reinigungsverfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen einer Sammelfläche zum Sammeln von entwickelten, nicht an einen Raucher gelieferten Aromen auf der Sammelfläche; und Erhitzen der Sammelfläche zu einer gewünschten Zeit, um wenigstens etwas von dem Kondensat von der Sammelfläche thermisch freizusetzen und dadurch von ihr zu beseitigen.
Die Erfindung stellt weiter eine Vorrichtung zum Reinigen und Wiederaufladen eines Anzünders eines elektrischen Systems zum Rauchen bereit, umfassend: ein Hauptteil, das mit einer Quelle von elektrischer Energie verbunden ist; einen in dem Hauptteil angeordneten Transformator zum Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstrom; ein Behältnis in dem Hauptteil zum Einsetzen eines eine Batterie enthaltenden Anzünders, wobei das Behältnis mit dem Transformator elektrisch verbunden ist; eine Kondensathülse zum Einschließen von während elektrisch betriebenem Rauchen von Tabak oder einen Tabak enthaltendem Geschmacksstoff gebildetem Kondensat; eine Heizvorrichtung in thermischer Nähe zur Kondensathülse zur Freisetzung von Kondensat davon; eine Steuerschaltungsanordnung zum Steuern der Wiederaufladung und Reinigung des Anzünders, wobei die Steuerschaltungsanordnung transformierte Gleichstromenergie zum Aufladen der Batterie und zur thermischen Freisetzung von Kondensat vom Anzünder durch Aktivieren der Heizvorrichtung nutzt; und eine Auslassöffnung zum Ausstoßen von während des Reinigens des Anzünders freigesetztem Kondensat.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liefern Verfahren und Vorrichtungen zum Verwenden, Reinigen und Warten von Heizvorrichtungen und elektrischen Anzündern, die in Systemen zum Rauchen nützlich sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liefert eine Anzeige, dass eine Reinigung der Heizvorrichtung oder des Anzünders erforderlich ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liefern Heiztechniken und Heizelemente für die Verfahren und Vorrichtungen zum Verwenden, Reinigen und Warten von elektrischen Anzündern. Solche Techniken weisen den Vorteil auf, dass sie die Heizelemente und den Anzünder wirkungsvoll reinigen, ohne dass empfindliche Komponenten mit übermäßiger Wärme oder ausströmender Flüssigkeit beschädigt werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen den Vorteil einer Bereitstellung von Verfahren und Vorrichtungen zum Reinigen von elektrischen Anzündern auf, die verhältnismäßig einfach für den Raucher zu verwenden sind.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen den weiteren Vorteil auf, dass sie mit anderen Routine-Wartungsprozeduren kombiniert werden können und/oder gleichzeitig mit ihnen verlaufen können, wie z. B. Wiederaufladen von Batterien der elektrischen Anzünder.
Vorzugsweise wird der Zustand eines Reinigungsbetriebs für einen elektrischen Anzünder angezeigt.
Vorzugsweise sind das Verfahren und die Vorrichtung zum Reinigen von elektrischen Anzündern über die Lebensdauer eines elektrischen Anzünders wiederverwendbar.
Vorzugsweise wird ein gewünschter Luftstromweg in einem elektrischen Anzünder bereitgestellt, wenn er in Gebrauch ist.
Vorzugsweise wird das Verfahren und die Vorrichtung zum Reinigen von elektrischen Anzündern, die die Erfindung verwirklicht, bequem durch die Energieversorgung des elektrischen Anzünders mit Energie versorgt.
Vorzugsweise wird das Entweichen von freigegebenen Kondensaten durch Verfahren verringert, die einen Auffang, einen Einfang oder eine Zersetzung durch Wärme, Ultraviolettstrah= lung und Katalyse einschließen.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können eine röhrenförmige Klein-Allzweckheizvorrichtung zur Verwendung in Anwendungen bereitstellen, die ein gesteuertes Erhitzen in einem begrenzten Raum, wie z. B. das Reinigen eines Anzünders, erfordern.
Vorzugsweise erfordert eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kein zusätzliches Heizelement für den elektrischen Anzünder.
Ausführungsformen der Erfindung können einfach und unkompliziert sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umgibt eine Hülse, z. B. Keramik oder Metall, die Heizvorrichtungshalteeinrichtung, und ein widerstandsbehaftetes oder induktives Heizelement befindet sich in thermischer Nähe mit der Hülse. Das widerstandsbehaftete Heizelement ist entweder ein dediziertes Element oder kann die Zigarettenheizelemente sein. Die Hülse dient als eine Aerosolsperre und Kondensatakkumulator, um andere Komponenten zu schützen.
Periodisch, z. B. im Wesentlichen gleichzeitig mit einer Batteriewiederaufladung wird das Heizelement aktiviert, um Kondensate thermisch freizusetzen, die auf der Hülse während eines Rauchens abgelagert werden. Das Erhitzen der Hülse erhitzt auch andere Komponenten und reinigt sie dadurch. Auch wird ein Reinigungselement fakultativ in das Zigarettenbehältnis des elektrischen Anzünders gesteckt oder an seinem Ausgang platziert, um die thermisch freigesetzten Kondensate zu absorbieren, anzuziehen und/oder katalystisch aufzuspalten. Eine fotokatalytische Zerlegung der freigesetzten Kondensate kann auch verwendet werden.
Die Hülse lenkt auch einen gewünschten Stromweg für angesaugte Luft in einem elektrischen Anzünder in Richtung auf die Zigarette und kann eine Zwischenlage aufweisen, die Wärme zurück zum Zigarettenbehältnis reflektiert; wobei ein übermäßiges Erhitzen von anderen Komponenten verhindert wird.
Auch findet die hierin beschriebene Heizvorrichtungsanordnung Anwendungen in Mikroheizvorrichtungsanordnungen, immer dann, wenn eine steuerbare sehr kleine Wärmequelle verwendet werden kann.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nur anhand eines Beispiels und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
V. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine teilweise freigelegte Perspektivansicht eines elektrischen Anzünders, der ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Reinigen von akkumulierten Kondensaten verwendet;
2 ist eine Seitenquerschnittsansicht einer Zigarette, die in Verbindung mit dem elektrischen Anzünder von 1 verwendet wird;
3 ist eine Seitenquerschnittsansicht einer Heizvorrichtungshalteeinrichtung, die von einer Hülse und zugeordnetem Heizelement umgeben wird, gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine isometrische Ansicht einer Hülse und eines zugeordneten Heizelements mit einer einzelnen Spirale, gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine isometrische Ansicht einer beschichteten Hülse gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine Seitenquerschnittsansicht eines Hülsenheizelements gemäß der vorliegenden Erfindung, das ein Laminat von einer elektrisch leitenden Hülse, einem elektrischen Isolator und einem widerstandsbehafteten Heizelement verwendet;
7 ist eine isometrische Ansicht einer Hülse und zugeordneten Heizelementemusters gemäß der vorliegenden Erfindung;
8A ist eine Vorderansicht einer Hülse und zugeordneten Heizelements mit einer Doppelspirale gemäß der vorliegenden Erfindung;
8B ist eine Seitenansicht der Hülse von 8A;
9A ist eine Seitenquerschnittsansicht einer Heizvorrichtungshalteeinrichtung, die von einer Kondensationshülse und einer wärmereflektierenden Hülse umgeben ist, gemäß der vorliegenden Erfindung;
9B ist eine Endansicht einer Hülsenschulter mit Luftschlitzen, die gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet sind;
9C ist eine Endansicht einer Hülsenschulter mit Luftschlitzen, die gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet sind;
9D ist eine Endansicht einer Hülsenschulter mit Luftschlitzen, die gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet sind;
9E ist eine Endansicht einer Hülsenschulter mit Luftschlitzen, die gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet sind;
10 ist eine schematische Darstellung eines Reinigungszyklus, wobei eine Hülse und Zigarettenheizelemente verwendet werden, gemäß der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine schematische Darstellung eines Reinigungszyklus, wobei eine Hülse und ein dediziertes Hülsenheizelement verwendet werden, gemäß der vorliegenden Erfindung;
12A ist eine Draufsicht auf einen Wiederauflader gemäß der vorliegenden Erfindung;
12B ist eine Seitenansicht eines Wiederaufladers von 12A gemäß der vorliegenden Erfindung;
12C ist eine Vorderansicht eines Wiederaufladers gemäß der vorliegenden Erfindung;
12D ist eine Perspektivansicht eines Wiederaufladers/Hauptteils gemäß der vorliegenden Erfindung;
13 ist eine isometrische Ansicht eines elektrostatischen Abscheiders gemäß der vorliegenden Erfindung, der in einen elektrischen Anzünder einsteckbar ist;
14 ist eine Seitenansicht eines Anzünders, umfassend eine Symbolanzeige gemäß der vorliegenden Erfindung;
15 ist eine freigelegte Seitenansicht eines Wiederaufladers mit einem Steuersystem zum Minimieren einer Freigabe von freigesetzten Kondensaten von dem elektrischen Anzünder;
16 ist eine Seitenansicht einer Hülse und Induktionsspule zum Erhitzen der Hülse; und
17 ist eine Perspektivansicht eines bevorzugten Hauptteils für die vorliegende Erfindung.
VI. AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Da das Rauchsystem im Allgemeinen mehrere Betriebssysteme beinhaltet, ist, um ihr Verstehen zu unterstützen, diese Beschreibung in Abschnitten eingeteilt worden, die folgen, um ein Verstehen der Beschaffenheit der Erfindung zu erleichtern; welche Abschnitte nicht anderes interpretiert werden sollten, als eine Organisationsstruktur für diese geschriebene Anmeldung.
A. Das Rauchsystem im Allgemeinen
Ein Rauchsystem 21 gemäß der vorliegenden Erfindung wird in größerer Einzelheit im US-Patent No. 5,388,594 und der Anmeldung Ser.-No. 08/380,718 beschrieben, eingereicht am 30. Januar 1995, erteilt als US-Patent No. 5,666,978, und wird allgemein mit Bezug auf die 1 und 2 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die vorliegende Erfindung wird in größerer Einzelheit mit Bezug auf die 3–15 erörtert.
Das Rauchsystem 21 umfasst eine zylindrische Zigarette 23 und einen wiederverwendbaren handgehaltenen Anzünder 25. Die Zigarette 23 ist so angepasst, dass sie in eine Öffnung 27 an einem vorderen Ende 29 des Anzünders 25 gesteckt wird und aus ihr entfernt wird. Das Rauchsystem 21 wird ungefähr auf dieselbe Weise wie eine herkömmliche Zigarette verwendet. Die Zigarette 23 wird nach einem oder mehreren Zugzyklen beseitigt. Der Anzünder 25 wird vorzugsweise nach einer größeren Anzahl von Zugzyklen als die Zigarette 23 beseitigt.
B. Der Anzünder
Der Anzünder 25 umfasst ein Gehäuse 31 und weist einen vorderen und hinteren Teil 33 und 35 auf. Eine Energiequelle 37 zur Zuführung von Energie zu den Heizelementen zum Erhitzen der Zigarette 23 ist vorzugsweise im hinteren Teil 35 des Anzünders 25 angeordnet. Der hintere Teil 35 ist vorzugsweise angepasst, um leicht geöffnet und geschlossen zu werden, wie z. B. mit Schrauben oder mit Einrast-Komponenten, um eine Ersetzung der Energiequelle 37 zu erleichtern. Der vordere Teil 33 beherbergt vorzugsweise Heizelemente und Schaltungsanordnung in elektrischer Verbindung mit der Energiequelle 37 im hinteren Teil 35.
Das Gehäuse 31 ist vorzugsweise angepasst, um bequem in die Hand eines Rauchers zu passen und in einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform weist es Gesamtabmessungen von etwa 10,7 cm mal 3,8 cm mal 1,5 cm auf.
Die Energiequelle 37 ist so dimensioniert, dass sie ausreichend Energie für die Heizelemente liefert, die die Zigarette 23 erhitzen. Die Energiequelle 37 ist vorzugsweise ersetzbar und wiederaufladbar und kann Bauelemente, wie z. B. einen Kondensator, oder bevorzugter, eine Batterie, enthalten. In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist die Energiequelle eine ersetzbare, wiederaufladbare Batterie, wie z. B. vier Nickel-Cadmium-Batteriezellen, die in Reihe geschaltet sind, mit einer nichtbelasteten Gesamtspannung von etwa 4,8 bis 5,6 Volt.
Die für die Energiequelle 37 erforderlichen Eigenschaften werden jedoch im Hinblick auf die Eigenschaften von anderen Komponenten im Rauchsystem 21 ausgewählt, insbesondere den Eigenschaften der Heizelemente. Das US-Patent No. 5,144,962 beschreibt mehrere Formen von Energiequellen, die in Verbindung mit dem Rauchsystem der vorliegenden Erfindung nützlich sind, wie z. B. wiederaufladbare Batteriequellen und sich schnell entladende Kondensatorenergiequellen, die durch Batterien aufladbar sind, und wird hierin durch Bezug aufgenommen.
C. Die Anzünderheizelemente
Eine im Wesentlichen zylindrische Heizhalteeinrichtung 39 zum Erhitzen der Zigarette 23 und vorzugsweise zum Halten der Zigarette an ihrem Ort in Bezug zum Anzünder 25, eine elek trische Steuerschaltungsanordnung 41 zum Liefern eines vorbestimmten Energiebetrags von der Energiequelle 37 zu Zigarettenheizelementen 120 der Heizhalteeinrichtung 39 sind vorzugsweise in der Vorderseite 33 des Anzünders angeordnet. Wie in größerer Einzelheit nachstehend beschrieben wird, ist eine im Allgemeinen kreisförmige Abschlussnabe 110 befestigt, z. B. geschweißt, um im Innern der Zigarettenheizvorrichtungshalteeinrichtung 39 angeordnet zu sein, z. B. ist sie am Abstandshalter 49 befestigt, wie in 3 dargestellt.
In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform umfasst die Heizhalteeinrichtung 39 eine Mehrzahl von radial beabstandeten Heizblättern 120, die so getragen werden, dass sie sich von der Nabe erstrecken, die in 3 dargestellt ist und nachstehend in größerer Einzelheit beschrieben wird, die durch die Energiequelle 37 unter der Steuerung der Schaltungsanordnung 41 einzeln mit Energie beaufschlagt werden, um eine Anzahl von, z. B. acht, Bereichen um den Umfang der eingesteckten Zigarette 23 zu erhitzen. Acht Heizblätter 120 werden bevorzugt, um acht Züge zu entwickeln, wie in einer herkömmlichen Zigarette, und acht Zigarettenheizvorrichtungselemente eignen sich auch zur elektrischen Steuerung mit binären Bauelementen. Eine gewünschte Anzahl von Zügen, z. B. eine beliebige Anzahl zwischen 5–6 und vorzugsweise 6–10, oder bevorzugter etwa 8, kann pro eingesteckte Zigarette erzeugt werden.
Die Heizelemente 120 können ein beliebiges geeignetes Heizelement zum Erhitzen von Tabak umfassen, um Tabakaromen zu entwickeln. Z. B. kann das Heizsystem ein beliebiges von dem Widerstands- und Induktionsheizsystem umfassen, das offenbart ist in: Patent No. 5,388,594 und Anmeldung Serial-No. 08/380,718, eingereicht am 30. Januar 1995, erteilt als US-Patent No. 5,666,718; Serial-No. 08/225,120, eingereicht am B. April 1994, erteilt als US-Patent No. 5,613,505; Serial-No. 08/224,848, eingereicht am B. April 1994, erteilt als US-Patent No. 5,665,262; Serie-No. 08/314,463, einge reicht am 28. September 1994, erteilt als US-Patent No. 5,573,692; Serial-No. 08/333,470, eingereicht am 2. November 1994, erteilt als US-Patent No. 5,530,225; Serial-No. 08/370,125, eingereicht am 9. Januar 1005, erteilt als US-Patent No. 5,665,262, und Serial-No. 08/426,1265, eingereicht am 20. April 1995 und erteilt als US-Patent No. 5,591,368.
D. Heizvorrichtungssteuerschaltunasanordnung
Die Schaltungsanordnung 41 wird vorzugsweise durch einen zugempfindlichen Sensor 45 mit Energie beaufschlagt, der in 1 dargestellt ist, der auf Druckabfälle empfindlich reagiert, die auftreten, wenn ein Raucher an der Zigarette 23 zieht, und aktiviert der Reihe nach ein geeignetes der Zigarettenheizvorrichtungselemente oder -blätter 120 infolge einer Änderung im Druck, wenn ein Raucher an der Zigarette 23 zieht. Der zugempfindliche Sensor 45 ist vorzugsweise in der Vorderseite 33 des Anzünders 25 angeordnet und steht in Verbindung mit einem Raum im Innern der Zigarettenheizvorrichtungshalteeinrichtung 39 und in der Nähe der Zigarette 23 durch einen Durchlassweg, der sich durch einen Abstandshalter und eine Basis der Zigarettenheizvorrichtungshalteeinrichtung und, wenn gewünscht, ein Zugsensorrohr (nicht dargestellt) erstreckt.
Ein zugempfindlicher Sensor 45, der zur Verwendung im Rauchsystem 21 geeignet ist, ist im US-Patent No. 5,060,671 beschrieben.
Ein Anzeiger 51 ist vorzugsweise auf dem Äußeren des Anzünders 25 vorgesehen, vorzugsweise auf der Vorderseite 33, um die Anzahl von Zügen anzuzeigen, die auf einer Zigarette 23 verbleiben, die im Anzünder eingesteckt ist. Der Anzeiger 51 umfasst vorzugsweise eine siebensegmentige Flüssigkristallanzeige. In einer Ausführungsform zeigt der Anzeiger 51 die Ziffer "8" zur Verwendung mit einer achtzügigen Zigarette an, wenn ein Lichtstrahl, der durch einen Lichtsensor 53 emit tiert wird, dargestellt in 1, von der Vorderseite einer neueingesteckten Zigarette 23 wegreflektiert und durch den Lichtsensor detektiert wird. Andere Ausführungsformen eines Anzeigers 51 werden nachstehend beschrieben.
Der Lichtsensor 53 ist vorzugsweise in einer Öffnung im Abstandshalter und der Basis der Zigarettenheizvorrichtungshalteeinrichtung 39 montiert. Der Lichtsensor 53 liefert ein Signal zur Schaltungsanordnung 41, die wiederum ein Signal zum Anzeiger 51 liefert. Z. B. spiegelt die Anzeige der Ziffer "8" auf dem Anzeiger 51 wider, dass die bevorzugten acht Züge, die bei jeder Zigarette 23 vorgesehen sind, verfügbar sind, d. h. keiner von den Heizvorrichtungen ist aktiviert worden, um die neue Zigarette zu erhitzen. Nachdem die Zigarette 23 voll aufgeraucht ist, zeigt der Anzeiger die Ziffer "0" an. Wenn die Zigarette 23 von dem Anzünder 25 entfernt ist, detektiert der Lichtsensor 53 keine Anwesenheit einer Zigarette 23, und der Anzeiger 51 wird ausgeschaltet.
Der Lichtsensor 53 wird moduliert, so dass er einen Lichtstrahl nicht konstant emittiert und keine unnötige Entleerung bei der Energiequelle 37 liefert. Ein gegenwärtig bevorzugter Lichtsensor 53, der zur Verwendung mit dem Rauchsystem 21 geeignet ist, ist ein Lichtsensor vom Typ OPR5005, der von OPTEX Technology, Inc., 1215 West Crosby Road, Carrollton, Texas 75006 hergestellt wird.
Als eine von mehreren möglichen Alternativen zur Verwendung des vorstehend angegebenen Lichtsensors 53 kann ein mechanischer Schalter (nicht dargestellt) vorgesehen sein, um die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Zigarette 23 zu detektieren, und eine Rücksetztaste (nicht dargestellt) kann zum Rücksetzen der Schaltungsanordnung 41 vorgesehen sein, wenn eine neue Zigarette in den Anzünder 25 eingesteckt ist, z.B., um zu bewirken, dass der Anzeiger 51 die Ziffer "8" usw. anzeigt. Die Energiequellen, Schaltungsanordnung, zugempfindliche Sensoren und Anzeiger, die mit dem Rauchsystem 21 der vorliegenden Erfindung nützlich sind, sind beschrieben in: der US-Patent-No. 5,060,671 und den US-Patent-Anmeldungs-Serial-Nos. 07/943,504, erteilt als US-Patent-No. 5,505,214, und 08/380,718, erteilt als US-Patent-No. 5,666,978. Der Durchlassweg und die Öffnung 50 im Abstandshalter und der Zigarettenheizvorrichtungshalteeinrichtungsbasis sind vorzugsweise während eines Rauchens luftdicht.
E. Die bevorzugte Zigarette
Eine gegenwärtig bevorzugte Zigarette 23 zur Verwendung mit dem Rauchsystem 21 ist in größerer Einzelheit beschrieben und dargestellt in: dem US-Patent-No. 5,388,594 und den US-Patentanmeldung-Serial-Nos. 08/380,718, eingereicht am 30. Januar 1995 und erteilt als US-Patent-No. 5,666,978; 08/425,166, eingereicht am 20. April 1995 und erteilt als US-Patent-No. 5,692,525; und 08/425,837, eingereicht am 10. April 1995 und erteilt als US-Patent-No. 5,499,636, obwohl das Zigaretten- oder andere Tabakformat in einer beliebigen gewünschten Form vorliegen kann, die eine mit Aroma versehene Tabakantwort zur Lieferung an einen Raucher erzeugen kann, wenn die Zigarette durch die Zigarettenheizelemente 120 erhitzt wird.
F. Systemanordnung und Verdrahtung
Die Zigarettenheizvorrichtungshalteeinrichtung ist in der Öffnung 27 des Anzünders 25 angeordnet. Die Zigarette 23 wird, fakultativ Rückstromfilter 63 zuerst, in die Öffnung 27 des Anzünders 25 in einen im Wesentlichen zylindrischen Raum der Zigarettenheizvorrichtungshalteeinrichtung 39 gesteckt, die definiert ist durch: eine ringförmige Kappe 83 mit einem offenen Ende zur Aufnahme der Zigarette, eine zylindrische Luftkanalhülse 87 (wenn verwendet); einen Durchlassweg 48 (wenn verwendet); eine äußere Hülse 84, eine Heizvorrichtungsanordnung einschließlich der Heizvorrichtungsblätter 120, einen elektrisch leitenden Stift oder eine gemeinsame Leitung 104A, die als eine gemeinsame Leitung für die Heizvorrichtungselemente der Heizvorrichtungsanordnung dient, elektrisch leitende positive Stifte oder Leitungen 104B, und den Abstandshalter.
Die untere innere Oberfläche 81 des Abstandshalters 49 stoppt die Zigarette 23 in einer gewünschten Position in der Zigarettenheizvorrichtungshalteeinrichtung 39, so dass die Heizvorrichtungsblätter 120 benachbart zum Hohlraum 79 in der Zigarette angeordnet sind, und in einer bevorzugten Ausführungsform sind sie angeordnet, wie in Serial-No. 08/425,166, eingereicht am 20. April 1995, erteilt als US-Patent-No. 5,499,636, und Serial-No. 08/425,837, eingereicht am 20. April 1885 und erteilt als US-Patent-No. 5,499,636, beschrieben.
Im Wesentlichen ist die ganze Zigarettenheizvorrichtungshalteeinrichtung 39 im Innern angeordnet und durch einen Passsitz der Vorderseite 33 des Anzünders 25 mit dem Gehäuse 31 in Position gesichert. Ein vorderer Rand 93 der Kappe 83 ist vorzugsweise an dem ersten Ende 29 des Anzünders 25 angeordnet oder erstreckt sich etwas außerhalb von ihm und umfasst vorzugsweise einen inwendig abgeschrägten oder gerundeten Teil, um ein Führen der Zigarette 23 in die Heizvorrichtungshalteeinrichtung 39 und aus ihr heraus zu erleichtern. Die Stifte 104A und 104B werden vorzugsweise in entsprechenden Buchsen (nicht dargestellt) aufgenommen, wodurch für die Zigarettenheizvorrichtungshalteeinrichtung 39 im Anzünder 25 eine Unterstützung geliefert wird, und Leiter oder gedruckte Schaltungen führen von der Buchse zu den verschiedenen elektrischen Elementen.
Andere Stifte können zusätzliche Unterstützung liefern, um die Stiftanordnung 91 zu verstärken. Die Stifte 104A und 104B können ein beliebiges geeignetes Material umfassen und umfassen vorzugsweise verzinnte Phosphorbronze. Der Durchlassweg 47 im Abstandshalter 49 und der Basis 50 steht in Verbindung mit dem zugempfindlichen Sensor 45, und der Lichtsensor 53 erfasst die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Zigarette 23 im Anzünder 25.
Jedes Blatt 120 bildet ein widerstandsbehaftetes Heizvorrichtungselement in der wiedergegebenen Ausführungsform. Spezieller ist ein erstes Ende eines ersten Blattabschnitts 116A elektrisch mit dem negativen Anschluss der Energieversorgung verbunden und ist spezieller ein integraler Fortsatz einer Nabe 110 oder ist mechanisch und elektrisch mit der Nabe 110 verbunden, die wiederum elektrisch und mechanisch mit dem negativen Anschlussstift 104A über Heftschweißen oder eine andere Technik, wie z. B. Hartlöten oder Löten, verbunden ist.
Vorzugsweise werden zwei negative Anschlussstifte 104A verwendet, um eine ausgewogene Unterstützung bereitzustellen, da die negativen und positiven Verbindungen auch dazu dienen, die Heizvorrichtungen mechanisch zu unterstützen. Die Nabe 110 wirkt folglich als eine gemeinsame Leitung für sämtliche Heizvorrichtungsblätter 120. In jeglicher der Ausführungsformen kann die negative Verbindung für jedes Heizblatt 120 einzeln gemacht werden, durch z. B. einen geeigneten negativen Kontakt, der auf ein zu den respektiven positiven Kontaktflächen 122 entgegengesetztes Ende der Heizvorrichtung abgelagert ist. Eine respektive positive Verbindung für jedes Heizblatt 120 wird am Verbindungsendabschnitt 122 des zweiten Blattabschnitts 116B gemacht, wie in Ser.-No. 08/426,165, eingereicht am 20. April 1995, erteilt als US-Patent No. 5,591,368, erörtert.
G. BEVORGZUGTE UND ALTERNATIVE HEIZVORRICHTUNGSELEMENTE
Andere Zigarettenheizvorrichtungen werden alternativ verwendet, wie z. B. die Schlangenformen, wie vollständiger beschrieben in: dem gemeinsam übertragenen Patent No. 5,388,594 und den Anmeldungs-Serial-Nos. 08/380,718, eingereicht am 30. Januar 1995, erteilt als US-Patent No. 5,666,978, und 08/426,165, eingereicht am 20. April 1995, erteilt als US-Patent No. 5,591,368. Z. B. sind sowohl der erste Schenkel 116A als auch der zweite Schenkel 116B schlangenförmig geformt.
Die Schlangenformen der Schenkel 116A und 116B sind parallel, so dass die Schenkel gleichmäßig beabstandet sind, und ein Spalt 1256 ist auch schlangenförmig. Eine solche Schlangenform erhöht den äußeren Blattperimeter und die Aerosolerzeugung und verbessert auch die Aerosolmitführung.
H. Erzeugung eines zweckmäßigen Luftstromwegs für eine Geschmacksgleichmäßigkeit
Man hat gefunden, dass ein in erster Linie transversaler oder radialer Luftstrom in Bezug zur eingesteckten Zigarette zu einem wünschenswerteren Aerosolstrom radial nach innen weg von einer gepulsten Zigarettenheizvorrichtung führt. Die Spalte 125, 126 und 130 liefern Wege für anzusaugende Luft in Berührung mit den eingesteckten Zigaretten. Zusätzliche Luftdurchlässe sind vorgesehen, um den transversalen Luftstrom zu optimieren, indem Abschnitte der Zigarettenheizvorrichtungsblätter durchlöchert werden.
Die Heizvorrichtungsanordnung ist an einem Ende über das Schweißen von Stift(en) 104A an die Nabe 110 und von Stiften 104B an die Enden 122 elektrisch und mechanisch befestigt. Die Stifte 104A und 104B sind vorzugsweise in eine Kunststoffnabe voreingeformt oder anderes mit ihr verbunden, vorzugsweise auf eine solche Weise, dass eine Luftleckage minimiert wird. Vorzugsweise befindet sich dieses fixierte Ende entgegengesetzt zur Einstecköffnung.
I. Anzünder- und Heizvorrichtungsanordnunqssteuerlogik
Es wird angemerkt, dass die elektrische Steuerschaltungsanordnung 41 umfasst: eine Logikschaltung, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder ASIC ist, den zugempfindlichen Sensor 45 zum Detektieren, dass ein Raucher an einer Zigarette 23 zieht, den Lichtsensor 53 zum Detektieren eines Einsteckens einer Zigarette im Anzünder 25, den LCD-Anzeiger 51, eine Energiequelle 37 und ein Zeitgebungsnetzwerk, wie in größerer Einzelheit in dem US-Patent No. 5,388,594 und Ser.-No. 08/380,718, eingereicht am 30. Januar 1995, erteilt als US-Patent No. 5,666,978, beschrieben. Die Logikschaltung ist eine beliebige herkömmliche Schaltung, die die Funktionen implementieren kann, die hierin erörtert sind.
Ein feldprogrammierbares Gatearray (z. B. ein Typ ACTELA1010A FPGAPL44C, der von der Actel Corporation, Sunnyvale, Kalifornien, erhältlich ist) kann programmiert werden, um die digitalen Logikfunktionen auszuführen, wobei analoge Funktionen durch andere Komponenten ausgeführt werden, während ein ASIC erforderlich ist, um sowohl analoge als auch digitale Funktionen in einem Bauelement auszuführen. Merkmale einer Steuerschaltungsanordnung und Logikschaltungsanordnung, die zur Steuerschaltung 41 und Logikschaltung der vorliegenden Erfindung ähnlich sind, sind weiter offenbart z. B. im US-Patent No. 5,060,671 und der US-Patentanmeldung Serial-No. 07/943,504, erteilt als US-Patent No. 5,505,214.
Es wird weiter angemerkt, dass in der bevorzugten Ausführungsform acht einzelne Heizvorrichtungsblätter 120 durch entsprechende Feldeffekttransistor(FET)-Heizvorrichtungsschalter mit der Energiequelle 37 verbunden sind. Einzelne der Heizvorrichtungsschalter werden jeweils unter Steuerung der Logikschaltung durch Anschlüsse eingeschaltet. Die Logikschaltung liefert Signale zum Aktivieren und Deaktivieren von speziellen der Heizvorrichtungsschalter, um die entsprechenden der Heizvorrichtungen zu aktivieren und zu deaktivieren.
Während eines Betriebs ist eine Zigarette 23 im Anzünder 25 eingesteckt, und die Anwesenheit der Zigarette wird durch den Lichtsensor 53 detektiert. Der Lichtsensors 53 sendet ein Signal zur Logikschaltung. Die Logikschaltung bestimmt, ob die Energiequelle 37 aufgeladen ist oder ob dort eine niedrige Spannung ist. Wenn nach Einstecken einer Zigarette 23 in den Anzünder 25 die Logikschaltung detektiert, dass die Spannung der Energiequelle niedrig ist, blinkt der Anzeiger 51, und ein weiterer Betrieb des Anzünders wird blockiert, bis die Energiequelle neuaufgeladen oder ersetzt ist. Eine Spannung der Energiequelle 37 wird auch während eines Feuerns der Heizvorrichtungsblätter 120 überwacht, und das Feuern der Heizvorrichtungsblätter wird unterbrochen, wenn die Spannung unter einen vorbestimmten Wert fällt.
Wenn die Energiequelle 37 aufgeladen ist und die Spannung ausreicht, schickt die Logikschaltung ein Signal zum Zugsensor 45 durch, um zu bestimmen, ob ein Raucher an der Zigarette 23 zieht. Gleichzeitig sendet die Logikschaltung ein Signal zum Anzeiger 51, so dass die LCD z. B. die Ziffer "8" oder das Zigarettensymbol anzeigt, wobei widergespiegelt wird, dass acht Züge verfügbar sind.
Wenn die Logikschaltung ein Signal vom zugempfindlichen Sensor 45 empfängt, dass ein ununterbrochener Druckabfall oder Luftstrom detektiert worden ist, sperrt die Logikschaltung den Lichtsensor 53 während eines Ziehens, um Energie zu sparen. Die Logikschaltung sendet ein Signal zum Zeitgebernetzwerk, um den Konstantstromwärme-Steuerungszeitgeber zu aktivieren. Die Logikschaltung bestimmt auch durch eine Rückwärtszähleinrichtung, welches der acht Heizvorrichtungselemente im Begriffe ist, erhitzt zu werden, und sendet ein Signal durch einen geeigneten Anschluss, um einen geeigneten der FET-Heizvorrichtungsschalter EINzuschalten. Das geeignete Heizblatt 120 bleibt an, bis die Steuerzeitgeberlogik bestimmt, dass eine vorgeschriebene Heizvorrichtungsenergie von der Energiequelle gezogen worden ist.
Wenn das Zeitgebernetzwerk ein Signal zur Logikschaltung 195 sendet, wobei angezeigt wird, dass der Zeitgeber aufgehört hat zu laufen, wird der spezielle EIN-FET-Heizvorrichtungsschalter AUSgeschaltet, wodurch Energie von dem Heizvorrichtungselement entfernt wird. Die Logikschaltung zählt auch rückwärts und sendet ein Signal zum Anzeiger 51, so dass der Anzeiger anzeigt, dass ein Zug weniger übrig ist (d. h. "7", nach dem ersten Zug). Wenn der Raucher als nächstes an der Zigarette 23 zieht, schaltet die Logikschaltung einen anderen vorbestimmten von den FET-Heizvorrichtungsschaltern EIN, wodurch einem anderen vorbestimmten der Heizvorrichtungselemente Energie zugeführt wird.
Der Prozess wird wiederholt, bis der Anzeiger 51 "0" anzeigt, was bedeutet, dass keine Züge mehr an der Zigarette 23 übrig sind. Wenn die Zigarette 23 vom Anzünder 25 entfernt ist, zeigt der Lichtsensor 53 an, dass keine Zigarette anwesend ist, und die Logikschaltung wird rückgesetzt.
In einer Ausführungsform schaltet beim Aufhören eines Ziehens der FET das Heizelement ab, um die unerwünschte Erzeugung von übermäßigem Aerosol zu verhindern.
Andere Merkmale, wie z. B. diejenigen, die beschrieben sind in: der US-Patentanmeldung Serial-No. 07/943,504, erteilt als US-Patent-No. 5,505,214, können in der Steuerschaltungsanordnung 41 statt oder zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Merkmalen inkorporiert sein. Z. B. können, wenn gewünscht, verschiedene Deaktivierungsmerkmale vorgesehen sein. Ein Typ von Deaktivierungsmerkmal umfasst eine Zeitgebungsschaltungsanordnung (nicht dargestellt), um zu verhindern, dass aufeinanderfolgende Züge zu dicht beeinander erfolgen, so dass die Energiequelle 37 Zeit hat, um sich zu erholen.
Ein anderes Deaktivierungsmerkmal umfasst Einrichtungen zum Deaktivieren der Heizvorrichtungsblätter 120, wenn eine nicht zugelassene Zigarette oder ein anderes Produkt in die Heizvorrichtungshalteeinrichtung 39 gesteckt wird. Z. B. könnte die Zigarette 23 mit einer identifizierenden Eigenschaft versehen sein, die der Anzünder 25 erkennen muss, bevor die Heizvorrichtungsblätter 120 mit Energie beaufschlagt werden.
VII. DAS KONDENSATPROBLEM
Während eines Rauchens fahren einige von den entwickelten Aromen, die nicht zum Raucher angesaugt werden, fort, sich von der Zigarette zu entwickeln, z. B. über die Mitführungs spalte, und würden in Abwesenheit der vorliegenden Erfindung dazu tendieren, schließlich auf inneren Komponenten oder dem Anzünder zu kondensieren, wie z. B.: der Luftkanalhülse 87 (wenn verwendet); dem Durchlassweg 48 (wenn verwendet); der äußeren Hülse 84; der Heizvorrichtungsanordnung einschließlich den Heizvorrichtungsblättern 120; dem gemeinsamen Stift oder Leitung 104A; den positiven Stiften oder Leitungen 104B; dem Abstandshalter 49, insbesondere der unteren inneren Oberfläche 81 des Abstandshalters; der Basis 50; und dem Durchlassweg 47 im Abstandshalter und der Basis 50, der mit dem zugempfindlichen Sensor 45 in Verbindung steht, die alle verhältnismäßig kühler sind als die Zigarettenheizelemente 120, sowie auf den Zigarettenheizelementen 120 selbst, und zwar mit jedem erzeugten Zug, da der Austritt von Aerosol von dem Anzünder im Wesentlichen durch sowohl die eingesteckte Zigarette als auch die allgemeine Luftdichtheit des Anzünders behindert wird, wie im in Beziehung stehenden US-Patent No. 5,388,594 und Anmeldung Ser.-No. 08/380,718, eingereicht am 30. Januar 1995, erteilt als US-Patent No. 5,666,978, erörtert.
Wenn die Zigarettenheizelemente 120 gefeuert werden, um Aromen zu entwickeln und einen anschließenden Zug zu erzeugen, werden Kondensate auf den Zigarettenheizelementen 120 von dem (den) vorhergehenden Zug (Zügen) gewöhnlich durch dieses Erhitzen dissipiert. Wie in größerer Einzelheit nachstehend erörtert, können die Zigarettenheizelemente 120 durch eine Wärmeübertragung von der erhitzten Keramikhülse weiter gereinigt werden oder dadurch, dass sie einzeln oder alle zusammen erhitzt werden, wobei keine Zigarette anwesend ist.
Jedoch fahren die Kondensate fort, auf den anderen vorstehend identifizierten inneren Komponenten des Anzünders zu akkumulieren. Zu einem gewissen Zeitpunkt, z. B. nachdem man etwa 2 bis 10 Packungen geraucht hat (unter der Annahme von z. B. 8 Feuerungen und folglich 8 Zügen pro Zigarette und 20 Zigaretten pro Packung) sollte diese Kondensatanreicherung gereinigt werden, um zu verhindern: nachteilige Wirkungen auf den subjektiven Geschmack von nachfolgenden Zigaretten; eine Blockage von erforderlichen Luftstromdurchlässen, insbesondere dem Durchlassweg 47 im Abstandshalter, dem Durchlassweg 48 (wenn verwendet) und der Basis 50, die mit dem zugempfindlichen Sensor 45 und/oder mit Außenumgebungsluft in Verbindung steht; eine Beschädigung an empfindlicher Elektronik und elektrischen Bauelementen; und Vorsprünge, Stümpfe usw., die ein Einstecken, eine Passgenauigkeit und eine Entfernung von Zigaretten in Bezug zur Heizvorrichtungshalteeinrichtung nachteilig beeinflussen könnten.
VI. WARTUNG DER HEIZVORRICHTUNGS- UND ANZÜNDER-VORRICHTUNGEN
Mit Bezug auf die 3–13 werden beispielhafte Reinigungsvorrichtungen 190 und zugehörige Reinigungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt und in größerer Einzelheit beschrieben. Die verschiedenen beschriebenen Geräte und Verfahren können auf eine beliebige Weise kombiniert werden, um gewünschte Funktionen zu erzielen.
A. Die Hülse
Die Reinigungsvorrichtung 190 umfasst eine zylindrische vorzugsweise gesenkgeschmiedete Hülse 200, die die durch Blätter 120 begrenzte Zigarettenheizvorrichtungshalteeinrichtung konzentrisch umgibt, und umgibt folglich konzentrisch die eingesteckte Zigarette 23. In einer Ausführungsform umfasst die Reinigungsvorrichtung 190 weiter ein zugeordnetes Heizelement 210.
Wie in größerer Einzelheit nachstehend erörtert, überträgt das Heizvorrichtungselement 210 Wärme in erster Linie über Leitung zur inneren Oberfläche 201 der Hülse 200 und indirekt von dieser erhitzten inneren Oberfläche 201 in erster Linie über Konvektion und Strahlung zu anderen Komponentenoberflächen, um Kondensate, die darauf abgelagert sind, thermisch freizusetzen.
Alternativ wird die Hülse 200 durch die Zigarettenheizvorrichtungen 120 erhitzt, wie in größerer Einzelheit nachstehend mit Bezug auf die 9 und 10 erörtert, oder durch eine Heizvorrichtung, die sich außerhalb des Anzünders befindet, z. B. in der nachstehend erörterten Wiederaufladereinheit lokalisiert ist, und die während des kombinierten Reinigungsund Wiederauflade-Betriebs, der nachstehend erörtert wird, in thermische Nähe mit der Hülse 200 gebracht wird.
In allen Ausführungsformen separiert ein angemessener konzentrischer Spalt 208, z. B. etwa 0,254 mm bis etwa 3,048 mm (etwa 0,010 bis etwa 0,120 Inch), z. B. etwa 1,016 mm bis etwa 2,54 mm (etwa 0,040 bis etwa 0,100 Inch) vorzugsweise die innere Oberfläche 201 der Hülse 200 von den Zigarettenheizvorrichtungsblättern 120. Wenn der konzentrische Spalt 208 zu groß ist, neigen Kondensate dazu, unerwünscht auf anderen Komponentenoberflächen als der inneren Hülsenoberfläche 201 zu akkumulieren.
Zusätzlich führt ein zu großer konzentrierter Spalt 208 zu einer ineffizienten Wärmeübertragung zu den anderen Komponentenoberflächen, da der Konvektions- und Strahlungswirkungsgrad exponenziell durch den Abstand zwischen der inneren Heizvorrichtungshülsenoberfläche 201 bestimmt werden.
Umgekehrt, wenn der konzentrische Spalt 208 zu klein ist, wird ein kleinerer Luftdurchlassweg zwischen der inneren Hülsenoberfläche 201 und der eingesteckten Zigarette 23 begrenzt, was möglicherweise zu einer unangemessenen Zufuhr von durch den Raucher mitgeführter Luft führt und zu einer möglicherweise verminderten Lieferung an den Raucher.
Die zylindrische Hülse 200 kann eine beliebige geometrische Form begrenzen, die eine Oberfläche zum Kondensieren, Sammeln und/oder Akkumulieren von mindestens einigen von den Aerosolen, die nicht an einen Raucher geliefert werden, umfasst.
Z. B. begrenzt die innere Oberfläche 201 eine im Wesentlichen zylindrische innere Oberfläche zum Kondensieren von mindestens einigen von den Aerosolen, die nicht an einen Raucher geliefert werden. Eine zylindrische Hülse wird für eine verhältnismäßig leichte Herstellung, verhältnismäßig leichte Implementierung im Anzünder 25 und zum Begrenzen der inneren zylindrischen Oberfläche 201 verwendet, die die zylindrische Zigarette 23 umgibt, um einen Kondensatakkumulator zu bilden.
Die zylindrische Hülse 200 umfasst vorzugsweise ein Material, das eine geeignete Aerosolsperre zwischen der eingesteckten Zigarette und anderen Komponenten bildet, insbesondere der verhältnismäßig außenliegenden Hülse 84. Eine Keramik, z. B. Aluminiumoxid, z. B. ein etwa 94%tiges Aluminiumoxid, das von Kyocera America, Co. of San Diego, Kalifornien, oder Coors Technical Ceramics Co. of Oak Ridge, Tennessee im Handel erhältlich ist, oder ein Metall, z. B. Haynes^® Alloy No. 214, eine Legierung auf Nickel-Basis, die 16,0 Prozent Chrom, 3,0 Prozent Eisen, 4,5 Prozent Aluminium, Spuren von Yttrium enthält und wobei der Rest (etwa 75 Prozent), von dem es heißt, dass es sich um Nickel handelt, das von Haynes International of Kokomo, Indiana, im Handel erhältlich ist, das vorzugsweise mit einer keramischen Einbett- und Isolierschicht beschichtet ist, kann für die Hülse 200 verwendet werden.
Außerdem sollte das Material der Heizvorrichtungshülse 200 haltbar sein und dem nachstehend beschriebenen Heizzyklus eine annehmbare Periode lang, z. B. die Lebensdauer des elektrischen Anzünders, z. B. etwa 6 bis 18 Monate, standhalten können. Das Heizelement 210 und die Hülse 200 können in jeglicher der erörterten Ausführungsformen aus demselben Material gebildet sein, wenn eine geeignete elektrische Isolation vorgesehen ist. In einer Ausführungsform weist die Hülse 200 einen Umriss auf, um dem inneren Krümmen der Blät- , ter 120 zu entsprechen, d. h. ist im Wesentlichen parallel damit, um eine verhältnismäßig schnellere und gleichmäßigere Beaufschlagung von Wärme auf die Hülse 200 zu erhalten, wenn die Blätter 120, wie nachstehend erörtert, verwendet werden, um die Hülse 200 zu erhitzen.
Die innere Oberfläche 201 der Sperrhülse 200, die der Zigarettenheizvorrichtungshalteeinrichtung 39 zugekehrt ist und sie konzentrisch umgibt, die verhältnismäßig kälter ist als die erhitzte Zigarettenheizvorrichtungselemente 120, wirkt als eine Kondensationsoberfläche und ein Kondensatakkumulator für einen großen Teil von denjenigen erzeugten Tabakaromen, die nicht an den Raucher geliefert werden und die dazu tendieren, von der Zigarette 23 radial nach außen zu strömen. Die innere Hülsenoberfläche 201 ist eine bevorzugte Kondensatoberfläche in Bezug zu diesen anderen Komponentenoberflächen, da die innere Hülsenoberfläche 201 die eingesteckte Zigarette 23 in Umfangsrichtung umgibt, um sich entwickelndes Aerosol einzuschließen, dediziert ist, um als eine Kondensatoberfläche zu wirken und für ein dediziertes Heizelement geeignet ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erhöht eine wärmereflektierende Zwischenhülse den Wirkungsgrad des Erhitzens der Oberflächen, die ein Reinigen erfordern, indem die Wärme, die zu der äußeren Hülse durch Strahlung übertragen wird, verringert wird. Dies verringert auch die Rate einer Zunahme in der Temperatur von und die Spitzentemperatur der äußeren Hülse.
Wie durch Bezug auf 9A ersichtlich ist, kann die innere Hülse 201 durch Feuern der Heizvorrichtungen 120 (zusammen) erhitzt werden, um eine Spitzentemperatur zu erreichen. Ein Zwischenrohr 215A passt zwischen der inneren Hülse und der äußeren Hülse 84. Das Zwischenrohr kann aus einem beliebigem von einer breiten Vielfalt von reflektierenden Hochtemperaturmaterialien hergestellt sein, die Wärme zurückhalten, und kann durch einen Fachmann ausgewählt sein, der diese Offenbarung berücksichtigt, z. B. kann eine Aluminium- oder reflektierende metallische Goldschicht oder -umhüllung verwendet werden.
Bei Verwendung sollte das Heizelement 210 in jeglicher Ausführungsform geeignet sein, um auf eine angemessene hohe Temperatur erhitzt zu werden, um in erster Linie über Leitung die zylindrische Hülse 200 und spezieller die innere Hülsenoberfläche 201 auf bevorzugte Betriebstemperaturen von etwa 150°C bis etwa 750°C, z. B. etwa 300°C bis etwa 600°C, z. B. etwa 400°C bis etwa 500°C, z. B. etwa 450°C, zu erhitzen, wie nachstehend erörtert.
Wie am besten in den 3–8 dargestellt ist, befindet sich das Heizelement 210 in innigem thermischem Kontakt mit der zylindrischen Hülse 200. Alternativ ist die Hülse 200 ohmsch widerstandsbehaftet, z. B. ein Metall, wie nachstehend beschrieben, und wird direkt ohmsch geheizt. Alternativ ist das Heizelement 210 im Innern der oder durch die Hülse 200 oder auf der inneren Oberfläche 201 lokalisiert, z. B. umfasst das Heizelement einen ohmsch geheizten Draht oder Drähte, die im Innern der oder durch die Hülse 200 lokalisiert sind.
In einer Ausführungsform umfasst das Heizelement 210 einen Widerstandsheizdraht oder -drähte, die die äußere Oberfläche 202 der Hülse 200 berühren. Windungen des Drahts 212 sind voneinander isoliert, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Z. B. kann der Widerstandsheizdraht oder -drähte um eine Keramik- oder Metallhülse 200 herumgewickelt sein oder sich alternativ im Innern derselben befinden und zwar auf eine spiralförmige Weise und vorzugsweise in mindestens eine spiralförmige Nut 203 geklemmt, die in der äußeren Hülsenoberfläche 202 gebildet ist und durch Gewindegänge 203A begrenzt wird, wie in 4 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist die spiralförmige Nut 203 eine einzige Spirale, so dass Anschlussenden des Widerstandsdrahts an entgegengesetzten Enden der Hülse 200 zur Verbindung mit einer geeigneten Energiequelle und Steuerlogik lokalisiert sind, wie nachstehend erörtert.
Eine bevorzugte Konfiguration wird nun mit besonderem Bezug auf die 3–7 beschrieben. Das Hülsenheizelement 210 umfasst ein Laminat auf einer Metallhülse 200, ähnlich zu den Zigarettenheizvorrichtungen, die in der Ser.-No. 08/224,8, eingereicht am B. April 1994, erteilt als US-Patent No. 5,665,262, und Ser.-No. 08/370,125, eingereicht am 9. Januar 1995, erteilt als US-Patent No. 5,666,262, beschrieben sind. In der vorliegenden Erfindung werden eine Keramiklage 310 und eine Heizvorrichtungslage 210, wie am besten in 6 dargestellt, auf einer Hülse 200 mit der mindestens einen spiralförmigen Nut 203, die durch "Hügel" oder einen spiralförmigen Gewindegang 203A begrenzt wird, abgelagert, wie in 4 dargestellt. Genauer gesagt, wird die äußere Hülsenoberfläche 202 zuerst mit einem keramischen Isolator 310 beschichtet, und dann wird die widerstandsbehaftete Heizvorrichtungslage 210 auf den keramischen Isolator 310 aufgebracht und vorzugsweise thermisch gesprüht, wie nachstehend beschrieben.
Als Nächstes wird die beschichtete Hülse geschliffen, um die Heizvorrichtungslage 210, und, wenn gewünscht, die Keramiklage 310 von dem spiralförmigen Gewindegang 203A zu entfernen, so dass die Keramiklage 310 und die Heizvorrichtungslage 210 in der Nut 203 ruhen, wie in 5 dargestellt. Ein fortlaufender spiralförmiger widerstandsbehafteter Weg wird entsprechend begrenzt, wobei jede Windung der spiralförmig umlaufenden Heizvorrichtungslage 210 von benachbarten Windung en) über die zwischengeschobenen Windungen von geschliffenem Gewindegang 203A elektrisch isoliert ist, die mit der isolierenden Keramiklage 310 beschichtet sind, abgesehen von den fakultativ geschliffenen oberen Enden oder Spitzen.
Der spiralförmige Gewindegang 203A wird vorzugsweise gebildet durch: Ausstanzen einer Platte von geeignetem Metall mit diagonalen Vertiefungen oder anderen geeigneten Mustern und dann Rollen der gestanzten Platte, um eine Hülse 200 mit dem gewünschten spiralförmigen Gewindegang 203A und der spiral förmige Nut 203 auf der äußeren Hülsenoberfläche 202 zu bilden. Dieses Stanzen und Rollen bildet auch einen inneren spiralförmigen Gewindegang oder Kanal (nicht dargestellt) und eine zugehörige innere spiralförmige Nut (nicht dargestellt), die auf der inneren Hülsenoberfläche 201 lokalisiert ist. Der innere spiralförmige Gewindegang entspricht der spiralförmigen Nut 203, und die innere spiralförmige Nut entspricht dem spiralförmigen Gewindegang 203A, der auf der äußeren Hülsenoberfläche 202 lokalisiert ist.
Demgemäß wird Luft von einem Raucher in das Anzündergehäuse angesaugt, und wird speziell zwischen der inneren Hülsenoberfläche 201 und der äußeren Oberfläche der Zigarette 23 angesaugt, wie nachstehend beschrieben, und die begrenzte innere spiralförmige Nut auf der inneren Hülsenoberfläche 201 dient dazu, um von einem Raucher angesaugte Luft in das Anzündergehäuse um die eingesteckte Zigarette 23 herum in einem spiralförmigen Verlauf zu lenken oder zu kanalisieren, wodurch vorteilhafterweise angesaugte Luft zu verschiedenen Umfangsstellen der Zigarette zugeführt wird, um zu einer gleichmäßigeren Luftverteilung und einer stärkeren Durchmischung mit den erzeugten Aromen in dem Anzündergehäuse zu führen.
Eine glatte zylindrische Oberfläche, die die eingesteckte Zigarette 23 umgibt, führt zu Luft, die von einem Raucher über Vorderseitenlöcher in das Anzündergehäuse angesaugt wird, wobei sie auf eine stromlinienförmigere Weise und mit einer schwächeren Durchmischung im Anzündergehäuse gelenkt wird.
Alternativ wird die Platte oder gebildete Hülse vor der Auftragung der Keramiklage 310 und Heizvorrichtungslage 210 maskiert, um ein beliebiges gewünschtes Muster zu bilden, wie z. B. das Muster, das in 7 wiedergegeben ist. Ungeachtet davon, ob Schleifen, Maskieren und/oder eine herkömmliche Technik verwendet wird, um ein gewünschtes Muster für die Keramiklage 310 und die Heizvorrichtungslage 210 zu definie ren, umfasst das definierte Muster vorzugsweise einen fortlaufenden widerstandsbehafteten Weg mit mehreren Segmenten, die voneinander isoliert sind, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Fakultativ wird eine zusätzliche elektrisch isolierende Schicht auf das definierte Muster der Keramiklage 310 und Heizvorrichtungslage 210 aufgebracht, um Kurzschlüsse zu vermeiden.
Eine bevorzugte Hülsenheizvorrichtung 210 und elektrische Verbindung ist in den 3 und 6 dargestellt. Diese elektrische Verbindung wird vorzugsweise mit der spiralförmigen Konfiguration, die vorstehend mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben ist, oder mit einem beliebigen anderen gewünschten Muster verwendet, und wird besonders für Widerstandsmuster bevorzugt, die durch die Heizvorrichtungslage 210 mit Endanschlüssen an entgegengesetzten Enden der äußeren Hülsenoberfläche 202 definiert ist. Wie am besten in 6 dargestellt, steht ein Ende des abgelagerten Hülsenheizvorrichtungselements 210 in innigem elektrischem Kontakt mit der darunter liegenden Metallhülse 200 an einer Kontaktfläche 230A, und der Rest des Hülsenheizelements 210 liegt über der isolierenden Keramiklage 310. Plasmabeschichten des widerstandsbehafteten Hülsenheizelements 210 auf der Metallhülse 200 liefert einen starken Kontakt.
Eine elektrische gemeinsame Leitung wird durch die elektrisch leitende Metallhülse 200 gebildet, die (1) an einem Ende des Anzünders 25, z. B. dem proximalen Ende, das der Zigaretteneinstecköffnung am nächsten ist, mit dem negativen Anschlussende des Hülsenheizelements 210 über der Kontaktfläche 230A, und (2) an dem entgegengesetzten Ende des Anzünders 25, z. B. dem distalen Ende, das von der Zigaretteneinstecköffnung am weitesten entfernt ist, mit der Energiequelle über einen Stift 104C und eine Kontaktfläche 203C verbunden ist, wie in den 3 und 6 dargestellt.
Die positive Verbindung wird über einen Stift 104D zur Kon taktfläche 230B gemacht, die auch am distalen Ende der Anzünderöffnung lokalisiert ist. Die Hülse 200 wirkt folglich als eine gemeinsame Leitung, wodurch ermöglicht wird, dass sowohl die Kontaktstifte 104C als auch 104D in einer verhältnismäßig sichereren Position lokalisiert sind, weg von der Zigaretteneinstecköffnung des Anzünders 25. Demgemäß wird eine widerstandsbehaftete Heizschaltung für die Hülse 200 gebildet, die mit einer geeigneten Energieversorgung und Steuerlogik verbunden ist.
Die Hülse 200 umfasst vorzugsweise ein Metallsubstrat in der Form eines zylindrischen Rohrs, da Metall flexibler zur Herstellung ist, bessere Belastungstoleranzen als eine Keramik aufweist und, wie nachstehend erörtert, elektrisch leitend ist. Das Metall, das für das Substrat ausgewählt wird, ist mechanisch stark, um wie nachstehend beschrieben gefertigt zu werden, und ist ein thermisch stabiles Metall oder Legierung.
Eine Keramiklage 310 wird auf der Metallhülse 200 abgelagert, um ein anschließed angebrachtes Hülsenheizelement 210 von der Metallhülse elektrisch zu isolieren, abgesehen von einem freigelegten negativen Kontakt oder gemeinsamen Leitung 230A. Vorzugsweise ist die Oberflächenrauhigkeit der äußeren Metallhülsenoberfläche 202 erhöht, um eine bessere Haftung mit der abgelagerten Keramiklage 310 zu liefern. Die angemessen dicke äußere Oberfläche 202 wird zuerst durch eine angemessene Technik, wie z. B. Sandstrahlen, aufgerauht, und dann wird eine Bondschicht aufgetragen. Das Heizelement 310, das eine Dicke von z. B. etwa 0,00254 mm bis 0,254 mm (etwa 0,1 bis 10 Mil) oder etwa 0,0127 mm bis 0,1524 mm (etwa 0,5 bis 6 Mil) und bevorzugter 0,0254 mm bis 0,762 mm (1–3 Mil) aufweist, wird als Nächstes abgelagert. Eine signifikante thermische Expansionsfehlanpassung zwischen dem Isolator 310 und sowohl der Metallhülse 200 als auch der Heizvorrichtungslage 210, die möglicherweise zur Delamination führt, sollte vermieden werden.
Ein Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit, z. B. von Nickel, Nickellegierungen, Kupfer oder Aluminium, wird auf das Heizvorrichtungselement 210 und das Hülsensubstrat gesprüht, um respektive Kontaktflächen 230B und 230C zu bilden, und dann werden Leitungen, z. B. die Stifte 104D und 104C, befestigt, z. B. durch Schweißen, Hartlöten oder Löten, wie erörtert. Das Material kann anstelle von den Verbindungsstiften als Einheit zu Leitungen geformt sein oder daran gelötet und vorzugsweise silbergelötet sein. Das hochleitende Material macht die darunterliegende Fläche weniger widerstandsbehaftet und ermöglicht, dass die Leitungen leichter hinzugefügt werden, wie erörtert.
Die Metallhülse 200 kann aus einer Legierung in der Form einer Platte, einer Stange oder eines Stabs gebildet sein, z. B. durch Ziehen. Beispiele für geeignete Metalle umfassen NiCr-Legierungen, eine Haynes^®-214-Legierung (Haynes^®-Legierung No. 214, eine Legierung auf Nickel-Basis, die 16,0 Prozent Chrom, 3,0 Prozent Eisen, 4,5 Prozent Aluminium, Spuren von Yttrium enthält und wobei der Rest (etwa 75 Prozent) Nickel ist, die von Haynes International of Kokomo, Indiana, im Handel erhältlich ist) und Inconel 625-Legierungsplatte. Vorzugsweise ist die Metallhülse aus einer Nickelaluminid (Ni₃Al)-Legierung, einer anderen Legierung von Nickel und Eisen konstruiert, oder es könnte eine Eisenaluminid-Legierung (Fe₃Al) verwendet werden, wie vorstehend erörtert.
Die Keramiklage 310 weist vorzugsweise eine verhältnismäßig hohe Dielektrizitätskonstante auf. Ein beliebiger geeigneter elektrischer Isolator kann verwendet werden, wie z. B. Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Mullit, Cordierit, Spinell, Forsterit, Kombinationen davon usw.. Vorzugsweise wird Zirkoniumdioxid oder eine andere Keramik verwendet, die thermisch stabil ist und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der genau demjenigen der darunter liegenden Metallhülse entspricht, um Unterschiede in Expansions- und Kontrak tions-Raten während eines Erhitzens und Abkühles zu vermeiden, wodurch Risse und/oder Delaminationen während eines Betriebs vermieden werden.
Die Keramiklage bleibt physikalisch und chemisch stabil, wenn das Heizelement 210 erhitzt wird. Eine Dicke von z. B. etwa 0,00254 mm bis 0,254 mm (0,1 bis 10 Mil) oder etwa 0,0127 mm bis 0,1524 mm (0,5–6 Mil), und bevorzugter 0,0254 mm bis 0,0762 mm (1–3 Mil) wird für den elektrischen Isolator bevorzugt, der eine Keramik, wie z. B. Zirkoniumdioxid, ist und insbesondere ein teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid mit etwa 20% und bevorzugter 8% Yttriumoxid, die thermisch durch Plasmabeschichten, wenn die Oberfläche angemessen rau ist, auf das Rohr gesprüht wird, das vorzugsweise während dieser Ablagerung gedreht wird. Vorzugsweise wird das Rohr eine Anzahl von Malen während einer Beschichtung schnell gedreht, um eine zweckmäßige Schicht aufzubringen.
Die Bindungslage ist eine dünne z. B. 0,00254 mm bis 0,127 mm (0,1 bis 5 Mil) und vorzugsweise 0,0127 mm bis 0,0254 mm (0,5 bis 1,0 Mil) dicke Lage von einer metallischen Schicht, wie z. B. FeCrAlY, NiCrAlY, NiCr, NiAl oder Ni₃Al, und liefert eine gute Bondzwischenfläche zwischen der aufgerauten äußeren Metallhülsenoberfläche 202 und der anschließend aufgebrachten Keramiklage 310.
Andere Ablagerungstechniken werden alternativ zusätzlich zu thermischem Spritzen und spezieller Plasmaspritzen verwendet. Z. B. physikalische Abscheidung aus der Gasphase, chemische Abscheidung aus der Gasphase, Dickfilmtechnologie mit Siebdruck einer dielektrischen Paste und Sintern, eine Sol-Gel-Technik, bei der ein Sol-Gel aufgebracht wird und dann erhitzt wird, um einen Festkörper zu bilden, und eine chemische Abscheidung, gefolgt von Erhitzen. Ein chemischer Bindungstyp wird für eine Bindungsstärke bevorzugt.
Dieses chemische Binden wird durch Erhitzen der Keramiklage oder des Keramikvorläufers erzielt, wobei sich die äußere Metalloberfläche 202 auf einer verhältnismäßig hohen Temperatur befindet. Alternativ wird die Metallhülse 200 bei einer hohen Temperatur geheizt, um eine Oxidlage auf der Oberfläche zu bilden, die ihre Aufgabe ähnlich wie die Keramiklage erfüllt.
Ein beliebiges geeignetes Metall, Verbindung oder Legierung mit oder ohne intermetallische/keramische Zusatzmittel kann für das Heizelement 210 in einer Pulverform verwendet werden, wenn durch die Abscheidungstechnik erforderlich. Spezieller wird eine etwa 0,00254 mm bis 0,127 mm (0,1 bis 5 Mil) dicke Lage von einem ohmsch widerstandsbehafteten Material, wie z. B. die vorstehend erörterten Materialien, z. B. NiCr, Ni₃Al, NiAl, Fe₃Al oder FeCrAlY, durch eine beliebige bekannte thermische Sprühtechnik abgelagert, wie z. B. Plasmabeschichten oder HVOF (Hochgeschwindigkeits-Oxy-Brennstoff).
Der spezifische elektrische Widerstand des widerstandsbehafteten Materials kann mit dem Zusatz von geeigneten Keramiken oder durch Einstellen des Oxidationsniveaus des Metalls während eines Plasma- oder HVOF-Spritzens eingestellt werden. Dünnfilmtechniken, z. B. CVD oder PVC, können verwendet werden, wenn die Oberflächenrauhigkeit der Keramiklage 310, die aus verhältnismäßig großen Keramikpartikeln zusammengesetzt ist, verglichen mit dem Heizvorrichtungsmaterial, geglättet wird, und zwar durch z. B. Diamantschleifen zu einer Oberflächenrauhigkeit zwischen 3,43 Mikrometern bis 4,06 Mikrometern (135 bis 160 Mikroinch Ra), mit einem Mittelwert von 3,68 Mikrometern (145 Mikroinch Ra). Bei dieser Technik ist eine dünnere Lage von Metall erforderlich, was zu einer gewünschten Heizvorrichtung geringerer Masse führt. Jedoch ist der Prozess langsamer.
Die Heizvorrichtungen können abgelagert werden, während sich das mit Keramik beschichtete Rohr schnell dreht. Alternativ kann das Heizelement 210 Platin sein, das auf der Keramiklage 310 oder auf der Keramikhülse 200 gebildet wird, wie in der gemeinsam übertragenen, mitanhängigen Anmeldung Serial-No. 08/314,463, eingereicht am 28. September 1994 und erteilt als US-Patent No. 5,573,692, beschrieben.
Da ein hoher Widerstand eine gewünschte Eigenschaft zum elektrischen Erhitzen ist, wird ein thermisches Spritzen bevorzugt, um. eine widerstandsbehaftete Heizvorrichtungslage 210 zu liefern. Sie kann unter Verwendung der verschiedensten thermischen Sprühtechniken gesprüht werden. Ein vorlegiertes Ni₃Al, ein mechanisch legiertes Ni₃Al oder ein Pulver von Ni und Al im richtigen Verhältnis kann verwendet werden. Ein Vorerhitzungsschritt ist erforderlich, wenn mechanisch legiertes Ni₃Al oder wenn Ni- und Al-Pulver für Sprühanwendungen verwendet werden.
Die Temperatur und Zeit zum Vorerhitzen hängt von den thermischen Sprühkanonenparametern ab und kann so eingestellt werden, dass sie im Bereich von 600°C bis 1000°C fällt. Partikelgrößen und Größenverteilungen sind wichtig, um Ni₃Al zu bilden, wenn ein vorlegiertes Ni₃Al nicht verwendet wird. Für die Zwecke eines Widerstands kann eine Zusammensetzung von NiAl verwendet werden.
Mehrere Elemente können als Zusätze zu den Ni₃Al-Legierungen verwendet werden. B und Si sind die Hauptzusätze zur Legierung für die Heizvorrichtungslage 210. Man ist der Meinung, dass B eine Korngrenzenfestigkeit verbessert und am wirkungsvollsten ist, wenn das Ni₃Al nickelreich ist, z. B. Al ≤ 24 Atomprozent. Si wird zu den Ni₃Al-Legierungen nicht in großen Mengen hinzugefügt, da eine Hinzufügung von Si über ein Maximum von 3 Gewichtsprozent hinaus Silicide von Nickel bildet und bei Oxidation zu SiO_x führt. Der Zusatz von Mo verbessert die Festigkeit bei niedrigen und hohen Temperaturen. Zirkonium unterstützt eine Verbesserung der Oxid-Temperaturwechselbeständigkeit während eines thermischen Kreisprozesses. Auch kann Hf zugesetzt werden, um die Hochtem peraturfestigkeit zu verbessern.
Eine bevorzugte Ni₃Al-Legierung zur Verwendung als Hülse 200 und widerstandsbehaftete Heizvorrichtung 210 wird mit IC-50 bezeichnet, und es wird in "Processing of Intermetallic Aluminides", V.Sikka, Intermetallic Metallurgy and Processing Intermetallic Compounds, Hrsg. Stoloff et al. Van Nostrand Reinhold, N. Y., 1994, Tabelle 4, berichtet, dass sie 77,92 Atom-% Ni, 21,73 Atom-% Al; 0,34 Atom-% Zr und 0,01 Atom-% B enthält. Verschiedene Elemente können zu dem Aluminid hinzugefügt werden. Mögliche Zusätze umfassen Nb, Cu, Ta, Zr, Ti, Si, Mo und Ni.
Das Heizvorrichtungsmaterial für das Heizelement 210 kann Haynes^®-214 Legierung sein. Die Haynes^®-Legierung No. 214 ist eine Legierung auf Nickel-Basis, die 16,0 Prozent Chrom, 3,0 Prozent Eisen, 4,5 Prozent Aluminium, Spuren von Yttrium enthält und wobei der Rest (etwa 75 Prozent) Nickel ist, die von Haynes International of Kokomo, Indiana) im Handel erhältlich ist. Inconel 702-Legierung, NiCrAlY-Legierung, FeCrAlY, Legierungen der Marke Nichrome^® (54–80% Nickel, 10–20% Chrom, 7–27% Eisen, 0–11% Kupfer, 0–5% Mangan, 0,3–4,6% Silizium und manchmal 1% Molybdän und 0,25% Titan können auch verwendet werden. Es wird angegeben, dass Nichrome I unter anderem 60% Nickel, 25% Eisen, 11% Chrom und 2% Mangan enthält; Nichrome II 75% Nickel; und Nichrome III, eine wärmebeständige Legierung, 85% Nickel und 15% Chrom, wie in dem gemeinsam übertragenen US-Patent-No. 5,388,594 beschrieben, oder Materialien mit ähnlichen Eigenschaften.
Bevorzugter ist jedoch das Heizelement 210 aus einer wärmebeständigen Legierung hergestellt, die eine Kombination von hoher mechanische Festigkeit und Beständigkeit gegen eine Oberflächenoxidation, -korrosion und -zerlegung bei hohen Temperaturen zeigt. Vorzugsweise ist das Heizelement 210 aus einem Material hergestellt, das eine hohe Festigkeit und Oberflächenstabilität bei Temperaturen von bis zu zeigt, die üblicherweise als Superlegierungen bezeichnet werden und im Allgemeinen auf Nickel, Eisen oder Kobalt basieren. Z. B. sind Legierungen von in erster Linie Eisen oder Nickel mit Aluminium und Yttrium geeignet. Vorzugsweise umfasst die Legierung des Heizelements 210 Aluminium, um die Leistungsfähigkeit des Heizelements weiter zu verbessern, z. B. durch Bereitstellung einer Oxidationsbeständigkeit.
Bevorzugte Materialien umfassen Eisen- und Nickelaluminide und am bevorzugtesten die Legierungen, die offenbart sind in den gemeinsam übertragenen mitanhängigen US-Patentanmeldungen Serial-No. 08/365,952, eingereicht am 29. Dezember 1994 und erteilt als US-Patent No. 5,595,706, mit dem Titel "Aluminium Containing Iron-Base Aloys Useful as Electrical Resistance Heating Elements" und Serial-No. 08/426,006, eingereicht am 20. April 1995 und erteilt als US-Patent-No. 5,620,651, mit dem Titel "Iron Aluminiue Alloys Useful as Electrical Resistance Heating Elements" (Vertreterzeichen No. PM 1769).
Wenn ein Schmelzen von irgendeiner Legierung erforderlich ist, wird vorzugsweise einen Argongasmantel verwendet. Elektrische Leitungen können an die widerstandsbehaftete Heizvorrichtung 210 oder Hülse 200, wie erörtert, unter Verwendung eines YAG-Lasers oder CO₂-Lasers hartgelötet werden. Hartlöten kann mit Ag-Cu- oder Ni-Cu-Hartlötlegierungen bewerkstelligt werden. Hartlöten ist ein bevorzugtes Verfahren gegenüber Löten oder Schweißen für diese Zwecke, da die Wiederstandsdicke kleiner ist als 5 Mil (0,005 Inch) oder 0,125 mm ist. Ein Flussmittel kann verwendet werden, um die Oberfläche zu benetzen und die Oxide zu beseitigen. Mehrere solche Hartlötlegierungen sind von Lucas-Milhaput of Wisconsin und von der Indium Corporation of America erhältlich. Ag-Cu-Legierungen weisen optimale Solidus- und Liquidus-Punkte zum Laserhartlöten einer Heizvorrichtung auf, ohne durch die Lagen hindurchzudringen, da die Gesamtdicke der Heizvorrichtung 210 und des Isolators 310 0,254 mm bis 0,381 mm (10 bis 15 Mil) beträgt.
Die vorliegende Erfindung liefert eine Mehrlagenheizvorrichtung mit Ni₃Al als ein Substrat und als eine Heizvorrichtung, die durch einen Isolator, Zirkoniumdioxid, getrennt sind. Das Konzept ist generisch und kann in verschiedenen Dicken auf verschiedene Geometrien angewandt werden. Ni₃Al bildet leicht eine haftende Aluminiumoxidlage auf der Oberfläche. Diese Aluminiumoxidlage verhindert eine weitere Oxidation und beseitigt ein Abschälen von Oxiden, wodurch eine Zykluslebensdauer des Materials verbessert wird.
Ein zylindrisches Rohr des ausgewählten Metalls mit einer geeigneten Länge und einer Wanddicke von etwa 0,0254 bis 0,254 mm (1–10 Mil) und vorzugsweise 0,0762 mm bis 0,127 mm (305 Mil) wird in der gewünschten geometrischen Form gebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform; (1) wird das Rohr durch z. B. Stanzen oder Extrusion gebildet; (2) werden die Keramik- und Heizvorrichtungslagen abgelagert; und (3) werden die Heizvorrichtung und die elektrischen Leitungen gebondet. Alternativ wird ein dünnes Rohrmaterial mit z. B. etwa 0,0762 mm bis 0,127 mm (3 bis 5 Mil) dicken Wänden mit einem angemessenen Anfangsdurchmesser bereitgestellt.
Das Rohr wird in gewünschte Längen geschnitten, um anschließend Substrate zu bilden. Als Nächstes werden herkömmliche Gesenkschmiedetechniken ausgeführt, um die gewünschte Geometrie und Größe des Substrats und des (der) Rohrs (Rohre) zu bilden. Anschließende Schritte werden ausgeführt, wie beschrieben, um die Hülsen 200 zu bilden. Die Fertigung von Schritten, die hierin definiert sind, kann in jeglicher gewünschten Reihenfolge ausgeführt werden, um Herstellungsgeschwindigkeiten, Materialeinsparungen usw. zu erzielen.
Die Heizvorrichtungsmaterialien und andere metallische Komponenten werden auch auf Grundlage ihrer Oxidationsbeständigkeit und allgemeinem Fehlen von Reaktionsfreudigkeit gewählt, um zu gewährleisten, dass sie nicht oxidieren oder sonst bei irgendeiner Temperatur mit der Zigarette 23 reagieren, von der wahrscheinlich ist, dass sie angetroffen wird. Wenn gewünscht, wird das Heizelement 210 und andere metallische Komponenten in einem inerten wärmeleitenden Material eingebettet, wie z. B. einem geeigneten Keramikmaterial, um eine Oxidation und Reaktion weiter zu vermeiden.
Alternativ ist das Heizelement 210 in einem widerstandsbehafteten Heizmuster 220 angeordnet, um eine Widerstandsheizschaltung zu bilden, die durch eine geeignete Quelle von elektrischer Energie mit Energie versorgt wird. Ein besonders bevorzugtes Heizelement 210 ist in 7 dargestellt, das ein widerstandsbehaftetes Muster umfasst, das auf der äußeren Oberfläche 202 der zylindrischen Hülse 200 gebildet ist, z. B. ein Wellenmuster mit einer verhältnismäßig langgestreckten Amplitude in der Längsrichtung der darunterliegenden Hülse 200, wie dargestellt. Z. B. kann das widerstandsbehaftete Muster Wolfram umfassen und wird auf die Hülse 200, z. B. Aluminiumoxid, wie erörtert, über eine beliebige herkömmliche Technik aufgebracht, z. B. wie durch Ceramx Corporation of Laurens, South Carolina, ausgeführt. Das widerstandsbehaftete Muster wird auf ein Kunststoffband gedruckt, auf ein Keramikgrünband und dann vom Band zur Keramikhülse über Brennen übertragen.
Jegliches geeignete Muster kann verwendet werden, um gewünschte Betriebstemperaturen zu erzielen, wie hierin erörtert. Wie in 7 dargestellt, sind das negative und positive Anschlussende des widerstandsbehafteten Musters nahe demselben Ende der Hülse 200 zur Verbindung mit negativen und positiven Stiften 104C und 104D lokalisiert.
Alternativ wird das Widerstandsmuster, z. B. Platin, in einem gewünschten Muster auf der Keramikhülse 200 gebildet, wie dargestellt in der gemeinsam übertragenen mitanhängigen Anmeldung Serial No. 08/333,470, eingereicht am 2. November 1994, erteilt als US-Patent No. 5,530,225.
Alternativ ist das Widerstandsmuster auf der Keramikhülse 200 in einem gewünschten Muster gebildet, wie dargestellt auf einem ebenen Substrat im gemeinsam übertragenen US-Patent No. 5,408,574, erteilt am 18. April 1995, das eine Teilfortsetzung des gemeinsam übertragenen US-Patents No. 5,224,498, erteilt am 6. Juli 1993, ist, das eine Teilfortsetzung des gemeinsam übertragenen US-Patents No. 5,093,894, erteilt am 3. März 1992, ist, die in ihren Ganzheiten hierdurch durch Bezug aufgenommen werden.
Wie vorstehend erörtert, sind, wenn ein Draht oder anderes fortlaufendes Widerstandsmuster in der Nut 203 der Hülse 200 spiralförmig angeordnet ist, entweder elektrische Verbindungen an Anschlussenden, die an entgegengesetzten Hülsenenden angeordnet sind, oder elektrische Verbindungen, wie in 6 dargestellt, notwendig. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform, die in den 4, 8A und 8B dargestellt ist, ist ein fortlaufender Draht 212 in die spiralförmige Nut 203 geklemmt, die durch "Hügel" des spiralförmigen Gewindegangs 230A begrenzt wird, dargestellt in 4. Mit Bezug auf die 8A und 8B umfasst der fortlaufende Draht 212 einen ersten Schenkel 212A und einen zweiten Schenkel 212B, wobei der letztgenannte für eine Wiedergabeklarheit gestreift ist, die alternierend in einer respektiven spiralförmigen Nut 203 einer Doppelgewindehülse 200 angeordnet sind und durch eine solche getrennt sind, so dass Anschlussenden des Drahts 212 an demselben Ende der Hülse 200 für eine bequeme Verbindung mit einer geeigneten Energiequelle und Steuerlogik lokalisiert sind.
Ein Verbindungssegment 212C verbindet den ersten Schenkel 212A mit dem zweiten Schenkel 212B speziell durch: (1) Hindurchführen durch und in die Hülse 200 über eine erste Eintrittsöffnung, die vorzugsweise an einem Ende, z. B. dem zu den Stiften 104C und 104D entgegengesetzten distalen Ende der Hülse 200, lokalisiert ist, (2) Bewegen entlang der inneren Oberfläche 201 für ein kurzes Intervall, und (3) Hindurchfüh ren durch die und aus der Hülse 200 über eine zweite Eintrittsöffnung, die in der zur erste Eintrittsöffnung benachbarten spiralförmigen Windung angeordnet ist. Mit "Doppelgewinde" ist gemeint, dass die Hülse 200 zwei parallele spiralförmige Nuten aufweist. Eine solche Konfiguration ermöglicht, dass elektrische Verbindungen an Anschlussenden an demselben Hülsenende angeordnet sind.
In sämtlichen Ausführungsformen ermöglichen Kontaktflächen 230C und 230B negative und positive Verbindungen mit der Quelle von elektrischer Energie. Genauer gesagt, wird eine positive Verbindung mit einem ersten Anschluss eines widerstandsbehafteten Heizelements 210 hergestellt, und es wird eine negative Verbindung mit einem zweiten Anschluss des widerstandsbehafteten Heizelements 210 hergestellt. Vorzugsweise sind ein negativer oder gemeinsamer Hülsenstift 104C und ein positiver Hülsenstift 104D respektive in der Basis 50 angeordnet, die durch zusätzliche Buchsen (nicht dargestellt) aufgenommen sind, die schließlich mit der Steuerschaltungsanordnung verbunden sind und mit der gewünschten Hülsenenergiequelle und machen respektive die negative Verbindung und positive Verbindung eines Hülsenheizelements 210, um die Verbindung mit der gewünschten Hülsenenergiequelle zu vervollständigen.
Jegliche geeignete elektrische Verbindung wird verwendet. Vorzugsweise sind beide von den Verbindungen des Hülsenheizelements 210 mit den Stiften 104C und 104D an der Basis 50 gemacht, d. h. dem der Zigaretteneinstecköffnung entgegengesetzten Ende der Halteeinrichtung 39, um eine Beeinträchtigung durch und mit der Zigarette zu vermeiden. Es wird angemerkt, dass die negative, gemeinsame und positive Bezeichnung in der vorliegenden Erfindung alterniert werden können, wie in Bezug zum Hülsenheizelement 210 wiedergegeben, da nur eine Heizvorrichtung verwendet wird. Wenn gewünscht, können mehrere Heizelemente 210 verwendet werden, um die Hülse 200 zu erhitzen, und eine gemeinsame Leitung kann für die mehreren Heizelemente 210 verwendet werden.
In einer unterschiedlichen Ausführungsform kann das Erhitzen der Hülse unter Verwendung einer Induktionsheizvorrichtung stattfinden, wie in 16 dargestellt. Eine Hülse 850 ist aus einem geeigneten Suszeptormaterial gebildet, das Temperaturen aufrechterhalten und aushalten kann, die hoch genug sind, um akkumulierte Ablagerungen durch thermische Freisetzung zu verdampfen. In der in 17 veranschaulichten Konfiguration befindet sich die Induktionsspule 852 im Anzündergehäuse und wird durch eine Treiberschaltung 854 mit Energie versorgt. Die Treiberschaltung sollte einen ausreichenden Leistungsbetrag (in der Nähe von etwa 10 Watt) erzeugen, um das Suszeptorrohr ausreichend zu erhitzen.
Das Rohr kann aus einem beliebigen geeigneten Suszeptormaterial hergestellt sein, das von den Erfordernissen der Heizvorrichtung und den Energie- und Frequenz-Erfordernissen abhängig ist, die entsprechend gewählt sind. Es ist bestimmt worden, dass für z. B. ein Edelstahlrohr mit dem Radius 4,26 × 10^–3 m, Dicke 7,62 × 10^–5 m, Länge 1,4 × 10^–2 m, einer Frequenz von 500 kHz optimal ist, wobei 700 kHz die maximale nützliche Frequenz ist. Ein Temperaturanstieg von 425°C von Umgebung wird innerhalb von 5 Sekunden der Schaltungsaktivierung beobachtet.
Die Anzahl von Windungen um das Rohr ist variabel, abhängig von der Verlustleistung und Größe des Rohrs, die gewählt sind, aber für das beispielhafte Edelstahlrohr ergeben 50 Windungen eine ausreichende magnetische Flussdichte.
Die Spule kann benachbart zur Hülse (platziert innerhalb des Anzündergehäuses) oder in einer beabstandeten Beziehung zur Hülse (z. B. im Reinigervorrichtungsgehäuse) platziert sein. In dem Fall, wo die Induktionsspule im Innern des Anzünders platziert ist, wird weniger Energie erfordert, aber die Spule und zugeordnete Schaltungsanordnung wird dann im Anzünder montiert und erhöht das Tragegewicht der Vorrichtung. In dem Fall, wo die Induktionsspule im Reinigervorrichtungsgehäuse platziert ist, ist das Energieerfordernis zum Induktionsheizen dramatisch erhöht.
B. Die Energiequelle
Die gewünschte Hülsenenergiequelle kann Batterien oder eine andere Energiequelle 37 des Anzünders 25 sein. Bevorzugter wird das Heizelement 210 durch eine externe Energiequelle, wie z. B. eine Wiederaufladereinheit 500, mit Energie versorgt, wie nachstehend beschrieben, die auch zum Wiederaufladen der wiederaufladbaren Batterien des Anzünders 25 geeignet und z. B. mit einer herkömmlichen Wandsteckdose oder einer anderen Quelle von Wechsel- oder Gleichstrom, der etwa 25 Watt bis etwa 50 Watt für den Reinigungsprozess liefern kann, verbunden ist.
Z. B. können die Batterien ein Wiederaufladen nach etwa 160 bis 800 Heizvorrichtungsfeuerungen entsprechend etwa 160 bis 800 Zügen, d. h. äquivalent zu etwa 20 bis 100 Zigaretten (unter der Annahme von 8 Feuerungen und Zügen pro Zigarette) oder 1 bis 5 Packungen (unter der Annahme von 20 Zigaretten pro Packung) erfordern. Bequemerweise würde ein Wiederaufladen während einer angemessen langen Periode einer Nichtverwendung z. B. am Ende eines Tages oder einer festgelegten Anzahl von Tagen stattfindet, wobei ein Reinigen vorzugsweise bei jeder Wiederaufladung oder bei einem gewissen festgelegten Vielfachen davon stattfindet. Während der Gebrauchsperiode akkumulieren Kondensate mit jedem erzeugten Zug auf der inneren Oberfläche 201 der Hülse 200, den Zigarettenheizelementen 120 und anderen Anzünderkomponenten.
C. Reinigungsintervalle
Wenn die Zigarettenheizelemente 120 gefeuert werden, um einen Zug zu erzeugen, werden Kondensate von dem vorhergehenden Zug (s) an den Zigarettenheizelementen 120 normalerweise durch dieses Erhitzen dissipiert. Jedoch fahren Kondensate fort, auf der inneren Hülsenoberfläche 201 und anderen Komponenten zu akkumulieren.
Die Notwendigkeit zum Reinigen und/oder Wiederaufladen kann bewerkstelligt werden, indem respektive eine Kondensatakkumulation oder irgendein Ereignis, das eine Akkumulation und einen Energieinhalt anzeigt, erfasst wird. Indem man auf die 1, 10 und 11 Bezug nimmt, wird ein Zähler 55 in dem Anzünder 25 bereitgestellt, um die gewünschten Ereignisse zu zählen, die verwendet werden könnten, um anzuzeigen, dass eine Reinigung erforderlich ist, z. B. nach einer gewissen Anzahl von Wiederaufladungen oder jeder Wiederaufladung oder nach einer gewissen Anzahl von Zigaretten, Zügen oder diskreten Erhitzungen eines Zigarettenanzünders usw.. Man beachte, dass, wenn ein Wiederaufladen nach einer vorbestimmten Anzahl von Zigaretten, Wiederaufladung(en), Zügen oder diskreten Erhitzungen eines Zigarettenanzünders usw. auftritt, dann ein Zählen und Speichern von Ereignissen für sowohl Wiederaufladen als auch Reinigen effizient kombiniert werden.
Wenn gewünscht, kann ein Symbol oder eine Anzeige 51 die Notwendigkeit zum Reinigen als Antwort auf ein Signal von dem Zähler 55 nach einer vorbestimmten Anzahl von Ereignis sen) oder bei einer gewissen erstellten Anzahl von Ereignis sen) vor der vorbestimmten Anzahl anzeigen. Im letztgenannten Fall wird das Symbol bei einem gewissen bestimmten Intervall vor dem Reinigungstriggerereignis angezeigt, um den Raucher von dem bevorstehenden erforderlichen Reinigen in Kenntnis zu setzen, z. B. so dass er oder sie den Reinigungszyklus vor einer beabsichtigten Periode einer ausgedehnten Verwendung initiieren kann oder planen kann, um einen anderen Anzünder zu verwenden, während der augenblickliche Anzünder gereinigt wird.
Zusätzlich oder alternativ kann ein anderes In-Kenntnis-Setzungs-Signal dem Raucher mitgeteilt werden, z. B. ein beliebiges herkömmliches Audiosignal, wie z. B. ein Piepton oder ein anderer erzeugter Ton, und zwar vor, mit oder nach der Zeit der Symbolanzeige. Weiter kann eine Steuerlogik einen Raucher "sperren", wenn ein Reinigen nicht ausgeführt wird, z. B. dadurch, dass die Steuerlogik 41 einen "Stopp"-Modus implementiert, der ein Feuern der Heizvorrichtungen verhindert, sobald der Zähler 55 ein Signal sendet, das ein erforderliches Reinigen zur Steuerlogik 41 des Anzünders anzeigt, z. B. nach einer vorbestimmten Anzahl von gerauchten Zigaretten und/oder gleichzeitig mit einem erforderlichen Batteriewiederaufladen. Nach Beendigung der vorgeschriebenen Reinigung implementiert entweder die Anzündersteuerschaltungsanordnung 41 und/oder ein Wiederaufladerlogiksteuergerät 520, abhängig von der Reinigungstechnik, die verwendet wird, einen "Go"-Modus, um zu ermöglichen, dass eine Verwendung wiederaufgenommen wird.
Sämtliche der vorhergehenden Steuerinformation ist vorzugsweise in einem herkömmlichen nichtflüchtigen Speicher gespeichert, um zu ermöglichen, dass die Reinigungsvergangenheit und zugehöriges Zählen und Signalisieren bewahrt werden, wenn die Energiequelle 37 erschöpft ist.
Der Reinigungszyklus wird vorzugsweise zu dem bestimmten Zeitpunkt initiiert, indem der Raucher einen Code eingibt und/oder eine Drucktaste, Schalter usw. aktiviert oder den Anzünder mit einer externen Einheit, wie z. B. einem Wiederaufladereinheit 500, über eine Schnittstelle verbindet, wie nachstehend beschrieben.
D. Der Reinigunaszyklus
Z. B. wird der Anzünder 25 bei entfernter Zigarette in einen geeigneten Wiederaufladen 500 eingesetzt oder sonst mit ihm in Eingriff gebracht, wie nachstehend beschrieben, der eine Energiequelle enthält und/oder mit einer herkömmlichen elektrischen Quelle verbunden ist, wie z. B. einer Steckdose, wodurch elektrische Energie vom Wiederaufladen 500 zur Anzünderergiequelle 37, z. B. wiederaufladbare Batterien, übertra gen wird und Steuersignale vom Wiederauflader zur Anzündersteuerschaltungsanordnung 41 übertragen werden. Das (die) dedizierte(n) Hülsenheizelement(e) 210 wird (werden) über die Anzünderenergiequelle 37, z. B. Batterien, oder bevorzugter durch den Wiederauflader 500, bei etwa 25–50 Watt mit Energie versorgt.
Da das (die) Heizelement e) 210 durch die zugeführte elektrische Energie ohmsch geheizt wird (werden), wird die innere Hülsenoberfläche 201 in erster Linie über Leitung um einen geeigneten Betrag erhitzt, um die Kondensate darauf thermisch freizusetzen. Die Hülse 200 und insbesondere ihre innere Oberfläche 201, die die Kondensate akkumuliert, wird im Wesentlichen gleichmäßig auf eine gewünschte minimale Temperatur erhitzt, um die Anzünderkomponenten wirkungsvoll zu reinigen, z. B. auf bevorzugte Betriebstemperaturen von etwa 150°C bis etwa 750°C, z. B. etwa 300°C bis etwa 600°C, z. B. etwa 400°C bis etwa 500°C, z. B. etwa 450°C.
In einer Ausführungsform des Reinigungszyklus wird die gewünschte minimale Temperatur von Raumtemperatur in z. B. etwa 10 bis etwa 90 Sekunden erreicht und z. B. bis zu etwa 60 Sekunden lang gehalten. Der Reinigungszyklus wird durch eine geeignete Logik gesteuert, die vorzugsweise in entweder der Anzündersteuerschaltungsanordnung 41 und/oder Steuerschaltungsanordnung, die im Wiederauflader 500 lokalisiert sind, verwirklicht ist.
Zusätzlich überträgt dieses Erhitzen der Hülse 200 Wärme in erster Linie über Leitung, Konvektion und Strahlung zu anderen inneren Komponenten des Anzünders, wie z. B. der Luftkanalhülse 87 (wenn verwendet); dem Durchlassweg 48 (wenn verwendet); der äußeren Hülse 84; der Heizvorrichtungsanordnung 100 einschließlich der Heizvorrichtungsblätter 120; dem gemeinsamen Stift oder Leitung 104A; den positiven Stiften oder Leitungen 104B; dem Abstandskalter 49, insbesondere der unteren inneren Oberfläche 81 des Abstandshalters; der Basis 50; und dem Durchlassweg 47 in dem Abstandshalter und der Basis 50, der mit dem zugempfindlichen Sensor 45 in Verbindung steht, und wodurch unerwünschte Kondensatablagerungen von diesen inneren Komponenten thermisch freigesetzt werden.
Vorzugsweise sind diese Komponentenoberflächen z. B. etwa 10 bis 90 Sekunden lang auf etwa 100°C bis etwa 400°C erhitzt.
In sämtlichen Ausführungsformen sind die Heizelemente 210 so konstruiert und angeordnet, dass sie die Hülse 200 und insbesondere ihre innere Oberfläche 201 im Wesentlichen gleichmäßig auf eine gewünschte minimale Temperatur erhitzen, um die Hülse und Anzünderkomponenten wirkungsvoll zu reinigen, z. B. auf bevorzugte Betriebstemperaturen von etwa 150°C bis etwa 750°C, z. B. etwa 300°C bis etwa 600°C, z. B. etwa 400°C bis etwa 500°C, z. B. etwa 450°C, z. B. etwa 10 bis etwa 120 Sekunden oder von etwa 30 bis etwa 90 Sekunden oder etwa 20 bis etwa 60 Sekunden lang.
Gewisse Bereiche, z. B. Teile der inneren Hülsenoberfläche 201, die unter den elektrischen Kontaktflächen 230 liegen, könnten verhältnismäßig kühler sein, z. B. aufgrund von Wärmesenkeneigenschaften der elektrischen Verbindungselemente. Diese kühleren Gebiete könnten zwischen z. B. etwa 15°C bis etwa 50°C kühler sein als der Rest der Hülse 200. Um zu gewährleisten, dass die gesamte innere Hülsenoberfläche 201 die gewünschte minimale Reinigungstemperatur zur thermischen Freisetzung erreicht, wird der spezifische elektrische Widerstand der Heizelemente 210 und/oder die zugeführte Energie so ausgewählt, dass diese verhältnismäßig kühleren Gebiete die gewünschte minimale Reinigungstemperatur erreichen und die anderen Gebiete auf eine entsprechende höhere obwohl noch geeignete Reinigungstemperatur erhitzt werden, z. B. auf bevorzugte erhöhte Betriebstemperaturen von etwa 15°C bis etwa 50°C höher als die etwa 150°C bis etwa 750°C und anderen Bereiche in den vorhergehenden Beispielen. Es wird angemerkt, dass eine Aluminiumoxid- oder Metallhülse 200 ausgewählt wird, um im Wesentlichen eine gleichmäßige Wärmeleitfähigkeit zu zeigen.
Bei verhältnismäßig tieferer Temperatur flüchtige Stoffe des Kondensats werden zu Beginn verdampft, wenn das anwesende Wasser bei 100°C verdampft und werden im Gas- und/oder Aerosol-Zustand freigegeben. Als Nächstes erfahren Kondensate verhältnismäßig höherer Temperatur eine Wiederverflüchtigung oder eine Pyrolyse und werden freigegeben. Als Nächstes werden jegliche Restkondensate oxidiert. Man ist der Meinung, dass einer oder mehrere von diesen Prozessen für das beobachtete Reinigen der Hülse 200 und anderer Kondensationsoberflächen verantwortlich ist. Die thermisch freigesetzten Kondensate werden im Allgemeinen als flüchtige Stoffe bezeichnet.
Dieser Erhitzungszyklus, der durch die vorstehenden Temperaturen und Dauer definiert ist, reinigt diese Komponentenoberflächen wirkungsvoll. Jedoch macht diese Wärmeübertragung Materialspezifikationen zusätzlich zu denen notwendig, die in z. B. dem US-Patent No. 5,388,594 und der Anmeldung Ser.-No. 08/380/718, eingereicht am 30. Januar 1995, erteilt als US-Patent No. 5,666,978, erörtert sind. Z. B. sollten keine Polymere oder andere Materialien in thermischer Nähe des Heizelements 210 verwendet werden, da die vorstehend angegebenen Temperaturen ein Schmelzen oder andere unerwünschte thermische Zerlegungen von diesen Materialien hervorrufen könnten.
In einer alternativen Ausführungsform werden die Zigarettenheizvorrichtungen 120 selbst verwendet, um die innere Oberfläche 201 der Hülse 200 während des Reinigungszyklus zusätzlich zum Erhitzen der eingesteckten Zigarette 23 während eines normalen Rauchens zu erhitzen, wodurch die Notwendigkeit für ein spezielles dediziertes Heizelement 210 für die Kondensathülse 200 überflüssig gemacht wird, wie in 9A dargestellt. Der Reinigungszyklus wird vorzugsweise zu der bestimmten Zeit durch den Raucher als Antwort auf eine An zeige, dass ein Reinigen erforderlich ist, initiiert.
Die Zigarettenheizvorrichtungen 120 werden zu der bestimmten Reinigungszeit vorzugsweise in einem schnellen aufeinanderfolgenden Muster gepulst, wobei keine Zigarette 23 in der Heizvorrichtungsanordnung 39 anwesend ist, um die innere Hülsenoberfläche 201 in erster Linie über Strahlung und Leitung im Wesentlichen gleichmäßig auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen. Um den gewünschten Reinigungstemperaturbereich von etwa 150°C bis etwa 750°C, etwa 300°C bis etwa 600°C, z. B. etwa 400°C bis etwa 500°C, für die innere Hülsenoberfläche 201 z. B. etwa 30 bis etwa 60 Sekunden lang zu erreichen, werden die einzelnen Heizvorrichtungsblätter 120 auf etwa 600°C bis etwa 800°C erhitzt und etwa 20 bis etwa 60 Sekunden lang gehalten.
Wenn sämtliche, z. B. acht, Zigarettenheizvorrichtungsblätter 120 etwa 20 bis etwa 60 Sekunden lang dauernd mit elektrischer Energie versorgt werden, würde die erforderliche Energie die Kapazität von den meisten herkömmlichen Batterien dissipieren. Demgemäß würde es erforderlich sein, dass Energie von einer externen Quelle, z. B. der nachstehend erörterten Wiederaufladereinheit 500, die in einer Ausführungsform mit einer herkömmlichen elektrischen Steckdose verbunden ist, zugeführt wird. Außerdem sind die Blätter 120 einem ununterbrochenen Erhitzen ausgesetzt, das möglicherweise beschädigend sein könnte.
Alternativ ist es wünschenswert, den Raucher mit der Option einer Energiebeaufschlagung des Reinigungszyklus mit den Batterien oder der anderen Energiequelle 37 des Anzünders 25 zu versehen, um ein Reinigen an verschiedenen Stellen zu ermöglichen, ohne dass man eine Wiederaufladereinheit bereitstellen und/oder auf eine herkömmliche elektrische Steckdose zugreifen muss. Die Pulsbreitenmodulation, die nachstehend erörtert ist, kann auf eine solche Anwendung anwendbar sein, wenn Batteriespezifikationen verbessert sind, um die be schriebenen Erhitzungen des Reinigungsprozesses zu ermöglichen.
E. Pulsbreitenmodulation, um Batterieenergie zu sparen
Es ist gefunden worden, dass ein Modulieren der Pulsbreite von jedem einzelnen Zigarettenheizblatt 120, um in schneller Aufeinanderfolge für verhältnismäßig kurze Perioden zu feuern, ein im Wesentlichen gleichmäßiges Erhitzen der inneren Hülsenoberfläche 201 innerhalb von Energieinhalten von verfügbaren Batterien ermöglicht, z. B. durch Verwenden eines Pulsbreitenmodulators 60, der im Anzünder 25 angeordnet ist, um ein Reinigen an gewünschten Stellen und zu gewünschten Zeiten zu ermöglichen, wie in 10 dargestellt.
Anhand eines nichtbeschränkenden Beispiels ausgeführt, es könnte erwünscht sein, die den Zigarettenheizvorrichtungen 120 zugeführte Energie zu pulsen, so dass jedes Heizblatt 120 etwa 20- bis etwa 200-mal pro Sekunde, z. B. etwa 40- bis 60-mal pro Sekunde, z. B. etwa 50- oder etwa 100-mal pro Sekunde gefeuert wird, um das gewünschte Hülsenerhitzen zu erzielen.
Bevorzugte Pulsbreiten werden durch Überlegungen bestimmt, die einschließen: die verfügbare Energieversorgung, z. B. eine externe Energiequelle; gewünschte Low-High-Flanken- und Haltezeiten für das Erhitzen der Blätter 120 während eines Reinigens; und Materialeigenschaften der Blätter 120, wobei das schnelle zyklische Erhitzen während eines Reinigens und die Betriebstemperaturen während eines Reinigens eingeschlossen sind. Wenn gewünscht, könnte die bestimmte Pulsbreite für jede Heizvorrichtung verkürzt sein, um ein übermäßiges Erhitzen der Hülse 200 zu vermeiden. Die Heizvorrichtungsimpulsgaben von sämtlichen Blättern 120 können in einer beliebigen gewünschten Reihenfolge erfolgen.
Vorzugsweise ist der Pulsbreitenmodulator 60 in der Wiederaufladereinheit 500 angeordnet. Vorzugsweise wird die Energie zum Erhitzen der Zigarettenblätter 120 durch die Wiederaufla dereinheit zugeführt. Wenn gewünscht, ist die zum Pulsbreitenmodulator 60 zugeführte Energie geeignet geformt, um Energie von sowohl der Wiederaufladereinheit als auch von der Anzünderenergiequelle 37 zu verwenden, um die Batterie zu konditionieren.
Eine Verwendung der Zigarettenheizvorrichtungen 120 selbst, um die innere Oberfläche 201 der Hülse 200 während des Reinigungszyklus zu erhitzen, reinigt folglich die innere Oberfläche 201 wirkungsvoll. Um eine unerwünschte Wärmeübertragung zur äußeren Hülse 84 und/oder zu den äußeren Wänden des Anzünders 25 zu vermeiden, ist eine zusätzliche Hülse 215 zwischen der äußeren Hülse 84 und der äußeren Hülsenoberfläche 202 vorgesehen und weist eine innere wärmereflektierende Oberfläche 215A auf, die die äußere Hülsenoberfläche 202 umgibt und ihr zugekehrt ist. Die Hülse 215 ist vorzugsweise von der Hülse 200 durch einen Spalt getrennt und steht entweder in Kontakt mit der äußeren Hülse 84 oder ist von ihr separiert.
Wenn die Zigarettenheizvorrichtungen 120 die innere Hülsenoberfläche 201 erhitzen, wird die äußere Hülsenoberfläche 202 auch erhitzt. Wärme strahlt von der äußeren Hülsenoberfläche 202 ab und wird in Richtung auf die äußere Hülsenoberfläche 202 durch die wärmereflektierende innere Oberfläche 215A der Hülse 215 zurückreflektiert, sowohl um die Wärmemenge zu verringern, die zur äußeren Hülse 84 und/oder zu den äußeren Wänden des Anzünders 25 übertragen wird, als auch um den Wärmeübertragungswirkungsgrad zur äußeren Hülsenoberfläche 202 und schließlich zur inneren Hülsenoberfläche 201 zu erhöhen, um die innere Oberfläche 201 zu reinigen.
Die Hülse 215 wirkt auch als eine Wärmesenke, um nichtreflektierte Strahlungswärme zu absorbieren, um weiter die Wärmemenge zu verringern, die zur äußeren Hülse 84 und/oder zu den äußeren Wänden des Anzünders 25 übertragen wird. Die zusätzliche Hülse 215 mit der wärmereflektierenden inneren Oberflä the 215A, die die äußere Hülsenoberfläche 202 umgibt und ihr zugekehrt ist, kann zwischen der äußeren Hülse 84 und der äußeren Kondensathülsenoberfläche 202 in jeglicher der offenbarten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein.
Zusätzlich oder alternativ wird ein zyklisches Reinigungssteuerschema für die Heizvorrichtungsblätter verwendet, wobei die Blätter für eine Periode erhitzt werden, abkühlen gelassen werden, wieder erhitzt werden, erneut abgekühlt werden usw., um die Möglichkeit einer Überhitzung von wärmeempfindlichen Komponenten des Anzünders 25 weiter zu verringern. Z. B. können die Heizvorrichtungsblätter 120 z. B. eine Periode von etwa 10 bis etwa 30 Sekunden lang in einem "Ein"-Modus gepulst, vorzugsweise wie erörtert pulsbreitenmoduliert werden, z. B. eine Periode von etwa 200 bis etwa 300 Sekunden lang in einem "Aus"-Modus abkühlen gelassen werden. Diese Prozedur wird eine angemessene Zeit lang zyklisch durchlaufen, um die Komponenten zu reinigen, z. B. 1 bis 20 von diesen "Ein-Aus"-Zyklen lang.
In sämtlichen vorstehenden Ausführungsformen ist die Steuerlogik zum Steuern der Impulsgaben der Zigarettenheizvorrichtungen 120 über die geeignete Energiequelle entweder in der Steuerschaltungsanordnung 41 des Anzünders 25 oder in der Steuerschaltungsanordnung einer externen Komponente, z. B. der Wiederaufladereinheit, enthalten.
F. Reinigungssperren
In sämtlichen Ausführungsformen wird die Tabak-enthaltende Zigarette 23 durch den Raucher vorzugsweise vom Anzünder entfernt, bevor der Reinigungszyklus initiiert wird, und folglich erhitzt das (die) beim Reinigen verwendete(n) Heizelemente) den Tabak nicht, um Aromen während des Reinigungs- zyklus zu entwickeln. In einer bevorzugten Ausführungsform "sperren" die Steuerschaltungsanordnung 41 des Anzünders 25 und/oder das Wiederaufladerlogiksteuergerät 520 einen Reini gungszyklus oder verhindern ihn, indem ein "Stopp"-Modus implementiert wird, der ein Feuern des Heizelements 210 verhindert, wenn der Lichtsensor 53 anzeigt, dass eine Zigarette 23 im Anzünder 25 anwesend ist.
Ähnlich "sperrt" die Steuerschaltungsanordnung 41 des Anzünders 25 und/oder das Wiederaufladerlogiksteuergerät 520 einen Reinigungszyklus oder verhindert ihn, indem ein "Stopp"-Modus implementiert wird, der ein Feuern der Zigarettenheizelemente 120 verhindert, wenn der Lichtsensors 53 ein Signal sendet, das anzeigt, dass eine Zigarette 23 im Anzünder anwesend ist, und wenn, wie vorstehend erörtert, der Zähler 55 ein Signal gesendet hat, das anzeigt, dass ein Reinigen erforderlich ist. Entweder die Anzündersteuerschaltungsanordnung 41 und/oder das Wiederaufladerlogiksteuergerät 520 implementieren einen "Go"-Modus, um ein Reinigen einschließlich einer Betätigung des Heizelements 210 oder der Heizvorrichtungsblätter 120 zu ermöglichen, wenn der Lichtsensor 53 anzeigt, dass keine Zigarette anwesend ist.
G. Luftstromhandhabunq und Wartung
Zwei vorzugsweise verschiedene Luftstromwege von der Außenluft in den Anzünder 25 und in Richtung auf die eingesteckte Zigarette 23 sind respektive über eine Linie mit Pfeilende in 3 und in 9A dargestellt. Es wird zuerst auf 3 Bezug genommen. Wenn der Raucher an der eingesteckten Zigarette 23 zieht, tritt Außenluft in das Innere des Anzünders 25 über die Luftkanalhülse 87, die durch die Endkappe 83 angeordnet ist, ein, wird durch die innere Hülsenoberfläche 201 der Hülse 200 entlang dem Spalt 208 gelenkt und strömt in Richtung auf die eingesteckte Zigarette 23, wie weiter im US-Patent No. 5,060,671 und den US-Patentanmeldungs-Serial-Nos. 07/943,504 und 08/380,718, erteilt als die US-Patent-Nos. 5,505,214 und 5,666,978, beschrieben.
Wie vorstehend mit Bezug auf 4 angemerkt, dient eine definierte innere spiralförmige Nut auf der inneren Hülsen oberfläche 201 dazu, durch einen Raucher angesaugte Luft in das Anzündergehäuse um die eingesteckte Zigarette 23 in einem spiralförmigen Verlauf weiter zu lenken oder zu kanalisieren, wodurch vorteilhafterweise angesaugte Luft verschiedenen Umfangsstellen der Zigarette zugeführt wird, um zu einer gleichmäßigeren Verteilung von Luft und einer stärkeren Durchmischung im Anzündergehäuse zu führen. Eine glatte zylindrische Oberfläche, die die eingesteckte Zigarette 23 umgibt, führt dazu, dass von einem Raucher in das Anzündergehäuse angesaugte Luft auf eine stromlinienförmigere Weise und mit einer geringeren Durchmischung in das Anzündergehäuse gelenkt wird.
Es wird nun auf die 9A–9E Bezug genommen. Wenn der Raucher an der eingesteckten Zigarette 23 zieht, tritt Außenluft über den Durchlassweg 48, der durch eine Anzünderseitenwand und äußere Hülse 84 angeordnet ist, in den Anzünder 25 ein. Diese angesaugte Luft wird zu Beginn entlang dem dargestellten Weg in Richtung auf das distale Ende des Anzünders 25 in Bezug zur Öffnung 27 gelenkt, entweder durch die äußere Oberfläche 202 der Hülse 200 oder, wenn verwendet, entlang der zur reflektierenden inneren Oberfläche 215A entgegengesetzten äußeren Oberfläche der Hülse 215.
Diese äußeren Hülsenoberfläche 202 oder, wenn verwendet, die äußere Oberfläche der Hülse 215, wirkt folglich, um zu verhindern, dass ein Teil der angesaugten Außenluft direkt auf das Heizblatt 120, das unter dem Durchlassweg 48 liegt, mit jedem Zug auftrifft, wodurch unerwünschte Änderungen an dem vorstehend beschriebenen gewünschten Weg und möglicherweise an subjektiven Qualitäten der gerauchten Zigarette verhindert werden. Die Luft wird dann um ein distales Ende der Hülse 200 entlang dem Spalt 208 durch die innere Hülsenoberfläche 201 und in Richtung auf die eingesteckte Zigarette 23 gelenkt. Ein ungehinderter Strom von der äußeren Hülsenoberfläche 202 oder, wenn verwendet, der äußeren Oberfläche der Hülse 215 tendiert dazu, den Druckabfall an einem Teil des Spalts 208, der unter dem Durchlassweg 48 liegt, mit jedem Zug zu konzentrieren, wodurch möglicherweise für jeden Zug nicht inkonsistente subjektive Attribute, die durch ein respektives in Umfangsrichtung angeordnetes Heizblatt 120 erzeugt werden, hervorgerufen werden. Demgemäß kann es wünschenswert sein, einen gleichmäßigeren Strom im Spalt 208 um die Zigarette 23 zu erstellen, um für jeden Zug verhältnismäßig konsistente subjektive Attribute, die durch ein respektives der in Umfangsrichtung angeordneten Heizvorrichtungsblätter 120 erzeugt werden, zu liefern.
Um einen im Wesentlichen gleichmäßigen Druckabfall an allen Stellen an einem distalen Ende des Spalts 208 zu erstellen, ist ein ringförmiger Teil oder Schulter 209 auf der äußeren Hülsenoberfläche 202 oder in der Nähe eines distalen Endes derselben zwischen der Hülse 200 und der äußeren Hülse 84 angeordnet. Die ringförmige Schulter 209 ist so konfiguriert, dass der Luftstrom neuverteilt wird, um einen im Wesentlichen gleichmäßigen Druckabfall zu erstellen. Z. B. kann die ringförmige Schulter 209 einen porösen Stopfen von einem geeigneten Material umfassen, das die erforderliche Porositätsverteilung aufweist, um einen gleichmäßigen Druckabfall zu erstellen, z. B. eine Verteilung von angesaugter Luft.
In anderen Ausführungsformen, die in den 9B-9E dargestellt sind, definiert die ringförmige Schulter 209 eine im Wesentlichen luftdichte Abdichtung zwischen der Hülse 200 und der äußeren Hülse 84, abgesehen von einer Mehrzahl von Umfangsnuten oder -schlitzen 211 dorthindurch, um den Luftstrom neuzuverteilen und einen im Wesentlichen gleichmäßigen Druckabfall zu erstellen. Z. B. sind, wie in 9B dargestellt, die Nuten 211 gleichmäßig dimensioniert, z. B. etwa 0,381 mm (0,015 Inch) breit und auf z. B. vierundzwanzig Intervalle gleichmäßig verteilt. Wie in 9C dargestellt, sind die Nuten 211 gleichmäßig dimensioniert, z. B. etwa 0,381 mm (0,015 Inch) breit, und ungleichmäßig verteilt, so dass die Nuten 211 in größerem Maße auseinandergespreizt sind, die über dem Teil des Spalts 208 liegen, der unter dem Durchlassweg 48 liegt, wo der Druckabfall aufhört, sich zu konzentrieren, d. h. an anderen Teilen des Spalts sind gleichmäßiger dimensionierte Nuten 211 anwesend, um mehr Luft dorthin zu liefern, um einen Luftstrom zum Spalt 208 zu egalisieren.
Wie in 9D dargestellt, sind die Nuten 211 gleichmäßig dimensioniert, z. B. etwa 0,381 mm (0,015 Inch) breit, und ungleichmäßig verteilt, obwohl die Verteilung, die in 9D dargestellt ist, gleichmäßiger ist als die Verteilung, die in 9C dargestellt ist. Wie in 9E dargestellt, sind die definierten Nuten ungleichmäßig dimensioniert und ungleichmäßig verteilt. Genauer gesagt, sind in 9E die Nuten 211 z. B. etwa 0,381 mm (0,015 Inch) breit und sind an dem Teil des Spalts 201 angeordnet, der unter dem Durchlassweg 48 liegt, wo der Druckabfall dazu tendiert, sich zu konzentrieren.
Eine Anzahl von benachbarten größeren, z. B. etwa 0,635 mm (0,025 Inch) breiten Nuten oder Schlitzen 211A sind in Umfangsrichtung benachbart zu den Nuten 211 angeordnet, und noch größere, z. B. etwa 1,143 mm (0,045 Inch) breite Nuten oder Schlitze 211B sind in Umfangsrichtung benachbart zu den Nuten 211A angeordnet.
Die wiedergegebenen und beschriebenen Ausführungsformen, die anhand von nichtbeschränkenden Beispielen dargestellt sind, sollen den zu Beginn über den Durchlassweg 48 gelenkten Luftstrom zu den oberen Teilen der ringförmigen Schulter 209 in den 9B –9E neuverteilen und dadurch einen im Wesentlichen gleichmäßigen Druckabfall und Luftstrom im Spalt 208 um die Zigarette 23 erstellen.
Wie mit Bezug auf 4 vorstehend angemerkt, dient eine definierte innere spiralförmige Nut auf der inneren Hülsenoberfläche 201 dazu, von einem Raucher angesaugte Luft in das Anzündergehäuse um die eingesteckte Zigarette 23 in einem spiralförmigen Verlauf weiter zu lenken oder zu kanalisieren, wodurch vorteilhafterweise angesaugte Luft zu verschiedenen Umfangsstellen der Zigarette zugeführt wird, um zu einer gleichmäßigeren Verteilung von Luft und einer stärkeren Durchmischung im Anzündergehäuse zu führen.
Eine die eingesteckte Zigarette 23 umgebende glatte zylindrische Oberfläche führt dazu, dass von einem Raucher in das Anzündergehäuse angesaugte Luft auf eine stromlinienförmigere Weise und mit einer geringeren Durchmischung in das Anzündergehäuse gelenkt wird. Wenn gewünscht, ist der zugempfindliche Sensor 45 im Durchlassweg 48 angeordnet.
H. Die externe Wartungseinheit
Mit Bezug auf die 11 und 12A–12D sind bevorzugte Ausführungsformen einer Wiederaufladereinheit 500 dargestellt, die umfasst: eine Batteriewiederaufladerenergieversorgung 510, die mit einer externen Energiequelle verbindbar ist, wie z. B. einer Wandsteckdose; ein Wiederaufladerlogiksteuergerät 520, das schematisch in den 11 dargestellt ist; und eine Hülsenheizvorrichtungsenergieversorgung 530. Ein Batteriesatz 37a, 37b, der wiederaufladbare Batterien 37 enthält, ist von dem Gehäuse des Anzünders 25 auf eine herkömmliche Weise loslösbar, z. B. über bekannte elektrische und mechanische Kontakte vom Stecker- und Buchsentyp.
In einer ersten Ausführungsform, die in den 12A–12C dargestellt ist, befindet sich ein erschöpfter Batteriesatz 37b in einem Batteriesatzbehältnis 515, um mit einer beliebigen geeigneten Batteriewiederaufladerenergieversorgung 510 eine Schnittstelle zu bilden. Ein anderer aufgeladener Batteriesatz 37a ist mit dem Anzünder 25 verbunden, um eine tragbare Energieversorgung bereitzustellen, wenn der Anzünder mit der Wiederaufladereinheit 500 keine Schnittstelle bildet. Wie nachstehend vollständiger beschrieben, werden die beiden Batteriensätze 37a, 37b dann bei Erschöpfung eines Batterie satzes bequem getauscht, um einen aufgeladenen Batteriesatz für den Anzünder bereitzustellen und um ein Wiederaufladen des erschöpften Batteriesatzes anzufangen.
Entweder vor oder vorzugsweise nach diesem Tausch wird ein Reinigen des Anzünders 25 ausgeführt. In einer Ausführungsform befindet sich der Anzünder 25 in einem Heizvorrichtungsenergieversorgungsbehältnis 535, um mit der Wiederaufladerenergieversorgung 530 eine Schnittstelle zu bilden. Diese elektrische Energieversorgung wird durch die Steuerschaltungsanordnung 41 des Anzünders 25 und/oder das Wiederaufladerlogiksteuergerät 520 der Wiederaufladereinheit 500 gesteuert. Der Reinigungszyklus wird bei Positionierung des Anzünders 25 in dem Behältnis 535 initiiert und wird wie beschrieben durchgeführt. Siehe die schematische Darstellung von 11.
Verschiedene alternative Ausführungsformen werden fakultativ verwendet. Z. B. werden, wie in 12D dargestellt, zwei Batteriesatzbehältnisse 515a und 515b mit einer einzigen Wiederaufladereinheit 500 verwendet. Der Wiederauflader 510 ist vorzugsweise mit einem Batteriesatzbehältnis 515a verbunden, und das andere Batteriesatzbehältnis 515b wirkt als eine Aufbewahrungsmundöffnung. Dieses Batteriesatzbehältnis 515b, das als eine Aufbewahrungsmundöffnung wirkt, erfordert keine elektrischen Verbindungen, um auch als eine Wiederauflademundöffnung zu wirken, sondern kann fakultativ solche Verbindungen aufweisen, um ein Wiederaufladen eines zweiten Batteriesatzes 37b zu ermöglichen.
Ein Reinigungssockel 540 erstreckt sich von einer oberen Oberfläche der Wiederaufladereinheit 500 und ist so dimensioniert, dass bei richtiger Positionierung der Sockel 540 im Anzünder 25 anstelle des kürzlich entfernten erschöpften ^I Batteriesatzes ruht. Der Sockel 540 ist mit der Wiederaufladerenergieversorgung 530 verbunden und ist mit einem Ausrichtschlitz 545 versehen, um mit einer entsprechenden Ober fläche (nicht dargestellt) des Anzünders 25 zu koppeln, um eine geeignete Ausrichtung für elektrische Verbindungen zu gewährleisten.
Eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform ist in 17 veranschaulicht. Ein Hauptteil 920 ist mit einer Reserveauflademundöffnung 900 ausgebildet, die eine Aussparung 904 aufweist, um eine richtige Batterieausrichtung zu gewährleisten. Eine Anschlussschnur 902 liefert Wechselstromenergie zu dem System, und ein Transformator (nicht dargestellt) wandelt sie in Gleichstromenergie von geeigneter Spannung und Stromzahl um. Ein Anzeiger 914 zeigt den Auflademodus der Auflademundöffnung 900 an (d. h. ihren Betriebszustand – aufladend, aufgeladen, betriebsbereit). Ein Aufladen wird durch eine Energiehandhabeschaltungsanordnung gesteuert.
Eine Anzündermundöffnung 916 empfängt den handgehaltenen Anzünder. Ein Hohlraum 910 ermöglicht ein einfaches Greifen des eingesetzten Anzünders zur leichten Entfernung. Ein Anzeiger 912 zeigt den Zustand des Anzünders an, z. B. aufladend, reinigend, gereinigt und aufgeladen. Eine Eintrittsöffnung 918 ist auf eine Fluidweise mit einem Ventilator (nicht dargestellt) verbunden, der die verflüchtigten Substanzen von dem Anzünder abführt und sie durch Luftöffnungen 906 abführt.
Fakultativ können die verflüchtigten Kondensate durch eine katalytische Zerlegung aufgespalten werden. Stromabwärts von der Eintrittsöffnung und vor den Abgasluftöffnungen kann ein Platinträgerkatalysator in der Aufladungs/Reinigungseinheit montiert sein. Elektromagnetische Induktions- oder Widerstandsheizung wird verwendet, um ein Trägermaterial zu erhitzen, das mit Platin beschichtet ist. Wenn die Heizvorrichtung induktiv ist, wird ein geeigneter Induktor (z. B. Edelstahl) verwendet. Die Heizvorrichtung wird auf eine Temperatur von 200–800°C erhitzt, am bevorzugtesten etwa 300°C, um die freigesetzten Kondensate zu zerlegen.
Der Ventilator saugt genügend Sauerstoff an, um das Kondensat zu zersetzen, ohne ein signifikantes sichtbares oder geruchsbehaftetes Produkt. Wenn gewünscht kann ein Wärmeaustauscher verwendet werden, um die Abgase zu kühlen.
Um die Wartungsprozedur zu initiieren, wird ein aufgeladener Batteriesatz von dem Batterieaufladerbehältnis 515a zur Aufbewahrungsmundöffnung 515b bewegt. Der erschöpfte Batteriesatz wird dann von dem Anzünder 25 entfernt und in das kürzlich freigemachte Batterieaufladerbehältnis 515a zum Aufladen platziert.
Z. B. wird ein erschöpfter Batteriesatz vom Anzünder 25 entfernt, indem ein geeigneter Koppler über einen Schalter 640 entkoppelt wird. Der Anzünder 25 ist mit dem Sockel 540 und folglich mit der Energieversorgung 530 über geeignete elektrische Kontakte gekoppelt, z. B. über bekannte elektrische und mechanische Kontakte vom Stecker- und Buchsentyp, um ein Reinigen zu bewerkstelligen, wie beschrieben. Nach Beendigung des Reinigens in etwa zehn Minuten, wie beschrieben, wird der Anzünder 25 vom Sockel 540 entfernt, der aufgeladene Batteriesatz wird von der Aufbewahrungsmundöffnung 515b entfernt und mit dem Anzünder 25 gekoppelt.
Bei einer rechtzeitigen Beendigung des Reinigens, z. B. ein paar Minuten, wird der Anzünder 25 von der Wiederaufladereinheit 500 durch den Raucher entkoppelt und ist sofort bereit, um mit dem aufgeladenen Batteriesatz geraucht zu werden, während der verhältnismäßig längere Wiederaufladezyklus, z. B. mehrere Stunden oder über Nacht, für den anderen erschöpften Batteriesatz ausgeführt wird, der in der Wiederauflademundöffnung 515a zurückbleibt. Eine solche Gleichzeitigkeit von vollem Reinigungszyklus und Initiierung eines Wiederaufladezyklus vereinfacht eine Verwendung des Anzünders 25 und erstellt eine Routine, z. B. eine tägliche Routine, für den Raucher, um eine richtige Wartung für den Anzünder zu gewährleisten.
Außerdem wird ein einzelnes Zählen von Zigarettenheizvorrichtungsfeuerungen, gerauchten Zigaretten usw. sowohl für das Wiederaufladen als auch Reinigen ausgeführt, wodurch eine Anzünderlogik vereinfacht wird. Weiter kann ein einziges Symbol und/oder Ton, wie nachstehend erörtert, verwendet werden, um den Raucher in Kenntnis zu setzen, dass ein Wiederaufladen und Reinigen erforderlich sind.
Diese Gleichzeitigkeit von vollem Reinigungszyklus und Initiierung eines Wiederaufladezyklus erhöht auch die Wirksamkeit des Reinigens, da eine Kondensatakkumulation durch das routinemäßige, z. B. tägliche, Reinigen verringert wird. Das Reinigen wird vorzugsweise während, unmittelbar vor oder nach der Initiierung des Wiederaufladens initiiert und wird vorzugsweise nach ein paar Minuten beendet. Beim Erhitzen verlässt (verlassen) dieses (diese) freigegebene(n) Kondensat oder flüchtigen Stoffe dann den Anzünder 25 über die Öffnung 27.
Ein Ausstoß- und Schutz-Kolbensystem, wie in der gemeinsam übertragenen, mitanhängigen Patentanmeldung Serial-No. 08/483,363, eingereicht am 7. Juni 1995, erteilt als US-Patent No. 5,726,421, beschrieben, kann mit dem Anzünder 25 verwendet werden. Wenn ja, wird der Kolben in seiner zurückgezogenen oder Betriebs-Position am distalen Ende in Bezug zur Öffnung 27 des Zigarettenbehältnises, das durch die Blätter 120 definiert ist, positioniert, statt in einer alternativen Position am proximalen Ende des Zigarettenbehältnisses, wodurch ein Austritt der thermisch freigesetzten Kondensate ermöglicht wird. Auch ist der Sockel 540 so konfiguriert, dass jeglichem verwendetem Kolbensystem entsprochen wird.
I. Auffangen von freigesetzten Kondensaten
Es kann erwünscht sein, das Entweichen von diesen über die Öffnung 27 freigegebenen Kondensaten zu minimieren, z. B. da der Geruch oder das Aussehen dieser freigegebenen Kondensate für einige Raucher oder sonstige unangenehm sein kann. Demgemäß kann ein Filter oder irgendein anderer herkömmlicher Dampf-, Gas-, Aerosol-, Rauch- usw. Auffangmechanismus verwendet werden, um die thermisch freigesetzten Kondensate beim Austritt aus dem Anzünder einzuschließen.
Z. B. könnte eine im Handel erhältliche Technologie eines sogenannten rauchfreien Aschenbechers, die Ventilatoren oder andere Geräte verwendet, um die thermisch freigesetzten Kondensate zu einem Filter, elektrostatischen Abscheidern, Katalysatoren oder einem anderen herkömmlichen Auffangmechanismus zu lenken, angepasst werden, um die thermisch freigesetzten Kondensate einzuschließen, und könnten, wenn gewünscht, mit der Aufladereinheit kombiniert werden.
Z. B. ist, wie in den 12A–12C dargestellt, ein Filter/Ventilatormechanismus 560 vorgesehen. Wie freigegebene Kondensate verlassen den Anzünder 25 über die Öffnung 27 als Antwort auf den beschriebenen Erhitzungszyklus, sie werden z. B. durch einen geeigneten Ventilator durch eine Eintrittsmundöffnung 562 gesogen, die auf einer Oberfläche der Wiederaufladereinheit 500 benachbart zum Anzünder 25 lokalisiert ist, der im Behältnis 535 ruht oder auf dem Sockel 540 getragen wird.
Die freigegebenen Kondensate werden dann gefiltert und/oder zersetzt und/oder auf jegliche herkömmliche Weise in der Wiederaufladereinheit 500 behandelt, und dann tritt der sich ergebende Strom aus der Wiederaufladereinheit 500 über eine Austrittsmundöffnung 564 aus. Auch kann zusätzliche Luft hinzugefügt werden, um diesen Strom zu verdünnen, um die Dichte und Sichtbarkeit des Austrittsprodukts zu verringern.
Alternativ ist ein Einsatz mit den annähernden Abmessungen der Zigarette 23 in das Behältnis CR einsetzbar, um möglicherweise unangenehme freigegebene Kondensate oder flüchtige Stoffe daran zu hindern, den Anzünder zu verlassen, z. B. um als ein Einschluss oder ein Filter zu wirken. Dieser Einsatz absorbiert, zieht an und/oder katalysiert aktiv oder passiv eine Aufspaltung der Kondensate, die durch die Erhitzung der Hülse 200 freigegeben sind. Beispiele für Einsatzlösungsansätze umfassen: einen Festkörper oder eine Flüssigkeit großen Oberflächeninhalts; feste polymere oder nichtpolymere thermisch oder nichtthermisch aktivierte Adsorptionsmittel, einschließlich positiv oder negativ geladene oder neutrale Medien oder Kombinationen derselben; herkömmliche Zigarettenfilter; und statisch aufgeladene Medien. Der Platinträgerkatalysator, wie in Bezug zu 17 vorstehend erörtert, ist ein solches Beispiel.
Wie vorstehend beschrieben, bildet eine Tieftemperaturkreislaufführung von etwa 200–300°C des Einsatzes durch die erhitzte Hülse 200 oder die Zigarettenheizvorrichtungen 120 den Mechanismus für eine Kondensatverflüchtigung und -übertragung auf das Adsorptionsmittel. Die erhitzten Kondensate tendieren in Richtung auf die verhältnismäßig kühleren Oberflächen des Einsatzes und tendieren dazu, dadurch absorbiert zu werden. Z. B. werden verschiedene Formen von Kohlenstoff, z. B. Aktivkohle, auf einem geeigneten Substrat getragen, wie z. B. Papier und/oder Zelluloseacetat. Z. B. wird ein zigarettengroßer Einsatz mit einer katalytisch aktiven Oberfläche verwendet, die entweder thermisch oder nichtthermisch aktiviert ist, die in Verbindung mit einem Tieftemperaturkreisprozess (200-300°C) arbeitet, um entwickelte Kondensatarten zu Dampf-. und Gasphasenprodukten von niedrigem Molekulargewicht umzuwandeln, die leicht aus dem Heizvorrichtungshohlraum gespült werden.
Ein anderes Beispiel für einen aktiven Einsatz ist in 13 dargestellt. Ein elektrostatischer Abscheider 410 ist durch Kontakte in der Basis 50 mit einer Hochspannungs-Nie- derstrom-Schaltung in der Wiederaufladereinheit 500, die entweder durch die Anzünderlogik oder vorzugsweise die Wiederaufladerlogik gesteuert wird, gekoppelt, wobei Energie entweder von den Batterien 37 oder vorzugsweise von der Netzspannung beaufschlagt wird, wie durch die Wiederaufladereinheit 500 modifiziert. Der elektrostatische Abscheider 410 zieht die thermisch freigesetzten Kondensatfeststoffteilchen an und bindet sie.
Genauer gesagt, umfasst der Abscheider 410 eine Mehrzahl von positiv geladenen Scheiben 420A und eine Mehrzahl von negativ geladenen Scheiben 420B, die in einer alternierenden zylindrischen Anordnung mit einem kapazitiven Spalt zwischen benachbarten entgegengesetzt geladenen Scheiben angeordnet sind. Jede positiv geladene Scheibe 420A weist eine mittige kreisförmige Eintrittsöffnung und einen respektiven peripheren gekerbten Bereich 421A auf, und jede negativ geladene Scheibe 420B weist eine mittige kreisförmige Eintrittsöffnung und einen respektiven peripheren gekerbten Bereich 421B auf. Die mittigen kreisförmigen Eintrittsöffnungen von diesen Scheiben liefern einen fortlaufenden Luftstromweg durch den elektrostatischen Abscheider 410.
Eine Mehrzahl von z. B. vier Trägerstangen erstreckt sich von einer elektrisch nichtleitenden Endscheibe 416 zu einem entgegengesetzt angeordneten elektrisch nichtleitenden Endstück 430, das vorzugsweise eine poröse gesinterte Keramik ist. Eine der Trägerstangen wirkt als eine positive Verbindungsstange 415A, die jede Scheibe 420A vorzugsweise über Punktschweißen elektrisch kontaktiert und mit einem geeigneten positiven Kontakt verbindbar ist.
Die positive Verbindungsstange 415A tritt durch die Kerben der negativ geladenen Scheiben 415A hindurch und ist demgemäß von den gekerbten Bereichen 421B der entgegengesetzt geladenen Scheiben 420B elektrisch isoliert.
Eine zweite Trägerstange wirkt als eine negative Verbindungsstange 415B, die jede Scheibe 420B vorzugsweise über Punktschweißen elektrisch kontaktiert und ist mit einem geeigneten positiven Kontakt verbunden. Die negative Verbindungsstange 415B tritt durch die Kerben der positiv geladenen Scheiben 415A hindurch und ist demgemäß von den gekerbten Bereichen 421A der entgegengesetzt geladenen Scheiben 420A elektrisch isoliert. Die übrigen zwei Stangen 415C wirken als mechanische Träger und sind vorzugsweise an sämtliche Scheiben 420A und 420B punktgeschweißt.
Die übrigen zwei Stangen 415C sind nichtleitend, oder die Scheiben sind alternierend gekerbt, wie vorstehend beschrieben, um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden. Sämtliche Komponenten des elektrostatischen Abscheiders 410 sollten zahlreiche Reinigungsvorgänge bewerkstelligen können, wenn gewünscht. Vorzugsweise sind die Scheiben von einer elektrisch nichtleitenden zylindrischen Hülse umgeben, die durchlöchert oder äußerst porös ist und vorzugsweise eine Keramik ist.
Der elektrostatische Abscheider 410 wird, vorzugsweise das Endstück 430 zuerst, in das Zigarettenbehältnis des Anzünders 25 eingesetzt. Der Anzünder wird dann in das Behältnis 535 der Wiederaufladereinheit 500 eingesetzt, so dass respektive positive und negative Verbindungen mit der positiven Stange 420A und negativen Stange 420B des elektrostatischen Abscheiders 410 gemacht werden, um einen Strom dorthin zuzuführen, z. B. etwa 50 bis etwa 70 Mikroampere bei etwa 1 bis etwa 2 kV, wobei eine Potenzialdifferenz zwischen benachbarten. positiv geladenen Scheiben 420A und negativ geladenen Scheiben 420B erstellt wird, um Kondensatpartikeln, die thermisch von inneren Anzünderoberflächen freigesetzt sind, anzuziehen.
Der Wiederauflader 500 ist vorzugsweise mit einem 110 V-Wechselstrom oder einem anderen Haushaltsstrom verbunden und weist eine geeignete Schaltungsanordnung auf, um dieses Potenzial zu erstellen. Nach einer geeigneten Zeit, z. B. etwa 10 bis etwa 30 Minuten, wird der Anzünder 25 von dem Behältnis 535 der Wiederaufladereinheit 500 entfernt, und der Einsatz wird von dem Anzünder zur Beseitigung und Ersetzung entfernt. Wenn ausreichend Energie durch die Anzünderenergiequelle 37 geliefert wird, z. B. während eines Wiederaufladens oder Reinigens, das mit den Zigarettenheizvorrichtungsblättern 120 bewerkstelligt wird, wird der Einsatz, Endscheibe 416 zuerst, in den Anzünder 25 eingesetzt, und die positiven und negativen Stangen 415A und 415B werden mit geeigneten elektrischen Verbindungen (nicht dargestellt) in dem Anzünder verbunden, um das Potenzial zu entwickeln, wie beschrieben.
Jeder von den vorgenannten Lösungsansätzen ist in einen Einsatz, der zur Zigarette 23 ähnliche geometrische Abmessungen aufweist, konfiguriert und der mit dem Anzünder während des Wiederaufladezyklus auf dieselbe Weise durch eine Schnittstelle verbunden ist, wie die Zigarette 23. Der Raucher setzt den Reinigungseinsatz bequem auf dieselbe Weise wie seine/ihre Zigarette ein und entfernt ihn entsprechend. Eine Verwendung dieses Einsatzes ist für den Raucher unaufdringlich, da er nur während des Wiederaufladezyklus verwendet wird. Der Einsatz kann nach Entfernung aus dem Anzünder im Anschluss an den Wiederauflade- oder Reinigungszyklus beseitigbar oder wiederverwendbar sein, abhängig von dem (den) verwendeten Einsatzlösungsansatz (sätzen).
Ein wiederverwendbarer Einsatz insbesondere kann leichter in herkömmliche Verpackungen (z. B. Kartons) mit den Zigaretten selbst inkorporiert werden. Zusätzlich zu den Einschließungseigenschaften eines solchen Einsatzes gibt es zusätzliche Reinigungsvorteile, die mit dem physikalischen Kontakt zwischen dem Einsatz und den Zigarettenheizvorrichtungen 120 und dem Kragen während einer Einsetzung und Zurückziehung verbunden sind.
I. Symbolanzeigen
Jegliches von den Symbolen und zugehöriger Logik, die in der mitanhängigen gemeinsam übertragenen Patentanmeldung Serial- No. 08/483,363, eingereicht am 7. Juni 1995, erteilt als US-Patent No. 5,726,421, verwendet werden, kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Z. B. ist mit Bezug auf 14 eine bevorzugte Sichtangabe oder -anzeige 51 wiedergegeben, die vorzugsweise auf einer von zwei schmaleren Wänden 251 eines im Allgemeinen rechteckigen Gehäuses eines handgehaltenen Anzünders 25 angeordnet ist, um ein Betrachten zu ermöglichen, wenn eine von zwei breiteren Wänden im Handteller eines Rauchers ruht.
Diese Anzeige 51 ist vorzugsweise eine Flüssigkristallanzeige, die Symbole wiedergibt, die den Zustand von verschiedenen Funktionen des Anzünders 25 und allgemeiner gesagt des definierten Rauchsystems einschließlich der Zigarette 23 anzeigen. Zusätzlich ist ein Hintergrundlichtschalter 630 vorgesehen, um zu ermöglichen, dass der Raucher die Anzeige 51 für eine erhöhte Sichtbarkeit beleuchtet, insbesondere, wenn eine Umgebungsbeleuchtung gering ist.
Wenn gewünscht, könnte jegliches von den Symbolen dieser Sichtanzeige mit einem herkömmlichen Ton, Piepton oder anderem Audiosignal gekoppelt sein.
Z. B. gibt das Symbol 600 eine Zigarette wieder, umfassend: ein Filtersymbol 602, das einen rechteckigen Umriss definiert, d. h. ein Strom wird zugeführt, um den dunklen Umriss zu definieren, und eine Mehrzahl von z. B. acht verhältnismäßig kleineren rechteckigen schraffierten Flächen 604, die Züge anzeigen, die auf einer eingesteckten Zigarette 23 übrig sind, d. h. ein Strom wird zu Beginn zu sämtlichen Rechtecken zugeführt. Wenn ein Heizblatt 120 gefeuert wird, wird die Stromzuführung zu einer entsprechenden schraffierten Fläche 604 beendet, um zu bewirken, dass die Fläche 604 entweder verschwindet oder einen Umriss definiert., Umgekehrt definieren die Flächen 604 zu Beginn einen Umriss, und wenn ein Heizblatt 120 gefeuert wird, wird eine Stromzu fuhr zu einer entsprechenden Umrissfläche 604 beendet, um zu bewirken, dass die Fläche 604 entweder verschwindet oder eine schraffierte Fläche definiert. Vorzugsweise wird eine Stromzufuhr zu der Fläche 604, die an einem zum Filtersymbol 602 entgegengesetzten Anschlussende des Zigarettensymbols 600 lokalisiert ist, bei dem ersten Zug beendet, und dann wird die Stromzufuhr zu sukzessiv benachbarten Flächen 604 beendet, wobei sukzessive zuggetriggerte Heizblattfeuerungen den Raucher sowohl von der Anzahl von Zügen, die übrig sind, als auch der Anzahl von Zügen, die an einer eingesteckten Zigarette genommen sind, in Kenntnis setzen. Eine solche Symboldarstellung simuliert auch das Brennen einer verbrannten Zigarette, wobei sich das angezündete Ende dem Filter nähert, wenn die Zigarette geraucht wird.
Andere Symbole können mittels der Anzeige 51 vorgesehen sein und angezeigt werden. Diese Symbole arbeiten wie vorstehend beschrieben, um Symbole oder Symbolsegmente dunkler oder heller zu machen. Ein batterieförmiges rechteckiges Symbol 610 wird bereitgestellt, um den Zustand der Batterien 37 anzuzeigen. Vorzugsweise umfasst das Batteriesymbol 610 vier verschiedene Segmente, um der Anzahl von Batterien 37 zu entsprechen. Speziell umfasst das Batteriesymbol 610 vorzugsweise ein einziges rechteckiges Segment 612 mit einem verhältnismäßig kleineren angebrachten rechteckigen Symbol, das einen Batterieanschluss repräsentiert, und umfasst weiter drei rechteckige Segmente 614.
Wie vorstehend mit Bezug auf das Zigarettensymbol 600 beschrieben, sind diese rechteckigen Batteriesymbolsegmente 612 und 614 vorzugsweise alle dunkel gemacht, wenn der Batteriesatz voll aufgeladen ist und werden dann sukzessiv heller gemacht und unsichtbar gemacht, wenn ein entsprechender Batteriesatzanteil während einer Verwendung erschöpft ist. Vorzugsweise wird das unterste, wie in 14 wiedergegeben, rechteckige Batteriesymbolsegment 614 zuerst hell gemacht, gefolgt von benachbarten sukzessiven rechteckigen Batteriesymbolsegmenten 614 und dann schließlich von dem einzelnen rechteckigen Segment 612. Das beschriebene Dunkelmachen und Hellmachen kann umgekehrt sein.
Eine Batterieerschöpfung wird detektiert, wie in den verwandten gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldungen Serial-No. 08/380,718; Serial-No. 07/943,504; Serial-No. 07/666,926, erteilt als US-Patent-Nos. 5,666,978; 5,505,214; und 5,249,586, und zu US-Patent-Nos. 5,388,594 und 5,249,586 beschrieben.
Ein Sperrungssymbol 620 ist auch auf der Anzeige 51 vorgesehen und definiert eine rechteckige Fläche mit einem invertierten U-förmigen Bogen, der mit einer oberen Seite der rechteckigen Fläche verbunden ist. Dieses Symbol wird aktiviert, wenn die Steuerlogik 41 einen "Stopp"-Modus implementiert, der ein Feuern der Heizvorrichtungen verhindert, sobald der Zähler 55 ein Signal, das ein erforderliches Reinigen anzeigt, zur Steuerlogik 41 des Anzünders sendet, wie vorstehend beschrieben. Anhand eines Beispiels ausgeführt, wenn dieser "Stopp"-Modus implementiert ist, kann das ganze Sperrungssymbol 620 dunkel gemacht werden oder der invertierte U-förmige Bogen kann auf dem zuvor dunkel gemachten Rest des Sperrungssymbols 620 dunkel gemacht werden. Bei Beendigung des vorgeschriebenen Reinigens implementiert entweder die Anzündersteuerschaltungsanordnung 41 und/oder das Wiederaufladerlogiksteuergerät 520, abhängig von der verwendeten Reinigungstechnik, einen "Go"-Modus, um zu ermöglichen, dass eine Verwendung wiederaufgenommen wird.
Anhand eines Beispiels ausgeführt, wenn dieser "Go"-Modus implementiert ist, kann das ganze Sperrungssymbol 620 hell und unsichtbar gemacht werden, oder der invertierte U-förmige Bogen kann hell gemacht werden und auf dem dunkel gemachten Rest des Sperrungssymbols 620 erzeugt sein. Das beschriebene Dunkelmachen und Hellmachen kann umgekehrt sein. Weiter könnte eine solche Sperrfunktion implementiert sein, indem ein Hintergrundlichtschalter 630 eine Zeitspanne lang z. B. etwa 3 bis etwa 10 Sekunden über eine Aktivierungsperiode hinaus zur Hintergrundbeleuchtung der Anzeige 51 niedergedrückt wird, oder durch eine beliebige andere Raucherschnittstelle, die dazu dient, den Anzünder während Perioden einer Nichtverwendung zu "sperren" und zu "entsperren". Das Sperrungssymbol 620 wird auch mit dieser Sperrfunktion entsprechend aktiviert und deaktiviert.
Indem auf 15 Bezug genommen wird, wird ein alternatives Steuersystem 700 zum Steuern der Menge an Kondensat bereitgestellt, das von der Öffnung 27 des Anzünders 25 freigegeben wird. Wie dargestellt, ist das Steuersystem 700 in einer. Wiederaufladereinheit 500 angeordnet, vorzugsweise verbindbar damit, um eine Ersetzung der Komponenten, wie z. B. des nachstehend erörterten Katalysators zu ermöglichen. Ein erstes Rohr oder ein definierter Stromdurchlassweg 710A ist vorgesehen, der sich von einer Eintrittsmundöffnung 562 der Wiederaufladereinheit 500 erstreckt und an einem ersten Ende vorzugsweise auf eine fluiddichte Weise mit der Öffnung 27 in Eingriff tritt, um auf fluide Weise mit dem zylindrischen Behältnis, das durch die Heizervorrichtungsblätter 120 definiert ist, in Verbindung zu stehen, wenn der Anzünder 25 mit der Wiederaufladereinheit in Eingriff steht.
Ein Katalysator 720, der vollständiger nachstehend beschrieben wird, ist in dem Stromweg, der durch das Rohr 710A definiert ist, angeordnet. Ein zweiter Rohrabschnitt 710B, der vorzugsweise ein integraler Fortsatz des Rohrs 710A ist, bringt auf fluide Weise den Katalysator 720 mit einem Ventilator 750 in Verbindung, ein drittes Rohr 710C bringt auf fluide Weise den Ventilator 750 mit einem Luftkühler/Diffusor 760 in Verbindung, und ein viertes Rohr 710D bringt auf fluide Weise den Luftkühler/Diffusor 760 mit der Austrittsmundöffnung 564 der Wiederaufladereinheit 500 in Verbindung.
Der Katalysator 720 ist vorzugsweise so geformt, dass er sich über den Querschnitt des definierten Durchlasswegs des Rohrs erstreckt, so dass sämtlicher Luftstrom auf den Katalysator 720 auftrifft und schließlich durch ihn hindurchtritt. Z. B. weist der Katalysator 720 einen kreisförmigen Querschnitt auf, ist z. B. ein poröser Zylinder mit einem Durchmesser, der geringfügig kleiner ist als das Rohr 710A, so dass der Katalysator 720 darin auf eine fluiddichte Weise positioniert ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Katalysator 720 ein etwa 8 mm mal etwa 10–15 mm zylindrischer poröser Stopfen. Wenn gewünscht, kann ein Dichtmittel zwischen dem Katalysator 720 und den Innenwänden des Rohrs 710A angebracht sein.
Der Katalysator 720 ist bei einer etwaigen Verschlechterung von der Wiederaufladereinheit 500 zur Ersetzung vorzugsweise entfernbar. Der Katalysator 720 definiert vorzugsweise Stromdurchlässe dorthindurch für den Strom. Z. B. ist der Katalysator 720 porös, z. B. weist er eine Porosität von etwa 75% bis etwa 95% auf, z. B. weist er eine Porosität von etwa 85% bis etwa 90% auf, z. B. weist er einen Oberflächeninhalt von etwa 16000 Quadratmetern pro Kubikmeter (m²/m³) bis etwa 2000 Quadratmetern pro Kubikmeter (m²/m³) auf. Der Druckabfall über den Katalysator 720 steigt mit abnehmender Porosität an.
Z. B. umfasst der Katalysator 720 einen porösen Schaumkeramikstopfenträger, wie z. B. Cordierit, mit einem Aluminiumoxid-Washcoat hohen Oberflächeninhalts, der von Hi-Tech Ceramics, Inc. of Alfred, New York, im Handel erhältlich ist, der z. B. etwa 80 bis etwa 10 Poren pro Linearinch enthält, z. B. 45 Poren pro Linearinch. Cordierit wird wegen seines verhältnismäßig niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und deshalb wünschenswerten thermischen Schockfestigkeit während eines Erwärmens ausgewählt.
Dieser poröse Keramikträger wird dann mit einem geeigneten stabilen und langlebigen Katalysator beschichtet, wie z. B. Platin oder Platinlegierung. In einer bevorzugten Ausfüh rungsform ist die Platinquelle Chlorplatinsäure, H₂PtCl₆·6H₂O, und wird durch jeglichen geeigneten Prozess aufgebracht, wie z. B. einsetzende Nassheit. Z. B. wird der poröse Schaumkeramikstopfen in einer konzentrierten alkoholischen Lösung von Chlorplatinsäure, H₂PtCl₆·6H₂O, eingetaucht und fakultativ einem Ultraschallbad ausgesetzt, um eine angemessene Durchdringung und Beschichtung zu gewährleisten.
Als Nächstes wird der poröse Schaumkeramikstopfen aus der Lösung entfernt; überschüssige Lösung entfernt, z. B. durch Schütteln; und dann wird der poröse Schaumkeramikstopfen in einem Ofen bei etwa 70°C bis etwa 75°C getrocknet. Der getrocknete poröse Schaumkeramikstopfen wird dann in einen Ofen platziert, die Temperatur des Ofens auf etwa 900°C bei etwa 50°C/min erhöht und in Luft bei etwa 900°C etwa 30 Minuten lang gehalten, und dann wird der poröse Schaumkeramikstopfen auf Raumtemperatur gekühlt. Andere Trägermaterialien, wie z. B. Metalltücher/-folien, Quarzwolle, Wabenkeramik usw., sind auch geeignete im Handel erhältliche Träger.
Eine fotokatalytische Zerlegung unter Verwendung einer Ultraviolettlichtquelle und eines Katalysators kann auch verwendet werden, um die flüchtigen Stoffe zu Kohlendioxid und Wasser zu zerlegen. Bevorzugter wird die Ultraviolettlichtquelle in Glas eingekapselt, das mit einem porösen Titandioxidmembrankatalysator mit einer aufgebrachten elektrostatischen Ladung beschichtet ist.
Es wird zur Wärmezerlegung zurückgekehrt. Eine katalytische Vorheizvorrichtung 725 ist vorzugsweise in der Wiederaufladereinheit 500 vorgesehen, um den Katalysator 720 auf eine geeignete Betriebsoberflächentemperatur von z. B. etwa 300°C vorzuerhitzen und zu erhitzen und ist vom Rest der Aufladereinheit 500 vorzugsweise thermisch isoliert.
Vorzugsweise wird der Katalysator vor der Initiierung des Erhitzens der Kondensathülse 200 zwischen etwa 275°C und etwa 350°C vorerhitzt, wie erörtert. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Katalysator auf etwa 300°C vorerhitzt. Die Heizvorrichtung 725 kann eine beliebige geeignete Wärmequelle sein, wie z. B. ein ohmsch geheizter Draht, z. B. die vorstehend erörterte Legierung der Marke Nichrome^®, oder eine zylindrische Heizvorrichtung, wie sie z. B. in der 8A–8B dargestellt ist, die sowohl das Rohr 710A als auch den darin angeordneten Katalysator 720 umgibt.
Vorzugsweise können die Rohre und mindestens das Rohr 710A und 710B diesen Temperaturen standhalten, z. B. sind die Rohre Glas. Zusätzlich muss ausreichend Sauerstoff anwesend sein, um die katalytische Oxidation des freigegebenen Kondensats zu unterstützen.
Z. B. erstellt der Ventilator 750 vorzugsweise einen Luftstrom von etwa 300 cc/min bis etwa 1200 cc/min, z. B. etwa 500 cc/min. Ein elektrostatischer Abscheider und/oder Filter kann (können) inline zwischen dem Katalysator 720 und der Austrittsmundöffnung 564 hinzugefügt sein, um den Katalysator 720 zu vervollständigen oder zu ersetzen. Die Komponenten des Steuersystems 700 sind in einer linearen Anordnung dargestellt, können aber wie gewünscht konfiguriert sein, z. B. in einer halbkreisförmigen oder einer anderen Konfiguration, um Raum zu sparen.
Wie zuvor erörtert, werden die Kondensate von der Hülse 200 verflüchtigt und thermisch freigesetzt. Der Ventilator 750 zieht diese freigesetzten, in der Luft schwebenden Kondensate aus dem Anzünder 25 über die Öffnung 27 heraus, in Richtung auf den porösen Katalysator 720 über das Rohr 710A und dann durch den porösen Katalysator 720, der die Kondensate katalysiert, um in erster Linie Wasserdampf und Kohlendioxid zu bilden.
Die sich ergebenden Zersetzungsprodukte zeigen keine signifikante sichtbare Komponente, d. h. kein sichtbares Aerosol, oder keinen signifikanten Geruch. Der Ventilator 750 zieht dann diesen Strom von Wasserdampf und Kohlendioxid zum Luftkühler/Diffusor oder Wärmeaustauscher 760 zum Kühlen und zur Diffusion und führt dann den Strom von der Wiederaufladereinheit 500 über das Rohr 710D und die Austrittsmundöffnung 564 ab.
Vorzugsweise erstellt der Ventilator 750 einen Durchsatz, z. B. etwa 300 cc/min bis etwa 1200 cc/min, z. B. größer als etwa 300 cc/min oder etwa 500 cc/min.
Die vorhergehenden Reinigungs- und Wartungsvorrichtungen und Verfahren sind auch auf den elektrischen Anzünder mit Tabakbahn anwendbar, der in der gemeinsam übertragenen, mitanhängigen Patentanmeldung Serial-No. 08/105,346, eingereicht am 10. August 1993, beschrieben ist, die hierdurch durch Bezug aufgenommen ist.
Das Verfahren und die Vorrichtung zum Reinigen eines elektrischen Systems zum Rauchen gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht folglich wiederholte Reinigungen eines Anzünders über die Lebensdauer des Anzünders, ohne dass man zahlreiche Kondensatakkumulatoren ersetzen muss. Das beschriebene periodische Erhitzen einer Kondensatakkumulationsoberfläche reinigt diese Akkumulationsoberfläche sowie andere Komponentenoberflächen, die einer Kondensation ausgesetzt sind.
Es wird eine Technik beschrieben, um diese Akkumulationsoberfläche unter Verwendung der Anzünderenergiequelle zu erhitzen. Auch wird der Raucher davon in Kenntnis gesetzt, dass ein Reinigen erforderlich ist oder bald erforderlich sein wird. Zusätzlich vereinfacht eine Gleichzeitigkeit von vollem Reinigungszyklus und Initiierung eines Wiederaufladezyklus eine Verwendung des Anzünders 25 und erstellt eine Routine, z. B. eine tägliche Routine, für den Raucher. Die Anzünderlogik ist auch vereinfacht, indem ein einziges Zählen von Zigarettenheizvorrichtungsfeuerungen, gerauchten Zigaretten usw. sowohl für das Wiederaufladen als auch Reinigen ausgeführt wird. Weiter kann ein einziges Symbol und/oder Ton, wie unten erörtert, verwendet werden, um den Raucher in Kenntnis zu setzen, dass ein Wiederaufladen und Reinigen erforderlich sind.
Diese Gleichzeitigkeit von vollem Reinigungszyklus und Initiierung eines Wiederaufladezyklus erhöht auch die Wirksamkeit der Reinigung, da eine Kondensatakkumulation durch das routinemäßige, z. B. tägliche, Reinigen verringert wird. Demgemäß liefert die vorliegende Erfindung eine Reinigungsvorrichtung, die vermeidet: nachteilige Wirkungen auf den subjektiven Geschmack von nachfolgenden Zigaretten; Blockagen von erforderlichen Luftstromdurchlässen, insbesondere dem Durchlassweg, der eine Verbindung mit dem zugempfindlichen Sensor und/oder mit Außenumgebungsluft herstellt; eine Beschädigung an empfindlicher Elektronik und elektrischen Bauelementen; und Vorsprünge, Stümpfe usw., die ein Einstecken, eine Passgenauigkeit und eine Entfernung von Zigaretten in Bezug zur Heizvorrichtungshalteeinrichtung nachteilig beeinträchtigen könnten.
Viele Modifikationen, Substitutionen und Verbesserungen können für Fachleute augenscheinlich sein, ohne vom Bereich der vorliegenden Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen beschrieben und definiert, abzuweichen.

Claims

Vorrichtung zum Reinigen oder Warten eines elektrischen Anzünders mit einem Inneren, wobei der Anzünder in das Innere gesteckten bzw. gestecktes Tabak und/oder Tabak enthaltendes Material erhitzt, um Aromen zum Liefern an einen Raucher zu entwickeln, wobei einige der entwickelten Aromen im Anzünder ein Kondensat bilden, wobei die Reinigungsvorrichtung Folgendes umfasst: ein Oberflächenelement (200) zum Sammeln von Kondensaten aus einem nicht an einen Raucher gelieferten Teil der entwickelten Aromen und ein Heizelement (210; 212) zum Erhitzen des Oberflächenelements zum thermischen Freisetzen der gesammelten Kondensate, wodurch das Oberflächenelement beim Erhitzen des genannten Heizelements (210) von wenigstens einigen der Kondensate befreit wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das genannte Oberflächenelement (200) eine weitgehend zylindrische innere Oberf läche (2 01) hat.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das genannte Oberflächenelement (200, 201) eine Hülse umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die genannte Hülse gesenkgeschmiedet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, bei der die Oberfläche aus Keramik, Cermet oder Metall ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der das genannte Heizelement (210) in der Nähe einer Oberfläche der genannten Hülse spiralförmig angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der das genannte Heizelement (210) in einem Schlangenmuster auf der oder in die Hülse auf- bzw. eingeformt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Anzünder wenigstens ein Heizvorrichtungsblatt (120) hat, das sich im Verhältnis zum genannten Oberflächenelement (200) innen befindet, und dass zwischen dem genannten Oberflächenelement (200) und dem Heizvorrichtungsblatt (120) ein Spalt von 0,010 bis 0,120 Zoll besteht.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Anzünder Innenteile und eine Schaltungsanordnung hat und das Oberflächenelement (200) eine Aerosolsperre zwischen dem Tabak oder Tabak enthaltenden Material und den Innenteilen und der Schaltungsanordnung ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das genannte Heizelement (210) ein Heizwiderstandselement (210) mit einem ersten mit einer Quelle elektrischer Energie verbundenen Anschlussende und einem zweiten mit der Quelle elektrischer Energie verbundenen Anschlussende hat.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Anschlüsse, bei der das Oberflächenelement (200) mit einem Isoliermaterial beschichtet ist und das Heizelement (210) ein am Isolierstoff angeordnetes mit elektrischem Widerstand behaftetes Material ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der das genannte Oberflächenelement (200) elektrisch leitfähig ist und mit dem elektrischen Heizwiderstandselement (210) einen Stromkreis bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner umfassend einen zusätzlichen Isolierstoff, wobei der genannte zusätzliche Isolierstoff am genannten Heizelement (210) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das genannte Heizelement (210) eine induktiv erwärmte Hülse (850) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die induktiv erwärmte Hülse (850) eine entsprechende Erregerspule (852) hat, die 5–25 A aufnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der sich die Erregerspule (852) im Anzünder befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der sich die Erregerspule (852) außerhalb des Anzünders befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Heizelement (210) ein bewegliches Heizelement (210) umfasst, das während eines Reinigungszyklus in das Innere des Anzünders gesteckt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Heizelement (210) wenigstens ein Heizvorrichtungsblatt (120) umfasst, das normalerweise zum Erhitzen des Tabaks oder des Tabak enthaltenden Materials verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend einen Reflektor (215), der Wärme von dem genannten erhitzten Oberflächenelement (200) zum genannten Oberflächenelement (200) zurück reflektiert.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Anzeiger (51), der anzeigt, wann das genannte Oberflächenelement (200) gereinigt werden muss.
Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der der Anzeiger (51) nach einer vorbestimmten Anzahl von Erhitzungen des Tabaks aktiviert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, bei der der Anzeiger (51) eine Symbolanzeige ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, 22 oder 23, ferner umfassend ein Steuergerät (41) zum Steuern des Erhitzungsbetrags des genannten Heizelements (210), um die thermische Freisetzung der Kondensate zu gewährleisten, wobei der Anzeiger (51) kooperativ mit dem Steuergerät oder der Heizvorrichtung gekoppelt ist und das Erhitzen des Tabaks verhindert, wenn das Oberflächenelement (200) gereinigt werden muss.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Steuergerät (41) zum Steuern des Erhitzungsbetrags des genannten Heizelements (210), um die thermische Freisetzung der Kondensate zu gewährleisten, ferner umfassend einen Sensor, der im elektrischen Anzünder steckenden bzw. steckendes Tabak und/oder Tabak enthaltendes Material erfasst, wobei der Sensor kooperativ mit dem Steuergerät oder der Heizvorrichtung gekoppelt ist und das Reinigen des genannten Oberflächenelements (200) verhindert, wenn sich im elektrischen Anzünder Tabak befindet.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das genannte Heizelement (210) das genannte Oberflächenelement (200) auf zwischen ungefähr 150°C und ungefähr 750°C ± 50°C erhitzt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das genannte Heizelement (210) das genannte Oberflächenelement (200) auf zwischen ungefähr 400°C und ungefähr 500°C ± 50°C erhitzt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das genannte Heizelement (210) das genannte Oberflächenelement (200) ungefähr 10 bis ungefähr 120 Sekunden lang erhitzt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Auffangvorrichtung für thermisch freigesetztes Kondensat (410; 560), die die Menge einer ausströmenden Flüssigkeit reduziert.
Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der die Auffangvorrichtung (410, 560) einen elektrostatischen Abscheider (410) zum Einstecken in das Innere des Anzünders zum Sammeln von vom genannten Oberflächenelement (200) thermisch freigesetzten Kondensaten umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 30, bei der die Auffangvorrichtung (410, 560) zigarettenförmig ist und in den Anzünder gesteckt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 30, bei der die Auffangvorrichtung (410; 560) zigarettenförmig ist und in den Anzünder gesteckt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der die Auffangvorrichtung (410; 560) einen Katalysator zum Katalysieren der Zersetzung der thermisch freigesetzten Kondensate und einen Kanal zum Leiten der thermisch freigesetzten Kondensate zum genannten Katalysator hat.
Vorrichtung nach Anspruch 33; bei der der Katalysator auf einem porösen Träger getragen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 34, bei der der poröse Träger eine Porosität von ungefähr 75% bis ungefähr 95 % hat.
Vorrichtung nach Anspruch 34 oder 35, bei der der genannte poröse Träger Cordierit umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 35 oder 36, bei der der genannte poröse Träger aus der Gruppe bestehend aus Schaumkeramik, Wabenkeramik, Metalltuch oder Quarzwolle ausgewählt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 37, bei der der genannte Katalysator Platin aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 38, bei der der genannte Katalysator von Dihydrogenhexachlorplatin(IV) (Chlorplatinsäure) abstammt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 39, ferner umfassend eine Heizvorrichtung zum Vorwärmen des genannten Katalysators.
Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der die Auffangvorrichtung (410; 560) einen Katalysator und eine Ultraviolett-Lichtquelle umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 41, bei der die Ultraviolett-Lichtquelle in Glas gekapselt ist, da s. mit einem porösen Titandioxidmembrankatalysator beschichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 42, bei der eine elektrostatische Ladung an die Membran angelegt wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Kühlvorrichtung zum Verringern der Temperatur der thermisch freigesetzten Kondensate.
Vorrichtung nach Anspruch 44, bei der die Kühlvorrichtung ein Wärmeaustauscher ist.
Vorrichtung nach Anspruch 30, bei der die Auffangvorrichtung (410; 560) ein Filter und einen Kanal zum Leiten der thermisch freigesetzten Kondensate zum genannten Filter aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 46, bei der das Filter Aktivkohle aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 47, bei der das Filter ein statisch aufgeladenes Mittel aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 33, bei der der Katalysator ein Einweg- oder ein wiederverwendbarer Katalysator ist.
Vorrichtung nach Anspruch 33, ferner umfassend einen Ventilator zum Erzeugen eines Luftstroms durch den Kanal.
Vorrichtung nach Anspruch 50, bei der der Luftstrom. ungefähr 300 cm³/min bis ungefähr 1200 cm³/min beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Hülse mit einer äußeren Oberfläche (202) gebildet ist, die eine äußere Oberfläche mit einer äußeren Spiralnut (203) hat, die das in der äußeren Spiralnut (203) spiralförmig angeordnete Heizelement (210) enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 52, bei der die Hülse mit einer inneren Oberfläche gebildet ist, die eine der genannten äußeren Spiralnut (203) entsprechende innere Spiralnut (203) hat, um angesaugte Luft umfangsmäßig um den Tabak herum zu leiten.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das genannte Oberflächenelement (200) eine zylindrische Hülse aufweist, die eine durch einen Spalt von dem erhitzten Tabak und/oder Tabak getrennte innere Oberfläche und eine äußere Oberfläche (202) hat, die angesaugte Luft entlang der genannten äußeren Oberfläche (202) leitet, wobei die genannte innere Oberfläche die Luft entlang der genannten inneren Oberfläche leitet, und ferner umfassend einen Verteiler zum weitgehend einheitlichen Verteilen angesaugter Luft entlang der genannten inneren Oberfläche der genannten zylindrischen Hülse.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 54, bei der der genannte Verteiler ein ringförmiges Element aufweist, das an der genannten äußeren Oberfläche (202) der genannten zylindrischen Hülse angeordnet ist und ein Luftverteilungsmuster definiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das genannte Oberflächenelement (200) eine weitgehend zylindrische innere Oberfläche definiert, der elektrische Anzünder das Tabak enthaltende Material durch eine Mehrzahl von Tabakheizelementen (210) erhitzt, die eine zylindrische Zigarettenaufnahmeanordnung bilden, und die weitgehend zylindrische innere Oberfläche der von der genannten Mehrzahl von Heizelementen (210) gebildeten zylindrischen Zigarettenaufnahmeanordnung gegenüberliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 56, bei der die Heizelemente (210) die Mehrzahl von Tabakheizelementen (210) umfassen und die Vorrichtung ferner eine mit der genannten Mehrzahl von Heizelementen (210) verbundene Quelle elektrischer Energie und ein Steuergerät (41) zum Steuern des Erhitzungsbetrags der genannten Heizelemente (210) zum Gewährleisten der thermischen Freisetzung der Kondensate umfasst, wobei das genannte Steuergerät die Zufuhr elektrischer Energie steuert, wobei das genannte Steuergerät einen Pulsbreitenmodulator (60) zum Anlegen einer vorbestimmten Menge elektrischer Energie nacheinander an jedes der genannten Mehrzahl von Tabakheizelementen (210) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 57, bei der der genannte Pulsbreitenmodulator (60) die Zufuhr elektrischer Energie zur genannten Mehrzahl von Heizelementen (210) moduliert, sodass elektrische Energie ungefähr 20 bis ungefähr 200 Mal pro Sekunde an jedes der genannten Heizelemente (210) angelegt wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Anzünder ferner eine wiederaufladbare Batterie aufweist und die Vorrichtung ferner eine Versorgung der wiederaufladbaren Batterie des elektrischen Anzünders mit elektrischer Energie und einen Ladungsregler zum Steuern der Zufuhr elektrischer Energie zur wiederaufladbaren Batterie des elektrischen Anzünders umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 59, bei der der Regler, wenn die genannte Batterie voll aufgeladen. ist, ein Signal erzeugt und das erzeugte Signal an das Steuergerät sendet, um anschließendes Erhitzen von Tabak oder Tabak enthaltendem Material zuzulassen.
Vorrichtung nach Anspruch 59 oder 60, bei der die Vorrichtung ein Hauptteil (500) und einen handgehaltenen Anzünder aufweist; das Hauptteil (500) mit wenigstens einem Batterieaufladeschlitz (515) versehen ist, der zum Aufnehmen der wiederaufladbaren Batterie in elektrischem Kontakt mit der Elektrizitätsversorgung ausgeführt ist; und das Hauptteil (500) mit einer Anzünderaufnahmebuchse versehen ist, die den handgehaltenen Anzünder aufnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 61, bei der der Anzünder in elektrischem Kontakt mit dem Hauptteil (500) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 61 oder 62, bei der es einen Batterieaufladeschlitz (515) gibt.
Vorrichtung nach Anspruch 63, bei der es zwei Batterieaufladeschlitze (515) gibt.
Kammer zum Erzeugen einer örtlichen und geregelten Wärmequelle zur Verwendung in einer Vorrichtung zum Reinigen oder Warten eines elektrischen Anzünders, wobei die genannte Kammer eine geometrische Form mit einer Längswand mit einer integrierten Spiralnut (203) aufweist, wobei die genannte Wand eine innere und eine äußere Oberfläche hat, die genannte Nut eine Prallfläche auf der genannten inneren Oberfläche und einen mit einem elektrischen Widerstand behafteten Weg auf der äußeren Oberfläche definiert, wodurch das Innere der Kammer durch das Anlegen von Elektrizität an den mit einem Widerstand behafteten Weg erwärmt werden kann.
Kammer nach Anspruch 65, bei der die Längswand eine Hülse ist und die Hülse äußerlich mit einer Keramik beschichtet ist und die genannte Keramik mit dem Widerstandselement überzogen ist.
Verfahren zum Reinigen eines elektrischen Anzünders, der Tabak oder ein Tabak enthaltendes Material zum Entwickeln von Aromen zum Liefern an einen Raucher erhitzt, wobei das Reinigungsverfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Sammelfläche zum Sammeln von entwickelten, nicht an einen Raucher gelieferten Aromen an der Sammelfläche und Erhitzen der Sammelfläche zu einer gewünschten Zeit, um wenigstens etwas von dem Kondensat von der Sammelfläche thermisch freizusetzen und dadurch von ihr zu beseitigen.
Reinigungsverfahren nach Anspruch 67, bei dem der genannte Erhitzungsschritt nach einer vorbestimmten Anzahl von einzelnen Erhitzungen des Tabaks oder Tabak enthaltenden Materials stattfindet.
Reinigungsverfahren nach Anspruch 67 oder 68, ferner umfassend das Inkenntnissetzen des Rauchers zur erwünschten Reinigungszeit.
Reinigungsverfahren nach Anspruch 67 oder Anspruch 68, ferner umfassend das Inkenntnissetzen des Rauchers vor der erwünschten Zeit.
Reinigungsverfahren nach Anspruch 67, 68, 69 oder 70, ferner umfassend, dass das Erhitzen von Tabak während des genannten Schrittes des Erhitzens der Sammelfläche vermieden wird.
Reinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 67 bis 71, bei dem der genannte Erhitzungsschritt das Erhitzen der Sammelfläche auf eine ausreichend hohe Temperatur zum Übertragen von Wärme auf andere Anzünderquellen umfasst, wobei wenigstens ein Teil des Kondensats auf den anderen Anzünderflächen thermisch freigesetzt wird, wodurch die anderen Anzünderflächen gereinigt werden.
Reinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 67 bis 72, ferner umfassend das Anordnen wenigstens einer Heizvorrichtung in thermischer Nähe zur Sammelfläche.
Reinigungsverfahren nach Anspruch 73, ferner umfassend das Anordnen der Mehrzahl von Heizvorrichtungen in thermischer Nähe zur Sammelfläche.
Reinigungsverfahren nach Anspruch 74, ferner umfassend das Modulieren der Zufuhr elektrischer Energie zum Versorgen jeder der Mehrzahl von Heizvorrichtungen nacheinander mit elektrischer Energie.
Reinigungsverfahren nach Anspruch 75, bei dem der genannte Modulationsschritt das Modulieren der Zufuhr elektrischer Energie zum Versorgen von jeder der Mehrzahl von Heizvorrichtungen ungefähr 20 bis ungefähr 200 Mal pro Sekunde mit elektrischer Energie.
Reinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 67 bis 77, ferner umfassend das Versorgen wenigstens einer wiederaufladbaren Batterie des elektrischen Anzünders mit elektrischer Energie.
Reinigungsverfahren nach Anspruch 77, bei dem der genannte Schritt des Versorgens wenigstens einer wiederaufladbaren Batterie mit elektrischer Energie gleichzeitig mit dem Erhitzen der Hülse stattfindet.
Reinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 67 bis 78, ferner umfassend das Minimieren des Entweichens der thermisch von der Oberfläche befreiten Kondensate aus dem elektrischen Anzünder.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 64, bei der das Heizelement aus einem Eisenaluminid gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 64, bei der das Heizelement aus einem Nickelaluminid gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend eine reflektierende Zwischenfläche, die das Oberflächenelement (200) teilweise umgibt und Wärme zum Oberflächenelement (200) zurück reflektiert.
Vorrichtung nach Anspruch 82, bei der die reflektierende Zwischenfläche eine reflektierende metallische Aluminium- oder Goldbeschichtung oder -umhüllung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Hülse aus einem Metall ist und mit einer Keramikschicht beschichtet ist.
Vorrichtung zum Reinigen und Wiederaufladen eines Anzünders (21) eines elektrischen Systems zum Rauchen, umfassend: ein Hauptteil (500), das mit eine r. elektrischen Energiequelle verbunden ist, einen in dem genannten Hauptteil (500) angeordneten Transformator zum Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstrom, ein Behältnis (535) in dem genannten Hauptteil (500) zum Einführen eines eine Batterie enthaltenden Anzünders, wobei das genannte Behältnis mit dem Transformator elektrisch verbunden ist, eine Kondensathülse (200) zum Einschließen von während elektrisch betriebenem Rauchen von Tabak oder Tabak enthaltendem Geschmacksstoff gebildetem Kondensat, eine Heizvorrichtung (210) in thermischer Nähe zur Kondensathülse zur Freisetzung von Kondensat davon, Steuerschaltungsanordnung (520) zum Steuern des Wiederaufladens und Reinigens des Anzünders, wobei die genannte Steuerschaltungsanordnung umgewandelte Gleichstromenergie zum Aufladen der Batterie und zum thermischen Freisetzen von Kondensat vom Anzünder durch Aktivieren der Heizvorrichtung nutzt, und eine Auslassöffnung (564) zum Ausstoßen von während des Reinigens des Anzünders freigesetztem Kondensat.
Vorrichtung nach Anspruch 85, bei der die Heizvorrichtung ein Heizelement (210) umfasst, das sich auf der Oberfläche einer Kondensathülse befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 85, bei der die Heizvorrichtung eine Mehrzahl von Heizelementen (210) in der Kondensathülse umfasst, wobei die genannten Heizelemente (210) zum Erhitzen von Tabak während der normalen Benutzung des Anzünders als einem System zum Rauchen konfiguriert sind.