Устройство и способ подачи жидкости в электронной сигарете
Настоящее изобретение относится к области технологий электронных сигарет, и, в частности, оно относится к устройству и способу подачи жидкости в электронной сигарете. Устройство для подачи жидкости в электронной сигарете содержит: пьезоэлектрическую подложку, изолирующую пленку, покрывающую пьезоэлектрическую подложку сверху, первый встречно-гребенчатый преобразователь и второй встречно-гребенчатый преобразователь, камеру для хранения жидкости, канал для потока и отверстие для выхода жидкости. Камера для хранения жидкости снабжена отверстием для входа жидкости. Канал для потока на одном конце выполнен в сообщении с указанной камерой для хранения жидкости и герметизирован, а на другом конце снабжен отверстием для выхода жидкости. Первый встречно-гребенчатый преобразователь и второй встречно-гребенчатый преобразователь прочно установлены на поверхности пьезоэлектрической подложки и расположены между пьезоэлектрической подложкой и изолирующей пленкой. Камера для хранения жидкости, канал для потока и отверстие для выхода жидкости расположены на внешней верхней поверхности указанной изолирующей пленки. Первый встречно-гребенчатый преобразователь расположен снаружи и напротив камеры для хранения жидкости и канала для потока и не находится в контакте с камерой для хранения жидкости. Второй встречно-гребенчатый преобразователь расположен под каналом для потока между камерой для хранения жидкости и отверстием для выхода жидкости. Устройство для подачи жидкости в электронной сигарете характеризуется небольшими габаритами, стабильной и равномерной скоростью подачи табачной жидкости и возможностью регулирования скорости. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к области технологий электронных сигарет, и, в частности, оно относится к устройству и способу подачи жидкости в электронной сигарете.
Предпосылки изобретения
Электронная сигарета представляет собой недавно разработанное изделие, которое служит альтернативой традиционным сигаретам и имеет очень широкие перспективы на рынке. Тем не менее, для удовлетворения требований в отношении более высокой портативности, большого количества дыма, лучшего вкуса и т. д., необходимо решить еще много проблем, среди которых важными являются проблемы, связанные с испарением и подачей табачной жидкости в электронной сигарете. Несмотря на то, что в последние годы внимание к технологиям испарения в электронных сигаретах возросло, по-прежнему существует проблема, которая связана с тем, как разместить в небольшом пространстве такое количество табачной жидкости, которое было бы подходящим для испарения в электронной сигарете, и которая по существу может заключаться в проблеме проектирования миниатюрного насоса.
Существующие устройства для подачи жидкости, такие как пьезоэлектрические, электромагнитные миниатюрные насосы т. п., в основном представляют собой крупные устанавливаемые снаружи устройства с большими габаритами и сложной системой управления, поэтому их область применения обычно ограничена. Для обеспечения удобства переноски электронные сигареты обычно выполнены небольших размеров, поэтому существующие устройства для подачи жидкости в виде миниатюрных насосов совсем не подходят для использования в электронных сигаретах с небольшими размерами. Кроме того, в традиционных электронных сигаретах подача табачной жидкости во время испарения основана на капиллярном эффекте ватного фитиля, и часто возникает проблема, связанная с тем, что из-за неравномерной или недостаточной подачи табачной жидкости происходит обугливание ватного фитиля, в результате чего также происходит образование CO и прочих вредных веществ, что приносит больше вреда. В случае основывания на капиллярном эффекте ватного фитиля происходит пассивное движение жидкости, при этом скорость является нерегулируемой и нестабильной; если скорость движения жидкости меньше, чем скорость испарения, то легко происходит неполное испарение, что влияет на вкус при курении, при этом даже могут образовываться альдегиды и другие вредные компоненты, поэтому существует скрытый риск для здоровья; если скорость движения жидкости больше, чем скорость испарения, то неиспарившаяся табачная жидкость легко загрязняет устройство, что не только вызывает недовольство у курящего, но и сокращает срок службы электронной сигареты.
Настоящее изобретение предложено для решения вышеуказанных проблем.
Суть изобретения
Согласно настоящему изобретению предложено устройство для подачи жидкости в электронной сигарете, предназначенное для применения в небольших и удобных для переноски электронных сигаретах, при этом оно характеризуется стабильной и равномерной скоростью подачи табачной жидкости и возможностью регулирования скорости, а также обеспечивает эффективность испарения.
Технические решения согласно настоящему изобретению следующие:
в первом аспекте настоящего изобретения предложено устройство для подачи жидкости в электронной сигарете, содержащее: пьезоэлектрическую подложку 1, изолирующую пленку 2, покрывающую пьезоэлектрическую подложку 1 сверху, первый встречно-гребенчатый преобразователь 31 и второй встречно-гребенчатый преобразователь 32, камеру 4 для хранения жидкости, канал 5 для потока и отверстие 7 для выхода жидкости;
указанная камера 4 для хранения жидкости снабжена отверстием 6 для входа жидкости; указанный канал 5 для потока на одном конце выполнен в сообщении с указанной камерой 4 для хранения жидкости и герметизирован, а на другом конце снабжен отверстием 7 для выхода жидкости;
указанные первый встречно-гребенчатый преобразователь 31 и второй встречно-гребенчатый преобразователь 32 прочно установлены на поверхности пьезоэлектрической подложки 1 и расположены между пьезоэлектрической подложкой 1 и изолирующей пленкой 2; указанные камера 4 для хранения жидкости, канал 5 для потока и отверстие 7 для выхода жидкости расположены на внешней верхней поверхности указанной изолирующей пленки 2;
указанный первый встречно-гребенчатый преобразователь 31 расположен снаружи и напротив камеры 4 для хранения жидкости и канала 5 для потока и не находится в контакте с камерой 4 для хранения жидкости; указанный второй встречно-гребенчатый преобразователь 32 расположен под каналом 5 для потока между камерой 4 для хранения жидкости и отверстием 7 для выхода жидкости.
В предпочтительном варианте указанные первый встречно-гребенчатый преобразователь 31, камера 4 для хранения жидкости, второй встречно-гребенчатый преобразователь 32, канал 5 для потока и отверстие 7 для выхода жидкости расположены на одной прямой линии.
В предпочтительном варианте толщина указанной изолирующей пленки 2 составляет от 200 нм до 400 нм; ширина указанного канала 5 для потока в 5-11 раз превышает длину волны поверхностных акустических волн указанных первого встречно-гребенчатого преобразователя 31 и второго встречно-гребенчатого преобразователя 32; глубина в 2-5 раз превышает длину волны поверхностных акустических волн; ширина указанного отверстия 7 для выхода жидкости составляет от 1 мм до 10 мм, а высота составляет от 0,1 мм до 1,0 мм.
В предпочтительном варианте входные сигналы, применяемые для указанных первого встречно-гребенчатого преобразователя 31 и второго встречно-гребенчатого преобразователя 32, имеют одинаковую частоту, при этом диапазон их частот составляет от 100 МГц до 400 МГц; и мощность первого встречно-гребенчатого преобразователя 31 составляет не меньше, чем мощность второго встречно-гребенчатого преобразователя 32.
В предпочтительном варианте указанные первый встречно-гребенчатый преобразователь 31 и второй встречно-гребенчатый преобразователь 32 представляют собой вентильные электроды, полученные напылением двух слоев металлической пленки, при этом материал первого слоя металлической пленки представляет собой титан или хром, толщина которого составляет от 30 нм до 100 нм, а материал второго слоя металлической пленки представляет собой алюминий или золото, толщина которого составляет от 100 нм до 300 нм.
В предпочтительном варианте указанная пьезоэлектрическая подложка 1 представляет собой одно или несколько из кварца, кремниевой пластины, которая покрыта пленкой окиси цинка, пьезоэлектрической керамики, ниобата лития или танталата лития, при этом ее толщина составляет от 0,3 мм до 1,5 мм, температурный коэффициент составляет от -100×10-7/°C до -30×10-6/°C, коэффициент электромеханической связи составляет от 3,5% до 8,5%, а скорость распространения поверхностных акустических волн на пьезоэлектрической подложке 1 составляет от 3950 м/с до 4005 м/с; в еще одном предпочтительном варианте указанная пьезоэлектрическая подложка 1 представляет собой материал с Y-срезом, повернутым на угол 128,68° относительно направления распространения волны вдоль оси X, толщина которого составляет 0,5 мм, 1 мм или 1,5 мм, коэффициент электромеханической связи составляет 5,5%, температурный коэффициент составляет -72×10-6/°C, а скорость распространения поверхностных акустических волн на пьезоэлектрической подложке 1 составляет 3985 м/с.
В предпочтительном варианте материал указанной камеры 4 для хранения жидкости и канала для потока представляет собой полидиметилсилоксан.
В предпочтительном варианте также предусмотрен элемент 8 для генерирования радиосигнала, который представляет собой радиочастотный источник питания, диапазон частот которого составляет от 100 МГц до 200 МГц, а диапазон мощности составляет от 0,1 Вт до 1,5 Вт.
В предпочтительном варианте также предусмотрены две группы выводов 9 питания, расположенных снаружи указанной пьезоэлектрической подложки 1, которые предназначены для обеспечения соединения с указанным элементом 8 для генерирования радиосигнала, при этом одна группа выводов 9 питания соединена с первым встречно-гребенчатым преобразователем 31 посредством проводов 10, а другая группа выводов 9 питания посредством проводов 10 соединена со вторым встречно-гребенчатым преобразователем 32.
Во втором аспекте настоящего изобретения предложен способ подачи жидкости в электронной сигарете, применяемый в вышеуказанном устройстве для подачи жидкости в электронной сигарете, который включает следующие этапы, на которых: включают второй встречно-гребенчатый преобразователь, при этом под действием радиосигнала на верхней поверхности пьезоэлектрической подложки возникают поверхностные акустические волны в режиме бегущей волны, которые предотвращают движение табачной жидкости в камере для хранения жидкости в направлении отверстия для выхода жидкости; затем через указанное отверстие для входа жидкости в камеру для хранения жидкости вводят табачную жидкость; после введения табачной жидкости включают первый встречно-гребенчатый преобразователь, при этом под действием радиосигнала на верхней поверхности пьезоэлектрической подложки возникают поверхностные акустические волны в режиме бегущей волны, которые заставляют табачную жидкость в камере для хранения жидкости двигаться в направлении отверстия для выхода жидкости, при этом путем регулирования выходной мощности первого встречно-гребенчатого преобразователя и второго встречно-гребенчатого преобразователя обеспечивают возможность движения табачной жидкости с равномерной скоростью из камеры для хранения жидкости в направлении отверстия для выхода жидкости, чтобы курящий мог курить;
обеспечивают прекращение работы первого встречно-гребенчатого преобразователя, но при этом второй встречно-гребенчатый преобразователь продолжает работать; продолжающий работать второй встречно-гребенчатый преобразователь заставляет табачную жидкость в части канала для потока между вторым встречно-гребенчатым преобразователем и камерой для хранения жидкости течь в направлении камеры для хранения жидкости; после вытекания табачной жидкости в части канала для потока между вторым встречно-гребенчатым преобразователем и отверстием для выхода жидкости и ее испарения останавливают работу второго встречно-гребенчатого преобразователя, чтобы можно было завершить курение.
Положительные эффекты настоящего изобретения
1. Устройство для подачи жидкости в электронной сигарете согласно настоящему изобретению характеризуется конструкцией чипа, небольшими габаритами и высокой эффективностью при низком потреблении энергии, и оно предназначено для применения в небольших и удобных для переноски электронных сигаретах. За счет изоляции встречно-гребенчатых преобразователей от подаваемой табачной жидкости посредством изолирующей пленки обеспечивается безопасная подача жидкости и уменьшается риск короткого замыкания в электрической цепи, поэтому гарантируется сравнительно высокий коэффициент безопасности и высокая надежность.
2. В устройстве для подачи жидкости в электронной сигарете согласно настоящему изобретению посредством первого встречно-гребенчатого преобразователя на пьезоэлектрической подложке осуществляется активное перекачивание табачной жидкости в камере для хранения жидкости, а посредством второго встречно-гребенчатого преобразователя осуществляется регулирование направления движения и скорости движения табачной жидкости, и тем самым обеспечивается управляемость и стабильность скорости перемещения жидкости в процессе подачи жидкости в электронной сигарете, при этом на основании мощности встречно-гребенчатых преобразователей, которую необходимо регулировать, может осуществляться регулирование объема подачи жидкости, чем обеспечивается точная подача табачной жидкости, чтобы табачная жидкость испарялась более эффективно, и повышалось качество испарения.
3. В устройстве для подачи жидкости в электронной сигарете согласно настоящему изобретению поверхностные акустические волны в режиме бегущей волны, вырабатываемые встречно-гребенчатыми преобразователями, приводят в движение табачную жидкость, при этом требуемая мощность для приведения в движение является небольшой; устройство характеризуется небольшим вырабатываемым количеством тепла, и даже в случае длительной работы количество тепла также не будет аккумулироваться, за счет чего снижается вероятность высокотемпературного пиролиза, не происходит образование CO, альдегидов и других вредных компонентов.
Описание прилагаемых графических материалов
Прилагаемые графические материалы используются для обеспечения лучшего понимания настоящего изобретения и являются частью описания; они вместе с вариантами осуществления настоящего изобретения предназначены для объяснения настоящего изобретения и вовсе не являются ограничением настоящего изобретения. В прилагаемых графических материалах:
на фиг. 1 представлено схематическое изображение конструкции устройства для подачи жидкости в электронной сигарете согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 представлено схематическое изображение конструкции встречно-гребенчатого преобразователя согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фигурах:
1 - пьезоэлектрическая подложка; 2 - изолирующая пленка; 31 - первый встречно-гребенчатый преобразователь; 32 - второй встречно-гребенчатый преобразователь; 4 - камера для хранения жидкости; 5 - канал для потока; 6 - отверстие для входа жидкости; 7 - отверстие для выхода жидкости; 8 - элемент для генерирования радиосигнала; 9 - выводы питания; 10 - провода; 11 - встречно-штыревой электрод; 12 - шина.
Конкретные варианты осуществления
Ниже технические решения согласно настоящему изобретению описаны более подробно посредством вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые графические материалы.
Варианты осуществления
Для решения проблем аналогов, известных из предшествующего уровня техники, которые связаны с отсутствием возможности регулирования подачи табачной жидкости и ее нестабильностью, увеличением количества образующихся вредных веществ, влиянием на вкус и качество и т. п., в вариантах осуществления настоящего изобретения представлены устройство и способ подачи табачной жидкости, в которых посредством поверхностных акустических волн (Surface Acoustic Wave, SAW) происходит бесконтактное активное перекачивание табачной жидкости, при этом в отношении перекачиваемого количества можно осуществлять управление и регулирование, и может обеспечиваться стабильная и регулируемая подача табачной жидкости, уменьшаться количество вредных веществ, повышаться качество, а также можно получить лучший вкус.
В вариантах осуществления настоящего изобретения представлено устройство для подачи жидкости в электронной сигарете, конструкция которого является такой, как показанная на фиг. 1, и которое содержит: пьезоэлектрическую подложку 1; изолирующую пленку 2, первый встречно-гребенчатый преобразователь 31 и второй встречно-гребенчатый преобразователь 32, установленные между пьезоэлектрической подложкой 1 и изолирующей пленкой 2; камеру 4 для хранения жидкости и канал 5 для потока, расположенные на внешней верхней поверхности изолирующей пленки 2;
камера 4 для хранения жидкости снабжена отверстием 6 для входа жидкости; канал 5 для потока на одном конце выполнен в сообщении с указанной камерой 4 для хранения жидкости и герметизирован, а на другом конце снабжен отверстием 7 для выхода жидкости;
первый встречно-гребенчатый преобразователь 31 и второй встречно-гребенчатый преобразователь 32 прочно установлены на поверхности пьезоэлектрической подложки 1 и расположены между пьезоэлектрической подложкой 1 и изолирующей пленкой 2; камера 4 для хранения жидкости, канал 5 для потока и отверстие 7 для выхода жидкости расположены на внешней верхней поверхности указанной изолирующей пленки 2;
указанный первый встречно-гребенчатый преобразователь 31 расположен снаружи и напротив камеры 4 для хранения жидкости и канала 5 для потока и не находится в контакте с камерой 4 для хранения жидкости; указанный второй встречно-гребенчатый преобразователь 32 расположен под каналом 5 для потока между камерой 4 для хранения жидкости и отверстием 7 для выхода жидкости.
Первый встречно-гребенчатый преобразователь 31 и второй встречно-гребенчатый преобразователь 32 под действием радиосигнала генерируют поверхностные акустические волны в режиме бегущей волны, которые заставляют табачную жидкость в камере 4 для хранения жидкости двигаться в направлении канала 5 для потока и отверстия 7 для выхода жидкости или останавливаться в камере 4 для хранения жидкости.
Первый встречно-гребенчатый преобразователь 31 и второй встречно-гребенчатый преобразователь 32 расположены между пьезоэлектрической подложкой и изолирующей пленкой 2, при этом изолирующая пленка 2 покрывает поверхность пьезоэлектрической подложки 1. В частности, первый встречно-гребенчатый преобразователь 31 и второй встречно-гребенчатый преобразователь 32 с помощью технологии микрообработки нанесены на пьезоэлектрическую подложку 1, которая была подвергнута полировке поверхности, в виде металлической пленки, имеющей форму переплетенных пальцев рук.
Поверхностные акустические волны в режиме бегущей волны, обеспечиваемые первым встречно-гребенчатым преобразователем 31, активно перекачивают табачную жидкость, находящуюся в камере 4 для хранения жидкости, в канал 5 для потока. Поверхностные акустические волны в режиме бегущей волны, обеспечиваемые вторым встречно-гребенчатым преобразователем 32, будут распространяться соответственно в направлении обоих концов канала 5 для потока, предотвращать прохождение табачной жидкости в камере 4 для хранения жидкости в канал для потока и перекачивать табачную жидкость в камере 4 для хранения жидкости в отверстие 7 для выхода жидкости. Путем управления работой первого встречно-гребенчатого преобразователя 31 и первого встречно-гребенчатого преобразователя 32 осуществляется управление тем, что табачная жидкость остается в камере 4 для хранения жидкости или движется в канал 5 для потока, пока не выйдет из отверстия 7 для выхода жидкости.
Линии центров первого встречно-гребенчатого преобразователя 31, второго встречно-гребенчатого преобразователя 32, камеры 4 для хранения жидкости и канала 5 для потока расположены на одной прямой линии; первый встречно-гребенчатый преобразователь 31, второй встречно-гребенчатый преобразователь 32, камера 4 для хранения жидкости и канал 5 для потока плотно прилегают к поверхности пьезоэлектрической подложки 1 в вертикальном направлении.
Пьезоэлектрическая подложка 1 выполнена из пьезоэлектрического материала, обладающего пьезоэлектрическим эффектом, при этом материал пьезоэлектрической подложки 1 представляет собой по меньшей мере одно из следующего: кварц, кремниевую пластину, которая покрыта пленкой окиси цинка, пьезоэлектрическую керамику, ниобат лития и танталат лития. Толщина пьезоэлектрической подложки 1 составляет от 0,3 мм до 1,5 мм, температурный коэффициент составляет -100×10-7/°C до -30×10-6/°C, коэффициент электромеханической связи составляет от 3,5% до 8,5%, а скорость распространения поверхностных акустических волн на пьезоэлектрической подложке 1 составляет от 3950 м/с до 4005 м/с.
Величина сравнительно часто используемой толщины пьезоэлектрической подложки 1 составляет 1,5 мм, 1 мм и 0,5 мм; сравнительно часто используемый коэффициент электромеханической связи составляет 4,5%, 5,0%, 6,0%, 7,0%, 7,5% и т. д.; сравнительно часто используемый температурный коэффициент составляет -72×10-7/°C, -36×10-6/°C, -36×10-6/°C, -72×10-6/°C и т. д.; сравнительно часто используемая скорость распространения составляет 3960 м/с, 3975 м/с, 3985 м/с, 4000 м/с и т. д.
В этом варианте осуществления в качестве пьезоэлектрической подложки 1 выбран ниобат лития с Y-срезом, повернутым на угол 128,68° относительно направления распространения волны вдоль оси X, толщина которого составляет 1 мм, коэффициент электромеханической связи составляет 5,5%, температурный коэффициент составляет -72×10-6/°C, а скорость распространения поверхностных акустических волн на пьезоэлектрической подложке 1 составляет 3985 м/с.
В этом варианте осуществления материал изолирующей пленки 2 представляет собой диоксид кремния, а толщина изолирующей пленки составляет 250 нм. Изолирующая пленка 2 полностью покрывает всю поверхность пьезоэлектрической подложки 1 и покрывает поверхность первого встречно-гребенчатого преобразователя 31 и второго встречно-гребенчатого преобразователя 32. Изолирующая пленка 2 выполняет две функции: во-первых, обеспечивает то, что сопротивление трению, которое встречает табачная жидкость в канале 5 для потока в процессе перекачивания, является наименьшим; во-вторых, предохраняет встречно-гребенчатые преобразователи от короткого замыкания, предотвращая их контакт с табачной жидкостью в канале.
Первый встречно-гребенчатый преобразователь 31 и второй встречно-гребенчатый преобразователь 32 содержат вентильные электроды, полученные напылением двух слоев металлической пленки, при этом материал первого слоя металлической пленки представляет собой титан, толщина которого составляет 50 нм, а материал второго слоя металлической пленки представляет собой алюминий, толщина которого составляет 200 нм.
Диапазон резонансных частот первого встречно-гребенчатого преобразователя 31 и второго встречно-гребенчатого преобразователя 32 составляет от 100 МГц до 400 МГц. В этом варианте осуществления входные сигналы, применяемые для первого встречно-гребенчатого преобразователя 31 и второго встречно-гребенчатого преобразователя 32, имеют одинаковую частоту, которая составляет 100 МГц.
Камера 4 для хранения жидкости в верхней части снабжена отверстием 6 для входа жидкости; канал 5 для потока снабжен отверстием 7 для выхода жидкости; отверстие 7 для входа жидкости может быть небольшим отверстием, выполненным в верхней части камеры 4 для хранения жидкости; отверстие 7 для выхода жидкости представляет собой узкое отверстие, при этом ширина узкого отверстия составляет 5 мм, а высота составляет 0,5 мм.
Камера 4 для хранения жидкости и канал 5 для потока могут представлять собой отдельные элементы, которые впоследствии прикрепляются к пьезоэлектрической подложке 1, но также они могут быть выполнены с пьезоэлектрической подложкой 1 за одно целое. В этом варианте осуществления камера 4 для хранения жидкости снабжена герметичным пространством для хранения табачной жидкости; канал 5 для потока снабжен герметичным проходом для табачной жидкости; камера 4 для хранения жидкости и канал 5 для потока прочно установлены на поверхности пьезоэлектрической подложки и герметично соединены с образованием герметичного прохода для табачной жидкости.
Материал камеры 4 для хранения жидкости и канала 5 для потока представляет собой полидиметилсилоксан.
Ширина канала для потока может определяться на основании частоты встречно-гребенчатых преобразователей или длины волны поверхностных акустических волн, чтобы обеспечивалась более высокая эффективность направления потока. Большое количество исследований и испытаний показало, что при разработке канала для потока предпочтительные расчетные размеры следующие: ширина канала 5 для потока в 5-11 раз превышает длину волны поверхностных акустических волн; глубина канала 5 для потока в 2-5 раз превышает длину волны поверхностных акустических волн. В этом варианте осуществления соответствующая частота встречно-гребенчатого преобразователя составляет 100 МГц; в случае применения скорости распространения поверхностных акустических волн, составляющей 4000 м/с, и если ширина канала 5 для потока составляет 280 мкм, а глубина составляет 80 мкм, может быть получена относительно более высокая эффективность направления потока.
Вышеуказанное устройство дополнительно содержит по меньшей мере один элемент 8 для генерирования радиосигнала, предназначенный для подачи радиосигнала на первый встречно-гребенчатый преобразователь 31 и второй встречно-гребенчатый преобразователь 32.
Элемент 8 для генерирования радиосигнала представляет собой радиочастотный источник питания, или элемент 8 для генерирования радиосигнала содержит источник высокочастотного сигнала и усилитель мощности, связанный с источником высокочастотного сигнала. Диапазон частот источника высокочастотного сигнала составляет от 100 МГц до 200 МГц, а диапазон мощности составляет от 0,1 Вт до 1,5 Вт.
Элемент 8 для генерирования радиосигнала отправляет сигнал на первый встречно-гребенчатый преобразователь 31 для обеспечения поверхностных акустических волн в режиме бегущей волны, которые активно перекачивают табачную жидкость, находящуюся в камере 4 для хранения жидкости, в канал 5 для потока. Элемент 8 для генерирования радиосигнала отправляет сигнал на второй встречно-гребенчатый преобразователь 32 для обеспечения поверхностных акустических волн в режиме бегущей волны, которые будут распространяться соответственно в направлении обоих концов канала 5 для потока, предотвращать прохождение табачной жидкости в камере 4 для хранения жидкости в канал для потока и перекачивать табачную жидкость в камере 4 для хранения жидкости в отверстие 7 для выхода жидкости. Если элемент 8 для генерирования радиосигнала прекращает отправлять сигнал на первый встречно-гребенчатый преобразователь 31 и отправляет сигнал только на второй встречно-гребенчатый преобразователь 32, то поверхностные акустические волны, вырабатываемые вторым встречно-гребенчатым преобразователем 32 и распространяющиеся в направлении камеры 4 для хранения жидкости, будут не давать табачной жидкости в камере 4 для хранения жидкости продолжать двигаться в канал 5 для потока, а поверхностные акустические волны, вырабатываемые вторым встречно-гребенчатым преобразователем 32 и распространяющиеся в направлении отверстия 7 для выхода жидкости, будут заставлять всю табачную жидкость в канале для потока выходить сквозь отверстие 7 для выхода жидкости.
Устройство дополнительно содержит две группы выводов 9 питания, расположенных снаружи пьезоэлектрической подложки 1, которые предназначены для обеспечения соединения с элементом 8 для генерирования радиосигнала; при этом одна группа выводов 9 питания соединена с первым встречно-гребенчатым преобразователем 31 посредством проводов 10, а другая группа выводов 9 питания посредством проводов 10 соединена со вторым встречно-гребенчатым преобразователем 32. Выводы 9 питания представляют собой выводы для соединения встречно-гребенчатых преобразователей с элементом 8 для генерирования радиосигнала, при этом посредством этих выводов может осуществляться гибкое соединение с элементом 8 для генерирования радиосигнала, и во время неиспользования можно в любое время прервать соединение.
Выводы 9 питания расположены на поверхности изолирующей пленки 2, при этом для первого встречно-гребенчатого преобразователя 31 и второго встречно-гребенчатого преобразователя 32 предусмотрены разные выводы 9 питания, при этом на шине 12 первого встречно-гребенчатого преобразователя 31 и второго встречно-гребенчатого преобразователя 32 выполнены квадратные отверстия 0,8 мм для прикрепления проводов 10. Например, в конструкции встречно-гребенчатого преобразователя, показанного на фиг. 2, встречно-штыревые электроды 11 расположены в шахматном порядке, при этом встречно-штыревые электроды на каждой стороне соединены между собой посредством шины; шина представляет собой электродную полосу в виде металлической пленки и может концентрировать электрический сигнал на электроды.
Материал проводов представляет собой металлический материал; чтобы минимизировать потери, является предпочтительным использовать в качестве такого материала золото; также можно использовать другие материалы, например медь, ферроалюминий, сплав никеля и железа и другие электропроводящие материалы. В этом варианте осуществления используется золотая нить.
Способ подачи жидкости, применяемый в вышеуказанном устройстве для подачи жидкости в электронной сигарете, включает этапы, на которых: включают второй встречно-гребенчатый преобразователь, при этом под действием радиосигнала на верхней поверхности пьезоэлектрической подложки возникают поверхностные акустические волны в режиме бегущей волны, которые предотвращают движение табачной жидкости в камере для хранения жидкости в направлении отверстия для выхода жидкости; затем через указанное отверстие для входа жидкости в камеру для хранения жидкости вводят табачную жидкость; после введения табачной жидкости включают первый встречно-гребенчатый преобразователь, при этом под действием радиосигнала на верхней поверхности пьезоэлектрической подложки возникают поверхностные акустические волны в режиме бегущей волны, которые заставляют табачную жидкость в камере для хранения жидкости двигаться в направлении отверстия для выхода жидкости, при этом путем регулирования выходной мощности первого встречно-гребенчатого преобразователя и второго встречно-гребенчатого преобразователя обеспечивают возможность движения табачной жидкости с равномерной скоростью из камеры для хранения жидкости в направлении отверстия для выхода жидкости, чтобы курящий мог курить. В частности, сначала запускают элемент 8 для генерирования радиосигнала, который обеспечивает сигнал переменного тока для возбуждения второго встречно-гребенчатого преобразователя 32; второй встречно-гребенчатый преобразователь на основании входного электрического сигнала и обратного пьезоэлектрического эффекта вызывает резонанс между электродами; второй встречно-гребенчатый преобразователь 32 будет направлять в камеру 4 для хранения жидкости поверхностные акустические волны, чем может эффективно предотвращаться прохождение табачной жидкости из камеры 4 для хранения жидкости в канал 5 для потока. Через отверстие 6 для входа жидкости табачную жидкость вводят в камеру 4 для хранения жидкости, пока высота поверхности табачной жидкости не будет на уровне канавки в камере 5 для хранения жидкости. Таким образом, в условиях стандартного атмосферного давления табачная жидкость не будет свободно течь за счет действия поверхностных акустических волн, поверхностного натяжения табачной жидкости и силы вязкости внутренней стенки канала 5 для потока. Запуском элемента 8 для генерирования радиосигнала обеспечивают второй сигнал переменного тока для возбуждения первого встречно-гребенчатого преобразователя 31; регулируют усиление элемента 8 для генерирования радиосигнала, чтобы выходная мощность первого встречно-гребенчатого преобразователя 31 и выходная мощность второго встречно-гребенчатого преобразователя 32 были одинаковыми; в этом случае силы звукового потока, которые действуют на табачную жидкость в месте сообщения камеры 4 для хранения жидкости с каналом 5 для потока, приходят к равновесию, и табачная жидкость не будет вытекать. Постепенно увеличивают выходную мощность первого встречно-гребенчатого преобразователя 31 и уменьшают выходную мощность второго встречно-гребенчатого преобразователя 32, пока табачная жидкость постепенно не пройдет из камеры 4 для хранения жидкости в канал 5 для потока. Продолжают увеличивать выходную мощность первого встречно-гребенчатого преобразователя 31; в этом случае в месте сообщения канала 5 для потока с камерой 4 для хранения жидкости происходит перепад давления, и поле начального установившегося давления нарушается; путем регулирования мощности первого встречно-гребенчатого преобразователя 31 и второго встречно-гребенчатого преобразователя 32 можно точно управлять скоростью течения табачной жидкости из отверстия для выхода жидкости и тем самым точно управлять скоростью движения жидкости, чтобы обеспечивалось непрерывное и стабильное испарение табачной жидкости.
При подготовке к прекращению курения обеспечивают прекращение работы первого встречно-гребенчатого преобразователя, но при этом второй встречно-гребенчатый преобразователь продолжает работать; продолжающий работать второй встречно-гребенчатый преобразователь заставляет табачную жидкость в части канала для потока между вторым встречно-гребенчатым преобразователем и камерой для хранения жидкости течь в направлении камеры для хранения жидкости; после вытекания табачной жидкости в части канала для потока между вторым встречно-гребенчатым преобразователем и отверстием для выхода жидкости и ее испарения останавливают работу второго встречно-гребенчатого преобразователя, чтобы можно было завершить курение. В частности, прекращают подавать входной сигнал на первый встречно-гребенчатый преобразователь 31, при этом второй встречно-гребенчатый преобразователь 32 продолжает работать, чтобы в месте сообщения камеры 4 для хранения жидкости с каналом 5 для потока происходил обратный перепад давления, из-за которого табачная жидкость не будет вытекать из этого места сообщения. В то же время после вытекания сквозь отверстие 7 для выхода жидкости табачной жидкости, оставшейся в канале 5 для потока, и ее полного испарения останавливают работу второго встречно-гребенчатого преобразователя, чтобы можно было завершить курение.
В вышеуказанных устройстве и способе согласно вариантам осуществления настоящего изобретения специфические преимущества технологии поверхностных акустических волн органично сочетаются с функциями и характеристиками электронных сигарет; изобретение основано на эффекте звукового потока поверхностных акустических волн и механизме распространения волны Рэлея и обеспечивает устройство для бесконтактной подачи жидкости посредством SAW в электронной сигарете; оно эффективно исключает риск появления опасных для здоровья веществ, образующихся в результате обугливания и неполного испарения из-за быстрого повышения температуры, обусловленного недостаточным всасыванием табачной жидкости ватным фитилем; такое устройство для бесконтактной подачи жидкости посредством SAW в электронной сигарете характеризуется низкими затратами при высокой эффективности и высокоинтегрированной конструкцией, его удобно перевозить ввиду небольших габаритов, и оно является рациональным решением проблемы активного перекачивания с целью подачи жидкости в существующих электронных сигаретах; степень точности при подаче жидкости становится еще более высокой; наименьшую скорость движения жидкости можно отрегулировать до одного микролитра в час; его очень долгий срок службы также существенно уменьшает расходы; коэффициент безопасности является высоким.
Устройство и способ согласно вариантам осуществления настоящего изобретения характеризуются следующими положительными эффектами:
1. За счет использования поверхностных акустических волн в виде поверхностных акустических волн в режиме бегущей волны может обеспечиваться бесконтактное приведение в движение табачной жидкости, при этом мощность для приведения в движение обычно составляет от 0,1 Вт до 1,5 Вт; изобретение характеризуется очень низким вырабатываемым количеством тепла, и даже в случае длительной работы количество тепла также не будет аккумулироваться, тем самым снижается вероятность высокотемпературного пиролиза. Поэтому безопасность приведения в движение поверхностными акустическими волнами хорошая, а потребление энергии является низким.
2. Все устройство полностью выполнено в виде чипа и характеризуется высокой степенью интегрированности элементов в поверхность чипа, а это значительно уменьшает габариты изделия и экономит много пространства во всем изделии в виде электронной сигареты; кроме того, посредством второго встречно-гребенчатого преобразователя, установленного в нижней части канала для потока, можно управлять включением и выключением подачи табачной жидкости в целом, что позволяет отказаться от микроклапанов, усложняющих конструкцию.
3. На основании эффекта взаимодействия со звуковым потоком поверхностных акустических волн за счет движущей силы, обеспечиваемой поверхностными акустическими волнами в режиме бегущей волны, вырабатываемыми первым встречно-гребенчатым преобразователем, может осуществляться активное перекачивание из интегрированной камеры для хранения жидкости в направлении узкого отверстия для выхода жидкости, при этом на основании мощности, связанной с движущей силой, осуществляется точное управление скоростью движения табачной жидкости, и обеспечивается непрерывное и стабильное перекачивание и полное испарение табачной жидкости, а также предотвращается возникновение сухого горения. В то же время точная подача количества табачной жидкости также повышает эффективность испарения табачной жидкости и тем самым повышает качество курения и ощущаемый во время него вкус.
Рассмотренное выше представляет собой лишь предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения и не предназначено для ограничения настоящего изобретения. Все изменения, эквивалентные замены, усовершенствования и т. п., выполненные специалистами в данной области техники на основании технических решений или технических признаков, раскрытых в настоящем изобретении, без каких-либо изобретательских усилий, должны входить в объем защиты настоящего изобретения.
1. Устройство для подачи жидкости в электронной сигарете, отличающееся тем, что содержит: пьезоэлектрическую подложку (1), изолирующую пленку (2), покрывающую пьезоэлектрическую подложку (1) сверху, первый встречно-гребенчатый преобразователь (31) и второй встречно-гребенчатый преобразователь (32), камеру (4) для хранения жидкости, канал (5) для потока и отверстие (7) для выхода жидкости;
указанная камера (4) для хранения жидкости снабжена отверстием (6) для входа жидкости; указанный канал (5) для потока на одном конце выполнен в сообщении с указанной камерой (4) для хранения жидкости и герметизирован, а на другом конце снабжен отверстием (7) для выхода жидкости;
указанные первый встречно-гребенчатый преобразователь (31) и второй встречно-гребенчатый преобразователь (32) прочно установлены на поверхности пьезоэлектрической подложки (1) и расположены между пьезоэлектрической подложкой (1) и изолирующей пленкой (2); указанные камера (4) для хранения жидкости, канал (5) для потока и отверстие (7) для выхода жидкости расположены на внешней верхней поверхности указанной изолирующей пленки (2);
указанный первый встречно-гребенчатый преобразователь (31) расположен снаружи и напротив камеры (4) для хранения жидкости и канала (5) для потока и не находится в контакте с камерой (4) для хранения жидкости;
указанный второй встречно-гребенчатый преобразователь (32) расположен под каналом (5) для потока между камерой (4) для хранения жидкости и отверстием (7) для выхода жидкости.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанные первый встречно-гребенчатый преобразователь (31), камера (4) для хранения жидкости, второй встречно-гребенчатый преобразователь (32), канал (5) для потока и отверстие (7) для выхода жидкости расположены на одной прямой линии.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что толщина указанной изолирующей пленки (2) составляет от 200 нм до 400 нм; ширина указанного канала (5) для потока в 5-11 раз превышает длину волны поверхностных акустических волн указанных первого встречно-гребенчатого преобразователя (31) и второго встречно-гребенчатого преобразователя (32); глубина в 2-5 раз превышает длину волны поверхностных акустических волн; ширина указанного отверстия (7) для выхода жидкости составляет от 1 мм до 10 мм, а высота составляет от 0,1 мм до 1,0 мм.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что входные сигналы, применяемые для указанных первого встречно-гребенчатого преобразователя (31) и второго встречно-гребенчатого преобразователя (32), имеют одинаковую частоту, при этом диапазон их частот составляет от 100 МГц до 400 МГц.
5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что указанные первый встречно-гребенчатый преобразователь (31) и второй встречно-гребенчатый преобразователь (32) представляют собой вентильные электроды, полученные напылением двух слоев металлической пленки, при этом материал первого слоя металлической пленки представляет собой титан или хром, толщина которого составляет от 30 нм до 100 нм, а материал второго слоя металлической пленки представляет собой алюминий или золото, толщина которого составляет от 100 нм до 300 нм.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанная пьезоэлектрическая подложка (1) представляет собой одно или несколько из кварца, кремниевой пластины, которая покрыта пленкой окиси цинка, пьезоэлектрической керамики, ниобата лития или танталата лития, при этом ее толщина составляет от 0,3 мм до 1,5 мм, температурный коэффициент составляет -100×10-7/°C до -30×10-6/°C, коэффициент электромеханической связи составляет от 3,5% до 8,5%, а скорость распространения поверхностных акустических волн на пьезоэлектрической подложке (1) составляет от 3950 м/с до 4005 м/с.
7. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что материал указанных камеры для хранения жидкости (4) и канала для потока представляет собой полидиметилсилоксан.
8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит элемент (8) для генерирования радиосигнала, который представляет собой радиочастотный источник питания, диапазон частот которого составляет от 100 МГц до 200 МГц, а диапазон мощности составляет от 0,1 Вт до 1,5 Вт.
9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит две группы выводов (9) питания, расположенных снаружи указанной пьезоэлектрической подложки (1), которые предназначены для обеспечения соединения с указанным элементом (8) для генерирования радиосигнала, при этом одна группа выводов (9) питания соединена с первым встречно-гребенчатым преобразователем (31) посредством проводов (10), а другая группа выводов (9) питания посредством проводов (10) соединена со вторым встречно-гребенчатым преобразователем (32).
10. Способ подачи жидкости в электронной сигарете, отличающееся тем, что предназначен для применения в устройстве для подачи жидкости в электронной сигарете по любому из пп. 1-9 и включает следующие этапы, на которых: включают второй встречно-гребенчатый преобразователь, при этом под действием радиосигнала на верхней поверхности пьезоэлектрической подложки возникают поверхностные акустические волны в режиме бегущей волны, которые предотвращают движение табачной жидкости в камере для хранения жидкости в направлении отверстия для выхода жидкости; затем через указанное отверстие для входа жидкости в камеру для хранения жидкости вводят табачную жидкость; после введения табачной жидкости включают первый встречно-гребенчатый преобразователь, при этом под действием радиосигнала на верхней поверхности пьезоэлектрической подложки возникают поверхностные акустические волны в режиме бегущей волны, которые заставляют табачную жидкость в камере для хранения жидкости двигаться в направлении отверстия для выхода жидкости, при этом путем регулирования выходной мощности первого встречно-гребенчатого преобразователя и второго встречно-гребенчатого преобразователя обеспечивают возможность движения табачной жидкости с равномерной скоростью из камеры для хранения жидкости в направлении отверстия для выхода жидкости, чтобы курящий мог курить;
обеспечивают прекращение работы первого встречно-гребенчатого преобразователя, но при этом второй встречно-гребенчатый преобразователь продолжает работать; продолжающий работать второй встречно-гребенчатый преобразователь заставляет табачную жидкость в части канала для потока между вторым встречно-гребенчатым преобразователем и камерой для хранения жидкости течь в направлении камеры для хранения жидкости; после вытекания табачной жидкости в части канала для потока между вторым встречно-гребенчатым преобразователем и отверстием для выхода жидкости и ее испарения останавливают работу второго встречно-гребенчатого преобразователя, чтобы можно было завершить курение.
