EA016431B1

EA016431B1 - Конденсатор тепла для капиллярного аэрозольного генератора

Info

Publication number: EA016431B1
Application number: EA200970323A
Authority: EA
Inventors: Тони Хауэлл; Кловер Хариачий; Марк Белкастро
Original assignee: Филип Моррис Продактс С.А.
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2012-04-30
Also published as: EP2068981A2; US7518123B2; PT2068981T; AU2007301615A1; MY155926A; CN105344296A; CA2664062A1; EA200970323A1; BRPI0717574B1; KR101436178B1; IL197493A0; WO2008038144A2; JP5283281B2; PL2068981T3; IL197493A; AU2007301615B2; TR201906417T4; JP2010504212A; US20080073558A1; BRPI0717574A2

Abstract

Конденсатор тепла для капиллярного аэрозольного генератора содержит материал (40) с легким переходом из одной фазы в другую, который меняет фазы при температуре, приблизительно равной температуре, достаточной для испарения жидкого материала в капиллярном канале капиллярного аэрозольного генератора. Материал с легким переходом из одной фазы в другую сохраняет тепло, что может быть использовано для генерирования аэрозоля либо непрерывно, либо с перерывами на заданное время. Использование сохраняемого тепла в материале с легким переходом из одной фазы в другую в течение времени позволяет капиллярному аэрозольному генератору работать в удалении от крупного источника энергии. Также раскрываются капиллярный аэрозольный генератор и способ генерирования аэрозоля.

Description

Данное изобретение имеет отношение к капиллярному аэрозольному генератору, к одному его компоненту и к способу генерирования аэрозоля.

Уровень техники

В РК 1568245 раскрывается аккумулирующее тепло устройство, в котором используются расплавленные гидроксиды щелочных металлов для аккумулирования тепла. Данное устройство пригодно для калориферного отопления домов и других строений. Данное устройство функционирует посредством аккумулирования тепла в расплавленных гидроксидных материалах щелочных металлов и затем выпуск тепла через теплообменник в атмосферу при застывании расплавленного материала. В частности, в РК 1568245 раскрывается средство, обеспечивающее в устройстве отсутствие повышения давления вследствие термического расширения аккумулирующего тепло материала, и, таким образом, является открытым в атмосферу.

В РК 1568245 существует техническая проблема, состоящая в том, как обеспечить аккумулятор тепла с переходом из одной фазы в другую для аэрозольного генератора. Настоящее изобретение предназначено для решения этой проблемы.

Сущность изобретения

Согласно одному аспекту изобретения конденсатор тепла для капиллярного аэрозольного генератора содержит помещенный в корпус материал с легким переходом из одной фазы в другую, который меняет фазы при температуре, приблизительно равной температуре, достаточной для испарения жидкого материала в капиллярном канале капиллярного аэрозольного генератора; и нагревательное средство, приспособленное для нагревания материала с легким переходом из одной фазы в другую, причем материал с легким переходом из одной фазы в другую приспособлен окружать капиллярный канал.

Корпус предпочтительно является трубчатым, и нагревательное средство предпочтительно содержит нагревающий провод, который имеет подсоединенные к нему электрические выводы и обмотан вокруг трубчатого корпуса.

Согласно другому аспекту изобретения капиллярный аэрозольный генератор содержит капиллярный канал, выполненный с возможностью вырабатывать аэрозоль, когда жидкий материал в канале нагревается для испарения в нем по меньшей мере некоторого количества жидкого материала; конденсатор тепла, содержащий материал с легким переходом из одной фазы в другую, содержащийся в корпусе и находящийся в термическом контакте с капиллярным каналом; и нагревательное средство, приспособленное для нагревания материала с легким переходом из одной фазы в другую, при этом материал с легким переходом из одной фазы в другую меняет фазы при температуре, приблизительно равной температуре, достаточной для испарения жидкого материала в капиллярном канале.

Предпочтительно материал с легким переходом из одной фазы в другую содержит припой, содержащий один или больше металлов из группы, состоящей из олова, серебра, сурьмы, висмута, меди и комбинаций из них.

Краткое описание чертежа

Фигура изображает капиллярный аэрозольный генератор, содержащий материал с легким переходом из одной фазы в другую, который служит в качестве конденсатора тепла.

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения

В данном изобретении раскрывается конденсатор тепла для использования с капиллярным аэрозольным генератором, в котором конденсатор тепла содержит материал с легким переходом из одной фазы в другую. Фраза, как она употреблена здесь, капиллярный аэрозольный генератор, относится к капиллярной аэрозольной технологии, как описано в И8-Л-5743251, содержание которого во всей его полноте включено сюда посредством ссылки. При необходимости капилляр может включать сужение на выходном конце, как описано в ϋδ-Ά-2005/0235991, содержание которого во всей его полноте включено сюда посредством ссылки.

В частности, капиллярный аэрозольный генератор включает в себя капиллярный канал, имеющий вход и выход. Материал с легким переходом из одной фазы в другую помещается вплотную по меньшей мере к одной части капиллярного канала, но предпочтительнее тем путем, который обеспечивает нагреваемую зону вокруг капиллярного канала, что увеличивает до максимума равномерный переход тепла на протяжении всей нагреваемой зоны. Например, материал с легким переходом из одной фазы в другую предпочтительно окружает по меньшей мере одну часть капиллярного канала. Материал с легким переходом из одной фазы в другую предпочтительно содержится в трубчатом корпусе. Трубчатый корпус предпочтительно имеет такой размер, чтобы поддерживать контакт между материалом с легким переходом из одной фазы в другую, особенно, когда материал с легким переходом из одной фазы в другую находится в жидкой фазе, и капиллярным каналом. Предпочтительно трубчатый корпус обмотан нагревающим проводом, который может быть изолирован и иметь электрические выводы, подсоединенные к нему. Электрические выводы подсоединяются к источнику питания, предпочтительно питания постоянного тока, такому как батарея, или это может быть питанием переменного тока, таким как электрическая розетка. Предпочтительные материалы с легким переходом из одной фазы в другую включают в себя, например, припои на оловянной основе с различными концентрациями олова, и/или серебра, и/или сурь

- 1 016431 мы, и/или меди, и/или висмута.

В то время как питание может подаваться от электрической розетки, источник питания может быть переносным и перезаряжаемым и может включать в себя приспособления, такие как конденсатор или более предпочтительно батарею. Для портативного применения источником питания может быть переносная, перезаряжаемая батарея, такая как один или несколько аккумуляторных элементов, например литиумных или никель-кадмиевых аккумуляторных элементов, соединенных последовательно и имеющих общее ненагруженное напряжение приблизительно от 4,8 до 5,6 В. Характеристики, требуемые от источника питания, тем не менее выбираются с точки зрения характеристик других компонентов капиллярного аэрозольного генератора.

Во время работы электрические выводы передают питание от источника питания к нагревающему проводу, который обмотан вокруг трубчатого корпуса, таким образом, нагревая материал с легким переходом из одной фазы в другую и заставляя материал с легким переходом из одной фазы в другую переходить, например, из твердой фазы в жидкую фазу. Таким образом, в сформировавшейся жидкой фазе сохраняется энергия, которая затем высвобождается, когда жидкая фаза возвращается в твердую фазу. Во время разогрева материал с легким переходом из одной фазы в другую передает тепло к части капиллярного канала и таким образом нагревает эту часть капиллярного канала до температуры, достаточной для испарения жидкого материала, который введен в разогретый капиллярный канал. Жидкий материал, который введен в разогретый капиллярный канал, испаряется и выводится наружу через выход капиллярного канала. Испаренный материал смешивается с внешним воздухом снаружи капиллярного канала, чтобы сформировать аэрозоль, который может стать, а может и не стать сконденсированным аэрозолем.

Нагревающий провод, который может меняться в зависимости от компонентов капиллярного аэрозольного генератора, имеет такие характеристики, чтобы соответствующим образом нагревать трубчатый корпус, вокруг которого он обмотан. Например, нагревающий провод может быть изолирован и/или иметь внешний диаметр 0,2 мм (0,008 дюйма), сопротивление 43 Ом/м (13,1 Ом на фут) и теплоемкость 460 Дж/кг/по Кельвину (0,110 БТЕ/фунт по Фаренгейту). Композицией для нагревающего провода, например, может быть 71,7% железа, 23% хрома и 5,3% алюминия. Такой нагревающий провод можно приобрести у Кйап1а1 Бишасе Ргобис18, Вс1йс1. Сопп.

Капиллярный канал предпочтительно имеет внутренний диаметр между 0,05 и 0,53 мм. Особенно предпочтительным внутренним диаметром капиллярного канала является приблизительно 0,1 мм. Наряду с тем, что капиллярный канал может содержать или кварцевое стекло, или керамический алюмосиликат, при этом могут быть использованы и другие крепкие, не вступающие в реакции материалы, способные переносить повторяющиеся циклы разогревания и создаваемых давлений, а также обладающие подходящими свойствами теплопроводности. Если это желательно или необходимо, внутренняя стенка капиллярного канала может быть снабжена покрытием для уменьшения тенденции материала прилипать к стенкам капиллярного канала, что может привести к закупорке. Капиллярный канал предпочтительно состоит из нержавеющей стали или стекла.

Жидкий материал предпочтительно вводится в капиллярный канал через вход капиллярного канала, связанный с источником жидкого материала. Испаренный материал выводится из капиллярного канала через выход капиллярного канала.

Во время работы материал с легким переходом из одной фазы в другую нагревается до температуры изменения фазы от обильного источника энергии. Таким образом, материал с легким переходом из одной фазы в другую сохраняет тепло (т.е. когда материал с легким переходом из одной фазы в другую переходит из твердой фазы в жидкую фазу, тепло, сохраняемое при жидкой фазе, высвобождается, когда жидкая фаза возвращается в твердую фазу), что используется для вырабатывания аэрозоля в течение продолжительного времени, например дольше чем около 10 с, предпочтительно по меньшей мере около 1 мин, еще более предпочтительно около 5 мин или более. Использование тепла, сохраняемого в материале с легким переходом из одной фазы в другую, для того, чтобы вырабатывать аэрозоль в течение продолжительного времени, делает возможной работу капиллярного аэрозольного генератора в удалении от крупного источника энергии. Может быть использован маленький источник энергии, например маленькая батарейка, чтобы снабжать дополнительной энергией материал с легким переходом из одной фазы в другую, для того, чтобы пополнять потери энергии или энергию, затраченную на выработку аэрозоля и предпочтительное поддержание материала с легким переходом из одной фазы в другую в жидкой фазе. Дополнительная энергия может подаваться, например, путем подачи импульсов электрической энергии в маленьких количествах через нагревающий провод, обмотанный вокруг трубчатого корпуса.

Материал с легким переходом из одной фазы в другую предпочтительно меняет фазы при температуре, приблизительно равной температуре, достаточной для испарения жидкого материала в капиллярном канале капиллярного аэрозольного генератора. В частности, используемое здесь понятие приблизительно равной, предпочтительно относится к температурному интервалу, на 30°С большему, чем температура, достаточная для испарения жидкого материала, по отношению к температуре, достаточной для испарения жидкого материала, еще более предпочтительно к температурному интервалу, на 20°С большему, чем температура, достаточная для испарения жидкого материала, по отношению к температуре,

- 2 016431 достаточной для испарения жидкого материала, и даже еще более предпочтительно к температурному интервалу, на 10°С большему, чем температура, достаточная для испарения жидкого материала, по отношению к температуре, достаточной для испарения жидкого материала.

Как показано на фигуре, капиллярный канал 10 капиллярного аэрозольного генератора имеет вход 30 и выход 20, как описано выше. Капиллярный канал 10 окружен материалом 40 с легким переходом из одной фазы в другую. Температура материала 40 с легким переходом из одной фазы в другую может контролироваться путем применения термоэлемента 50. Материал 40 с легким переходом из одной фазы в другую предпочтительно содержится в трубчатом или в подобном трубчатому корпусе 60. Трубчатый корпус 60 предпочтительно обмотан нагревающим проводом. Электрические выводы 70 предпочтительно подсоединены к нагревающему проводу. Предпочтительно трубчатый корпус 60 окружен теплоизолирующими кожухами 80.

Примеры

Следующие примеры являются иллюстративными, но не ограничивающими.

Пример 1.

Поскольку пропиленгликоль испаряется/кипит приблизительно при 190°С, материал с легким переходом из одной фазы в другую с точкой плавления, приблизительно равной 230°С, обеспечил бы достаточно энергии, чтобы распылить в аэрозоль пропиленгликоль. Дифференцированная сканирующая калориметрия получается из сплава 98% олова и 2% серебра, выявляющего теплоту плавления в 55 Дж/г и точку плавления 221°С. Соответственно 1,55 г припоя из 98% олова и 2% серебра помещается в трубчатый корпус, показанный на фигуре. Капиллярный канал - это стальная трубка из нержавеющей стали. Припой нагревается до температуры 237°С, как измерено термоэлементом, путем подачи питания в 16 Вт в трубчатый корпус через электрические выводы и через нагревающий провод. После того как припой поддерживается при температуре 237°С в течение 10 с, питание, поступающее в трубчатый корпус, отключается. Насос подает пропиленгликоль в капиллярную трубку в количестве 0,1 мл/мин. Аэрозоль генерируется в течение 1 мин посредством сохраненного в припое тепла и неактивного нагревателя.

Примеры 2-5.

Припой с зарегистрированным весом помещается в трубчатый корпус, показанный на фигуре. Припой нагревается свыше точки плавления так, чтобы он равномерно тек вокруг капиллярной трубки и, когда он охлаждается до твердой формы, то остается в непосредственном контакте с капиллярной трубкой. Припой нагревается путем пропускания тока через нагревающий провод, который обмотан вокруг трубчатого корпуса. Когда температура припоя достигает точки его плавления, температура припоя и, таким образом, трубки из нержавеющей стали остается довольно постоянной, пока не расплавится весь припой. Как только весь припой расплавился, продолжающееся нагревание поднимает температуру припоя выше температуры его плавления до температуры нагревателя. Таким образом, когда температура припоя начинает подниматься, что указывает на его полное разжижение, питание отключается и насос начинает подавать в капиллярную трубку пропиленгликоль с фиксированной массовой скоростью потока. Время, температура припоя и качество аэрозоля визуально наблюдаются и контролируются. Результаты приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Пример	Припой
Композиция	Точка плавления °С	Нагрев Расплава (Дж/г)	Масса/г
2	98% олово 2% серебро	221	55	4,752
3	98% олово 2% серебро	221	55	4,752
4	97% олово 2% медь 0,8% серебро 0,2% сурьма	230	61	3,858
5	97% олово 2% медь 0,8% серебро 0,2% сурьма	230	61	3,858

- 3 016431

Таблица 2

Пример	Пропилен- гликоль Массовая скорость потока (мг/сек)	Время / сек	Пропилен- гликоль испаренный/мг	Энергия, требуемая для испарения* Дж
2	0, 86	113	97	117
3	1, 72	94	162	194
4	1,72	131	225	270
5	—	171	—	—

*1,2 Дж требуется для испарения 1 мг пропиленгликоля

В примере 4 припой был нагрет значительно выше его точки плавления. Энергия, теоретически полученная от теплоты плавления припоя, была около 235 Дж (61 Дж/гх3,858 г). Однако энергия, необходимая для испарения пропиленгликоля в течение наблюдаемого времени в 131 с, превзошла 235 Дж, а более точно - 270 Дж. Таким образом, наблюдаемое время в 131 с, в течение которого пропиленгликоль испарялся, было более продолжительным, чем ожидалось (т.е. 235 Дж/1,2 Дж/мг/1,72 мг/с=114 с). Не желая быть привязанными к какой-либо теории, полагается, что весь пропиленгликоль испарился за данный период времени, и, кроме того, полагается, что энергия, полученная из припоя, превысила его теплоту плавления в 61 Дж/г. При условии отсутствия энергетических потерь в примере 4 припой должен был бы обеспечить 70 Дж/г (270 Дж/3,858 г) для того, чтобы испарить весь пропиленгликоль; таким образом, припой, скорее всего, обеспечил больше чем 70 Дж/г. Соответственно, перечисленные значения теплоты плавления обеспечивают минимальную величину для энергии, выделяемой припоем. Нагревание припоя значительно выше точки его плавления может привести к плохой выработке аэрозоля, что может быть определено визуальным наблюдением или по запаху, что является результатом разложения пропиленгликоля.

Пример 5, без потока пропиленгликоля (т.е. в капиллярную трубку жидкость не подавалась), был проделан для того, чтобы определить потери энергии, т.е. энергии, не переданной гликолю, используя заданную массу одного известного припоя в описанном выше корпусе трубчатой формы. Припой был нагрет и, когда температура припоя достигла его точки плавления, температура припоя оставалась достаточно постоянной, пока весь припой не расплавился. Когда температура припоя начала расти, указывая на его полное разжижение, питание было отключено и начал работать таймер. Поскольку питание было отключено, когда температура припоя начала расти, припой не должен был быть нагрет значительно выше точки его плавления, и энергия, полученная от припоя, была бы равной 61 Дж/г - теплоте его плавления. Таймер был остановлен, когда припой снова достиг температуры, равной точке его плавления. Таким образом, потери энергии в 1,4 Вт могут быть рассчитаны для примера 5. Соответственно теоретическая потребность в энергии может быть вычислена сложением рассчитанных потерь энергии и энергии, требуемой для испарения данной массы пропиленгликоля, с использованием такой же массы одного известного припоя в том же корпусе трубчатой формы.

Несмотря на то что предшествующие примеры раскрывают формирование аэрозоля из пропиленгликоля, использование конденсатора тепла, как компонента капиллярного аэрозольного генератора, не ограничивается только этим, но может быть полезным в разнообразных видах применения распыления аэрозолей, потому что, как отмечалось выше, его использование позволяет капиллярному аэрозольному генератору работать в удалении от крупного источника энергии. Например, конденсатор тепла может быть полезен для применений ингаляции, т. е. доставки лекарства к участку его действия. Дополнительно, конденсатор тепла может быть использован для производства аэрозолей с запахами, которые могут быть, например, использованы для того, чтобы имитировать впечатление курения.

Несмотря на то что были описаны различные варианты выполнения, следует понимать, что обращение к вариациям и модификациям является очевидным для специалистов в данной области. Такие вариации и модификации будут рассматриваться в рамках области действия и объема защиты прилагаемой здесь формулы изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Конденсатор тепла для капиллярного аэрозольного генератора, содержащий помещенный в корпус материал с легким переходом из одной фазы в другую, который меняет фазы при температуре, приблизительно равной температуре, достаточной для испарения жидкого материала в капиллярном канале капиллярного аэрозольного генератора; и нагревательное средство, приспособленное для нагревания материала с легким переходом из одной фазы в другую, причем материал с легким переходом из одной фазы в другую приспособлен окружать капиллярный канал.
2. Конденсатор тепла по п.1, в котором корпус является трубчатым.
3. Конденсатор тепла по п.2, в котором нагревательное средство содержит нагревающий провод, который имеет подсоединенные к нему электрические выводы и обмотан вокруг трубчатого корпуса.
4. Капиллярный аэрозольный генератор, содержащий капиллярный канал, выполненный с возможностью вырабатывать аэрозоль, когда жидкий материал в канале нагревается для испарения в нем, по меньшей мере, некоторого количества жидкого материала;

конденсатор тепла, содержащий материал с легким переходом из одной фазы в другую, содержащийся в корпусе и находящийся в термическом контакте с капиллярным каналом; и нагревательное средство, приспособленное для нагревания материала с легким переходом из одной фазы в другую, при этом материал с легким переходом из одной фазы в другую меняет фазы при температуре, приблизительно равной температуре, достаточной для испарения жидкого материала в капиллярном канале.
5. Капиллярный аэрозольный генератор по п.4, в котором материал с легким переходом из одной фазы в другую содержит припой, содержащий один или больше металлов из группы, состоящей из олова, серебра, сурьмы, висмута, меди и комбинаций из них.