DE202015008791U1 - Personal electronic delivery system - Google Patents

Abstract

Ein persönliches elektronisches Abgabesystem, welches aufweist: – ein Gehäuse, welches ein erstes Ende mit einer Eintrittsöffnung und ein zweites Ende mit einer Austrittsöffnung aufweist; – einen Fluidpfad, der sich im Wesentlichen zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung befindet; – ein Zwischenspeicher zur Aufnahme eines Abgabefluids, und Verbindungsmittel, die dazu konfiguriert sind, ein Abgabefluid an den Fluidpfad abzugeben und – ein in dem Fluidpfad oder in der Nähe desselben angebrachter Heizer, der dazu konfiguriert ist, das Abgabefluid so zu erhitzen, dass zumindest ein Teil des Abgabefluids im Fluidpfad zerstäubt und/oder verdampft wird, und eine Energiequelle, die dazu konfiguriert ist, den Heizer mit Energie zu versorgen; wobei der Heizer einen Leiter und eine poröse Keramikschicht aufweist, die dazu konfiguriert ist, die Zerstäubung und/oder Verdampfung zu kontrollieren.A personal electronic dispensing system comprising: a housing having a first end with an entrance opening and a second end with an exit opening; A fluid path located substantially between the inlet and the outlet; A buffer for receiving a dispensing fluid, and connecting means configured to dispense a dispensing fluid to the fluid path and a heater mounted in or near the fluid path configured to heat the dispensing fluid such that at least one of the dispensers Atomizing and / or vaporizing part of the dispensing fluid in the fluid path, and a power source configured to power the heater; wherein the heater comprises a conductor and a porous ceramic layer configured to control the atomization and / or evaporation.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein persönliches elektronisches Abgabesystem, das zur Abgabe eines Abgabefluids an eine Person in der Lage ist. Dieses System erstreckt sich auf sogenannte E-ZigarettenThe present invention relates to a personal electronic delivery system capable of delivering a delivery fluid to a person. This system extends to so-called e-cigarettes

Abgabesysteme, wie z. B. E-Zigaretten, sind bekannt und weisen eine Inhaliervorrichtung mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung aus, die als Mundstück geformt ist. E-Zigaretten weisen weiterhin einen Akku und einen Heizer auf, der von dem Akku mit Energie versorgt wird. Der Heizer ist um ein sogenanntes Dochtmaterial gewickelt, das als Zwischenspeicher wirkt, wobei der Heizer mit Hilfe eines beispielsweise in der Eintrittsöffnung angeordneten Durchflussdetektors ein- und ausgeschaltet wird. Ein Zwischenspeicher enthält das Abgabefluid, wie beispielsweise ein sogenanntes E-Liquid, bei dem es sich normalerweise um ein Gemisch von Propylenglycol, Glycerin, Nikotin und Aromastoffen handelt. Der Heizer verdampft und/oder zerstäubt das E-Liquid, sodass das Liquid inhaliert werden kann.Delivery systems, such. As e-cigarettes are known and have an inhaler with an inlet opening and an outlet opening, which is shaped as a mouthpiece. E-cigarettes also have a battery and a heater, which is powered by the battery with energy. The heater is wound around a so-called wick material, which acts as a buffer store, wherein the heater is switched on and off with the aid of a flow detector arranged, for example, in the inlet opening. A buffer contains the delivery fluid, such as a so-called e-liquid, which is usually a mixture of propylene glycol, glycerin, nicotine and flavorings. The heater vaporizes and / or atomizes the e-liquid so that the liquid can be inhaled.

Ein Problem bei herkömmlichen E-Zigaretten ist die ungenügende Beherrschung der Heizer-Temperatur bei in Betrieb befindlichem Heizer. Dies führt zu einer Verdampfung und/oder Zerstäubung des E-Liquids mit einer relativ großen Temperaturvariation, wodurch die Bestandteile im E-Liquid nicht nur erhitzt werden, und stattdessen verbrannt werden. Dadurch gelangen unerwünschte Bestandteile in das inhalierte Fluid gelangen, die sich im Hinblick auf die persönliche Gesundheit als problematisch erweisen könnten. Darüber hinaus weisen die meisten herkömmlichen E-Zigaretten einen Zwischenspeicher auf, der ausgeführt ist als eine Art Gewebe, die das E-Liquid enthält. Auch die Verbrennung dieses Zwischenspeicher-Materials kann dazu führen, dass die Person, die die E-Zigarette benutzt, unerwünschte Bestandteile inhaliert. Darüber hinaus kann die Benutzung herkömmlicher E-Zigaretten zur Freisetzung von Schwermetallen führen.A problem with conventional e-cigarettes is the insufficient control of the heater temperature with the heater in operation. This results in evaporation and / or sputtering of the e-liquid with a relatively large temperature variation, which not only heats the constituents in the e-liquid and instead burns it. As a result, unwanted components enter the inhaled fluid, which could be problematic in terms of personal health. In addition, most conventional e-cigarettes have a buffer embodied as a type of tissue containing the e-liquid. The burning of this caching material can also cause the person using the e-cigarette to inhale unwanted components. In addition, the use of conventional e-cigarettes can lead to the release of heavy metals.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein persönliches elektronisches Abgabesystem, das sich ausdrücklich auf E-Zigaretten erstreckt, zu bieten, das eine besser beherrschbare Zerstäubung und/oder Verdampfung ermöglicht und auf diese Weise Gesundheitsprobleme verringert und/oder verhütet.The object of the present invention is to provide a personal electronic dispensing system expressly extending to e-cigarettes, which provides more controllable atomization and / or vaporization and thereby reduces and / or prevents health problems.

Dieses Ziel wird mit dem persönlichen elektronischen Abgabesystem entsprechend der vorliegenden Erfindung verwirklicht, welches System aufweist:

• – ein Gehäuse, welches ein erstes Ende mit einer Eintrittsöffnung und ein zweites Ende mit einer Austrittsöffnung aufweist;
• – einen Fluidpfad, der sich im Wesentlichen zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung befindet;
• – ein Zwischenspeicher zur Aufnahme eines Abgabefluids, und Verbindungsmittel, die dazu konfiguriert sind, ein Abgabefluid an den Fluidpfad abzugeben;
• – ein in dem Fluidpfad oder in der Nähe desselben angebrachter Heizer, der dazu konfiguriert ist, das Abgabefluid so zu erhitzen, dass zumindest ein Teil des Abgabefluids im Fluidpfad zerstäubt und/oder verdampft wird, und eine Energiequelle, die dazu konfiguriert ist, den Heizer mit Energie zu versorgen;

wobei der Heizer einen Leiter und eine poröse Keramikschicht aufweist, die dazu konfiguriert ist, die Zerstäubung und/oder Verdampfung zu beherrschen.This object is realized with the personal electronic dispensing system according to the present invention, which system comprises:

• A housing having a first end with an inlet opening and a second end with an outlet opening;
• A fluid path located substantially between the inlet and the outlet;
• - A buffer for receiving a discharge fluid, and connecting means, which are configured to deliver a discharge fluid to the fluid path;
• A heater mounted in or near the fluid path configured to heat the dispensing fluid such that at least a portion of the dispensing fluid in the fluid path is atomized and / or vaporized, and a power source configured to control the heater to provide energy;

wherein the heater comprises a conductor and a porous ceramic layer configured to control the atomization and / or evaporation.

Durch die Anwesenheit eines Fluidpfads von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung, die vorzugsweise als Mundstück ausgeführt ist, kann man beim Inhalieren an der Austrittsöffnung beispielsweise Raumluft einziehen/einsaugen. Dadurch entsteht ein persönliches elektronisches Abgabesystem, wie z. B. E-Zigaretten, das sich auch auf sogenannte E-Zigarren erstreckt. Der Heizer, mit dem das System ausgestattet ist, zerstäubt und/oder verdampft das Abgabefluid, wenn der Heizer eingeschaltet ist. Die Einschaltung des Heizers kann beispielsweise durch Verwendung eines Durchflussreglers in der Nähe der Eintrittsöffnung bewirkt werden. Der Heizer wird von einer Energiequelle, beispielsweise einem (wiederaufladbaren) Akku, mit Energie versorgt. Das Abgabefluid kann ein Mischung von Flüssigkeiten und/oder Feststoffen betreffen, einschließlich sogenannter E-Liquide, die ein Gemisch von Propylenglycol, Glycerin, Nikotin und Aromastoffen enthalten können. Es ist einsichtig, dass auch andere Bestandteile angewendet werden können und/oder dass das Nikotin aus dem Gemisch weggelassen werden kann.By virtue of the presence of a fluid path from the inlet opening to the outlet opening, which is preferably designed as a mouthpiece, it is possible, for example, to draw in / suck in air during inhalation at the outlet opening. This creates a personal electronic delivery system, such. As e-cigarettes, which also extends to so-called e-cigars. The heater that the system is equipped with atomizes and / or vaporizes the dispensing fluid when the heater is on. The activation of the heater can be effected, for example, by using a flow regulator in the vicinity of the inlet opening. The heater is powered by an energy source such as a (rechargeable) battery. The delivery fluid may be a mixture of liquids and / or solids, including so-called e-liquids, which may contain a mixture of propylene glycol, glycerine, nicotine and flavoring agents. It will be understood that other ingredients may be used and / or that the nicotine may be omitted from the mixture.

Das Heizelement weist einen Leiter auf, der die Form einer Platte, eines Drahts, einer Folie, eines Rohrs, eines Schaums, einer Stange oder jede andere geeignete Form aufweisen kann, vorzugsweise aus einem sogenannten Widerstandsheizmaterial, das erhitzt werden kann, indem man den Leiter des Heizelements mit einem elektrischen Strom beaufschlagt. Der Leiter kann aus einem geeigneten Material sein, wie u. a. Aluminium, FeAl, NiC, FeCrAl (Kanthal), Titan und deren Legierungen.The heating element comprises a conductor, which may be in the form of a plate, a wire, a foil, a tube, a foam, a rod or any other suitable shape, preferably of a so-called resistance heating material which can be heated by passing the conductor of the heating element subjected to an electric current. The conductor may be made of a suitable material, such as. a. Aluminum, FeAl, NiC, FeCrAl (Kanthal), titanium and their alloys.

Die Keramikschicht, die auf oder neben dem Leiter angeordnet ist, ermöglicht eine effektive Beherrschung der Heizertemperatur, wodurch eine Verbrennung von in dem Abgabefluid und/oder anderen Elementen des Systems, wie z. B. dem Zwischenspeicher-Material, enthaltenen Bestandteilen verhindert wird. Dies verbessert die Qualität des inhalierten Fluids, indem die Anwesenheit unerwünschter Bestandteile in diesem Fluid verhindert wird. The ceramic layer, which is disposed on or next to the conductor, allows for effective control of the heater temperature, whereby combustion of in the discharge fluid and / or other elements of the system, such as. B. the buffer material, contained components is prevented. This improves the quality of the fluid being inhaled by preventing the presence of undesirable components in that fluid.

Als zusätzlicher Effekt verschafft die Keramikschicht dem Leiter Struktur und Stabilität, wodurch die Stärke und Stabilität des Heizers insgesamt gesteigert wird. Dies ist besonders wichtig in dem Fall, wenn das System als E-Zigarette angewendet wird. Eine solche E-Zigarette ist häufigen Bewegungen, Vibrationen und/oder anderen Erschütterungen ausgesetzt. Die gesteigerte Stabilität verhindert beispielsweise Funktionsstörungen und/oder den Kontakt des Heizers mit anderen Bauteile des Systems, einschließlich des Zwischenspeichermaterials, wie z. B. ein in E-Liquid getränktes Gewebe. Dadurch wird ein unerwünschtes Verbrennen von Bestandteilen verhindert. Darüber hinaus verhindert die Keramikschicht die Freisetzung von Schwermetallen.As an added effect, the ceramic layer provides the conductor with structure and stability, thereby increasing the overall strength and stability of the heater. This is especially important in the case when the system is used as an e-cigarette. Such an e-cigarette is subject to frequent movements, vibrations and / or other shocks. The increased stability prevents, for example, malfunctions and / or the contact of the heater with other components of the system, including the buffer material, such. As a soaked in e-liquid tissue. This prevents unwanted burning of components. In addition, the ceramic layer prevents the release of heavy metals.

Außerdem ermöglicht die Keramikschicht die Adsorption und/oder Absorption des E-Liquids in die Poren der Keramikschicht.In addition, the ceramic layer allows the adsorption and / or absorption of the e-liquid in the pores of the ceramic layer.

In einer derzeit bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform hat die Keramikschicht eine Dicke im Bereich von 5–300 μm, vorzugsweise 10–200 μm, mehr vorzugsweise 15–150 μm und am meisten vorzugsweise ungefähr 100 μm.In a presently preferred embodiment of the present invention, the ceramic layer has a thickness in the range of 5-300 μm, preferably 10-200 μm, more preferably 15-150 μm, and most preferably about 100 μm.

Indem die Keramikschicht mit einer ausreichenden Dicke ausgeführt wird, lassen sich Stabilität und Stärke des Heizer verbessern. Darüber hinaus wird die Isolation verbessert, wodurch die Wärmeübertragung und/oder Wärmeerzeugung beherrscht werden kann. Die Dicke der Keramikschicht kann auf den Typ des E-Liquids und/oder das spezifische System und/oder die erwünschten Eigenschaften abgestimmt werden. Diese Flexibilität stellt einen weiteren Vorteil des erfindungsgemäßen Systems dar.By making the ceramic layer sufficiently thick, the stability and strength of the heater can be improved. In addition, the insulation is improved, whereby the heat transfer and / or heat generation can be controlled. The thickness of the ceramic layer may be tuned to the type of e-liquid and / or the specific system and / or the desired properties. This flexibility represents a further advantage of the system according to the invention.

Vorzugsweise wird die Keramikschicht mittels Plasmaoxidation auf oder an dem Leiter angebracht. Das Heizelement wird vorzugsweise aus einem Titanmaterial oder einem anderen geeigneten Material hergestellt, auf das mittels der plasmaelektrolytischen Oxidation eine poröse Metall-Oxid-Schicht, wie z. B. Titanoxid, aufgebracht wird. Die plasmaelektrolytische Oxidation ermöglicht es, dass von dem Titan ein relativ dicke Titan-Schicht (> 130 μm) aufgebracht wird, indem das Titan (bzw. ein Teil desselben) zu Titanoxid oxidiert wird. Es entsteht eine poröse, flexible und elastische Titanoxid-Keramikschicht. Die plasmaelektrolytische Oxidation setzt eine erheblich höhere Spannung (> 350–550 V) im Vergleich zur üblichen anodischen Oxidation (15–21 V) voraus. Bei dieser hohen Spannung erscheinen Mikro-Entladungsbögen auf der Oberfläche des Titans oder anderen Materials, die die Aufbringung der dicken (Titan-)Oxidschicht herbeiführen. Es können auch andere Metalle, wie Aluminium oder Nichrom, für das Heizelement verwendet werden. Beispielsweise haben Ergebnisse gezeigt, dass eine Keramikschicht auf einer Aluminiumfolie mit einer Dicke von ungefähr 13 μm erzielt werden kann, mit einer flexiblen und elastischen Keramikschicht Einer der vorteilhaften Effekte der Verwendung der Plasmaoxidation zur Aufbringung der Keramikschicht besteht darin, dass aufgrund des Wachstums der Schicht aus dem Metall während der Oxidation eine hervorragende Anhaftung der Keramikschicht am Metall erzielt wird.Preferably, the ceramic layer is applied by plasma oxidation on or on the conductor. The heating element is preferably made of a titanium material or other suitable material onto which by means of the plasma electrolytic oxidation a porous metal-oxide layer, such. As titanium oxide is applied. Plasma electrolytic oxidation allows titanium to deposit a relatively thick titanium layer (> 130 μm) by oxidizing the titanium (or a portion thereof) to titanium oxide. The result is a porous, flexible and elastic titanium oxide ceramic layer. The plasma electrolytic oxidation requires a significantly higher voltage (> 350-550 V) compared to the usual anodic oxidation (15-21 V). At this high voltage, micro-discharge arcs appear on the surface of the titanium or other material causing the deposition of the thick (titanium) oxide layer. Other metals such as aluminum or nichrome may also be used for the heating element. For example, results have shown that a ceramic layer can be achieved on an aluminum foil having a thickness of about 13 μm, with a flexible and elastic ceramic layer. One of the beneficial effects of using the plasma oxidation to deposit the ceramic layer is that due to the growth of the layer the metal during the oxidation is achieved an excellent adhesion of the ceramic layer to the metal.

In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform weist die Struktur des Heizelements einen dünnen Draht aus Titan, Aluminium oder einem beliebigen anderen Valve-Metall auf. Ein solches Valve-Metall ist dazu in der Lage, eine Oxidschicht zu bilden, die auf seiner Oberfläche eine Schutzschicht bildet und durch die es dann nicht weiter oxidiert. In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform wird Titan für das Heizelement verwendet, in Anbetracht seines relativ hohen Widerstands, durch den ein relativ schneller Erhitzungsprozess erzielt wird. Der Draht ist auf der anderen Seite mittels Plasmaoxidation beschichtet. Die Plasmaoxidation erfolgt, indem der Titandraht in einen Elektrolyten eingebracht wird. Beispielsweise weist der Elektrolyt 15 g/l (NaPO₃)₆ und 8 g/l Na₂SiO₃·5H₂O auf. Der Elektrolyt wird mittels Kühlung auf einer Temperatur von 25°C gehalten. Der Draht wird als Anode verwendet und in einen Behälter eingebracht, der den Elektrolyten enthält. Um den Draht herum wird ein Kathode aus nichtrostendem Edelstahl positioniert. Zwischen dem Draht und der Kathode wird eine Stromdichte von ca. 0,15 A/cm² aufrechterhalten. Die Strombeaufschlagung erfolgt im Pulsbetrieb mit ungefähr 1000 Hz. Das Potenzial nimmt schnell zu auf ungefähr 500 Volt zwischen dem Draht und der Kathode. Dadurch wird ein Plasmaoxidationsprozess auf dem Anodendraht herbeigeführt und eine Keramikschicht geschaffen. Da der Draht klein dimensioniert ist (100 Mikron), hat er einen relativ hohen elektrischen Widerstand (61 Ohm/m). Wenn der Draht mit einem Strom beaufschlagt wird, tritt eine Erhitzung des Drahts auf. Es ist einsichtig, dass die Prozessparameter von der Struktur des Heizelements und/oder den Abmessungen desselben abhängig sein können.In a presently preferred embodiment, the structure of the heating element comprises a thin wire of titanium, aluminum or any other valve metal. Such a valve metal is capable of forming an oxide layer which forms a protective layer on its surface and through which it then does not further oxidize. In a presently preferred embodiment, titanium is used for the heating element, given its relatively high resistance, which achieves a relatively fast heating process. The wire is coated on the other side by plasma oxidation. The plasma oxidation takes place by introducing the titanium wire into an electrolyte. For example, the electrolyte has 15 g / l (NaPO ₃ ) ₆ and 8 g / l Na ₂ SiO ₃ · 5H ₂ O. The electrolyte is kept at a temperature of 25 ° C by means of cooling. The wire is used as an anode and placed in a container containing the electrolyte. A stainless steel cathode is positioned around the wire. Between the wire and the cathode, a current density of about 0.15 A / cm ^{2 is} maintained. Current is pulsed at approximately 1000 Hz. The potential rapidly increases to approximately 500 volts between the wire and the cathode. As a result, a plasma oxidation process on the anode wire is brought about and a ceramic layer is created. Since the wire is small in size (100 microns), it has a relatively high electrical resistance (61 ohms / m). When the wire is energized, heating of the wire occurs. It will be appreciated that the process parameters may depend on the structure of the heating element and / or the dimensions thereof.

In einer alternativen Ausführungsform wird eine Metallplatte, beispielsweise Aluminium, Titan oder ein anderes Valve-Metall, an mindestens einer Seite mit einer Keramikschicht beschichtet, beispielsweise mit Hilfe der Plasmaoxidation. Aufgrund des Widerstands der Metallplatte steigt deren Temperatur an, wenn sie mit einem Strom beaufschlagt wird. Es kann auch eine Struktur in das Metall geätzt werden, wodurch Metallstreifen eines Metalls entstehen, das einen relativ hohen Widerstand hat. Die Ätzung kann beispielsweise mit Hilfe elektrochemischen Abtragens erfolgen. In an alternative embodiment, a metal plate, for example aluminum, titanium or another valve metal, is coated on at least one side with a ceramic layer, for example with the aid of plasma oxidation. Due to the resistance of the metal plate whose temperature increases when it is charged with a current. It is also possible to etch a structure into the metal, resulting in metal strips of a metal having a relatively high resistance. The etching can be carried out, for example, by means of electrochemical removal.

Andere mögliche Herstellungsverfahren für das Heizelement sind das Sintern oder Spark-Plasma-Sintern, die Oxidation der Metall-Oberflächenschicht durch eine Erhitzung in einer sauerstoffreichen Umgebung, die anodische Oxidation und das Plasmaspritzen. Außerdem wäre es möglich, eine Beschichtung aus Aluminium, oder einem anderen Material, auf dem Leiter des Heizelements abzulagern, beispielsweise mit Hilfe des Lichtbogenspritzens, und das abgelagerte Material mit Hilfe der plasmaelektrolytischen Oxidation zum Oxid zu oxidieren.Other possible manufacturing methods for the heating element include sintering or spark plasma sintering, oxidation of the metal surface layer by heating in an oxygen-rich environment, anodic oxidation and plasma spraying. In addition, it would be possible to deposit a coating of aluminum, or other material, on the conductor of the heating element, for example by means of arc spraying, and to oxidize the deposited material to the oxide by means of the plasma-electrolytic oxidation.

In einer derzeit bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Heizer einen spiralförmigen Metalldraht als Leiter auf, wobei der Draht mit der Keramikschicht versehen wird.In a presently preferred embodiment of the invention, the heater comprises a helical metal wire as a conductor, the wire being provided with the ceramic layer.

Wenn der Heizer einen spiralförmigen Metalldraht aufweist, kann eine effektive Zerstäubung und/oder Verdampfung von Abgabefluid erzielt werden. Der spiralförmige Metalldraht wird vorzugsweise im Fluidpfad angeordnet. Dadurch wird eine effektive Erhitzung des E-Fluids erzielt.When the heater has a spiral metal wire, effective atomization and / or evaporation of discharge fluid can be achieved. The helical metal wire is preferably arranged in the fluid path. This achieves effective heating of the E-fluid.

Zu den weiteren möglichen Konfigurationen für den Heizer in einer Drahtkonfiguration gehören ein gerader Draht, ein ein- oder mehrlagiger Spulen-Draht, eine ein- oder mehrlagige Ringspule und eine Flachspule. Zu den weiteren möglichen Konfigurationen für den Heizer in einer Folien- oder Platten-Konfiguration gehören eine flache, runde, rechteckige, spiralgewickelte und gefaltete Konfiguration. Zu den weiteren möglichen Konfigurationen für den Heizer in einer Rohr-Konfiguration gehören ein Metallrohr mit einer beschichteten porösen Keramikschicht, und optional versehen mit einer (statischen) Mischstruktur oder Helix-Struktur, Rohrform der Folie/Platte und spiralgewickelte Folie/Platte. Noch eine weitere mögliche Konfiguration des Heizers in einer Schaum-Konfiguration erstreckt sich auf eine Schwamm-Struktur.Other possible configurations for the heater in a wire configuration include a straight wire, a single or multi-layer coil wire, a single or multi-layer toroidal coil, and a pancake coil. Other possible configurations for the heater in a foil or plate configuration include a flat, round, rectangular, spiral wound, and folded configuration. Other possible configurations for the heater in a tube configuration include a metal tube with a coated porous ceramic layer, and optionally with a (static) mixed structure or helical structure, tube shape of the foil / plate, and spirally wound foil / plate. Yet another possible configuration of the heater in a foam configuration extends to a sponge structure.

In einer Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung ist die Mittelachse oder Längsrichtung des spiralförmigen Metalldrahts im Wesentlichen quer zur Haupt-Fließrichtung des Fluids im Fluidpfad positioniert.In an embodiment according to the present invention, the central axis or longitudinal direction of the helical metal wire is positioned substantially transverse to the main flow direction of the fluid in the fluid path.

In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung weist der spiralförmige Heizer eine Mittelachse auf, die im Wesentlichen in einer Längsrichtung des Fluidpfads angeordnet ist. Noch mehr bevorzugt ist der Fluidpfad so ausgelegt, dass das inhalierte Fluid in der Längsrichtung durch den Spiraldraht hindurchfließt. Dies verbessert die Zerstäubung und/oder Verdampfung, wodurch die Beherrschung dieser Prozesse verbessert und/oder die Menge der zur Ausführung dieser Prozesse benötigten Energie reduziert wird. Dadurch wird die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Systems verlängert.In a presently preferred embodiment according to the present invention, the helical heater has a central axis which is arranged substantially in a longitudinal direction of the fluid path. Even more preferably, the fluid path is designed so that the inhaled fluid flows through the spiral wire in the longitudinal direction. This improves atomization and / or evaporation, thereby improving the control of these processes and / or reducing the amount of energy required to perform these processes. This prolongs the life of the system according to the invention.

In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform ist die Keramikschicht in solcher Weise porös ausgeführt, dass das Abgabefluid aus dem Zwischenspeicher in die Nähe des Leiters befördert wird.In a presently preferred embodiment, the ceramic layer is porous in such a manner that the dispensing fluid is conveyed from the buffer to the vicinity of the conductor.

Durch die Ausführung mit einer porösen Keramikschicht ist es möglich, die Keramikschicht so zu konfigurieren, dass das Abgabefluid durch die Keramikschicht oder entlang der Keramikschicht befördert wird, wodurch das Abgabefluid von einem Zwischenspeicher zum Leiter befördert werden kann. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, einen gesonderten Zwischenspeicher, wie z. B. ein Zwischenspeichergewebe, vorzusehen.By performing with a porous ceramic layer, it is possible to configure the ceramic layer so that the dispensing fluid is conveyed through the ceramic layer or along the ceramic layer, whereby the dispensing fluid can be conveyed from a buffer to the conductor. This eliminates the need for a separate cache, such. B. a buffer fabric to provide.

Vorzugsweise weist die Keramikschicht eine Porosität im Bereich von 10–80% auf, vorzugsweise 15–50%, weiter vorzugsweise 20–30% und am meisten vorzugsweise beträgt die Porosität ungefähr 25%. Es wurde gezeigt, dass besonders die Porosität in einem Bereich von 20–30% ein Leistungsoptimum, insbesondere der Keramikschicht sowie des Heizers insgesamt, bewirkt. Darüber hinaus wird gezeigt, dass die Verwendung der Plasmaoxidation zur Erzeugung der Keramikschicht vorteilhaft ist, indem sie die Beherrschung der Porosität der erzeugten Schicht ermöglicht.Preferably, the ceramic layer has a porosity in the range of 10-80%, preferably 15-50%, more preferably 20-30% and most preferably the porosity is about 25%. It has been shown that particularly the porosity in a range of 20-30% causes a performance optimum, in particular the ceramic layer and the heater as a whole. In addition, it is shown that the use of the plasma oxidation to produce the ceramic layer is advantageous in that it allows for the control of the porosity of the layer produced.

In einer derzeit bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Heizer im Wesentlichen vom Zwischenspeicher umgeben, wobei der Zwischenspeicher mit Öffnungen ausgestattet ist, die zur Beförderung des Abgabefluids zum Heizer konfiguriert sind.In a presently preferred embodiment of the present invention, the heater is substantially surrounded by the buffer, the buffer being provided with openings configured to convey the discharge fluid to the heater.

Vorzugsweise wird das E-Liquid/das Abgabefluid mittels eines Venturi-Effekts vom Zwischenspeicher zum Heizer transportiert, wenn ein Benutzer inhaliert und ein Luftstrom gestartet wird. Dadurch entfällt die Notwendigkeit eines Keils oder ähnlichen Elements. Preferably, the e-liquid / dispensing fluid is transported from the buffer to the heater by a Venturi effect when a user inhales and airflow is started. This eliminates the need for a wedge or similar element.

Indem der Zwischenspeicher im Wesentlichen um den Heizer herum angeordnet wird, kann das Fluid durch eine Anzahl kleiner Öffnungen in der Innenoberfläche (Oberflächenbereich) der Zwischenspeicherkammer abgegeben werden, die durch Kapillarwirkung des E-Liquids/des Abgabefluids mit Flüssigkeit gefüllt wird. Das Heizelement mit poröser Keramikschicht ist an der anderen Seite der Öffnungen(en) angeordnet. Die Flüssigkeit wird mittels der Kapillarwirkung zum Heizelement befördert. Wenn das Heizelement von einem elektrischen Strom erhitzt wird, wird die Flüssigkeit (das Liquid) von der Keramikschicht verdampft und die Flüssigkeit (das Liquid) in der Öffnung/den Öffnungen wird vom Element erhitzt. Aufgrund der von den Heizelementen hervorgerufenen höheren Temperatur sinkt die Viskosität und die Flüssigkeit (das Liquid) wird auf der Keramikschicht durch die Öffnungen oder Löcher adsorbiert. Die Löcher sind vorzugsweise in einem Metallrohr angebracht, da dies hitzebeständig ist. Dadurch wird für eine stabile Zufuhr von Abgabefluid zum Heizer gesorgt.By placing the buffer substantially around the heater, the fluid can be dispensed through a number of small openings in the interior surface (surface area) of the buffer chamber, which is filled with liquid by capillary action of the e-liquid / dispensing fluid. The heating element with porous ceramic layer is arranged on the other side of the openings (s). The liquid is conveyed by means of capillary action to the heating element. When the heating element is heated by an electric current, the liquid (the liquid) is evaporated from the ceramic layer and the liquid (the liquid) in the opening (s) is heated by the element. Due to the higher temperature caused by the heating elements, the viscosity decreases and the liquid (the liquid) is adsorbed on the ceramic layer through the openings or holes. The holes are preferably mounted in a metal tube, as this is heat resistant. This will provide a stable supply of delivery fluid to the heater.

Das Heizelement ermöglicht eine verbesserte Temperaturbeherrschung im Vergleich zu herkömmlichen Systemen. Dies sorgt für eine optimale Temperatur, wodurch die Viskosität des E-Liquids/des Abgabefluids um ihren Sollwert herum gehalten wird. Dadurch wird der Verdampfungsprozess verbessert.The heating element allows for improved temperature control compared to conventional systems. This provides for an optimum temperature which maintains the viscosity of the e-liquid / dispensing fluid around its set point. This improves the evaporation process.

In einer derzeit bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das System weiterhin einen leistungs- und/oder stromsteigernden Kreis auf, der so konfiguriert ist, dass die Leistung gesteigert wird, wenn der Heizer eingeschaltet wird.In a presently preferred embodiment of the present invention, the system further includes a power and / or current boosting circuit configured to increase power when the heater is turned on.

Durch die Anwesenheit des Leistungs- und/oder Stromsteigerungskreises kann die Leistung vorübergehend gesteigert werden, wenn der Heizer eingeschaltet wird. Ein solcher Kreis kann eine Reihe von Kondensatoren und/oder Spulen aufweisen, welche Reihe aus einem oder mehreren Bauteilen bestehen kann. Der Kreis verstärkt den Effekt des Heizers und/oder verringert die Anforderungen für die Energiequelle.Due to the presence of the power and / or current increase circuit, the power can be temporarily increased when the heater is turned on. Such a circuit may comprise a series of capacitors and / or coils, which series may consist of one or more components. The circuit enhances the effect of the heater and / or reduces the requirements for the power source.

In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform wird ein Kondensator, vorzugsweise ein sogenannter Super-Kondensator, in einen Kreis aufgenommen, der einen Spitzenstrom bereitstellt, und zwar vorzugsweise, wenn ein Benutzer einer E-Zigarette zu inhalieren beginnt. Bei der Aktivierung des Heizers zur Zerstäubung und/oder Verdampfung des Fluids muss die Heizertemperatur erhöht werden. Durch die Anwesenheit eines (Super-)Kondensators kann diese Temperaturerhöhung schneller und fast augenblicklich ausgeführt werden. Dadurch kann die Vorrichtung, beispielsweise eine E-Zigarette, fast sofort einen Fluidstrom an ihrer Austrittsöffnung bereitstellen, der ein zerstäubtes und/oder verdampftes Abgabefluid enthält. Die Stromerhöhung/-spitze bei der Aktivierung des Heizelements führt zu einer Hitzeentwicklung im Heizelement, die zur Zerstäubung und/oder Verdampfung des Abgabefluids benutzt wird. Das erfindungsgemäße Heizelement weist eine poröse Keramikschicht auf, die vorzugsweise dazu in der Lage ist, das Abgabefluid zu absorbieren und/oder zu adsorbieren. Dadurch wird das Heizelement dazu in die Lage versetzt, sofort mit der Zerstäubung und/oder Verdampfung zu beginnen. Ein weiterer vorteilhafter Effekt besteht darin, dass der Akku nicht den Spitzenstrom bereitzustellen braucht, wenn das Heizelement aktiviert wird. Dies macht es möglich, einen kleineren Akku vorzusehen, wodurch eine E-Zigarette so dimensioniert werden kann, dass sie beispielsweise der Größe einer herkömmlichen Zigarette entspricht. Darüber hinaus ist der Akku dank des zusätzlichen Kreises, der einen (Super-)Kondensator aufweist, keinen Lastspitzen ausgesetzt und kann daher auf einem konstanteren Niveau betrieben werden. Dadurch wird die Lebensdauer des Akkus verbessert. Der Kondensator kann von dem Akku geladen werden, nachdem das Heizelement deaktiviert worden ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Heizelement aus einem Titanmaterial hergestellt, das einen relativ niedrigen Widerstand bei niedriger Temperatur (z. B. 20°C) und einen hohen Widerstand bei einer höheren Temperatur aufweist. Dadurch kann ein höherer Strom an das Heizelement bereitgestellt werden, wenn das Heizelement aktiviert wird, während der angewendete Strom niedriger ist, nachdem das Heizelement seine optimale Betriebstemperatur erreicht hat. Faktisch ist der Widerstand des Titans bei der Verdampfungs- und/oder Zerstäubungstemperatur optimal für den Akku. Durch die Verwendung des (Super-)Kondensators wird der (Mindest-)Widerstand des Heizelements nicht mehr vom Akku beschränkt, wodurch ein verbesserter Entwurf des Heizelements und der Vorrichtung, die dieses Heizelement aufweist, möglich wird. Insbesondere die Kombination eines Super-Kondensators mit Titan-Drahtleiter erscheint vorteilhaft.In a presently preferred embodiment, a capacitor, preferably a so-called super capacitor, is included in a circuit that provides peak current, preferably when a user of an e-cigarette begins to inhale. When activating the heater for atomization and / or vaporization of the fluid, the heater temperature must be increased. Due to the presence of a (super) capacitor, this temperature increase can be carried out faster and almost instantaneously. Thereby, the device, for example an e-cigarette, can almost immediately provide a flow of fluid at its exit port containing atomized and / or vaporized delivery fluid. The current increase / peak in the activation of the heating element leads to a heat development in the heating element, which is used for atomization and / or evaporation of the discharge fluid. The heating element according to the invention comprises a porous ceramic layer, which is preferably capable of absorbing and / or adsorbing the discharge fluid. This will enable the heating element to begin atomization and / or vaporization immediately. Another beneficial effect is that the battery need not provide the peak current when the heating element is activated. This makes it possible to provide a smaller battery, whereby an e-cigarette can be dimensioned so that it corresponds, for example, the size of a conventional cigarette. In addition, thanks to the additional circuit, which has a (super) capacitor, the battery is not exposed to peak loads and can therefore be operated at a more constant level. This will improve the life of the battery. The capacitor can be charged by the battery after the heating element has been deactivated. In an advantageous embodiment, the heating element is made of a titanium material having a relatively low resistance at low temperature (eg 20 ° C) and a high resistance at a higher temperature. This allows a higher current to be provided to the heating element when the heating element is activated while the applied current is lower after the heating element has reached its optimum operating temperature. In fact, the resistance of titanium at the evaporation and / or atomization temperature is optimal for the battery. By using the (super) capacitor, the (minimum) resistance of the heating element is no longer limited by the battery, allowing for an improved design of the heating element and the device having this heating element. In particular, the combination of a super capacitor with titanium wire conductor appears advantageous.

In einer der derzeit bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der Super-Kondensator an einen Ladeanschluss angeschlossen, der dazu konfiguriert ist, den Super-Kondensator zum Aufladen des Super-Kondensators an eine externe Stromquelle anzuschließen. Dies ermöglicht das externe Aufladen des Super-Kondensators, ohne dass der Akku die zum Aufladen des Super-Kondensators benötigte Leistung bereitzustellen braucht. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das System keinen Akku auf. In dieser Ausführungsform wird die gesamte benötigte Energie vom Super-Kondensator bereitgestellt, der von einer externen Stromquelle aufgeladen wird. Vorzugsweise hat der Super-Kondensator eine Kapazität von 12 Farad oder mehr. Dadurch wird die Zahl der Bauteile des Systems verringert, das Gewicht des Systems reduziert und sofort Energie für die Verdampfung/Zerstäubung bereitgestellt. Optional wird das System in der Zigarettenschachtel aufgeladen, beispielsweise mit Hilfe eines wiederaufladbaren Akkus.In one of the presently preferred embodiments of the invention, the supercapacitor is connected to a charging port configured to connect the supercapacitor for charging the super capacitor to an external power source. This allows the external charging of the Super capacitor, without the battery needing to provide the power needed to charge the super capacitor. In a further preferred embodiment, the system has no battery. In this embodiment, all the required energy is provided by the super capacitor, which is charged by an external power source. Preferably, the super capacitor has a capacity of 12 Farads or more. This reduces the number of parts of the system, reduces the weight of the system, and instantly provides energy for evaporation / atomization. Optionally, the system is charged in the cigarette box, for example by means of a rechargeable battery.

In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform ist der Leiter des Heizelements aus NiCr und vorzugsweise aus Titan hergestellt. Der Widerstand von Titan steigt im Vergleich zu NiCr temperaturabhängig schneller an.In a presently preferred embodiment, the conductor of the heating element is made of NiCr and preferably titanium. The resistance of titanium increases faster than NiCr depending on the temperature.

Das erfindungsgemäße System bietet ein effektives Mittel, ein Abgabefluid an eine Person abzugeben, um dieser beispielsweise das Gefühl zu vermitteln, Tabak zu rauchen, ohne durch die Verbrennung von Bestandteilen des Abgabefluids und/oder des Systems Gesundheitsprobleme zu steigern.The system of the present invention provides an effective means of delivering a dispensing fluid to a person, for example, to give them the feeling of smoking tobacco without incurring health problems by the combustion of constituents of the dispensing fluid and / or the system.

Vorzugsweise weist der Heizer einen Leiter mit einer Keramikschicht auf. Mehr vorzugsweise wird die Keramikschicht mit Hilfe der Plasmaoxidation hergestellt. Die Plasmaoxidation wird vorzugsweise verwendet, da sie die Beherrschung der Porosität und/oder Dicke der Keramikschicht ermöglicht.Preferably, the heater has a conductor with a ceramic layer. More preferably, the ceramic layer is produced by plasma oxidation. Plasma oxidation is preferably used because it allows for control of the porosity and / or thickness of the ceramic layer.

Vorzugsweise erreicht der Heizer im Betrieb eine Temperatur im Bereich von 150–750°C, vorzugsweise 200–500°C und mehr vorzugsweise 250–400°C. Wie gezeigt, kann bei diesen Temperaturen eine gute Zerstäubung und/oder Verdampfung des Abgabefluids erzielt werden.Preferably, in operation, the heater reaches a temperature in the range of 150-750 ° C, preferably 200-500 ° C, and more preferably 250-400 ° C. As shown, good atomization and / or evaporation of the dispensing fluid can be achieved at these temperatures.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden verdeutlicht auf der Basis ihrer bevorzugten Ausführungsformen, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen verwiesen wird, in denen:Further advantages, features and details of the invention will become apparent on the basis of its preferred embodiments, reference being made to the accompanying drawings, in which:

zeigt eine erfindungsgemäße E-Zigarette. shows an e-cigarette according to the invention.

–V zeigt Konfigurationen des erfindungsgemäßen Heizelements; -V shows configurations of the heating element according to the invention;

–B zeigt eine Anordnung einer Plasmaoxidationskammer zur Herstellung des Heizelements von ; und FIG. 1B shows an arrangement of a plasma oxidation chamber for manufacturing the heating element of FIG ; and

zeigt die Spannung in Abhängigkeit von der Zeit bei der Herstellung des Heizelements in der Kammer von ; shows the voltage as a function of time in the manufacture of the heating element in the chamber of ;

zeigt ein erfindungsgemäßes Heizelement; shows a heating element according to the invention;

–B zeigt Ausführungsformen eines Leistungs-/Stromsteigerungskreises; Figure B shows embodiments of a power / current enhancement circuit;

zeigt den Widerstand eines elektrischen Heizelements in Abhängigkeit von der Temperatur für Titan und NiCr; shows the resistance of an electric heating element as a function of the temperature for titanium and NiCr;

eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen E-Zigarette; an alternative embodiment of an e-cigarette according to the invention;

und eine weitere alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen E-Zigarette. and another alternative embodiment of an e-cigarette according to the invention.

E-Zigarette 2 ( ) weist eine Akku-Baugruppe 4 und eine Zerstäuber-Baugruppe 6 auf. In der abgebildeten Ausführungsform ist die Zerstäuber-Baugruppe 6 wegwerfbar. Es ist einsichtig, dass die Erfindung auch auf anders konfigurierte Systeme angewendet werden kann und dass die abgebildeten Ausführungsformen nur Beispielcharakter haben. Details, wie u. a. die Verbindungen zwischen Bauteilen, die dem Fachmann von herkömmlichen E-Zigaretten bekannt sind, wurden aus der Abbildung weggelassen, um die Zeichnung weniger komplex zu machen.E cigarette 2 ( ) has a battery pack 4 and a nebulizer assembly 6 on. In the depicted embodiment, the nebulizer assembly is 6 disposable. It will be understood that the invention may be applied to differently configured systems and that the illustrated embodiments are exemplary only. Details, such as the connections between components known to those skilled in the art of conventional e-cigarettes, have been omitted from the illustration to make the drawing less complex.

Die Akku-Baugruppe 4 weist Gehäuse 8, (LED-)Anzeige 10 mit Lufteintrittsöffnung 12, Luft-Durchflusssensor 14, Kreis 16 und Akku 18 auf. Sensor 14 wird über Luftpfad 20 mit Luft aus der Eintrittsöffnung 12 versorgt. Kreis 16 weist eine Elektronik-Platine auf, die mit den relevanten Bauteilen des Systems 2 verbunden ist. Bei Akku 18 kann es sich um einen wiederaufladbaren Akku handeln, einschließlich der benötigten Anschlüsse, um die Wiederaufladung zu ermöglichen. Akku-Baugruppe 4 weist Lufteintrittsöffnungen 22 und Stecker 24 für die Verbindung der Akku-Baugruppe mit der Zerstäuber-Baugruppe 6 auf.The battery pack 4 has housing 8th , (LED display 10 with air inlet 12 , Air flow sensor 14 , Circle 16 and battery 18 on. sensor 14 becomes via air path 20 with air from the inlet 12 provided. circle 16 has an electronic circuit board with the relevant components of the system 2 connected is. With battery 18 it can be a rechargeable battery, including the ones you need Connections to allow recharging. Battery module 4 has air intake openings 22 and plugs 24 for connecting the battery pack to the atomizer assembly 6 on.

Zerstäuber-Baugruppe 6 weist Gehäuse 26 mit Luftpfad 28 auf, der umgeben ist von Zwischenspeicher 30, der das E-Liquid (beispielsweise ein Gemisch aus Glycerol, Propylenglycol, Nikotin) enthält. Als Zwischenspeichermaterial ist beispielsweise Dochtmaterial geeignet, wie z. B. Kieselerde, Watte, usw., oder der Zwischenspeicher 30 kann auch mittels anderer Zwischenspeichermedien realisiert werden. In der illustrierten Ausführungsform ist Heizelement 32 an dem Umfang oder um den Umfang von Luftpfad 28 angeordnet. In einer der bevorzugten Ausführungsformen weist Heizelement 32 einen Draht mit metallischem Titan-Kern 34 mit einer Keramik-Titanoxid-Schicht 36 um den Metallkern 34 herum auf. Das E-Liquid wird in der porösen Keramikschicht absorbiert und/oder adsorbiert. Draht 32 wird erhitzt, indem man einen elektrischen Strom durch den metallischen Titankern 34 fließen lässt. Draht 32 wird erhitzt und das E-Liquid wird verdampft und/oder zerstäubt. Das Gemisch wird zu Austrittsöffnung 38 von Luftpfad 28 bei Mundstück 40 geleitet.Atomizer assembly 6 has housing 26 with air path 28 which is surrounded by cache 30 containing the e-liquid (for example, a mixture of glycerol, propylene glycol, nicotine). As a temporary storage material, for example, wick material is suitable, such as. As silica, cotton, etc., or the cache 30 can also be realized by means of other intermediate storage media. In the illustrated embodiment is heating element 32 at the circumference or around the circumference of air path 28 arranged. In one of the preferred embodiments has heating element 32 a wire with metallic titanium core 34 with a ceramic-titanium oxide layer 36 around the metal core 34 around. The e-liquid is absorbed and / or adsorbed in the porous ceramic layer. wire 32 is heated by passing an electric current through the metallic titanium core 34 flow. wire 32 is heated and the e-liquid is vaporized and / or atomized. The mixture becomes an outlet 38 from air path 28 at mouthpiece 40 directed.

Heizer 32 bewirkt ein verbesserte Temperaturregelung und die Fähigkeit zur Beherrschung der Menge des zeitabhängig verdampfenden E-Liquids, indem die Eigenschaften der porösen Keramikschicht 36, wie z. B. Dicke, Porengröße und Porosität, variiert werden.stoker 32 provides improved temperature control and the ability to control the amount of time-varying evaporative e-liquid by increasing the properties of the porous ceramic layer 36 , such as As thickness, pore size and porosity can be varied.

Bei der Inhalation entsteht bei Austrittsöffnung 38 ein Unterdruck in den Luftpfaden 20, 28. Die Luft wird durch die Eintrittsöffnungen 12, 22 eingesaugt. Sensor 14 erfasst einen Luftstrom und Platine 16 sendet ein Anzeigesignal an Anzeige 10. Akku 18 versorgt Heizer 32 mit Elektrizität, die das aus Zwischenspeicher 30 bereitgestellte E-Liquid erhitzt, und verdampft und/oder zerstäubt das Liquid so, dass ein Benutzer die darin enthaltenen erwünschten Bestandteile inhalieren kann.Inhalation occurs at the outlet 38 a negative pressure in the air paths 20 . 28 , The air is passing through the inlet openings 12 . 22 sucked. sensor 14 captures an airflow and board 16 sends an indication signal to the display 10 , battery pack 18 supplies heaters 32 with electricity from the cache 30 heated e-liquid, and vaporizes and / or atomizes the liquid so that a user can inhale the desired ingredients contained therein.

In der illustrierten Ausführungsform ist die Längsachse von Heizer 28 im Wesentlichen parallel zu Luftpfad 28 angeordnet. Es ist einsichtig, dass auch andere erfindungsgemäße Konfigurationen möglich sind.In the illustrated embodiment, the longitudinal axis is heater 28 essentially parallel to air path 28 arranged. It will be appreciated that other configurations of the invention are possible.

Optional wird Heizer 28 von Zwischenspeicher 30 umgeben. Die Oberfläche von Zwischenspeicher 30 wird vorzugsweise mit (kleinen) Öffnungen ausgeführt, die aus dem Zwischenspeicher mit E-Liquid gefüllt werden. Durch die Kapillarwirkung wird die Flüssigkeit aus den Öffnungen an Heizelement 30 befördert. Die Öffnungen sind vorzugsweise in einer metallischen rohrähnlichen Oberfläche von Zwischenspeicher 30 angebracht, um ein Verbrennen zu verhindern.Optional is heater 28 from cache 30 surround. The surface of cache 30 is preferably carried out with (small) openings, which are filled from the cache with e-liquid. Due to the capillary action, the liquid from the openings to the heating element 30 promoted. The openings are preferably in a metallic tube-like surface of temporary storage 30 attached to prevent burning.

Es werden verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Heizelements illustriert. Heizer 42 ( ) weist ein Widerstandsheizmaterial 44a als Leiter und eine poröse Keramikschicht 44b auf. Heizer 46 ( ) ist gewickelt als Spule 48 ( ), ähnlich wie bei dem in dargestellten Heizer 28. In einer alternativen Konfiguration ist Heizer 50 beispielsweise als Ringkern konfiguriert ( ), oder als Flachspule 51 ( ), oder als Flachspirale 52 ( ).Various embodiments of a heating element according to the invention are illustrated. stoker 42 ( ) has a resistance heating material 44a as a conductor and a porous ceramic layer 44b on. stoker 46 ( ) is wound as a coil 48 ( ), similar to the one in shown heater 28 , In an alternative configuration is Heater 50 For example, configured as a ring core ( ), or as a flat coil 51 ( ), or as a flat spiral 52 ( ).

In der dargestellten Ausführungsform von System 2 befindet sich Zwischenspeicher 30 um den Luftpfad 28 und Heizer 32 herum (siehe auch ). In einer alternativen Ausführungsform befindet sich der Liquid-Vorratsbehälter 54 im Inneren der Spule von Heizer 56 ( ).In the illustrated embodiment of system 2 there is cache 30 around the air path 28 and heaters 32 around (see also ). In an alternative embodiment, the liquid reservoir is located 54 inside the coil of heater 56 ( ).

Zu den weiteren alternativen Konfigurationen gehören, dass Heizer 58 ( ) als Ringkernstruktur mit dem Liquid innerhalb der Ringkernstruktur und Luftstrom um die Ringkernstruktur herum gewickelt ist, und Heizer 60 ( ) als Flachspule. Außerdem kann Heizer 62 ( ) eine Schicht mit einem Pfad von Widerstandsheizmaterial 64 als Leiter auf einer beschichteten porösen Keramikschicht 66 aufweisen, oder alternativ kann Heizer 68 eine Leiterschicht 70 mit darauf angebrachten beschichteten porösen Keramikelementen oder -Flecken aufweisen ( ). Alternativ weist Heizer 74 eine Leiterschicht 76 und Keramikschicht 78 ( ) auf, sowie optional weitere zusätzliche Keramik-Flecken 80 ( ). Eine weitere Ausführungsform weist eine poröse Keramikschicht 82 mit dem in einer Spiral-Konfiguration aufgewickelten Leiter 84 auf ( ).Other alternative configurations include heaters 58 ( ) is wound as a toroidal core structure with the liquid within the toroidal core structure and air flow around the toroidal core structure, and heaters 60 ( ) as a flat coil. In addition, heater can 62 ( ) a layer with a path of resistance heating material 64 as a conductor on a coated porous ceramic layer 66 have, or alternatively may be heaters 68 a conductor layer 70 having coated porous ceramic elements or spots applied thereto ( ). Alternatively has heater 74 a conductor layer 76 and ceramic layer 78 ( ), as well as optional additional ceramic stains 80 ( ). Another embodiment has a porous ceramic layer 82 with the conductor wound in a spiral configuration 84 on ( ).

Weitere Ausführungsformen erstrecken sich auf ein Leiterrohr 86 mit einer statischen Mischform 86a, beschichtet mit Keramikschicht 88 ( und ). Als weitere Alternative ist Leiter 90 ein Rohr ( ) mit einer Keramikschicht 92. Rohr 90a kann an der Innenseite mit Flüssigkeit gefüllt sein und einen Luftstrom an der Außenseite haben ( ) oder Rohr 90b hat einen Luftstrom an der Innenseite und einen Flüssigkeitszwischenspeicher an der Außenseite ( ). Optional befindet sich eine Keramikschicht an der Innenseite und der Außenseite von Rohr 90. Außerdem kann Rohr 90 eine Reihe kleinerer Rohre oder Drähte 94 mit Widerstandsheizmaterial und Keramikmaterial ( ) aufweisen. Eine weitere alternative Konfiguration ( ) weist einen metallischen Schaum oder Schwamm 96 aus Widerstandsheizmaterial auf, der mit porösem Keramikmaterial 98 beschichtet ist.Further embodiments extend to a conductor tube 86 with a static mixed form 86a , coated with ceramic layer 88 ( and ). Another alternative is ladder 90 a pipe ( ) with a ceramic layer 92 , pipe 90a can be filled with liquid on the inside and have an air flow on the outside ( ) or pipe 90b has an air flow on the inside and a liquid buffer on the outside ( ). Optionally, there is a ceramic layer on the inside and outside of the tube 90 , Besides, tube can 90 a series of smaller pipes or wires 94 with resistance heating material and ceramic material ( ) exhibit. Another alternative Configuration ( ) has a metallic foam or sponge 96 made of resistance heating material, with porous ceramic material 98 is coated.

Die offengelegten Ausführungsformen für Heizer 32 zeigen Beispiele für erfindungsgemäße Heizer, die auf Systeme 2 angewendet werden können.The disclosed embodiments for heaters 32 show examples of heaters according to the invention which are based on systems 2 can be applied.

Die erfindungsgemäßen Heizelemente werden vorzugsweise mittels plasmaelektrolytischer Oxidation hergestellt. Beispielhaft, lediglich zu illustrativen Zwecken, werden nachstehend einige Herstellungsverfahren für einige der möglichen Konfigurationen für das erfindungsgemäße Heizelement offengelegt.The heating elements according to the invention are preferably produced by means of plasma-electrolytic oxidation. By way of example, for illustrative purposes only, some manufacturing methods are disclosed below for some of the possible configurations for the heating element of the invention.

In einer ersten Ausführungsform des Heizelements wird eine plasmaelektrolytische Oxidation von Titandraht, der direkt mit einer Anode verbunden ist, ausgeführt.In a first embodiment of the heating element, a plasma electrolytic oxidation of titanium wire connected directly to an anode is carried out.

Für die plasmaelektrolytische Oxidation wird eine Plasmaoxidationskammer 102 ( ) benutzt. Werkstück 104 ist mit der Anode 106 verbunden. Werkstück 104 wird zwischen zwei Schrauben oder Klemmen 108 eingeklemmt/fixiert, die mit der Masse/Erde (Anode 104) einer Stromquelle verbunden sind. In der dargestellten Ausführungsform weist Kathode 110 eine Waben-Elektrode aus nichtrostendem Edelstahl 112 auf, die im Betrieb in kleiner Entfernung über Werkstück 104 angeordnet ist. Elektrolyt 114 fließt zwischen Elektrode 112 und Anode 106, und fließt effektiv aufwärts durch die Waben-Elektrode 112, zusammen mit dem erzeugten Sauerstoff und Wasserstoff. Der Elektrolytabfluss 116 wird dann gemeinsam mit dem Wasserstoff und dem Sauerstoff gekühlt und optional in Kammer 102 zurückgeführt. In der dargestellten Ausführungsform steigt die Temperatur des Elektrolyten 114 von ungefähr 11°C beim Eintreten in die Plasmaoxidationskammer 102 auf 25°C beim Austritt aus Kammer 102, woraufhin er mit Hilfe eines Wärmeaustauschers (nicht gezeigt) abgekühlt wird.For the plasma electrolytic oxidation, a plasma oxidation chamber 102 ( ) used. workpiece 104 is with the anode 106 connected. workpiece 104 is between two screws or clamps 108 clamped / fixed with the ground / ground (anode 104 ) are connected to a power source. In the illustrated embodiment, cathode 110 a honeycomb electrode made of stainless steel 112 in operation at a short distance over workpiece 104 is arranged. electrolyte 114 flows between electrode 112 and anode 106 , and effectively flows upwardly through the honeycomb electrode 112 , along with the generated oxygen and hydrogen. The electrolyte drain 116 is then cooled together with the hydrogen and the oxygen and optionally in the chamber 102 recycled. In the illustrated embodiment, the temperature of the electrolyte increases 114 of about 11 ° C on entering the plasma oxidation chamber 102 to 25 ° C when exiting the chamber 102 , whereupon it is cooled by means of a heat exchanger (not shown).

In der illustrierten Kammer 102 sind zwei Stromquellen (Munk PSP-Familie) in Serie geschaltet: eine von 350 Volt und 40 Ampere und eine zweite von 400 Volt und 7 Ampere, was zu einem Maximum von 750 Volt und 7 Ampere mit einer daraus folgenden Höchstleistung von 5,25 kW führt. Die Stromquellen können direkt an Anode 106 und Kathode 110 angeschlossen werden, was zum Gleichstrombetrieb (GS) des Plasmas führt. Ein optional aufgenommener Schaltkreis bietet die Möglichkeit, das Plasma mit GS-Impulsen zu betreiben. Die Frequenz der Impulse kann zwischen GS und 1 kHz eingestellt werden, und es können verschiedene Wellenformen gewählt werden (Rechteck, Sinus oder Dreieck). Die Plasmaoxidation wird vorzugsweise ausgeführt in einem Impulsstrombetrieb mit einer Frequenz (Ein-Aus) von ungefähr 1000 Hz, wobei vorzugsweise der Strom auf einen festen Wert eingestellt ist und die Spannung infolge des Wachsens der porösen Oxidschicht zeitabhängig zunimmt. Es kann ein Strom von 1 bis 7 Ampere zur Erzeugung einer Keramikschicht verwendet werden.In the illustrated chamber 102 For example, two power sources (Munk PSP family) are connected in series: one of 350 volts and 40 amps and a second of 400 volts and 7 amps, resulting in a maximum of 750 volts and 7 amps with a consequent maximum power of 5.25 kW leads. The power sources can go directly to the anode 106 and cathode 110 be connected, which leads to the DC operation (GS) of the plasma. An optional integrated circuit offers the possibility of operating the plasma with GS pulses. The frequency of the pulses can be set between GS and 1 kHz, and different waveforms can be selected (square, sine or triangle). The plasma oxidation is preferably carried out in a pulsed current mode with a frequency (on-off) of about 1000 Hz, wherein preferably the current is set to a fixed value and the voltage increases as a function of the growth of the porous oxide layer. A current of 1 to 7 amps can be used to create a ceramic layer.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Heizelements wird in Kammer 102 Titandraht 202 ( ) als Werkstück 104 oben auf eine Titanplatte 204 angeordnet, die mit der Anode aus rostfreiem Edelstahl verbunden ist. Optional wird die Anode direkt an Draht 202 angeschlossen. Der Elektrolyt enthält 8 g/l NaSiO3·5H₂O und 15 g/l (NaPO3)₆. Es wird aus Titan Grad 1 hergestellter Titandraht verwendet, mit einem Durchmesser von 0,5 mm und einer Länge von 60 cm. Der Draht ist gewickelt und mit der Anode verbunden. Zwischen der Anode und der Kathode wird ein Potenzial > 500 Volt angelegt, was zu Mikro-Bogenentladungen an der Oberfläche des Titandrahts führt. An der Oberfläche des Drahts wird das metallische Titan zu Titanoxid oxidiert, wobei aus dem Elektrolyten Silikate und Phosphate addiert werden. Die Metallschicht wird umgewandelt in eine poröse Keramikschicht, die Titanoxide, Phosphate und Silikate enthält. Dies führt zu einem erfindungsgemäßen Heizelement 302 ( ).To produce a heating element according to the invention is in chamber 102 titanium wire 202 ( ) as a workpiece 104 on top of a titanium plate 204 arranged, which is connected to the anode made of stainless steel. Optionally, the anode is directly connected to wire 202 connected. The electrolyte contains 8 g / l NaSiO 3 .5H ₂ O and 15 g / l (NaPO 3) ₆ . It is made of titan grade 1 titanium wire, 0.5 mm in diameter and 60 cm in length. The wire is wound and connected to the anode. Between the anode and the cathode, a potential> 500 volts is applied, resulting in micro-arc discharges on the surface of the titanium wire. At the surface of the wire, the metallic titanium is oxidized to titanium oxide, whereby from the electrolyte silicates and phosphates are added. The metal layer is transformed into a porous ceramic layer containing titanium oxides, phosphates and silicates. This leads to a heating element according to the invention 302 ( ).

Stromsteigerungskreis 402 ( ) enthält Akku 404, Trafo 406, Heizelement 408 und (Super-)Kondensator 410. Zu den weiteren Bauteilen in Kreis 402 gehören Diode 412, Widerstand 414, Schalter 416, der auf Inhalation reagiert, Transistor 418. Es ist einsichtig, dass die Bauteile in Kreis 402 durch andere Bauteile ersetzt werden können und/oder zusätzliche Bauteile angewendet werden können. Beispielsweise weist der alternative Kreis 420 ( ) Akku 422, Heizelement 424, Kondensator 426, Schalter 428, Widerstand 430 und Diode 432.Power Increase Circle 402 ( ) contains battery 404 , Transformer 406 , Heating element 408 and (super) capacitor 410 , To the other components in circle 402 belong to diode 412 , Resistance 414 , Switch 416 responding to inhalation, transistor 418 , It is clear that the components in circle 402 can be replaced by other components and / or additional components can be applied. For example, the alternative circle 420 ( ) Battery pack 422 , Heating element 424 , Capacitor 426 , Switch 428 , Resistance 430 and diode 432 ,

Bei Beginn der Inhalation gibt Kondensator 410, 426 zusätzlichen Strom an das Heizelement 408, 424 ab, um den Temperaturanstieg von Heizelement 408, 424 zu beschleunigen und fast sofort mit der Zerstäubung und/oder Verdampfung zu beginnen. Vorzugsweise ist das Heizelement aus einem Titanmaterial, das einen relativ niedrigen Widerstand bei Raumtemperatur und einen höheren Widerstand bei einer höheren Temperatur aufweist, wodurch eine kurze Reaktionszeit auf das Aktivierungssignal ermöglicht wird.At the beginning of inhalation gives capacitor 410 . 426 additional power to the heating element 408 . 424 starting to increase the temperature of heating element 408 . 424 to accelerate and start atomization and / or vaporization almost immediately. Preferably, the heating element is of a titanium material having a relatively low resistance at room temperature and a higher resistance at a higher temperature, thereby allowing a short reaction time to the activation signal.

In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform ist der Leiter des Heizelements aus NiCr und vorzugsweise aus Titan hergestellt. Der Widerstand von Titan ( ) steigt im Vergleich zu NiCr temperaturabhängig schneller an. Dies wird illustriert von der linearen Beziehung für NiCr (y = 0,0011x + 2,164) im Vergleich zu der linearen Beziehung für Titan (y = 0,0104x + 1,5567), die die lineare Beziehung der gemessenen Widerstände bei spezifischen Temperaturen definiert. In a presently preferred embodiment, the conductor of the heating element is made of NiCr and preferably titanium. The resistance of titanium ( ) increases faster than NiCr depending on the temperature. This is illustrated by the linear relationship for NiCr (y = 0.0011x + 2.164) compared to the linear relationship for titanium (y = 0.0104x + 1.5567), which defines the linear relationship of the measured resistances at specific temperatures.

In einer weiteren Ausführungsform der E-Zigarette 502 ( ) wird Heizer 32 über Stecker 504 von Super-Kondensator 506 mit Energie gespeist. Kondensator 506 wird über den externen Stecker 508 aufgeladen. Kondensator 506 kann (halb-)direkt und/oder indirekt aufgeladen werden. Eine solche indirekte Aufladung kann ausgeführt werden in Kombination mit Zigarettenschachtel 510, die ein Zigaretten-Fach 512 und ein Akku-Fach 514 mit Akku 516 aufweist. In einem Aufladungszustand hat der Ladestecker 518 Kontakt mit dem Stecker 508 und der Super-Kondensator 506 wird aufgeladen. In der dargestellten Ausführungsform ist Akku 516 nachladbar über Stecker 520.In a further embodiment of the e-cigarette 502 ( ) becomes a heater 32 over plug 504 from super capacitor 506 energized. capacitor 506 is via the external plug 508 charged. capacitor 506 can be charged (semi) directly and / or indirectly. Such indirect charging can be carried out in combination with cigarette pack 510 holding a cigarette tray 512 and a battery compartment 514 with battery 516 having. In a state of charge has the charging plug 518 Contact with the plug 508 and the super capacitor 506 is charged. In the illustrated embodiment is battery 516 reloadable via plug 520 ,

In den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems weist die E-Zigarette zwei Hauptteile auf, einen ersten Teil mit einem Akku mit einem Luftfluss-Sensor und einer elektronischen Regelvorrichtung für den ordnungsgemäßen Betrieb einer E-Zigarette, und einen zweiten Teil mit einer Patrone, die das E-Liquid aufnehmen kann, einem Heizelement und Teilen zur Beförderung von E-Liquid auf das Heizelement. Patrone 602 ( – ) weist Metallrohr 604 auf, das in den dargestellten Ausführungsformen aus nichtrostendem Edelstahl ist, mit acht Löchern 606 von ungefähr 0,25 mm Durchmesser, die ungefähr 2,75 mm vom Anfang A des Rohrs, der im Gebrauch dem Mundstück der E-Zigarette am nächsten ist, angeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist Rohr 604 ungefähr 29,1 mm lang, mit einem Außendurchmesser von ungefähr 4 mm und einer Wanddicke von ungefähr 0,3 mm. Keramikrohr 608, vorzugsweise aus Zirkoniumoxid, befindet sich innen im Metallrohr 604 in einer Position in ungefähr 2,5 mm Entfernung von den Öffnungen, mit einer Länge von ungefähr 22 mm, einem Außendurchmesser von ungefähr 3,4 mm und einer Wanddicke von ungefähr 0,35 mm.In the preferred embodiments of the inventive system described above, the e-cigarette has two main parts, a first part with a battery with an air flow sensor and an electronic control device for the proper operation of an e-cigarette, and a second part with a cartridge, which can receive the e-liquid, a heating element and parts for conveying e-liquid to the heating element. cartridge 602 ( - ) has metal tube 604 on, which is in the illustrated embodiments of stainless steel, with eight holes 606 about 0.25 mm in diameter, which is about 2.75 mm from the beginning A of the tube, which is closest in use to the mouthpiece of the e-cigarette. In the illustrated embodiment, tube 604 about 29.1 mm long, with an outside diameter of about 4 mm and a wall thickness of about 0.3 mm. ceramic tube 608 , preferably of zirconium oxide, is located inside the metal tube 604 at a position about 2.5 mm away from the openings, about 22 mm long, about 3.4 mm outside diameter and about 0.35 mm wall thickness.

Das keramikbeschichtete Titan-Heizelement ist im Metallrohr 604 mit Löchern 606 angeordnet. Heizelement 610 ist vorzugsweise hergestellt aus Titandraht (Grad 1), der mit einer Keramikschicht beschichtet und als Spule aufgewickelt ist. Der Durchmesser des Titandrahts mit der Keramikschicht beträgt ungefähr 0,25 mm, die Gesamtlänge des im Heizelement verwendeten Drahts beträgt ungefähr 90 mm, wobei er ungefähr zehn eng zusammenliegende Wicklungen 612 mit einem Durchmesser von ungefähr 2,2 mm und eine Gesamtlänge des Heizelements 610 von ungefähr 1,4 mm aufweist. Heizelement 610 ist in solcher Weise im Innern von Metallrohr 604 angeordnet, dass die ersten Wicklungen in Keramikrohr 608 positioniert sind, wodurch ein Kontakt von Heizelement 610 mit dem Metallrohr 604 vermieden wird.The ceramic-coated titanium heating element is in the metal tube 604 with holes 606 arranged. heating element 610 is preferably made of titanium wire (grade 1), which is coated with a ceramic layer and wound up as a coil. The diameter of the titanium wire with the ceramic layer is about 0.25 mm, the total length of the wire used in the heating element is about 90 mm, and it has about ten closely spaced windings 612 with a diameter of about 2.2 mm and a total length of the heating element 610 of about 1.4 mm. heating element 610 is in such a way inside of metal pipe 604 arranged that the first windings in ceramic tube 608 are positioned, creating a contact of heating element 610 with the metal pipe 604 is avoided.

Metallrohr 604 mit Löchern 606 wird in eine Schraubkappe mit Stecker(n) (nicht gezeigt) und elektrischem Isolator 618 an Seite A gedrückt, und in ein Endkappe (nicht gezeigt) an der anderen Seite. Metallgehäuse 614, vorzugsweise ein Rohr aus nichtrostendem Edelstahl, erstreckt sich von der Schraubkappe bis zur Endkappe, wobei das Rohr eine Länge von ungefähr 3,8 mm, einen Durchmesser von ungefähr 9,2 mm und eine Wanddicke von ungefähr 0,2 mm aufweist. Platz, Raum oder Fach 616 zwischen dem äußeren Metallrohr 614 und dem inneren Metallrohr 604 mit Löchern 606 kann mit E-Liquid gefüllt werden. Das E-Liquid enthält beispielsweise ungefähr 60% pflanzliches Glycerin, ungefähr 30% Propylenglycol und ungefähr 10%, welche Nikotin, Aromastoffe und Wasser enthalten. Das Verhältnis zwischen Nikotin, Aromastoffen und Wasser kann der gewünschten Menge entsprechend angepasst werden.metal pipe 604 with holes 606 Put in a screw cap with plug (s) (not shown) and electrical insulator 618 pressed on side A, and in an end cap (not shown) on the other side. metal housing 614 , preferably a stainless steel tube, extends from the screw cap to the end cap, the tube having a length of about 3.8 mm, a diameter of about 9.2 mm and a wall thickness of about 0.2 mm. Space, space or compartment 616 between the outer metal tube 614 and the inner metal tube 604 with holes 606 can be filled with e-liquid. For example, the e-liquid contains about 60% vegetable glycerin, about 30% propylene glycol, and about 10% containing nicotine, flavorings, and water. The ratio between nicotine, flavorings and water can be adjusted to the desired amount.

Die Schraubkappe von Patrone 602 ist verbunden mit dem Akku der elektronischen Zigarette, wodurch die positiven und negativen Pole des Akkus mit dem positiven und negativen Stecker von Heizelement 610 verbunden werden. Dadurch kann ein elektrischer Strom durch den Titandraht vom positiven Pol zum negativen Pol fließen, um Temperatur des Titandrahts durch Joulesche Erwärmung zu erhöhen. Der elektrische Strom wird von dem Durchflussschalter geregelt, der vom Benutzer aktiviert wird. Im Betrieb fließt Luft durch Metallrohr 604 mit Löchern 606 und wird E-Liquid zum Heizelement 610 befördert. Durch Erhöhung der Temperatur von Heizelement 610 verdampft E-Liquid in den Luftstrom und das verdampfte E-Liquid wird zum Benutzer befördert.The screw cap of cartridge 602 is connected to the battery of the electronic cigarette, which causes the positive and negative poles of the battery with the positive and negative plug of heating element 610 get connected. Thereby, an electric current can flow through the titanium wire from the positive pole to the negative pole to increase the temperature of the titanium wire by Joule heating. The electrical current is controlled by the flow switch, which is activated by the user. In operation, air flows through metal pipe 604 with holes 606 and turns e-liquid into a heating element 610 promoted. By raising the temperature of heating element 610 E-liquid evaporates into the air stream and the evaporated e-liquid is transported to the user.

In einer alternativen Ausführungsform weist Patrone 620 ( ) ähnliche Bauteile auf, mit der Ausnahme, dass die Löcher 606 sich in Nut 622 befinden.In an alternative embodiment, cartridge 620 ( ) similar components on, with the exception that the holes 606 in groove 622 are located.

Es ist einsichtig, dass die Bauteile der Patronen 602, 620 sich in weiteren Ausführungsformen kombinieren lassen. Die Patronen 602, 620 und alternative Ausführungsformen können in elektronischen Zigaretten 2, 502 und anderen Ausführungsformen derselben eingesetzt werden. It is obvious that the components of the cartridges 602 . 620 can be combined in other embodiments. The cartridges 602 . 620 and alternative embodiments may be in electronic cigarettes 2 . 502 and other embodiments thereof.

Es wurden drei Versuche durchgeführt: 1) 0,5 Ampere während 15 Minuten, 2) 1 Ampere während 15 Minuten und 3) 2 Ampere während 15 Minuten. Masse und Durchmesser des Drahts wurden vor und nach der plasmaelektrolytischen Oxidation gemessen. Der Draht wurde 5 Minuten lang in Wasser gelegt, woraufhin als Indikator für die auf dem Draht adsorbierte Wassermenge die Masse gemessen wurde. zeigt die Spannung in Abhängigkeit von der Zeit für die drei verschiedenen Stromeinstellungen, und Tabelle 1 zeigt einige weitere Materialinformationen vor und nach der Oxidation. Tabelle 1: Materialinformation Gewicht [mg] 1 2 3 Vor PEO [mg] 525,49 529,82 Nach PEO [mg] 528,37 539,42 548,71 Nach der Erwärmung [mg] 528,09 539,23 547,67 Nach 5 Min. in Wasser [mg] 675,7 692,23 705,42 Dicke [μm] 36 71 113 Volumen Perlen [ml] 0,15 0,15 0,16 Volumen Oxidschicht [ml] 0,45 0,51 0,59 Porosität [%] 32,71 29,87 26,73 Three experiments were performed: 1) 0.5 amps for 15 minutes, 2) 1 amp for 15 minutes and 3) 2 amps for 15 minutes. The mass and diameter of the wire were measured before and after the plasma electrolytic oxidation. The wire was placed in water for 5 minutes, whereupon the mass was measured as an indicator of the amount of water adsorbed on the wire. shows the voltage versus time for the three different current settings, and Table 1 shows some more material information before and after the oxidation. Table 1: Material information Weight [mg] 1 2 3 Before PEO [mg] 525.49 529.82 After PEO [mg] 528.37 539.42 548.71 After heating [mg] 528.09 539.23 547.67 After 5 min in water [mg] 675.7 692.23 705.42 Thickness [μm] 36 71 113 Volume beads [ml] 0.15 0.15 0.16 Volume oxide layer [ml] 0.45 0.51 0.59 Porosity [%] 32.71 29.87 26.73

Es wurden Keramikdrähte unter verschiedenen Prozessbedingungen hergestellt, u. a. mit 5 Ampere (Draht 1) und 1 Ampere (Draht 2) mit einer Verarbeitungszeit von einer Stunde. Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2: Dicke der Keramikschicht, Porosität und Adsorption von zwei Keramik-Titan-Drähten Zeit + Strom Keramik-Dicke Porosität Adsorption Widerstand Draht 1 1 Std. bei 5 A 55 μm 45% 21 μl 1,4 Ω Draht 2 1 Std. bei 1 A 30 μm 50% 13 μl 1.3 Ω Draht 1: Vor der plasmaelektrolytischen Oxidation (PEO)
L = 0,5 m, D = 0,500 mm, R = 1,2 Ω, R_berechnet = 2,44 Ω/m, Adsorption (Wasser) = 4 μl
Draht 1: Nach PEO (5 A während 60 Minuten)
L = 0,5 m, D = 0,610 mm, R = 1,3–1,4 Ω, Adsorption (Wasser) = 21 μl, Porosität = 44%
Draht 2: Vor PEO:
L = 0,5 m, D = 0,500 mm, V = 9,8 e-8 m³, m = 4,2992 e-4 kg, ρ = 4379 kg/m³
Draht 2: Nach PEO (1 A während 60 Minuten)
L = 0,5 m, D = 0,5610 mm, V = 1,236 e-8 m³, m = 4,512 e-4 kg, ρ = 3650 kg/m³, m_Oxidschicht 2,13 e-5 kg, V_Oxidschicht = 2,56 e-8 m³, M_{Schätzung ohne Porosität} = 4,452 e-5 kg, Porosität = 50%, Berechnete Adsorption = 12,8 μlCeramic wires were produced under various process conditions, including 5 amps (wire 1) and 1 amp (wire 2) with a processing time of one hour. The results are shown in Table 2. Table 2: Ceramic layer thickness, porosity and adsorption of two ceramic-titanium wires Time + electricity Ceramic thickness porosity adsorption resistance Wire 1 1 hour at 5 A 55 μm 45% 21 μl 1.4 Ω Wire 2 1 hour at 1 A 30 μm 50% 13 μl 1.3 Ω Wire 1: Before plasma electrolytic oxidation (PEO)
L = 0.5 m, D = 0.500 mm, R = 1.2 Ω, R _calculated = 2.44 Ω / m, adsorption (water) = 4 μL
Wire 1: After PEO (5 A for 60 minutes)
L = 0.5 m, D = 0.610 mm, R = 1.3-1.4 Ω, adsorption (water) = 21 μl, porosity = 44%
Wire 2: Before PEO:
L = 0.5 m, D = 0.500 mm, V = 9.8 e-8 m ³ , m = 4.2992 e-4 kg, ρ = 4379 kg / m ³
Wire 2: After PEO (1 A for 60 minutes)
L = 0.5 m, D = 0.5610 mm, V = 1.236 e-8 m ³ , m = 4.512 e-4 kg, ρ = 3650 kg / m ³ , m _{oxide layer} 2.13 e-5 kg, V _{Oxide layer} = 2.56 e-8 m ³ , M _{Estimation without porosity} = 4.452 e-5 kg, porosity = 50%, Calculated adsorption = 12.8 μl

Es ist einsichtig, dass für andere Drähte andere Bedingungen gelten würden. Beispielsweise für einen Draht mit einem Durchmesser von 0,1 mm R_berechnet 61 Ω/m. Ein solcher Draht mit einer Länge von 6,5 cm wird dann einen Widerstand von 4 Ω haben. Mit einer Oxiddicke von 100 μm wird eine Menge von 1,3 μl adsorbiert. 150 μm ergeben 3,1 μl und 200 μm ergeben 5,4 μl.It is clear that other conditions would apply to other wires. For example, for a wire with a diameter of 0.1 mm R _calculates 61 Ω / m. Such a wire with a length of 6.5 cm will then have a resistance of 4 Ω. With an oxide thickness of 100 microns, an amount of 1.3 ul is adsorbed. 150 μm gives 3.1 μl and 200 μm gives 5.4 μl.

Die Versuche illustrieren die Herstellungsmöglichkeiten des Heizelements für das System gemäß der vorliegenden Erfindung.The experiments illustrate the manufacturing possibilities of the heating element for the system according to the present invention.

Es wurden weitere Versuche durchgeführt, um andere Konfigurationen für den Heizer hervorzubringen. In einem solchen weiteren Versuch wurde ein Metallfolie, vorzugsweise eine Aluminiumfolie, als Ausgangsmaterial verwendet, auf das eine poröse Metall-(Aluminium-)Oxidschicht angebracht wurde, vorzugsweise in einer Plasmaelektrolysekammer, die bereits beschrieben wurde. Tabelle 3 zeigt Messwerte der plasmaelektrolytischen Oxidation mit konstantem Strom bei 5 Ampere während 9 Minuten. Aluminiumfolie mit einer Dicke von 13 μm wurde oxidiert, woraus sich eine Dicke von Aluminium-Oxid von 13 μm ergab; Tabelle 4 zeigt die Reproduzierbarkeit des Prozesses. Beide Tabellen zeigen Spannung, Strom, Temperatur des Elektrolyten beim Eintritt in die Plasmaoxidationskammer (Tein) und beim Austritt aus der Plasmaoxidationskammer (Taus) für einen konstanten Strom von 5 A. Tabelle 3 t [min.] Spannung Strom [A] Tein ] Taus ] 0.167 434 5 0.5 447 5 1 461 5 2 476 5 10.1 18.8 4 487 5 10.9 20.4 6 499 5 11.3 21.4 9 515 5 Tabelle 4 t [min.] Spannung [V] Strom [A] T [°C] Taus [°C] 0,167 435 5 0,5 448 5 1 460 5 2 474 5 11,3 19,7 4 488 5 6 495 5 8 505 5 Further attempts have been made to produce other configurations for the heater. In such a further experiment, a metal foil, preferably an aluminum foil, was used as the starting material on which a porous metal (aluminum) oxide layer was applied, preferably in a plasma electrolysis chamber which has already been described. Table 3 shows measured values of constant current plasma electrolytic oxidation at 5 amperes for 9 minutes. Aluminum foil having a thickness of 13 μm was oxidized, resulting in a thickness of aluminum oxide of 13 μm; Table 4 shows the reproducibility of the process. Both tables show voltage, current, temperature of the electrolyte entering the plasma oxidation chamber (Tein) and exiting the plasma oxidation chamber (Taus) for a constant current of 5 A. Table 3 t [min.] tension Current [A] Tein] Dew] 0167 434 5 0.5 447 5 1 461 5 2 476 5 10.1 18.8 4 487 5 10.9 20.4 6 499 5 11.3 21.4 9 515 5 Table 4 t [min.] Voltage [V] Current [A] T [° C] Dew [° C] 0.167 435 5 0.5 448 5 1 460 5 2 474 5 11.3 19.7 4 488 5 6 495 5 8th 505 5

Tabelle 5 zeigt die Spannung und den Strom für die plasmaelektrolytische Oxidation von Aluminiumfolie bei einem konstanten Strom von 2 A. Das Ergebnis war eine 13 μm dicke Aluminiumoxidschicht. Tabelle 5: Spannung und Strom bei der plasmaelektrolytischen Oxidation mit einem konstanten Strom von 2 A. t [min.] Spannung [V] Strom [A] 1 380 2 2 415 2 3 429 2 4 437 2 5 443 2 6 448 2 7 452 2 Table 5 shows the voltage and current for the plasma electrolytic oxidation of aluminum foil at a constant current of 2 A. The result was a 13 μm thick aluminum oxide layer. Table 5: Voltage and current in the plasma electrolytic oxidation with a constant current of 2 A. t [min.] Voltage [V] Current [A] 1 380 2 2 415 2 3 429 2 4 437 2 5 443 2 6 448 2 7 452 2

Tabelle 6 zeigt die Spannung und den Strom für die plasmaelektrolytische Oxidation von Aluminiumfolie mit Impulskonstantstrom von 1 kHz bei 5 Ampere. Tabelle 6: Spannung und Strom bei Impulskonstantstrom von 1 kHz. T [min]. Spannung [V] Strom [A] 0,167 470 5 0,5 485 5 1 491 5 2 502 5 4 514 5 6 523 5 Table 6 shows the voltage and current for the plasma electrolytic oxidation of aluminum foil with pulse constant current of 1 kHz at 5 amps. Table 6: Voltage and current at 1 kHz pulse constant current. T [min]. Voltage [V] Current [A] 0.167 470 5 0.5 485 5 1 491 5 2 502 5 4 514 5 6 523 5

In einem weiteren Versuch wurde die plasmaelektrolytische Oxidation dazu benutzt, eine poröse, flexible und elastische Keramikschicht von > 70 μm auf Titanfolie anzubringen. Die plasmaelektrolytische Oxidation bringt eine Titanoxid-Schicht auf, die als keramisch bekannt ist (TiO₂). Der Elektrolyt wurde verwendet mit 8 g/l Na₂SiO₃·5H₂O (Natrium-Metasilikat-Pentahydrat) und 15 g/l (NaPO₃)₆ (Natrium-Hexametaphosphat). Der Elektrolyt wird in die Reaktionskammer gepumpt, um als Elektrolyt und als Kühlmittel zu dienen. Es wurde Titanfolie aus Titan Grad 2 mit einer Dicke von 124 μm verwendet. Während des Herstellungsprozesses nimmt die Spannung in Abhängigkeit von der Zeit zu. Diese Zunahme bedeutet einen erhöhten Widerstand und ist möglicherweise erklärbar durch das Wachstum der Titanoxid-(TiOx-)Schicht. Eine dickere TiOx-Schicht wirkt als Isolierschicht zwischen dem Metall und dem Elektrolyten. Die daraus hervorgehende zeitabhängige Spannungsentwicklung ist Tabelle 7 zu entnehmen. Tabelle 7: Spannung und Strom in Abhängigkeit von der Zeit zur Erzeugung einer Keramikschicht auf Titanfolie mittels plasmaelektrolytischer Oxidation Time [min.] Spannung [V] Strom [A] 0,166667 435 6 0,5 510 6 1 540 6 2 551 6 3 553 6 4 554 6 5 556 6 6 556 6 7 557 6 10 557 6 In another experiment, the plasma electrolytic oxidation was used to attach a porous, flexible and elastic ceramic layer of> 70 μm to titanium foil. The plasma electrolytic oxidation deposits a titanium oxide layer known as ceramic (TiO ₂ ). The electrolyte was used with 8 g / l Na ₂ SiO ₃ .5H ₂ O (sodium metasilicate pentahydrate) and 15 g / l (NaPO ₃ ) ₆ (sodium hexametaphosphate). The electrolyte is pumped into the reaction chamber to serve as electrolyte and as coolant. Titanium foil of grade 2 titanium with a thickness of 124 μm was used. During the manufacturing process, the voltage increases as a function of time. This increase means increased resistance and may be explained by the growth of the titanium oxide (TiOx) layer. A thicker TiOx layer acts as an insulating layer between the metal and the electrolyte. The resulting time-dependent voltage development is shown in Table 7. Table 7: Voltage and current as a function of time for producing a ceramic layer on titanium foil by means of plasma electrolytic oxidation Time [min.] Voltage [V] Current [A] 0.166667 435 6 0.5 510 6 1 540 6 2 551 6 3 553 6 4 554 6 5 556 6 6 556 6 7 557 6 10 557 6

Die resultierende Folienstruktur kann mit Hilfe elektrochemischen Abtragens weiter verarbeitet werden. Beispielsweise können mit Hilfe der Auflösung von Titan Grad 2 perfekt rechtwinklig geformte Kanäle hergestellt werden. Mit Hilfe des elektrochemischen Abtragens (ECM) wird das Titan Grad 2 auf sehr beherrschte Weise punktuell aufgelöst, bis die Keramikschicht erreicht wird. Als Endergebnis müssen genau definierte Kanäle mit rechtwinkligen Kanten und ohne Rückstand an der Oberseite der Keramikschicht entstehen. Der ECM-Prozess wird verwendet mit einer Kathode mit der umgekehrten Form des Produkts, die auf der Oberseite einer als Anode dienenden Titanplatte angeordnet wird. Es wird ein Potenzial zwischen der Kathode und der Anode angelegt, wodurch die Anode sich auflöst. Die Elektrolytkonzentration beträgt 5 M NaNO₃. Die Stromdichte kann variiert werden von 20–150 A/cm². Die besten Ergebnisse wurden erzielt mit Stromdichten von > 60 A/cm². Der Strom wird im Impulsbetrieb betrieben, wobei die Strom-Ein-/Ausschaltdauer variiert werden kann. Die besten Ergebnisse wurden erzielt mit einem Ein-/Aus-Verhältnis von 16–80 und Impuls (ein) 0,05 bis 10 ms und Impuls (aus) von 1 ms bis 160 ms. Dieser zusätzliche Verarbeitungsschritt kann auch für andere Konfigurationen für den Heizer angewendet werden.The resulting film structure can be further processed by means of electrochemical removal. For example, with the help of the resolution of Titan Grade 2 perfectly rectangular shaped channels can be made. With the help of electrochemical removal (ECM), the titanium grade 2 is dissolved in a very controlled manner at certain points until the ceramic layer is reached. As a result, well-defined channels with right-angled edges and no residue at the top of the ceramic layer must be created. The ECM process is used with a reversed-shape cathode of the product placed on top of a titanium plate serving as an anode. A potential is applied between the cathode and the anode, causing the anode to dissolve. The electrolyte concentration is 5 M NaNO ₃ . The current density can be varied from 20-150 A / cm ² . The best results were achieved with current densities of> 60 A / cm ² . The current is operated in pulsed mode, whereby the current on / off time can be varied. The best results were achieved with an on / off ratio of 16-80 and pulse (on) 0.05 to 10 ms and pulse (off) of 1 ms to 160 ms. This additional processing step can also be applied to other configurations for the heater.

In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform ist das Heizelement aus einem Titandraht hergestellt, oder weniger vorzugsweise aus NiCr-Draht. zeigt den Widerstand eines elektrischen Heizelements in Abhängigkeit von der Temperatur für beide Materialien. Wie bereits erwähnt, ist die Verwendung von Titan für das Heizelement vorteilhaft.In a presently preferred embodiment, the heating element is made of a titanium wire, or less preferably NiCr wire. shows the resistance of an electric heating element as a function of the temperature for both materials. As already mentioned, the use of titanium for the heating element is advantageous.

Die oben beschriebenen Versuche illustrieren die Möglichkeit zur Herstellung der verschiedenen Konfigurationen des Heizelements und zur Umsetzung einer solchen Konfiguration, beispielsweise in einer E-Zigarette.The experiments described above illustrate the possibility of producing the various configurations of the heating element and implementing such a configuration, for example in an e-cigarette.

Die vorliegende Erfindung ist in keiner Weise beschränkt auf ihre oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen. Die nachgesuchten Schutzrechte werden definiert durch die folgenden Ansprüche, in deren Umfang zahlreiche Abänderungen vorstellbar sind.The present invention is in no way limited to its preferred embodiments described above. The requested property rights are defined by the following claims, in the scope of which numerous amendments are conceivable.

Claims (14)

Ein persönliches elektronisches Abgabesystem, welches aufweist: – ein Gehäuse, welches ein erstes Ende mit einer Eintrittsöffnung und ein zweites Ende mit einer Austrittsöffnung aufweist; – einen Fluidpfad, der sich im Wesentlichen zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung befindet; – ein Zwischenspeicher zur Aufnahme eines Abgabefluids, und Verbindungsmittel, die dazu konfiguriert sind, ein Abgabefluid an den Fluidpfad abzugeben und – ein in dem Fluidpfad oder in der Nähe desselben angebrachter Heizer, der dazu konfiguriert ist, das Abgabefluid so zu erhitzen, dass zumindest ein Teil des Abgabefluids im Fluidpfad zerstäubt und/oder verdampft wird, und eine Energiequelle, die dazu konfiguriert ist, den Heizer mit Energie zu versorgen; wobei der Heizer einen Leiter und eine poröse Keramikschicht aufweist, die dazu konfiguriert ist, die Zerstäubung und/oder Verdampfung zu kontrollieren.A personal electronic dispensing system comprising: A housing having a first end with an inlet opening and a second end with an outlet opening; A fluid path located substantially between the inlet and the outlet; - A buffer for receiving a discharge fluid, and connecting means, which are configured to deliver a discharge fluid to the fluid path and A heater mounted in or near the fluid path configured to heat the dispensing fluid such that at least a portion of the dispensing fluid in the fluid path is atomized and / or vaporized, and a power source configured to control the heater to provide energy; wherein the heater comprises a conductor and a porous ceramic layer configured to control the atomization and / or evaporation. System gemäß Anspruch 1, wobei die Keramikschicht mittels Plasmaoxidation auf oder bei dem Leiter angebracht wird;The system of claim 1, wherein the ceramic layer is applied by plasma oxidation on or at the conductor; System gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Keramikschicht eine Dicke im Bereich von 5–300 μm, vorzugsweise 10–200 μm, mehr vorzugsweise 50–150 μm und am meisten vorzugsweise ungefähr 100 μm aufweist.A system according to claim 1 or 2, wherein the ceramic layer has a thickness in the range of 5-300 μm, preferably 10-200 μm, more preferably 50-150 μm, and most preferably about 100 μm. System gemäß einem oder mehreren der obigen Ansprüche, wobei der Heizer ein Valve-Metall aufweist, vorzugsweise Titan.A system according to one or more of the preceding claims, wherein the heater comprises a valve metal, preferably titanium. System gemäß einem oder mehreren der obigen Ansprüche, wobei der Heizer einen spiralförmigen Metalldraht als Leiter aufweist, wobei der Draht mit der Keramikschicht ausgestattet ist.A system according to one or more of the preceding claims, wherein the heater comprises a helical metal wire as a conductor, the wire being provided with the ceramic layer. System gemäß Anspruch 5, wobei der spiralförmige Heizer eine Mittelachse aufweist, die im Wesentlichen in einer Längsrichtung des Fluidpfads angeordnet ist.The system of claim 5, wherein the helical heater has a central axis disposed substantially in a longitudinal direction of the fluid path. System gemäß einem oder mehreren der obigen Ansprüche, wobei die Keramikschicht mit einer solchen Porosität ausgeführt ist, dass das Abgabefluid aus dem Zwischenspeicher in die Nähe des Leiters befördert wird.A system according to one or more of the preceding claims, wherein the ceramic layer is designed with a porosity such that the dispensing fluid is conveyed from the buffer to the vicinity of the conductor. System gemäß einem oder mehreren der obigen Ansprüche, wobei die Keramikschicht eine Porosität im Bereich von 10–80% aufweist, vorzugsweise 15–50%, mehr vorzugsweise 20–30% und die Porosität am meisten vorzugsweise bei ungefähr 25% liegt.System according to one or more of the preceding claims, wherein the ceramic layer has a porosity in the range of 10-80%, preferably 15-50%, more preferably 20-30% and the porosity most preferably about 25%. System gemäß einem oder mehreren der obigen Ansprüche, wobei der Zwischenspeicher im Wesentlichen von dem Heizer umgeben wird, wobei der Zwischenspeicher mit Öffnungen ausgestattet ist, die dazu konfiguriert sind, das Abgabefluid zum Heizer zu befördern.The system according to one or more of the preceding claims, wherein the buffer is substantially surrounded by the heater, the buffer having apertures configured to convey the discharge fluid to the heater. System gemäß Anspruch 9, wobei die Öffnungen so konfiguriert sind, dass es möglich wird, dass das Abgabefluid von einem Venturi-Effekt zum Heizer befördert wird.The system of claim 9, wherein the apertures are configured to allow the dispensing fluid to be conveyed by a venturi effect to the heater. System gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei die Öffnungen sich in einer Nut befinden.A system according to claim 9 or 10, wherein the openings are in a groove. System gemäß einem oder mehreren der obigen Ansprüche, das weiterhin einen Leistungs- und/oder Stromsteigerungskreis aufweist, der dazu konfiguriert ist, eine Leistungs- und/oder Stromsteigerung herbeizuführen, wenn der Heizer eingeschaltet wird. A system according to one or more of the preceding claims, further comprising a power and / or current boosting circuit configured to provide a power and / or power boost when the heater is turned on. System gemäß Anspruch 12, wobei der Kreis einen Super-Kondensator aufweist.The system of claim 12, wherein the circuit comprises a super capacitor. System gemäß Anspruch 13, wobei der Super-Kondensator an einen Ladestecker angeschlossen ist, der dazu konfiguriert ist, den Super-Kondensator zur Aufladung an eine externe Stromquelle anzuschließen.The system of claim 13, wherein the super capacitor is connected to a charging connector configured to connect the super capacitor to an external power source for charging.

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