ES2962257T3 - Aparato térmicamente aislado para el calentamiento de material fumable - Google Patents

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Dmitry Mikhailovich Volobuev
Pavel Nikolaevich Fimin
Fozia Saleem
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Abstract

Un aparato (1) configurado para calentar material fumable para volatilizar al menos un componente del material fumable, en el que el aparato (1) comprende una región de aislamiento (18) que tiene una región central (20) que se evacua a una presión más baja que un exterior del aislamiento (18). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato térmicamente aislado para el calentamiento de material fumable
Campo
La invención se refiere al calentamiento de material que se puede fumar.
Antecedentes
Los artículos para fumar, tales como cigarrillos y puros, queman tabaco durante su uso a fin de producir humo de tabaco. Se han realizado intentos para proporcionar alternativas a dichos artículos para fumar mediante la creación de productos que liberan compuestos sin crear humo de tabaco. Son ejemplos de tales productos, los denominados productos "heat-not-burn" (en inglés, se calientan, pero no se combustionan), los cuales liberan compuestos por calentamiento, aunque no combustión, del tabaco. El documento n.° WO 2007/012007 se refiere a un aparato generador de aerosol, el documento n.° CN 101 366 554 A se refiere a un cigarrillo limpio electrónico, el documento n.° EP 2 340 729 A1 se refiere a un calentador mejorado para un sistema generador de aerosol calefactado eléctricamente, y el documento n.° EP 2833744 A1 se refiere a una carcasa aislada acústicamente para un conjunto de auriculares.
Sumario
Se proporciona un aparato según la reivindicación 1.
El vacío puede ser un vacío profundo. El vacío puede ser un vacío hiperprofundo.
El aislamiento se localiza entre la cámara de calentamiento del material fumable y el exterior del aparato, a fin de reducir la pérdida de calor a partir del material fumable calefactado.
El aislamiento puede localizarse coaxialmente en torno a la cámara de calentamiento.
El aislamiento se localiza circundando a una superficie longitudinal de la cámara de calentamiento tubular.
El aislamiento puede comprender un cuerpo sustancialmente tubular de aislamiento localizado circundando a la cámara de calentamiento.
El aparato comprende un calentador configurado para calentar material fumable en la cámara de calentamiento de material fumable.
La cámara de calentamiento de material fumable puede localizarse entre el aislamiento y el calentador.
El aislamiento puede comprender unas paredes exteriores que encierren la zona central.
Las paredes pueden comprender una capa de acero inoxidable con un grosor de por lo menos aproximadamente 100 micrómetros.
El coeficiente de transferencia de calor del aislamiento puede ser de entre aproximadamente 1,10 W/m2K y aproximadamente 1,40 W/m2K cuando la temperatura del aislamiento se encuentre comprendida en el intervalo de entre 100 y 250 grados centígrados, tal como en el intervalo de entre 150 y 250 grados centígrados.
El grosor del aislamiento puede ser inferior a aproximadamente 1 mm.
El aparato está configurado para calentar el material fumable utilizando un calentador alimentado eléctricamente. Con fines meramente ejemplares, se describen posteriormente realizaciones de la invención en referencia a las figuras adjuntas, en las que:
Breve descripción de las figuras
La figura 1 es una ilustración en perspectiva de un corte parcial de un aparato configurado para calentar material fumable para liberar compuestos aromáticos y/o nicotina a partir del material fumable.
La figura 2 es una ilustración en perspectiva de un corte parcial de un aparato configurado para calentar material fumable, en el que el material fumable se proporciona circundando a un calentador cerámico alargado que está dividido en secciones de calentamiento radiales.
La figura 3 es una vista de despiece de un corte parcial de un aparato configurado para calentar material fumable, en el que el material fumable se proporciona circundando un calentador cerámico alargado que está dividido en secciones de calentamiento radiales.
La figura 4 es una ilustración en perspectiva de un corte parcial de un aparato configurado para calentar material fumable, en el que el material fumable se proporciona circundando un calentador de infrarrojos alargado.
La figura 5 es una ilustración en perspectiva de un corte parcial de un aparato configurado para calentar material fumable, en el que el material fumable se proporciona circundando un calentador de infrarrojos alargado.
La figura 6 es una ilustración esquemática de parte de un aparato configurado para calentar material fumable, en el que el material fumable se proporciona circundando una pluralidad de secciones de calentamiento alargadas longitudinales que están espaciadas en torno a un eje longitudinal central.
La figura 7 es una ilustración en perspectiva de parte de un aparato configurado para calentar material fumable, en el que las zonas de material fumable se proporcionan entre pares de placas de calentamiento verticales. La figura 8 es una ilustración en perspectiva del aparato mostrado en la figura 7, en el que se ilustra adicionalmente una carcasa externa.
La figura 9 es una vista de despiece de parte de un aparato configurado para calentar material fumable, en el que las zonas de material fumable se proporcionan entre pares de placas de calentamiento verticales.
La figura 10 es un diagrama de flujo que muestra un método para activar zonas de calentamiento y la apertura y cierre de válvulas de la cámara de calentamiento durante el fumado.
La figura 11 es una ilustración esquemática de un flujo de gases por un aparato configurado para calentar material fumable.
La figura 12 es una ilustración gráfica de un patrón de calentamiento que puede utilizarse para calentar material fumable utilizando un calentador.
La figura 13 es una ilustración esquemática de un compresor de material fumable configurado para comprimir el material fumable durante el calentamiento.
La figura 14 es una ilustración esquemática de un expansor de material fumable configurado para expandir el material fumable durante la calada.
La figura 15 es un diagrama de flujo que muestra un método para comprimir material fumable durante el calentamiento y la expansión del material fumable para el fumado.
La figura 16 es una ilustración esquemática en sección transversal de una sección de aislamiento de vacío configurado para aislar material fumable caliente frente a la pérdida de calor.
La figura 17 es otra ilustración esquemática en sección transversal de una sección de aislamiento de vacío configurado para aislar material fumable caliente frente a la pérdida de calor.
La figura 18 es una ilustración esquemática en sección transversal de un puente térmico resistente al calor que sigue un camino indirecto desde una pared aislante a temperatura más alta hasta una pared aislante a temperatura más baja.
La figura 19 es una ilustración esquemática en sección transversal de un escudo térmico y una ventana transparente al calor que son móviles respecto a un cuerpo de material fumable para permitir selectivamente que la energía térmica sea transmitida a diferentes secciones del material fumable a través de la ventana.
La figura 20 es una ilustración esquemática en sección transversal de parte de un aparato configurado para calentar material fumable, en el que la cámara de calentamiento es herméticamente sellable mediante válvulas de retención. La figura 21 es una ilustración esquemática en sección transversal de un aparato configurado para calentar material fumable, en el que un calentador se localiza en el exterior de una cámara de calentamiento e internamente respecto al aislamiento térmico, y
la figura 22 es una ilustración esquemática en sección transversal de una sección parcial de aislamiento de vacío profundo configurado para aislar térmicamente un aparato configurado para calentar material fumable.
Descripción detallada
Tal como se utiliza en la presente memoria, la expresión "material fumable" incluye cualquier material que proporcione componentes volatilizados con el calentamiento e incluye cualquier material que contenga tabaco y puede incluir, por ejemplo, uno o más de entre tabaco, derivados de tabaco, tabaco expandido, tabaco reconstituido o sustitutos del tabaco.
Un aparato 1 para calentar material fumable comprende una fuente de energía 2, un calentador 3 y una cámara de calentamiento 4. La fuente de energía 2 puede comprender una batería, tal como una batería de ion-litio, una batería de Ni, una batería alcalina y/o similar, y está eléctricamente acoplada al calentador 3 para suministrar energía eléctrica al calentador 3 cuando se requiere. La cámara de calentamiento 4 está configurada para recibir material fumable 5 de manera que el material fumable 5 se pueda calentar en la cámara de calentamiento 4. Por ejemplo, la cámara de calentamiento 4 puede estar localizada en contigüidad al calentador 3, de manera que la energía térmica del calentador 3 caliente el material fumable 5 en el mismo a fin de volatilizar compuestos aromáticos y nicotina en el material fumable 5 sin combustionar el material fumable 5. Se proporciona una boquilla 6 por la que un usuario del aparato 1 puede inhalar los compuestos volatilizados durante el uso del aparato 1. El material fumable 5 puede comprender una mezcla de tabaco.
Tal como se muestra en la figura 1, el calentador 3 puede comprender un calentador 3 alargado y sustancialmente cilíndrico y la cámara de calentamiento 4 se localiza circundando a una superficie longitudinal circunferencial del calentador 3. Por lo tanto, la cámara de calentamiento 4 y el material fumable 5 comprenden capas coaxiales circundando al calentador 3. Sin embargo, tal como se pondrá de manifiesto a partir del análisis, posteriormente, alternativamente pueden utilizarse otras formas y configuraciones del calentador 3 y de la cámara de calentamiento 4.
Una carcasa 7 puede contener componentes del aparato 1, tal como la fuente de energía 2 y el calentador 3. Tal como se muestra en la figura 1, la carcasa 7 puede comprender un tubo aproximadamente cilíndrico en el que la fuente de energía 2 se localiza hacia su primer extremo 8, y el calentador 8 y la cámara de calentamiento 4 se localizan hacia el segundo extremo 9, opuesto. La fuente de energía 2 y el calentador 3 se extienden a lo largo del eje longitudinal de la carcasa 7. Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 1, la fuente de energía 2 y el calentador 3 pueden alinearse a lo largo del eje longitudinal central de la carcasa 7 en disposición extremo con extremo, de manera que una cara terminal de la fuente de energía 2 esté orientada hacia una cara terminal del calentador 3. La longitud de la carcasa 7 puede ser de aproximadamente 130 mm; la longitud de la fuente de energía puede ser de aproximadamente 59 mm y la longitud del calentador 3 y zona de calentamiento 4 puede ser de aproximadamente 50 mm. El diámetro de la carcasa 7 puede ser de entre aproximadamente 15 mm y aproximadamente 18 mm. Por ejemplo, el diámetro del primer extremo 8 de la carcasa puede ser de 18 mm, mientras que el diámetro de la boquilla 6 en el segundo extremo 9 de la carcasa puede ser de 15 mm. El diámetro del calentador 3 puede ser de entre aproximadamente 2,0 mm y aproximadamente 6,0 mm. El diámetro del calentador 3 puede ser, por ejemplo, de entre aproximadamente 4,0 mm y aproximadamente 4,5 mm, o de entre aproximadamente 2,0 mm y aproximadamente 3,0 mm. Alternativamente pueden utilizarse diámetros del calentador que estén fuera de dichos intervalos. La profundidad de la cámara de calentamiento 4 puede ser de aproximadamente 5 mm y la cámara de calentamiento 4 puede presentar un diámetro exterior de aproximadamente 10 mm en su superficie orientada hacia el exterior. El diámetro de la fuente de energía 2 puede ser de entre aproximadamente 14,0 mm y aproximadamente 15,0 mm, tal como de 14,6 mm.
Puede proporcionarse aislamiento térmico entre la fuente de energía 2 y el calentador 3 a fin de evitar la transferencia directa de calor de uno al otro. La boquilla 6 puede localizarse en el segundo extremo 9 de la carcasa 7 en posición contigua a la cámara de calentamiento 4 y al material fumable 5. La carcasa 7 resulta adecuada por ser agarrada por el usuario durante el uso del aparato 1, de manera que el usuario pueda inhalar compuestos del material fumable volatilizados por la boquilla 6 del aparato 1.
En referencia a las figuras 2 y 3, el calentador 3 puede comprender un calentador cerámico 3. El calentador cerámico 3 puede comprender, por ejemplo, una cerámica base de nitruro de aluminio y/o silicio que se lamina y se sinteriza. Alternativamente, en referencia a las figuras 4 y 5, el calentador 3 puede comprender un calentador de infrarrojos (IR) 3, tal como una lámpara de halógenos-IR 3. El calentador de IR 3 puede presentar una masa reducida y, por lo tanto, su uso puede ayudar a reducir la masa total del aparato 1. Por ejemplo, la masa del calentador de IR puede ser 20 % a 30 % inferior a la masa de un calentador cerámico 3 que presenta una salida de potencia de calentamiento equivalente. El calentador de IR 3 también presenta una baja inercia térmica y, por lo tanto, es capaz de calentar el material fumable 5 muy rápidamente en respuesta a un estímulo de activación. El calentador de IR 3 puede configurarse para emitir radiación electromagnética de IR de entre aproximadamente 700 nm y 4,5 pm de longitud de onda.
T al como se ha indicado anteriormente y mostrado en la figura 1, el calentador 3 puede localizarse en una zona central de la carcasa 7, y la cámara de calentamiento 4 y el material fumable 5 pueden localizarse circundando la superficie longitudinal del calentador 3. En esta organización, la energía térmica emitida por el calentador 3 viaja en una dirección radial hacia el exterior desde la superficie longitudinal del calentador 3 hacia el interior de la cámara de calentamiento 4 y el material fumable 5.
El calentador 3 puede comprender opcionalmente una pluralidad de zonas de calentamiento individuales 10. Las zonas de calentamiento 10 pueden ser operables de manera independiente unas de otras de manera que las zonas diferentes 10 pueden activarse en diferentes tiempos para calentar el material fumable 5. Las regiones de calentamiento 10 pueden disponerse en el calentador 3 en cualquier organización geométrica. Sin embargo, en los ejemplos mostrados en las figuras, las zonas de calentamiento 10 se organizan geométricamente en el calentador 3, de manera las diferentes zonas de calentamiento 10 se organizan para calentar predominante e independientemente diferentes zonas del material fumable 5.
Por ejemplo, en referencia a la figura 2, el calentador 3 puede comprender una pluralidad de zonas de calentamiento alineadas axialmente 10. Cada una de las zonas 10 puede comprender un elemento individual del calentador 3. La totalidad de las zonas de calentamiento 10 pueden, por ejemplo, alinearse entre sí a lo largo de un eje longitudinal del calentador 3, proporcionando de esta manera una pluralidad de zonas de calentamiento independientes a lo largo de la longitud del calentador 3. Cada zona de calentamiento 10 puede comprender un cilindro de calentamiento 10 que presenta una longitud finita que es significativamente inferior a la longitud del calentador 3 globalmente. La organización y las características de los cilindros 10 se analizan posteriormente en términos de discos de calentamiento, en donde cada disco presenta una profundidad que es equivalente a la longitud del cilindro. Los discos de calentamiento 10 se organizan con sus superficies radiales enfrentadas a lo largo de la longitud del calentador 3. Las superficies radiales de cada disco 10 pueden contactar las superficies radiales de sus discos vecinos 10. Alternativamente, puede encontrarse presente una capa aislante del calor o reflectante del calor entre las superficies radiales de los discos 10, de manera que la energía térmica emitida a partir de cada uno de los discos 10 no calienta sustancialmente los discos vecinos 10 y, por el contrario, viaja predominantemente hacia el exterior desde la superficie circunferencial del disco 10 hacia el interior de la cámara de calentamiento 4 y el material fumable 5. Cada disco 10 puede presentar sustancialmente las mismas dimensiones que los otros discos 10.
De esta manera, al activar una zona particular de las zonas de calentamiento 10, suministra energía térmica al material fumable 5 situado radialmente en torno a la zona de calentamiento 10 sin calentar sustancialmente el resto del material fumable 5. Por ejemplo, en referencia a la figura 2, la zona caliente de material fumable 5 puede comprender un anillo de material fumable 5 localizado circundando al disco de calentamiento 10 que ha sido activado. Por lo tanto, el material fumable 5 puede calentarse en secciones independientes, por ejemplo anillos, en donde cada sección corresponde a material fumable 5 localizado directamente en torno a una zona particular de las zonas de calentamiento 10 y presenta una masa y volumen que son significativamente inferiores al cuerpo de material fumable 5 globalmente.
Adicional o alternativamente, en referencia a la figura 6, el calentador 3 puede comprender una pluralidad de zonas de calentamiento 10 alargadas que se extienden longitudinalmente, localizadas en diferentes localizaciones en torno al eje longitudinal central del calentador 3. Aunque se muestran como si presentasen diferentes longitudes en la figura 6, las zonas de calentamiento 10 que se extienden longitudinalmente, pueden ser de sustancialmente la misma longitud, de manera que cada una se extienda sustancialmente a lo largo de toda la longitud del calentador 3. Cada zona de calentamiento 10 puede comprender, por ejemplo, un elemento de calentamiento 10 por IR individual, tal como un filamento de calentamiento de IR 10. Opcionalmente, puede proporcionarse un cuerpo de material aislante del calor o reflectante del calor, a lo largo del eje longitudinal central del calentador 3, de manera que la energía térmica emitida por cada zona de calentamiento 10 viaja predominantemente hacia el exterior del calentador 3 hacia el interior de la cámara de calentamiento 4 y, de esta manera, calienta el material fumable 5. La distancia entre el eje longitudinal central del calentador 3 y cada una de las zonas de calentamiento 10 puede ser sustancialmente igual. Las zonas de calentamiento 10 puede contener opcionalmente en un tubo sustancialmente transparente a infrarrojos y/o al calor, u otra carcasa, que forma una superficie longitudinal del calentador 3. Las zonas de calentamiento 10 pueden presentar una posición fija respecto a las demás zonas de calentamiento 10 dentro del tubo.
De esta manera, al activar una zona particular de las zonas de calentamiento 10, suministra energía térmica al material fumable 5 situado contiguamente a la zona de calentamiento 10 sin calentar sustancialmente el resto del material fumable 5. La selección sometida a calentamiento del material fumable 5 puede comprender una zona longitudinal de material fumable 5 que se encuentra en paralelo y es directamente contigua a la zona de calentamiento longitudinal 10. Por lo tanto, tal como con el ejemplo anterior, el material fumable 5 puede calentarse en zonas independientes.
Tal como se describirá en mayor detalle posteriormente, cada una de las zonas de calentamiento 10 puede activarse individual y selectivamente.
El material fumable 5 puede estar comprendido en un cartucho 11 que puede insertarse en la cámara de calentamiento 4. Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 1, el cartucho 11 puede comprender un tubo 11 de material fumable que puede insertarse en torno al calentador 3, de manera que la superficie interna del tubo 11 de material fumable se encuentre enfrentada a la superficie longitudinal del calentador 3. El tubo 11 de material fumable puede ser hueco. El diámetro del centro hueco del tubo 11 puede ser sustancialmente igual, o ligeramente superior, al diámetro del calentador 3 de manera que el tubo 11 encaja estrechamente en torno al calentador 3. La longitud del cartucho 11 puede ser aproximadamente igual a la longitud del calentador 3, de manera que el calentador 3 puede calentar el cartucho 11 a lo largo de toda su longitud.
La carcasa 7 del aparato 1 puede comprender una abertura por la que puede insertarse el cartucho 11 en la cámara de calentamiento 4. La abertura puede comprender, por ejemplo, una abertura en forma de anillo situada en el segundo extremo 9 de la carcasa, de manera que el cartucho 11 pueda deslizarse en el interior de la abertura y empujarse directamente hasta el interior de la cámara de calentamiento 4. La abertura preferentemente se cierra durante el uso del aparato 1 para calentar el material fumable 5. Alternativamente, una sección de la carcasa 7 en el segundo extremo 9 es extraíble del aparato 1, de manera que el material fumable 5 puede insertarse en la cámara de calentamiento 4. Un ejemplo de lo anterior se muestra en la figura 9. El aparato 1 opcionalmente puede estar dotado de una unidad de eyección de material fumable operable por el usuario, tal como un mecanismo interno configurado para deslizar el material fumable 5 consumido hacia el exterior y/o alejándolo del calentador 3. El material fumable consumido 5 puede, por ejemplo, empujarse nuevamente a través de la abertura en la carcasa 7. A continuación, puede insertarse un nuevo cartucho 11 según se requiera.
En una configuración alternativa de calentador 3, el calentador 3 comprende un calentador en forma de espiral 3. El calentador en forma de espiral 3 puede configurarse para enroscarse en el cartucho 11 de material fumable y puede comprender zonas de calentamiento alineadas axialmente contiguas 10, de manera que se opere de sustancialmente el mismo modo que el descrito para el calentador alargado lineal 3 descrito anteriormente.
En una configuración alternativa del calentador 3 y la cámara de calentamiento 4, el calentador 3 comprende un tubo sustancialmente alargado, que puede ser cilíndrico, y la cámara de calentamiento 4 está localizada dentro del tubo 3 en lugar de circundando exteriormente al calentador. El calentador 3 puede comprender una pluralidad de secciones de calentamiento alineadas axialmente, cada una de las cuales puede comprender un anillo de calentamiento configurado para calentar material fumable 5 localizado radialmente hacia el interior respecto al anillo. De esta manera, el calentador 3 está configurado para calentar de manera independiente secciones separadas de material fumable 5 en la cámara de calentamiento 4 de una manera similar al calentador 3 descrito anteriormente en relación a la figura 2. El calor se aplica radialmente hacia el interior al material fumable 5, en lugar de radialmente hacia el exterior, tal como se ha descrito anteriormente. Un ejemplo se muestra en la figura 21.
Alternativamente, en referencia a las figuras 7, 8 y 9, puede utilizare una configuración geométrica diferente de calentador 3 y material fumable 5. Más particularmente, el calentador 3 puede comprender una pluralidad de zonas de calentamiento 10 que se extienden directamente hacia el interior de una cámara de calentamiento alargada 4, que está dividida en secciones por las zonas de calentamiento 10. Durante el uso, las zonas de calentamiento 10 se extienden directamente hacia el interior de un cartucho de material fumable alargado 11 u otro cuerpo sustancialmente sólido de material fumable 5. El material fumable 5 en la cámara de calentamiento 4, de esta manera, s divide en secciones discretas separadas entre sí por las zonas de calentamiento espaciadas 10. El calentador 3, la cámara de calentamiento 4 y el material fumable 5 pueden extenderse conjuntamente a lo largo de un eje longitudinal central de la carcasa 7. Tal como se muestra en las figuras 7 y 9, cada una de las zonas de calentamiento 10 puede comprender un saliente 10, tal como una placa de calentamiento vertical 10 que se extienda hacia el interior del cuerpo de material fumable 5. Los salientes 10 se analizan posteriormente en el contexto de placas de calentamiento 10. El plano principal de las placas de calentamiento 10 pueden ser sustancialmente perpendiculares al eje longitudinal principal del cuerpo de material fumable 5 y la cámara de calentamiento 4 y/o carcasa 7. Las placas de calentamiento 10 pueden ser paralelas entre sí, tal como se muestra en las figuras 7 y 9. Cada sección de material fumable 5 está unido por una superficie de calentamiento principal de un par de placas de calentamiento 10 situadas en cada cara de la sección de material fumable, de manera que la activación de una o ambas placas de calentamiento 10 causará que la energía térmica se transfiera directamente hacia el interior del material fumable 5. Las superficies de calentamiento pueden grabarse para incrementar la superficie de la placa de calentamiento 10 frente al material fumable 5. Opcionalmente, cada placa de calentamiento 10 puede comprender una capa térmicamente reflectante que divide la placa 10 en dos mitades a lo largo de su plano principal. De esta manera, cada mitad de la placa 10 constituye una zona de calentamiento 10 separada y puede activarse independientemente para calentar únicamente la sección de material fumable 5 que se encuentra directamente contra esa mitad de la placa 10 en lugar del material fumable 5 en ambas caras de la placa 10. Pueden activarse placas contiguas 10, o las partes encaradas de las mismas, para calentar una sección de material fumable 5, que se localiza entre las placas contiguas, desde caras sustancialmente opuestas de la sección de material fumable 5.
El cartucho o cuerpo 11 de material fumable alargado puede instalarse, y extraerse, entre la cámara de calentamiento 4 y placas de calentamiento 10, mediante la extracción de una sección de la carcasa 7 en el segundo extremo 9 de la carcasa, tal como se ha indicado anteriormente. Las zonas de calentamiento 10 pueden activarse individual y selectivamente para calentar diferentes secciones del material fumable 5, según se requiera.
De esta manera, al activar una zona, o un par de zonas, particular de las zonas de calentamiento 10, suministra o suministran energía térmica al material fumable 5 situado en posición directamente contigua a la zona o zonas de calentamiento 10 sin calentar sustancialmente el resto del material fumable 5. La sección sometida a calentamiento del material fumable 5 puede comprender una sección radial de material fumable 5 situada entre las zonas de calentamiento 10, tal como se muestra en las figuras 7 y 9.
El aparato 1 puede comprender un controlador 12, tal como un microcontrolador 12, que esté configurado para controlar el funcionamiento del aparato 1. El controlador 12 está conectado electrónicamente a los demás componentes del aparato 1, tal como la fuente de energía 2 y el calentador 3, de manera que puede controlar su funcionamiento mediante el envío y recepción de señales. El controlador 12 está configurado, en particular, para controlar la activación del calentador 3 para calentar el material fumable 5. Por ejemplo, el controlador 12 puede configurarse para activar el calentador 3, que puede comprender la activación selectiva de una o más zonas de calentamiento 10 en respuesta a la aspiración por un usuario por la boquilla 6 del aparato 1. A este respecto, el controlador 12 puede encontrare en comunicación con un sensor de fumado 13 mediante un acoplamiento comunicativo adecuado. El sensor de fumado 13 está configurado para detectar cuándo se produce un acto de fumado en la boquilla 6 y, en respuesta, está configurado para enviar una señal al controlador 12 indicativa del fumado. Puede utilizarse una señal electrónica. El controlador 12 puede responder a la señal del sensor de fumador 13 mediante la activación del calentador 3 y, de esta manera, calentar el material fumable 5. La utilización de un sensor de fumado 13 para activar el calentador 3 no resulta, sin embargo, esencial, y alternativamente pueden utilizarse otros medios para proporcionar un estímulo para activar el calentador 3. Por ejemplo, el controlador 13 puede activar el calentador 3 en respuesta a otro tipo de estímulo de activación, tal como el accionamiento de un accionador operable por el usuario. Los compuestos volatilizados que se liberan durante el calentamiento seguidamente pueden ser inhalados por el usuario por la boquilla 6. El controlador 12 puede localizarse en cualquier posición adecuada dentro de la carcasa 7. Una posición de ejemplo es entre la fuente de energía 2 y el calentador 3/cámara de calentamiento 4, tal como se ilustra en la figura 3.
En el caso de que el calentador 3 comprenda dos o más zonas de calentamiento 10, tal como se ha indicado anteriormente, el controlador 12 puede configurarse para activar las zonas de calentamiento 10 en un orden o patrón predeterminado. Por ejemplo, el controlador 12 puede configurarse para activar las zonas de calentamiento 10 secuencialmente a lo largo, o en torno a la cámara de calentamiento 4. Cada activación de una zona de calentamiento 10 puede ser en respuesta a la detección de una calada por el sensor de caladas 13 o puede resultar inducida de una manera alternativa, tal como se indica en más detalle posteriormente.
En referencia a la figura 10, un método de calentamiento ejemplar puede comprender una primera etapa S1 en la que se detecta un estímulo de activación, tal como una primera calada, seguido de una segunda etapa S2 en la que se calienta una primera sección de material fumable 5 en respuesta a la primera calada u otro estímulo de activación. En una tercera etapa S3, pueden abrirse válvulas de entrada y salida herméticamente sellables 24 para permitir la aspiración de aire a través de la cámara de calentamiento 4 y hacia el exterior del aparato 1 por la boquilla 6. En una cuarta etapa, se cierran las válvulas 24. Dichas válvulas 24 se describen en mayor detalle posteriormente con respecto a la figura 20. En la quinta, sexta, séptima y octava etapas (S5, S6, S7 y S8), puede calentarse una segunda sección de material fumable 5 en respuesta a un segundo estímulo de activación, tal como una segunda calada, con la abertura y cierre correspondientes de las válvulas de entrada y salida 24 de la cámara de calentamiento. En la novena, décima, undécima y duodécima etapas (S9, S10, S11 y S12), puede calentarse una tercera sección de material fumable 5 en respuesta a un tercer estímulo de activación, tal como una tercera calada, con la abertura y cierre correspondientes de las válvulas de entrada y salida 24 de la cámara de calentamiento, y de esta manera, sucesivamente. Tal como se ha indicado anteriormente, podrían utilizarse alternativamente medios diferentes a un sensor 13 de caladas. Por ejemplo, un usuario del aparato 1 puede accionar un interruptor de control para indicar que el usuario está tomando una nueva calada. De esta manera, puede calentarse una nueva sección de material fumable 5 para volatilizar la nicotina y compuestos aromáticos para cada nueva calada. El número de zonas de calentamiento 10 y/o secciones independientemente calentables de material fumable 5 puede corresponderse al número de caladas para las que está previsto el cartucho 11. Alternativamente, cada sección de material fumable 5 calentable independientemente puede resultar calentada por una o más zonas de calentamiento 10 para una pluralidad de caladas, tal como dos, tres o cuatro caladas, de manera que se caliente una nueva sección de material fumable 5 solo después de tomar una pluralidad de caladas mientras se calienta simultáneamente la sección anterior de material fumable.
En lugar de activar cada zona de calentamiento 10 en respuesta a una calada individual, las zonas de calentamiento 10 alternativamente pueden activarse secuencialmente, una después de otra, en respuesta a una única calada inicial en la boquilla 6. Por ejemplo, las zonas de calentamiento 10 pueden activarse a intervalos predeterminados periódicos durante el periodo de inhalación esperado para un cartucho particular 11 de material fumable. El periodo de inhalación puede ser, por ejemplo, de entre aproximadamente uno y aproximadamente cuatro minutos. Por lo tanto, por lo menos la quinta y novena etapas (S5 y S9), mostradas en la figura 10, son opcionales. Cada zona de calentamiento 10 puede activarse durante un periodo predeterminado correspondiente a la duración de la calada individual o pluralidad de caladas para las que está previsto el calentamiento de la sección de material fumable 5 independientemente calentable correspondiente. Una vez todas las zonas de calentamiento 10 han sido activadas para un cartucho particular 11, el controlador 12 puede configurarse para indicar al usuario que debería cambiarse el cartucho 11. El controlador 12 puede activar, por ejemplo, una luz indicadora en la superficie externa de la carcasa 7.
Se apreciará que la activación de zonas de calentamiento 10 individuales en orden en lugar de activar todo el calentador 3 implica que la energía requerida para calentar el material fumable 5 se reduce respecto a la requerida si se activase el calentador 3 totalmente durante todo el periodo de inhalación de un cartucho 11. Por lo tanto, también se reduce la salida de potencia máxima requerida de la fuente de energía 2. Lo anterior significa que puede instalarse en el aparato 1 una fuente de energía 2 más pequeña y más ligera.
El controlador 12 puede configurarse para desactivar el calentador 3 o reducir la potencia que se suministra al calentador 3 entre caladas. Lo anterior ahorra energía y amplía la vida de la fuente de energía 2. Por ejemplo, al activar el usuario el aparato 1, o en respuesta a algún otro estímulo, tal como la detección de un usuario que se pone la boquilla 6 en la boca, el controlador 12 puede configurarse para causar que el calentador 3 o siguiente zona de calentamiento 10 que vaya a utilizarse caliente el material fumable 5, para que se active parcialmente de modo que se caliente en preparación para volatilizar componentes del material fumable 5. La activación parcial no calienta el material fumable 5 hasta una temperatura suficiente para volatilizar la nicotina. Una temperatura adecuada podría ser inferior a 120 °C, tal como 100 °C o inferior. Un ejemplo es una temperatura de entre 60 °C y 100 °C, tal como una temperatura de entre 80 °C y 100 °C. La temperatura puede ser inferior a 100 °C. En respuesta a la detección de una calada por el sensor de caladas 13, el controlador 12 a continuación puede causar que el calentador 3 o la zona de calentamiento 10 en cuestión caliente el material fumable 5 adicionalmente con el fin de volatilizar rápidamente la nicotina y otros compuestos aromáticos para la inhalación por el usuario. En el caso de que el material fumable 5 comprenda tabaco, una temperatura adecuada para volatilizar la nicotina y otros compuestos aromáticos puede ser de 100 °C o superior, tal como de 120 °C o superior. Un ejemplo es una temperatura de entre 100 °C y 250 °C, tal como de entre 100 °C y 220 °C, de entre 100 °C y 200 °C, de entre 150 °C y 250 °C, o de entre 130 °C y 180 °C. La temperatura puede ser superior a 100 °C. Una temperatura ejemplar de activación total es de 150 °C, aunque también son posibles otros valores, tales como 250 °C. Puede utilizarse opcionalmente un supercondensador para proporcionar la corriente pico utilizada para calentar el material fumable 5 hasta la temperatura de volatilización. Se muestra en la figura 12 un ejemplo de un patrón de calentamiento adecuado, en el que los picos pueden representar respectivamente la activación total de diferentes zonas de calentamiento 10. Tal como puede observarse, se mantiene el material fumable 5 a la temperatura de volatilización durante el periodo aproximado de la calada, que es, en el presente ejemplo, de dos segundos.
A continuación, se describen tres modos operativos de ejemplo del calentador 3.
En un primer modo operativo, durante la activación total de una zona de calentamiento particular 10, se desactivan todas las demás zonas de calentamiento 10 del calentador. Por lo tanto, al activar una nueva zona de calentamiento 10, se desactiva la zona de calentamiento anterior. Se suministra energía solo a la región activada 10.
Alternativamente, en un segundo modo operativo, durante la activación total de una zona de calentamiento particular 10, puede activarse parcialmente una o más de las demás zonas de calentamiento 10. La activación parcial de la otra u otras zonas de calentamiento 10 puede comprender calentar la otra u otras regiones de calentamiento 10 hasta una temperatura que resulta suficiente para evitar sustancialmente la condensación de componentes, tales como la nicotina volatilizada a partir del material fumable 5 en la cámara de calentamiento 4. La temperatura de las zonas de calentamiento 10 que se activan parcialmente es inferior a la temperatura de la zona de calentamiento 10 que está totalmente activada. El material fumable 10 situado en contigüidad a las zonas parcialmente activadas 10 no se calienta hasta una temperatura suficiente para volatilizar componentes del material fumable 5.
Alternativamente, en un tercer modo operativo, una vez se ha activado una zona de calentamiento particular 10, se mantiene totalmente activada hasta que se apaga el calentador 3. Por lo tanto, la energía suministrada al calentador 3 se incrementa gradualmente a medida que se activan más zonas de calentamiento 10 durante la inhalación a partir del cartucho 11. Tal como con el segundo modo descrito anteriormente, la activación continua de las zonas de calentamiento 10 evita sustancialmente la condensación de componentes, tales como la nicotina volatilizada a partir del material fumable 5 en la cámara de calentamiento 4.
El aparato 1 puede comprender un escudo térmico 3a, que se localiza entre el calentador 3 y la cámara de calentamiento 4/material fumable 5. El escudo térmico 3a está configurado para evitar sustancialmente que la energía térmica fluya a través del escudo térmico 3a y, por lo tanto, puede utilizarse para evitar selectivamente que el material fumable 5 se caliente incluso cuando está activado el calentador 3 y está emitiendo energía térmica. En referencia a la figura 19, el escudo térmico 3a puede comprender, por ejemplo, una capa cilíndrica de material reflectante del calor que se localiza coaxialmente en torno al calentador 3. Alternativamente, en el caso de que el calentador 3 se localice en torno a la cámara de calentamiento 4 y material fumable 5, tal como se ha indicado anteriormente, el escudo térmico 3a puede comprender una capa cilíndrica de material reflectante del calor, que se localiza coaxialmente en torno a la cámara de calentamiento 4 y coaxialmente dentro del calentador 3. El escudo térmico 3a puede comprender, adicional o alternativamente, una capa aislante del calor configurada para aislar el calentador 3 respecto del material fumable 5. El escudo térmico 3a comprende una ventana sustancialmente transparente al calor 3b que permite que la energía térmica se propague a través de la ventana 3b y hacia el interior de la cámara de calentamiento 4 y material fumable 5. Por lo tanto, la sección de material fumable 5 que está alineada con la ventana 3b se calienta mientras que el resto del material fumable 5 no se calienta. El escudo térmico 3a y la ventana 3b pueden ser girables, o móviles de otro modo, con respecto al material fumable 5, de manera que pueden calentarse selectiva e individualmente diferentes secciones del material fumable 5 mediante el giro o desplazamiento del escudo térmico 3a y ventana 3b. El efecto es similar al efecto proporcionado mediante la activación selectiva e individual de las zonas de calentamiento 10 a las que se ha hecho referencia anteriormente. Por ejemplo, el escudo térmico 3a y la ventana 3b pueden hacerse girar, o de otro modo, desplazarse gradualmente, en respuesta a una señal procedente del detector de caladas 13. Adicional o alternativamente, el escudo térmico 3a y la ventana 3b pueden hacerse girar, o de otro modo, desplazarse gradualmente, en respuesta a que haya transcurrido un periodo de calentamiento predeterminado. El movimiento o rotación del escudo térmico 3a y ventana 3b puede controlarse mediante señales electrónicas del controlador 12. El giro relativo u otro movimiento del escudo térmico 3a/ventana 3b y material fumable 5 pueden estar accionados por un motor de velocidad gradual 3c bajo el control del controlador 12. Lo anterior se ilustra en la figura 19. Alternativamente, el escudo térmico 3a y ventana 3b pueden hacerse girar manualmente utilizando un control de usuario, tal como un actuador en la carcasa 7. El escudo térmico 3a no es necesario que sea cilíndrico y puede comprender opcionalmente uno o más elementos y/o placas longitudinales situadas convenientemente.
Se apreciará que puede conseguirse un resultado similar mediante el giro o el desplazamiento del material fumable 5 respecto al calentador 3, escudo térmico 3a y ventana 3b. Por ejemplo, la cámara de calentamiento 4 puede ser girable en torno al calentador 3. Si este es el caso, puede aplicarse alternativamente la descripción anteriormente proporcionada relativa al movimiento del escudo térmico 3a en lugar del desplazamiento de la cámara de calentamiento 4 respecto al escudo térmico 3a.
El escudo térmico 3a puede comprender un recubrimiento sobre la superficie longitudinal del calentador 3. En este caso, se deja una zona de la superficie del calentador sin recubrir a fin de formar la ventana transparente al calor 3b. El calentador 3 puede hacerse girar o alternativamente puede desplazarse, por ejemplo bajo el control del controlador 12 o controles del usuario, para causar que se calienten diferentes secciones del material fumable 5. Alternativamente, el escudo térmico 3a y ventana 3b pueden comprender un escudo separado 3a que es girable o alternativamente desplazable respecto tanto al calentador 3 como al material fumable 5, bajo el control del controlador 12 u otros controles de usuario.
En referencia a la figura 6, el aparato 1 puede comprender entradas de aire 14 que permite la aspiración de aire externo hacia el interior de la carcasa 7 y a través del material fumable 5 caliente durante la calada. Las entradas de aire 14 pueden comprender aberturas 14 en la carcasa 7 y pueden localizarse corriente arriba del material fumable 5 y cámara de calentamiento 4 hacia el primer extremo 8 de la carcasa 7. Lo anterior se muestra en la figura 1. Otro ejemplo se muestra en la figura 11. El aire aspirado por las entradas 14 se desplaza a través del material fumable 5 caliente y dentro de este resulta enriquecido en vapores del material fumable, tales como vapores aromáticos, antes de ser inhalados por el usuario en la boquilla 6. Opcionalmente, tal como se muestra en la figura 11, el aparato 1 puede comprender un intercambiador de calor 15 configurado para calentar el aire antes de que entre en el material fumable 5 y/o enfríe el aire antes de ser aspirado por la boquilla 6. Por ejemplo, el intercambiador de calor 15 puede configurarse para utilizar el calor extraído del aire que entra en la boquilla 6 para calentar aire nuevo antes de que entre en el material fumable 5.
El aparato 1 puede comprender un compresor 16 de material fumable configurado para causar que el material fumable 5 se comprima con la activación del compresor 16. El aparato 1 puede comprender, además, un expansor 17 de material fumable configurado para causar que el material fumable 5 se expanda con la activación del expansor 16. El compresor 16 y el expansor 17 pueden implementarse, en la práctica, como una única unidad, tal como se explicará posteriormente. El compresor 16 y expansor 17 del material fumable pueden funcionar opcionalmente bajo el control del controlador 12. En este caso, el controlador 12 está configurado para enviar una señal, tal como una señal eléctrica, al compresor 16 o expansor 17, lo que causa que el compresor 16 o el expansor 17 comprima o expanda, respectivamente, el material fumable 5. Alternativamente, el compresor 16 y el expansor 17 pueden ser accionados por un usuario del aparato 1 utilizando un control manual en la carcasa 7 para comprimir o expandir el material fumable 5 según se requiera.
El compresor 16 está configurado principalmente para comprimir el material fumable 5 e incrementar, de esta manera, su densidad durante el calentamiento. La compresión del material fumable incrementa la conductividad térmica del cuerpo de material fumable 5 y, por lo tanto, proporciona un calentamiento más rápido y la consecuente volatilización rápida de la nicotina y otros compuestos aromáticos. Lo anterior resulta preferente debido a que permite que la nicotina y los compuestos aromáticos sean inhalados por el usuario sin retardo sustancial en la respuesta a la detección de una calada. Por lo tanto, el controlador 12 puede activar el compresor 16 para comprimir el material fumable 5 durante un periodo de calentamiento predeterminado, por ejemplo, un segundo, en respuesta a la detección de una calada. El compresor 16 puede configurarse para reducir su compresión del material fumable 5, por ejemplo bajo el control del controlador 12 después del periodo de calentamiento predeterminado. Alternativamente, la compresión puede reducirse o finalizarse automáticamente en respuesta a que el material fumable 5 alcance una temperatura umbral predeterminada. Una temperatura umbral adecuada puede estar comprendida en el intervalo de entre aproximadamente 100 °C y 250 °C, tal como de entre 100 °C y 220 °C, de entre 150 °C y 250 °C, de entre 100 °C y 200 °C o de entre 130 °C y 180 °C. La temperatura umbral puede ser superior a 100 °C, tal como un valor superior a 120 °C y puede ser seleccionable por el usuario. Puede utilizarse un sensor de temperatura para detectar la temperatura del material fumable 5.
El expansor 17 está configurado principalmente para expandir el material fumable 5 y reducir, de esta manera, su densidad durante la calada. La disposición de material fumable 5 en la cámara de calentamiento 4 se vuelve más suelta una vez el material fumable 5 se ha expandido, y ello ayuda al flujo de gases, por ejemplo aire, desde las entradas 14 a través del material fumable 5. Por lo tanto, el aire es más capaz de transportar la nicotina volatilizada y compuestos aromáticos hasta la boquilla 6 para la inhalación. El controlador 12 puede activar el expansor 17 para expandir el material fumable 5 inmediatamente después del periodo de compresión al que se ha hecho referencia anteriormente, de manera que puede aspirarse aire más libremente a través del material fumable 5. El accionamiento del expansor 17 puede venir acompañado de un sonido audible por el usuario u otra indicación que indique al usuario que el material fumable 5 se ha calentado y que puede iniciarse el fumado.
En referencia a las figuras 13 y 14, el compresor 16 y el expansor 17 pueden comprimir una barra motriz accionada por un muelle, que está configurada para comprimir el material fumable 5 en la cámara de calentamiento 4 cuando se libera la compresión del muelle. Lo anterior se ilustra esquemáticamente en las figuras 13 y 14, aunque se apreciará que podrían utilizarse otras implementaciones. Por ejemplo, el compresor 16 puede comprender un anillo, con un grosor aproximadamente igual a la cámara de calentamiento de forma tubular 4 descrita anteriormente, que está accionada por un muelle u otros medios hacia el interior de la cámara de calentamiento 4 para comprimir el material fumable 5. Alternativamente, el compresor 16 puede estar comprendido como parte del calentador 3, de manera que el calentador 3 mismo esté configurado para comprimir y expandir el material fumable 5 bajo el control del controlador 12. Por ejemplo, en el caso de que el calentador 3 comprenda placas de calentamiento verticales 10 del tipo descrito anteriormente, las placas 10 pueden ser independientemente móviles en una dirección longitudinal del calentador 3 para expandir o comprimir las secciones de material fumable 5 que están situadas en posición contigua a ellas. En la figura 15 se muestra un método de compresión y expansión del material fumable 5.
Se proporciona aislamiento térmico 18 entre el material fumable 5 y la superficie externa 16 de la carcasa 7 para reducir las pérdidas de calor del aparato 1 y mejorar, por lo tanto, la eficiencia con la que se calienta el material fumable 5. Por ejemplo, en referencia a la figura 1, una pared de la carcasa 7 puede comprender una capa de aislamiento 18 que se extiende circundando el exterior de la cámara de calentamiento 4. La capa de aislamiento 18 puede comprender una longitud sustancialmente tubular de aislamiento 18 situado coxialmente en torno a la cámara de calentamiento 4 y material fumable 5. Lo anterior se muestra en la figura 1. Otro ejemplo se muestra en la figura 21. Se apreciará que el aislamiento 18 también podría estar comprendido como parte del cartucho 11 de material fumable, en el que estaría situado coxialmente en torno al exterior del material fumable 5.
En referencia a la figura 16, el aislamiento 18 comprende un aislamiento de vacío 18. Por ejemplo, el aislamiento 18 puede comprender una capa que está limitada por un material 19 de las paredes, tal como un material metálico. Una zona interna o núcleo 20 del aislamiento 18 puede comprender un material poroso de celda abierta, por ejemplo que comprenda polímeros, aerosoles u otro material adecuado, que es evacuado a una presión baja. La presión en la zona interna 20 puede encontrarse comprendida en el intervalo de entre 0,1 y 0,001 mbar. Las paredes 19 del aislamiento 18 son suficientemente fuertes para resistir la fuerza ejercida contra ellas debido al diferencial de presión entre el núcleo 20 y las superficies externas de las paredes 19, evitando de esta manera que el aislamiento 18 colapse. Las paredes 19 pueden comprender, por ejemplo, una pared de acero inoxidable 19 con un grosor aproximado de 100 pm. La conductividad térmica del aislamiento 18 puede estar comprendida en el intervalo de entre 0,004 y 0,005 W/mK. El coeficiente de transferencia térmica del aislamiento 18 puede estar comprendido en el intervalo de entre aproximadamente 1,10 W/m2K y aproximadamente 1,40 W/m2K, dentro de un intervalo de temperatura de entre 100 °C y 250 °C, tal como de entre aproximadamente 150 grados centígrados y aproximadamente 250 grados centígrados. La conductividad de los gases del aislamiento 18 es despreciable. Puede aplicarse un recubrimiento reflectante en las superficies interna del material 19 de las paredes a fin de minimizar las pérdidas de calor debido a la radiación que se propaga a través del aislamiento 18. El recubrimiento puede comprender, por ejemplo, un recubrimiento reflectante de IR de aluminio con un grosor de entre aproximadamente 0,3 pm y 1,0 pm. El estado evacuado de la zona de núcleo interna 20 significa que el aislamiento 18 funciona incluso cuando el grosor de la zona de núcleo 20 es muy pequeño. Las propiedades aislantes no resultan afectadas sustancialmente por su grosor. Lo anterior ayuda a reducir el tamaño global del aparato 1.
Tal como se muestra en la figura 17, las paredes 19 pueden comprender una sección orientada hacia adentro 21 y una sección orientada hacia afuera 22. La sección orientada hacia adentro 21 se encuentra sustancialmente enfrentada al material fumable 5 y a la cámara de calentamiento 4. La sección orientada hacia afuera 22 se encuentra sustancialmente orientada hacia el exterior de la carcasa 7. Durante el funcionamiento del aparato 1, la sección orientada hacia adentro 21 puede estar más caliente debido a la energía térmica originada en el calentador 3, mientras que la sección orientada hacia el exterior 22 está más fría debido al efecto del aislamiento 18. La sección orientada hacia adentro 21 y la sección orientada hacia el exterior 22 pueden comprender, por ejemplo, paredes sustancialmente paralelas que se extienden longitudinalmente 19 y que son por lo menos tan largas como el calentador 3. La superficie interna de la sección 22 de pared orientada hacia el exterior, es decir, la superficie enfrentada la zona de núcleo evacuada 20, puede comprender un recubrimiento para absorber el gas en el núcleo 20. Un recubrimiento adecuado es una película de óxido de titanio.
El aislamiento térmico 18 puede comprender aislamiento de vacío hiperprofundo, tal como una barrera térmica conformada al vacío Insulon® tal como la descrita en el documento n.° US 7,374,063. El grosor total de dicho aislamiento 18 puede ser extremadamente pequeño. Un grosor ejemplar es de entre aproximadamente 1 mm y aproximadamente 1 pm, tal como de aproximadamente 0,1 mm, aunque también son posibles otros grosores más grandes o más pequeños. Las propiedades de aislamiento térmico del aislamiento 18 no resultan sustancialmente afectadas por su grosor y, por lo tanto, puede utilizarse un aislamiento delgado 18 sin ninguna pérdida adicional sustancial de calor del aparato 1. El grosor muy pequeño del aislamiento térmico 18 podría permitir reducir el tamaño global de carcasa 7 y aparato 1 más allá de los tamaños anteriormente comentados y podría permitir que el grosor, por ejemplo el diámetro, del aparato 1, sea aproximadamente igual al de artículos para fumar, tales como cigarros, puros y cigarrillos. El peso del aparato 1 también puede reducirse, proporcionando beneficios similares a las reducciones de tamaño comentadas anteriormente.
Aunque el aislamiento térmico 18 indicado anteriormente puede comprender un material absorbente de gases para mantener o ayudar con la creación del vacío en la zona de núcleo 20, no se utiliza un material absorbente de gases en el aislamiento de vacío profundo 18. La ausencia del material absorbente de gases ayuda a mantener un grosor muy reducido del aislamiento 18 y, de esta manera, ayuda a reducir el tamaño global del aparato 1.
La geometría del aislamiento hiperprofundo 18 permite que el vacío en el aislamiento sea más profundo que el vacío utilizado para extraer moléculas de la zona de núcleo 20 del aislamiento 18 durante la fabricación. Por ejemplo, el vacío profundo dentro del aislamiento 18 puede ser más profundo que en la cámara de vacío-horno en la que se crea. El vacío en el interior del aislamiento 18 puede ser, por ejemplo, del orden de 10-7 Torr. En referencia a la figura 2, un extremo de la zona de núcleo 20 del aislamiento de vacío profundo 18 puede estrecharse gradualmente a medida que la sección orientada hacia el exterior 22 y la sección orientada hacia el interior 21 convergen en una salida 25 por la que puede evacuarse el gas en la zona de núcleo 20 para crear un vacío profundo durante la fabricación del aislamiento 18. La figura 22 ilustra la sección orientada hacia el exterior 22 convergiendo hacia la sección orientada hacia el interior 21, aunque alternativamente podría utilizarse una disposición inversa, en la que la sección orientada hacia el interior 21 converja hacia la sección orientada hacia el exterior 22. El extremo convergente de las paredes aislantes 19 está configurado para guiar las moléculas de gas en la zona de núcleo 20 hacia el exterior por la salida 25, creando de esta manera un vacío profundo en el núcleo 20. La salida 25 es sellable de manera que se mantenga un vacío profundo en la zona de núcleo 20 después de la evacuación de la zona 20. La salida 25 puede sellarse, por ejemplo, mediante la creación de un sello por soldadura fuerte en la salida 25 mediante el calentamiento de material de soldadura fuerte en la salida 25 después de evacuar el gas del núcleo 20. Podrían utilizarse técnicas alternativas de sellado.
Con el fin de evacuar la zona de núcleo 20, el aislamiento 18 puede situarse en un medio a baja presión, sustancialmente evacuado, tal como una cámara de horno de vacío, de manera que las moléculas de gas en la zona de núcleo 20 fluyan hacia el interior del medio a baja presión en el exterior del aislamiento 18. Cuando la presión dentro de la zona de núcleo 20 llegue a un nivel bajo, la geometría cónica de la zona de núcleo 20 y en particular las secciones convergentes 21, 21 a las que se ha hecho referencia anteriormente, empezará a influir en la guía de las moléculas de gas remanentes hacia el exterior del núcleo 20 a través de la salida 25. Específicamente, en el caso de que la presión de gas en la zona de núcleo 20 sea baja, el efecto de guiado de las secciones convergentes orientada hacia adentro y hacia afuera 21, 22 resulta eficaz para canalizar las moléculas de gas remanentes en el interior del núcleo 20 hacia la salida 25 e hacer que la probabilidad de que el gas salga del núcleo 20 sea superior a la probabilidad de que el gas entre en el núcleo 20 desde el medio externo de baja presión. De esta manera, la geometría del núcleo 20 permite reducir la presión dentro del núcleo 20 hasta un nivel inferior a la presión del medio fuera del aislamiento 18.
Opcionalmente, tal como se ha indicado anteriormente, pueden encontrarse presentes uno o más recubrimientos de baja emisividad sobre las superficies internas de las secciones orientadas hacia el interior y orientadas hacia el exterior 21, 22 de las paredes 19 con el fin de impedir sustancialmente las pérdidas de calor por radiación.
Aunque la forma del aislamiento 18 se describe de manera general en la presente memoria como sustancialmente cilíndrica o similar, el aislamiento térmico 18 podría presentar otra forma, por ejemplo con el fin de adaptarse y aislar una configuración diferente del aparato 1, tal como diferentes formas y tamaños de la cámara de calentamiento 4, calentador 3, carcasa 7 o fuente de energía 2. Por ejemplo, el tamaño y la forma del aislamiento de vacío profundo 18, tal como la barrera térmica conformada al vacío Insulon® a la que se ha hecho referencia anteriormente está sustancialmente no limitada por su procedimiento de fabricación. Entre los materiales adecuados para formar la estructura convergente descrita anteriormente se incluye cerámica, metales, metaloides y combinaciones de los mismos.
En referencia a la ilustración esquemática en la figura 17, un puente térmico 23 podría conectar la sección 21 de pared orientada hacia el interior con la sección 22 de pared orientada hacia el exterior en uno o más bordes del aislamiento 18 con el fin de abarcar y contener el núcleo a baja presión 20. El puente térmico 23 puede comprender una pared 19 formada del mismo material que las secciones orientadas hacia el interior y hacia el exterior 21, 22. Un material adecuado es el acero inoxidable, tal como se ha comentado anteriormente. El puente térmico 23 presenta una conductividad térmica mayor que el núcleo aislante 20 y, por lo tanto, podría conducir no deseablemente calor hacia el exterior del aparato 1 y, al hacerlo, reducir la eficiencia con la que se calienta el material fumable 5.
Con el fin de reducir las pérdidas de calor debidas al puente térmico 23, el puente térmico 23 puede extenderse para incrementar su resistencia al flujo de calor desde la sección orientada hacia adentro 21 hacia la sección orientada hacia afuera 22. Lo anterior se ilustra esquemáticamente en la figura 18. Por ejemplo, el puente térmico 23 puede seguir un camino indirecto entre la sección orientada hacia el interior 21 de la pared y la sección orientada hacia el exterior 22 de la pared 19. Lo anterior se puede facilitar mediante la provisión del aislamiento 18 en una distancia longitudinal que sea más larga que las longitudes del calentador 3, la cámara de calentamiento 4 y el material fumable 5, de manera que el puente térmico 23 pueda extenderse gradualmente desde la sección orientada hacia el interior 21 hasta la sección orientada hacia el exterior 22 a lo largo del camino indirecto, reduciendo de esta manera el grosor del núcleo 20 a cero, en una localización longitudinal en la carcasa 7 en la que el calentador 3, la cámara de calentamiento 4 y el material fumable 5 no están presentes.
En referencia a la figura 20, tal como se ha comentado anteriormente, la cámara de calentamiento 4 aislada con el aislamiento 18 puede comprender válvulas de entrada y salida 24 que sellan herméticamente la cámara de calentamiento 4 cuando está cerrada. De esta manera, las válvulas 24 impiden que entre y salga no deseablemente aire de la cámara 4 y puede evitar que los aromas del material fumable salgan de la cámara 4. Las válvulas de entrada y salida 24 pueden proporcionarse, por ejemplo, en el aislamiento 18. Por ejemplo, entre caladas, las válvulas 24 pueden ser cerradas por el controlador 12 de manera que todas las sustancias volatilizadas se mantengan contenidas dentro de la cámara 4 entre caladas. La presión parcial de las sustancias volatilizadas entre caladas alcanza la presión de vapor saturada y, por lo tanto, la cantidad de sustancias evaporadas depende solo de la temperatura dentro de la cámara de calentamiento 4. Ello ayuda a garantizar que la entrega de nicotina volatilizada y compuestos aromáticos se mantenga constante entre caladas. Durante el fumado, el controlador 12 está configurado para abrir las válvulas 24 de manera que pueda fluir aire por la cámara 4 a fin de transportar componentes volatilizados del material fumable hasta la boquilla 6. Puede localizarse una membrana en las válvulas 24 para garantizar que no entra oxígeno en la cámara 4. Las válvulas 24 pueden estar accionadas por la inhalación, de manera que las válvulas 24 se abren en respuesta a la detección de una calada en la boquilla 6. Las válvulas 24 pueden cerrarse en respuesta a la detección de que ha finalizado una calada. Alternativamente, las válvulas 24 pueden cerrarse tras transcurrir un periodo predeterminado después de su apertura. El periodo predeterminado puede ser cronometrado por el controlador 12. Opcionalmente, pueden encontrarse presentes medios de apertura/cierre mecánico u otros adecuados de manera que puedan abrirse y cerrarse automáticamente las válvulas 24. Por ejemplo, el movimiento de gases causada por el fumado del usuario en la boquilla 6 puede utilizarse para abrir y cerrar las válvulas 24. Por lo tanto, el uso del controlador 12 no es necesariamente obligatorio para accionar las válvulas 24.
La masa del material fumable 5 que es calentada por el calentador 3, por ejemplo, por cada zona de calentamiento 10, puede estar comprendida en el intervalo de entre 0,2 y 1,0 g. La temperatura a la que se caliente el material fumable 5 puede ser controlable por el usuario, por ejemplo a cualquier temperatura comprendida en el intervalo de entre 100 °C y 250 °C, tal como cualquier temperatura comprendida en el intervalo de entre 150 °C y 250 °C y los demás intervalos de temperatura de volatilización indicados anteriormente. La masa del aparato 1 globalmente puede encontrarse comprendida en el intervalo de entre 70 y 125 g. Puede utilizarse una batería 2 con una capacidad de entre 1000 y 3000 mAh y un voltaje de 3,7 V. Las zonas de calentamiento 10 pueden configurarse para calentar individual y selectivamente entre aproximadamente 10 y 40 secciones de material fumable 5 para un único cartucho 11.
Se apreciará que pueden utilizarse cualesquiera de las alternativas descritas anteriormente, individualmente o en combinación. Por ejemplo, tal como se ha comentado anteriormente, el calentador 3 puede estar localizado en torno al exterior del material fumable 5, en lugar de que el material fumable 5 se localice en torno al calentador 3. Por lo tanto, el calentador 3 puede circunscribir el material fumable 5 para aplicar calor en el material fumable 5 en una dirección sustancialmente radialmente hacia el interior.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    i.Aparato (1) configurado para calentar un material fumable (5) para volatilizar por lo menos un componente del material fumable (5), en el que el aparato (1) comprende:
    una cámara de calentamiento (4) de material fumable sustancialmente tubular,
    un calentador alimentado eléctricamente (3), configurado para calentar el material fumable (5) en la cámara de calentamiento (4) de material fumable sustancialmente tubular,
    en el que la cámara de calentamiento (4) de material fumable sustancialmente tubular se abre por ambos extremos, en donde la cámara de calentamiento (4) de material fumable sustancialmente tubular está construida y dispuesta para recibir extraíblemente el material fumable (5), que es insertable por el usuario en una cámara de calentamiento (4) de material fumable sustancialmente tubular y extraible a partir de la cámara de calentamiento (4) de material fumable sustancialmente tubular 2 por el usuario después del uso, y
    un aislamiento térmico (18) situado entre la cámara de calentamiento (4) de material fumable sustancialmente tubular y el exterior del aparato para reducir la pérdida de calor del material fumable caliente (5); en el que el aislamiento térmico (18) está situado en torno a la superficie longitudinal de la cámara de calentamiento (4) de material fumable sustancialmente tubular,
    en el que el aparato se caracteriza porque el aislamiento térmico (18) presenta una zona de núcleo (20), que se evacúa hasta una presión inferior a la del exterior del aislamiento térmico (18).
  2. 2. Aparato (1) según la reivindicación 1, en el que el vacío es un vacío profundo.
  3. 3. Aparato (1) según la reivindicación 1, en el que el vacío es un vacío hiperprofundo.
  4. 4. Aparato (1) según la reivindicación 1, en el que el aislamiento térmico (18) está situado coaxialmente en torno a la cámara de calentamiento de material fumable sustancialmente tubular.
  5. 5. Aparato (1) según la reivindicación 1 o 4, en el que el aislamiento térmico (18) comprende un cuerpo sustancialmente tubular de aislamiento térmico (18) situado en torno a la cámara de calentamiento (4) de material fumable sustancialmente tubular.
  6. 6. Aparato (1) según cualquier reivindicación anterior, en el que la cámara de calentamiento (4) de material fumable sustancialmente tubular está situada entre el aislamiento térmico (18) y el calentador alimentado eléctricamente (3).
  7. 7. Aparato (1) según cualquier reivindicación anterior, en el que el aislamiento térmico (18) comprende una pared exterior (19) que encierra la zona de núcleo (20).
  8. 8. Aparato (1) según la reivindicación 7, en el que la pared (19) comprende una capa de acero inoxidable con un grosor de por lo menos 100 micrómetros.
  9. 9. Aparato (1) según cualquier reivindicación anterior, en el que el grosor del aislamiento térmico (18) es inferior a aproximadamente 1 mm.
  10. 10. Aparato (1) según cualquier reivindicación anterior, en el que el coeficiente de transferencia térmica del aislamiento térmico (18) es de entre aproximadamente 1,10 W/m2K y aproximadamente 1,40 W/m2K con una temperatura del aislamiento térmico (18) comprendida en el intervalo de entre 100 grados centígrados y 250 grados centígrados.
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