Как устроена одноразка в самом простом варианте, в 2024 году показал Майлз Парк, преподаватель промышленного дизайна Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее. Он разобрал несколько использованных одноразок. Вдох в них замечал датчик давления, он же замыкал цепь, и от литиевого аккумулятора на 3,7 В одновременно включались светодиод и нагреватель.
Современные перезаряжаемые модели собраны по той же схеме, но к ней добавлены разъем для зарядки, плата управления, а у части устройств еще экран и кнопка режимов. Разбирать такие устройства не предполагается. Все узлы собраны в одном корпусе и работают только вместе.
Как устроена одноразка внутри
В разобранных Майлзом Парком моделях корпус был алюминиевым, с покраской и пластиковыми деталями на торцах. Размеры, ресурс и оформление у одноразок разные, но набор узлов у устройств с автозатяжкой, где нагрев запускает сам вдох без кнопки, один и тот же:
- аккумулятор, который питает нагреватель и электронику;
- датчик затяжки, который замечает вдох через мундштук;
- электроника управления, в простых моделях это сам датчик-выключатель, в перезаряжаемых - плата с микросхемой;
- испаритель, то есть нагревательный элемент с фитилем или ватой, по которым к нему подходит жидкость;
- запас жидкости и воздушный канал, который ведет от входного отверстия к мундштуку.
Работа всех узлов начинается с вдоха. Первым на него реагирует датчик, и от датчика зависит, насколько сильно нужно затянуться.
Как датчик замечает начало затяжки
При вдохе давление в канале внутри корпуса падает. В простых одноразках, которые описал Майлз Парк, датчик давления работает как полупроводниковый выключатель и сам замыкает цепь. Ток от аккумулятора идет сразу на светодиод и на нагреватель. В моделях с платой управления сигнал датчика сначала получает микросхема, и уже она включает нагрев.
Для срабатывания нужен поток определенной силы. В исследовании 2015 года проверяли девять одноразовых устройств, включая электронные кальяны. Модели с автозатяжкой начинали выдавать аэрозоль при потоке от 7 до 17 мл воздуха в секунду, а модели с кнопкой - примерно при 3 мл в секунду. Затягиваться через устройства с датчиком приходилось сильнее, и авторы предположили, что сам датчик создает препятствие для воздуха.
На практике слишком осторожная затяжка может не запустить нагрев, а порог срабатывания у разных моделей свой. Одноразка, которая «не отвечает» на легкий вдох, не обязательно неисправна.
Огонек на торце простой одноразки загорается от того же замыкания цепи, что и нагреватель. Он говорит только о том, что датчик сработал и ток пошел, но не о том, сколько жидкости осталось в наполнителе.
Какой аккумулятор у одноразки и зачем ему разъем
Одноразки, как и другие вейпы, работают от литий-ионных аккумуляторов. У простых моделей разъема для зарядки нет, и срок службы зависит от заряда, с которым устройство вышло с завода. В том же исследовании 2015 года количество затяжек ограничивал именно заряд аккумулятора.
У Lost Mary MO10000, ELF BAR ICE KING 30000 и Lost Mary MO30000+ разъем Type-C. В MO10000 установлен аккумулятор на 600 мА·ч, в ICE KING 30000 - на 850 мА·ч, в MO30000+ - на 1000 мА·ч с быстрой зарядкой. Емкости такого аккумулятора не обязательно хватать на весь запас жидкости, его подзаряжают по мере разряда.
Как жидкость попадает на испаритель
Испаритель состоит из нагревательного элемента и пористого материала, который подводит к нему жидкость. В простых одноразках, разобранных в Сиднее, нагреватель был встроен в колпачок на конце резервуара и соединен с фитилем, а жидкость держалась в пропитанном наполнителе внутри пластиковой трубки. Фитиль вытягивает ее к нагревателю так же, как край полотенца впитывает пролитую воду.
В 2024 году производители ELF BAR и Lost Mary сообщали, что разрабатывают для своих устройств хлопковый материал с повышенной устойчивостью к нагреву и химическому воздействию. Нагреватель бывает в виде спирали или сетки. В Lost Mary MO10000 стоит сетчатый испаритель. Для этой модели Lost Mary заявляет функцию умного предотвращения перегорания. По описанию производителя, MO10000 выдерживает соотношение жидкости и мощности так, чтобы не появлялся горелый привкус.
Путь воздуха подробно описан в патентной заявке компании Shenzhen Smoore Technology, опубликованной в 2023 году. Она касается испарителей для электронных устройств, в том числе неразъемных. Воздух входит через отверстие внизу камеры испарения, подхватывает аэрозоль у нагревателя и уходит в канал к мундштуку. Отдельный канал впускает воздух в бак по мере того, как из него расходуется жидкость. Он выравнивает давление, и авторы заявки связывают это с защитой от протечек и сухого нагрева. Так устроена одна из запатентованных конструкций, у конкретных моделей канал может быть другим.
В той же заявке Smoore на пути аэрозоля к мундштуку стоит отдельный сборник для капель конденсата, и собранная жидкость может вернуться к испарителю. Это деталь конкретной конструкции, а не обязательный узел каждой одноразки.
Что делает плата и что добавляют экран и режимы
У перезаряжаемой одноразки плата отвечает и за нагрев, и за зарядку. Для электронных сигарет выпускаются специальные микросхемы, в которых ключ для подачи тока на нагреватель, контроллер зарядки и защиты собраны в одном корпусе. В описании одной из таких микросхем перечислено, что при коротком замыкании нагревателя ток отключается, а при напряжении аккумулятора ниже 3,3 В нагрев не включается. Зарядку микросхема останавливает, когда аккумулятор достигает заданного напряжения.
С экраном и кнопкой у платы появляются новые задачи. У ELF BAR ICE KING 30000 одна кнопка регулирует и мощность, и поток воздуха, у холодка пять уровней регулировки, а боковой экран выводит уровень холодка, жидкости и заряда. Заявленный ресурс у этой модели зависит от режима. В Turbo I он составляет до 30 000 затяжек, а в Turbo III, где производитель называет затяжки мощными, - до 18 000.
Основа устройства от этого не меняется. Те же аккумулятор, датчик и испаритель с ватой получают больше настроек, а пользователь видит на экране то, о чем в простой одноразке можно было только догадываться.
Что делает одноразку одноразовой
В исследовании Университетского колледжа Лондона и Оксфордского университета 2023 года литий-ионные элементы из одноразок выдержали больше 450 циклов зарядки и разрядки. При малом токе они прошли больше 700 циклов и сохранили более 90% емкости. Значит, срок службы одноразки ограничивает не сам аккумулятор. Бак у нее не заправляется, испаритель с ватой не меняется, а корпус не рассчитан на вскрытие.
По набору узлов перезаряжаемая одноразка близка к POD-системе с теми же аккумулятором, датчиком, платой и испарителем. Разница в том, что у POD-системы картридж с испарителем снимают, заправляют или заменяют, а у одноразки этот узел собран в корпусе и заканчивается вместе с устройством. Выбирая одноразку, вы по сути выбираете испаритель и запас жидкости на весь срок ее службы.
