BG63421B1 - Тръбовиден нагревател за електронно устройство запушене - Google Patents

Abstract

Нагревателят включва цилиндрична тръба, изработена от механически здрав и еластичен електроматериал, например метал, с множество отделни участъци. Повъншната повърхност, с изключение на един открит участък, се нанася електрически изолиращ слой, например керамичен. След това върху изолираните участъци се нанасят електросъпротивителни нагреватели, които се свързват електрически в единия си край с лежащия отдолу електропроводящ участък. Електропроводникът е свързан с отрицателния извод на захранващ източник. Другият край на всички нагреватели така е изработен, че да се свързва с положителния извод на източника. Съответно се прави електросъпротивителна нагревателна схема, при което тръбата служи като общ извод за всички нагревателни елементи.Тръбовидният нагревател може да съдържа открит накрайник, от който да се простират множество широкиучастъци. Върху всеки от тях може да се нанесе отделно нагревателен слой. При друг вариант върху всеки втори широк участък може да се нанесе нагревател. Широките участъци без нагревател действат катобариери за минимизиране отделянето на получените аромати навън и като топлоприемници за нагревателите върху съседните участъци.

Description

ТЕХНИЧЕСКА ОБЛАСТ НА ПРИЛОЖЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Настоящото изобретение се отнася най-общо до нагреватели за електрическо устройство за пушене и по-специално до тръбовиден нагревател за електрическо устройство за пушене, както и. до метод за изработване на такъв нагревател.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТА

До сега известните стандартни изделия за пушене дават на потребителя приятен вкус и аромат, получени в резултат на изгарянето на тютюн. Определено количество от горивния материал, предимно тютюн, се окислява в резултат на подадена топлина, като типичните температури при горенето на стандартна цигара по време на пушене са повече от 800°С. Топлината се изтегля към съседното количество тютюн чрез всмукване от единия край на цигарата, намиращ се при устата на пушача. По време на това нагряване протича неефективно окисляване на горивния материал, при което се получават различни продукти от дестилация и пиролиза. Тези продукти се изсмукват през тялото на изделието за пушене към устата на потребителя, охлаждат се и кондензират, формирайки аерозол или пари, което дава на потребителя вкуса и аромата, свързвани с пушенето.

Със стандартните цигари са свързани различни очевидни недостатъци. Сред тях е получаването на страничен дим по вре^ме на тлеенето между всмукванията, което може да предизвика възражения от някои непушачи. Освен това, веднъж запалени, цигарите трябва да бъдат консумирани докрай или да бъдат изхвърлени. Повторното запалване на стандартна цигара е възможно, но за един изискан пушач това е непривлекателна перспектива поради субективни причини (аромат,вкус,благоухания). Първоначалните възможности при стандартните цигари са такива, при които самият горивен материал не осигурява директно ароматизаторите на аерозола, вдишван от пушача. При тези изделия за пушене горивният нагряващ елемент, обикновено с въглероден характер, изгаря и нагрява въздух при изтеглянето си през нагряващия елемент и през зона, съдържаща топлинно активиращи се елементи, които изпускат ароматизиран аерозол. Докато този тип изделия за пушене произвеждат малко или никакъв страничен дим, те все пак създават продукти на горенето и веднъж запалени, не могат да се загасят за следваща употреба.

При стандартните изделия за пушене и при изделията с нагревател с въглероден елемент, описани по-горе, протича горене по време на използване. Този процес естествено води до получаването на много странични продукти при разлагане на горивния материал и взаимодействието му с околната атмосфера.

В патент на САЩ № 5 060 671 е описан нагревател във вид на мрежа от неръждаема стомана или керамика или графит. Върху нагревателя е положен слой от материал, генериращ аромат, който след това се запалва. Конструкцията на този нагревател е съвършено различна от тази на предложения.

В патент на САЩ № 5 093 894 е описан електрически захранван нагревателен елемент, съставен от множество отделни нагревателни съпротивителни сегменти. Областта за нагряване е покрита с въглероден, графитен, графитно-въглероден слой, метален или неметален слой, слой от редкоземен елемент или от огнеупорен материал.

В патент на САЩ Ns 5 095 921 е описана среда за получаване на аромат, която се нагрява електрически, за да отдели вдишвания аромат. Нагревателното устройство съгласно този документ е също във вид на мрежа от неръждаема стомана или от друг подходящ метал или от керамика, за предпочитане от графит. Нагревателната структура е покрита със среда, генерираща аромат.

В патент на САЩ 5 224 498 е описан нагревателен елемент, използван с устройство за пушене. Нагревателните сегменти са покрити с въглероден, графитен, графитно-въглероден слой, слой от метални или неметални карбиди, нитриди, силициди, метални сплави, кермет, слой от редкоземен елемент или от огнеупорен материал. Тези материали могат да бъдат смесени, за да се получат желаните свойства или устойчивост. Те могат да бъдат приготвени отделно и след това да бъдат нанесени като слой или да бъдат поставени по друг начин. Това решение може да се счита като най-близкото от състоянието на техниката, въпреки, че е съвършено различно от настоящото предложение.

В патент на САЩ Ns 5 249 586 е описана електрическа система за пушене. Средата, генерираща аромат, се нагрява от набор непрекъснати нагреватели с възможност за многократна употреба. Нагревателите са направени от въглерод, графит, неръждаема стомана, тантал, металокерамични матрици, метални сплави като например алуминиеви, железни и хромови. Метало-керамичните матрици могат да съдържат силиций, въглерод и алуминий и силиций, въглерод и титан.

В патент на САЩ Ns 5 388 594 е описана електрическа система за пушене, която включва електрически съпротивителни нагреватели, покрити с полупроводници, въглерод, графит, неръждаема стомана, тантал, металокерамични матрици или метални сплави, като например сплави, съдържащи никел, хром и желязо. Нагревателите представляват множество от взаимно свързани извити области за повишаване на ефективното им съпротивление.

Описаните по-горе известни електрически нагревателни елементи и изделия за получаване на аромат значително намаляват страничния дим, като в същото време позволяват на пушача при желание да преустановява и да възобновява пушенето. Обаче цигарените изделия, описани в тези патенти, не са много трайни и могат да се разпаднат или скъсат при продължителна или невнимателна употреба. При определени обстоятелства тези цигарени изделия може да се скъсат при поставянето им в електрическата запалка. След като бъдат изпушени, те са още по-слаби и могат да се скъсат или счупят при отстраняване от запалката.

В международна заявка за патент WO 94/06314 е описана електрическа система за пушене, включваща нова електрически захранвана запалка и нова цигара, пригодена за работа със запалката. Предпочитаното изпълнение на запалката представлява множество метални синусоидни нагреватели, разположени в такава конфигурация, която поема чрез плъзгане прътовидния участък с тютюн на цигарата.

Предпочитаното изпълнение на цигарата съгласно WO 94/06314 съдържа напълнена с тютюн тръбовидна носеща част, увита около нея цигарена хартия, множество филтри в близост до мундщучния край на носещата част и един филтър, поставен в противоположния (далечен) край на носещата част, който за предпочитане ограничава аксиапно въздушния поток през цигарата. Цигарата и запалката са така направени, че когато цигарата се пъхне в запалката и когато отделните нагреватели се задействат за всяко всмукване, на места в цигарата в областите, където всеки нагревател се притиска до нея, протича локално овъгляване. След активиране на всички нагреватели, тези овъглени места са близко разположени едно до друго и обграждат централен участък на носещата част на цигарата. В зависимост от максималните температури и общите енергии, подавани към нагревателите, овъглените места се изразяват не само с просто обезцветяване на цигарената хартия. При повечето приложения овъгляването създава поне миниатюрни разкъсвания на цигарената хартия и лежащия под нея материал на носещата част, като тези разкъсвания водят до механическо отслабване на цигарата. За да се отдели цигарата от запалката, овъглените места трябва поне частично да се плъзнат край нагревателите. При по-тежки обстоятелства, като напр. когато цигарата е мокра, усукана или изпомачкана, тя може лесно да се счупи или да остави парчета при изтеглянето си от запалката. Парчетата, останали в запалката, могат да попречат на правилната й работа и/или да добавят неприятен вкус към дима на следващата цигара. Ако при изтегляне цигарата се раздели на две, пушачът ще се изправи не само пред раздразнението от разваления цигарен продукт, но и пред перспективата да почиства остатъци от запушената запалка, преди да може да се наслади на друга цигара.

Предпочитаното изпълнение на цигарата съгласно WO 94/06314 представлява по същество куха тръба между филтрите в близост до мундщучния край и филтъра в далечния край. Счита се, че тази конструкция повишава потока към пушача чрез осигуряване на достатъчно място, в което аерозолът може да се отдели от носещата част с минимални удари и кондензация на аерозол върху околни повърхности.

Представени са няколко предложения, при които значително се намалява нежеланият страничен дим, като в същото време пушачът има възможност да прекъсне пушенето за определен период от време и след това да го възобнови. Например в патенти на САЩ №5093894, 5225498, 5060671 и / 5095921 са описа/ни различни нагревателни елементи и устройства за получаване на аромат. В WO94/06314 е разкрито електрическо устройство за пушене, чиито нагреватели се активират при всмукване чрез управляваща и логическа схема. За предпочитане нагревателите представляват сравнително тънка и лека серпентинена структура за пренасяне на съответни количества топлина към цигарата.

Въпреки че тези устройства и нагреватели преодоляват наблюдаваните проблеми и постигат заявените цели, много от изпълненията се влошават поради получаването на значителна кондензация при нагряването на тютюневата среда за получаване на изпарения. Тези пари могат да предизвикат проблеми при кондензацията си върху сравнително по-хладните електрически контакти и съответната управляваща и логическа схема. Освен това, конден^щията можа датювлияе на субективния аромат на тютюневата ^то:

среда в цигарата. ръпрегш е желателно да се намесва теория, счита се, че кондензацията е резултат от вида на потока и градиента на налягането на околния въздух, изтеглян през устройството, както и от вида на тока на нагревателните конструкции. Нагряването на тютюневата среда освобождава пари, които след това се охлаждат в резултат на кондензация върху повърхностите на сравнително по-хладните компоненти. Кондензацията може да предизвика късо съединение и други нежелателни проблеми.

Освен това, възможно е механическо отслабване и повреда на нагревателите поради напреженията, породени при поставяне и отстраняване на цилиндричната тютюнева среда, също както и при наместване на пъхнатата цигара.

Също така електрическото устройство за пушене използва електрически съпротивителни нагреватели, които имат неизбежните сравнително сложни електрически връзки, а те могат лесно да се нарушат при пъхане и отстраняване на цигарата.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Съгласно изобретението осигурява се нагревател за устройство за пушене с източник на електрическа енергия за нагряване на тютюнева среда, като нагревателят съдържа:подложка от електропроводящ материал;електрически изолатор, нанесен върху поне част от подложката; и електрически съпротивителен нагревателен елемент, нанесен върху електрическия изолатор, като първи край на нагревателния елемент е електрически свързан с електропроводящата подложка, а втори край на нагревателния елемент и част от нагревателния елемент между първия и втория му край са електрически изолирани от проводящата подложка чрез изолатора, при който подложката и вторият край на нагревателния елемент са пригодени за електрическо свързване към източника на електрическа енергия, а съпротивителната нагревателна схема е проектирана за загряване на нагревателния елемент, който от своя страна нагрява тютюневата среда.

, V

Изобретението осигурява също така нагревател за устройство за пушене с източник на електрическа енергия за нагряване на цилиндрична цигара, като нагревателят се състои от:цилиндрична тръба от електропроводящ материал с множество процепи, определящи:(а) множество електропроводящи широки области, формиращи рецептор за поемане на пъхната цилиндрична цигара, и (б) електропроводящ общ накрайник, закрепен в устройството за пушене, като широките области се подават от накрайника;електрически изолаторен слой, нанесен върху поне една от множеството електропроводящи широки области;електрически съпротивителен нагревателен елемент във формата на слой, нанесен върху изолатора, като първият край на нагревателния елемент е свързан електрически към поне една от множеството електропроводящи широки области, а вторият му край и част от нагревателния елемент, разпложена между първия и втория му край, са изолирани електрически от поне едната електропроводяща широка област чрез изолатора; при който накрайникът и вторият край на нагревателния елемент са в електрически контакт с източника на електрическа енергия и където съпротивителната нагревателна схема служи за загряване на електрически съпротивителния нагревателен елемент, който от своя страна нагрява пъхнатата цигара.

Освен това изобретението осигурява метод за получаване на нагревател за електрическо устройство за пушене, нагряващ цилиндрична цигара, като методът включва следните етапи.осигуряване на електропроводящ материал; формиране на множество широки области от електропроводящия материал с процепи между тях и на обща крайна част, от която се издават широките области.поставяне на електрически изолатор върху поне една от електропроводящите широки области,нанасяне на електрически съпротивителен нагревател върху електрическия изолатор така, че първи край на нагревателя да е в електрически контакт с поне една електрически проводяща широка област;формиране на електрически контакт с втори край на нагревателят формиране на цилиндричен рецептор от множеството широки области и общата крайна част за поемане на пъхната цигара.

Един нагревател, направен съгласно изобретението, има предимството, че произвежда аромат от тютюнева среда без постоянно горене.

Изпълненията съгласно изобретението имат предимството, че намаляват създаването на нежелан страничен дим, както и предимството, че позволяват на пушача да прекъсва и подновява използването.

Освен това, споменатите предимства могат да се постигнат, като в същото време се намалява аерозолът или кондензацията на дима в устройството за пушене.

Едно предпочитано изпълнение на изобретението има предимството, че осигурява желан брой всмуквания, а също и че лесно може да се модифицира така, че броят или продължителността на всмукванията да се променяубез да се понижават субективните качества на тютюна.

Изпълненията на изобретението могат да имат предимството, че се осигурява нагревателен елемент за устройство за пушене, който е механически подходящ за пъхане и отстраняване на цигара, който опростява връзките на електрически съпротивителния нагревател към съответния захранващ източник и който осигурява по-икономичен за производство нагревател. За предпочитане тези предимства се постигат по прост и ясен начин.

Съгласно предпочитаното изпълнение на изобретението се осигурява цилиндрична тръба от механически здрав и еластичен електрически проводящ материал, като напр. метал, и която има множество отделни области. По външната повърхност, с изключение на един открит участък, се нанася електрически изолаторен слой, напр. керамичен. След това върху изолираните области се налагат електрически съпротивителни материали, свързани в единия си край към електрически проводящата област, разположена под тях, като съпротивителните слоеве образуват нагревателни елементи. Тази електрически проводяща област е свързана към отрицателния извод на захранващия източник. Другите краища на нагревателните елементи са така направени, че се свързват към положителния извод на захранващия източник. Съответно се формира електрически съпротивителна нагревателна схема, като тръбата е обща за всички нагревателни елементи.

Тръбовидният нагревател може да съдържа открит накрайник, от който се разпростират множество широки области. Върху всяка широка област може да има отделен нагревател. При друго изпълнение върху всяка втора широка област може да има положен нагревател. Широките области без нагревател служат като бариера за минимално излизане навън на създадените аромати. Също така тези бариерни широки области служат за поглъщане на топлината за нагревателите на съседните широки области.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИ

На фиг.1 е показан частичен аксонометричен изглед на устройство за пушене, използващо нагревател съгласно настоящото изобретение;

На фиг.2 е показано странично сечение на цигара, използвана заедно с едно изпълнение на настоящото изобретение;

На фиг.З е показано странично сечение на нагревателно приспособление съгласно настоящото изобретение;

На фиг.4 е показан страничен изглед на тръбовиден нагревател съгласно настоящото изобретение;

На фиг.5 е показан страничен изглед на нагревателна широка област с метална подложка;

На фиг.бА е показан аксонометричен изглед на двоен накрайник с множество редуващи се бариерни и нагревателни широки области, разположени между тях;

На фиг.бВ е показано изпълнение подобно на изобразеното на фиг.бА^с изключение на това, че процепите между широките области са във форма на издължена буква U;

На фиг.7 е показан аксонометричен изглед на изпълнението съгласно фиг.бА, където върху всяка широка област е нанесен нагревателен елемент;

На фиг.8 е показан аксонометричен изглед на нагревател с единичен поддържащ накрайник;

На фиг.9 е показан аксонометричен изглед на тръбовиден нагревател със спираловидни процепи;

На фиг. 10 е показан изглед отстрани на тръбовиден нагревател, чиито нагревателни елементи са разположени по вътрешните повърхности на широките нагревателни области;

На фиг. 11 е показан аксонометричен изглед на конструкцията на широките нагревателни области преди навиване*

На фиг. 12 е показан аксонометричен изглед на тръбовиден нагревател с обща широка област;

На фиг. 13 е показан изглед отгоре на конструкцията на широките нагревателни области преди навиване; и

На фиг. 14 е показан аксонометричен изглед на друга конструкция на тръбовиден нагревател.

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ

На фиг.1 и 2 е представена една система за пушене 21 съгласно настоящото изобретение. Тя включва цилиндрична тръба за получаване на аерозол или цигара 23 и многократно използваема запалка 25. Цигарата 23 се пъха в и се маха от отвор 27, разположен в предния край 29 на запалката 25.

Системата 21 се използва почти по същия начин, като стандартната цигара. Цигарата 23 се изхвърля след един или повече етапи на пушене, а запалката 25 се изхвърля за предпочитане след много по-голям брой етапи на пушене, отколкото цигарата 23.

Запалката 25 включва корпус 31 и има преден и заден участъци 33 и 35. Захранващ източник 37 за подаване на енергия към нагревателните елементи за-загряване на цигарата 23 е разположен за предпочитане в задната част 35 на запалката 25. Задната част 35 е направена така, че да се отваря и затваря лесно, напр. чрез винтови или зацепващи връзки, за да се улесни подмяната на захранващия източник 37. За предпочитане в предната част 33 се помещават нагревателните елементи и схемата, електрически свързани със захранващия източник 37 в задната част 35. Предният участък 33 за предпочитане се съединява лесно със задната част 35, напр. чрез лястовича опашка или чрез съединителна муфа. За предпочитане корпусът 31 е направен от твърд топлоустойчив материал. Предпочитаните материали са на метална или по-добре на полимерна основа. Корпусът 31 за предпочитане е направен така, че да стои удобно в ръката на пушача и при настоящото предпочитано изпълнение има габаритни размери 10.7cm на 3.8ст на 1.5ст.

Захранващият източник 37 е така оразмерен, че да осигури достатъчно енергия на нагревателните елементи да загреят цигарата 23. За предпочитане захранващият източник 37 е сменяем и презареждаем и може да съдържа устройства като кондензатор или по-добре батерия. При настоящото предпочитано изпълнение захранващият източник представлява сменяема презареждаема батерия, като напр. четири Ni-Cd акумулираторни клетки, свързани последователно с общо напрежение без товар около 4.8 до 5.6 V , Изискваните характеристики на захранващия източник 37 се избират с оглед на характеристиките на другите компоненти в системата за пушене 21, особено параметрите на нагревателните елементи. В патент на САЩ №5144962 са описани няколко вида захранващи източници, които могат да се използват във връзка със системата за пушене съгласно настоящото изобретение. Това са напр. презареждаеми батерийни източници и захранващи източници с бързо разреждащ се кондензатор, които се зареждат чрез батерии. Този патент е включен тук като позоваване.

В предния край 33 на запалката са разположени предимно цилиндрично нагревателно приспособление 39, служещо за загряване на цигарата 23 и за предпочитане за задържането й неподвижна спрямо запалката 25, и електрическа управляваща схема 41 за подаване на предварително определено количество енергия от захранващия източник 37 към нагревателните елементи (не са показана на фиг.1 и 2) на нагревателното проспособление. Както е описано подробно по-надолу, предимно кръгъл накрайник 110 е закрепен, т.е. заварен, във вътрешността на нагревателното приспособление 39, по-точно към разделителен елемент 49, както е показано на фиг.З. Ако нагревателят има два накрайника, всеки един от тях може да служи за фиксиран извод. В настоящото предпочитано изпълнение нагревателното проспосо-бление 39 включва множество радиално разделени нагревателни елементи 122, поддържани така, че да излизат от накрайника. Те са показани на фиг.З и са описани подробно по-долу. Те се захранват индивидуално от източника 37 под управлението на схемата 41 за загряване на определен брой, напр. осем, области около периферията на пъхнатата цигара

23. Предпочитат се осем нагревателни елемента 122 за осъществяване на осем всмуквания като при обикновената цигара, а освен това осем нагревателни елемента се поддават на управление от електрическа схема с цифрови устройства. Могат да се получат желан брой всмуквания, напр. между 5 и 16, за предпочитане 6-10 или 8 за всяка пъхната цигара. Както ще бъде изяснено по-долу, броят на нагревателите може да превишава желания брой всмуквания за цигара.

Схемата 41 за предпочитане се задейства от активиран чрез всмукване датчик 45, показан на фиг.1, който може да е чувствителен и към налягането, което се получава когато пушачът всмуква от цигарата. Датчикът 45 за предпочитане е разположен в предния край 33 на запалката 25 и е свързан към вътрешността на нагревателното приспособление 39 в близост до цигарата 23 чрез канал, простиращ се през разделителен елемент и една основа на нагревателното приспособление и при желание - сензорна тръба за всмукване (не е показана). Подходящ за използване със системата за пушене 21 е датчикът, описан в патент на САЩ №5060671, чието описание се използва като позоваване. Този датчик представлява Model 163PC01D35 силициев датчик, произвеждан от филиала MicroSwitch на Honeywell Inc., Freeport, Illinois, който активира определен нагревателен елемент 122 в резултат на промяна на налягането₇когато пушачът всмуква от цигарата 23. Датчици, реагиращи на поток, като напр. използващите принципите на анемометрията с нагряващи се проводници също могат успешно да се използват за активиране на определен нагревателен елемент 122 при регистриране на промяна на въздушния поток.

От вънщната страна на запалката 25, за предпочитане в предния й край 33, е осигурен индикатор 51, показващ броя на оставащите всмуквания за цигарата 23, пъхната в запалката. За предпочитане индикаторът 51 включва седем-сегментен течноН<риста{1ен дисплей. При настоящото предпочитано изпълнение индикаторът 51 показва цифрата 8 при цигара с осем всмуквания _? когато светлинен сноп, излъчен от светлинен датчик 53, показан на фиг.1, се отразява от предната част на новопоставена цигара 23 и се детектира от светлинния датчик. За предпочитане светлинният датчик 53 се монтира в отвор в разделителния елемент и основата на нагревателното приспособление 39. Датчикът 53 подава сигнал към схемата 41, която от своя страна подава сигнал към индикатора 51. Например, изобразяването на цифрата 8 на индикатора 51 показва, че са на разположение предпочитаните осем всмуквания за ясяцд. цигара 23, т.е. нито един от нагревателните елементи 43 не е активиран за. загряване на новата цигара. След пълнотр иапушване на цигарата 23, индикаторът показва цифрата 0. При отстраняване на цигарата 23 от запалката 25, светлинният датчик 53 не детектира наличие на цигара и индикаторът 51 се изключва. Датчикът 53 е така направен, че не излъчва светлина постоянно, при което да черпи излишно от захранващия източник 37. Предпочитан понастоящем светлинен датчик 53, подходящ за използване със системата 21, е Type OPR5005 Light Sensor, произвеждан от OPTEX Technology, Inc., 1215 West Crosby Road, Carrollton, Texas 75006, USA.

Една от възможните алтернативи на използването на светлинния датчик 53 е механически превключвател (не е показан), който да детектира наличието или отсъствието на цигара 23, като може да се осигури рестартиращ бутон (не е показан) за установяване на схемата 41 при поставяне на нова цигара в запалката 25, т.е. да предизвиква показването на цифрата 8 от индикатора 51. Подходящи за използване със системата за пушене 21 захранващи източници, схеми, датчици за всмукване и индикатори съгласно настоящото изобретение са описани в патент на САЩ №5060671 и WO 94/06314, използвани като позоваване. Каналът и отворът 50 в разделителния елемент и основата на нагревателното приспособление за предпочитане не пропускат въздух през време на пушене.

Сега ще бъде описана една предпочитана цигара 23 за използване със системата за пушене 21, показана подробно в WO 94/06314. Въпреки това цигарата може да бъде от всякакъв вид, способен да получи и подаде към пушача тютюнев аромат при загряване с нагревателните елементи 122. Съгласно фиг.2, цигарата 23 съдържа преградна лента за тютюн 57, направена от носеща подложка, или пространство 59, запълнено с вещество, което съдържа веществото с тютюнев аромат 61, за предпочитане включващо тютюн. Преградната лента за тютюн 57 се увива около и се поддържа от цилиндричен филтър за обратен поток 63 в единия си край и цилиндричен първи филтър за свободен поток 65 в противоположния си край. Първият филтър за свободен поток 65 за предпочитане е от типа отворена тръба с надлъжен канал 67, простиращ се в центъра на първия филтър за свободен поток и по този начин осигурява ниско съпротивление за изтегляне или освобождаване на потока.

По желание около преградната лента за тютюн 57 е увита обвиваща хартия 69. Подходящи за такава хартия са типовете с ниско основно тегловно съдържание на хартия, за предпочитане хартия с покритие с тютюнев аромат или хартия на тютюнева основа за повишаване на тютюневия аромат. Върху обвиващата хартия 69 може да се нанесе покритие от екстракт от концентриран или разреден разтвор. Обвиващата хартия 69 за предпочитане притежава минимално тегло и дебелина, като в същото време осигурява здравина при опън за машинна обработка. Понастоящем предпочитаните параметри на хартия с тютюнева основа включват основно тегло (при 60% относителна влажност) между 20-25g/ml, минимална пропускливост 0-25 CORESTA (определена като количеството въздух в кубични сантиметри, което преминава през един квадратен сантиметър от материала, т.е. хартиения лист, за една минута при налягане 1.0 килсипаскала), здравина при опън > < 2000g/27mm дебелина (1 in/min), дебелина 1.3-1.5 мила, съдържание на СаСО₃ < 5%, цитрат 0%. Материалите за изработване на обвиваща хартия 69 за предпочитане съдържат > 75% лист на тютюнева основа (нетютюнев лист, влакна или друг изсушен влакнест пълнеж и полирано стъбло). Могат да се добавят и ленени нишки в количество, не по-голямо от необходимото за получаване на подходяща здравина на опън. Обвиващата хартия 69 може да бъде и стандартна хартия с ленени влакна с основно тегло 15-20 g/ml или хартия с покритие от екстракт. Може да се добави свързващо вещество във формата на цитрусов пектин в количество? по-малко или равно на 1%. Може да се добави глицерин в количество^не по-голямо от необходимото за получаване на твърдост?подобна на тази на обикновените цигари.

Освен това за предпочитане цигарата 23 съдържа цилиндричен филтър при мундщука 71, който за предпочитане е от стандартния RTD-тип (съпротивление при всмукване, Resistance To Draw) и втори цилиндричен филтър за свободен поток 73. филтърът при мундщука и вторият филтър за свободен поток са закрепени един към друг чрез хартия при мундщука 75. Тази хартия 75 минава през края на втория филтър за свободен поток 73 и е закрепена за обвиващата хартия 69 за фиксиране на края на първия филтър за свободен поток 65 в непосредствена близост до втория филтър за свободен поток 73. Аналогично на първия филтър за свободен поток 65, вторият филтър 73 е направен за предпочитане с надлъжен канал 77, минаващ през центъра му. филтърът за обратен поток 63- и първият филтър за свободен поток 65 определят заедно с преградната лента за тютюн 57 кухина 79 в цигарата 23.

За предпочитане е вътрешният диаметър на надлъжния канал 77 на втория филтър за свободен поток 73 да бъде по-голям от вътрешния диаметър на надлъжния канал 67 на първия филтър за свободен поток 65. Понастоящем предпочитани стойности за вътрешните диаметри на надлъжния канал 67 са между 1 и 4 mm, а за надлъжния канал 77 - между 2 и 6 mm. Установено е, че различните вътрешни диаметри на каналите 67 и 77 улесняват получаването на желаното смесване или турбулентност между аерозола, създаден от нагрятото вещество с тютюнев аромат и въздуха, изтеглян отвън навътре в цигарата 23 по време на пушене. Това води до подобрен ефект на отделяне на тютюнев аромат и улеснява контакта на смесения аерозол не само с края на филтъра 71 при мундщука. Счита се, че ароматизираният тютюнев реагент, създаден чрез нагряване на веществото с тютюнев аромат 61, първоначално се намира в газообразна фаза в кухината 79 и се трансформира във видим аерозол при смесване в канала 77.

Освен описания по-горе първи филтър за свободен поток 65, който има надлъжен канал 67, други конструкции за получаване на необходимото смесване на газообразния ароматизирания тютюнев реагент с вкарания въздух включват такива, при които формата на първия филтър за свободен поток е с множество малки отвори, т.е. първият филтър за свободен поток може да бъде във формата на восъчна пита или метална пластина с множестви дупки.

За предпочитане въздухът се всмуква в цигарата 23 предимно през преградната лента за тютюн 57 и обвиващата хартия 69 в напречно или радиално направление, а не през филтъра за обратен поток 63 в надлъжно направление. Желателно е въздух да може да минава през филтъра за обратен поток 63 по време на първото всмукване на цигарата, за да се намали съпротивлението при всмукване (RTD). Понастоящем се счита, че изтеглянето на въздух в цигарата 23 в надлъжно направление води до недобро отстраняване от кухината 79 на аерозола, създаден от нагряването на преградната лента за тютюн от нагревателните елементи 122, разположени радиално около нея. Предпочита се ароматизираният тютюнев реагент да се получава почти изцяло в зависимост от конструкцията на преградната лента за тютюн 57 и енергията на нагревателните елементи 122. При това частта от въздушния поток през цигарата, получена от надлъжния поток през филтъра за обратен поток 63, е минимална по време на пушене, с изключение на първото * всмукване. Освен това, филтърът за обратен поток 63 за предпочитане минимизира аерозолния поток в обратна посока извън кухината 79 след * загряване на веществото с тютюнев аромат 61. Поради това възможността за ' повреда на компонентите на запалката 25 от аерозол, протичащ в обратна посока от цигарата 23, е минимална.

Носещата подложка или пространството, запълнено с вещество 59, което съдържа веществото с тютюнев аромат, осигурява разделяне на нагревателните елементи 122 от ароматния материал, пренася топлината от нагревателните елементи към веществото и поддържа кохезията на цигарата след пушене. Предпочитаните носещи подложки 59 включват съставените от разтъкана вата с въглеродни нишки поради топлинната им устойчивост. Такива подложки са описани подробно в WO 94/06314 и в нашата заявка за патент на САЩ №07/943747, подадена на 11.09.1992, които се използват като позоваване.

Други подложки 59 са леки метални мрежи или перфорирани метални фолиа. Например използва се мрежа с маса от около 5g/ml до около 15g/ml с диаметър на нишките от около 0.038mm (около 1.5 мила) до около 0.076mm (около 3.0 мила). Друго изпълнение на решетката е фолио (напр. алуминиево) с дебелина 0.0064mm (около 0.25 мила), чиито перфорации са с диаметри от около 0.3mm до около 0.5mm, намалявайки масата на фолиото съответно с около 30% до 50%. За предпочитане начинът на перфорация на такова фолио е шахматно или прекъснато (т.е. не праволинейна структура), за да се намали страничното отвеждане на топлина извън веществото с тютюнев аромат 61. Такива метални мрежи и фолиа се вграждат в цигарата 23 по множество различни начини, включително напр. чрез: (1) изливане на тютюнева каша върху лента и полагане на мрежестата или фолийна подложка върху влажната каша преди сушенеи (2) ламиниране на мрежестата или фолийна подложка върху тютюневата хартия или мата (подложка) с подходящ адхезив.

Предпочитаната преградна лента 57 се получава при процес за производство на хартия. При този процес тютюнева лента се измива с вода. Разтвореното вещество се използва в по-късен етап при нанасяне на покритие. Останалите (извлечежи) тютюневи нишки се използват при конструкцията на основна/га мата. Въглеродните нишки се диспергират във вода, като се добавя натриев алгинат. Вместо натриев алгинат може да се добави всякакъв друг хидроколоид, който не взаимодейства с ароматизирания тютюнев реагент, разтворим е във вода и има подходящо молекулно тегло, за да придаде здравина на преградната лента за тютюн 57. Дисперсията се смесва с кашата от извлечените тютюневи нишки и допълнителни аромати. Получената смес се полага влажна върху квадратна мрежа, а преградната лента се пуска по останалата част на стандартна машина за производство на хартия, формирайки основната преградна лента. Разтворените вещества, отстранени чрез измиване на тютюневата лента, се полагат върху едната страна на основната преградна лента, за предпочитане чрез стандартна машина за нанасяне на покрития с възвратни валци, разположена след барабанна сушилня или сушилня тип 'Yankee. Специфичното отношение тютюнево разтворено вещество/тютюнев прах е между 1:1 и 20:1. Кашата също може да бъде наложена или екструдирана върху основната мата. При друго изпълнение полагането на покритие се извършва отделно. Преди или след този етап се добавят стандартните за цигарената индустрия аромати. Добавя се пектин или друг хидроколоид, за предпочитане между 0.1% и 2%, за да се улесни нанасянето на кашата.

Който и тип носеща подложка 59 да се използва, веществото с тютюнев аромат, което се поставя на вътрешната повърхност на подложката, освобождава аромат при нагряване и може да се прилепи към повърхността на подложката. Такива материали са непрекъснати листи, пени, гелове, изсушени каши или изсушени каши, наложени чрез спрей, които за предпочитане, но не задължително, съдържат тютюн или тютюневи производни и които са подробно описани в заявка за патент на САЩ N807/943747.

За предпочитане при обработката на преградната лента за тютюн 57 към нея се добавя овлажнител, напр. глицерин или пропилен гликол в количество между 0.5 и 10^тегловни, Овлажнителят улеснява получаването на видим аерозол.като действа като първичен аерозол. Когато пушачът вдъхне аерозол, съдържащ ароматизиран тютюнев реагент и овлажнител, овлажнителят се кондензира в атмосферата, симулирайки стандартен цигарен дим.

Диаметърът на цигарата 23 за предпочитане е почти постоянен по дължината й и като при стандартните цигари е приблизително 7.5mm и 8.5mm, така че усещането в устата на пушача за системата 21 е подобно на това за обикновената цигара. Съгласно предпочитаното изпълнение, цялостната дължи/на на цигарата 23 е 58mm, което е удобно за увиването на тези цигари в стандартни машини. Общата дължина на филтъра при мундщука 71 и на втория филтър за свободен поток 73 е за предпочитане около 30mm. За предпочитане хартията при мундщука 75 се простира 5mm след края на втория филтър за свободен поток 73 и върху преградната лента за тютюн 57, чиято дължината е за предпочитане 28mm. Преградната лента 57 се поддържа в противоположните си краища от филтъра за обратен поток 63 с дължина за предпочитане 7mm и от първия филтър за свободен поток 65 с дължина за предпочитане 7mm. Кухината 79, определена от преградната лента 57, филтъра за обратен поток 63 и първия филтър за свободен поток 65, е дълга за предпочитане 14mm.

Когато цигарата 23 се пъхне в отвора 27 на първия край 29 на запалката 25, тя се опира или почти се опира във вътрешна долна повърхност 81 на разделителния елемент 49 на нагревателното приспособление до накрайника 110 (вж. фиг.З) в близост до канала 47, свързан с активирания чрез всмукване датчик 45 и отвора 55 на светлинния датчик 53. В това положение кухината 79 на цигарата 23 е в съседство с широките области 120 на нагревателя и почти цялата част от цигарата, включваща втория филтър за свободен поток 73 и филтъра при мундщука 71, е разположена извън запалката 25. За предпочитане части от широките области 120 на нагревателя са наклонени навътре, за да се улесни задържането на цигарата неподвижно спрямо запалката 25, а също и за да могат те да предават топлина на преградната лента 57 директно или през обвиващата хартия 69. Поради това цигарата 23 може да бъде притисната, при което се улеснява притискането на широките области 120 към страните на цигарата. Останалите елементи на нагревателното приспособление са идентични на описаните в WO94/06314.

Протичането на въздушен поток през цигарата 23 се постига по няколко начина. Например, при изпълнението на цигарата 23, показано на фиг.2, обвиващата хартия 69 и преградната лента 57 пропускат въздух в достатъчна степен, за да се получи желаното съпротивление при всмукване (RTD). Поради това, когато пушачът всмуква от цигарата, в кухината 79 навлиза въздух напречно или радиално през обвиващата хартия и преградната лента. Както беше отбелязано, може да се използва и въздухопропускателен филтър за обратен поток 69, така че да се осигури надлъжен въздушен поток в кухината

79.

При желание получаването на напречен въздушен поток в кухината 79 може да се улесни чрез осигуряване на радиални процепи (не са показани) в обвиващата хартия 69 и в преградната лента 57 в една или повече области в близост до кухината. Оказва се, че такива процепи подобряват ароматизирания тютюнев реагент и образуването на аерозол. За преградната лента са подходящи процепи с плътност приблизително 1 дупка на 1-2mml и диаметър между 0.4mm и 0.7mm. Това води до предпочитана CORESTA порьозност между 100 и 500. След перфорацията обвиващата хартия 69 има пропускливост между 100 и 1000 CORESTA. Разбира се, за да се постигнат желаните за пушене параметри, като напр. съпротивление при всмукване, плътност на перфорациите и свързаните с нея диаметри на дупките, могат да се използват и други стойности.

Проникването на напречен въздушен поток в кухината 79 се улеснява също така и от осигуряване на перфорации (не са показани) и в обвиващата хартия 69, и в преградната лента 57. При произвеждането на цигара 23 с такива перфорации, обвива/щата хартия 69 и преградната лента 57 се прикрепят една към друга и се перфорират заедно или се перфорират отделно, след което се прикрепят по такъв начин, че отворите им да съвпадат.

На фигури 3 до 14 са показани предпочитани изпълнения на нагреватели. Тези нагреватели имат по-голяма механическа здравина за многократно поставяне, наместване и отстраняване на цигари 23 и значително намаляват отделянето на аерозол от нагрятата цигара, намалявайки кондензацията върху открити чувствителни компоненти. Ако не се вземат мерки за контрол на кондензацията, получените аерозоли ще се кондензират върху сравнително по-студени повърхности, като напр. крачетата 99А и 99В на нагревателя, накрайника 110, външния корпус, електрическите връзки, управляващата и логическа схема и т.н., при което устройството за пушене се поврежда. Установено е, че получените аерозоли протичат радиално навътре при импулсен нагревател.

За предпочитане има най-общо осем широки области 120 на нагревателя, осигуряващи осем всмуквания с последователно включване на нагревателните елементи 122, което симулира броя на всмукванията при стандартна цигара, и съответно осем бариерни широки области 220. Поспециално, широките области на нагревателя 120 и бариерните широки области 220 се простират между противоположните крайни клеми 110 и 210 и са подредени така, че формират цилиндрична конструкция с редуващи се нагревателни и бариерни широки области. За предпочитане между всеки съседни нагревателни 120 и бариерни 220 широки области има процеп 130,135.

Както е показано по-специално на фигури от 3 до 5, за нагревателя се осигурява метална подложка 300 във формата на цилиндрична тръба, тъй като металът е по-еластичен, по-издържпив на натоварване от керамиката и, както е описано по-долу, има по-голяма електропроводимост. Металът, избран за подложката 300, е механически здрав, за да бъде оформен, както е описано подолу, и е термоустойчив метал или сплав. Примери за подходящи метали са сплавите NiCr, сплавта с търговска марка Haynes 214 (описана подробно подолу) и лист сплав Inconel 625. Металната тръба, т.е. подложката 300, може да бъде направена във формата на лист, прът или слитък напр. чрез изтегляне. За предпочитане металната тръба е изградена от никелов алуминид (ΝίθΑΙ). При друго изпълнение може да се използва сплав от никел и желязо или железен алуминид (FeyM). Както е описано по-долу, подложката е с дебелина приблизително 3-5мила.

За предпочитане металната подложка се прави тръбовидна или цилиндрична. Както се вижда най-добре на фиг.4, тръбата 350 има кръгов отворен край за пъхане 360 с гърло 365, което направлява пъхнатата цигара към аксиално оформения цилиндричен рецептор CR, чийто диаметър е помалък от диаметъра на края 360. Краят 360 за предпочитане има по-голям диаметър от този на пъхнатата цигара 23 и направлява цигарата към рецептора

CR. Рецепторът OR е c диаметър приблизително равен на този на цигарата 23, осигурявайки плътно прилепване за добро предаване на топлинна енергия. Определени приемливите производствени допуски за цигарата 23 и постепенното стесняване на гърлото 365 между далечния край и рецептора CR могат също да служат за леко притискане на цигарата за увеличаване на топлинния контакт, където заобикалящата подложка 300 служи за вътрешна стена на рецептора. За предпочитане широките области 120 са наклонени навътре, при което чрез стесняване на диаметъра на цилиндричния рецептор се увеличава топлинният контакт с цигарата. Противоположният край на тръбата формира накрайник 110 с подходящ диаметър. Както се вижда на фиг.4, слоевете 300 са разположени така, че определят кръгъл накрайник 210. При друго изпълнение слоевете 300 могат да продължат конусообразно навън като продължение на извивката на гърлото 365. В този конусообразен отвор се поставя отделен накрайник 210. При друго изпълнение или допълнително слоят 300 може да бъда аналогично направен с отделен накрайник 110, електрически свързан с него.

Върху металната тръба _?с изключение на една пръстеновидна област или накрайник 110, разположен в единия й край, се нанася керамичен слой 310, за да изолира електрически нанесен впоследствие електрически нагревател 122 от подложката 300 на металната тръба. За предпочитане е керамичният слой да е със сравнително висока диелектрична константа. Може да се използва всеки подходящ електрически изолатор, като напр. диалуминиев триоксид, циркониев диоксид, мулит, кордерит, шпинел, форстерит, техни комбинации и т.н. За предпочитане се използва циркониев диоксид или друг керамичен материал с коефициент на топлинно разширение, който е максимално близък до този на лежащата отдолу метална тръба, за да се избегнат разликите в скоростите на разширение и свиване при загряване и охлаждане, като по този начин се избягват повреди и/или разслояване при работа. Керамичният слой остава физически и химически стабилен при загряване на нагревателния елемент. За електрическия изолатор се предпочита дебелина приблизително 0.1 до 10 мила или приблизително 0.56 мила, по-точно 1 -3 мила.

Върху подложката 300 и всички наложени върху нея слоеве се правят прооцепи 130 и 135 за термично и електрическо изолиране на съседни нагревателни елементи. Процепите 130 могат да бъдат успоредни на надлъжната ос на тръбата, а процепите 135 могат да се простират напречно. При друго изпълнение, като показаното на фиг.9, процепите могат да бъдат спираловидни по дължината на цилиндричната тръба. Могат да се използват всякакъв вид спирали, стига съответните процепи да не се пресичат и областите, оградени от процепите, които са в топлинен контакт с пъхнатата цигара, за да я нагреят, да са приблизително еднакви. Може да се оформи спирален процеп за общ брой полузавъртания на цилиндъра, напр. 2. Спиралните процепи имат предимството, че нагряват само малка част от надлъжната линия на лепилото на цигарата. Ако се използват надлъжни процепи, някоя от нагрятите области може да се центрира с линията на лепилото, при което да се получат неприятни аромати.

Ще бъде описан предпочитан начин за изработка. Цилиндрична тръба от избрания метал с подходяща дължина и дебелина на стените приблизително 1-10 мила, за предпочитане 3 мила, и дебелина на стените приблизително 1-10 мила, за предпочитане 3-5 мила, се оформя до получаване на желаната геометрична форма. При намаляване на дебелината масата на тръбата намалява, което води до по-лека конструкция и по-малко количество необходима енергия за достатъчно загряване на нагревателните широки области 120 и пъхнатата цигара 23, а това намалява още повече теглото на конструкцията, тъй като захранващите източници, т.е. батериите, могат да бъдат по-малки.

Предпочитани са две изпълнения, които се различават по последователността на етапите на полагане на керамичното покритие и формирането на широките области. При първото изпълнение: (1) тръбата се оформя напр. чрез формоване или екструзия; (2) полагат се керамичният и нагревателният слой; (3) оформят се широките области напр. чрез лазерно рязане; и (4) свързват се присъединителните краища на нагревателния и електрическия слой. Тези етапи са описани подробно по-долу. При второто изпълнение: (1) тръбата се оформя напр. чрез формоване или екструзия; (2) широките области се оформят напр. чрез формоване, електроерозионна обработка или лазерно рязане; (3) полагат се керамичният и нагревателният слой; и (4) свързват се присъединителните краища на нагревателния и електрическия слой. Второто изпълнение позволява изработването на широките области чрез формоване, при което се избягват нежеланите мустаци, получавани при лазерното рязане. Това формоване е възможно, тъй като керамичният слой все още не е нанесен. При първото изпълнение нагревателните широки области 120 могат да се изработят чрез рязане на керамичния слой и на лежащата отдолу метална подложка чрез напр. лазер. Възможно е вместо това металният лист да се формова за получаване на широки области преди формоването на кръгъл лист за формиране на тръба или завиването на листа за получаване на тръба и извършването на общите етапи (3) и (4). Вместо това може да се използва тънка тръба с дебелина на стените от 3 до 5 мила с подходящ начален диаметър. Тръбата се изрязва до желаната дължина, формирайки след това подложката. След това чрез стандартно сбиване се оформя подходящата геометрия и размер на подложката и накрайника (накрайниците). Следващите етапи се осъществяват^ както е описано във връзка с нагревателните широки области. Както е известно, преди осъществяване на всеки от етапите на полагане на нагревателен и керамичен слой се нанасят подходящи маски, за да се оформят областите на въздействие. Осъществяването на тези етапи може да стане по всеки желан начин, така че да се постигнат добри производствени скорости, икономии на материали и т.н.

Например, конструиран е нагревател върху тръба с дебелина 3 мила, както е показано на фиг.4, и е подадена енергия около 22 - 23 джаула. Нагревателната широка област достигна температура между приблизително 800°С и 900°С. За предпочитане тръбата се формова или се конструира така, че да се получи конусообразен далечен край 360 и накрайник 110 и по-тесен участък, шийка, който определя габаритите на цилиндричния рецептор CR. В тръбата се правят отвори за оформяне на термически и електрически изолиращите процепи 130, 135. За предпочитане тези отвори се правят в преходната област между накрайника 210, средната област, оформяща рецептора CR, до накрайника 110 и ограничават широките области. Процепите трябва да се простират на известно разстояние от положения керамичен слой 310 при накрайника 210 и на известно разстояние в общия накрайник 110 след последния положен нагревателен слой. Това разстояние не трябва да бъде толкова голямо, че да отслаби значително накрайниците, т.е. достатъчно е да бъде около 0.5плт.

При друго изпълнение процепите могат да се изрязват при въртене на тръбата спрямо лазер. Надлъжните процепи се изрязват чрез относително преместване на лазера и тръбата спрямо надлъжната ос на тръбата. Спираловидните процепи се изрязват чрез въртене на тръбата спрямо лазера и преместване на лазера спрямо надлъжната ос на тръбата. Освен избягването на линията на лепилото, както беше споменато по-горе, спираловидните процепи, получени чрез ротация, могат да улеснят цялостната изработка, ако тръбата също се върти и премества спрямо неподвижен лазер.

След това върху тръбата .с изключение на накрайника 110^се нанася изолаторният електрически слой 310, позволяващ нанасянето на присъединителните клеми. Както беше споменато във връзка с първото изпълнение, нанасянето може да бъде извършено преди формирането на широките области. По-специално, върху тръбата, която за предпочитане се върти по време на тази операция, се пулверизира термично керамичен слой с дебелина приблизително 0.1 до 10 мила, за предпочитане 1-3 мила, напр. циркониев диоксид, по-специално частично стабилизиран циркониев диоксид с приблизително 20%, за предпочитане 80%, итрий, като се нанася плазмено покритие, ако повърхността е достатъчно груба. За предпочитане при това тръбата се завърта определен брой пъти, за да се нанесе подходящо покритие. Освен това, ако върху подложката 300 има област на накрайник 210, върху нея не се полага покритие, за да се осигури контактна област за нагревателния елемент 122.

За предпочитане грапавостта на металния слой 300 се повишава, за да се осигури по-добра адхезия с керамичния слой 310. Повърхността на достатъчно дебел слой 300 отначало се прави грапава по подходящ начин, напр. чрез струйна обработка с метални зрънца, след което се полага свързващо покритие. То представлява тънък слой с дебелина напр. 0.1 до 5 мила, за предпочитане 0.5 до 1.0 мила от метално покритие, напр. FeCrAlY, NiCrAlY, NiCr, NiAl или NigAI и осигурява добър свързващ интерфейс между грапавия метален слой 300 и положения след това керамичен слой 310.

Освен термично разпръскване, по-специално плазмено разпръскване, използват се и други начини за нанасяне на покрития. Това са напр. физическо наслояване чрез изпарение, химическо наслояване чрез изпарение, тънкослойна технология с решетъчно щамповане на диелектрична паста и спичане, зол-гел техника при налагане на зол-гел, след което се нагрява до получаване на твърдо химическо отлагане, следвано от загряване. Поради здравината му се предпочита химическо свръзване.

Химическото свързване се постига чрез загряване на керамичния слой или първичната керамична смес, заедно с металната подложка, до сравнително висока температура. При друго изпълнение металната подложка се загрява до висока температура и върху повърхността се получава окисен слой, който действа аналогично на керамичния.

След това се полагат нагревателните елементи 122. Може да се използва всеки метал или сплав, с или без интерметални/керамични добавки, във форма на прах, ако това се изисква от начина на отлагане. По-специално, електрически съпротивителен слой с дебелина около 0.1 до 5 мила, напр. сплав ΝϊθΑΙ, сплав NiAl, сплав Fe₃Al сплав или FeCrAlY сплав, се полага чрез някой известен метод на термично разпръскване, като напр. разпръскване на плазмено покритие или високоскоростно кислородно гориво (HVOF - High Velocity Oxy Fuel). Съпротивлението на съпротивителния материал може да се контролира чрез добавяне на подходящ керамичен елемент или чрез настройване на степента на оксидация на метала по време на плазменото или HVOF разпръскване. Ако грапавината на повърхността на керамичния слой, състоящ се от сравнително големи керамични частици, е намалена в сравнение с частиците на материала на нагревателя, се използват тънкослойни технологии, напр. CVD или PVD, напр. чрез диамантено шлифоване до грапавост между 135 и 160 микроинча Ra, средно 145 микроинча Ra. При тази техника се изискват по-тънки метални слоеве, което води до желателно понижаване на масата на нагревателя. Процесът обаче е по-бавен. Може да се използва всякакъв метал, като напр. платина. Нагревателите могат да се отлагат при въртене на тръбата с керамично покритие.

Ще бъдат описани две предпочитани изпълнения на нагревателна широка област, която може да бъде по-скоро отделен дискретен нагревател, отколкото множество подредени нагреватели. При първото изпълнение подложката 300 е от никелов алуминид (Ni^Al), керамичният слой 310 е циркониев оксид (ZnO), за предпочитане частично стабилизиран с итрий, найдобре с 8% итрий, а нагревателният елемент 122 е термично разпръснат ΝϊθΑΙ или NiAl. При второто изпълнение подложката 300 е от железен алуминат (Fe^AI), керамичният слой е от циркониев оксид, за предпочитане стабилизиран с итрий, най-добре с приблизително 8% итрий, а нагревателният елемент 122 е от термично разпръснат FegAI. При желание при други изпълнения може да се използва материал за нагревателния елемент от едното изпълнение, а материал за подложката-от друго.

Предпочитаното изпълнение ще бъде описано подробно съгласно първото изпълнение, използващо никелов алуминид. Описанието е приложимо и за второто изпълнение, използващо железен алуминид. За предпочитане алуминият е между приблизително 16 до 50°/атомни , сравнено с много по/с малкото 1^атомен при много търговски сплави.

Подложката 300 може да се направи като ΝϊθΑΙ тръба, механично обработена ΝίθΑΙ тръба или лист NigAI. Освен това тя може да бъде направена чрез термично разпръскване на слой NigAl върху въглеродни пръти или тръби. Като поддържащ елемент на основния слой 300 може да се използва и алуминий. Подложката 300 може също така да бъде направена чрез подаване на Ni и AI в подходящо съотношение за получаване на Ni^AI. Когато двата вида прах се подадат към плазмена или термична разпръскваща пушка, компонентите реагират, освобождавайки голямо количество топлина. Когато полученялпсмес падне на повърхността, започва образуването на сплав. Този ефект може да се усили чрез използване на механически смесени Ni и AI на прах. Последваща топлинна обработка ще доведе до получаване на ΝϊθΑΙ и до отлична връзка между положения след това изолаторен слой 310.

Изолаторът 310 може да бъде електрически изолатор, който е електрически и термически устойчив и да осъществява добра адхезия с подложката 300. Трябва да се вземе предвид нееднаквото топлинно разширение между изолатора 310 от една страна и подложката 300 и нагревателния слой 122 от друга. Всеки подходящ керамичен материал, като напр. алуминий, може да се използва. Установено е, че циркониевият оксид прилепва добре при термични бариерни покрития и се прилага към различни геометрии, особено при циркониев оксид, частично стабилизиран с около 8% итрий.

Тъй като за електрическо нагряване с портативни батерии е необходимо високо съпротивление, за нанасяне на съпротивителен нагревателен слой 122 се предпочита термичното разпръскване. То може да се осъществи по различни начини. Може да се използва предварително приготвена сплав ΝίθΑΙ, механически смесен Ni^AI или Ni и AI на прах в подходящо съотношение. Ако за разпръскването се използват механически смесен NigAI или Ni и AI на прах, то необходим е етап на предварително загряване. Температурата и времето на този етап зависят от параметрите на термичната разпръскваща пушка и могат да се настроят в обхвата от 600°С до 1000°С. Ако не се използва предварително приготвена сплав NigAI, от значение са размерите на частиците и разпределението на тези размери. За получаване на резистор може да се използва NiAI. Като добавки към сплавите Ni^AI могат да се използват няколко елемента. Главните добавки към сместа за нагревателния слой 122 са В и Si. Счита се, че борът увеличава здравината на граничната повърхност на зърното и е най-ефективен при обогатен с никел

е. А1<24/атомни . Si не се добавя към NLAI сплави в голямо количество, тъй като добавянето му в повече от 3/гегловни води до получаване на силициди на никел и при окисляване се получава SiOx. Добавянето на Мо повишава здравината при ниски и високи температури. Цирконият помага срещу откъртване на окисния слой при периодична термична работа. За повишаване на здравината при високи температури може да се добави Hf. Предпочитаната за подложката 300 и за съпротивителния нагревател 122 сплав NigAI се обозначава с IC-50 и съдържа приблизително 77.72% Ni, 21.73% Al, 0.34% Zr и 0.01% В съгласно Обработка на интерметални алуминиди, V.Sikka, Intermetallic Metallurgy and Processing Intermetallic Compounds, ed. Stoioff et al., Van Nestrand Reinhold, N.Y., 1994, Table 4. Към железния алуминид могат да се добавят различни елементи. Възможните добавки включват Nb, Cu, Та, Zr, Ti, Μη, Si, Mo и Ni.

Ако се изисква стапяне на някаква смес, за предпочитане е да се използва покриване с аргонов газ. Електрическите присъединителни краища могат да се запоят с твърд припой към съпротивителния нагревател 122 или подложката 300 чрез YAG лазер или СО₂ лазер. Запояването с твърд припой може да се осъществи чрез Ag-Cu или Ni-Cu припойни сплави. Този вид запояване се предпочита през запояването с мек припой и заваряването, тъй като дебелината на резистора е по-малка от 5 мила (0.005) или 125цт. За овлажняване на повърхността и почистване на оксидите може да се използва овлажнител. Могат да се използват няколко твърди припойни сплави от LucasMilhaput от Wisconsin-и от Indium Corporation от America.

Сплавите Ag-Cu имат оптимални температури на солидус и ликвидус за лазерно запояване с твърд припой на нагревателя без навлизане в слоевете, тъй като общата дебелина на нагревателя 122, изолатора 310 и подложката 300 е в обхвата от 10 до 15 мила.

Настоящото изобретение осигурява многослоен нагревател с подложка от NigAi и нагревател, отделен от изолатора, направен от циркониев оксид. Тази идея е обща и може да се прилага за различни дебелини и геометрии. ΝΐθΑΙ лесно формира прилепващ към повърхността слой. Този алуминиев слой предотвратява по-нататъшно окисление и елиминира отделянето на оксидите, увеличавайки по този начин времето на живот (в брой работни периоди) на материала.

Както се вижда на фиг.4 и 5, краят на наложения нагревател 122 е в електрически контакт с намиращата се отдолу метална подложка 300 в областта 125, а останалата част от нагревателния елемент 122 се намира върху керамичния изолаторен слой 310. Плазменото нанасяне на всеки съпротивителен нагревателен елемент 122 върху металната подложка 300 осигурява добър контакт. Поради това общият електрически извод се формира чрез накрайника 110 и електрически проводящите подложки 300 на всички нагревателни широки области 120 на съответния нагревателен елемент, които са свързани към единия край, а именно далечния край. Накрайникът 110, служещ като общ извод, е свързан електрически към захранващия източник през краче 99В, както е показано на фиг.З.

Накрая върху нагревателния елемент 120 се нанася материал 128 с висока електрическа проводимост, като напр. никел, никелови сплави, мед или алуминий, след което присъединителните краища, т.е. крачетата, се прикрепят, напр. чрез заваряване, твърдо или меко припояване, към противоположния близък край на нагревателния елемент в близост до накрайника 110. Материалът 128 може да бъде неделимо свързан или запоен с мек припой към присъединителните краища, за предпочитане запоен със сребро, вместо да е свързан с крачетата 99А, както е описано по-долу. Силно проводящият материал 128 прави лежащата отдолу област по-слабо съпротивителна и позволява по-лесното добавяне на присъединителните краища.

Тръбата се изрязва по такъв начин, че да има единичен метален накрайник 110 в единия си край, както е показано на фиг.8, или за предпочитане да има и допълнителен накрайник в противоположния си край 210, както е показано на фигури 6А до 7. Тъй като подложката е направена от метал, нагревателните широки области могат да бъдат наклонени навътре, за предпочитане преди нанасянето на слоя 310 и завъртането, като наклонът е в посока към пъхнатата цигара, за да се подобри преминаването на топлина, т.е. топлинният контакт, между тези елементи без рискованото разрушаване, свързано с керамичните широки области. Освен това, получените широки области и положеният нагревателен слой имат извивка като част от тръбата, което още повече подобрява контакта с пъхнатата цилиндрична цигара. Широките области могат да бъдат с ширина напр. 1.5mm.

При едно изпълнение, показано на фиг.бА и 6В, всяка втора част или широка област 120 с керамично покритие, ограничена в противоположните си краища от процеп 135 в тръбата, има нагревателен елемент 122. Вследствие на това са формирани редуващи се широки области 220 между редуващи се широки нагревателни области 120. Широките области 220 действат като бариери за предотвратяване на отделянето на изпарения от цигарата, чиято кондензация може да доведе до повреди. При това изпълнение се осигуряват два пъти повече процепа, т.е. 16, отколкото е броят на желаните всмуквания, т.е. 8, за да се получи еднакъв брой нагревателни широки области и ненагряващи се, бариерни широки области.

Може да се желае да се промени броят на всмукванията и следователно броят на нагревателите 122, използвани при поставяне на цигара в цилиндричния рецептор CR. Този желан брой се получава чрез изработване на желания брой нагревателни широки области 120 и съответните бариерни широки области 220. Това може да се постигне чрез изрязване на тръбата на еднакви или нееднакви по размер широки области. Както беше споменато, процепите 130, 135 са оформени между съседни нагревателна широка област 120 и бариерна широка област 220. Тези процепи са формирани чрез леко изрязване или рендосване на един или повече набор(и) бариерни или нагревателни широки области. Процепите се правят достатъчно големи или широки за предотвратяване на загуба на топлина по време на работа от нагретите нагревателни широки области към съседните бариерни широки области и достатъчно малки или тесни за предотвратяване на изтичането на значителни количества пари от цилиндричния рецептор. Например за много приложения е подходящ процеп с големина приблизително 5-15 мила, за предпочитане около 3-4 мила.

След задействане на един нагревателен елемент 122 трябва да измине предварително определено минимално време преди осъществяване на следващо всмукване. През време на този предварително определен или подълъг интервал двете бариерни широки области 220, намиращи се до последната задействана нагревателна широка област 120, действат като топлопоглъщачи за предотвратяване на разпространението на топлината към други нагревателни широки области или към ненагряти или преди това загряти участъци от пъхнатата цигара 23. Предварителното загряване на участък от цигарата може да доведе до нежелателно и/или частично получаване на аерозол или разпадане на участъка преди желаното загряване. Последващо повторно загряване на предварително загрят участък може да доведе до получаване на нежелателни аромати и вкусови усещания. За да се постигне този топлопоглъщащ ефект, за предпочитане бариерните широки области съдържат слой термо—проводящ материал, т.е. топлоизолатор, напр. керамика. Примери за подходящи керамични материали са диалуминиев триоксид, циркониев оксид, смес от алуминий и цирконий, мулит и др., както е в случая с нагревателните широки области.

Ако се желае по-дълго всмукване, отколкото се позволява от импулсно задействане на единичен нагревател и съответните нагревателни широки области, се използва управляваща логическа схема за включване на друг нагревател или на допълни/гелен(и) нагревател(и) веднага след края на импулса на първоначалния нагревател или по време на крайната част на началния импулс, за да се загрее друг участък от цигарата. Допълнителният нагревател може да бъде радиално следващ нагревател или друг нагревател. Нагревателните широки области трябва да бъдат с такива размери, че да се получи желаният брой всмуквания с желана продължителност.

При друго изпълнение, където последният нагревател е показан на фиг.8, тръбата има единичен накрайник 110 с множество, т.е. 8, както е показано, широки области със съответни процепи 130 между тях. Редуващите се широки области са с нанесени нагревателните елементи 122, както е описано по-горе за оформянето на нагревателните широки области, като разположените между тях широки области определят бариерните широки области 220.

Както е показано на фиг.7, всички области, разделени от процепите, могат да действат като нагревателни широки области 120. При едно изпълнение върху всяка част или широка област, покрита с керамичен слой, има нагревателен елемент 122, а броят на нагревателните широки области 120 съответства на броя на желаните всмуквания, т.е. 8. При друго изпълнение всяка област с керамично покритие има нагревателен елемент 122, а броят на нагревателните широки области 120 е два пъти по-голям от броя на всмукванията, т.е. има 16 области с нагреватели за цигара с 8 всмуквания. Тази конфигурация позволява различен от нормалния последователен начин на включване през около 2 секунди, като за предпочитане е радиалната последователност за изпълнение, където броят на нагревателните елементи 122 съответства на броя на всмукванията. Например логическата схема може да определи два радиално противоположни нагревателни елемента 122, т.е. елементи, разположени под ъгъл 180°С спрямо тръбата, да се включат едновременно, загрявайки заедно определено количество от цигарата. При друго изпълнение една последователност на включване на всеки нагревателен елемент 122 за една цигара се следва от друга последователност за междинните нагревателни елементи 122 за следващата цигара. При друго изпълнение първата последователност на включване може да се повтаря за определен период (брой цикли на работа) за определен брой цигари, след което да започне втората последователност на включване. Може да се използва всякаква комбинация от нагревателни широки области и при желание - бариерни широки области. Броят на нагревателните широки области може да бъде по-малък, равен или по-голям от броя на всмукванията за единична цигара. Например, може да се използва деветобластна система за цигара с шест всмуквания, като се използва различен набор от шест нагреватели за всяка следваща цигара, а съответният набор от оставащите три нагревателни елемента не се включва.

Използването на метален материал за подложката позволява металната подложка 300 на всяка нагревателна широка област да служи като проводяща пътека, т.е. отрицателна връзка, на нагревателния елемент 122. Поспециално, единият край на нагревателния елемент е свързан електрически, напр. чрез плазмено разпръскване, към намиращата се отдолу метална подложка в участъка 125. За предпочитане този край на нагревателя е поблизко разположен до отворения край 360 за пъхане на цигара, тъй като тази връзка не включва присъединителни краища, които да се повреждат при поставяне и отстраняване на цигарата. Металният накрайник 110 се прави да подава отрицателно захранване от захранващия източник 37 и да бъде общ за всички нагревателни елементи. По-специално, накрайникът 110 е свързан електрически към отрицателния извод на захранващия източник 37 през краче 99В, свързано, за предпочитане заварено, към него, както е показано на фиг.З. От своя страна крачето 99В е свързано към захранващия източник 37 през крачето 104В. Осигурява се проводящ път от другия край на всички нагревателни елементи 122 към захранващия източник чрез напр. електрически присъединителен край, тъй като крачето 99А е точково заварено, запоено с твърд или мек припой към областта 128 на нагревателните елементи 122. Крачето 99А е свързано електрически към положителния извод на захранващия източник 37 през крачето 104А. Областта 128 може да бъде направена от всеки подходящ материал, напр. никел, алуминий или подходящи сплави 50:50 никел и алуминий, мед и т.н., имащи добра адхезия и по-ниски температури на топене от металния слой 300.

Освен това настоящото изобретение намалява до минимум вредните напрежения. предизвикани топлинно. Нагревателният елемент се полага сравнително хомогенно върху керамичната основа, за да се избягнат напреженията, произтичащи от взаимните връзки между дискретните участъци на нагревателния елемент и/или от дискретните взаимни връзки между нагревателния елемент и керамичния материал.

Както беше споменато, за да се улесни изработването, за предпочитане нагревателните елементи 122 се нанасят върху външната повърхност на нагревателната широка област 120, т.е. върху повърхността на широката област, която е в контакт или в топлинна близост с пъхнатата цигара 23. Освен това, чрез полагане на нагревателните елементи 122 върху тази външна повърхност се осъществява сравнително здрава опора за нагревателните елементи, които избягват директно силово взаимодействие с цигарата при пъхане, всякакви намествания и отстраняването й от пушача. Такава подобрена механическа конфигурация изисква нагревателните елементи 122 да загряват лежащия под тях керамичен слой 310 и металната подложка 300 в контакт с пъхнатата цигара за предаване на топлина към цигарата първо чрез топлопредаване и след това чрез конвекция и излъчване, ако не се осъществява плътно прилепване между импулсната нагревателна широка област 120 и пъхнатата цигара. За предпочитане нагревателният елемент 122 е с такъв размер и форма, че да загрява по-голяма част от лежащата отдолу нагревателна широка област 120 за максимално загряване на сегмент от цигарата с различна големина, т.е. 18mml, за да се генерира приемливо всмукване от пушача. Предаването на топлина от нагревателния елемент 122 към цигарата 23 трябва да бъде ефективно, тъй като нагревателят подава импулс от топлинна енергия през сравнително тънки слоеве 300 и 310. Самият нагревателен елемент 122, в зависимост от материала и начина на полагане, е с дебелина между приблизително 1 и 2 мила. Нагревателният елемент може да бъде направен от споменатите сплави NiCrAlY, FeCrAlY, Nichrome (търговска марка сплав, съдържаща 54-80% никел, 10-20% хром, 727% желязо, 0-11% мед, 0-5% манган, 0.3-4.6% силиций и понякога 1% молибден и 0.25% титан; Nichrome I съдържа 60% никел, 25% желязо, 11% хром и 2% манган; Nichrome II съдържа 75% никел, 22% желязо, 11% хром и 2% манган; Nichrome III представлява нетоплопроводяща сплав, съдържаща 85% никел и 15% хром) или диалуминиеви триоксиди. Следователно един керамичен слой със сравнително ниска топлинна проводимост не провежда значителни количества топлина към съответстващата му клема. Металният слой обаче, въпреки по-голямата си топлопроводимост от керамичния, също не провежда в значителна степен, т.е. повече от 5-10% поради късата продължителност на импулса и малкото напречно сечение.

Установено е, че първоначалният напречен или радиален спрямо пъхнатата цигара въздушен поток води до по-силно получаване на желания дим, отколкото първоначален надлъжен поток. Процепите 130 и 135 осигуряват пътечки за изтегляне на въздуха до контакт с пъхнатата цигара. С цел да се оптимизира напречният въздушен поток се осигуряват допълнителни канали за въздуха чрез перфорация на области от нагревателната широка област и/или бариерните широки области. За предпочитане перфорацията се прави чрез лазер след нанасяне на керамичното покритие 310 и нагревателното покритие 122 или по механичен начин преди нанасянето на слоевете. Ако чрез процепите се получава подходящ въздушен поток, могат да се перфорират само бариерните широки области, за да се избегне оформянето и перфорирането на нагревателната широка област преди полагане на нагревателните елементи или перфориране на нагревателните широки области след полагането.

Както беше споменато по-горе, процепите 130,135 се осигуряват, за да се избегне нагряването на съседни широки области и да се увеличи максимално ароматното съдържание. Освен това, тези процепи спомагат за топлинното разширение и свиване на нагревателните широки области 120 и бариерните широки области 220. Съгласно описаните по-горе изпълнения, използващи единичен накрайник (фиг.8), процепите 130, 135 са оформени между надлъжните страни на съседните широки области, за да се компенсират промените в дължината, предизвикани от температурата. Надлъжните промени са допустими, тъй като краищата на широките области, намиращи се в противоположната на накрайника страна, са свободни. При описаните изпълнения с двойни накрайници процепите 130, 135 са оформени като правоъгълна вълна в надлъжно направление, за да се формират процепи между надлъжните страни на съседните широки области и между закръглените или квадратни краища на широките области и противоположния накрайник 210.

При изпълнението, показано на фиг.бА, процепите 130, които се простират само по надлъжните страни на съседните редуващи се широки области 120 и бариерни широки области 220, са свързани в двата си края чрез съответните накрайници 110 и 210. Накрайникът 110 няма керамично покритие 310, т.е. металната подложка 300 е открита, така че накрайникът 110 действа като общ извод за нагревателните елементи 122. Накрайникът 110 определя отвора 360 за пъхане на цигара, който при това изпълнение не е конусообразен. На фиг.бВ е показано подобно изпълнението изключение на това, че процепите 135 са с U-образна форма. Всяка бариерна широка област 220 е интегрално свързана към двата накрайника 110 и 210, а нагревателните широки области се издават от накрайника 110. Тази форма на процепите, където единият край на широките области е свободен спрямо противоположно разположения накрайник, позволява топлинно разширение и свиване на нагревателните широки области 120 в надлъжно направление, намалявайки напрежението.

На фиг.8 е показано друго изпълнение, при което няма накрайник 210, оформящ отвора 360 за пъхане на цигарата. Отворът 360 се определя от свободните краища на нагревателните широки области 120 и бариерните широки области 220, простиращи се надлъжно от накрайника 110 в същата посока. Свободните краища позволяват на широките области да се разширяват, намалявайки нежеланото им накланяне навътре при топлинно разширение. Прекадено големият наклон навътре намалява вътрешния диаметър на цилиндричния рецептор CR, увеличавайки възможността от повреждащи сили, получавани при пъхане и отстраняване на цигарата. Също така свободните краища на широките области намаляват нужните сили за поставяне на цигара, тъй като са наклонени спрямо накрайника. Освен това, както е показано, при това изпълнение не е нужно ширините на нагревателните и на бариерните широки области да са еднакви. При всички изпълнения предпочитаната ширина на нагревателните широки области е около 1.5тт.Ще бъде описано друго изпълнение съгласно фиг.Ю, където нагревателите 122 са положени върху вътрешната страна на нагревателните широки области 120, т.е. върху повърхността, определяща цилиндричния рецептор CR. Поради това нагревателите 122 са в пряк контакт или в голяма близост с пъхнатата цигара. Както се вижда, керамичният слой 310 е разположен от вътрешната страна на металния слой 300 на широката област 120, а върху керамичния слой 310 е нанесен нагревател 122. Електрическите връзки са аналогични на описаните по-горе. Всяко от описаните изпълнения може да използва такава конфигурация. Методът за осъществяването й включва изработване на широките области, полагане на нагревателен и керамичен слой върху метален лист в описания по-горе ред, завъртане и заваряване на затворената форма до получаване на тръба, където нагревателите 122 са разположени от вътрешната страна на широката област 120 срещу пъхнатата цигара.

По-специално, този начин на изработка включва щамповане на подходящ метален лист до получаване на множество широки области 120, 220 (ако се използват бариерни широки области), простиращи се в перпендикулярно направление от свързващата част CS в конструкция, подобна на гребен, както се вижда от фиг.11. Тази конструкция се маскира и върху немаскираните широки области и при желание върху свързващата част CS се полага изолаторен керамичен слой. След това конструкцията се маскира отново и върху определени широки области се полагат съпротивителни нагревателни елементи 122 напр. чрез ситов печат. След това се прикачват присъединителните краища. Нагревателната конструкция се завърта така, че свързващата част CS формира общия електрически накрайник 110. При завъртане на CS в посока А се формира нагревателна конструкция, където нагревателите 122 са директно разположени срещу пъхнатата цигара, както е показано на фиг. 10, а при завъртане в посока В се получава цилиндрична нагревателна конструкция, където нагревателите са разположени от външната страна, т.е. металната подложка 300 е разположена към цигарата, както е показано на другите фигури, по-точно на фиг. 12.

При друго изпълнение цилиндричната нагревателна конфигурация може да се направи чрез щамповане на модел Р, показан на фиг.13, от подходящ лист проводящ материал. Моделът Р съдържа централен накрайник 410 с множество отделни рамена 420, простиращи се радиално навън от него, формирайки конструкция, подобна на спици. Раменете 420 са покрити с изолаторен слой и съпротивителен нагревател. При едно изпълнение накрайникът 410 е общ за всички съпротивителни нагреватели, свързани електрически със съответно рамо 420, за предпочитане в този край на нагревателя 122, който е по-отдалечен от накрайника 410. За всеки нагревател 122 се осигурява съответен положителен контакт, за предпочитане в поблизкия до накрайника 410 край, така че всички връзки, а именно положителните нагревателни връзки и общият накрайник 410, са близко разположени. Рамената 420 са така прегънати, че са перпендикулярни на равнината на накрайника, определяйки цилиндричен рецептор. В зависимост от посоката на сгъване или нагревателите 122, или раменете 420 са директно разположени към пъхнатата цигара.

При всяко от горните изпълнения може да се използва обща широка област, аналогична на показаната на фиг.11 и 12, за електрическо свързване на общия накрайник 110 към захранващия източник през крачето 99В. Общата широка област 320 се простира от накрайника 110 в същата посока като другите широки области, но при производството й не е покрита нито с керамичен, нито със съпротивителен нагревателен слой, т.е. общата широка област 120 е маскирана и се състои само от подложка 300. При друго изпълнение общата широка област е покрита с керамичен слой 310 за електрическа изолация от околните компоненти. При това отрицателният общ контакт за всички нагреватели 122 се намира в противоположния на накрайника 110 край на общата широка област. Аналогично, съответните положителни връзки за всеки нагревател 122 се намират в противоположния на накрайника 110 край на нагревателните широки области, така че електрическите връзки са в противоположния на общия накрайник 110 край на нагревателната конструкция. По този начин при желание общият накрайник 110 може да служи за ограничаване на края 360 за пъхане на цигарата, а широките области 120, 320 могат да са поддържани в противоположния си край напр. от разделителен елемент 49.

При всяко от изпълненията отрицателната връзка за всеки нагревател може да бъде направена обща напр. чрез поставяне на подходящ отрицателен контакт върху този край на нагревателя, който е противоположен на съответните положителни контакти 128. При това при такова изпълнение няма да е нужно широките области и накрайникът да са електропроводими. Освен това, при всяко от изпълненията единичен нагревател може да съдържа широка област или друга подобна на описаната слоеста конструкция с отрицателна връзка за загряване на тютюн във формата на описаната по-горе цигара, стандартна цигара, преградна лента за тютюн на изделие за пушене съгласно заявка за патент на САЩ Ser.№105346, подадена на 10.08.1993^ или всякакъв друг вид цигара.

На фиг.14 е показано друго изпълнение, при което широките области

120 съдържат допълнителен монолитно свързан сегмент 120А. Например широките области съгласно фиг.11 или раменете съгласно фиг.13 могат да се направят с приблизително два пъти по-голяма дължина. За всеки нагревател се осигурява положителна връзка чрез полагане на керамичен електрически изолаторен слой, напр. слой 310, върху основата 120А и след това полагане на контактен материал 128А, който да бъде в електрически контакт с края на съпротивителния нагревател 122 върху покрития с керамичен слой сегмент 120А. При друго изпълнение вместо контактен материал 128А се използва свързващ проводник или пътечка, електрически изолирана от филмовия сегмент 120А. Накрайникът 110 и нагревателните области 120, а при желание и бариерните области 220, са разположени_?както е описано във връзка с фиг.11 и 13. Сегментът 120А на широките области се сгъва приблизително на 180°, така че краят 120Е, противоположен на връзката с нагревателя 120, да е в близост до общия накрайник 110 и е в електрически контакт със съответното краче 99А, действайки като положителен контакт. При това се осигурява всички електрически връзки да са разположени към накрайника 110. Прегънатата област между областта 120А и частта от широката област 120, върху която е разположен нагревателният елемент 122, може да има по-малка ширина от останалата част на широката област. Тази сгъната широка област е еластична спрямо пъхнатата цигара, разширявайки се леко при поставяне на цигарата и след това свивайки се здраво около нея.

ПРИЛОЖЕНИЕ И НАЧИН НА ДЕЙСТВИЕ

Различните изпълнения на настоящото изобретение позволяват получаването на ефективно количество ароматизиран тютюнев реагент към пушача при стандартни условия на използване. По-специално, счита се, че е желателно отделянето на между 5 и 13mg, за предпочитане между 7 и 10mg аерозол към пушача за 8 всмуквания, като всяко всмукване е с обем 335ml и продължителност 2 секунди. Установено е, че за да се постигне такова отделяне, нагревателните елементи трябва да могат да предават температура между около 200°С и около 900°С при пренасяне на топлина към цигарата 23. Освен това нагревателните широки области трябва да консумират между около 5 и 40 Джаула енергия, за предпочитане между 10 и 25 Джаула, найдобре около 20 Джаула. За да се подобри предаването на топлижа.е желателно нагревателните широки области 120, наклонени навътре към цигарата 23, да консумират по-малко енергия.

Нагревателните елементи 122 с желаните параметри имат за предпочитане активна повърхност между около 3mml и около 25mml и за предпочитане съпротивление между около 0.5 и около 3.0 . Най-добре е нагревателните елементи 122 да имат съпротивление между около 0.8_ и 2.1_.

Разбира се, съпротивлението на нагревателя се определя и от специфичния захранващ източник, който се използва за осигуряване на необходимата електрическа енергия за загряване на нагревателните елементи 122. Например, споменатите съпротивления съответстват на изпълнения, при които се използват четири Ni-Cd акумулаторни клетки, свързани последователно с общо напрежение при ненатоварен захранващ източник приблизително 4.8 до 5.8 волта. При друго изпълнение, ако се използват 6 или 8 последователно. свързани батерии, нагревателните елементи 122 трябва да имат съпротивление за предпочитане между около 3 и 5 или между 5 и 7 съответно.

Материалите, от които са изработени нагревателните елементи 122, са така избрани, че да се осигури надеждно многократно използване при поне 1800 цикъла включване/ изключване без повреда. За предпочитане нагревателното приспособление 39 е независимо сменяемо от запалката 25, включваща захранващ източник 37 и схема, и се сменя за предпочитане след 3600 или повече цикъла. Материалите на нагревателните елементи и другите метални компоненти са избрани също така в зависимост от тяхната устойчивост на окисление и общата им реактивна способност, за да се осигури, че те няма да се окислят или да реагират по друг начин с цигарата 23 при температурите, които ще се достигат. При желание нагревателните компоненти 122 и другите метални компоненти могат да се капсулират в неактивен топлопроводящ материал, като напр. подходящ керамичен материал, за да се избегне окисляване и други реакции.

В зависимост от тези критерии материалите за електрическите нагревателни средства включват примесни полупроводници (напр. силиций), въглерод, графит, неръждаема стомана, тантал, метало-керамични матрици и метални сплави като например- желяза^съдържащи сплави. Подходящи металокерамични матрици са силиций-карбид-апуминиевите и силиций-карбидтитановите. Освен това подходящи са устойчивите на окисление интерметални съставки, като напр. алуминиевите окиси на никела и на желязото.

За предпочитане обаче електрическите нагревателни елементи 122 и другите метални компоненти са направени от топлоустойчиви сплави, които имат едновременно висока механична здравина и устойчивост срещу повърхностно разрушаване при високи температури. Широките нагревателни области могат да се направят като серпентини съгласно описанието в WO 94/063314. За предпочитане нагревателните елементи 122 са направени от материал, който има висока здравина и повърхностна устойчивост при температури до около 80% от точката им на топене. Такива сплави са приетите под названието суперсплави и съдържат най-често никел, желязо или кобалт. Например подходящи са сплави на основата на желязо или никел с алуминий и итрий. За предпочитане сплавта за нагревателните елементи 122 включва алуминий за по-нататъшно подобряване на работата на нагревателния елемент, напр. чрез осигуряване на устойчивост срещу окисление. За предпочитане и нагревателните елементи 122, и металната подложка 300 на или Fe_gAI сплав.

За специалистите в областта на техниката са очевидни много модификации, замени и подобрения, при които няма отделяне от духа и обхвата на настоящото изобретение, както е описано и определено тук и в следващите претенции.

Claims (49)

1. ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИ

   1. Нагревател за устройство за пушене с източник на електрическа енергия за загряване на среда с тютюнев аромат, съдържащ: подложка покрита,електрически съпротивителен нагревателен елемент, характеризиращ се с това,че подложката е от елекгропроводящ материал( 59 ) .електрически изолатор, нанесен върху поне част от подложката(59),електрически съпротивителен нагревателен елемент (39 ) е нанесен върху електрическия изолатор, като първи край на нагревателния елемент (39 ) е електрически свързан с електропроводящата подложка(59), като вторият край на нагревателния елемент (39 ) и част от нагревателния елемент (39) между първия и втория му край са електрически изолирани от проводящата подложка (59) чрез изолатор,при който подложката (59) и вторият край на нагревателния елемент(39 ) са пригодени за електрическо свързване към източника (37) на електрическа енергия, а съпротивителната нагревателна схема служи за загряване на нагревателния елемент, който от своя страна нагрява тютюневата среда.
2. 2. Нагревател за устройство съгласно претнция ^характеризиращ се с това, че има цилиндрична тръба(23) от елекгропроводящ материал с множество процепи(130,135).определящи (а) множество електропроводящи широки области(120), формиращи рецептор за поемане на пъхната цилиндрична цигара?и (б) елекгропроводящ общ накрайник(110) в устройството за пушене, като широките области (120) се простират извън накрайника(110),като електрически изолаторен слой, нанесен върху поне една от множеството електропроводящи широки области(120) .електрически съпротивителен нагревателен елемент във формата на слой, нанесен върху изолатора, като първият край на нагревателния елемент( 39 ) е свързан електрически към поне една от множеството електропроводящи широки области(120), а вторият му край и част от нагревателния елемент, разположена между първия и втория му край , са изолирани електрически от поне едната електропроводяща широка област(120) чрез изолатора,при който накрайникът (110) и вторият край на нагревателния елемент (39) са в електрически контакт с източника на електрическа енергия (37 )и където съпротивителната нагревателна схема(41) служи за загряване на електрически съпротивителния нагревателен елемент, (39) който от своя страна нагрява поставената цигара.
3. 3. Нагревател съгласно претенция 2, характеризиращ се с това ,че при който електрическият изолатор(ЗЮ) е нанесен върху външната повърхност на тръбата, противоположна на повърхността на тръбата, обърната към поставената цигара(23).
4. 4. Нагревател съгласно претенция 2 или 3, характеризиращ се с това ,че при който върху поне една широка област(120 ) нанесеният изолатор(ЗЮ) и съответният нагревателен елемент(39) имат такива коефициенти на топлинно разширение, че да се компенсира топлинното разширение при загряване на нагревателния елемент.
5. 5. Нагревател съгласно претенция 2, 3 или 4, характеризиращ се с това, че при който процепите(130 ) се простират надлъжно на тръбата и ограничават множество надлъжно простиращи се широки области( 120).
6. 6. Нагревател съгласно претенция 2, 3 или 4, характеризиращ се с това, че при който процепите са спираловидни(130).
7. 7. Нагревател съгласно коя да е от претенции от 2 до 6, характеризиращ се с това ,че при който процепите(130) са с такива размери, че да се минимизира загубата на енергия от загрят нагревателен елемент(39) и съответната му широка област(120) към съседна широка област(120).
8. 8. Нагревател съгласно коя да е от претенции от 2 до 6, характеризиращ се с това ,че при който процепите(120) са с такива размери, че да се минимизира загубата на аромати, получени от нагрятата цигара.
9. 9. Нагревател съгласно коя да е от претенции от 2 до 8, характеризиращ се с това ,че при който тръбата(350) се състои от входен отвор(27) за пъхане на цигара и сравнително стеснен участък, осигуряващ плътен контакт на нагревателя (39)с цигарата((23).
10. 10. Нагревател съгласно претенция 9. характеризиращ се с това ,че при който диаметърът на входния отвор(27) е малко по-голям от диаметъра на пъхнатата цигара(23).
11. 11. Нагревател съгласно претенция 9 или 10, характеризиращ се с това^ че при който тръбата(350) се състои също така и от шийка, разположена между входния отвор(27) и стеснения участък, като диаметърът на шийката намалява постепенно от входния отвор(27) към стеснения участък.
12. 12. Нагревател съгласно претенция 9, 10 или 11, характеризиращ се с това ,че при който широките области(120) са наклонени навътре, формирайки стеснения участък.
13. 13. Нагревател съгласно коя да е от претенции от 9 до 12, характеризиращ се с това ,че при който входният отвор (27)е разположен в противоположния край на общия накрайник на тръбата(350) и се определя от свободните краища на широките области(120).
14. 14. Нагревател съгласно коя да е от претенции от 9 до 13, характеризиращ се с това ,че съдържа и втори накрайник(ЗбО), разположен в противоположния край на тръбата срещу първия накрайник(110), като вторият накрайник(ЗбО) формира входния отвор за поставяне на цигарата(23).
15. 15. Нагревател съгласно коя да е от претенции от 2 до 8, характеризиращ се с това ,че съдържа и втори накрайник(ЗбО), разположен в противоположния край на тръбата(350) за общия накрайник.
16. 16. Нагревател съгласно претенция 15, при който процепите(130) се простират между широките области (120)и втория накрайник(ЗбО).
17. 17. Нагревател съгласно коя да е от претенции от 2 до 16 характеризиращ се с това ,че съдържа и положителен електрически контакт(99), свързан електрически с втория край на нагревателния елемент(39).
18. 18. Нагревател съгласно коя да е от претенции от 2 до 18, характеризиращ се с това ,че по-нататък съдържа; поне два електрически изолаторни слоя(ЗЮ), нанесени съответно върху поне две от множеството широки области (120)и от съответните им нагревателни елементи(122), нанесени върху всеки от изолаторите(ЗЮ), така че първият край на всеки нагревателен елемент(122) е свързан електрически към съответната му широка област(120) и където общият накрайник служи като общ електрически извод на съответните нагревателни елементи(122), а вторият край на всеки нагревателен елемент е така направен, че да се свързва електрически с източника на електрическа енергия (37).
19. 19. Нагревател съгласно претенция 18, характеризиращ се с това ,че при който изолаторите(ЗЮ) и съответните им нагревателни елементи (43) са нанесени върху всяка втора широка област(120).
20. 20. Нагревател съгласно претенция 18, характеризиращ се с това ,че при който изолаторите(310) са нанесени върху всяка от множеството широки области(120) и върху всяка втора широка област(120) е нанесен съответен нагревателен елемент(43).
21. 21. Нагревател съгласно претенция 18 характеризиращ се с това ,че при който множеството широки области(120) със съответен нагревателен елемент (43)е свързано с предварително определен брой всмуквания от поставената цигара(23).
22. 22. Нагревател съгласно претенция 18, характеризиращ се с това ,че при който броят на широките области(120) със съответен нагревателен елемент(43) е равен на предварително определения брой всмуквания.
23. 23. Нагревател съгласно претенция 18, при който броят на широките области (120)със съответен нагревателен елемент(39) е два пъти по-голям от желания брой всмуквания от поставената цигара(23).
24. 24. Нагревател съгласно претенция 18, характеризиращ се с това ,че при който две широки области(120) със съответен нагревателен елемент(39) се загряват едновременно.
25. 25. Нагревател съгласно коя да е от претенции от 18 до 24, характеризиращ се с това ,че при който електрическите изолатори(ЗЮ) са нанесени върху външната повърхност на тръбата(359), противоположна на повърхността откъм пъхнатата цигара(23).
26. 26. Нагревател съгласно коя да е от претенции от 2 до 25,характеризиращ се с това ,че при който върху поне една от широките области(120) са направени перфорации.
27. 27. Нагревател съгласно коя да е от претенции от 2 до 17, характеризиращ се с това ,че при който електрическият изолатор(ЗЮ) е нанесен върху вътрешната повърхност на тръбата(350), така че нагревателният елемент е разположен откъм поставената цигара(23).
28. 28. Нагревател съгласно някоя от горните претенции, характеризиращ се с това ,че при който електропроводящият материал на цилиндричната тръба(350) е избран от групата, съдържаща железни алуминиди и никелови апуминиди, а нагревателният елемент включва електросъпротивителен материал, избран от групата, съдържаща железни алуминиди и никелови алуминиди.
29. 29. Нагревател съгласно някоя от горните претенции, характеризиращ се с това ,че при който електропроводящата тръба(350) или подложка(ЗОО) и електросъпротивителният нагревателен елемент(39) съдържа железен алуминид, а електрическият изолатор е направен от материал, избран от групата на двуалуминиев триоксид, циркониев диоксид, мулиг и смеси на двуалуминиев триоксид и циркониев диоксид.
30. 30. Нагревател съгласно коя да е от горните претенции, при който изолаторът е направен от циркониев диоксид, частично стабилизиран с итрий.
31. 31. Нагревател съгласно коя да е от горните претенции, характеризиращ се с това ,че при който поне една от елекгропроводящите подложки(ЗОО) или тръби(350) и от съпротивителния нагревателен елемент(39) съдържа приблизително 77.92% Ni, приблизително 21.73% AI, приблизително 0.34% Zr и приблизително 0.01% В.
32. 32. Нагревател съгласно някоя от горните претенции, характеризиращ се с това ,че при който електропроводящата тръба(350) или подложка(ЗОО) съдържа никелов алуминид с модификатор, избран от групата, състояща се от Zr и В.
33. 33. Нагревател съгласно някоя от горните претенции, характеризиращ се с това ,че при който нагревателният елемент(39) съдържа никелов алуминид с модификатор, избран от групата, състояща се от Zr и В.
34. 34. Нагревател съгласно претенция 18, характеризиращ се с това ,че при който цилиндричната тръба(350) включва и обща широка област от елекгропроводящ материал, простираща се извън общия накрайник(410), като общата широка област(120) е в електрически контакт с източника на електрическа енергия(37).
35. 35. Нагревател съгласно претенция 18, характеризиращ се с това ,че при който общият накрайник (410) ограничава входен отвор за поставяне на цигарата(23), а първият край на нагревателния елемент(39) е в непосредствена близост с общия накрайник(410), а вторият му край е на определено разстояние от общия накрайник. (410)
36. 36. Нагревател съгласно претенция 13, характеризиращ се с това ,че при който първият край на нагревателния елемент (39)е на определено разстояние от общия накрайник (410), а вторият му край е до него.
37. 37. Метод за изработване на нагревател за електрическо устройство за пушене, състоящ се от осигуряване на елекгропроводящ материал; формиране на множество широки области от електропроводящия материал с процепи между тях и обща крайна част, от която се простират широките области,характеризиращ се с това ,че се нанасят електрически изолатори върху поне една от електропроводящите широки области, нанасят се на електрически съпротивителен нагревател върху електрическия изолатор така, че първи край на нагревателя да е в електрически контакт с поне една електрически проводяща широка област; формират се електрически контакти с втори край на нагревателя; и формиране на цилиндричен рецептор от множеството широки области и обща крайна част за поемане на поставената цигара.
38. 38. Метод съгласно претенция 37, характеризиращ се с това ,че при който етапите на нанасяне на електрически изолатор и съпротивителен нагревателен слой се осъществяват чрез маскиране и термо^разпръскване на съответните образци изолатор и съпротивителен нагревател.
39. 39. Метод съгласно претенция 37 или 38,характеризиращ се с това ,че при който етапът на получаване на множеството широки области включва лазерно изрязване на тръбата от електропроводящ материал за формиране на множеството широки области.
40. 40. Метод съгласно претенция 37, 38 или 39, характеризиращ се с това ,че по-нататък включва и формиране на множество широки области преди етапа на нанасяне на електрически изолатор върху тръбата.
41. 41. Метод съгласно претенция 37, 38, 39 или 40, характеризиращ се с това_; че се осъществява щанцоване на лист електропроводящ материал в тръба.
42. 42. Метод съгласно някоя от претенции 37 до 41, характеризиращ се с това ,че при който етапът на формиране на широка област включва формиране на широки области, простиращи се успоредно на надлъжната ос на тръбата.
43. 43. Метод съгласно някоя от претенции 37 до 41, характеризиращ се с това ,че формирането на широка област става спираловидно спрямо надлъжната ос на тръба от електропроводящ материал.
44. 44. Метод съгласно претенция 43, характеризиращ се с това, че при който спираловидните широки области се формират чрез въртене на тръбата при придвижване на режещия инструмент в надлъжно направление спрямо въртящата се тръба.
45. 45. Метод съгласно някоя от претенции от 37 до 44, характеризиращ се с това, че се завърта тръба от електропроводящ материал по време на етапа на нанасяне на електрически изолаторен слой.
46. 46. Метод съгласно претенция 45, характеризиращ се с това ,че се завърта тръбата между всеки етап на нанасяне на елекгро-съпротивителен материал.
47. 47. Метод съгласно някоя от претенции от 37 до 46, характеризиращ се с това ,че се щампова лист електропроводящ материал до получаване на обща част и множество широки области, простиращи се перпендикулярно на общата част в еднаква посока, и завъртане на общата част до формиране на накрайник, от който се простират множество широки области, формиращи рецептора за поемане на цилиндричната цигара.
48. 48. Метод съгласно някоя от претенции от 37 до 46, характеризиращ се с това ,че се щампова лист електропроводящ материал до получаване на централен накрайник и множество широки области, простиращи се радиално от него, загъване на широките области в една посока за формиране на рецептор за поставяне на цилиндричната цигара.
49. 49. Метод съгласно претенция 48, характеризиращ се с това ,че понататък включва прегъване на част от всяка широка област на приблизително 180° към общия накрайник, като първият край на нагревателя се формира в близост до общия накрайник, след което се формира електрическа връзка от втория край на нагревателя по дължината на препънатата част на широката област към общия накрайник.