WO2020254398A1 - Verdampferkartusche sowie inhalator mit einer solchen verdampferkartusche - Google Patents

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WO2020254398A1
WO2020254398A1 PCT/EP2020/066752 EP2020066752W WO2020254398A1 WO 2020254398 A1 WO2020254398 A1 WO 2020254398A1 EP 2020066752 W EP2020066752 W EP 2020066752W WO 2020254398 A1 WO2020254398 A1 WO 2020254398A1
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wick
cartridge
evaporator
storage tank
thermal conductivity
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PCT/EP2020/066752
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English (en)
French (fr)
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Max Bergmann
Lasse CORNILS
Matthias Giese
Christian HANNEKEN
Jan Jaklin
Marc Kessler
Michael Kleine Wächter
Thomas Müller
Niklas ROMMING
Rene Schmidt
Christof Schuster
Tobias Wuttke
Original Assignee
Hauni Maschinenbau Gmbh
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to an evaporator cartridge as part of an inhaler, comprising a hollow body with a continuous flow channel and a storage tank for storing liquid, the storage tank having at least one access opening to the flow channel and an evaporator unit extending over the entire access opening being arranged in the area of each access opening, which has a wick element and a heating element, the
  • Evaporator unit is liquid-permeable, such that liquid at least initially capillary from the storage tank through the evaporator unit in
  • Direction of the flow channel can be conveyed.
  • the invention also relates to an inhaler, designed and set up for inhaling vapor enriched with active ingredients, comprising at least one electronic control unit and an energy source
  • Cartridge carrier and an evaporator cartridge Cartridge carrier and an evaporator cartridge.
  • Such vaporizer cartridges and inhalers are used in the luxury goods industry, in particular in connection with an electronic cigarette, the so-called e-cigarette, and in the medical field to inhale fluid luxury goods and / or fluid medical products in vapor form and / or as aerosols can.
  • a person When consuming, a person usually sucks on a mouthpiece of the inhaler, as a result of which a suction pressure is created in the flow channel, which creates an air flow through the flow channel.
  • the air flow can also be generated mechanically, for example by a pump.
  • an evaporated liquid generated and provided by the evaporator unit is added to the air flow in order to administer an aerosol or an aerosol-vapor mixture to the person consuming it.
  • the liquid is stored on or in the evaporator cartridge. Different mixtures with different components of the same or different vapor densities are used as liquids Commitment.
  • a typical mixture for use in an e-cigarette has e.g.
  • Components of glycerine and propylene glycol possibly enriched with nicotine and / or almost any flavor.
  • the medical or therapeutic area e.g. for inhalation of asthma preparations, the
  • the individual components of the vaporizer cartridge namely the hollow body, the storage tank and the vaporizer unit, can be combined in a common component, this component then being a disposable item that is designed for a finite number of inhalations by a consuming person and together with a cartridge carrier as a reusable reusable article which comprises at least one electronic control unit and an energy source, forms an inhaler.
  • the vaporizer cartridge can only be activated by the vaporizer cartridge
  • the cartridge carrier usually comprises at least one electronic control unit and an energy source.
  • the energy source can e.g. a disposable electrochemical battery or a rechargeable electrochemical accumulator, e.g. be a Li-ion battery, by means of which the heating element is supplied with energy via the electrical contacts of the evaporator unit.
  • the electronic and / or electrical control unit is used to control the
  • the cartridge carrier can, however, also comprise components of the evaporator cartridge.
  • the disposable article can be attached to the reusable article as a clip-on part or as an insert part into the
  • Reusable articles can be designed to be used. Instead of a plug connection, screw connections or other quick connections can also be used. With the
  • a mechanical and electrical coupling is established between the disposable and reusable items to form a functional inhaler.
  • the central component that ultimately determines its use e.g. as an e-cigarette or as a medical inhaler
  • Evaporator cartridge This usually contains the selected, desired and / or required liquid or a liquid mixture (im
  • the fluid is stored in the storage tank of the evaporator cartridge.
  • the fluid is passed from the storage tank through the wick element and the heating element due to at least initially capillary delivery.
  • the voltage generated by the energy source, which is applied to the heating element, leads to a current flow in the
  • Heating element Due to the heating resistance, preferably the ohmic one
  • Evaporator unit in the direction of the flow channel and is used as a gas or
  • the fluid thus has a predetermined path with a predetermined one
  • Direction of flow namely as a fluid through the wick organ to and through the heating element and as a gas or steam / mist and / or aerosol from the heating element into the flow channel.
  • the vaporized fluid is entrained by the air flow when the flow channel is subjected to a pressure / negative pressure, e.g. a consuming person sucks on the flow channel or a pump conveys an air flow through the flow channel.
  • the evaporator unit completely covers the access from the storage tank to the flow channel. Completely covered in this context means that the liquid is necessarily guided through the evaporator unit so that the fluid cannot get directly from the storage tank into the flow channel, but has to take the “detour” via the wick element and the heating element.
  • the wick organ serves on the one hand to temporarily store fluid in order to provide sufficient fluid for a few puffs on the inhaler, especially when the storage tank is almost empty.
  • the wick organ is also used in particular to transport the fluid from
  • Storage tank in the direction of the flow channel and at the same time acts as a kind Kickback protection to prevent the return of fluid and / or steam towards the storage tank.
  • the wick organ is also used for uniform
  • the problem with the known wick organs is that the thermal conductivity of the wick organ is many times higher - often a factor of 20 and more - than the thermal conductivity of the stored liquid to be transported from the storage tank in the direction of the flow channel.
  • the fluid / liquid has an approximate thermal conductivity of 0.25-0.3 W / (m * K).
  • Starting material alumina as a wick material has e.g. a thermal
  • Evaporation conditions can occur. In the extreme case, the conduction of heat can even lead to evaporation already beginning in the wick organ itself and the heating organ falling dry, i.e. no longer being cooled with liquid and / or by the sudden volume expansion of the evaporation wick organ and / or heating element are damaged.
  • the invention is therefore based on the object of an evaporator cartridge
  • wick organ is at least partially designed as a heat insulator.
  • heat insulator does not mean that no heat is conducted at all, but that the heat conduction is greatly reduced or targeted and adjusted to the thermal conductivity of the respective liquid (synonymous for fluid and liquid). Due to the at least partially low
  • Thermal conductivity is as low as possible, i.e. has a quasi heat-insulating effect, effectively preventing heat from being conducted into other areas of the wick element and / or components of the evaporator cartridge than those in which the heat is required for evaporation.
  • the heat transport into an area of the evaporator cartridge that does not actively contribute to evaporation of the liquid is significantly reduced, so that the heat generated by the heating element is almost completely available for evaporation of the liquid in the area of the flow channel. With the reduction in heat losses, the service life of the energy source is extended accordingly.
  • the wick organ is at least partially designed as a heat insulator, areas of the wick organ can be specifically included in the steam formation or delimited from it.
  • the wick organ preferably has different thermal conductivities over its length and / or height. Using the example of a fiber wick formed from nonwoven and / or fiber material, this can vary over its length
  • thermal conductivities in that, for example, free end sections of the fiber wick that are immersed in the storage tank have a lower thermal conductivity than sections of the fiber wick that are wrapped by a metal wire as a heating element and point in the direction of the flow channel.
  • a metal wire as a heating element and point in the direction of the flow channel.
  • Flow channel vary, on the one hand increasing in the direction of the flow channel, for example if the wick organ is at the same time the heating organ, and on the other hand decreasing in the direction of the flow channel, for example if a separate heating element is arranged between the wick organ and the flow channel.
  • the course of the changing thermal conductivity can be continuous or gradual. Due to the variability of the thermal conductivity over the length and / or the height, the steam formation can be controlled, as it were, by specifically selected areas of the wick organ for the creation of constant and
  • reproducible evaporation conditions can be included in the vapor formation or differentiated from it.
  • the variability mentioned relates in the same way to the width and / or depth of the wick organ.
  • a preferred development is characterized in that the wick organ has a thermal conductivity WLi and the liquid to be stored or stored in the storage tank has a thermal conductivity WL 2 , the
  • Thermal conductivities WLi and WL 2 are matched to one another. With the adjustment of the thermal conductivities, a conscious selection of the thermal conductivities of the materials used is described, which are in a common order of magnitude, with a deviation of the thermal conductivity from the wick organ to the
  • Thermal conductivity of the liquid is still considered to be equal by a factor of less than 20. This extends the service life of the energy source and, in particular, increases its performance.
  • the thermal conductivity WLi of the wick organ is a maximum of a factor of 10 greater than the thermal conductivity WL 2 of the liquid, particularly preferably WLi is a maximum of a factor of 5 greater than WL 2 , and very particularly preferably WLi is a maximum of a factor of 1.5 as WL 2. This increases the advantages described above.
  • the thermal conductivity WLi of the wick body is equal to or less than the thermal conductivity WL 2 of the liquid.
  • the thermal conductivity WLi of the wick element preferably decreases starting from the storage tank in the direction of the flow channel. This is
  • wick organ in the area of the heating element near the flow channel can
  • a particularly preferred embodiment is characterized in that the wick organ is formed from a large number of granular grains which, due to their bulk and / or design, form microchannels that extend continuously from an inlet side E D of the wick organ to establish a fluid connection between the storage tank and the flow channel extend to an exit side A D of the wick organ.
  • a granular wick organ it is particularly easy and precise to use the areas where the evaporation is to take place, using the example of a wick organ with a separate heating element, it is the area of the wick organ that lies flat on the heating element without gaps or cavities particularly low thermal conductivity, like a heat insulator, to equip
  • non-microchannels e.g. Grain-free spaces described, for example, by distances between adjacent grains or distances between grains and heating element.
  • microchannel-forming microvoids are e.g. present due to grains lying next to one another.
  • the wick element can also be the heating element at the same time, if e.g.
  • Evaporator unit has a heating element formed separately from the wick element, such that a storage tank-wick element-heating element arrangement with a
  • the wick organ or at least a region or a layer of the wick organ can be formed with granular materials which have a low thermal conductivity or a thermal conductivity tending towards zero.
  • the heat generated by the heating element remains in the area of the heating element to prevent evaporation execute.
  • the wick organ which is heat-insulating at least in sections, prevents the loss of heat from escaping in the direction of the storage tank.
  • the heating element is preferably a MEMS component (Micro-Electro-Mechanical-System) consisting essentially of silicon or containing silicon or p- or n-doped silicon with a first surface facing the wick organ and a second surface facing away from the second wick organ, wherein the two surfaces are in fluid communication with one another.
  • the first surface is preferably smooth or even polished, so that the granular material of the wick element lies tightly against the heating element, namely almost without any gaps or cavities. So those unwanted gaps and cavities are filled with the grains, which are none
  • microchannels In contrast to the undesired cavities, the grains themselves or in cooperation with adjacent grains lying against one another form desired micro-cavities and / or microchannels for conducting
  • the granular wick organ is particularly preferably formed from several layers of grains of different thermal conductivities, the layer of grains closest to the heating element having the comparatively smallest
  • At least the grains of the granular wick element resting on the first surface of the heating element consist of a heat-insulating material.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a preferred embodiment of an inhaler according to the invention with a cartridge carrier and vaporizer cartridge in partial section
  • FIG. 2 shows an enlarged representation of an vaporizer cartridge with a
  • FIG. 3 shows an enlarged illustration of an evaporator cartridge with a granular wick element, which is completely designed as a heat insulator, and a separate heating element, in section,
  • FIG. 4 shows an enlarged illustration of an evaporator cartridge with a granular wick organ, which is partially designed as a heat insulator, and a separate heating element, in section,
  • FIG. 1 An enlarged illustration of a further embodiment of a
  • FIG. 6 the evaporator cartridge according to FIG. 5
  • FIG. 1 An enlarged illustration of a further embodiment of a
  • FIG. 8 the evaporator cartridge according to FIG. 7.
  • the vaporizer cartridge shown in the drawing and the inhaler are used to inhale active ingredients such as nicotine, vapor and / or aerosols from liquids, and are described in connection with an e-cigarette.
  • a block-like and a granular wick organ is shown.
  • the invention also relates accordingly to vaporizer cartridges with fiber wicks made of fiber and / or nonwoven material or with differently shaped and / or manufactured wick organs.
  • the vaporizer cartridge and the inhaler can be used in the same way for inhaling vapor enriched with medicinal active ingredients from pharmaceutical and / or nutritional products.
  • the illustrated evaporator cartridge 10 comprises a hollow body 15 with a continuous flow channel 16 and a storage tank 17 for storing liquid, the storage tank 17 having at least one access opening 18 to the flow channel 16 and in the area of each access opening 18 an evaporator unit 19 extending over the entire access opening 18 is arranged, which has a wick element 20 and a heating element 21, the evaporator unit 19 being liquid-permeable, such that the liquid can be conveyed at least initially capillary from the storage tank 17 through the evaporator unit 19 in the direction of the flow channel 16.
  • the hollow body 15 with its at least one flow channel 16 forms a suction channel / chimney.
  • the shape of the hollow body 15, like the course of each flow channel 16, can be almost as desired. It is crucial that the inlet side Es of each flow channel 16 is open to the environment, e.g. To be able to suck in air, and that the outlet side As is open in order to e.g. to be able to generate a negative pressure, in particular by sucking a consuming person. In this context, open means that the inlet side Es and the outlet side As are air-permeable. Two or more flow channels 16 with corresponding inlet sides Es and outlet sides As can also be provided. In the area of the access opening 18 between the storage tank 17 and the flow channel 16, the evaporator unit 19 forms a type of liquid barrier that prevents liquid from flowing out of the storage tank 17 directly and as a liquid into the flow channel 16.
  • the hollow body 15 and the arrangement / positioning of the storage tank 17 to the hollow body 15 represents the
  • Evaporator unit 19 ensures that liquid is inevitably guided from the storage tank 17 in the direction of the flow channel 16 and at the latest when it emerges from the evaporator unit 19 as a gas or vapor and / or aerosol into the or each
  • this evaporator cartridge 10 is characterized in that the wick element 20 is at least partially designed as a heat insulator.
  • the wick organ 20, regardless of the type and shape of the wick organ 20, has at least individual sections in which the material from which the
  • Wick organ 20 is produced, has such a low thermal conductivity that it has a quasi heat-insulating effect.
  • the evaporator cartridge 10 can be a structural unit which contains the components hollow body 15, storage tank 17 and
  • the vaporizer cartridge 10 can, however, also be designed in several parts, with components of the vaporizer cartridge 10 being distributed over the disposable article and the reusable article, such that e.g.
  • the storage tank 17 is a disposable item which is only used when it is brought together with a cartridge carrier 13, which can be a reusable item and, in addition to an electronic control unit 11 and an energy source 12, also includes components of the evaporator cartridge 10, e.g. the hollow body 15 and the evaporator unit 19, leads to the structural unit of the evaporator cartridge 10.
  • the evaporator cartridge 10 is defined accordingly by its components, namely hollow body 15 with flow channel 16, storage tank 17 and evaporator unit 19, and not by the structural / structural assignment of the components to the reusable or disposable article.
  • the features and developments described below represent preferred embodiments considered alone or in combination with one another. It is expressly pointed out that features that are summarized in the claims and / or the description and / or the drawing or are described in a common embodiment , can also functionally independently develop the evaporator cartridge 10 described above.
  • the evaporator cartridge 10 is preferred for mechanical and electrical connection to the at least the electronic control unit 11 and the
  • Energy source 12 comprehensive cartridge carrier 13 for forming an inhaler 14 (see in particular Figure 1) designed and set up, wherein the
  • Evaporator unit 19 comprises electrical contacts 22 for making electrical contact with energy source 12.
  • the inhaler 14 may e.g. activated by an inhaling person, e.g. as an e-cigarette, or e.g. activated by a pump, e.g. as a medical instrument in the event that the person can no longer or insufficiently suck.
  • the wick organ 20 optionally has different thermal conductivities over its length and / or height. In embodiments not shown, this can
  • Wick organ 20 e.g. be a fiber wick formed from fiber and / or nonwoven material. This fiber wick can e.g. in sections with which he enters the liquid of the
  • Storage tanks 17 immersed, have a thermal conductivity that of
  • Heating element 21 is wound in the form of a heating wire, from an almost
  • FIG. 2 shows an evaporator cartridge 10 with a block-like wick element 20 made of ceramic material.
  • the ceramic material which is electrically conductive at least in the area of the flow channel 16, so that the wick element 20 also forms the heating element 21 at the same time, has an extremely low thermal conductivity throughout in the example of FIG. 2, such that the wick element 20 acts as a heat insulator overall .
  • the wick element 20 can, however, have different thermal conductivities over its height, that is to say starting from the storage tank 17 in the direction of the flow channel 16.
  • the material of the wick element 20 can be high in the area in which it is electrically conductive and forms the heating element 21, that is to say close to the flow channel 16
  • the wick organ 20 has a thermal conductivity WLi, and the liquid to be stored or stored in the storage tank 17 has a thermal conductivity WL 2 , where the thermal conductivities WLi and Wl_2 are matched to one another.
  • the thermal conductivities of the wick material and of the liquid are at least partially of the same order of magnitude. In particular in the contact area between the liquid and the wick organ 20, the thermal conductivities essentially correspond. Thermal conductivities that differ by a factor of up to 20 are also regarded as essentially the same.
  • the thermal conductivity WLi of the wick organ 20 is a maximum of a factor of 10 greater than the thermal conductivity Wl_2 of the liquid, particularly preferably W is a maximum of a factor of 5 greater than Wl_2, and very particularly preferably WLi is a maximum of a factor of 1.5 greater than Wl_2 .
  • the thermal conductivity WLi of the wick body 20 is equal to or less than the thermal conductivity Wl_2 of the liquid.
  • the thermal conductivity WLi of the wick element 20 preferably decreases starting from the storage tank 17 in the direction of the flow channel 16. This is especially true for those
  • the wick element 20 and the heater member 21 are separate elements, as will be described in detail below.
  • the wick element 20 has a very low thermal conductivity in the contact area with the heating element 21, so that the wick element 20 has a quasi-heat-insulating effect.
  • the wick organ 20 is particularly preferably formed from a large number of granular grains 24 which, due to their bulk and / or design, form microchannels 23 which open continuously from an inlet side E D of the wick organ 20 to establish a fluid connection between the storage tank 17 and the flow channel 16 an exit side A D of the wick member 20 extend. Filling describes both the loose and the connected side by side of the grains 24, which also includes vibrated and / or compacted arrangements of the grains 24. With the formation of the grains 24 it is described, for example, that the grains 24 themselves
  • the granular wick organ 20 creates an optimal fluid coupling between the entry side into the evaporator unit 19 and the exit side from the
  • a receiving space 25 for receiving the evaporator unit 19 is formed in the hollow body 15, in the example in FIG. 2 the wick element 20 and in the example in FIGS. 3 and 4 the wick element 20 and the heating element 21, the receiving space 25 for Receiving liquid from the storage tank 17 into the evaporator unit 19 and for releasing gas or vapor from the evaporator unit 19 into the flow channel 16 is at least partially limited by a liquid and gas or vapor permeable structure.
  • the receiving space 25 for the evaporator unit 19 can be provided by housing walls of other components of the evaporator cartridge 10, by separate wall elements,
  • the receiving space 25 can have any shape and / or contour. In the example of Figures 2 to 4 is
  • Receiving space 25 e.g. limited circumferentially by wall elements 26. Facing the storage tank 17, the receiving space 25 with the evaporator unit 19 located therein is covered, for example, by a cover element 27 which is designed to be liquid-permeable.
  • the receiving space 25 can e.g. be delimited by a liquid- and gas- or vapor-permeable lattice structure 28 (see FIG. 2) or by a separate heating element 21 (see FIGS. 3 and 4) which is correspondingly liquid-, gas- or vapor-permeable.
  • FIG. 3 shows an evaporator cartridge 10 in which the wick element 20 is formed from grains 24, the thermal conductivity of which is consistently so low that the wick element 20 as a whole acts as a heat insulator.
  • the grains 24 virtually form a single layer.
  • FIG. 4 describes an embodiment in which the granular wick organ 20 comprises several layers of grains 24 with different
  • the layer resting on the heating element 21 is formed from grains 24 with a very low thermal conductivity, comparatively with the lowest thermal conductivity, so that the wick element 20 serves as a heat insulator in this area.
  • the further layers are formed from grains 24, which can also have a higher thermal conductivity, in particular in a size range which corresponds to the thermal conductivity of the liquid.
  • the layer of the wick element 20 lying against the heating element 21 is free of fibers, in particular glass fibers, stone fibers and other natural fibers.
  • the grains 24 of a wick organ 20 can be designed to be the same and / or different in terms of their choice of material and / or their size.
  • All grains 24 can have the same size, that is to say they can be in a size range.
  • the grains 24 can, however, be of different sizes, that is to say in different size ranges.
  • the grain size is preferably between 0.1 ⁇ m and 2 mm and particularly preferably between 3 ⁇ m and 300 ⁇ m. Purely by way of example, all of the grains 24 can be in a size range between 50 pm and 100 pm (corresponds to a size range).
  • the grains 24 of a wick element 20 can, however, also have locally different grain sizes starting from the storage tank 17 in the direction of the flow channel 16. For example, layers of the wick element 20 that are close to the storage tank 17 can have grains 24 with a grain size of, for example, 200 pm to 300 pm (corresponds to a size range), while layers of the that are close to the flow channel 16
  • Wick organ 20 grains 24 with a grain size of e.g. 50pm to 100pm corresponds to a size range.
  • the grain sizes and the respective distribution e.g. in layers with grains 24 of different size ranges, i.a. the flow resistance of the wick element 20 can be set individually, ultimately even only when it is poured.
  • an individual pore gradient can be set for the wick organ 20.
  • the maximum grain size is outside a size that excludes capillary conveyance. In other words, the grains 24 may only be so large that they still produce a capillary effect as a wick organ 20.
  • All grains 24 can consist of the same material. However, the grains 24 can also consist of at least two different materials.
  • the grains 24 preferably consist of sand (quartz) and / or graphite. Various other materials or material mixtures can also be used as materials. Preferred materials for the grains 24 are e.g. PEEK granulate
  • the grains 24 of a wick element 20 are made starting from the storage tank 17 in the direction of the
  • Flow channel 16 locally made of different materials.
  • a local arrangement is For example, to understand a layered structure of grains 24 each made of the same material.
  • the materials of the grains 24 of a wick organ 20 can be set.
  • grains 24 with different thermal conductivities can be used.
  • the different choice of material of the grains 24 also means that the grains 24 e.g. can be made compressible. Depending on the size of the
  • Carrier elements 29 are held, the size of the pores of individual grains 24 or neighboring grains 24 can be actively influenced by elastic deformation.
  • the evaporator cartridge 10 can optionally be assigned an actuator by means of which the contact pressure on the wick element 20 can be adjusted in the operating state of the evaporator cartridge 10.
  • the actuator can e.g. a lever element
  • a first layer may be formed with grains 24 of a first grain type.
  • a second layer is formed with grains 24 of a second grain type.
  • a third layer is formed again with the first type of grain.
  • the grains 24 of the second grain type in the middle layer have a specific property, e.g. can be detected by means of a microcontroller of the control unit 11.
  • a microcontroller of the control unit 11 During operation of the evaporator cartridge 10 e.g. a change in the wetting of the grains 24 in the second layer to a detectable change in the specific property of the second grain type. Via the microcontroller, e.g. can be a sensor, this change is detected.
  • the control unit 11 can then be used in the
  • the grains 24 of the wick member 20 can have the same or different geometric shapes.
  • the grains 24 can be, for example, needle-shaped, spherical, in the shape of a grain of rice, or else triangular.
  • the grains 24 can be, for example, needle-shaped, spherical, in the shape of a grain of rice, or else triangular.
  • the grains 24 can be, for example, needle-shaped, spherical, in the shape of a grain of rice, or else triangular.
  • the term “grains” is expressly not understood to mean any fibrous elements, i.e. no thin, fine, thread-like structures.
  • the grains 24 can be formed, for example, longitudinal and / or spherical pores. The pores can also be irregular.
  • the grains 24 can also be at least partially magnetic. As a result, the grains 24 can be aligned in desired orientations, for example during filling / pouring into the receiving space 25, by applying an external magnetic field. With the possibility of aligning the grains 24, for example needle-shaped grains 24 can be aligned perpendicular to the flow channel 16, the properties of the
  • the evaporator unit 19 preferably has a heating element 21 formed separately from the wick element 20, such that a
  • Storage tank-wick-heating element-arrangement is formed with a continuous fluid coupling.
  • the wick element 20 and the heating element 21 as separate units lie against one another in a contact area 29, the wick element 20 facing the storage tank 17 and the heating element 21 facing the flow channel 16.
  • the heating element 21 has electrical contacts 22 for electrical
  • the wick organ 20 has microchannels 23.
  • the heating element 21 is designed to be liquid and vapor permeable.
  • the wick member 20 can be in one of the above
  • the outlet side of the wick element 20 rests against the inlet side of the heating element 21 and forms the contact area 29.
  • the heating element 21 itself preferably has linear and / or non-linear passages which open into the flow channel 16.
  • the heating element 21 can have a planar or curved or otherwise shaped design.
  • the heating element 21 is particularly preferably a MEMS component (Micro-Electro-Mechanical-System) consisting essentially of silicon or containing silicon or p- or n-doped silicon, which starts from a top side facing the wick element 20 and extends to a flow channel 16 has the underside facing liquid and gas or vapor permeable passages.
  • MEMS component Micro-Electro-Mechanical-System
  • a first surface of the heating member 21 facing the wick member 20, which is preferably smooth and particularly preferably polished, and a second surface of the heating member 21 facing away from the wick member 20 are in fluid connection with one another.
  • the minimum grain size of the The grain 24 of the wick element 20 is larger than the mean diameter of the passages of the heating element 21 at least in the contact area 29 with the heating element 21.
  • a cylindrical housing 30 is provided to form an interior space 31 in which a continuous chimney is provided as a flow channel 16.
  • the shape of the housing 33 can be any.
  • the hollow body 15 extends over part of the flow channel 16.
  • the receiving space 25 in which the heating element 21 is arranged is formed in the hollow body 15.
  • a lattice structure 32 divides the interior space 31 into two areas 33, 34, one area 33 serving as a storage tank 17 for the liquid and one area 34 for receiving the granular wick organ 20.
  • the lattice structure 32 is arranged below the hollow body 15 in such a way that the wick organ 20 completely surrounds the hollow body 15 and accordingly also covers the heating element 21.
  • the granular wick organ 20 which is only indicated in Figures 5 and 7 and not shown in Figures 6 and 8 for the sake of clarity, consists exclusively of grains 24 of a material with a very low thermal conductivity, so that the entire wick organ 20 acts as a heat insulator works.
  • two grid structures 35 and 36 are provided which divide the interior space into three areas 37, 38, 39.
  • the two lattice structures 35, 36 are above and below the receiving space 25 with the heating element 21
  • the middle area 38 which serves to receive the wick element 20, covers the hollow body 15 at least in the area of the heating element 21.
  • liquid can be stored in the other areas 37, 39 liquid can be stored.
  • the wick element 20 made of grains 24 is constructed in several layers in this example.
  • the middle layer covering the heating element 21 is formed from grains 24 which consist of a material of very low thermal conductivity, so that the heating element 21 is shielded in a heat-insulating manner.
  • the two layers facing the storage tank 17 can e.g. be formed with grains 24, which consist of a material whose
  • Thermal conductivity corresponds to the thermal conductivity of the liquid.
  • Comprises evaporator cartridge 10 according to the invention is exemplified by means of a E-cigarette as an inhaler 14 is described in particular with reference to FIG.
  • a consuming person sucks, for example, on a mouthpiece 40 of the inhaler 14, which is formed from the cartridge carrier 13 and the vaporizer cartridge 10, with a liquid in the storage tank 17 of the vaporizer cartridge 10 containing, for example, glycerine, propylene glycol and possibly other active ingredients and / or
  • the suction creates a negative pressure in the flow channel 16, which in turn, e.g.
  • the control unit 11 is activated via a sensor (not shown).
  • the control unit 11 controls the heating element 21, which is supplied with energy from the energy source 12.
  • Liquid from the storage tank 17 is transported by means of the wick element 20 at least initially by capillary action through the microchannels 23 from the storage tank 17 in the direction of the heating element 21.
  • the liquid On or in the heated heating element 21, the liquid is converted to gas or steam, the heating element 21 transporting the liquid or the gas or steam formed therefrom in the direction of the flow channel 16 due to the liquid-, gas- or steam-permeable structure and mixes in this with the air flow, whereby the actual aerosol is generated and then sucked in and inhaled by the consuming person.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verdampferkartusche (10) als Bestandteil eines Inhalators, umfassend einen Hohlkörper (15) mit einem durchgängigen Strömungskanal (16) sowie einen Vorratstank (17) zum Bevorraten von Flüssigkeit, wobei der Vorratstank (17) mindestens eine Zugangsöffnung (18) zum Strömungskanal (16) aufweist und im Bereich jeder Zugangsöffnung (18) eine sich über die gesamte Zugangsöffnung (18) erstreckende Verdampfereinheit (19) angeordnet ist, die ein Dochtorgan (20) und ein Heizorgan (21) aufweist, wobei die Verdampfereinheit (19) flüssigkeitspermeabel ausgebildet ist, derart, dass Flüssigkeit mindestens initial kapillar aus dem Vorratstank (17) durch die Verdampfereinheit (19) in Richtung des Strömungskanals (16) förderbar ist, die sich dadurch auszeichnet, dass das Dochtorgan (20) mindestens partiell als Wärmeisolator ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft es Weiteren einen entsprechenden Inhalator (14).

Description

Verdampferkartusche sowie Inhalator mit einer solchen Verdampferkartusche
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Verdampferkartusche als Bestandteil eines Inhalators, umfassend einen Hohlkörper mit einem durchgängigen Strömungskanal sowie einen Vorratstank zum Bevorraten von Flüssigkeit, wobei der Vorratstank mindestens eine Zugangsöffnung zum Strömungskanal aufweist und im Bereich jeder Zugangsöffnung eine sich über die gesamte Zugangsöffnung erstreckende Verdampfereinheit angeordnet ist, die ein Dochtorgan und ein Heizorgan aufweist, wobei die
Verdampfereinheit flüssigkeitspermeabel ausgebildet ist, derart, dass Flüssigkeit mindestens initial kapillar aus dem Vorratstank durch die Verdampfereinheit in
Richtung des Strömungskanals förderbar ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Inhalator, ausgebildet und eingerichtet zum Inhalieren von mit Wirkstoffen angereichertem Dampf, umfassend einen mindestens eine elektronische Steuereinheit und eine Energiequelle umfassenden
Kartuschenträger sowie eine Verdampferkartusche.
Solche Verdampferkartuschen und Inhalatoren kommen in der Genussmittelindustrie, hier insbesondere im Zusammenhang mit einer elektronischen Zigarette, der so genannten E-Zigarette, sowie im medizinischen Bereich zum Einsatz, um fluide Genussmittel und/oder fluide medizinische Produkte in Dampfform und/oder als Aerosole inhalieren zu können. Beim Konsumieren saugt üblicherweise eine Person an einem Mundstück des Inhalators, wodurch in dem Strömungskanal ein Saugdruck entsteht, der einen Luftstrom durch den Strömungskanal erzeugt. Der Luftstrom kann aber auch maschinell z.B. durch eine Pumpe erzeugt werden. In dem Strömungskanal wird dem Luftstrom eine von der Verdampfereinheit erzeugte und bereitgestellte verdampfte Flüssigkeit zugegeben, um der konsumierenden Person ein Aerosol oder ein Aerosol-Dampf-Gemisch zu verabreichen. Die Flüssigkeit ist an der oder in der Verdampferkartusche bevorratet. Als Flüssigkeit kommen unterschiedliche Mischungen mit verschiedenen Bestandteilen gleicher oder unterschiedlicher Dampfdichten zum Einsatz. Eine typische Mischung für den Einsatz in einer E-Zigarette weist z.B.
Bestandteile von Glycerin und Propylenglycol auf, ggf. angereichert um Nikotin und/oder nahezu beliebige Geschmacksstoffe. Für den Einsatz im medizinischen oder therapeutischen Bereich, z.B. zur Inhalation von Asthma-Präparaten, kann die
Mischung entsprechend medizinische Bestandteile und Wirkstoffe aufweisen.
Die einzelnen Bestandteile der Verdampferkartusche, nämlich der Hohlkörper, der Vorratstank und die Verdampfereinheit, können in einem gemeinsamen Bauteil zusammengefasst sein, wobei dieses Bauteil dann ein Einwegartikel ist, der für eine endliche Anzahl von Inhalationszügen durch eine konsumierende Person ausgelegt ist und zusammen mit einem Kartuschenträger als wiederverwendbarem Mehrwegartikel, der mindestens eine elektronische Steuereinheit und eine Energiequelle umfasst, einen Inhalator bildet. Die Verdampferkartusche kann jedoch auch erst durch das
Zusammenfügen mehrerer Bauteile gebildet sein, wobei einzelne Bauteile, nämlich insbesondere der Hohlkörper und die Verdampfereinheit, in dem Kartuschenträger als Mehrwegartikel angeordnet sind, und der Vorratstank als separates Bauteil den Einwegartikel bildet. Letztlich lässt sich der Inhalator durch Austausch des
Einwegartikels, der üblicherweise die Flüssigkeit beinhaltet, variabel einsetzen.
Entsprechend sind der Einwegartikel und der Mehrwegartikel lösbar miteinander verbunden. Der Kartuschenträger als Mehrwegartikel umfasst üblicherweise mindestens eine elektronische Steuereinheit und eine Energiequelle. Die Energiequelle kann z.B. eine elektrochemische Einwegbatterie oder ein wiederaufladbarer elektrochemischer Akku, z.B. ein Li-Ionen-Akku sein, mittels dem das Heizorgan über die elektrischen Kontakte der Verdampfereinheit mit Energie versorgt wird. Die elektronische und/oder elektrische Steuereinheit dient zum Steuern der
Verdampfereinheit innerhalb der Verdampferkartusche. Der Kartuschenträger kann aber auch Bestandteile der Verdampferkartusche umfassen. Der Einwegartikel kann als Ansteckteil an den Mehrwegartikel ansteckbar oder als Einsetzteil in den
Mehrwegartikel einsetzbar ausgebildet sein. Anstelle einer Steckverbindung sind auch Schraubverbindungen oder andere Schnellverbindungen einsetzbar. Mit der
Verbindung von Einwegartikel und Mehrwegartikel wird eine mechanische und elektrische Kopplung zur Bildung eines funktionsbereiten Inhalators hergestellt. Die zentrale und letztlich die Nutzung (z.B. als E-Zigarette oder als medizinischer Inhalator) bestimmende Komponente ist der Vorratstank als Bestandteil der
Verdampferkartusche. Diese beinhaltet in der Regel die von der Person gewählte, gewünschte und/oder benötigte Flüssigkeit bzw. ein Flüssigkeitsgemisch (im
Folgenden auch allgemein als Fluid bezeichnet) sowie den den Strömungskanal bildenden Hohlkörper und die Verdampfereinheit. Das Fluid ist in dem Vorratstank der Verdampferkartusche bevorratet. Mittels der flüssigkeitspermeablen Verdampfereinheit wird das Fluid aus dem Vorratstank aufgrund zumindest initial kapillarer Förderung durch das Dochtorgan und das Heizorgan geleitet. Die von der Energiequelle erzeugte Spannung, die an dem Heizorgan angelegt wird, führt zu einem Stromfluss im
Heizorgan. Aufgrund des Heizwiderstandes, vorzugsweise des Ohm’schen
Widerstands des Heizorgans führt der Stromfluss zu einer Erhitzung des Heizorganes und letztlich zu einer Verdampfung des in der Verdampfereinheit befindlichen Fluids. Der auf diese Weise erzeugte Dampf und/oder Aerosol entweicht aus der
Verdampfereinheit in Richtung des Strömungskanals und wird als Gas- bzw.
Dampfzugabe der Luftströmung beigemischt. Durch diesen Durchmischungsprozess mit der Luftströmung stellt sich durch Rekondensation die eigentliche Aerosolqualität ein. Das Fluid hat damit einen vorgegebenen Weg mit einer vorgegebenen
Strömungsrichtung, nämlich als Fluid durch das Dochtorgan an das und durch das Heizorgan und als Gas bzw. Dampf/Nebel und/oder Aerosol aus dem Heizorgan in den Strömungskanal. In dem Strömungskanal wird das verdampfte Fluid durch den Luftstrom mitgerissen, wenn der Strömungskanal mit einem Druck/Unterdruck beaufschlagt wird, indem z.B. eine konsumierende Person an dem Strömungskanal saugt oder eine Pumpe einen Luftstrom durch den Strömungskanal fördert.
Damit das Fluid aus dem Vorratstank nicht direkt in den Strömungskanal fließt, deckt die Verdampfereinheit den Zugang vom Vorratstank zum Strömungskanal vollständig ab. Vollständig abgedeckt bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Flüssigkeit zwingend durch die Verdampfereinheit geführt ist, so dass das Fluid nicht direkt vom Vorratstank in den Strömungskanal gelangen kann, sondern den„Umweg“ über das Dochtorgan und das Heizorgan nehmen muss. Das Dochtorgan dient zum einen zum Zwischenspeichern von Fluid, um insbesondere bei nahezu entleertem Vorratstank noch ausreichend Fluid für wenige Züge am Inhalator zur Verfügung zu stellen. Das Dochtorgan dient zum anderen insbesondere zum Transport des Fluids vom
Vorratstank in Richtung des Strömungskanals und wirkt gleichzeitig als eine Art Rückschlagschutz, um den Rücklauf von Fluid und/oder Dampf in Richtung des Vorratstanks zu unterbinden. Weiter dient das Dochtorgan zur gleichmäßigen
Versorgung des Heizorgans mit Fluid, um lokale/temporäre Überhitzung des
Heizorgans sowie eine daraus resultierende Schadstoffbildung zu vermeiden und die Verdampfung zu vergleichmäßigen.
Bei den bekannten Dochtorganen besteht das Problem, dass die Wärmeleitfähigkeit des Dochtorgans um ein Vielfaches - häufig auch Faktor 20 und mehr - höher ist als die Wärmeleitfähigkeit der bevorrateten und aus dem Vorratstank in Richtung des Strömungskanals zu transportierenden Flüssigkeit. Das Fluid/die Flüssigkeit hat näherungsweise eine thermische Leitfähigkeit von 0,25-0,3 W/(m*K). Das
Ausgangsmaterial Aluminiumoxid als Dochtmaterial hat z.B. eine thermische
Leitfähigkeit von ca. 30 W/(m*K). Diese unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten führen dazu, dass die Flüssigkeit und teilweise sogar die Verdampferkartusche selbst oder Teile davon indirekt über das Dochtorgan erwärmt werden, da der Wärmetransport ausgehend vom Heizorgan auch in einen Bereich des Dochtorgans erfolgt, in dem die dorthin transportierte Wärme nicht aktiv zur Verdampfung der Flüssigkeit beitragen kann. Mit anderen Worten erfolgt durch die erhebliche Differenz der
Wärmeleitfähigkeiten von Dochtmaterial einerseits und Flüssigkeit andererseits, die Wärmeleitfähigkeit des Dochtmaterials ist um ein Vielfaches höher als die
Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit, ein Wärmetransport weg vom Strömungskanal, in dem der zu bildende Dampf bei Durchmischung mit dem Luftstrom entstehen soll, so dass dieser Wärmetransport bzw. die Wärmeleitung des Dochtorgans einen
Energieverlust darstellt, der dazu führt, dass die maximale Anzahl von möglichen Verdampfungsvorgängen, die die Energiequelle leisten kann, reduziert ist. Einfach ausgedrückt wird Energie verbraucht für das Erwärmen von Flüssigkeit und/oder Komponenten der Verdampferkartusche in Bereichen, in denen eine Erwärmung eher unerwünscht und/oder kontraproduktiv ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die fehlgeleitete Wärme entsprechend in den Bereichen, in denen die Verdampfung stattfindet, nämlich im Übergang vom Heizorgan in den Strömungskanal, nicht zur Verfügung steht, so dass es zu inkonstanten und nicht reproduzierbaren
Verdampfungsbedingungen kommen kann. Im Extremfall kann die Wärmeleitung sogar dazu führen, dass eine Verdampfung bereits im Dochtorgan selbst beginnt und das Heizorgan trockenfällt, also nicht mehr mit Flüssigkeit gekühlt wird und/oder durch die schlagartige Volumenexpansion der Verdampfung Dochtorgan und/oder Heizorgan beschädigt werden.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Verdampferkartusche
vorzuschlagen, die Wärmeverluste reduziert und konstante und reproduzierbare Verdampfungsbedingungen sicherstellt. Die Aufgabe besteht weiterhin darin, einen entsprechenden Inhalator vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch eine Verdampferkartusche der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Dochtorgan mindestens partiell als Wärmeisolator ausgebildet ist. Der Begriff„Wärmeisolator“ bedeutet in diesem Zusammenhang nicht, dass gar keine Wärme geleitet wird, sondern dass die Wärmeleitung stark reduziert bzw. gezielt und auf Wärmeleitfähigkeit des jeweiligen Liquids (synonym für Fluid und Flüssigkeit) eingestellt ist. Durch die mindestens abschnittsweise geringe
Wärmeleitfähigkeit des Materials des Dochtorgans, also Material, dessen
Wärmeleitfähigkeit so gering wie möglich ist, also quasi wärmeisolierend wirkt, wird wirksam verhindert, dass Wärme in andere Bereiche des Dochtorgans und/oder Komponenten der Verdampferkartusche geleitet wird, als die, in denen die Wärme zur Verdampfung benötigt wird. Anders ausgedrückt wird der Wärmetransport in einen Bereich der Verdampferkartusche, der nicht aktiv zur Verdampfung der Flüssigkeit beiträgt, deutlich reduziert, so dass die vom Heizorgan erzeugte Wärme nahezu vollständig zur Verdampfung der Flüssigkeit im Bereich des Strömungskanals zur Verfügung steht. Mit der Reduzierung der Wärmeverluste verlängert sich entsprechend die Lebensdauer der Energiequelle. Dadurch, dass das Dochtorgan mindestens partiell als Wärmeisolator ausgebildet ist, können Bereiche des Dochtorgans gezielt in die Dampfbildung einbezogen oder von dieser abgegrenzt werden.
Vorzugsweise weist das Dochtorgan über seine Länge und/oder Höhe unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten auf. Am Beispiel eines aus Vlies- und/oder Fasermaterial gebildeten Faserdochtes kann dieser über seine Länge unterschiedliche
Wärmeleitfähigkeiten aufweisen, indem z.B. freie Endabschnitte des Faserdochtes, die in den Vorratstank eintauchen, eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als Abschnitte des Faserdochtes, die von einem Metalldraht als Heizorgan umwickelt sind und in Richtung des Strömungskanals weisen. Für das Beispiel eines blockartigen Dochtorgans kann die Wärmeleitfähigkeit des Materials, aus dem das Dochtorgan gebildet ist, über die Höhe ausgehend vom Vorratstank in Richtung des
Strömungskanals variieren, und zwar zum einen in Richtung des Strömungskanals zunehmen, beispielsweise wenn das Dochtorgan gleichzeitig das Heizorgan ist, und zum anderen in Richtung des Strömungskanals abnehmen, beispielsweise wenn zwischen dem Dochtorgan und dem Strömungskanal ein separates Heizorgan angeordnet ist. Der Verlauf der sich ändernden Wärmeleitfähigkeit kann kontinuierlich oder schrittweise sein. Durch die Variabilität der Wärmeleitfähigkeit über die Länge und/oder die Höhe kann die Dampfbildung quasi gesteuert werden, indem gezielt ausgewählte Bereiche des Dochtorgans für die Schaffung konstanter und
reproduzierbarer Verdampfungsbedingungen in die Dampfbildung einbezogen oder von dieser abgegrenzt werden. Die genannte Variabilität bezieht sich in gleicher Weise auch auf die Breite und/oder Tiefe des Dochtorgans.
Eine bevorzugte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dochtorgan eine Wärmeleitfähigkeit WLi aufweist und die in dem Vorratstank zu bevorratende bzw. bevorratete Flüssigkeit eine Wärmeleitfähigkeit WL2 aufweist, wobei die
Wärmeleitfähigkeiten WLi und WL2 einander angeglichen sind. Mit der Angleichung der Wärmeleitfähigkeiten ist eine bewusste Auswahl der Wärmeleitfähigkeiten der verwendeten Materialien beschrieben, die in einer gemeinsamen Größenordnung liegen, wobei eine Abweichung der Wärmeleitfähigkeit vom Dochtorgan zur
Wärmeleitfähigkeit von der Flüssigkeit um einen Faktor kleiner 20 noch als angeglichen betrachtet wird. Dadurch wird die Lebensdauer der Energiequelle verlängert und insbesondere auch die Leistungsfähigkeit erhöht.
Vorteilhafterweise ist die Wärmeleitfähigkeit WLi des Dochtorgans maximal um den Faktor 10 größer ist als die Wärmeleitfähigkeit WL2 der Flüssigkeit, besonders bevorzugt ist WLi maximal um den Faktor 5 größer als WL2, und ganz besonders bevorzugt ist WLi maximal um den Faktor 1 ,5 größer als WL2. Dadurch werden die zuvor beschriebenen Vorteile verstärkt.
Besonders bevorzugt ist die Wärmeleitfähigkeit WLi des Dochtkörpers gleich oder kleiner als die Wärmeleitfähigkeit WL2 der Flüssigkeit. Für den Fall, dass WLi kleiner ist oder wird als WL2, nimmt die Wärmeleitfähigkeit WLi des Dochtorgans bevorzugt ausgehend vom Vorratstank in Richtung des Strömungskanals ab. Das ist
insbesondere für den Fall besonders bevorzugt, wenn zusätzlich zum Dochtorgan ein separates Heizorgan vorgesehen ist, an dem das Dochtorgan anliegt. Damit kann das Dochtorgan im Bereich des Heizorgans nahe dem Strömungskanal eine
wärmeisolierende Wirkung aufweisen, während das Dochtorgan nahe dem Vorratstank eine Wärmeleitfähigkeit entsprechend der Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit aufweist. Dadurch können konstante und reproduzierbare Verdampfungsbedingungen geschaffen werden, bei gleichzeitig optimierter Energieeffizienz.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dochtorgan aus einer Vielzahl granulatartiger Körner gebildet ist, die aufgrund ihrer Schüttung und/oder Ausbildung Mikrokanäle bilden, die sich zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen dem Vorratstank und dem Strömungskanal durchgängig von einer Eintrittsseite ED des Dochtorgans zu einer Austrittsseite AD des Dochtorgans erstrecken. Mit einem granulären Dochtorgan ist es besonders einfach und präzise möglich, die Bereiche, an denen die Verdampfung erfolgen soll, am Beispiel eines Dochtorgans mit einem separaten Heizorgan ist es der Bereich des Dochtorgans, der flächig und ohne Spalte und Hohlräume am Heizorgan anliegt, mit einer besonders niedrigen Wärmeleitfähigkeit, gleich einem Wärmeisolator, auszustatten, um
Wärmeverluste zu vermeiden und konstante und reproduzierbare
Verdampfungsbedingungen zu schaffen. Mit„Spalte“ und„Hohlräume“ werden nicht Mikrokanäle bildende, z.B. kornfreie Räume beschrieben, beispielsweise durch Abstände zwischen benachbarten Körnern oder Abstände zwischen Körnern und Heizorgan. In Abgrenzung zu unerwünschten Hohlräumen sind Mikrokanäle bildende Mikrohohlräume z.B. durch aneinander liegende Körner vorhanden.
Optional kann das Dochtorgan gleichzeitig auch das Heizorgan sein, wenn z.B.
einzelne Bereiche, Körner oder Kornschichten eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit in dem Bereich aufweisen, in dem die Verdampfung der Flüssigkeit erfolgen soll. Eine bevorzugte Weiterbildung ist jedoch dadurch gekennzeichnet, dass die
Verdampfereinheit ein separat zum Dochtorgan ausgebildetes Heizorgan aufweist, derart, dass eine Vorratstank-Dochtorgan-Heizorgan-Anordnung mit einer
durchgehenden Fluidkopplung gebildet ist. Dann kann das Dochtorgan oder zumindest ein Bereich oder eine Schicht des Dochtorgans mit körnigen Materialien gebildet sein, die eine geringe oder gegen null tendierende Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Die vom Heizorgan erzeugte Wärme bleibt im Bereich des Heizorgans, um die Verdampfung auszuführen. Das mindestens abschnittsweise wärmeisolierende Dochtorgan verhindert das Entweichen von Verlustwärme in Richtung Vorratstank.
Vorzugsweise ist das Heizorgan ein im Wesentlichen aus Silizium bestehendes oder Silizium oder p- oder n-dotiertes Silizium aufweisendes MEMS-Bauteil (Micro-Electro- Mechanical-System) mit einer dem Dochtorgan zugewandten ersten Oberfläche und einer dem zweiten Dochtorgan abgewandten zweiten Oberfläche, wobei die beiden Oberflächen in einer Fluidverbindung zueinander stehen. Die erste Oberfläche ist vorzugsweise glatt oder sogar poliert, so dass das körnige Material des Dochtorgans eng, nämlich nahezu spalt- und hohlraumfrei, am Heizorgan anliegt. Mit den Körnern werden also solche unerwünschten Spalte und Hohlräume gefüllt, die keine
Mikrokanäle bilden. In Abgrenzung zu den unerwünschten Hohlräumen bilden die Körner selbst oder im Zusammenwirken mit benachbarten, aneinander liegenden Körnern erwünschte Mikrohohlräume und/oder Mikrokanäle zur Leitung von
Flüssigkeit.
Besonders bevorzugt ist das granuläre Dochtorgan aus mehreren Schichten von Körnern unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeiten gebildet, wobei die dem Heizorgan nächstliegende Schicht aus Körnern mit der vergleichsweisen geringsten
Wärmeleitfähigkeit gebildet ist. Die sich daraus ergebenden Vorteile wurden bereits vorstehend erläutert. In Folge der angepassten Wärmeleitfähigkeit des Dochtorgans wird die Flüssigkeit nur am Heizorgan verdampft. Anders ausgedrückt wird die Verdampfung von Flüssigkeit in anderen Bereichen, z.B. am oder im Dochtorgan, wirksam verhindert, wodurch die Entstehung von Schadstoffen vermieden wird.
Vorteilhafterweise bestehen mindestens die an der ersten Oberfläche des Heizorgans anliegenden Körner des granulären Dochtorgans aus einem wärmeisolierenden Material. Die sich daraus ergebenden Vorteile wurden bereits vorstehend erläutert.
Die Aufgabe wird auch durch einen Inhalator der eingangs gennannten Art dadurch gelöst, dass die Verdampferkartusche nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet und eingerichtet ist. Die sich daraus ergebenden Vorteile wurden bereits im Zusammenhang mit der Verdampferkartusche beschrieben, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Weitere zweckmäßige und/oder vorteilhafte Merkmale und Weiterbildungen zur Verdampferkartusche und dem Inhalator ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der
Verdampferkartusche und des Inhalators werden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Inhalators mit Kartuschenträger und Verdampferkartusche im Teilschnitt, Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung einer Verdampferkartusche mit einem
blockartigen, keramischen Dochtorgan, das gleichzeitig Heizorgan ist, im Teilschnitt, wobei das Dochtorgan partiell als Wärmeisolator ausgebildet ist,
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung einer Verdampferkartusche mit einem granulären Dochtorgan, das vollständig als Wärmeisolator ausgebildet ist, und einem separaten Heizorgan, im Schnitt,
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung einer Verdampferkartusche mit einem granulären Dochtorgan, das partiell als Wärmeisolator ausgebildet ist, und einem separaten Heizorgan, im Schnitt,
Fig. eine vergrößerte Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer
Verdampferkartusche im Teilschnitt, Fig. 6 die Verdampferkartusche gemäß Figur 5,
Fig. eine vergrößerte Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer
Verdampferkartusche im Teilschnitt, und Fig. 8 die Verdampferkartusche gemäß Figur 7. Die in der Zeichnung dargestellte Verdampferkartusche sowie der Inhalator dienen zum Inhalieren von mit Wirkstoffen, z.B. Nikotin, angereichertem Dampf und/oder Aerosolen aus Flüssigkeiten, sind entsprechend im Zusammenhang mit einer E- Zigarette beschrieben. In der Zeichnung sind ein blockartiges und ist ein granuläres Dochtorgan dargestellt. Die Erfindung bezieht sich aber entsprechend auch auf Verdampferkartuschen mit Faserdochten aus Faser- und/oder Vliesmaterial oder mit anders geformten und/oder hergestellten Dochtorganen. Die Verdampferkartusche und der Inhalator sind in gleicher Weise zum Inhalieren von mit medizinischen Wirkstoffen angereichertem Dampf aus pharmazeutischen und/oder nahrungsergänzenden Produkten einsetzbar.
Die dargestellte Verdampferkartusche 10 umfasst einen Hohlkörper 15 mit einem durchgängigen Strömungskanal 16 sowie einen Vorratstank 17 zum Bevorraten von Flüssigkeit, wobei der Vorratstank 17 mindestens eine Zugangsöffnung 18 zum Strömungskanal 16 aufweist und im Bereich jeder Zugangsöffnung 18 eine sich über die gesamte Zugangsöffnung 18 erstreckende Verdampfereinheit 19 angeordnet ist, die ein Dochtorgan 20 und ein Heizorgan 21 aufweist, wobei die Verdampfereinheit 19 flüssigkeitspermeabel ausgebildet ist, derart, dass die Flüssigkeit mindestens initial kapillar aus dem Vorratstank 17 durch die Verdampfereinheit 19 in Richtung des Strömungskanals 16 förderbar ist.
Der Hohlkörper 15 mit seinem mindestens einen Strömungskanal 16 bildet einen Saugkanal/Schlot. Die Form des Hohlkörpers 15 kann ebenso wie der Verlauf jedes Strömungskanals 16 nahezu beliebig sein. Entscheidend ist, dass die Eintrittsseite Es jedes Strömungskanals 16 offen zur Umgebung ist, um z.B. Luft ansaugen zu können, und dass die Austrittsseite As offen ist, um ein z.B. einen Unterdrück erzeugen zu können, insbesondere durch das Saugen einer konsumierenden Person. Offen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Eintrittsseite Es und die Austrittsseite As luftdurchlässig sind. Es können auch zwei oder mehr Strömungskanäle 16 mit entsprechenden Eintrittsseiten Es und Austrittsseiten As vorgesehen sein. Im Bereich der Zugangsöffnung 18 zwischen Vorratstank 17 und Strömungskanal 16 bildet die Verdampfereinheit 19 eine Art Flüssigkeitssperre, die verhindert, dass Flüssigkeit aus dem Vorratstank 17 direkt und als Flüssigkeit in den Strömungskanal 16 fließt.
Unabhängig von der Form und Ausbildung des Vorratstanks 17, es können auch zwei oder mehr Vorratstanks 17 vorgesehen sein, und des Hohlkörpers 15 sowie der Anordnung/Positionierung von Vorratstank 17 zu Hohlkörper 15 stellt die
Verdampfereinheit 19 sicher, dass Flüssigkeit zwangsläufig aus dem Vorratstank 17 in Richtung des Strömungskanals 16 geführt wird und spätestens beim Austritt aus der Verdampfereinheit 19 als Gas bzw. Dampf und/oder Aerosol in den oder jeden
Strömungskanal 16 abgegeben wird.
Diese Verdampferkartusche 10 zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass das Dochtorgan 20 mindestens partiell als Wärmeisolator ausgebildet ist. Das bedeutet, dass das Dochtorgan 20, unabhängig von der Art und Bauform des Dochtorgans 20, mindestens einzelne Abschnitte aufweist, in denen das Material, aus dem das
Dochtorgans 20 hergestellt ist, eine derart geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, dass es quasi wärmeisolierend wirkt.
Die erfindungsgemäße Verdampferkartusche 10 kann als Einwegartikel eine bauliche Einheit sein, die die Komponenten Hohlkörper 15, Vorratstank 17 und
Verdampfereinheit 19 beinhaltet. Die Verdampferkartusche 10 kann aber auch mehrteilig ausgebildet sein, wobei sich Komponenten der Verdampferkartusche 10 auf den Einwegartikel und den Mehrwegartikel verteilen, derart, dass z.B. der Vorratstank 17 ein Einwegartikel ist, der erst beim Zusammenführen mit einem Kartuschenträger 13, der ein Mehrwegartikel sein kann und neben einer elektronischen Steuereinheit 11 und einer Energiequelle 12 auch Bestandteile der Verdampferkartusche 10, wie z.B. den Hohlkörper 15 und die Verdampfereinheit 19, umfassen kann, zur baulichen Einheit der Verdampferkartusche 10 führt. Die Verdampferkartusche 10 definiert sich entsprechend über ihre Komponenten, nämlich Hohlkörper 15 mit Strömungskanal 16, Vorratstank 17 und Verdampfereinheit 19, und nicht über die konstruktive/bauliche Zuordnung der Komponenten zum Mehrwegartikel bzw. Einwegartikel.
Die im Folgenden beschriebenen Merkmale und Weiterbildungen stellen für sich betrachtet oder in Kombination miteinander bevorzugte Ausführungsformen dar. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass Merkmale, die in den Ansprüchen und/oder der Beschreibung und/oder der Zeichnung zusammengefasst oder in einer gemeinsamen Ausführungsform beschrieben sind, auch funktional eigenständig die weiter oben beschriebene Verdampferkartusche 10 weiterbilden können. Bevorzugt ist die Verdampferkartusche 10 zum mechanischen und elektrischen Verbinden mit dem mindestens die elektronische Steuereinheit 1 1 und die
Energiequelle 12 umfassenden Kartuschenträger 13 zur Bildung eines Inhalators 14 (siehe insbesondere Figur 1) ausgebildet und eingerichtet, wobei die
Verdampfereinheit 19 elektrische Kontakte 22 zur elektrischen Kontaktierung mit der Energiequelle 12 umfasst. Der Inhalator 14 kann z.B. durch eine inhalierende Person aktiviert werden, beispielsweise als E-Zigarette, oder z.B. durch eine Pumpe aktiviert werden, z.B. als medizinisches Instrument für den Fall, dass die Person selbst nicht mehr oder nicht ausreichend saugen kann.
Das Dochtorgan 20 weist optional über seine Länge und/oder Höhe unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten auf. In nicht dargestellten Ausführungsformen kann das
Dochtorgan 20 z.B. ein aus Faser- und/oder Vliesmaterial gebildeter Faserdocht sein. Dieser Faserdocht kann z.B. in Abschnitten, mit denen er in die Flüssigkeit des
Vorratstanks 17 eintaucht, eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die der
Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit entspricht, während Abschnitte, um die das
Heizorgan 21 in Form eines Heizdrahtes gewickelt ist, aus einem nahezu
wärmeisolierenden Material bestehen. In der Figur 2 ist eine Verdampferkartusche 10 mit einem blockartigen Dochtorgan 20 aus keramischem Material dargestellt. Das keramische Material, das mindestens im Bereich des Strömungskanals 16 elektrisch leitend ist, so dass das Dochtorgan 20 gleichzeitig auch das Heizorgan 21 bildet, weist im Beispiel der Figur 2 durchgängig eine äußerst geringe Wärmeleitfähigkeit auf, derart, dass das Dochtorgan 20 insgesamt als Wärmeisolator wirkt. Das Dochtorgan 20 kann jedoch über seine Höhe, also ausgehend vom Vorratstank 17 in Richtung des Strömungskanals 16 unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten aufweisen. Beispielsweise kann das Material des Dochtorgans 20 in dem Bereich, in dem es elektrisch leitend ist und das Heizorgan 21 bildet, also nahe dem Strömungskanal 16, eine hohe
Wärmeleitfähigkeit aufweisen kann, während das Material in Richtung des Vorratstanks 17 eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen kann, so dass dieser Bereich des Dochtorgans 20 als Wärmeisolator wirkt. Der Verlauf der Wärmeleitfähigkeiten über die Länge (z.B. beim Faserdocht) oder über die Höhe (z.B. beim Dochtblock) kann kontinuierlich ab- oder zunehmen oder in Schritten/Stufen erfolgen.
Das Dochtorgan 20 weist eine Wärmeleitfähigkeit WLi auf, und die in dem Vorratstank 17 zu bevorratende bzw. bevorratete Flüssigkeit weist eine Wärmeleitfähigkeit WL2 auf, wobei die Wärmeleitfähigkeiten WLi und Wl_2 einander angeglichen sind. Mindestens partiell liegen die Wärmeleitfähigkeiten vom Dochtmaterial und von der Flüssigkeit in derselben Größenordnung. Insbesondere im Kontaktbereich zwischen Flüssigkeit und Dochtorgan 20 entsprechen sich die Wärmeleitfähigkeiten im Wesentlichen. Als im Wesentlichen gleich werden noch Wärmeleitfähigkeiten angesehen, die um einen Faktor von bis zu 20 voneinander abweichen. Bevorzugt ist die Wärmeleitfähigkeit WLi des Dochtorgans 20 maximal um den Faktor 10 größer ist als die Wärmeleitfähigkeit Wl_2 der Flüssigkeit, besonders bevorzugt ist W maximal um den Faktor 5 größer als Wl_2, und ganz besonders bevorzugt ist WLi maximal um den Faktor 1 ,5 größer als Wl_2. In weiteren Ausführungsformen ist die Wärmeleitfähigkeit WLi des Dochtkörpers 20 gleich oder kleiner als die Wärmeleitfähigkeit Wl_2 der Flüssigkeit. Vorzugsweise nimmt die Wärmeleitfähigkeit WLi des Dochtorgans 20 ausgehend vom Vorratstank 17 in Richtung des Strömungskanals 16 ab. Das gilt insbesondere für solche
Ausführungsformen, bei denen das Dochtorgan 20 und das Heizorgan 21 separate Elemente sind, wie weiter unten ausführlich beschrieben wird. In den letztgenannten Fällen weist das Dochtorgan 20 im Kontaktbereich zum Heizorgan 21 eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit auf, so dass das Dochtorgan 20 quasi wärmeisolierend wirkt.
Besonders bevorzugt ist das Dochtorgan 20 aus einer Vielzahl granulatartiger Körner 24 gebildet, die aufgrund ihrer Schüttung und/oder Ausbildung Mikrokanäle 23 bilden, die sich zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen dem Vorratstank 17 und dem Strömungskanal 16 durchgängig von einer Eintrittsseite ED des Dochtorgans 20 zu einer Austrittsseite AD des Dochtorgans 20 erstrecken. Mit Schüttung ist sowohl das lose als auch das verbundene Nebeneinanderliegen der Körner 24 beschrieben, wobei auch gerüttelte und/oder verdichtete Anordnungen der Körner 24 umfasst sind. Mit Ausbildung der Körner 24 ist z.B. beschrieben, dass die Körner 24 selbst
Mikrohohlräume und/oder Mikrokanäle aufweisen können. Somit werden in der Verdampfereinheit 19 zwischen den einzelnen Körnern 24 und/oder durch einzelne Körner 24 eine Vielzahl zufälliger Mikrokanäle zwischen dem Vorratstank 17 und dem Strömungskanal 16 gebildet, die eine konstante und gleichmäßige Verdampfung auf der Austrittsseite der Verdampfereinheit 19 sicherstellen. Anders ausgedrückt wird durch das granuläre Dochtorgan 20 eine optimale Fluidkopplung zwischen der Eintrittsseite in die Verdampfereinheit 19 und der Austrittsseite aus der
Verdampfereinheit 19 hergestellt. Im Bereich der Zugangsöffnung 18 ist in dem Hohlkörper 15 ein Aufnahmeraum 25 zum Aufnehmen der Verdampfereinheit 19, im Beispiel der Figur 2 des Dochtorgans 20 und im Beispiel der Figuren 3 und 4 des Dochtorgans 20 und des Heizorganes 21 , ausgebildet, wobei der Aufnahmeraum 25 zum Aufnehmen von Flüssigkeit aus dem Vorratstank 17 in die Verdampfereinheit 19 und zum Abgeben von Gas bzw. Dampf aus der Verdampfereinheit 19 in den Strömungskanal 16 mindestens teilweise durch eine flüssigkeits- und gas- bzw. dampfpermeable Struktur begrenzt ist. Der
Aufnahmeraum 25 für die Verdampfereinheit 19 kann durch Gehäusewände anderer Komponenten der Verdampferkartusche 10, durch separate Wandelemente,
Vorsprünge, Platten, Deckel, Wickelelemente, Schieber oder jede andere Begrenzung oder Kombinationen davon gebildet sein. Der Aufnahmeraum 25 kann jede beliebige Form und/oder Kontur aufweisen. Im Beispiel der Figuren 2 bis 4 ist der
Aufnahmeraum 25 z.B. umlaufend durch Wandelemente 26 begrenzt. Zum Vorratstank 17 gerichtet ist der Aufnahmeraum 25 mit der darin befindlichen Verdampfereinheit 19 beispielsweise durch ein Deckelelement 27, das flüssigkeitspermeabel ausgebildet ist, abgedeckt. Zum Strömungskanal 16 hin kann der Aufnahmeraum 25 z.B. durch eine flüssigkeits- und gas- bzw. dampfpermeable Gitterstruktur 28 (siehe Figur 2) oder durch ein separates Heizorgan 21 (siehe Figuren 3 und 4), das entsprechend flüssigkeits- und gas- bzw. dampfpermeable ausgebildet ist, begrenzt sein.
In der Figur 3 ist eine Verdampferkartusche 10 dargestellt, in der das Dochtorgan 20 aus Körnern 24 gebildet ist, deren Wärmeleitfähigkeit durchgängig so gering ist, dass das Dochtorgan 20 insgesamt als Wärmeisolator wirkt. Die Körner 24 bilden quasi eine einzelne Schicht. Die Figur 4 beschreibt eine Ausführungsform, bei der das granuläre Dochtorgan 20 mehrere Schichten aus Körnern 24 mit unterschiedlichen
Wärmeleitfähigkeiten aufweist. Beispielsweise ist die am Heizorgan 21 anliegende Schicht aus Körnern 24 mit einer sehr geringen Wärmeleitfähigkeit, vergleichsweise mit der geringsten Wärmeleitfähigkeit, gebildet, so dass das Dochtorgan 20 in diesem Bereich als Wärmeisolator dient. Die weiteren Schichten sind aus Körnern 24 gebildet, die auch eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen können, insbesondere in einem Größenbereich, der der Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit entspricht. Insbesondere die am Heizorgan 21 anliegende Schicht des Dochtorgans 20 ist frei von Fasern, insbesondere Glasfasern, Steinfasern und anderen Naturfasern. Die Körner 24 eines Dochtorgans 20 können hinsichtlich ihrer Materialauswahl und/oder ihrer Größe gleich und/oder ungleich ausgebildet sein. Alle Körner 24 können die gleiche Größe aufweisen, also in einem Größenbereich liegen. Die Körner 24 können jedoch unterschiedliche Größen, also in unterschiedlichen Größenbereichen liegen. Bevorzugt beträgt die Korngröße zwischen 0,1 pm und 2mm und besonders bevorzugt zwischen 3pm und 300pm. Rein beispielhaft können alle Körner 24 in einem Größenbereich zwischen 50pm und 100pm (entspricht einem Größenbereich) liegen. Die Körner 24 eines Dochtorgans 20 können aber auch ausgehend vom Vorratstank 17 in Richtung des Strömungskanals 16 lokal unterschiedliche Korngrößen aufweisen. So können dem Vorratstank 17 nahestehende Schichten des Dochtorgans 20 Körner 24 mit einer Korngröße von z.B. 200pm bis 300pm (entspricht einem Größenbereich) aufweisen, während dem Strömungskanal 16 nahestehende Schichten des
Dochtorgans 20 Körner 24 mit einer Korngröße von z.B. 50pm bis 100pm (entspricht einem Größenbereich) aufweisen. Durch die Wahl der Korngrößen und der jeweiligen Verteilung z.B. in Schichten mit Körnern 24 unterschiedlicher Größenbereiche lässt sich u.a. der Strömungswiderstand des Dochtorgans 20 individuell, letztlich sogar auch erst bei der Schüttung, einstellen. Durch die Auswahl der eingesetzten Korngrößen in einem Dochtorgan 20 lässt sich ein individueller Porengradient für das Dochtorgan 20 einstellen. Die maximale Korngröße liegt in Abhängigkeit der Fließeigenschaft der jeweils zu fördernden Flüssigkeit jeweils außerhalb einer die kapillare Förderung ausschließenden Größe. Anders ausgedrückt dürfen die Körner 24 nur so groß sein, dass sie als Dochtorgan 20 noch eine kapillare Wirkung erzeugen.
Alle Körner 24 können aus demselben Material bestehen. Die Körner 24 können jedoch auch aus wenigstens zwei unterschiedlichen Materialien bestehen.
Vorzugsweise bestehen die Körner 24 aus Sand (Quarz) und/oder Graphit. Als Materialien kommen aber auch diverse andere Materialien oder Materialmischungen in Frage. Bevorzugte Materialien für die Körner 24 sind z.B. PEEK-Granulat
(Polyetheretherketon-Granulat), PEK-Granulat (Polyetherketon-Granulat), PA-Pulver, VM17-Granulat, Glas, Steatit, Siliziumdioxid, Lignin, Aerogel, Viton, Silikon, Asche, Charcoal, Betonit, Zeolith, Diatomit, Magnesiumsilikat, Korund, Kieselgur, gemahlener Porphyr sowie Mischungen daraus. Besonders bevorzugt bestehen die Körner 24 eines Dochtorgans 20 ausgehend vom Vorratstank 17 in Richtung des
Strömungskanals 16 lokal aus unterschiedlichen Materialien. Als lokale Anordnung ist z.B. ein schichtweiser Aufbau von Körnern 24 aus jeweils gleichem Material zu verstehen.
Durch die Auswahl der Materialien der Körner 24 eines Dochtorgans 20 lassen sich verschiedene Eigenschaften des Dochtorgans 20 einstellen. Insbesondere können Körner 24 mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten eingesetzt werden. Die unterschiedliche Materialauswahl der Körner 24 führt auch dazu, dass die Körner 24 z.B. kompressibel ausgebildet sein können. In Abhängigkeit der Größe des
Anpressdruckes, mit dem die Körner 24 z.B. in der Ausnehmung 31 des
Trägerelemente 29 gehalten werden, kann durch elastische Verformung aktiv Einfluss auf die Größe der Poren einzelner Körner 24 oder benachbarter Körner 24 genommen werden. Der Verdampferkartusche 10 kann optional ein Stellorgan zugeordnet sein, mittels dem im Betriebszustand der Verdampferkartusche 10 der Anpressdruck auf das Dochtorgan 20 einstellbar ist. Das Stellorgan kann z.B. ein Hebelelement, ein
Drehelement oder jedes andere Pressmittel sein.
Es lassen sich - wie erwähnt - auch mehrschichtige Dochtorgane 20 bilden. In einer Ausführungsform kann eine erste Schicht mit Körnern 24 einer ersten Kornart gebildet sein. Eine zweite Schicht ist mit Körnern 24 einer zweiten Kornart gebildet. Eine dritte Schicht ist wieder mit der ersten Kornart gebildet. Die Körner 24 der zweiten Kornart in der mittleren Schicht weisen eine spezifische Eigenschaft auf, die z.B. mittels eines Mikrocontrollers der Steuereinheit 11 detektierbar ist. Während des Betriebs der Verdampferkartusche 10 führt z.B. eine Änderung der Benetzung der Körner 24 in der zweiten Schicht zu einer detektierbaren Änderung der spezifischen Eigenschaft der zweiten Kornart. Über den Mikrocontroller, der z.B. ein Sensor sein kann, wird diese Änderung detektiert. Mittels der Steuereinheit 11 kann dann in den
Verdampfungsprozess regelnd eingegriffen werden, um z.B. einen so genannten Dry- Puff des Heizorganes 21 zu verhindern.
Die Körner 24 des Dochtorgans 20 können gleiche oder unterschiedliche geometrische Formen aufweisen. Die Körner 24 können beispielsweise nadelförmig, kugelförmig, in der Form eines Reiskorns oder auch dreieckig sein. Die Körner 24 können
abgerundete Kanten aufweisen oder scharfkantig ausgebildet sein. Unter dem Begriff „Körner“ werden ausdrücklich keine faserigen Elemente verstanden, also keine dünnen, feinen, fadenförmigen Gebilde. In Abhängigkeit der jeweiligen Form der Körner 24 und deren Korngröße können z.B. longitudinale und/ oder sphärische Poren gebildet sein. Die Poren können auch unregelmäßig ausgebildet sein. Die Körner 24 können auch mindestens teilweise magnetisch sein. Dadurch lassen sich die Körner 24 z.B. während des Befüllens/Schüttens in den Aufnahmeraum 25 durch Anlegen eines externen Magnetfeldes in gewünschte Ausrichtungen ausrichten. Mit der Möglichkeit der Ausrichtung der Körner 24, z.B. können nadelförmige Körner 24 senkrecht zum Strömungskanal 16 ausgerichtet werden, lassen sich die Eigenschaften des
Dochtorgans 20 individuell bestimmen, um das Dochtorgan 20 z.B. als
Rückschlagventil oder als Steuerventil einsetzen zu können.
Wie bereits weiter oben angedeutet, weist die Verdampfereinheit 19 vorzugsweise ein separat zum Dochtorgan 20 ausgebildetes Heizorgan 21 auf, derart, dass eine
Vorratstank-Dochtorgan-Heizorgan-Anordnung mit einer durchgehenden Fluidkopplung gebildet ist. Das Dochtorgan 20 und das Heizorgan 21 als separate Einheiten liegen in einem Kontaktbereich 29 aneinander, wobei das Dochtorgan 20 dem Vorratstank 17 zugewandt ist und das Heizorgan 21 dem Strömungskanal 16 zugewandt ist. In dieser Variante weist das Heizorgan 21 elektrische Kontakte 22 zur elektrischen
Kontaktierung mit der Energiequelle 12 auf.
Das Dochtorgan 20 weist Mikrokanäle 23 auf. Das Heizorgan 21 ist flüssigkeits- und dampfpermeabel ausgebildet. Das Dochtorgan 20 kann in einer der zuvor
beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet und eingerichtet sein. Mit seiner Austrittsseite liegt das Dochtorgan 20 an der Eintrittsseite des Heizorganes 21 an und bildet den Kontaktbereich 29. Das Heizorgan 21 selbst weist vorzugsweise lineare und/oder nicht lineare Durchgänge auf, die in den Strömungskanal 16 münden. Das Heizorgan 21 kann eine ebene oder gekrümmte oder anderweitig geformte Ausbildung aufweisen. Besonders bevorzugt ist das Heizorgan 21 ein im Wesentlichen aus Silizium bestehendes oder Silizium oder p- oder n-dotiertes Silizium aufweisendes MEMS-Bauteil (Micro-Electro-Mechanical-System), das ausgehend von einer dem Dochtorgan 20 zugewandten Oberseite bis zu einer dem Strömungskanal 16 zugewandten Unterseite flüssigkeits- und gas- bzw. dampfpermeable Durchgänge aufweist. Anders ausgedrückt stehen eine dem Dochtorgan 20 zugewandte erste Oberfläche des Heizorgans 21 , die vorzugsweise glatt und besonders bevorzugt poliert ausgebildet ist, und eine dem Dochtorgan 20 abgewandte zweite Oberfläche des Heizorgans 21 in einer Fluidverbindung zueinander. Die minimale Korngröße der Körner 24 des Dochtorgans 20 ist mindestens im Kontaktbereich 29 zum Heizorgan 21 größer ist als der mittlere Durchmesser der Durchgänge des Heizorganes 21.
Die Figuren 5 bis 8 zeigen weitere Ausführungsformen möglicher
Verdampferkartuschen 10. Bei diesen Ausführungsformen ist ein zylinderförmiges Gehäuse 30 zur Bildung eines Innenraums 31 vorgesehen, in dem als Strömungskanal 16 ein durchgängiger Schlot vorgesehen ist. Die Form des Gehäuses 33 kann jedoch beliebig sein. Der Hohlkörper 15 erstreckt sich über einen Teil des Strömungskanals 16. In dem Hohlkörper 15 ist der Aufnahmeraum 25 ausgebildet, in dem das Heizorgan 21 angeordnet ist. In der Variante der Figuren 5 und 6 teilt eine Gitterstruktur 32 den Innenraum 31 in zwei Bereiche 33, 34, wobei ein Bereich 33 als Vorratstank 17 für die Flüssigkeit und ein Bereich 34 zur Aufnahme des granulären Dochtorgans 20 dient. Die Gitterstruktur 32 ist unterhalb des Hohlkörpers 15 angeordnet, derart, dass das Dochtorgan 20 den Hohlkörper 15 vollständig umgibt und entsprechend auch das Heizorgan 21 abdeckt. Das granuläre Dochtorgan 20, das in den Figuren 5 und 7 lediglich angedeutet und in den Figuren 6 und 8 der besseren Übersicht halber nicht dargestellt ist, besteht ausschließlich aus Körnern 24 eines Materials mit einer sehr geringen Wärmeleitfähigkeit, so dass das gesamte Dochtorgan 20 als Wärmeisolator wirkt.
In der Variante der Figuren 7 und 8 sind zwei Gitterstrukturen 35 und 36 vorgesehen, die den Innenraum in drei Bereiche 37, 38, 39 teilen. Die beiden Gitterstrukturen 35, 36 sind oberhalb und unterhalb des Aufnahmeraums 25 mit dem Heizorgan 21
angeordnet, derart, dass der mittlere Bereich 38, der zur Aufnahme des Dochtorgans 20 dient, den Hohlkörper 15 mindestens im Bereich des Heizorganes 21 abdeckt. In den anderen Bereichen 37, 39 kann Flüssigkeit bevorratet werden. Das Dochtorgan 20 aus Körnern 24 ist in diesem Beispiel mehrschichtig aufgebaut. Die mittlere, das Heizorgan 21 abdeckende Schicht ist aus Körnern 24 gebildet, die aus einem Material sehr geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen, so dass das Heizorgan 21 wärmeisolierend abgeschirmt ist. Die beiden dem Vorratstank 17 zugewandten Schichten können z.B. mit Körnern 24 gebildet sein, die aus einem Material bestehen, dessen
Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit entspricht.
Das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Inhalators 14, der eine
Verdampferkartusche 10 gemäß der Erfindung umfasst, wird beispielhaft anhand einer E-Zigarette als Inhalator 14 insbesondere mit Bezug auf die Figur 1 beschrieben. Eine konsumierende Person saugt z.B. an einem Mundstück 40 des Inhalators 14, der aus dem Kartuschenträger 13 und der Verdampferkartusche 10 gebildet ist, wobei sich in dem Vorratstank 17 der Verdampferkartusche 10 eine Flüssigkeit befindet, die beispielsweise Glycerin, Propylenglycol und ggf. weitere Wirkstoffe und/oder
Geschmacksstoffe enthält. Durch das Saugen wird in dem Strömungskanal 16 ein Unterdrück erzeugt, der seinerseits z.B. über einen nicht dargestellten Sensor die Steuereinheit 11 aktiviert. Die Steuereinheit 11 steuert das Heizorgan 21 , das von der Energiequelle 12 mit Energie versorgt wird. Flüssigkeit aus dem Vorratstank 17 wird mittels des Dochtorgans 20 mindestens initial kapillar durch die Mikrokanäle 23 aus dem Vorratstank 17 in Richtung des Heizorganes 21 transportiert. Am bzw. im erwärmten Heizorgan 21 wird die Flüssigkeit zu Gas bzw. Dampf umgewandelt, wobei das Heizorgan 21 die Flüssigkeit bzw. das daraus gebildete Gas bzw. den Dampf aufgrund der flüssigkeits- und gas- bzw. dampfpermeablen Struktur in Richtung des Strömungskanals 16 transportiert und in diesem mit dem Luftstrom mischt, wodurch das eigentliche Aerosol erzeugt und anschließend von der konsumierenden Person angesaugt und inhaliert.

Claims

Ansprüche
1. Verdampferkartusche (10) als Bestandteil eines Inhalators, umfassend einen Hohlkörper (15) mit einem durchgängigen Strömungskanal (16) sowie einen Vorratstank (17) zum Bevorraten von Flüssigkeit, wobei der Vorratstank (17) mindestens eine Zugangsöffnung (18) zum Strömungskanal (16) aufweist und im Bereich jeder Zugangsöffnung (18) eine sich über die gesamte
Zugangsöffnung (18) erstreckende Verdampfereinheit (19) angeordnet ist, die ein Dochtorgan (20) und ein Heizorgan (21) aufweist, wobei die
Verdampfereinheit (19) flüssigkeitspermeabel ausgebildet ist, derart, dass Flüssigkeit mindestens initial kapillar aus dem Vorratstank (17) durch die Verdampfereinheit (19) in Richtung des Strömungskanals (16) förderbar ist, d a d u rc h g e ke n n z e i c h n e t , dass das Dochtorgan (20) mindestens partiell als Wärmeisolator ausgebildet ist.
2. Verdampferkartusche (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dochtorgan (20) über seine Länge und/oder Höhe unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten aufweist.
3. Verdampferkartusche (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dochtorgan (20) eine Wärmeleitfähigkeit WLi aufweist und die in dem Vorratstank (17) zu bevorratende bzw. bevorratete Flüssigkeit eine Wärmeleitfähigkeit WL2 aufweist, wobei die Wärmeleitfähigkeiten WL1 und WL2 einander angeglichen sind.
4. Verdampferkartusche (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit WL1 des Dochtorgans (20) maximal um den Faktor 10 größer ist als die Wärmeleitfähigkeit WL2 der Flüssigkeit, besonders bevorzugt ist WL1 maximal um den Faktor 5 größer als WL2, und ganz besonders bevorzugt ist WL1 maximal um den Faktor 1 ,5 größer als WL2.
5. Verdampferkartusche (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit WL1 des Dochtkörpers (20) gleich oder kleiner ist als die Wärmeleitfähigkeit WL2 der Flüssigkeit.
6. Verdampferkartusche (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit WLi des Dochtorgans (20) ausgehend vom Vorratstank (17) in Richtung des Strömungskanals (16) abnimmt.
7. Verdampferkartusche (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dochtorgan (20) aus einer Vielzahl granulatartiger Körner (24) gebildet ist, die aufgrund ihrer Schüttung und/oder Ausbildung Mikrokanäle (23) bilden, die sich zur Herstellung einer
Fluidverbindung zwischen dem Vorratstank (17) und dem Strömungskanal
(16) durchgängig von einer Eintrittsseite ED des Dochtorgans (20) zu einer Austrittsseite AD des Dochtorgans (20) erstrecken.
8. Verdampferkartusche (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfereinheit (19) ein separat zum
Dochtorgan (20) ausgebildetes Heizorgan (21) aufweist, derart, dass eine Vorratstank-Dochtorgan-Heizorgan-Anordnung mit einer durchgehenden Fluidkopplung gebildet ist. 9. Verdampferkartusche (10) nach Anspruch einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizorgan (21) ein im Wesentlichen aus Silizium bestehendes oder Silizium oder p- oder n-dotiertes Silizium aufweisendes MEMS-Bauteil (Micro-Electro-Mechanical-System) mit einer dem Dochtorgan (20) zugewandten ersten Oberfläche und einer dem zweiten Dochtorgan (20) abgewandten zweiten Oberfläche ist, wobei die beiden Oberflächen in einer Fluidverbindung zueinander stehen.
10. Verdampferkartusche (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das granuläre Dochtorgan (20) aus mehreren Schichten von Körnern (24) unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeiten gebildet ist, wobei die dem Heizorgan (21) nächstliegende Schicht aus Körnern (24) mit der vergleichsweisen geringsten Wärmeleitfähigkeit gebildet ist.
11. Verdampferkartusche (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die an der ersten Oberfläche des Heizorgans (21) anliegenden Körner (24) des granulären Dochtorgans (20) aus einem wärmeisolierenden Material bestehen.
12. Inhalator (14), ausgebildet und eingerichtet zum Inhalieren von mit Wirkstoffen angereichertem Dampf, umfassend einen mindestens eine elektronische
Steuereinheit (11) und eine Energiequelle (12) umfassenden Kartuschenträger (13) sowie eine Verdampferkartusche (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferkartusche (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet und eingerichtet ist.
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