JP6875520B2 - 吸入器用の蒸発器ユニット及び蒸発器ユニットを制御するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、気化基体を有する吸入器のための蒸発器ユニットであって、この気化基体が、１つの流入側と、１つの流出側と、複数のマイクロチャネルと、１つの基板と、前記複数のマイクロチャネルを経て運ばれた液体を蒸発させるための抵抗加熱要素とを備える当該蒸発器ユニットに関する。

ウイックコイルの原理に基づいて組み立てる現在の電子タバコは、特許文献１に一例として記載されているように、いくつかの欠点を有している。第一に、液体の気化及び液体のドーズは、互いに分離されていない。第二に、蒸気量と加熱温度は、直接の関連があり、即ち高蒸気量は、高い加熱容量若しくは蒸発器温度が原因である。第三に、局所的な液体加熱及び液体有害物質発生の危険を伴う蒸発器の領域において／領域内で不均一の温度範囲になる。第四に、それぞれ個別の気化プロセス若しくはタバコを吹かすか吸い込みかの間の液体構成要素の濃度変化になるため、蒸発器領域内での芯の表面／螺旋部の表面に隣接する温度は、芯の中心温度から外れる。この濃度変化は、その上液体保存部にある液体の組成の漸次変化のほかにも行われる。即ち放出される活性物質量もまた均一でなく、吸い込みから吸い込みへと変化する。

特許文献２で既知の蒸発器ユニットは、一部分に形成されている基板内とキャップの片方の部分にマイクロ穿孔を付けた毛細管マイクロチャネル及び液体保存部と蒸発器空間からなる基板から形成されている気化基体を有し、平面的に広がるＭＥＭＳベースの加熱器が、基板に配置されている。液体保存部と蒸発器空間の間に延在する薄膜被覆方法で形成された毛管マイクロチャネルは、輸送要素としての弁を設け、薄膜被覆層に対して平行に基板の長手方向延長部に対して各々配置されている。使用時には、液体は、蒸発器空間の流入側に対して毛管マイクロチャネルを経て流体貯蔵部から毛管力という条件で運ばれ、ＭＥＭＳベースの加熱器の蒸発器空間で蒸発し、及び蒸発器空間の流出側にマイクロ穿孔を含むキャップを経て排出される。平面的に広がるＭＥＭＳベースの加熱器は、限定範囲でしか液体を蒸発することができず、その後、これに関して達成可能な蒸発機能は比較的に低い。基板内の蒸発器空間と液体貯蔵部を含む構造は複雑であり、比較的大きな空間を必要とする。基板内に形成されたキャップを含む部分的な毛管マイクロチャネルの覆いは、密閉の問題を引き起こすだけでなく、毛管マイクロチャネルの間でさえも、同様に製造コストが増大する。

特許文献３で既知の蒸発器ユニットは、プリント回路基板と回路基板上に配置されＭＥＭＳ蒸発器チップとして形成された気化基体とハウジング部分とから組み立てられている。保存空間に残留した液体のためのＭＥＭＳ蒸発器チップを担持する回路基板がハウジング縁部の端部を含むハウジング部分に組み込まれているＭＥＭＳ蒸発器チップは、薄膜技術の多層膜で組み立てられているシリコン基板から出ており、毛細管と薄膜によって覆われたマイクロチャネル装置と抵抗加熱器と抵抗温度センサとを含み、薄膜は薄膜のマイクロチャネル装置の回避される側上に配置されており、マイクロチャネル装置の断片は覆われる。マイクロチャネル装置のマイクロチャネルは、薄膜に対して平行にその長手方向軸に配置されており、シリコン基板内の一部分に対して及び別の一部分に対して薄膜の形態のキャップによっても形成されている。マイクロチャネル装置の双方の端部には、空洞は気化流出空間としてそれぞれ空洞が形成されており、及びもう片方の空洞はハウジング部分の内壁と協働する保存空間として又は液体のための液体保存部として使用する。使用中には、液体は毛細管現象下でマイクロチャネル装置に連続して運ばれ、抵抗加熱器を用いて蒸発される。その後、液体運搬と液体蒸発は互いに分離して制御可能ではなく、互いに依存している。これは、蒸発の精密な制御又は原則を妨げる。チャンネル内部および液体から薄膜上の外側に間隔を置いて配置された全体的な抵抗加熱器は、限定範囲でしか液体を蒸発することができない。その後、これに関して達成可能な蒸発機能は比較的低い。この構造は熱的に不活性であり、複数層とで複雑である。基板に部分的に形成された、最初は開いた溝状のマイクロチャネルの膜での被覆は、マイクロチャネル間でさえも、それに関するシーリングの問題、ならびに製造コストの上昇をもたらす。

米国特許出願公開第２０１６／００２１９３０号明細書 米国特許出願公開第２０１６／０２６２４５４号明細書 米国特許出願公開第２０１６／０００７６５３号明細書

本発明の課題は、既知の蒸発器ユニットを様々な点で改良することで、特に蒸発器ユニットを向上させること、構造の複雑さを減らすこと、空間を狭くすること及び／又はシーリングの問題を減らすことであり、並びに簡単で信頼性があり再現可能な動作をする吸入器のための蒸発器ユニットを提供することである。その際、上記の欠点を克服し、所望の特性を有する蒸気量は、量及び組成などに従って提供することができ、適合した制御方法を示すことができる。

本発明の課題は、請求項１に記載の：
気化基体（６０）を有する吸入器のための蒸発器ユニット（２０）であって、この気化基体（６０）が、１つの流入側（６１）と、１つの流出側（６４）と、複数のマイクロチャネル（６２）と、１つの基板（６３）と、前記複数のマイクロチャネル（６２）を経て運ばれた液体を蒸発させるための抵抗加熱要素（６５）とを備える当該蒸発器ユニット（２０）において、
―前記複数のマイクロチャネル（６２）がそれぞれ、前記流入側（６１）から前記流出側（６４）まで前記基板（６３）を通って延在し、
―前記基板（６３）が、導電性であり、
―前記抵抗加熱要素（６５）が、前記基板（６３）から形成されていることによって解決される。

本発明によれば、抵抗加熱要素は、加熱電流が基板自体に直接流れるように基板から形成されている。従来技術とは対照的に、加熱電圧は基板自体に印加される。加熱された基板は、マイクロチャネルに含有する液体を直接蒸発させることができる。液体へのこの即時の熱伝達は、個別の金属加熱要素を用いた既知の加熱として、著しく効果的で早い。

好ましくは、マイクロチャネルはそれぞれ周方向において基板に囲まれている。その方法に応じて、効果的な蒸発をコンパクトな構造方式で保証し得る。マイクロチャネルは、簡単な方法で、ある意味最適な可変の全周面加熱器を提供し得、及びシーリングの問題の原因となる被覆は、既知の気化基体に利用される場合と同様に回避される。

好ましくは、マイクロチャネルを通る液体の流れを制御する流れ制御装置が、基板の流入側に設けられている。この流れ制御装置は、蒸発する液体の正確なドーズを蒸発体のマイクロチャネルで可能とする。それに加えて、吸い込みにつき一定のエアロゾル品質、特に蒸気組成と液滴スペクトルとが保証され、及び不均一な構成要素の蒸発のために液体保存部への反応は十分に防止され得る。マイクロチャネルは、液体の正確な量定の部分に満たすことができる。該部分は、マイクロチャネル内で逆流防止を維持し、部分的に正確な完全蒸発のために提供され得る。流れ制御装置は、例えば、一つ若しくは複数のポンプ及び／又は一つ若しくは複数の弁の形状で形成され得る。

有利な実施形態では、流れ制御装置は、流れ制御層を経て延在する貫通孔を有する流れ制御層である。この場合、特に有利には、液体と一つ又は各貫通孔の内壁との間の接触角が、電圧源を用いて発生可能な電圧、若しくは電圧から発生可能な電場の印加を経て可変である。これによって、有利には貫通孔を経た流れは可変であり、特に停止可能であり及び／又は、特に電圧の低下若しくはスイッチを切ることで解除可能である。このようにして、マイクロチャネル内の液体の一部の正確な搬送と測定、及び逆流防止と部分的に正確かつ完全な蒸発を実現することができる。この場合、好ましくは電気的の濡れ効果（電気濡れ）が利用される。

有利には、絶縁層を貫通して延在する貫通開口部を有する絶縁層は、流れ制御層と基板の間に設けられている。このようにして、液体保存部内若しくは流れ制御層内と局所流入孔内での液体の意図しない気化を効果的に防止され得る。同様に、流体保存部内での望ましくない熱伝達は回避される。言い換えれば基板内への入熱は最適化され、及び基板での望ましくない加熱又は完全な蒸発は、上流の液体を含む部分で確実に防止し得る。特に有利には、利用可能な液体混合物に適合された電圧曲線Ｕｈ（ｔ）が情報メモリに保存されている。高電圧曲線Ｕｈ（ｔ）は、利用可能な液体混合物に適合されて設定されており、及び基板の加熱温度は、それぞれの液体混合物の正確で既知の蒸発の運動に従い、蒸発プロセスを介して制御され得る。このようにして、液体の最適な蒸発は、適合されたそれらの成分を確保し得、及び望ましくない分解生成物の発生を確実に防止し得る。

加熱温度は、一時的に蒸発プロセスを介して高周波で制御され得又は調節され得る。

本発明の更なる態様によれば、前述の蒸発器ユニットを制御する方法が提供される。この場合有利には、高電圧曲線Ｕｈ（ｔ）は、利用可能な液体混合物に適合し設定され、及び従って、基板の加熱温度がそれぞれの液体混合物の蒸発運動に基づいた気化プロセスについて一時的に制御される。このようにして、液体の最適な蒸発は、適合されたそれらの成分を確保し得、及び望ましくない分解生成物の発生を確実に防止し得る。このように構成された蒸発体で、液体に基板からの熱流入を最適化し得る。液体とマイクロチャネルの壁との間の境界層の構成は、熱伝達を妨げ得、又は局所的な加熱の危険を示す蒸気の泡の形状の状態で確実に減少し得る。蒸発を介してその時限りで調整された一定の温度を有する既知の気化基体のための既知の操作の場合には、高沸点成分の蒸発に応じた一定の温度に設定され及び調整される。その液体の完全な蒸発に関して確保することは、最高温度を適用する場合に、低沸点成分がいいずれにしても蒸発する結果になる。

既知の動作モードは、多成分で存在する液体の気化気泡のそれぞれの低沸点成分自体危険をはらんでおり、及びそれと同時にマイクロチャネルの壁との間に境界層を形成するために入熱を妨げ得る。蒸発器ユニットの温度を制御することのために、この既知の方法からの転換には提案された方法を含み、特にその更なる実施形態において境界層形成を最小限に抑えること及び最適な入熱が達成され得る。

この場合、異なる温度の場合の個々の蒸発ステップの期間及び／又は液体の個々の部分の個々の成分の蒸発は非常に短く保ち得、及び／又は消費者による段階的な蒸発は認識されておらず、それでも大部分が均質であることは駆動周波数で達成でき、再現可能で正確なエアロゾル形成を保証し得る。特に、有利には、第１の温度Ａで第１の蒸発間隔内で液体の低沸点成分を蒸発させ、及び次いで温度Ａを超える第２の温度Ｂで第２の蒸発間隔内で液体の高沸点成分を蒸発させることである。

好ましくは、気化基体６０内に運ばれている液体の一部の蒸発は、１Ｈｚ〜５０ｋＨｚの範囲内、好ましくは３０Ｈｚ〜３０ｋＨｚの範囲内、特に好ましくは１００〜２５ｋＨｚの範囲内で段階的に基板６３の加熱の駆動周波数で生じる。

添付の図面を参照し、好ましい実施形態に基づいて本発明を以下に説明する。

本発明の一実施形態における電子タバコ製品の断面図である。 電子タバコ製品のためのカートリッジの断面図である。 蒸発器ユニットの斜視図である。 図３に従った気化プロセスの異なる様態の蒸発器ユニットである。 図３に従った気化プロセスの異なる様態の蒸発器ユニットである。 図３に従った気化プロセスの異なる様態の蒸発器ユニットである。 図３に従った気化プロセスの異なる様態の蒸発器ユニットである。 図３に従った気化プロセスの異なる様態の蒸発器ユニットである。

電子タバコ製品１０は、基本的には棒状又は円柱状のハウジング１１を含む。ハウジング１１には、空気チャネル３０が少なくとも一つの空気流入開口部３１とタバコ製品１０の吸い口３２の間に設けられている。たばこ製品１０の吸い口３２はその端部を示し、消費者は端部に接して吸入の目的で吸引し、及び陰圧のたばこ製品１０によって作用し、及び空気流路３０の空気の流れ３４が発生する。少なくとも一つの空気流入開口部３１は、ハウジング１１の被覆側に配置され得る。追加の又は選択的に少なくとも一つの空気流入開口部３１Ａは、たばこ製品１０の離れた端部３３に配置され得る。たばこ製品１０の離れた端部３３は、吸い口３２にたばこ製品１０の反対の端部を示す。

一つ又は双方の空気流入部３１、３１Ａに続いて空気の流れ３４の空気経路には、有利には空気加熱装置３７が、流入する空気の加熱若しくは予備加熱のために配置されている。これによって、エアロゾル形成は最前の状態にできる。空気加熱装置３７は、例えば隣接した電力供給ユニット１４に配置され得、及び／又はハウジング１１の被覆内側周りの周方向に配備する。

空気流入開口部３１を経て吸入される空気は、空気チャネル３０に、必要があれば接点若しくは分離面５７を介して蒸発器ユニット２０へ導かれる。蒸発器ユニット２０は、液体保存部１８から液体５０を追加部４０として、霧／エアロゾルのような小さい液滴の形態及び／又は蒸気の形で空気流３４内に供給する。液体保存部１８の有利な容積は、０．１〜５ｍｌ、とりわけ０．５〜３ｍｌ、更にとりわけ０．７〜２ｍｌ又は１．５ｍｌの範囲内にある。

たばこ製品１０は、有利にはたばこ製品１０の離れた端部３３に、電力エネルギー貯蔵ユニット１４と電力／電気的ユニット１５を持つ電力供給装置１２を含む。エネルギー貯蔵ユニット１４は、特に、電気化学的使い捨てバッテリー又は再利用可能電気化学蓄電池、例えば、Ｌｉイオン蓄電池となり得る。たばこ製品１０は、有利にはたばこ製品１０の吸い口３２に、液体保存部１８を持つ消費ユニット１７、電気的ユニット１９及び蒸発器ユニット２０を含む。

別々の電気的／電子ユニット１５、１９の代わりに、均一の電気的／電子ユニットとして設けられ得、電力供給装置ユニット１２か又は消費ユニット１７かどちらかに配置され得る。全体のたばこ製品１０の電気的／電子ユニットは、以下に述べるように制御装置２９として特徴づけられる。

ハウジング１１には、有利にはセンサ、例えば圧力センサ又は圧力スイッチもしくは流速スイッチが配置されている。その際、センサから出力されたセンサ信号に基づいた制御装置は、吸い込むことのために消費者の吸い口３２をたばこ製品に引き寄せ、たばこ製品１０の動作状態を固定し得る。この動作状態では、液体保存部１８から液体５０を追加部４０として、霧／エアロゾルのような小さい液滴の形態及び／又は蒸気の形で空気流３４内に供給するために、制御装置２９が蒸発器ユニット２０を装着する。

液体保存部１８に貯蔵されている注入するための液体（即ち、液体の成分混合物）は、例えば、１，２―プロピレングリコール、グリセリン、及び／又は水からの混合物であり、例えばニコチンのような一つ又は複数の香料（フレーバー）及び／又は作用成分が、混合され得る。

消費ユニット１７は、有利には消費者によって交換可能なカートリッジ２１、即ち、使い捨て部分として、実施されている。たばこ製品１０の特にエネルギー消費ユニット１４に含まれている残余は、有利には消費者により再利用可能な基礎部分５６として、即ち、余剰手段部分として実施されている。カートリッジ２１は、消費者によって基礎部分５６と結合可能であり、及び基礎部分５６から取り外し可能に形成されている。即ち、カートリッジ２１と再利用可能な基礎部分５６の間には、分離面若しくは接点５７が形成されている。カートリッジハウジング５８は、たばこ製品１０のハウジング１１の一部分を形成でき得る。

図２を参照する他の場合の実施形態では、消費ユニット１７がカートリッジ２１として実施されており、カートリッジ２１は、消費者を介してたばこ製品１０の再利用可能な基礎部分５６に装填可能であり、及びこのカートリッジから取り出し可能である。カートリッジハウジング５８は、この場合に、たばこ製品１０のハウジングから分離したハウジングである。

カートリッジ２１は、少なくとも液体保存部１８を含む。カートリッジ２１は、図２に示されるように、電気的／電子ユニット１９が含まれ得る。他の場合の実施形態には、電気的／電子ユニット１９が、基礎部分５６の全体又は部分的に固定の備蓄部分である。同じように、蒸発器ユニット２０は、カートリッジ２１の部分又は基礎部分５６に配置され得る。それ故、カートリッジ２１は、多くの実施形態で、基本的にはただ液体保存部１８としてだけ存在し、及び必要であればカートリッジハウジングとして存在し、個々のカートリッジハウジング５８が不要になるようにカートリッジハウジング５８は、選択的に液体保存部１８のハウジングから形成され得る。

カートリッジ２１は、棒状のたばこ製品１０の隣で、他の場合の吸入器、例えば電子パイプ、水タバコ（Ｓｈｉｓｈａ）、他には加熱非燃焼製品、又は医療用の吸入器もまた使用され得る。エネルギー貯蔵部１４は、通例では、カートリッジ２１の一部ではなく、再利用可能な基板部分５６である。

消費ユニット１７若しくはカートリッジ２１は、有利には消費ユニット１７若しくはカートリッジ２１の情報若しくはパラメータ、例えばＥＥＰＲＯＭ、ＲＦＩＤ又は他方で適切な形状としての仕様で保存するための非揮発性の情報メモリ５３（図１参照）を含む。情報メモリ５３は、電気的／電子ユニット１９の部分又は分離したその部分を形成され得る。情報メモリ５３には、有利には内容物即ち、液体保存部１８に保存されている液体の構成物に対する情報が保存されている。そして、プロセスプロファイルに関する情報は、特に性能制御／温度制御；条件モニタリング若しくはシステムテスト、好ましくはリークテストに関するデータ；当該コピープロテクト及び偽造防止、特に広範囲に及ぶ消費ユニット１７若しくはカートリッジ２１の明らかな証明になる身分証明書のデータ；シリアルナンバー、製造日、及び／又は有効期限；及び／又は吸い込み回数（消費者による吸い込み回数の総数）若しくは利用時間である。情報メモリ５３は、有利には、接触及び／又は伝導を介して基板部分５６の制御装置１５と結合されている又は結合可能である。

本発明による蒸発器ユニット２０の有利な実施形態は、図３に示されている。蒸発器ユニット２０は、電気伝導性の材料、好ましくは、シリコン、他の元素をドープしたセラミックス、金属―セラミクス、フィルタ―セラミックス、半導体特にゲルマニウム、グラファイト、半金属及び／又は金属などの上にブロック形状の基板６３を含む気化基体６０を備える。基板６３は複数のマイクロチャネル６２に提供されており、基板６３の流入側６１は、流出側６４と流動的に接合されている。流入側６１は、液体保存部１８と流動的に接合されている。これについては、以下で詳細に説明した。

マイクロチャネル６２の平均の直径は、好ましくは５μｍ〜１００μｍの範囲内にあり、さらに好ましくは、１０μｍ〜５０μｍの範囲内にあり、さらにいっそう好ましくは、２０μｍ〜４０μｍの範囲内にあり、例えば３０μｍである。それらの調整に基づいて、有利には、毛細管現象が発生する。その結果、マイクロチャネル６２内の流入側６１には、マイクロチャネル６２を通って浸潤した液体が上昇するにしたがって、マイクロチャネル６２が液体で充填される。

マイクロチャネル６２の総数は、好ましくは４〜１００個の範囲内にある。このような方法で、基板の熱流入は最善の状態にされ、及び保証される高い気化パフォーマンスと十分に大きい蒸気流出面が実現する。

マイクロチャネル６２は、図３に明示されているように、正方形、三角形、多角形、円形、楕円形、又は他の形状の配列の形状に配置されている。この配列は、行ｓと列ｚを含むマトリックスの形状に形成され得る。その際に、ｓは有利には２〜５０及びさらに有利には３〜２０の範囲内、及び／又はｚは有利には２〜５０及びさらに有利には３〜２０の範囲内にある。このような方法で、効率的で簡単な方法でのマイクロチャネル６２の製造可能な配列は、高い気化パフォーマンスを実現する。

マイクロチャネル６２の断面は正方形、三角形、多角形、円形、楕円形およびほかの形状であり得、及び／又は部分ごとに長手方向で変更し、特に拡大し、縮小し、又は一定のままである。

一つ又は各マイクロチャネル６２の長さは、好ましくは１００〜５００μｍの範囲内、さらに好ましくは１５０〜４００μｍの範囲内、その上さらに好ましくは１８０〜３７０μｍの範囲内及び例えば３００μｍに達する。このような方法で、最適の液体吸収及び部分形成は、マイクロチャネル６２への基板６３の十分に最適な熱流入により実現する。

二つのマイクロチャネル６２の距離は、好ましくはマイクロチャネル６２の流水の横断の少なくとも１．３倍に達する。その際、距離は二つのマイクロチャネル６２の中心軸に関連付けられている。距離は、マイクロチャネル６２の流水の横断の、好ましくは１．５〜５倍、さらに好ましくは２〜４倍に達し得る。このような方法で、基板の最適な熱流入は、マイクロチャネルと十分に安定した配列及びマイクロチャネルの壁厚が実現される。

蒸発器ユニット２０は、好ましくは制御ユニット１９から制御可能な加熱電圧源７１を備えており、加熱電圧源７１は、電極７２を経由して、基板６３の反対で当接する面上でそれらが結合されている。その結果、加熱電圧源７１から発生した電圧Ｕｈは、基板６３を通った電流の流れへ誘導する。基板６３のオーム抵抗に基づき、電流の流れは、基板６３の加熱にひいてはマイクロチャネル６２に含有する液体の気化に合わせて誘導する。このような方法で発生した蒸気及び／又はエアロゾルは、マイクロチャネル６２から流出側６４へ出、及び空気の流れ３４の追加する蒸気４０として混合され、これは図１を参照のこと。より具体的には、消費者の吸引によって引き起こされる空気チャネル３０を通る空気流３４の検出をする場合には、制御装置２９が加熱電圧源７１を駆動させる。その際、自発的な加熱を介して、マイクロチャネル内にまだある液体は、蒸気及び／又はエアロゾル４０の形態でマイクロチャネル６２から移動される。発生した蒸気若しくはエアロゾル４０は、気化基体６０の流出開口部７６のこの外側を通過して流れることによって、選択的に予熱された空気の流れ３４に供給される（図１および図３参照）。

好ましくは、カートリッジ２１の情報メモリ５３内又は基板部分５６の情報メモリ５９内に、利用可能な液体混合物に適合した電圧曲線Ｕｈ（ｔ）が保存される。これにより、利用可能な液体の電圧曲線Ｕｈ（ｔ）を適合して設定する。その結果、ブロック若しくは基板６３の加熱温度、及びそれと同時に毛細管のマイクロチャネル６２の温度も、それぞれの液体の正確な既知の蒸発速度に基づいて、一時的な蒸発プロセスを介して制御され得る。これにより、最適な蒸発結果が達成可能である。蒸発温度は、好ましくは１００℃〜４００℃、さらに好ましくは１５０℃〜３５０℃、その上さらに好ましくは１９０℃〜２９０℃の範囲内にある。

基板６０の流入側６１には、マイクロチャネル６２を通る流体の流れを制御する流れ制御装置６６が設けられている。流れ制御装置６６は、好ましい実施形態には、流れ制御層６９を通って延在する貫通孔６８を含む流れ制御層である。

特に有利には、流れ制御層６６において、液体と貫通孔６８の内壁との間の接触角に影響を与えるための液体に電界が印加可能である。その際に、好ましくは電気的の濡れ効果（電気濡れ）が利用される。この目的のために、蒸発器ユニット２０は、好ましくは制御ユニット１９から制御可能なＥＷ（電気濡れ）電源７４を備え、該電源７４は流量制御層６９の反対側の電極７５を介してこれらと結合されている。その結果、ＥＷ電源７４から発生可能な電圧Ｕｅｗは、貫通孔６８内の液体中の電荷担体の移動を誘導する。このような方法で、液体と貫通孔６８の内壁との間の接触角は、親水性（適切な電圧の印加）と疎水性（無電圧）との間で変化され得る。貫通孔６８内の接触角が親水性に設定されている時、液体保存部１８からの液体は、貫通孔６８内へと毛細管輸送され、及び毛細管の運搬効果に基づいて貫通孔６７内へ、及び更にマイクロチャネル６２内へ上昇し得る。貫通孔６８における接触角が疎水性に設定されている時、液体保存部１８から貫通孔６８を介する貫通孔６７及びマイクロチャネル６２内への液体の上昇は抑制されている。その毛細管の搬送効果が起こらないので、液体は液体保存部１８内に留まる。従って、流れ制御層６９の機能は、貫通孔６８を通る自由な液体流路と貫通孔６８を通る液体流路の遮断との間の切り替えを可能にすることである。従って、流れ制御層６９は、スイッチング層とも呼ばれ得る。上記において、流れ制御層６９は、気化基体６０内のマイクロチャネル６２の充填プロセスを制御するために働く。

流れ制御装層６９は、有利にはＥＷＯＤ層（誘電体上の電気濡れ）と同様に又は追加のＥＷＯＤ層（誘電体上の電気濡れ）として実行され得る。その際に、流入壁の表面は、適切な誘電体を貫通孔６８にコーティングする。そのような誘電体は、有利には自己組成化単分子膜（ＳＡＭ）として形成されており、自己組成化単分子膜を有する流体と流入壁の接触角は、別に又は追加に貫通孔６８に影響をおよぼし得る。

流れ制御装置６９と基板６３の間には、有利には絶縁層７０が、絶縁材料、例えばガラス又はセラミックスとして、絶縁層７０を経て延在する還流開口部６７に設置されている。絶縁層７０は、特に蒸発の間の液体貯蔵部１８内の液体の望ましくない高い加熱及び／又は蒸気形成を防止するために、蒸発部６０を液体貯蔵部１８から断熱するのに役立つ。絶縁層７０は、流れ制御層６９から基板６３を電気的に絶縁するのにも役立ち得る。それによって、蒸発及び／又は加熱は、流れ制御から切り離され得る。貫通開口部６７は、好ましくはマイクロチャネル６２及び／又は貫通孔６８と対応する。その結果、連続するマイクロチャネルが、液体保存部１８から基板６３の流出側６４の流出開口部７６まで作られる。

マイクロチャネル６２、貫通開口部６７及び／又は貫通孔６８は、好ましくはそれらの長手方向軸が層６９、７０を横切るように配置されている。一般に、基板６３及び流れ制御層６９及び／又は絶縁層７０及び／又は少なくとも一つのほかの層によって積層体が形成されている場合、有利にはマイクロチャネル６２の縦軸が、積層体に対して直角に配置されている。このようにして、基板６３からマイクロチャネル６２への最適な入熱を実現し得、及びマイクロチャネル６２はシーリングの問題からほとんど解放される。さらに、積層体の複数又はすべての層は、有利には異なる又は同一の層厚、つまりより好ましくはそれぞれの場合に５００μｍ以下の層厚を有する。このようにして、基板６３からマイクロチャネル６２への最適な入熱を実現し得、及びマイクロチャネル６２はシーリングの問題からほとんど解放される。この場合有利には、気化基体６０が一般的な層厚を備える薄膜層技術を用いたウェハの部分から製造され得る。

マイクロチャネル６２、貫通開口部６７及び／又は貫通孔６８は、等しい又は互いに離れて異なった貫通分離断面を有し得る。マイクロチャネル６２の総数Ｋ１、貫通開口部６７の総数Ｋ２及び／又は貫通孔６８の総数Ｋ３は、互いに離れて区別され得る。特に、Ｋ１はＫ２よりも大きく及び／又はＫ３よりも大きい。Ｋ２はＫ３よりも大きい。マイクロチャネル６２の一群は、特にＫ１以下のグループ数Ｇ１を含み、唯一の貫通開口部６７及び／又は唯一の貫通孔６８を割り当てることができる。その際、その横断面がマイクロチャネル６２の一群の横断面と一致し、それは、特に相当するか又はそれを超える。

このようにして、より少ない数の還流開口部６７を有する複数のマイクロチャネル６２の一群は、選択的に係止及び／又は解放し得、簡単な製造を実現することができる。このようにして、より少ない数の貫通孔６８を有する複数のマイクロチャネル６２の一群は、流体の供給と簡単な製造を実現し得る。図３に示す例示的な実施形態とは対照的に、例えば、３〜１０個のマイクロチャネル６２のグループ番号Ｇ１を有するグループに、共通の還流開口部６７及び／又は共通の貫通孔６８を割り当てることができる。その上還流開口部６７及び／又は貫通孔６８は、３〜１０個のマイクロチャネル６２を覆って係合する。

電気濡れ効果の利用の代わりに、もう一方の流体制御要素と同様、流体制御層６９又は一般的な流れ制御装置６６に、例えば一つ又は複数のスロットル及び／又は一つ又は複数の制御可能な（マイクロ）弁が、設けられている。マイクロチャネル６２、還流開口部６７及び／又は貫通孔６８の毛細管現象が気化基体６０内の液体保存部１８からの十分な流体量の促進に不十分ならば、追加の又は選択的な供給機構を、例えば圧力を介し一つ又は複数の（マイクロ）ポンプ又は以下のように設け得る。

気化ユニット２９は、有利には液体量は１μｌ〜２０μｌ、さらに有利には２μｌ〜１０μｌ、その上さらに有利には３μｌ〜５μｌの範囲内で、消費者の吸い込み毎に通常は４μｌ追加されるように調整されている。有利には気化ユニット２９は、吸い込み毎の液体量に関して調整可能である。

ドーズ／気化の組み合わせは、有利には主に０．０５μｍ〜５マイクロｍの範囲内、好ましくは０．１μｍ〜３μｍの範囲内の直径を持つ液滴が生じるように調整され得る。液滴サイズは、０．０５〜５ＭＭＡＤの間（空気動力学的中央粒子径）、有利には０．１〜３ＭＭＡＤの間、更に有利には０．５〜２ＭＭＡＤ、その上さらに有利には０．７〜１．５ＭＭＡＤ、例えば約１ＭＭＡＤの範囲内で最適であり得る。ＭＭＡＤは、ＥＵ規格に相当し及びμｍで指定される。

その流れ制御装置６６の電圧源７４と気化基体６０の電圧源７１は、別々の制御配列２９と電気的に結合されており、及び互いに離れて別々に駆動され、有利には機能的な切断が、一方で促進／ドーズと他方で気化との間で実現されている。

気化プロセスの経過は、以下に図４Ａから４Ｅに基づいて説明される。

図４Ａに示した初期状態には、電圧源７４が充填プロセスのために圧力を開放し、液体と貫通孔６８の内壁の間の接触角が疎水性である。その結果、液体は貫通孔を経て移動し得ない。

図４Ｂは、充填プロセスを示す。充填プロセスのための電圧源７４は有効であり、液体と貫通孔６８の内壁の間の接触角は親水性である。その結果、液体は、貫通孔６８及び気化部６０のマイクロチャネル６２内の貫通開口部６８を経た毛細管を流れる。

充填プロセスは、すべてのマイクロチャネル６２が気化部６０の流出側６４まで満たされているときに閉じられている（図４Ｃ）。充填状態では運搬効果が終了し、これは流出側６４に到達しても毛細管搬送力はさらに加えられないからである。マイクロチャネル６２は、流れ制御装置６９の適切な駆動を経て同様に部分的に充填され得る。

従って、それぞれ蒸発する量は、形状、特にマイクロチャネル６２の長さ若しくは基板６３の厚さ及び／又は流れ制御装置６９の駆動を経て設定され得る。一般的にマイクロチャネル６２の長さは、平均直径と比べて大きく、特に少なくとも３倍、例えば３〜３０倍の範囲内、好ましくは５〜２０倍の間、例えば１０倍大きい。これによって、本発明は、既知の格子又は格子状部（メッシュと呼ばれる）に対して定義可能である。

一つ若しくは異なった吸入器の異なる厚みの基板６３を含む気化基体６０を、気化プロセス／吸い込みにつき多かれ少なかれ蒸気の発生のために使用する若しくは制御することが考えられる。

次に、充填プロセスにおける気化基体６０のための電圧源７１が有効になる（加熱プロセス，図４Ｄ）。即ち電圧Ｕｈは、基板６３上のマイクロチャネル６２の気化温度を案内される。その結果、気化温度は、使用される液体混合物の個々の気化反応に適合されて設定される。その上、液体に対してチャネル内壁が広い表面のため、局所的な加熱の危険及びこれによる液体有害物質発生を妨げる。

すべての液体が気化されるやいなや、加熱電圧源７１は無効になる。その液体特性及び液体量は、有利には正確に知られており、これらのタイミングは非常に詳細に制御し得る。従って、このような蒸発器ユニット２０のエネルギー吸収は、既知の方法に対して減少され得、その必要な気化エネルギーは、多くのドーズで及びそれと同時に精密に取り入れられ得る。

その気化プロセスの間、流れ制御層６９は無効になる。それは液体保存部１８に残余液体を含む反応がないことであり、即ち、液体保存部１８に濃度変化が生じない。それ故に、気化若しくは作用成分ドーズは、すべての吸い込みを経由して十分に同じであり、液体は常に、同様の組成で気化される。

加熱プロセスの終了後（図４Ｅ）、マイクロチャネル６２は空になる。絶縁層７０の還流開口部６７で残留する可能性のある液体残余は、層６３，６９，７０の厚さ比率を介して構成的に還元され得、若しくは吸い込みにつき蒸発する液体量は相対的に無視可能である。従って、次の気化プロセスを含み、定義された一定の液体組成は図４Ａで再び開始される。

電圧源７１，７４は、有利には適切な駆動周波数、典型的にはＨｚ又はｋＨｚの範囲内で、及び好ましくは１Ｈｚ〜５０ｋＨｚの範囲内、好ましくは３０Ｈｚ〜３０ｋＨｚの範囲内、特に好ましくは１００Ｈｚ〜２５ｋＨｚの範囲内で電気的に駆動する。代替的な実施形態では、電圧源７４のための駆動周波数は、５Ｈｚ〜５０Ｈｚの範囲内、好ましくは１０Ｈｚ〜４０Ｈｚの範囲内にある。

蒸発器ユニット２０は、好ましくはＭＥＭＳ技術に基づいて製造されており、及びそれ故に微小電気機械システムで有利である。

Claims (24)

1. 気化基体（６０）を有する吸入器のための蒸発器ユニット（２０）であって、この気化基体（６０）が、１つの流入側（６１）と、１つの流出側（６４）と、複数のマイクロチャネル（６２）と、１つの基板（６３）と、前記複数のマイクロチャネル（６２）を経て運ばれた液体を蒸発させるための抵抗加熱要素（６５）とを備え、
   ―前記複数のマイクロチャネル（６２）がそれぞれ、前記流入側（６１）から前記流出側（６４）まで前記基板（６３）を通って延在し、
   ―前記基板（６３）が、導電性であり、
   ―前記抵抗加熱要素（６５）が、前記基板（６３）から形成されている、当該蒸発器ユニット（２０）において、
   前記複数のマイクロチャネル（６２）はそれぞれ、前記基板（６３）によって周方向に包囲されおり、前記マイクロチャネル（６２）によって、全周面加熱器が形成されていることを特徴とする蒸発器ユニット（２０）。
2. 前記複数のマイクロチャネル（６２）に通流する液体の流れを制御する流れ制御装置（６６）が、前記基板（６３）の前記流入側（６１）に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蒸発器ユニット。
3. 前記流れ制御装置（６６）は、流れ制御層（６９）を通って延在する複数の貫通孔（６８）を有する前記流れ制御層（６９）であることを特徴とする請求項２に記載の蒸発器ユニット。
4. 液体と一つ又は各貫通孔（６８）の内壁との間の接触角が、電圧源を用いて発生可能な電圧を印加することによって可変であることを特徴とする請求項３に記載の蒸発器ユニット。
5. 絶縁層（７０）を貫通して延在する複数の貫通開口部（６７）を有する絶縁層（７０）は、前記流れ制御層（６９）と前記基板（６３）との間に設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の蒸発器ユニット。
6. 一つ又はそれぞれのマイクロチャネル（６２）の平均直径は、５〜１００μｍ、又は１０〜５０μｍ、又は２０〜４０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の蒸発器ユニット。
7. 前記複数のマイクロチャネル（６２）の数は、４〜１００個の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の蒸発器ユニット。
8. 前記複数のマイクロチャネル（６２）は、アレイ状に、又は行列状に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の蒸発器ユニット。
9. 行の数ｓが、２〜５０行、若しくは３〜２０行の範囲内にあり、及び／又は、列の数ｚが、２〜５０列、若しくは３〜２０列の範囲内にあることを特徴とする請求項８に記載の蒸発器ユニット。
10. 一つ又はそれぞれのマイクロチャネル（６２）の長さは、１００〜５００μｍ、又は１５０〜４００μｍ、又は１８０〜３７０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の蒸発器ユニット。
11. 一つ又はそれぞれのマイクロチャネル（６２）の長さは、前記基板の厚さに相当することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の蒸発器ユニット。
12. 相互に隣接する複数のマイクロチャネル（６２）の中心軸に対する相互に隣接する複数のマイクロチャネル（６２）間の間隔は、１つのマイクロチャネル（６２）の直径の１．３〜５倍の範囲内、又は１．５〜４．５倍の範囲内、又は２〜４倍の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の蒸発器ユニット。
13. 積層体が、前記基板（６３）と前記流れ制御層（６９）及び／又は前記絶縁層（７０）及び／又は少なくとも一つの他の層によって形成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の蒸発器ユニット。
14. 前記マイクロチャネル（６２）の縦軸が、積層体に対して直角に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の蒸発器ユニット。
15. 前記積層体の複数の又はすべての層は、異なる若しくは同一の層厚を有し、又は５００μｍ以下の層厚をそれぞれ有することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の蒸発器ユニット。
16. 使用される液体混合物に適合された電圧曲線Ｕｈ（ｔ）が、前記蒸発器ユニット（２０）のデータメモリ（５３；５９）内に格納されていることを特徴とするデータメモリ（５３；５９）を含む請求項１〜１５に記載の蒸発器ユニット。
17. 前記蒸発器ユニット（２０）は、単一の微小電気機械システムであることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の蒸発器ユニット。
18. マイクロチャネル（６２）の総数Ｋ１、貫通開口部（６７）の総数Ｋ２及び／又は貫通孔（６８）の総数Ｋ３は相違すること、及び／又は、ただ一つの貫通開口部（６７）及び／又はただ一つの貫通孔（６８）が、Ｋ１個以下のグループ総数Ｇ１を有する一群のマイクロチャネル（６２）に割り当てられていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載の蒸発器ユニット。
19. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の蒸発器ユニット（２０）を有する吸入器（１０）。
20. 請求項１〜１８記載の蒸発器ユニット（２０）を制御するための方法。
21. 加熱電圧曲線Ｕｈ（ｔ）は、使用される液体混合物に適合されて設定され、基板（６３）の加熱温度が、それぞれの液体混合物の気化特性にしたがって気化工程にわたって時間制御されることを特徴とする請求項２０記載の方法。
22. 一部の液体が、気化基体（６０）に送られ、複数のマイクロチャネル（６２）が、流入側（６１）から流出側（６４）まで延在するこれらのマイクロチャネルの長さにわたって、前記液体の一部の一部分を有するこれらのマイクロチャネルの数に応じて液体で充填され、前記流入側（６１）で十分に閉鎖され、前記流体の一部が、電圧を基板（６３）に印加することによって気化され、
    蒸気が、前記流出側（６４）で流出し、当該気化が、経時時間にわたって且つ異なって設定された温度によって段階的に実行されることを特徴とする請求項２０又は２１記載の方法。
23. 最初に、前記液体の容易に沸騰する成分が、第１の温度Ａによって第１の気化間隔内に気化され、次いで、前記液体のより高い温度で沸騰する成分が、第２の気化間隔内に前記温度Ａを超える第２の温度Ｂによって気化されることを特徴とした請求項２２記載の方法。
24. 気化基体（６０）内に送られている一部の液体が、１Ｈｚ〜５０ｋＨｚの範囲内の、又は３０Ｈｚ〜３０ｋＨｚの範囲内の、又は１００Ｈｚ〜２５ｋＨｚの範囲内の、前記基板（６３）を加熱する駆動周波数で段階に気化されることを特徴とした請求項２０〜２３記載の方法。

Images