PL178482B1 - Ogrzewacz stosowany w urządzeniu do palenia substancji tytoniowych oraz sposób formowania ogrzewacza stosowanego w urządzeniu do palenia substancji tytoniowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest ogrzewacz stosowany w urządzeniu do palenia substancji tytoniowych oraz sposób formowania ogrzewacza stosowanego w urządzeniu do palenia substancji tytoniowych.

Dotychczas znane konwencjonalne urządzenia do palenia dostarczają smak i zapach do użytkownika w wyniku spalania tytoniu. Materiał palny, przede wszystkim tytoń, jest utleniany pod wpływem doprowadzonego ciepła przy typowych temperaturach spalania w papierosie konwencjonalnym przekraczających 800°C podczas zaciągania się. Ciepło jest wciągane poprzez przyległy tytoń przez zaciąganie się na ustniku. Podczas takiego podgrzewania występuje nieefektywne utlenianie materiału palnego i powstają różne produkty destylacji i pirolizy. Podczas odciągania tych produktów przez urządzenie do palenia w kierunku ust użytkownika, ochładzają się one i skraplają wytwarzając aerozol albo parę, która dostarcza użytkownikowi smak i zapach związane z paleniem.

Konwencjonalne papierosy mająróżne wady. Jednąz nichjest wytwarzanie bocznego strumienia dymu między zaciągnięciami, co może być uciążliwe dla niepalących. Ponadto, po zapaleniu muszą zostać całkowicie zużyte albo wyrzucone. Ponowne zapalenie konwencjonalnego papierosa jest możliwe ale zwykle jest nieestetyczne ze względów subiektywnych (zapach, smak, woń).

Poprzednie alternatywy dla większości konwencjonalnych papierosów zawierały te, w których sam materiał palny nie dostarczał zapachów bezpośrednio do aerozolu wdychanego przez palacza. W tych urządzeniach do palenia substancji tytoniowych, palny element podgrzewający, zwykle o charakterze węglowym, jest spalany dla podgrzania powietrza podczas jego przepływu przez element podgrzewający i przez strefę, która zawiera elementy aktywowane na gorąco, które uwalniają aerozol zapachowy. Chociaż ten typ urządzenia do palenia wytwarza niewielki albo w ogóle nie wytwarza bocznego strumienia dymu, generuje on jednak produkty spalania, a po podgrzaniu nie nadaje się do zgaszenia w celu dalszego wykorzystania w tradycyjny sposób.

Zarówno w urządzeniu konwencjonalnymjak i z węglowym elementem podgrzewającym, opisanym powyżej, dochodzi do spalania podczas użycia. Ten proces jest przyczyną powstawania wielu produktów ubocznych gdy spalany materiał wydostaje się na zewnątrz i reaguje z otoczeniem. Wspólnie przydzielone Patenty Amerykańskie nr 5 093 894, 5 225 498, 5 060 671 i 5 095 921 przedstawiają różne elektrycznie rezystancyjne elementy podgrzewające oraz urządzenia wytwarzające zapach, które znacznie ograniczają boczny strumień dymu pozwalając palaczowi na dowolne powstrzymanie i wznowienie palenia. Jednak, wyroby papierosowe przedstawione w tych patentach nie są trwałe i mogą się złamać, rozerwać albo pęknąć przy rozciąganiu albo nieostrożnym obchodzeniu się. W pewnych warunkach, te dotychczasowe wyroby papierosowe mogą się skruszyć podczas wkładania do zapalniczki elektrycznej. Po zapaleniu są zwykle delikatniejsze i mogą się rozerwać albo złamać przy wyjmowaniu z zapalniczki.

W międzynarodowym zgłoszeniu patentowym WO 94/06314 opisano elektryczny układ palenia zawierający nową elektrycznie zasilaną zapalniczkę i nowy papieros, który jest przystosowany do współpracy z zapalniczką. Korzystny przykład wykonania zapalniczki zawiera wiele metalowych sinusoidalnych ogrzewaczy rozmieszczonych w konfiguracji, która ślizgowo odbiera część pręcika tytoniu papierosa.

Przykład wykonania papierosa z WO 94/06314 korzystnie zawiera naładowany tytoniem nośnik rurkowy, papier papierosowy nawinięty dookoła rurkowego nośnika, układ zatyczek filtru przepływowego na ustniku oraz zatyczkę filtrującą na przeciwnym końcu nośnika, która korzystnie ogranicza przepływ powietrza wzdłuż osi papierosa. Papieros i zapalniczka są skonfigurowane tak, by po wsunięciu papierosa do zapalniczki, oraz po uruchomieniu indywidualnych ogrzewaczy dla poszczególnych zaciągnięć, pojawiły się lokalne zwęglenia w miejscach wokół papierosa w położeniu, w którym każdy ogrzewacz opierał się o papieros. Po uruchomieniu wszystkich ogrzewaczy, te zwęglone miejsca są nieznacznie oddalone od siebie i otaczają środkową część nośnika papierosa. Zależnie od maksymalnych temperatur i całkowitych energii dostarczanych do ogrzewaczy, zwęglone miejsca objawiająsięjedynie jako przebarwienia na papierze papierosa. W większości zastosowań, zwęglanie spowoduje przynajmniej niewielkie pęknięcia papieru papierosowego i leżącego pod nim materiału nośnika, które to pęknięcia będą mechanicznie osłabiać papieros. W celu wycofania papierosa z zapalniczki, zwęglone miejsca należy przesunąć przynajmniej częściowo poza ogrzewacze. W niekorzystnych warunkach, na przykład gdy papieros jest wilgotny albo skręcony, może się on złamać albo rozsypać podczas wyciągania z zapalniczki. Fragmenty papierosa pozostałe w uchwycie zapalniczki mogą zakłócać pracę zapalniczki i/albo dodawać niekorzystny zapach do dymu następnego papierosa. Jeśli papieros złamie się na dwie części podczas wyprowadzania, palacz może doznać nie tylko niezadowolenia z powodu utraty wyrobu papierosowego, ale również może być zmuszony do usunięcia zanieczyszczeń z zatkanej zapalniczki przed użyciem następnego papierosa.

Przykład wykonania papierosa z WO 94/06314 jest zasadniczo wydrążoną rurką między zatyczkami filtru na końcu ustnikowym papierosa a zatyczkąprzeciwnego końca. Taka konstrukcja powinna poprawić doprowadzanie substancji do palacza poprzez zastosowanie wystarczającej przestrzeni, w której aerozol może się rozprzestrzenić z nośnika przy minimalnym uderzeniu i skropleniu aerozolu na otaczających powierzchniach.

Znane są rozwiązania, które znacznie ograniczają niepożądany strumień boczny dymu i pozwalająpalaczowi na zawieszenie palenia wyrobu na wymagany okres a następnie powrót do palenia. Na przykład, we wspólnie przyznanych amerykańskich patentach nr 5 093 894,5 225 498, 5 060 671 i 5 095 921 ujawniono różne elementy podgrzewające i wyroby generujące zapach. W WO 94/06314 pokazano elektryczne urządzenie do palenia substancji tytoniowych mające ogrzewacze, które sąuruchamiane po wykryciu zaciągania się przez układ sterowania i logiczny. Ogrzewacze mają względnie cienką serpentynową strukturę dla przesyłu odpowiednich ilości ciepła do papierosa oraz są lekkie.

Chociaż urządzenia te i ogrzewacze rozwiązują obserwowane problemy i uzyskują stawiane cele, wiele wykonańjest obarczonych wadąpolegającąna tworzeniu się znacznej ilości skroplin powstających gdy środek o zapachu tytoniu jest podgrzewany dla wytworzenia par. Te pary mogąpowodować problemy podczas skraplania na względnie chłodniejszych stykach elektrycznych i układzie sterowania i logiki. Dodatkowo, skraplanie może wpływać na zapach środka tytoniowego w papierosie. Chociaż teoria może nie być wiążąca, zakłada się, że skraplanie jest wynikiem toru przepływu i obecności gradientu ciśnienia powietrza otoczenia wciąganego przez wyrób oraz parametrów prądowych układów podgrzewania. Podgrzewanie środka o zapachu tytoniu powoduje uwolnienie par, które są następnie ochładzane dla uzyskania skraplania na powierzchniach względnie chłodniejszych składników. Skraplanie może spowodować zwarcie albo inne niepożądane zjawiska.

Ponadto, zaproponowane ogrzewacze są podatne na osłabienie mechaniczne i ewentualne zniszczenie w wyniku nacisków wywieranych przy wkładaniu i usuwaniu cylindrycznego środka tytoniowego oraz przy dopasowywaniu albo skręcaniu włożonego papierosa.

Co więcej, znane elektryczne urządzenia do palenia substancji tytoniowych wykorzystują rezystancyjne ogrzewacze, wymagające względnie złożonych połączeń elektrycznych, które mogą zostać zniszczone przy wkładaniu i usuwaniu papierosa.

Ogrzewacz stosowany w urządzeniu do palenia substancji tytoniowych, wyposażonym w źródło energii elektrycznej oraz rezystancyjny element podgrzewający dla podgrzewania środka o zapachu tytoniu, według wynalazku wyróżnia się tym, że zawiera podłoże z elektrycznie przewodzącego materiału i izolator elektryczny, umieszczony przynajmniej na części podłoża, przy czym elektrycznie rezystancyjny element podgrzewającyjest umieszczony na izolatorze elektrycznym. Pierwszy koniec elementu podgrzewającego jest połączony z elektrycznie przewodzącym podłożem, natomiast drugi koniec elementu podgrzewającego i część elementu podgrzewającego między końcami, pierwszym i drugim, elementu podgrzewającego są elektrycznie izolowane od elektrycznie przewodzącego podłoża przez izolator. Podłoże i drugi koniec elementu podgrzewającego mają podłączenie do źródła energii elektrycznej.

Ogrzewacz stosowany w urządzeniu do palenia substancji tytoniowych wyposażonym w źródło energii elektrycznej oraz rezystancyjny element podgrzewający dla podgrzewania cylindrycznego papierosa, według wynalazku wyróżnia się tym, że zawiera cylindryczną rurkę z elektrycznie przewodzącego materiału, wyposażoną w wiele szczelin, wyznaczających wiele elektrycznie przewodzących ostrzy tworzących odbieralnik oraz elektrycznie przewodzącej, wspólnej piasty końcowej utrzymywanej wewnątrz urządzenia do palenia substancji tytoniowych. Ostrza odchodzą od piasty końcowej, a przynajmniej najednym z wielu elektrycznie przewodzących ostrzy jest umieszczony izolator elektryczny. Na izolatorze jest umieszczony elektrycznie rezystancyjny element podgrzewający. Pierwszy koniec elementu podgrzewającego jest elektrycznie połączony z przynajmniej jednym z wielu elektrycznie przewodzących ostrzy, natomiast drugi koniec elementu podgrzewającego i część elementu podgrzewającego między końcami, pierwszym i drugim, są elektrycznie izolowane od przynajmniej jednego elektrycznie przewodzącego ostrza przez izolator. Piasta końcowa ma podłączenie do źródła energii elektrycznej i drugi koniec elementu podgrzewającego ma podłączenie do źródła energii elektrycznej.

Izolator jest korzystnie umieszczony na zewnętrznej powierzchni rurki, naprzeciw powierzchni rurki otaczającej wsunięty papieros.

Przynajmniej jedno ostrze, nałożony izolator i odpowiedni element podgrzewający korzystnie mająwspółczynniki rozszerzania cieplnego dobrane dla skompensowania rozszerzania cieplnego elementu podgrzewającego.

Szczeliny korzystnie biegną wzdłużnie względem rurki.

W innym, korzystnym rozwiązaniu szczeliny są spiralne.

Szczeliny korzystnie sązwymiarowane dla zminimalizowania strat cieplnych od podgrzewanego elementu podgrzewającego i odpowiedniego ostrza do przyległego ostrza oraz dla zminimalizowania ucieczki par generowanych przez podgrzany papieros.

Rurka korzystnie zawiera wlot dla wsuwania papierosa i względnie węższą część dla zapewnienia bliskiego kontaktu ze wsuniętym papierosem.

Wlot ma korzystnie średnicę nieznacznie większą niż wsunięty papieros.

Rurka korzystnie zawiera dalej część przewężoną między wlotem i węższą częścią, przy czym część przewężona ma stopniowo zmniejszającąsię średnicę od końca wlotu do części węższej.

Ostrza są korzystnie odchylone do wewnątrz dla określenia węższej części.

Wlot jest korzystnie umieszczony na końcu rurki naprzeciw wspólnej piasty końcowej i jest określony przez swobodne końce ostrzy.

Ogrzewacz korzystnie dalej zawiera drugą piastę końcową, umieszczoną na przeciwnym końcu rurki niż wspólna piasta końcowa, przy czym druga piasta końcowa określa wlot dla wsuwania papierosa.

Między ostrzami i drugą piastą końcową korzystnie przebiegają szczeliny.

Dodatni styk elektrycznyjest korzystnie elektrycznie połączony z drugim końcem elementu podgrzewającego.

Przynajmniej dwa izolatory elektryczne są odpowiednio umieszczone na przynajmniej dwóch z wielu ostrzy i odpowiedni element podgrzewający jest umieszczony na każdym z izolatorów tak, że pierwszy koniec każdego z elementów podgrzewających jest elektrycznie połączony z odpowiednim ostrzem, przy czym wspólna piasta końcowa korzystnie łączy elektrycznie elementy podgrzewające. Drugi koniec każdego elementu podgrzewającego ma podłączenie elektryczne do źródła energii elektrycznej. Izolatory i odpowiednie elementy podgrzewające sąkorzystnie umieszczone na każdym z pozostałych ostrzy.

W innym wariancie izolatory są korzystnie umieszczone na każdym z wielu ostrzy, a odpowiedni element podgrzewający jest umieszczony na każdym z pozostałych ostrzy.

Zbiór ostrzy mających odpowiedni element podgrzewający korzystnie odpowiada założonej z góry liczbie wymaganych zaciągnięć wsuniętego papierosa.

Liczba ostrzy mających odpowiednie elementy podgrzewające korzystnie jest równa założonej z góry liczbie zaciągnięć.

W innym wariancie liczba ostrzy mających odpowiedni element podgrzewający korzystnie jest dwa razy większa od założonej z góry liczby zaciągnięć dla wsuniętego papierosa.

Odpowiedni element podgrzewający korzystnie ma termiczne połączenie z dwoma ostrzami.

Elektryczne izolatory są korzystnie umieszczone na zewnętrznej powierzchni rurki naprzeciw powierzchni rurki otaczającej wsunięty papieros.

Przynajmniej jedno ostrze korzystnie zawiera perforacje.

Izolator elektrycznyjest korzystnie umieszczony na wewnętrznej powierzchni rurki tak, że element podgrzewający otacza wsunięty papieros.

Elektrycznie przewodzący materiał rurki cylindrycznej jest korzystnie wybrany z grupy składającej się z aluminidów żelaza i aluminidów niklu, a element podgrzewający zawiera elektrycznie rezystancyjny materiał wybrany z grupy składającej się z aluminidów żelaza i aluminidów niklu.

Elektrycznie przewodząca rurka albo podłoże korzystnie zawierają aluminid żelaza, przy czym elektrycznie rezystancyjny element podgrzewający zawiera aluminid żelaza, a elektryczny izolator jest wybrany z grupy składającej się z tlenku glinowego, tlenku cyrkonowego, mulitu i mieszanin tlenku glinowego i tlenku cyrkonowego.

Izolator korzystnie zawiera tlenek glinowy częściowo stabilizowany tlenkiem itrowym.

Przynajmniej elektrycznie przewodzące podłoże, albo rurka albo rezystancyjny element podgrzewający korzystnie zawiera około 77,92% Ni, około 21,73% Al, około 0,34% Zr i około 0,01 % B.

Elektrycznie przewodząca rurka albo podłoże korzystnie zawiera aluminid niklu mający modyfikator wybrany dla grupy składającej się z Zr i B.

Element podgrzewający korzystnie zawiera aluminid niklu, mający modyfikator wybrany z grupy składającej się z Zr i B.

Rurka cylindryczna korzystnie zawiera wspólne ostrze z elektrycznie przewodzącego materiału, odchodzące od wspólnej piasty końcowej, przy czym wspólne ostrze jest przystosowane do elektrycznego połączenia ze źródłem energii elektrycznej.

Wspólna piasta korzystnie określa wlot dla wsunięcia papierosa, przy czym pierwszy koniec elementu podgrzewającego znajduje się w pobliżu wspólnej piasty a drugi koniec elementu podgrzewającego jest oddalony od wspólnej piasty.

Pierwszy koniec elementu podgrzewającego jest korzystnie oddalony od wspólnej piasty, a drugi koniec elementu podgrzewającego znajduje się w pobliżu wspólnej piasty.

Sposób wytwarzania ogrzewacza stosowanego w urządzeniu do palenia substancji tytoniowych dla podgrzewania cylindrycznego papierosa, według wynalazku wyróżnia się tym, że nakłada się elektrycznie przewodzący materiał, wytwarza się wiele ostrzy z elektrycznie przewodzącego materiału, mających szczeliny, oraz wspólną część końcową, przy czym ostrza odchodzą od wspólnej części końcowej, wytwarza się izolator elektryczny na przynajmniej jednym z wielu elektrycznie przewodzących ostrzy, wytwarza się elektrycznie rezystancyjny ogrzewacz na utworzonym izolatorze elektrycznym tak, że koniec ogrzewacza jest elektrycznie połączony z przynajmniej jednym elektrycznie przewodzącym ostrzem, wytwarza się styk elektryczny na drugim końcu utworzonego ogrzewacza oraz wytwarza się wiele ostrzy i część wspólną w cylindrycznym odbieralniku dla wsuniętego papierosa.

Etapy wytwarzania izolatora elektrycznego i rezystancyjnego ogrzewacza korzystnie przeprowadza się przez maskowanie i termiczne natryskiwanie odpowiednich wzorów izolatora i ogrzewacza rezystancyjnego.

W etapie wytwarzania wielu ostrzy korzystnie rozcina się laserowo rurkę z elektrycznie przewodzącego materiału.

Dodatkowo korzystnie wytwarza się wiele ostrzy przed etapem wytwarzania izolatora elektrycznego na rurce.

W etapie nakładania korzystnie wytłacza się rurkę z arkusza elektrycznie przewodzącego materiału.

W etapie wytwarzania ostrzy korzystnie wytwarza się ostrza biegnące równolegle do wzdłużnej osi rurki.

W etapie wytwarzania ostrzy korzystnie wytwarza się ostrza spiralne względem wzdłużnej osi rurki z materiału elektrycznie przewodzącego.

Spiralne ostrza wytwarza się korzystnie przez obracanie rurki podczas wzdłużnego przesuwania przyrządu tnącego względem obracającej się rurki.

Podczas etapu wytwarzania izolatora elektrycznego korzystnie obraca się rurkę z elektrycznie przewodzącego materiału.

Między każdym z etapów wytwarzania elektrycznie rezystancyjnego ogrzewacza korzystnie obraca się rurkę.

Wspólną część i wiele ostrzy odchodzących prostopadle od wspólnej części we wspólnym kierunku korzystnie wytwarza się wytłaczając arkusz elektrycznie przewodzącego materiału, a zwijając część wspólną korzystnie tworzy się piastę z odchodzącymi od niej wieloma ostrzami, określającą odbieralnik do przyjmowania cylindrycznego papierosa.

Piastę centralną i wiele ostrzy odchodzących od niej promieniowo korzystnie wytwarza się wytłaczając arkusz elektrycznie przewodzącego materiału oraz zgina się ostrza w tym samym kierunku dla określenia odbieralnika dla cylindrycznego papierosa.

Część każdego z ostrzy korzystnie zgina się o około 180 stopni w stronę utworzonej wspólnej piasty, przy czym pierwszy koniec ogrzewacza tworzy się w pobliżu wspólnej piasty, a ponadto wytwarza się elektryczne połączenie od drugiego końca ogrzewacza wzdłuż zgiętego drugiego ostrza w kierunku wspólnej piasty.

Ogrzewacz według wynalazku ma zaletę polegającąna wykorzystaniu środka tytoniowego bez podtrzymanego spalania.

Przykłady wykonań wynalazku mogą mieć zaletę polegającąna ograniczeniu wytwarzania niepożądanego strumienia bocznego dymu, oraz dalszązaletę umożliwienia palaczowi przerwanie i powrót do palenia.

Ponadto, powyższe zalety mogą zostać uzyskane przez ograniczenie skraplania aerozolu albo dymu w urządzeniu do palenia substancji tytoniowych.

Przykład wykonania wynalazku może mieć zaletę polegającąna dostarczaniu wymaganej liczby zaciągnięć a ponadto, może być modyfikowany dla zmiany liczby i czasu trwania zaciągnięć bez utraty jakości tytoniu.

Przykłady wykonania wynalazku mogą mieć zaletę polegającąna dostarczeniu elementu podgrzewającego do urządzenia do palenia substancji tytoniowych, który jest mechanicznie przystosowany do wsuwania i usuwania papierosa; co upraszcza połączenia elektrycznie rezystancyjnego ogrzewacza ze źródłem zasilania; i dzięki czemu uzyskuje się ogrzewacz oszczędniej wytwarzany. Zalety te uzyskuje się w prosty sposób.

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku zastosowano cylindryczną rurkę z wytrzymałego mechanicznie i giętkiego przewodnika elektrycznego takiego, jak metal, która ma

178 482 wiele oddzielnych fragmentów. Elektrycznie izolującą warstwę takąjak ceramika, zastosowano na zewnętrznej powierzchni z wyjątkiem jednej odsłoniętej części. Następnie nakłada się elektrycznie rezystancyjne materiały na izolowane fragmenty i łączy się je elektrycznie na jednym końcu z leżącym pod spodem obszarem przewodzącym elektrycznie dla utworzenia elementów podgrzewających. Te elektrycznie przewodzące obszary są połączone z ujemnym zaciskiem źródła zasilania. Pozostałe końce wszystkich ogrzewaczy są przystosowane do połączenia z dodatnim zaciskiem źródła. Zatem, utworzony jest elektrycznie rezystancyjny układ podgrzewania, w którym rurka służy wspólnie wszystkim elementom podgrzewającym.

Rurkowy ogrzewacz może zawierać odsłoniętą piastę końcową z wieloma ostrzami wychodzącymi z niej. Każde ostrze może mieć indywidualny ogrzewacz umieszczony na nim. Alternatywnie, każde z pozostałych ostrzy może mieć ogrzewacz umieszczony na nim. Ostrza nie mające ogrzewaczy spełniają funkcje barier minimalizujących ucieczkę na zewnątrz generowanych par. Te ostrza barierowe służą także jako zagłębienia cieplne dla ogrzewaczy na przyległych ostrzach.

Rozwiązanie według wynalazku objaśnione zostanie w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia częściowo odsłonięty widok perspektywiczny urządzenia do palenia substancji tytoniowych wykorzystującego ogrzewacz według wynalazku, fig. 2 - widok z boku w przekroju poprzecznym papierosa używanego w połączeniu z przykładem wykonania wynalazku, fig. 3 - widok z boku w przekroju poprzecznym uchwytu podgrzewacza według wynalazku, fig. 4 - widok z boku przekroju rurkowego ogrzewacza według wynalazku, fig. 5 - widok z boku w przekroju ostrza ogrzewacza z podłożem metalowym, fig. 6A - widok perspektywiczny podwójnych piast mających wiele przemiennych barier i ostrzy ogrzewacza między nimi, fig. 6B - przykład wykonania podobny do tego z fig. 6A z wyjątkiem tego, że szczeliny między ostrzami mają kształt wydłużonego U, fig. 7 - widok perspektywiczny przykładu wykonania przedstawionego na fig. 6A, mającego elementy podgrzewające umieszczone na każdym ostrzu, fig. 8 - widok perspektywiczny ogrzewacza posiadającego pojedynczą piastę utrzymującą, fig. 9 - widok perspektywiczny rurkowego ogrzewacza posiadającego spiralne szczeliny, fig. 10 - widok z boku w przekroju rurkowego ogrzewacza posiadającego elementy podgrzewające na wewnętrznych powierzchniach ostrzy ogrzewacza, fig. 11 - widok perspektywiczny układu ostrzy ogrzewacza przed zwinięciem, fig. 12 - widok perspektywiczny rurowego ogrzewacza o wspólnym ostrzu, fig. 13 - widok z góry układu ostrzy ogrzewacza przed zagięciem, a fig. 14 przedstawia widok perspektywiczny innego układu ogrzewacza rurkowego.

Układ palenia 21 według wynalazku pokazano ogólnie na figurach 1 i 2. Układ palenia 21 zawiera cylindrycznąrurkę do wytwarzania aerozolu albo papieros 23 i zapalniczkę wielokrotnego użycia 25. Papieros 23 jest przystosowany do wsunięcia i usunięcia z otworu 27 na czołowym końcu 29 zapalniczki 25. Układ palenia 21 jest używany praktycznie w ten sam sposób co papieros konwencjonalny. Papieros 23 jest usuwany po jednym albo więcej cyklach palenia. Zapalniczka 25 jest wymieniana po większej liczbie cyklów zaciągania niż papieros 23.

Zapalniczka 25 zawiera obudowę 31 i ma części, czołową i tylną, 33 i 35. Źródło zasilania 37 do zasilania elementów podgrzewających dla podgrzania papierosa 23 jest umieszczone w tylnej części 35 zapalniczki 25. Tylna część 35 jest przystosowana do łatwego otwierania i zamykania, na przykład za pomocą śrub albo zatrzasków, dla umożliwienia wymiany źródła zasilania 37. Część czołowa 33 zawiera elementy podgrzewające i układ w połączeniu elektrycznym ze źródłem zasilania 37 w tylnej części 35. Część czołowa 33 jest łatwo łączona z tylną częścią 35, na przykład za pomocą wczepu albo gniazdka. Obudowa 31 jest wykonana z twardego materiału o dużej oporności cieplnej. Korzystne materiały obejmują materiały bazujące na metalu albo, korzystniej materiały polimerowe. Obudowa 31 jest dobrze dopasowana do ręki palacza i w przykładzie wykonania, ma wymiary 10,7 cm na 3,8 cm na 1,5 cm.

Źródło zasilania 37 jest zwymiarowane dla dostarczania wystarczającej mocy do elementów podgrzewających, które podgrzewająpapieros 23. Źródło zasilania 37 jest wymienialne i ponownie ładowane oraz może zawierać urządzenia takie jak kondensator, a korzystniej, baterię. W korzystnym przykładzie wykonania, źródło zasilaniajest wymienialną, ładowanąbateriątakąjak cztery niklowo-kadmowe ogniwa połączone szeregowo o całkowitym, nie doładowywanym na178 482 pięciu wynoszącym około 4,8 do 5,6 V. Charakterystyki wymagane dla źródła zasilania 37 sąjednak dobierane z uwzględnieniem charakterystyk pozostałych elementów w układzie palenia 21, szczególnie charakterystyk elementów podgrzewających. W Patencie Amerykańskim nr 5 144 962 opisano kilka rodzajów źródeł zasilania używanych w połączeniu z układem palenia według wynalazku, jak ładowana bateria i szybko rozładowujące się kondensatorowe źródła zasilania, które są ładowane przez baterie.

Zasadniczo cylindryczny uchwyt ogrzewacza 39 do podgrzewania papierosa 23 i utrzymywania papierosa w miejscu względem zapalniczki 25, oraz elektryczny układ sterowania 41 dla dostarczania określonej ilości energii ze źródła zasilania 37 do elementów podgrzewających (nie pokazanych na fig. 1 i 2) uchwytu ogrzewacza, są korzystnie umieszczone na przodzie 33 zapalniczki. Jak opisano szczegółowo poniżej, ogólnie okrągła, piasta końcowa 110 jest mocowana, na przykład zgrzewana, wewnątrz uchwytu ogrzewacza 39, i jest mocowana na przykład do przekładki 49, jak pokazano na fig. 3. Jeśli ogrzewacz ma dwie piasty końcowe, każda piasta może służyć jako umocowany zacisk. W przedstawionym przykładzie wykonania, uchwyt ogrzewacza 39 zawiera wiele promieniowo rozstawionych elementów podgrzewających 122 utrzymywanych i wychodzących z piasty, jak pokazano na fig. 3 i opisano dokładniej poniżej, które są zasilane indywidualnie przez źródło zasilania 37 pod kontrolą układu 41 w celu podgrzania wielu, na przykład ośmiu, obszarów wokół zewnętrznej powierzchni wsuniętego papierosa 23. Osiem elementów podgrzewających 122 ma zapewnić osiem zaciągnięć jak w konwencjonalnym papierosie a ponadto osiem elementów podgrzewających może być sterowanych elektrycznie przez urządzenie binarne. Możliwe jest wygenerowanie wymaganej liczby zaciągnięć, na przykład dowolnej liczby między 5-16, a zwłaszcza 6-10 albo 8 dla jednego papierosa. Jak omówiono poniżej, liczba ogrzewaczy może przekroczyć wymaganą liczbę zaciągnięć na papieros.

Układ 41 jest korzystnie uruchamiany za pomocą czujnika podmuchu 45, jak na fig. 1, który jest wrażliwy na spadek ciśnienia, który pojawia się gdy palacz zaciąga się papierosem 23. Czujnik podmuchu 45 jest umieszczony w przedniej części 33 zapalniczki 25 i łączy się z przestrzenią wewnątrz uchwytu ogrzewacza 39 oraz w pobliżu papierosa 23 przez kanał przechodzący przez przekładkę i podstawę uchwytu ogrzewacza oraz, w razie potrzeby, rurkę czujnika podmuchu (nie pokazano). Czujnik podmuchu 45 przeznaczony do użycia w układzie palenia 21 został opisany w Patencie Amerykańskim nr 5 060 671 i jest czujnikiem krzemowym typu 163PC01D35, wytwarzanym przez MicroSwitch, oddział Honeywell, Inc., Freeport, Illinois, który uruchamia odpowiedni element podgrzewający 122 w wyniku zmiany ciśnienia gdy palacz zaciąga się papierosem 23. Urządzenia czułe na przepływ, jak te wykorzystujące zasady anemometrii cieplno-oporowej, okazały się również użyteczne przy uruchamianiu właściwego elementu podgrzewającego 122 po wykryciu zmiany przepływu powietrza.

Wskaźnik 51 jest zastosowany na zewnątrz zapalniczki 25, zwłaszcza z przodu 33, dla wskazania liczby zaciągnięć pozostających w papierosie 23 włożonym do zapalniczki. Wskaźnik 51 zawiera siedmiosegmentowy wyświetlacz ciekłokrystaliczny. W prezentowanym przykładzie wykonania, wskaźnik 51 wyświetla liczbę „8” w przypadku papierosa o ośmiu zaciągnięciach gdy promień światła emitowany przez czujnik światła 53, pokazany na fig. 1, jest odbijany od czoła właśnie wsuniętego papierosa 23 i wykryty przez czujnik światła. Czujnik światła 53 jest umocowany w otworze w przekładce i podstawie uchwytu ogrzewacza 39. Czujnik światła 53 wysyła sygnał do układu 41, który z kolei wysyła sygnał do wskaźnika 51. Na przykład, wyświetlenie liczby „8” na wskaźniku 51 oznacza, że dostępnychjest osiem zaciągnięć dla każdego papierosa 23, czyli, że żaden z elementów podgrzewających 43 nie został uruchomiony dla podgrzania nowego papierosa. Po całkowitym wypaleniu papierosa 23, wskaźnik wyświetla liczbę „0”. Gdy papieros 23 jest usunięty z zapalniczki 25, czujnik świetlny 53 nie wykrywa obecności papierosa 23 a wskaźnik 51 jest wyłączany. Czujnik światła 53 jest modulowany tak, by nie emitował stale promienia świetlnego i nie zużywał niepotrzebnie źródła zasilania 37. Przedstawionym czujnikiem światła 53 przeznaczonym do wykorzystania w układzie palenia 21 jest czujnik typu OPR5005 Light Sensor, wytwarzany przez OPTEX Technology, Inc., 1215 West Crosby Road, Carroliton, Texas 75006 U. S. A. Jedną z wielu alternatyw do wykorzy12

178 482 stania powyższego czujnika światła 53 jest przełącznik mechaniczny (nie pokazany) służący do wykrywania obecności albo braku papierosa 23 oraz przycisk zerowania (nie pokazany), który służy do zerowania układu 41 po wsunięciu nowego papierosa do zapalniczki 25, na przykład dla wyświetlenia na wskaźniku 51 liczby „8”, itd. źródła zasilania, wskaźniki używane w układach palenia 21 według wynalazku opisano w Patencie Amerykańskim nr 5 060 761 i WO 94/06314. Kanał i otwór 50 w przekładce i podstawie uchwytu ogrzewacza są szczelne podczas palenia.

Papieros 23 do użycia w układzie palenia 21 zostanie obecnie opisany a przedstawiony dokładniej jest we wspomnianym WO 94/06314, chociaż papieros może mieć dowolną postać zdolną generować zapach tytoniu dla palacza po podgrzaniu papierosa przez elementy podgrzewające 122. Odnośnie fig. 2, papieros 23 zawiera zwój tytoniu 57 utworzony z nośnika 59, który utrzymuje substancję o zapachu tytoniu 61, zwłaszcza zawierającą tytoń. Zwój tytoniu 57 jest owijany wokół i podtrzymywany przez cylindryczny filtr przepływu wstecznego 63 na jednym końcu i cylindryczny filtr przepływu swobodnego 65 na przeciwnym końcu. Filtr swobodnego przepływu 65 jest filtrem typu „otwartej rury” i ma podłużny kanał 67 biegnący przez środek pierwszego filtru swobodnego przepływu zapewniając mały opór w stosunku do zaciągnięcia albo swobodnego przepływu.

W razie potrzeby, papier do owijania papierosa 69 jest owijany wokół zwoju tytoniu 57. Rodzaje papieru przydatnego jako papier do owijania 69 obejmują papier o niskiej gramaturze, zwłaszcza papier z powłoką o zapachu tytoniu, albo papier zawierający tytoń dla wzmocnienia zapachu tytoniu. Skoncentrowany albo rozcieńczony roztwór może być umieszczony na papierze owijającym 69. Papier owijający 69 posiada minimalną gramaturę a jednocześnie wystarczającą wytrzymałość na rozciąganie i obróbkę mechaniczną. Pożądane charakterystyki papieru zawierającego tytoń obejmujągramaturę (przy 60% wilgotności względnej) pomiędzy 20-25 g/m², minimalnej przepuszczalności 0-25 CORESTA (określanej jako ilość powietrza, mierzonego w centymetrach sześciennych, które przechodzi przez jeden centymetr kwadratowy materiału, na przykład arkusza papieru, w ciągu jednej minuty przy spadku ciśnienia 1,0 kPa), wytrzymałość na rozciąganie powyżej 2000 g/27 mm szerokości (1 cal/min), zawartości CaCO₃ poniżej 5%, cytrynianu 0%. Materiały do wytwarzania papieru owijającego 69 obejmują arkusz o zawartości tytoniu powyżej 75%. Można dodać włókna lniane w ilości nie większej niż wymagana dla uzyskania odpowiedniej wytrzymałości na rozciąganie. Papierem owijającym 69 może być także konwencjonalny papier z włókien lnianych o gramaturze 15-20 g/m2 albo taki papier z powłokąz wyciągu. Spoiwo w postaci pektyny cytrusowej może być dodane w ilości mniejszej albo równej 1%. Gliceryna może być dodana w ilości nie większej niż konieczna dla uzyskania sztywności papieru podobnej do tej w papierosach konwencjonalnych.

Papieros 23 zawiera także cylindryczny filtr ustnikowy 71, który jest konwencjonalnym filtrem typu RDT (Resistance To Flow - opór dla przepływu), oraz cylindryczny drugi filtr swobodnego przepływu 73. Filtr ustnikowy i drugi filtr swobodnego przepływu sąpołączone ze sobąpapierem końcówkowym 75. Papier końcówkowy 75 dochodzi do końca drugiego filtru swobodnego przepływu 73 i jest przyczepiony do papieru owijającego 69 dla umocowania końca pierwszego filtru swobodnego przepływu 65 w położeniu przyległym do końca drugiego filtru swobodnego przepływu 73. Takjak pierwszy filtr swobodnego przepływu 65, drugi filtr swobodnego przepływu 73 posiada podłużny kanał 77 przechodzący przez jego środek. Filtr przepływu wstecznego 63 i pierwszy filtr swobodnego przepływu 65 tworząwspólnie ze zwojem tytoniu 57 wnękę 79 wewnątrz papierosa 23.

Wskazane jest, by wewnętrzna średnica podłużnego kanału 77 drugiego filtru swobodnego przepływu 73 była większa od wewnętrznej średnicy wzdłużnego kanału 67 pierwszego filtru swobodnego przepływu 65. Korzystne średnice wewnętrzne dla wzdłużnego kanału 67 wynoszą 1-4 mm a dla wzdłużnego kanału 77 2-6 mm. Zauważono, że różne średnice wewnętrzne kanałów 67 i 77 umożliwiają wymagane mieszanie albo turbulencję pomiędzy aerozolem pochodzącym z podgrzanego materiału o zapachu tytoniu i powietrzem wciąganym z zewnątrz papierosa 23 podczas zaciągania się papierosem, dając większą ilość zapachu tytoniu i umożliwiając odsłonięcie więcej niż końca filtru ustnikowego 71 dla mieszanego aerozolu. Za178 482 pach tytoniu uzyskany po podgrzaniu materiału o zapachu tytoniu 61 początkowo jest w fazie parowej we wnęce 79 a następnie w postaci widocznego aerozolu po zmieszaniu w kanale 77. Dodatkowo do opisanego powyżej pierwszego filtru swobodnego przepływu 65 mającego wzdłużny kanał 67, inne układy zdolne powodować wymagane mieszanie zapachu tytoniu w fazie parowej z wprowadzonym powietrzem obejmują te, w których pierwszy filtr swobodnego przepływu ma postać filtra mającego wiele małych otworków, czyli pierwszy filtr swobodnego przepływu może mieć kształt plastra miodu albo postać metalowej płytki o wielu otworkach.

Powietrze jest wciągane do papierosa 23 głównie przez zwój tytoniu 57 i papier owijający 69, po torze poprzecznym albo promieniowym, a nie przez filtr przepływu wstecznego 63 po torze wzdłużnym. Wskazane jest umożliwienie przepływu powietrza przez filtr przepływu wstecznego 63 podczas pierwszego zaciągnięcia się papierosem dla zmniejszenia RDT. Oczywiste jest, że wzdłużne wciąganie powietrza do papierosa 23 powoduje powstanie aerozolu przy podgrzaniu zwoju tytoniu przez elementy podgrzewające 122 umieszczone promieniowo wokół zwoju tytoniu niedokładnie usuniętego z wnęki 79. Wskazane jest wytwarzanie zapachu tytoniu jako funkcji prawie całkowitego uzupełnienia zwoju tytoniu 57 i poziomu energii elementów podgrzewających 122. Zatem, część przepływu powietrza przez papieros pochodzącego ze wzdłużnego przepływu przez filtr przepływu wstecznego 63 jest minimalna podczas palenia, z wyjątkiem pierwszego zaciągnięcia. Dalej, filtr przepływu wstecznego 63 minimalizuje przepływ aerozolu w kierunku wstecznym na zewnątrz wnęki 79 po podgrzaniu materiału o zapachu tytoniu 61 tak, że możliwość zniszczenia elementów zapalniczki 25 przez aerozol przepływający do tyłu z papierosa 23 jest zminimalizowana.

Nośnik 59, który podtrzymuje materiał o zapachu tytoniu zapewnia separację między elementami podgrzewającymi 122 i materiałem zapachowym, przesyła ciepło wytwarzane przez elementy podgrzewające do materiału zapachowego oraz podtrzymuje spójność papierosa po wypaleniu. Korzystne nośniki 59 obejmują te składające się z nietkanej maty z włókien węglowych, wskazanej ze względu na stabilność termiczną. Takie nośniki są dokładniej opisane w WO 94/06314 i Amerykańskim Zgłoszeniu Patentowym nr 07/943 747, złożonym 11 września 1992.

Inne nośniki 59 to lekkie dziurkowane sitka metalowe albo perforowane folie metalowe. Na przykład, można wykorzystać sitko o masie z zakresu od około 5 g/m² do około 15 g/m² oraz o średnicach drutu w zakresie od około 0,038 mm (około 1,5 milicala) do około 0,076 mm (około 3,0 milicala). Inny przykład wykonania sitka składa się z folii o grubości 0,0064 mm (około 0,25 milicala) (na przykład aluminiowej) mającej otworki o średnicach z zakresu od około 0,3 mm do około 0,5 mm, dla ograniczenia masy folii o około 30% do około 50%, odpowiednio. Perforacje na takiej folii sąprzemienne albo nieciągłe (czyli nie stanowią prostego układu) dla ograniczenia bocznego przewodzenia ciepła od substancji o zapachu tytoniu 61. Takie metalowe sitka i folie włączane są do papierosa 23 na wiele sposobów, na przykład przez lanie zawiesiny o zapachu tytoniu na pasek i kładzenie nośnika z sitka albo folii na mokrą zawiesinę przed wysuszeniem, albo uwarstwianie nośnika z sitka albo folii na arkuszu albo macie o zapachu tytoniu i odpowiedniej przyczepności.

Przedstawiony zwój tytoniu 57 jest wytwarzany przy zastosowaniu procesu wytwarzania papieru. W tym procesie, pasek tytoniu jest płukany wodą. W dalszym etapie powlekania wykorzystuje się substancje rozpuszczalne. Pozostałe (poekstrakcyjne) włókno tytoniowe jest używane do konstrukcji podstawowej maty. Włókna węglowe są rozpraszane w wodzie a następnie dodawany jest alginian sodu. Zamiast alginianu sodu można dodać dowolny inny hydrokoloid, który nie zakłóca zapachu tytoniu, jest rozpuszczalny w wodzie i ma wystarczający ciężar cząsteczkowy dla zwiększenia wytrzymałości zwoju tytoniu 57. Rozproszona substancjajest mieszana z zawiesiną wyciągu z włókien tytoniu i ewentualnie z zapachami. Otrzymana mieszanina jest kładziona na sucho na przewodzie papierniczym a zwój jest przepuszczany przez pozostałą część tradycyjnej maszyny do wytwarzania papieru dla utworzenia zwoju podstawowego. Rozpuszczone substancje usunięte po wypłukaniu paska tytoniu są kładzione na jednej stronie zwoju podstawowego, zwykle za pomocąstandardowego obrotowego powlekacza odwrotnego umieszczonego za bębnem suszarki typu Yankee. Stosunek rozpuszczonego tytoniu do pyłu tytonio14

178 482 wego albo cząsteczek zmienia się od 1:1 do 20:. Zawiesina może być również lana albo odciągana na macie podstawowej. Ewentualnie, etap powlekania przeprowadzanyjest poza linią produkcyjną. Podczas albo po etapie powlekania, dodaje się substancje zapachowe, które sąkonwencjonalne dla przemysłu tytoniowego. Dodaje się pektyny albo inne hydrokoloidy, zwłaszcza w zakresie od 0,1 do 2%, dla poprawy właściwości powlekania roztworu.

Niezależnie od typu użytego nośnika 59, substancja o zapachu tytoniu 61, która znajduje się na wewnętrznej powierzchni nośnika wyzwala zapachy po podgrzaniu i jest w stanie przylegać do powierzchni nośnika. Takie materiały obejmują ciągłe arkusze, pianki, żele, osuszone zawiesiny albo osuszone zawiesiny nakładane przez rozpylanie, które korzystnie, ale niekoniecznie, zawierają tytoń albo materiały pochodne tytoniu, i które są dokładnie dyskutowane w powyższym Amerykańskim Zgłoszeniu Patentowym nr 07/943 747.

Wskazane jest dodanie substancji pochłaniającej wilgoć, jak gliceryna albo glikol propylenowy, do zwoju tytoniu 57 podczas obróbki w ilościach od 0,5% do 10% substancji pochłaniającej wilgoć na masę zwoju. Substancja pochłaniająca wilgoć umożliwia tworzenie widocznego aerozolu poprzez uaktywnianie prekursora aerozolu. Gdy palacz wdycha aerozol zawierający zapach tytoniu i substancję pochłaniającą wilgoć, substancja pochłaniająca wilgoć skrapla się w atmosferze a skroplona substancja pochłaniająca wilgoć zapewnia obecność konwencjonalnego dymu papierosowego.

Papieros 23 ma zasadniczo stałą średnicę wzdłuż swojej długości, i podobnie jak papierosy konwencjonalne, średnica ta wynosi w przybliżeniu 7,5 mm i 8,5 mm tak, że palacz ma podobne „uczucie w ustach” w przypadku układu palenia 21 jak w przypadku papierosa konwencjonalnego. W korzystnym przykładzie wykonania, papieros 23 ma długość 58 mm, co umożliwia użycie konwencjonalnych urządzeń pakujących do pakowania takich papierosów. Łączna długość filtru ustnikowego 71 i drugiego filtru swobodnego przepływu 73 wynosi 30 mm. Papier końcówkowy 75 sięga na 5 mm poza koniec drugiego filtru swobodnego przepływu 73 i zwój tytoniu 57. Długość zwoju tytoniu 57 wynosi 28 mm. Zwój tytoniu 57 jest utrzymywany na przeciwnych końcach przez filtr przepływu wstecznego 63, który ma długość 7 mm, oraz pierwszy filtr swobodnego przepływu 65 o długości 7 mm. Wnęka 79 jest określona przez zwój tytoniu 57, filtr przepływu wstecznego 63 i pierwszy filtr swobodnego przepływu 65 ma długość 14 mm.

Po wsunięciu papierosa 23 do otworka 27 w pierwszym końcu 29 zapalniczki 25, przylega on albo prawie przylega do wewnętrznej dolnej powierzchni 81 przekładki 49 uchwytu ogrzewacza na piaście 110, jak na fig. 3, przyległe do kanału 47 łączącego się z czujnikiem podmuchu 45 i otworem 55 na czujnik światła 53. W tym położeniu, wnęka 79 papierosa 23 jest przyległa do ostrzy ogrzewacza 120 a zasadniczo cała ta część papierosa zawierająca drugi filtr swobodnego przepływu 73 i filtr ustnikowy 71 wychodzi na zewnątrz zapalniczki 25. Części ostrzy ogrzewacza 120 są korzystnie odchylone promieniowo do wewnątrz dla ułatwienia utrzymywania papierosa 23 w położeniu względem zapalniczki 25 i tak, by pozostawały w relacji przesyłu ciepła ze zwojem tytoniu 57, bezpośrednio albo przez papier owijający 69. Zatem, papieros 23 może być ściskany dla ułatwienia ostrzom ogrzewacza 120 nacisku na boki papierosa. Pozostałe elementy uchwytu ogrzewacza 39 są identyczne jak te opisane w WO 94/06314.

Przepływ powietrza przez papieros 23 jest uzyskiwany na kilka sposobów. Na przykład, w przykładzie wykonania papierosa pokazanym na fig. 2, papier owijający 69 i zwój tytoniu 57 są wystarczająco przepuszczalne dla powietrza dla uzyskania wymaganego RDT takiego, że gdy palacz zaciąga się papierosem, powietrze wpływa do wnęki 79 poprzecznie albo promieniowo przez papier owijający i zwój tytoniu. Jak wspomniano, przepuszczający powietrze filtr przepływu wstecznego 69 może być użyty dla zapewnienia wzdłużnego przepływu powietrza do wnęki 79.

W razie potrzeby, poprzeczny przepływ powietrza do wnęki 79 jest ułatwiany przez zastosowanie szeregu promieniowych perforacji (nie pokazanych) w papierze owijającym 69 i zwoju tytoniu 57 w jednym albo więcej obszarach przyległych do wnęki. Zauważono, że takie perforacje poprawiająwytwarzanie zapachu tytoniu i aerozolu. Perforacje o gęstości około 1 otworka na 1-2 mm² i średnicy od 0,4 mm do 0,7 mm sąwykonane w zwoju tytoniu 57. Daje to porowatość o

178 482 korzystnym CORESTA między 100 a 500. Papier owijający 69, po wykonaniu perforacji, ma przepuszczalność od 100 do 100 CORESTA. Oczywiście, dla uzyskania wymaganych charakterystyk palenia takich, jak opór na zaciąganie, można zastosować gęstości perforacji i średnice otworków inne niż podane powyżej.

Poprzeczny przepływ powietrza do wnęki 79 jest także ułatwiony przez zastosowanie perforacji (nie pokazanych) w papierze owijającym 69 oraz zwoju tytoniu 57. Przy wytwarzaniu papierosa 23 mającego takie perforacje, papier owijający 69 i zwój tytoniu 57 są łączone ze sobąa następnie wspólnie dziurkowane albo dziurkowane oddzielnie i łączone ze sobą tak, że perforacje obu warstw pokrywają się ze sobą.

Przykłady wykonania pokazano na fig. 3 do 14. Ogrzewacze te zapewniają lepszą wytrzymałość mechaniczną dla powtarzanego wsuwania, ustawiania i usuwania papierosów 23 i znacznie redukują ucieczkę aerozolu z podgrzanego papierosa dla zmniejszenia narażenia czułych elementów na skraplanie. Jeśli nie ma przeciwskazań dla kontrolowanego skraplania, wytwarzane aerozole będą się skraplać na względnie zimnych powierzchniach takich, jak szpilki ogrzewacza 99A i 99B, piasta ogrzewacza 110, zewnętrzna tuleja, połączenia elektryczne, układ sterowania i logiki itd., potencjalnie degradując urządzenie do palenia substancji tytoniowych. Stwierdzono, że wytwarzane aerozole zwykle przepływają promieniowo do wewnątrz od impulsowego ogrzewacza.

Na ogół, występuje osiem ostrzy ogrzewacza 120 dla zapewnienia ośmiu zaciągnięć po kolejnym zapaleniu elementów podgrzewających 122, symulując liczbę zaciągnięć konwencjonalnego papierosa, oraz odpowiednio, osiem ostrzy barierowych 220. Ostrza ogrzewacza 120 i ostrza barierowe 220 biegnące między przeciwnymi piastami końcowymi 110 i 210 są odpowiednio przeplatane między sobątak, by stworzyły cylindryczny układ naprzemienny ostrzy ogrzewacza i barierowych. Między każdymi przyległymi ostrzami ogrzewacza 120 i ostrzami barierowymi 220 istnieje szczelina 130, 135.

Jak szczegółowo pokazano na fig. 3-5, podłoże metalowe 300 o postaci cylindrycznej rurki zastosowano dla ogrzewacza, ponieważ metal jest bardziej giętki, ma lepsze parametry obciążania niż ceramika oraz, jak omówiono poniżej, jest przewodzący elektrycznie. Metal wybrany na substrat 300jest wytrzymały mechanicznie i ma kształt opisany poniżej oraz jest metalem albo stopem stabilnym termicznie. Przykłady odpowiednich metali obejmują stopy NiCr, stop Haynes 214 (dokładniej opisane poniżej) i blachę stopu Inconel 625. Rurka metalowa, a zatem i podłoże 300, mogą być wykonane ze stopu w postaci blachy, pręta albo sztabki, na przykład przez rozciąganie. Wskazane jest wykonanie rurki metalowej ze stopu Ni3Al. Można też zastosować inny stop niklu i żelaza albo Fe3Al. Jak przedyskutowano poniżej, podłoże 300 jest wykonywane tak, by miało grubość około 3-5 mm.

Metalowe podłoże jest wykonywane tak, by miało zasadniczo rurowy albo cylindryczny kształt. Jak najlepiej przedstawiono na fig. 4, rurka 350 ma zasadniczo okrągły otwarty koniec 360 z przewężeniem 365, które kieruje papieros wsunięty do współosiowego cylindrycznego odbieralnika CR · o średnicy mniejszej od końca 360. Koniec wejściowy 360 ma średnicę większą niż wsunięty papieros 23 tak, by papieros mógł dotrzeć do odbieralnika CR, a odbieralnik CR ma średnicę w przybliżeniu równąpapierosowi 23 dla zapewnienia pasowania suwliwego dla dobrego przesyłu energii cieplnej. Dane tolerancje dla wytwarzania papierosa 23, stopniowo zwężający się obszar albo zwężenie 365 w przejściu między dalszym końcem a odbieralnikiem CR mogą również służyć do nieznacznego ściśnięcia papierosa dla zwiększenia kontaktu cieplnego, przy czym otaczające podłoże 300 służy jako ścianka wewnętrzna odbieralnika. Ostrza 120 są korzystnie zginane do wewnątrz dla zwiększenia kontaktu cieplnego z papierosem poprzez zwężenie średnicy cylindrycznego odbieralnika. Przeciwny koniec rurki ogranicza piastę końcową 110 mającą dowolną właściwą średnicę. Jak pokazano na fig. 4, warstwy 300 sąułożone dla określenia okrągłej piasty 210. Alternatywnie, warstwy 300 mogłyby się rozchylać na zewnątrz jako poszerzenie krzywizny zwężenia 365. Oddzielna piasta 210 jest wsuwana do tego rozchylonego otworu. Alternatywnie albo dodatkowo, warstwa 300 mogłaby być podobnie utworzona z oddzielną piastą 110 w elektrycznym kontakcie między nimi.

178 482

Warstwa ceramiczna 310 znajduje się na rurce metalowej dla elektrycznego izolowania kolejno nakładanego elektrycznego ogrzewacza 122 od rurkowego podłoża metalowego 300 z wyjątkiem pierścienia albo piasty 110 umieszczonych na jednym końcu rurki. Ceramika ma względnie wysoką stałą dielektryczną. Można zastosować dowolny właściwy izolator elektryczny taki, jak tlenek glinowy, dwutlenek cyrkonu, mulit, kordieryt, spinel, fosteryt, ich kombinacje itd. Wykorzystuje się szczególnie dwutlenek cyrkonu albo inną ceramikę o współczynniku rozszerzalności termicznej bliskim temu dla leżącej pod spodem rurki metalowej dla uniknięcia różnych prędkości rozszerzania i kurczenia się podczas podgrzewania i chłodzenia, dzięki czemu unika się pęknięć i/albo rozwarstwienia podczas pracy. Warstwa ceramiczna pozostaje fizycznie i chemicznie stabilna podczas podgrzewania elementu podgrzewającego. Dla izolatora elektrycznego wskazanajest grubość wynosząca na przykład około 0,1 do 10 milicali, albo w przybliżeniu 0,56 milicali a zwłaszcza 1-3 milicali.

Szczeliny 130 i 135 wykonano w podłożu 300 i w leżących na nim warstwach, dla termicznego i elektrycznego izolowania przyległych elementów podgrzewających. Szczeliny 130 mogą być równoległe do osi wzdłużnej rurki a szczeliny 135 mogą być ustawione poprzecznie. Alternatywnie, jak pokazano na fig. 9, szczeliny mogą mieć kształt spiralny wzdłuż rurki cylindrycznej. Zastosować można dowolny kształt spiralny pod warunkiem, że odpowiednie szczeliny nie będą się przecinać a obszary ograniczone szczelinami będą zasadniczo równe dla uzyskania zasadniczo jednakowych obszarów, które kontaktują się termicznie ze wsuniętym papierosem, co jest istotne ze względu na wymagania ogrzewania i generowanie jednakowych zaciągnięć. Spiralny tor szczeliny może być określony przez całkowitą liczbę półobrotów cylindra, na przykład 2. Szczeliny spiralne dają zaletę podgrzewania jedynie małego segmentu wzdłużnej linii klejowej papierosa. Jeśli wykorzystuje się szczeliny wzdłużne, jeden podgrzewany obszar będzie osiowany z linią sklejania, powodując możliwość wytworzenia niepożądanych zapachów·'.

Obecnie zostanie opisany sposób wytwarzania. Cylindryczna rurka z wybranego metalu, mająca odpowiednią długość i grubość ścianki w przybliżeniu 1-10 milicali (0,0254 do 0,254 mm), a zwłaszcza 3-5 milicali (0,0762 do 0,127 mm), jest formowana do uzyskania wymaganego kształtu geometrycznego. Masa rurki zmniejsza się ze zmniejszeniem grubości, dając lżej sząjednostkę i zmniejszając energię wymaganą do prawidłowego ogrzania ostrzy ogrzewacza 120 i wsuniętego papierosa, co dalej ogranicza ciężar jednostki ponieważ źródło energii, na przykład baterie, może być mniejsze.

Korzystne przykłady wykonania różnią się kolejnością etapów nakładania etapów nakładania powłoki ceramicznej i wytwarzania ostrzy. W pierwszym przykładzie wykonania (1) wytwarza się rurkę, na przykład przez wytłaczanie albo wyciskanie; (2) umieszcza się warstwy ceramiczną i ogrzewacza; (3) wytwarza się ostrza, na przykład przez cięcie laserowe; oraz (4) łączy się ogrzewacz i przewody elektryczne. Etapy te sąopisane szczegółowo poniżej. W drugim przykładzie wykonania 11 wytwarza się rurkę, na przykład przez wytłaczanie albo wyciskanie; (2) wytwarza się ostrza, na przykład przez wytłaczanie, obróbkę elektroiskrową albo cięcie laserowe; (3) umieszcza się warstwy ceramiczną i podgrzewacza; oraz (4) łączy się ogrzewacz i przewody elektryczne. Drugi przykład wykonania umożliwia wytwarzanie ostrzy przez wytłaczanie i uniknięcie powstawania opiłków podczas cięcia laserowego. Wytłaczanie jest możliwe ponieważ warstwa ceramiczna nie została jeszcze położona. W pierwszym przykładzie wykonania, ostrza ogrzewacza 120 mogą być utworzone przez wycinanie w warstwie ceramicznej i podłożu metalowym, na przykład przez cięcie laserowe. Alternatywnie, blacha metalowajest wytłaczana dla uzyskania ostrzy przed wytłoczeniem okrągłego arkusza dla utworzenia rurki albo poprzez zwinięcie arkusza w rurkę, i wykonanie etapów (3) i (4). Alternatywnie, cienka rurka, mająca na przykład ścianki o grubości 3 do 5 milicali, posiada odpowiednią średnicę początkową. Rurka jest cięta na wymagane długości dla utworzenia podłoży. Następnie, stosowane są konwencjonalne techniki wytłaczania dla uzyskania wymaganego kształtu i rozmiarów podłoża i piasty (piast). Kolejne etapy wykonywane sąjak opisano dla utworzenia ostrzy ogrzewacza. Jak wiadomo, wykonuje się odpowiednie zasłanianie przed wykonaniem każdego z etapów rozmieszczania ogrzewacza i ceramik dla określenia obszarów nakładania. Opisane etapy mogą być

178 482 przeprowadzane w dowolnej kolejności dla uzyskania odpowiednich prędkości wytwarzania i oszczędności materiału, itd.

Na przykład, ogrzewacza umieszczony na rurce o grubości 3 milicali, jak pokazano na fig. 4, został wykonanyjak opisano i był impulsowany energiąrówną około 22 do 23 J. Ostrze ogrzewacza osiąga temperatury od około 800 do 900°C. Na przykład, rurka jest wytłaczana albo zwężana dla uzyskania rozchylonego końca 360 i piasty 110 oraz zwężonej części, która ostatecznie ogranicza cylindryczny odbieralnik CR. W rurze wykonano otwory dla uzyskania termicznie i elektrycznie izolujących szczelin 130, 135. Otwory te są utworzone od obszaru przejściowego między wej.ś<^^(^A^ią ^^^5^ttąk<^^<^<^^^ćą210 a środkowączęścią określając odbieralnik CR dla piasty 110 i ostrza. Szczeliny powinny nieco wystawać poza położoną warstwę ceramiczną 310 na piaście 210 oraz nieco do wewnątrz wspólnej piasty 110 poza ostatecznie położonym ogrzewaczem. Ta odległość wystawania nie powinna być za długa, aby nie osłabiać piast, czyli około 0,5 mm.

Otwory mogą być alternatywnie wycinane przez obracanie rury względem lasera. Wzdłużne otwory sąwycinane przez przesuwanie lasera względem osi wzdłużnej rurki. Spiralne otworki są wycinane przy obracaniu rurki względem lasera i przesuwaniu lasera względem osi wzdłużnej rurki. Ponadto, oprócz ominięcia linii sklejania papierosa, jak omówiono powyżej, spiralne otworki wykonywane przez obracanie ułatwiają wytwarzanie precyzyjne jeśli rurka jest również obracana i przesuwana względem ustalonego lasera.

Elektrycznie izolująca warstwa ceramiczna 310 jest następnie kładziona na rurkę z wyjątkiem końca 110 dla umożliwienia położenia przewodów. Jak wspomniano w odniesieniu do pierwszego wykonania, może to nastąpić przed utworzeniem ostrzy. Dokładniej, około (0,0254 do 0,254 mm), a szczególnie (0,0254 - 0,0762 mm), warstwa ceramiki takiej jak dwutlenek cyrkonu, a zwłaszcza częściowo stabilizowany dwutlenek cyrkonu z około 20%, a korzystniej z 80% tlenku itrowego, jest termicznie rozpryskiwana, przez powlekanie plazmowe jeśli, powierzchnia jest odpowiednio szorstka, na rurkę, która jest obracana podczas tego nakładania. Rurajest obracana wiele razy podczas powlekania dla prawidłowego rozłożenia powłoki. Ponadto, jeśli jest obecna, część podłoża 300 przy piaście końcowej 210 również nie jest powlekana dla zapewnienia obszaru kontaktowego dla elementu podgrzewającego 122.

Szorstkość powierzchniowa warstwy metalowej 300jest zwiększana dla zapewnienia lepszej przyczepności dla nakładanej warstwy ceramicznej 310. Powierzchnia odpowiednio grubej warstwy 300 jest przetwarzana na szorstką za pomocą odpowiedniej techniki takiej, jak oczyszczanie strumieniowo-ścierne, a następnie powlekana. Powłoka wiążąca jest cienka, na przykład (0,00254 do 0,127 mm), a zwłaszcza 0,5 do 1,0 milicala, (0,0127 do 0,0254 mm), i jest warstwą metalu takiegojak FeCrAlY, NiCrAlY, NiCr, NiAl alboNi3Al i zapewnia dobre wiązanie między szorstką powierzchnią metalu 300 i kolejno nakładaną powierzchnią ceramiczną 310. Inne techniki nakładania są wykorzystywane alternatywnie dodatkowo do rozpylania termicznego, a dokładniej rozpylania plazmowego. Na przykład, osadzanie fizyczne z pary, osadzanie chemiczne z pary, technologia cienkiej warstwy z drukiem sitowym pasty dielektrycznej i spiekaniem, technika zolowo-żelowa, w której zol-żel jest nakładany, a następnie podgrzewany do stanu stałego, oraz chemiczne osadzanie z podgrzaniem. Chemiczne wiązanie jest wskazane ze względu na siłę takiego wiązania.

Wiązanie chemiczne jest osiągane poprzez podgrzewanie warstwy ceramicznej albo prekursora ceramicznego z podłożem metalowym przy względnie wysokiej temperaturze. Alternatywnie, podłoże metalowe jest podgrzewane w wysokiej temperaturze dla uzyskania warstwy tlenkowej, która działa podobnie do warstwy ceramicznej.

Następnie jest umieszczany element podgrzewający 122. Dowolny odpowiedni metal albo stop, z albo bez dodatków związków międzymetalicznych i ceramicznych, może być wykorzystany, w postaci sproszkowanej jeśli jest to wymagane w technice osadzania. Dokładniej, około (0,00254 do 0,127 mm) warstwa elektrycznie rezystancyjnego materiału takiego, jak stop NiCr, stop Ni3Al, stop NiAl, stop Fe3Al albo stop FeCrAlY jest osadzana za pomocą znanej techniki rozpryskiwania termicznego, jak powlekanie plazmowe albo HVOF (High Velocity Oxy Fuel szybki proces tlenowopaliwowy). Rezystywność materiału rezystancyjnego może być dopaso18

178 482 wana przez dodanie odpowiedniej substancji ceramicznej albo przez dopasowanie poziomu utlenienia metalu podczas spryskiwania plazmowego albo HVOF. Techniki cienkiej warstwy, na przykład CVD (osadzanie chemiczne z pary) albo PVD (osadzanie fizyczne z pary), mogą być zastosowane jeśli szorstkość powierzchni warstwy ceramicznej, zawierającej względnie duże cząsteczki ceramiczne w porównaniu z materiałem ogrzewacza, jest wygładzana na przykład przez ścieranie diamentem do szorstkości powierzchniowej od 135 do 160 mikrocali Ra, a średnio 145 mikrocali Ra. Przy tej technice wymaganajest cieńsza warstwa metalu dająca wymagane zmniejszenie masy ogrzewacza. Jednak, proces jest wolniejszy. Można wykorzystać dowolny metal taki, jak platyna. Ogrzewacze mogą być rozmieszczane gdy rura pokryta substancją ceramicznąjest obracana.

Dwa korzystne przykłady wykonania ostrza ogrzewacza, które może być raczej indywidualnym ogrzewaczem dyskretnym a nie układem wielu ogrzewaczy, zostaną obecnie opisane. W pierwszym przykładzie wykonania, podłoże 300 składa się z Ni3Al; warstwa ceramiczna 310 składa się z tlenku cyrkonu (ZnO), zwłaszcza częściowo stabilizowanego itrem, szczególnie w około 8%; a element podgrzewający 122 jest termicznie spryskiwany Ni3Al albo NiAl. W drugim przykładzie wykonania, podłoże 300 składa się z Fe3Al; warstwa ceramiczna 310 zawiera tlenek cyrkonu, zwłaszcza częściowo stabilizowany itrem, szczególnie w około 8%; a element podgrzewający 122 jest termicznie spryskiwany Fe3Al. W razie potrzeby, alternatywne wykonania mogą wykorzystywać materiał elementu podgrzewającego z jednego przykładu wykonania a materiał podłoża z innego wykonania. Korzystny przykład wykonania zostanie obecnie dokładniej omówiony w odniesieniu do pierwszego wykonania wykorzystującego Ni3Al. Opis ten ma również zastosowanie do drugiego wykonania wykorzystującego Fe3Al. Zawartość aluminium wynosi 16 do 50% w porównaniu z mniej niż 1% w wielu stopach przemysłowych. Podłoże 300 może być wstępnie uformowaną rurką z Ni3 Al, obrobioną rurką z Ni3Al albo blachą Ni3 Al. Podłoże 300 może być także wykonane przez natryskiwanie wstępnie stopowanej warstwy Ni3Al na pręcikach węglowych albo rurkach. Można również zastosować aluminium do podtrzymywania warstwy podłoża 300. Podłoże 300 może być także uzyskane przez doprowadzanie sproszkowanego Ni i Al w odpowiednim stosunku dla uzyskania Ni3Al. Gdy proszki są podawane przez plazmowy albo termiczny pistolet natryskowy, proszki będą reagować dla uwolnienia znacznej ilości ciepła. Stopienie wystąpi gdy uzyskana mieszanka opadnie na powierzchnię. Efekt stapiania może być poprawiony przy użyciu mechanicznie stapianych proszków Ni i Al. Obróbka po ogrzaniu wytworzy Ni3Al i da znakomite wiązanie z kolejno nakładanąwarstwą izolatora 310.

Izolator 310 może być izolatorem elektrycznym, który jest stabilny elektrycznie i termicznie i przylega do podłoża 300. Należy wziąć pod uwagę mieszanie się izolatora 310 z podłożem 300 i warstwą ogrzewacza 122 spowodowane rozszerzaniem cieplnym. Dowolna odpowiednia substancja ceramiczna taka, jak tlenek glinowy może być wykorzystana. Tlenek cyrkonowy okazał się niezwykle przylegający w powłokach barier termicznych i był stosowany w wielu kształtach, szczególnie tlenek cyrkonowy częściowo stabilizowany około 8% itru.

Ponieważ wysoka rezystancja jest pożądaną cechą przy podgrzewaniu elektrycznym z przenośnych baterii, termiczne natryskiwanie jest wskazane dla uzyskania rezystancyjnej warstwy ogrzewacza 122. Natryskiwanie może przebiegać w oparciu o różne techniki natryskiwania termicznego. Wstępnie stopiony Ni3 Al, mechanicznie stopiony Ni3Al albo proszek Ni i Al w odpowiednim stosunku mogą być wykorzystane. Etap ogrzewania wstępnego jest wymagany jeśli wykorzystuje się mechanicznie stopiony Ni3Al albo proszki Ni i Al do natryskiwania. Temperatura i czas wstępnego ogrzewania będązależeć od parametrów pistoletu do termicznego natryskiwania i mogą być dostosowane do zakresu 600° do 1000°C. Rozmiary cząsteczek i rozkład wymiarów są ważne przy wytwarzaniu Ni3Al jeśli nie wykorzystuje się wstępnie stopionego Ni3Al. W rezystorze można wykorzystać mieszaninę NiAl. Można zastosować wiele składników jako dodatki do stopówNi3Al. B i Si sągłównymi dodatkami do stopu dla warstwy ogrzewacza 122. B jest stosowany dla zwiększenia wytrzymałości ziarnistego obszaru granicznego i daje najlepsze wyniki gdy Ni3Al jest bogaty w nikiel, na przykład gdy Al nie przekracza 24%. Si nie jest dodawany do stopów Ni3 Al w dużych ilościach ponieważ dodanie Si ponad maksymalnie 3% wago178 482 wych wytworzy krzemki niklu, a po utlenieniu powstanie SiOx. Dodanie Mo poprawia wytrzymałość przy wysokich i niskich temperaturach. Cyrkon poprawia odporność na utlenianie podczas obróbki termicznej. Również Hf może być dodany dla poprawienia wytrzymałości na wysokie temperatury. Korzystny stop Ni3Al do wykorzystania jako podłoże 300 i w ogrzewaczu rezystancyjnym 122 ma oznaczenie IC-50 i zawiera około 77,92% Ni, 21,73% Al, 0,34% Zr i 0,01% B według „Processing of Intermetallic Aluminides”, V. Sikka, Intermetallic Metallurgy and Processing Intermetallic Compounds, wyd. Stoioff et. al., Van Nestrand Reinhold, N. Y., 1994, tabela 4. Różne składniki mogąbyć dodane do Fe3Al. Dopuszczalne dodatki obejmująNb, Cu, Ta, Zr, Ti, Mn, Si, Mo i Ni. Podczas topienia dowolnego stopu stosuje się zwykle powłokę gazową z argonu. Przewody elektryczne mogą być przylutowane do rezystancyjnego ogrzewacza 122 albo podłoża 300jak opisano, przy użyciu lasera yAG albo lasera z C02. Lutowanie można przeprowadzić przy użyciu stopów lutowniczych Ag-Cu albo Ni-Cu. Lutowanie jest korzystniej szym sposobem niż zgrzewanie ze względu na grubość rezystora mniejszą od 5 milicali (0,005”) albo 125 mikrometrów. Można zastosować topnik do nawilgocenia powierzchni i oczyszczenia z tlenków. Wiele takich stopów lutowniczych jest dostępnych od Lucas-Milhaupt of Wisconsin i Indium Corporation of America. Stopy Ag-Cu mają temperatury topnienia i krzepnięcia najlepsze dla lutowania laserowego ogrzewacza bez wnikania w warstwy ponieważ całkowita grubość ogrzewacza 122, izolatora 310, podłoża 300 mieści się w zakresie 10 do 15 milicali.

Obecny wynalazek prezentuje wielowarstwowy ogrzewacz z Ni3Al jako podłożem i jako ogrzewaczem odseparowanym przez izolator, tlenek cyrkonowy. Pomysł jest ogólny i może być stosowany przy różnych grubościach i kształtach. Ni3Al łatwo tworzy przylegającą warstwę tlenku glinowego na powierzchni. Warstwa tlenku glinowego będzie dalej zapobiegać utlenianiu i wyeliminuje rdzę, zapewniając długi czas pracy materiału.

Jak pokazano na fig. 4 i 5, koniec nakładanego ogrzewacza 122 jest w bliskim kontakcie elektrycznym z leżącąpod nim warstwą metalowego podłoża 300 w części 125 a pozostała część elementu podgrzewającego 122 pokrywa ceramiczną warstwę izolującą 310. Plazmowe nakładanie każdego rezystancyjnego elementu podgrzewającego 122 na metalowe podłoże 300 zapewnia mocny kontakt. Zatem, powstaje wspólna część piasty końcowej 110 i elektrycznie przewodzącego podłoża metalowego 300 każdego ostrza ogrzewacza 120, które jest podłączone do jednego końca, na przykład dalszego końca, odpowiedniego elementu podgrzewającego. Piasta 110 jest elektrycznie połączona ze źródłem zasilania przez szpilkę 99B, jak pokazano na fig. 3. Materiał 128 o wysokiej przewodności elektrycznej, na przykład nikiel, stopy niklu, miedź albo aluminium, jest ostatecznie rozpryskiwany na elemencie podgrzewającym 120 a następnie mocowane sąprzewody, na przykład szpilki 99A, na przykład przez zgrzewanie, lutowanie albo spawanie, do przeciwnego końca, na przykład bliższego końca, elementu podgrzewającego obok piasty 110. Materiał 128 może być integralnie umieszczony w przewodach albo lutowany, a zwłaszcza lutowany srebrem, i łączyć się ze szpilkami 99A, omówionymi poniżej. Dobrze przewodzący materiał 128 zwiększa rezystancję obszaru pod nim i umożliwia łatwiejsze dodanie przewodów, jak omówiono.

Rurkajest cięta tak, by miała pojedynczą, metalowąpiastę 110 na jednym końcu, jak pokazano na fig. 8, albo dla uzyskania dodatkowej piasty na przeciwnym końcu 210, jak pokazano na fig. 6A-7. Ponieważ metal jest używany jako podłoże, ostrza ogrzewacza 120 mogąbyć odchylane do wewnątrz, zwłaszcza przed dodaniem warstwy 310 i zwijaniem, w stronę wsuniętego papierosa dla poprawienia propagacji ciepła, czyli kontaktu termicznego, między tymi elementami bez ryzyka złamania ostrzy ceramicznych. Dodatkowo wykonane ostrze oraz położony ogrzewacz, mają krzywiznę w postaci przekroju rurki, dalej zwiększając kontakt z wsuniętym cylindrycznym papierosem. Ostrza mogą mieć szerokość na przykład 1,5 mm.

W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 6A i 6B, każdy inny obszar pokryty substancją ceramiczną albo ostrze 120 związane po przeciwnej stronie przez szczelinę 135 rurki, ma element podgrzewający 122 umieszczony na nim. Zatem, wytwarzane sąprzemienne ostrza 220, które są umocowane między przemiennymi obszarami ostrzy ogrzewacza 120. Te ostrza 220 działąjąjak bariery powstrzymujące ucieczkę par z podgrzewanego papierosa, co mogłoby spo20

178 482 wodować potencjalne popsucie skraplania. W takim wykonaniu, zastosowano dwa razy więcej, na przykład szesnaście, szczelin niż liczba wymaganych zaciągnięć, na przykład osiem, określając odpowiednią i równą liczbę ostrzy ogrzewacza i niepodgrzewanych ostrzy barierowych.

Może być wymagana zmiana liczby zaciągnięć, a zatem liczby ogrzewaczy 122, gdy papieros jest wsuwany do cylindrycznego odbieralnika CR. Ta wymagana liczba jest uzyskiwana przez wytworzenie wymaganej liczby ostrzy ogrzewacza 120 i ostrzy barierowych 220. Można to uzyskać poprzez cięcie rurki na ostrza o bokach równych albo nierównych. Jak wyjaśniono, szczeliny 130, 135 są określone między każdym przyległym ostrzem ogrzewacza 120 i ostrzem barierowym 220. Szczeliny te sąutworzone przez nieznaczne rozcięcie albo ścięcie jednego albo obu zestawów ostrzy barierowych i ogrzewacza. Szczeliny 130,135 są wystarczająco duże albo szerokie dla powstrzymania strat cieplnych podczas impulsowania z podgrzanego ostrza ogrzewacza do przyległych ostrzy barierowych i wystarczająco małe albo wąskie dla powstrzymania ucieczki znacznej ilości pary z cylindrycznego odbieralnika. Na przykład, szczelina o wymiarach około 5-15 milicali (0,127 do 0,381 mm) albo mniejszych, a zwłaszcza około 3-4 milicali (0,0762 do 0,1016 mm) ma wiele zastosowań.

W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 6A i 6B, każdy inny obszar pokryty substancją ceramiczną albo ostrze 120 związane po przeciwnej stronie przez szczelinę 135 rurki, ma element podgrzewający 122 umieszczony na nim. Zatem, wytwarzane sąprzemienne ostrza 220, które są umocowane między przemiennymi obszarami ostrzy ogrzewacza 120. Te ostrza 220 działająjak bariery powstrzymujące ucieczkę par z podgrzewanego papierosa, co mogłoby spowodować potencjalne popsucie skraplania. W takim wykonaniu, zastosowano dwa razy więcej, na przykład szesnaście, szczelin niż liczba wymaganych zaciągnięć, na przykład osiem, określając odpowiednią i równą liczbę ostrzy ogrzewacza i niepodgrzewanych ostrzy barierowych.

Może być wymagana zmiana liczby zaciągnięć, a zatem liczby ogrzewaczy 122, gdy papieros jest wsuwany do cylindrycznego odbieralnika CR. Ta wymagana liczba jest uzyskiwana przez wytworzenie wymaganej liczby ostrzy ogrzewacza 120 i ostrzy barierowych 220. Można to uzyskać poprzez cięcie rurki na ostrza o bokach równych albo nierównych.

Jak wyjaśniono, szczeliny 130, 135 są określone między każdym przyległym ostrzem ogrzewacza 120 i ostrzem barierowym 220. Szczeliny te sąutworzone przez nieznaczne rozcięcie albo ścięcie jednego albo obu zestawów ostrzy barierowych i ogrzewacza. Szczeliny 130,135 są wystarczająco duże albo szerokie dla powstrzymania strat cieplnych podczas impulsowania z podgrzanego ostrza ogrzewacza do przyległych ostrzy barierowych i wystarczająco małe albo wąskie dla powstrzymania ucieczki znacznej ilości pary z cylindrycznego odbieralnika. Na przykład, szczelina o wymiarach około 5-15 milicali (0,127 do 0,381 mm) albo mniejszych, a zwłaszcza około 3-4 milicali (0,0762 do 0,1016 mm) ma wiele zastosowań.

Po impulsowaniu elementu podgrzewającego 122, następuje pewien określony minimalny czas przed kolejnym zaciągnięciem. W tym określonym czasie albo dłuższej przerwie między zaciągnięciami, dwa ostrza barierowe 220 przyległe do impulsowanego przed chwilą ostrza ogrzewacza 120 również działająjako zatopienia cieplne dla powstrzymania ciepła przed propagacją do innych ostrzy ogrzewacza 120 albo do niepodgrzewanych lub wcześniej podgrzanych części wsuniętego papierosa 23. Przedwczesne podgrzanie części papierosa wywołałoby niepożądane i/albo częściowe generowanie aerozolu albo degradację cieplną części papierosa przed oczekiwanym podgrzaniem. Kolejne podgrzanie wcześniej podgrzanej części może spowodować powstanie niepożądanych zapachów i smaków. Dla osiągnięcia tych funkcji zatapiania cieplnego, ostrza barierowe powinny zawierać warstwę materiału nieprzewodzącego cieplnie, czyli izolator termiczny, jak substancja ceramiczna. Przykłady odpowiednich substancji ceramicznych obejmują tlenek glinowy, tlenek cyrkonowy, mieszaninę tlenku glinowego i tlenku cyrkonowego, mulit itd. jak w przypadku ostrzy ogrzewacza.

Jeśli wymagane jest dłuższe zaciągnięcie niż uzyskane przy impulsowaniu pojedynczego ogrzewacza i odpowiedniego ostrza ogrzewacza, to układ logiczny jest skonfigurowany dla zapalania innego ogrzewacza albo ogrzewacza dodatkowego (lub kilku) zaraz po impulsowaniu pierwszego ogrzewacza, albo podczas ostatniej części pierwotnego impulsowania, dla podgrza178 482 nia innego segmentu papierosa. Dodatkowy ogrzewacz może być kolejnym ogrzewaczem na promieniu albo innym ogrzewaczem. Ostrza ogrzewacza powinny mieć wymiary pozwalające na uzyskanie całkowitej wymaganej liczby zaciągnięć o odpowiednim czasie trwania.

W innym wykonaniu, którego skończony ogrzewacz pokazano na fig. 8, rurka zawiera pojedynczą piastę 110 mającą wiele, na przykład osiem, jak pokazano, ostrzy z odpowiednimi szczelinami 130 między nimi. Prynminnne ostrza sąumiesycyoen razem z elementami podgrzewającymi 122 jak opisano powyżej dla określenia ostrzy ogrzewacza 120, przy czym pozostałe ostrza określają ostrza barierowe 220.

Jak pokazano na fig. 7, wszystkie obszary związane przez szczeliny mogą funkcjonować jako ostrza ogrzewacza 120. W jednym przykładzie wykonania, każda część pokryta ceramicznie albo ostrza wyposażone sąw element podgrzewający 122 umieszczony na nich a liczba ostrzy ogrzewacza 120 odpowiada liczbie wymaganych zaciągnięć, czyli ośmiu. W innym wykonaniu, każda część pokryta ceramicznie na element podgrzewający 122 a liczba wykonanych ostrzy ogrzewacza 120 jest dwukrotnie większa od liczby zaciagnięć, czyli jest szesnaście części z ogrzewaczami dla papierosa o ośmiu zaciągnięciach. Taka konfiguracja umożliwia inee sekwencji zapalania niż zwykłe kolejne zapalanie na około 2 sekundy, a zwłaszcza prominniown kolejni zapalani; w przykładzie wykonania, w którym liczba elementów podgrzewających 122 odpowiada liczbie zaciągnięć. Na przykład, układ logiczny może spowodować, że dwa obwodowo przeciwległe elementy podgrzewające 122, czyli elementy podgrzewające oddalone o 180° na rurze, zapalą się jednocześnie dla wspólnego podgrzania odpowiedniej części papierosa dla wygennrrwnnin zaciągnięcia. Alternatywnie, po pierwszej sekwencji zapalania każdego innego elementu podgrzewającego 122 dla papierosa następuje druga sekwencja zapalania odpowiednich elementów podgrzewających 122 dla następnego papierosa. Alternatywnie, ta pierwsza sekwencja zapalania może być powtórzona przez określony czas dla wielu papierosów a następnie rozpoczęta druga sekwencja zapalania. Można wykorzystać każde połączenie ostrzy ogrzewacza i, w razie potrzeby, ostrzy barierowych. Liczba ostrzy ogrzewacza może być mniejsza, a nie równa albo większa, od liczby zaciągnięć pojedynczego papierosa. Na przykład, układ dziewięcioostryowy może być wykorzystany dla papierosa o sześciu zaciągnięciach, przy czym różny zestaw sześciu ogrzewaczy jest zapalany dla kolejnych papierosów a odpowiedni zestaw pozostałych trzech ogrzewaczy nie jest zapalany.

Użycie metalu jako podłoża umożliwia to, że podłoże metalowe 300 każdego z ostrzy podgrzewających 120 służy jako ścieżka przewodząca, czyli ujemne połączenie, dla elementu podgrzewającego 122. Dokładniej, jeden koniec elementu podgrzewającego jest elektrycznie połączony, na przykład przez naparowanie plazmowe, z metalowym podłożem w części 125. Ten koniec ogrzewacza jest bliżej otwartego końca 360 niż drugi koniec ogrzewacza ponieważ to połączenie ogrzewacza nie wymaga przewodów elektrycznych, które mogłyby się uszkodzić przy wsuwaniu i usuwaniu papierosa. Metalowa piasta 110 jest ładowana ładunkiem ujemnym ze źródła zasilania 37 i służy jako masa dla wszystkich elementów podgrzewających. Dokładniej, piasta 110 jest elektrycznie połączona z ujemnym zaciskiem źródła zasilania 37 przez szpilkę 99B, a zwłaszcza lutowana, jak pokazano na fig. 3. Szpilka 99B jest z kolei łączona ze źródłem zasilania 37 payey kołek 104B. Ścieżka przewodząca jest wykonana od drugiego końca każdego elementu podgrzewającego 122 do źródła zasilania, na przykład w postaci przewodu elektaycynego takiego jak szpilka 99A, miejscowo lutowana albo zgrzewana do obszaru 128 elementów podgrzewających 122. Szpilka 99A jest elektrycznie łączona z dodatnim zaciskiem źródła zasilania 37 przez szpilkę 104A. Obszar 128 składa się z odpowiedniego materiału, takiego jak nikiel, aluminium albo odpowiednie stopy 50/50 niklu, glinu, miedzi itd., mające dobrąpazγczepność i niższe punkty topnienia niż warstwa metalowa 300.

Wynalazek również minimalizuje szkodliwe naprężenia indukowane cieplnie. Element podgrzewający jest zasadniczo jednolicie umieszczony na oparciu ceramicznym, dzięki czemu unika się naprężeń pochodzących z połączeń wzajemnych części dyskretnych elementu podgrzewającego i/albo z dyskretnych połączeń między elementem ogrzewacza a substancją ceramiczną.

Jak wyjaśniono, korzystnie jest umieścić elementy podgrzewające 122 na zewnętrznej powierzchni ostrza ogrzewacza 120, czyli na powierzchni ostrza, przeciwnej do powierzchni stykającej się albo pozostającej w kontakcie termicznym z wsuniętym papierosem 23, dla ułatwienia wytwarzania. Również przez umieszczenie elementów podgrzewających 122 na tej powierzchni zewnętrznej, powstaje względnie mocna podstawa dla elementów podgrzewających a elementy podgrzewające unikają bezpośredniego silnego oddziaływania z papierosem podczas wsuwania, dopasowywania i usuwania przez palacza. Taka korzystna konfiguracja mechaniczna wymaga, by element podgrzewający 122 podgrzewał warstwę ceramiczną 310 i podłoże metalowe 300 stykając się ze wsuniętym papierosem dla przesyłania ciepła początkowo przez przewodzenie do wsuniętego papierosa a następnie przez konwekcję i radiację, jeśli suwliwa powierzchnia nie jest utrzymywana między impulsowanym ostrzem ogrzewacza 120 a wsuniętym papierosem. Element podgrzewający jest zwymiarowany i termicznie zaprojektowany dla podgrzewania większości ostrza ogrzewacza 120 dla ostatecznego podgrzania segmentu wsuniętego papierosa o wystarczających rozmiarach, czyli 18 mm², dla wygenerowania odpowiedniego zaciągnięcia dla palacza. Przesyłanie ciepła z elementu podgrzewającego 122 do papierosa 23 powinno być wydajne, ponieważ ogrzewacz wytwarza impuls energii cieplnej przez względnie cienkie warstwy 300 i 310. Element podgrzewający 122, w zależności od wybranego materiału i techniki nakładania, ma grubość około 1 do 2 milicali (0,0254 do 0,0508 mm). Elementem podgrzewającym może być wcześniej wspomniany stop MCrAlY, FeCrAlY, Nichrome (stopy firmowe zawierają 54-80% niklu, 10-20% chromu, 7-27% żelaza, 0-11% miedzi, 0-5% manganu, 0,3-4,6% krzemu i czasem 1 % molibdenu oraz 0,25% tytanu; Nichrome I zawiera 60% niklu, 25% żelaza, 11 % chromu i 2% manganu; Nichrom 11 zawiera 75% niklu, 22% żelaza, 11 % chromu i 2% manganu; a Nichrome ΙΠ jest termicznie odpornym stopem zawierającym 85% niklu i 15% chromu) albo aluminidy. Także warstwa ceramiczna mająca względnie niskąprzewodność cieplną nie będzie przewodzić znacznych ilości ciepła do odpowiedniej piasty. Warstwa metalowa, która ma wyższą przewodność cieplną niż ceramika, także nie będzie przewodzić w znaczący sposób, na przykład więcej niż około 5 do 10%, ze względu na krótki okres impulsowania i mały przekrój poprzeczny.

Stwierdzono, że zasadniczo poprzeczny albo promieniowy przepływ powietrza względem wsuniętego papierosa daje lepsze wytwarzanie dymu niż zasadniczo wzdłużny przepływ. Szczeliny 130 i 135 stanowiątory powietrza wciąganego do kontaktu ze wsuniętym papierosem. Dodatkowe kanały powietrza zastosowano dla poprawy poprzecznego przepływu powietrza przez perforowane części ostrza ogrzewacza i/albo otworki w ostrzach barierowych. Perforacje wykonuj e się za pomocą lasera po położeniu powłoki ceramicznej 310 i powłoki ogrzewacza 122 albo mechanicznym dziurkaczem przed położeniem. W celu uniknięcia podziurawienia ostrza ogrzewacza przed rozmieszczeniem elementów podgrzewających, albo podziurawienia ostrzy ogrzewacza po rozmieszczeniu, ostrza barierowe mogą być oddzielnie dziurkowane jeśli uzyskano odpowiedni przepływ powietrza w połączeniu z tymi szczelinami.

Jak omówiono powyżej, szczeliny 130, 135 są stosowane dla uniknięcia podgrzewania przyległych ostrzy i dla zwiększenia zawartościpary. Dodatkowo, szczeliny te pozwalają na rozszerzanie cieplne i kurczenie ostrzy ogrzewacza 120 i ostrzy barierowych 220. W powyższych wykonaniach wykorzystujących pojedynczą piastę (fig. 8), szczeliny 130,135 sąokreślone między wzdłużnymi bokami przyległych ostrzy dla kompensowania zmian szerokości pod wpływem temperatury. Zmiany wzdłużne są dozwolone ponieważ końce ostrzy naprzeciw pojedynczej piasty są swobodne. W powyższych wykonaniach podwójnej piasty, szczeliny 130 i 135 są określone przez podłużną, prostokątną falę dla uzyskania szczelin między wzdłużnymi bokami przyległych ostrzy i między okrągłymi albo kwadratowymi swobodnymi końcami ostrzy i przeciwległą piastą 210.

W wykonaniu pokazanym na fig. 6A, szczeliny 130 biegną tylko wzdłuż podłużnych boków przyległych poprzemienianych ostrzy ogrzewacza 120 i ostrzy barierowych 220, które są związane na obu końcach przez odpowiednie piasty 110 i 210. Piasta 110 nie jest powlekana powłoką ceramiczną 310, czyli metalowe podłoże 300 jest odsłonięte tak, że piasta 110 działa

178 482 jako wspólny punkt dla elementów podgrzewających 122. Piasta 110 określa otwór wejściowy 360, który w tym wykonaniu nie jest poszerzony. Figura 6B przedstawia podobne wykonanie z wyjątkiem tego, że szczeliny 135 mająkształtu. Ostrza barierowe 220 są integralnie utworzone na obu piastach 110 i 210 a ostrza ogrzewacza 120 biegną od piasty 110. Taki kształt szczeliny, przy którym jeden koniec ostrza jest swobodny względem przeciwlegle umieszczonej piasty, umożliwia termiczne rozszerzanie i kurczenie ostrzy ogrzewacza 120 w kierunku wzdłużnym, redukując naprężenia.

Dalsze wykonanie przedstawione na fig. 8 nie ma piasty 210 określającej otwór wejściowy 360. Otwór wejściowy 360 jest określony przez swobodne końce ostrzy ogrzewacza 120 i ostrza barierowe 220 biegnące wzdłużnie w tym samym kierunku od piasty 110. Swobodne końce ostrzy umożliwi ^jiąrozszerzanie się ostrzy dla zapobieżenia niepożądanemu nadmiernemu zginaniu się albo odchylaniu ostrzy do wewnątrz w wyniku rozszerzania cieplnego. Nadmierne odchylanie do wewnątrz zmniejsza średnicę wewnętrzna cylindrycznego odbieralnika CR, zwiększając w ten sposób potencjalne siły niszczące niezbędne do wsunięcia i usunięcia papierosa. Również swobodne końce ostrzy korzystnie redukują wymagane siły wsuwania ponieważ swobodne końce są odpowiednio ustawione względem piasty. Dodatkowo, jak pokazano w tym wykonaniu, szerokość ostrzy ogrzewacza i barierowych nie musi być równa. Ostrze ogrzewacza 120 ma około 1,5 mm szerokości w każdym wykonaniu.

Obecnie omówione będzie alternatywne wykonanie w odniesieniu do fig. 10, w którym ogrzewacze 122 są umieszczone na wewnętrznym boku ostrza ogrzewacza 120, czyli na powierzchni określającej cylindryczny odbieralnik CR tak, by ogrzewacze bezpośrednio stykały się ze wsuniętym papierosem. Jak widać, warstwa ceramiczna 310 jest umieszczona na wnętrzu warstwy metalowej 300 ostrza 120 a ogrzewacz 122 jest umieszczony na warstwie ceramicznej 310. Połączenia elektryczne opisano powyżej. Każde z opisanych wykonań może wykorzystywać to położenie ogrzewacza. Sposób wytwarzania takiej konfiguracji będzie zawierał wytwarzanie ostrzy, nakładanie warstw, ceramicznej i ogrzewacza, w dowolnym porządku opisanym powyżej, na metalową blachę a następnie zwijanie i zgrzewanie zamkniętego kształtu dla utworzenia rurki z ogrzewaczami 122 umieszczonymi na wewnętrznej stronie ostrza 120 naprzeciw wsuniętego papierosa.

Dokładniej, ta technika wytwarzania zawiera wytłaczanie odpowiedniej blachy metalowej dla uzyskania wielu ostrzy 120,220 (jeśli stosuje się ostrza barierowe 220) biegnących prostopadle od części łączeniowej CS w układzie o kształcie grzebienia, jak pokazano na fig. 11. Układ ten jest maskowany, a izolująca warstwa ceramiczna jest nakładana na nie zakryte ostrza i, w razie potrzeby, na część łączeniową CS. Następnie układ jest ponownie maskowany i na wybrane ostrzajest nakładany rezystancyjny element grzejny 122, na przykład metodą sitodruku. Następnie dołącza się przewody łączące. Układ ogrzewacza jest następnie zwijany tak, że część łączeniowa CS tworzy elektrycznie wspólną piastę 110, jak opisano. Gdy część łączeniowa CS jest zwijana w kierunku A, powstaje cylindryczny układ ogrzewacza, w którym ogrzewacze 122 bezpośrednio stykają się ze wsuniętym papierosem, jak pokazano na fig. 10, albo gdy jest zwijana w kierunku B, powstaje cylindryczny układ ogrzewacza, w którym ogrzewacze wystają na zewnątrz papierosa, czyli metalowe podłoże styka się bezpośrednio z papierosem, jak pokazano na innych figurach, na przykład fig. 12.

Alternatywnie, cylindryczna konfiguracja ogrzewaczy może być wykonana przez wytłaczanie wzoru P jak pokazano na fig. 13, z odpowiedniego arkusza materiału przewodzącego. Wzór P zawiera centralną piastę 410 mającą wiele rozstawionych ramion 420 wychodzących promieniowo na zewnątrz dla utworzenia układu szprychowego. Ramiona 420 są pokryte warstwą izolacyjną a ogrzewacz rezystancyjny jest omówiony powyżej. W jednym wykonaniu, piasta 410 służy jako element wspólny, z każdym z ogrzewaczy rezystancyjnych odpowiednio elektrycznie połączonym z odpowiednim ramieniem 420, zwykle na końcu ogrzewacza 122 najdalej od piasty 410. Odpowiedni dodatni styk zastosowano na każdym ogrzewaczu, szczególnie na końcu ogrzewacza 122 jak najbliżej do piasty 410 tak, by wszystkie połączenia, czyli połączenia dodatniego ogrzewacza i wspólnej piasty 410, były blisko siebie. Następnie, ramiona 420

178 482 są zginane tak, by były prostopadłe do płaszczyzny piasty dla określenia cylindrycznego odbieralnika. Zależnie od kierunku zginania, ogrzewacze 122 albo ramię 420 będą bezpośrednio stykać się ze wsuniętym papierosem.

W poprzednich wykonaniach, wspólne ostrze 320, jak pokazano na fig. 11 i 12, może być zastosowane dla elektrycznego połączenia wspólnej piasty 110 ze źródłem zasilania 99B. W spoinę ostrze 320 biegnie od piasty 110 w tym samym kierunku co inne ostrza i nie j est powleczone ani ceramicznie ani rezystancyjnym ogrzewaczem podczas wytwarzania, czyli wspólne ostrze 120 jest maskowane tak, by zawierało substrat 300. Alternatywnie, wspólne ostrze jest powlekane ceramiką310 dla elektrycznego izolowania wspólnego ostrza od otaczających elementów. Zatem, ujemny wspólny styk dla wszystkich ogrzewaczy jest wykonany na końcu wspólnego ostrza 320 naprzeciw wspólnej piasty 110. Podobnie, wykonano odpowiednie dodatnie połączenia dla każdego ogrzewacza 122 na końcu ostrzy ogrzewacza 122 na końcu ostrzy ogrzewacza 120 naprzeciw piasty 110 tak, że elektryczne połączenia znajdują się na końcu układu ogrzewacza naprzeciw wspólnej piasty 110. Zatem, w razie potrzeby wspólna piasta 110 może służyć do określenia otworu wejściowego 360 dla papierosa a ostrza 120,320 mogą być utrzymywane na przeciwnym końcu na przykład przez przekładkę 49.

W każdym z wykonań, ujemne podłączenie do każdego ogrzewacza może być wykonane indywidualnie, na przykład za pomocą odpowiedniego ujemnego styku umieszczonego naprzeciw odpowiednich styków dodatnich 128. Zatem, w takim wykonaniu ostrza piasta nie wymagałyby przewodzenia elektrycznego. Również w innych wykonaniach pojedynczy ogrzewacz może zawierać ostrze albo inną strukturę o konfiguracji warstwowej, którą przedstawiono w odpowiednim ujemnym połączeniu dla podgrzania tytoniu w postaci papierosa, jak opisano, bardziej konwencjonalnego papierosa, zwoju tytoniu urządzenia do palenia substancji tytoniowych opisanego w będącym przedmiotem postępowania, wspólnie przyznanym zgłoszeniem patentowym USA., nr 105 346. Na figurze 14 przedstawiono inny przykład wykonania, w którym ostrza 120 zawierają dodatkowy integralny segment 120A. Na przykład, ostrza fig. 1 albo ramiona z fig. 13 mogą być rozciągnięte, na przykład dwukrotnie w stosunku do długości w poprzednich przykładach. Dodatnie połączenie każdego ogrzewaczajest zapewnione przez położenie ceramicznej warstwy izolującej elektrycznie na wystającąwarstwę 310 na segmencie podłoża 120A, jak opisano, a następnie położenie materiału stykowego 128A elektrycznie kontaktującego się z końcem ogrzewacza rezystancyjnego 122 na segmencie powleczonym ceramicznie 120A. Alternatywnie, stosuje się przewód albo ścieżkę połączeniową, elektrycznie odizolowaną od segmentu ostrza 120A, dla połączenia z materiałem 128A. Piasta 110 i ostrza ogrzewacza 120, oraz w razie potrzeby ostrza barierowe 220, są umieszczone jak opisano odnośnie fig. 11 i 13. Segment ostrza 120A jest zginany o około 180° tak, że koniec 120E naprzeciw połączenia z ogrzewaczem 120 jest w pobliżu wspólnej piasty 110 i styka się elektrycznie z odpowiednią szpilką 99A, działając j ak zwykły styk, zapewniając ustawienie wszystkich połączeń elektrycznych w stronę piasty 110. Obszar zginania między częścią 120A i częścią ostrza 120 noszącą element podgrzewający 122 może być węższy niż reszta ostrza. To zgięte ostrze może służyć do giętkiego formowania wokół wsuniętego papierosa, nieco się rozszerzając podczas wsuwania papierosa a następnie kurcząc się dookoła papierosa. Różne wykonania wynalazku umożliwiają dostarczanie odpowiedniej ilości zapachu tytoniu do palacza w standardowych warunkach wykorzystania. Zrozumiałe jest, że wymagane jest dostarczanie od 5 do 13 mg, a zwłaszcza od 7 do 10 mg, aerozolu do palacza przy ośmiu zaciągnięciach, przy czym każde zaciągnięcie ma objętość 35 ml i czas trwania dwie sekundy. Stwierdzono, że w celu uzyskania takiego dostarczania, elementy ogrzewacza 122 powinny być w stanie przenieść temperaturę od około 200° gdy sąw relacji przesyłu ciepła z papierosem 23. Dalej, ostrza ogrzewacza 120 powinny zużywać około 5 do 40 J energii, a korzystniej od około 10 do 25 J, a najlepiej około 20 J. Ostrza ogrzewacza 120, które są zginane do wewnątrz w stronę papierosa 23 dla poprawienia przesyłu ciepła, mają niższe wymagania energetyczne.

Elementy podgrzewające o wymaganych charakterystykach mają obszar czynny powierzchniowo o powierzchni około 3 mm² i około 25 mm² oraz rezystancję od około 0,5 Ohma do około 3,0 Ohmów. Korzystniej, elementy podgrzewające 122 powinny mieć rezystancję od

178 482 około 0,8 Ohma do około 2,1 Ohma. Oczywiście, rezystancja ogrzewacza zależy od danego źródła zasilania 37, użytego dla dostarczania energii potrzebnej do podgrzania elementów podgrzewających 122. Na przykład, powyższe rezystancje ogrzewacze odpowiadają wykonaniom, w których energia jest dostarczana przez cztery ogniwa baterii niklowo-kadmowej połączone szeregowo z nieładowanym źródłem napięcia o wartości około 4,8 do 5,8 V. Jeśli wykorzystuje się sześć albo osiem takich szeregowo połączonych baterii, elementy podgrzewające 122 powinny mieć rezystancję od około 3 do 5 Ω albo od około 5 do 7 Ω, odpowiednio.

Materiały, z których wykonuje się elementy podgrzewające 122 wybierane są tak, by zapewniały wielokrotne użycie przy przynajmniej 1800 cyklach włączania/wyłaczania bez uszkodzenia. Uchwyt ogrzewacza 39 jest usuwany oddzielnie z zapalniczki 25 włączając źródło zasilania 37 i układ, który jest usuwany po 3600 cyklach albo więcej. Materiały elementu podgrzewającego i inne elementy metalowe są także wybierane w oparciu o ich odporność na utlenianie i generalny brak reakcyjności dla uniknięcia utleniania albo reakcji z papierosem 23 w dowolnej temperaturze. W razie potrzeby, elementy podgrzewające 122 i inne elementy metalowe są otoczone obojętnym materiałem przewodzącym ciepło takim, jak materiał ceramiczny dla dalszego uniknięcia utleniania i reakcji.

W oparciu o te kryteria, materiały na środki podgrzewania elektrycznego zawierają domieszkowane półprzewodniki (na przykład krzem), węgiel, grafit, stal nierdzewną, tantal, matryce metalowo-ceramiczne i stopy metali takie, jak na przykład stopy żelaza. Odpowiednie matryce metalowo-ceramiczne zawierają węglik krzemu i aluminium oraz węglik krzemu i tytan. Odporne na utlenianie składniki międzymetaliczne, jak aluminidy niklu i aluminidy żelaza, również mogą być zastosowane.

Jednak korzystniej, elektryczne elementy podgrzewające 122 i inne metalowe składniki są wykonane ze stopu opornego cieplnie, który posiada połączenie wysokiej wytrzymałości mechanicznej i odporności na degradację powierzchni w wysokich temperaturach. Ostrze ogrzewacza 120 może mieć kształt serpentyny, jak pokazano w WO 94/06314. Elementy podgrzewające 122 są korzystnie wykonywane z materiału, który ma wysoką wytrzymałość i stabilność powierzchniową w temperaturach około 80% jego punktu topnienia. Takie stopy zawierająte, które zwykle nazywa się superstopami i generalnie zawierają nikiel, żelazo albo kobalt. Na przykład, stosuje się stopy głównie żelaza albo niklu z glinem i itrem. Stop elementów podgrzewających 122 korzystnie zawiera aluminium dla dalszej poprawy wykonania elementu podgrzewającego, na przykład dzięki odporności na utlenianie. Zarówno elementy podgrzewające 122 jak i podłoże metalowe 300 piast i ostrzy są stopem Ni3Al albo Fe3Al. Stop przedstawiony we wspólnie przydzielonym, będącym przedmiotem postępowania zgłoszeniu patentowym USA złożonym 29 grudnia 1994 również może być stosowany.

Wiele modyfikacji, zastąpień i ulepszeń może być oczywistych dla specjalisty z tej dziedziny bez odejścia od ducha i zakresu wynalazku.

178 482

104Α

110 99Α -)28 122 310 125 300 220 / 360

104Β-

99Β

FIG. 3

61 59 69

77 73 67 65

FIG. 2

300

126

178 482

135

FIG.6B

178 482

120

FIG. 8

178 482

FIG. 9

360

FIG.10

310

360

FIG. 12

320

120Α

178 482

37

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 6,00 zł.

Claims (49)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Ogrzewacz stosowany w urządzeniu do palenia substancji tytoniowych, wyposażonym w źródło energii elektrycznej oraz rezystancyjny element podgrzewający dla podgrzewania środka. o zapachu tytoniu, znamienny tym, że zawiera podłoże (300) z elektrycznie przewodzącego materiału i izolator elektryczny, umieszczony przynajmniej na części podłoża (300), przy czym elektrycznie rezystancyjny elementpodgrzewający (122) jest umieszczony na izolatorze elektrycznym, a pierwszy koniec elementu podgrzewającego jest połączony z elektrycznie przewodzącym podłożem (300), natomiast drugi koniec elementu podgrzewającego (122) i część elementu podgrzewającego między końcami, pierwszym i drugim, elementu podgrzewającego (122) są elektrycznie izolowane od elektrycznie przewodzącego podłoża (300) przez izolator, a ponadto podłoże i drugi koniec elementu podgrzewającego maj ^podłączenie do źródła energii elektrycznej.
2. 2. Ogrzewacz stosowany w urządzeniu do palenia substancji tytoniowych, wyposażonym w źródło energii elektrycznej oraz rezystancyjny element podgrzewający dla podgrzewania cylindrycznego papierosa, znamienny tym, że zawiera cylindryczna rurkę z elektrycznie przewodzącego materiału, wyposażoną w wiele szczelin (130, 135), wyznaczających wiele elektrycznie przewodzących ostrzy tworzących odbieralnik oraz elektrycznie przewodzącą, współnąpiastę końcową (110) umieszczoną wewnątrz urządzenia do palenia substancji tytoniowych, przy czym od piasty końcowej (110) odchodzą ostrza, a ponadto zawiera izolator elektryczny umieszczony przynajmniej na jednym z wielu elektrycznie przewodzących ostrzy, przy czym na izolatorze jest umieszczony elektrycznie rezystancyjny elementpodgrzewający (122), a pierwszy koniec elementu podgrzewającego (122) jest elektrycznie połączony z przynajmniej jednym z wielu elektrycznie przewodzących ostrzy, natomiast drugi koniec elementu podgrzewającego (122) i część elementu podgrzewającego między końcami, pierwszym i drugim, sąelektrycznie izolowane od przynajmniej jednego elektrycznie przewodzącego ostrza przez izolator, przy czym piasta końcowa (110) ma podłączenie do źródła energii elektrycznej i drugi koniec elementu podgrzewającego ma podłączenie do źródła energii elektrycznej.
3. 3. Ogrzewacz według zastrz. 2, znamienny tym, że izolator jest umieszczony na zewnętrznej powierzchni rurki, naprzeciw powierzchni rurki otaczającej wsunięty papieros.
4. 4. Ogrzewacz według zastrz. 3, znamienny tym, że przynajmniej jedno ostrze, nałożony izolator i odpowiedni element podgrzewający mają współczynniki rozszerzania cieplnego dobrane dla skompensowania rozszerzania cieplnego elementu podgrzewającego.
5. 5. Ogrzewacz według zastrz. 2, znamienny tym, że szczeliny (130,135) biegną wzdłużnie względem rurki.
6. 6. Ogrzewacz według zastrz. 2, znamienny tym, że szczeliny (130,135) są spiralne.
7. 7. Ogrzewacz według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że szczeliny (130,135) sązwymiarowane dla zminimalizowania strat cieplnych od podgrzewanego elementu podgrzewającego i odpowiedniego ostrza do przyległego ostrza.
8. 8. Ogrzewacz według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że szczeliny (130,135) sązwymiarowane dla zminimalizowania ucieczki par generowanych przez podgrzany papieros.
9. 9. Ogrzewacz według zastrz. 3, znamienny tym, że rurka zawiera wlot dla wsuwania papierosa i względnie węższą część dla zapewnienia bliskiego kontaktu ze wsuniętym papierosem.
10. 10. Ogrzewacz według zastrz. 9, znamienny tym, że wlot ma średnicę nieznacznie większą niż wsunięty papieros.

    178 482
11. 11. Ogrzewacz według zastrz. 10, znamienny tym, że rurka zawiera dalej część przewężonąmiędzy wlotem i węższączęścią, przy czym część przewężona ma stopniowo zmniejszającą się średnicę od końca wlotu do części węższej.
12. 12. Ogrzewacz według zastrz. 11, znamienny tym, że ostrza są odchylone do wewnątrz dla określenia węższej części.
13. 13. Ogrzewacz według zastrz. 12, znamienny tym, że wlotjest umieszczony na końcu rurki naprzeciw wspólnej piasty końcowej (110) i jest określony przez swobodne końce ostrzy.
14. 14. Ogrzewacz według zastrz. 13, znamienny tym, że dalej zawiera drugąpiastę końcową(210), umieszczoną na przeciwnym końcu rurki niż wspólna piasta końcowa, przy czym druga piasta końcowa określa wlot dla wsuwania papierosa.
15. 15. Ogrzewacz według zastrz. 8,znamienny tym, że dalej zawiera drugąpiastę końcową(210) umieszczoną na przeciwnym końcu rurki niż wspólna piasta końcowa (110).
16. 16. Ogrzewacz według zastrz. 15, znamienny tym, że szczeliny (130,135) biegną między ostrzami i drugą piastą końcową.
17. 17. Ogrzewacz według zastrz. 16, znamienny tym, że dalej zawiera dodatni styk elektryczny elektrycznie połączony z drugim końcem elementu podgrzewającego.
18. 18. Ogrzewacz według zastrz. 17, znamienny tym, że dalej zawiera przynajmniej dwa izolatory elektryczne odpowiednio umieszczone na przynajmniej dwóch z wielu ostrzy i odpowiedni element podgrzewający umieszczony na każdym z izolatorów tak, że pierwszy koniec każdego z elementów podgrzewających jest elektrycznie połączony z odpowiednim ostrzem, przy czym wspólna piasta końcowa (110) łączy elektrycznie elementy podgrzewające, a drugi koniec każdego elementu podgrzewającego ma podłączenie elektryczne do źródła energii elektrycznej.
19. 19. Ogrzewacz według zastrz. 18, znamienny tym, że izolatory (310) i odpowiednie elementy podgrzewające (122) są umieszczone na każdym z pozostałych ostrzy.
20. 20. Ogrzewacz według zastrz. 18, znamienny tym, że izolatory (310) są umieszczone na każdym z wielu ostrzy, a odpowiedni element podgrzewający (122) jest umieszczony na każdym z pozostałych ostrzy.
21. 21. Ogrzewacz według zastrz. 18, znamienny tym, że zbiór ostrzy mających odpowiedni element podgrzewający odpowiada założonej z góry liczbie wymaganych zaciągnięć wsuniętego papierosa.
22. 22. Ogrzewacz według zastrz. 18, znamienny tym, że liczba ostrzy mających odpowiednie elementy podgrzewające (122) jest równa założonej z góry liczbie zaciągnięć.
23. 23. Ogrzewacz według zastrz. 18, znamienny tym, że liczba ostrzy mających odpowiedni element podgrzewający (122) jest dwa razy większa od założonej z góry liczby zaciągnięć dla wsuniętego papierosa.
24. 24. Ogrzewacz według zastrz. 18, znamienny tym, że odpowiedni elementpodgrzewajacy (122) ma termiczne połączenie z dwoma ostrzami.
25. 25. Ogrzewacz według zastrz. 19 albo 20, albo 21, albo 22, albo 23, albo 24, znamienny tym, że elektryczne izolatory są umieszczone na zewnętrznej powierzchni rurki naprzeciw powierzchni rurki otaczającej wsunięty papieros.
26. 26. Ogrzewacz według zastrz. 25, znamienny tym, że przynajmniej jedno ostrze zawiera perforacje.
27. 27. Ogrzewacz według zastrz. 17, znamienny tym, że izolator elektrycznyjest umieszczony na wewnętrznej powierzchni rurki tak, że element podgrzewający (122) otacza wsunięty papieros.
28. 28. Ogrzewacz według zastrz. 27, znamienny tym, że elektrycznie przewodzący materiał rurki cylindrycznej jest wybrany z grupy składającej się z aluminidów żelaza i aluminidów niklu a element podgrzewający zawiera elektrycznie rezystancyjny materiał wybrany z grupy składającej się z aluminidów żelaza i aluminidów niklu.
29. 29. Ogrzewacz według zastrz. 28, znamienny tym, że elektrycznie przewodząca rurka albo podłoże (300) zawierają aluminid żelaza, przy czym elektrycznie rezystancyjny element podgrzewający zawiera aluminid żelaza, a elektryczny izolator jest wybrany z grupy składającej

    178 482 się z tlenku glinowego, tlenku cyrkonowego, mulitu i mieszanin tlenku glinowego i tlenku cyrkonowego.
30. 30. Ogrzewacz według zastrz. 29, znamienny tym, że izolator zawiera tlenek glinowy częściowo stabilizowany tlenkiem itrowym.
31. 31. Ogrzewacz według zastrz. 30, znamienny tym, że przynajmniej elektrycznie przewodzące podłoże (300) albo rurka, albo rezystancyjny element podgrzewający zawiera około 77,92% Ni, około 21,73% Al, około 0,34% Zr i około 0,01% B.
32. 32. Ogrzewacz według zastrz. 31, znamienny tym, że elektrycznie przewodząca rurka albo podłoże (300) zawiera aluminid niklu mający modyfikator wybrany dla grupy składającej się z Zr i B.
33. 33. Ogrzewacz według zastrz. 32, znamienny tym, że element podgrzewający zawiera aluminid niklu mający modyfikator wybrany z grupy składającej się z Zr i B.
34. 34. Ogrzewacz według zastrz. 18, znamienny tym, że rurka cylindryczna dalej zawiera wspólne ostrze z elektrycznie przewodzącego materiału odchodzące od wspólnej piasty końcowej, przy czym wspólne ostrze jest przystosowane do elektrycznego połączenia ze źródłem energii elektrycznej.
35. 3 5. Ogrzewacz według zastrz. 18, znamienny tym, że wspólna piasta określa wlot dla wsunięcia papierosa, przy czym pierwszy koniec elementu podgrzewającego znajduje się w pobliżu wspólnej piasty a drugi koniec elementu podgrzewającego jest oddalony od wspólnej piasty.
36. 36. Ogrzewacz według zastrz. 13, znamienny tym, że pierwszy koniec elementu podgrzewającego jest oddalony od wspólnej piasty a drugi koniec elementu podgrzewającego znajduje się w pobliżu wspólnej piasty.
37. 37. Sposób wytwarzania ogrzewacza stosowanego w urządzeniu do palenia substancji tytoniowych dla podgrzewania cylindrycznego papierosa, znamienny tym, że nakłada się elektrycznie przewodzący materiał, wytwarza się wiele ostrzy z elektrycznie przewodzącego materiału, mających szczeliny, oraz wspólną część końcową, przy czym ostrza odchodząod wspólnej części końcowej, wytwarza się izolator elektryczny na przynajmniej jednym z wielu elektrycznie przewodzących ostrzy, wytwarza się elektrycznie rezystancyjny ogrzewacz na utworzonym izolatorze elektrycznym tak, że koniec ogrzewacza jest elektrycznie połączony z przynajmniej jednym elektrycznie przewodzącym ostrzem, wytwarza się styk elektryczny na drugim końcu utworzonego ogrzewacza oraz wytwarza się wiele ostrzy i część wspólną w cylindrycznym odbieralniku dla wsuniętego papierosa.
38. 38. Sposób według zastrz. 37, znamienny tym, że etapy wytwarzania izolatora elektrycznego i rezystancyjnego ogrzewacza przeprowadza się przez maskowanie i termiczne natryskiwanie odpowiednich wzorów izolatora i ogrzewacza rezystancyjnego.
39. 39. Sposób według zastrz. 38, znamienny tym, że w etapie wytwarzania wielu ostrzy laserowo rozcina się rurkę z elektrycznie przewodzącego materiału.
40. 40. Sposób według zastrz. 39, znamienny tym, że dodatkowo wytwarza się wiele ostrzy przed etapem wytwarzania izolatora elektrycznego na rurce.
41. 41. Sposób według zastrz. 40, znamienny tym, że w etapie nakładania wytłacza się rurkę z arkusza elektrycznie przewodzącego materiału.
42. 42. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że w etapie wytwarzania ostrzy wytwarza się ostrza biegnące równolegle do wzdłużnej osi rurki.
43. 43. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że w etapie wytwarzania ostrzy wytwarza się ostrza spiralne względem wzdłużnej osi rurki z materiału elektrycznie przewodzącego.
44. 44. Sposób według zastrz. 43, znamienny tym, że spiralne ostrza wytwarza się przez obracanie rurki podczas wzdłużnego przesuwania przyrządu tnącego względem obracającej się rurki.
45. 45. Sposób według zastrz. 44, znamienny tym, że obraca się rurkę z elektrycznie przewodzącego materiału podczas etapu wytwarzania izolatora elektrycznego.
46. 46. Sposób według zastrz. 45, znamienny tym, że obraca się rurkę między każdym z etapów wytwarzania elektrycznie rezystancyjnego ogrzewacza.

    178 482
47. 47. Sposób według zastrz. 46, znamienny tym, że wytwarza się wspólną część i wiele ostrzy odchodzących prostopadle od wspólnej części we wspólnym kierunku wytłaczając arkusz elektrycznie przewodzącego materiału oraz zwijając część wspólną tworzy się piastę z odchodzącymi od niej wieloma ostrzami, określającą odbieralnik do przyjmowania cylindrycznego papierosa.
48. 48. Sposób według zastrz. 46, znamienny tym, że wytwarza się piastę centralną i wiele ostrzy odchodzących od niej promieniowo wytłaczając arkusz elektrycznie przewodzącego materiału oraz zgina się ostrza w tym samym kierunku dla określenia odbieralnika dla cylindrycznego papierosa.
49. 49. Sposób według zastrz. 48, znamienny tym, że zgina się część każdego z ostrzy o około 180 stopni w stronę utworzonej wspólnej piasty, przy czym pierwszy koniec ogrzewacza tworzy się w pobliżu wspólnej piasty, a ponadto wytwarza się elektryczne połączenie od drugiego końca ogrzewacza wzdłuż zgiętego drugiego ostrza w kierunku wspólnej piasty.