УСТРОЙСТВО, ГЕНЕРИРУЮЩЕЕ АЭРОЗОЛЬ, С НЕОТДЕЛИМЫМ НАГРЕВАТЕЛЕМ В СБОРЕ
AEROSOL-GENERATING DEVICE WITH INTEGRAL HEATER IN ASSEMBLY

Настоящее изобретение относится к устройству, генерирующему аэрозоль, для использования с расходуемым картриджем. В частности, настоящее изобретение относится к электрически нагреваемому устройству, генерирующему аэрозоль, для использования с расходуемым картриджем, имеющим внутренний канал и содержащим субстрат, формирующий аэрозоль. Настоящее изобретение также относится к расходуемым картриджам для использования с устройством, генерирующим аэрозоль, к электрически нагреваемой системе, генерирующей аэрозоль, содержащей электрически нагреваемое устройство, генерирующее аэрозоль, и расходуемый картридж, и к набору для электрически нагреваемой системы, генерирующей аэрозоль, содержащему электрически нагреваемое устройство, генерирующее аэрозоль, и множество расходуемых картриджей.
Электрически нагреваемые курительные системы, которые являются портативными и активируются путем нагрева субстрата, формирующего аэрозоль, в изделии, генерирующем аэрозоль, или картридже хорошо известны из уровня техники. Например, в документе WO2009/132793 описана электрически нагреваемая курительная система, содержащая оболочку и сменный мундштук. Оболочка содержит блок электропитания и электрическую схему. Мундштук содержит часть для хранения жидкости и капиллярный фитиль, имеющий первый конец и второй конец. Первый конец фитиля выступает в часть для хранения жидкости для контакта с находящейся в ней жидкостью. Мундштук также содержит нагревательный элемент для нагрева второго конца капиллярного фитиля, выпускное отверстие для воздуха и камеру, образующую аэрозоль, расположенную между вторым концом капиллярного фитиля и выпускным отверстием для воздуха. Фитиль и нагревательный элемент создают нагреватель в сборе, за счет которого нагревается субстрат, формирующий аэрозоль. Нагревательный элемент, как правило, представляет собой катушку проволоки, намотанной вокруг фитиля. Когда оболочка и мундштук соединены друг с другом, нагревательный элемент электрически соединяется с блоком питания через электрическую схему, что определяет путь прохождения потока воздуха от по меньшей мере одного впускного отверстия для воздуха до выпускного отверстия для воздуха через камеру, образующую аэрозоль. При использовании жидкость перемещается из части для хранения жидкости по направлению к нагревательному элементу за счет капиллярного действия в фитиле. Жидкость на втором конце капиллярного фитиля испаряется под действием нагревательного элемента. Образующийся перенасыщенный пар смешивается с потоком воздуха и переносится им от по меньшей мере одного впускного отверстия для воздуха к камере, образующей аэрозоль. В камере, образующей аэрозоль, пар конденсируется с образованием аэрозоля, который подается через выпускное отверстие для воздуха в рот пользователя.
Конкретные характеристики нагревателя в сборе являются важными для достижения требуемого эксплуатационного качества. Таким образом, способность качественно и стабильно производить нагреватели в сборе важна для поддержания надежной работы разных систем, генерирующих аэрозоль, одного типа. Например, в нагревателях в сборе, имеющих нагревательную катушку, эти нагревательные катушки должны производиться с одинаковыми размерами для снижения вариативности изделий. В известных системах производство нагревателя в сборе может потребовать большое количество производственных этапов, некоторые могут потребовать выполнения вручную опытными рабочими, например, когда нагревательную катушку необходимо присоединить к электрическим контактам путем сварки.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предоставляется электрически нагреваемое устройство, генерирующее аэрозоль, для использования расходуемого картриджа, содержащего часть для хранения, содержащую субстрат, образующий аэрозоль, причем часть для хранения имеет проницаемую для текучей среды внутреннюю поверхность, окружающую проход с открытым концом, проходящий через картридж, при этом устройство содержит: корпус, имеющий полость для размещения по меньшей мере части картриджа; и нагреватель в сборе, расположенный в полости, причем нагреватель в сборе содержит: электропроводящую полую часть стержня, соединенную с корпусом и определяющую проход для потока воздуха, формирующий часть хода для потока воздуха через устройство, при этом полая часть стержня расположена для прохождения в проход с открытым концом картриджа, расположенного в полости, и по меньшей мере один электрический нагреватель, расположенный вдоль полой части стержня, причем электрический нагреватель содержит по меньшей мере один нагревательный элемент для нагревания субстрата, образующего аэрозоль, картриджа, расположенного в полости, при этом полая часть стержня содержит множество отверстий, причем по меньшей мере один нагревательный элемент выполнен за счет одной или более узких областей полой части стержня между смежными отверстиями.
Преимущественно, наличие нагревателя в сборе с одним или более неотделимыми электрическими нагревателями может потребовать меньшее количество производственных этапов и обеспечить изготовление нагревателя в сборе на автоматической сборочной линии. Согласно настоящему изобретению это может обеспечить более быстрое и простое изготовление устройства, генерирующего аэрозоль, с большей воспроизводимостью и стабильностью. Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно настоящему изобретению может быть более простым, надежным и менее затратным, чем устройства, в которых нагреватель в сборе имеет усложненные и потенциально хрупкие соединения. Дополнительно, за счет предоставления электрических нагревателей как части устройства, картриджи для использования с устройством могут быть более простыми, надежными и менее затратными, чем картриджи, которые содержат электрический нагреватель. Соответственно, уменьшение стоимости картриджей, даже если это требует более дорогого устройства, может привести к значительной экономии средств, как для производителей, так и для потребителей.
Полая часть стержня имеет внутренний проход для потока воздуха, формирующий часть хода для потока воздуха через устройство. При такой компоновке полая часть стержня может обеспечивать поддержку по меньшей мере одного электрического нагревателя и предоставить канал для потока воздуха. Это обеспечивает компактное устройство и способствует экономичному массовому производству. Наличие прохода для потока воздуха в полой части стержня может позволить свести к минимуму потери тепла из устройства и позволить легко поддерживать такую температуру корпуса устройства, при которой его удобно удерживать пользователем. Более того, субстрат, образующий аэрозоль, испаренный в потоке воздуха, проходящего через полую часть стержня, может начать остывать внутри прохода для потока воздуха для создания аэрозоля, что позволит уменьшить общую длину устройства.
Отверстия могут быть выполнены в полой части стержня после формирования полой части стержня, например, с помощью пробивания, сверления, фрезерования, вытравливания, электроискровой обработки, резки или лазерной резки. Отверстия могут быть выполнены как единое целое с полой частью стержня во время формирования полой части стержня, например, за счет литья или формовки полой части стержня с отверстиями или за счет формования полой части стержня с отверстиями с помощью осаждения, такого как электроосаждение.
-4
4
В контексте настоящего документа «электрически проводящий» означает образованный из материала, имеющего удельное сопротивление 1×10 Ом·м или меньше. В контексте настоящего документа «электрически изолирующий» означает образованный из материала, имеющего удельное сопротивление 1×10 Ом·м или больше.
По меньшей мере один электрический нагреватель может быть расположен на полой части стержня любым подходящим образом. По меньшей мере один электрический нагреватель может быть расположен по окружности полой части стержня. Это может обеспечить более равномерный нагрев субстрата, образующего аэрозоль, в картридже относительно устройств, в которых по меньшей мере один электрический нагреватель не расположен по окружности полой части стержня. По меньшей мере один электрический нагреватель может непрерывно окружать полую часть стержня. По меньшей мере один электрический нагреватель может с разрывами окружать полую часть стержня в форме множества электрических нагревателей, разнесенных друг от друга в направлении по окружности полой части стержня. В других вариантах осуществления по меньшей мере один электрический нагреватель может проходить вокруг лишь части окружности полой части стержня.
По меньшей мере один электрический нагреватель может проходить вдоль лишь части длины полой части стержня. Таким образом, по меньшей мере один электрический нагреватель занимает лишь часть длины полой части стержня. По меньшей мере один электрический нагреватель может проходить вдоль по существу всей длины полой части стержня. Такое расположение может обеспечить более равномерный нагрев субстрата, образующего аэрозоль, в картридже относительно устройств, в которых по меньшей мере один электрический нагреватель проходит вдоль лишь части длины полой части стержня. Это может также позволить устройству нагревать части картриджа, которые не нагревались бы устройствами, в которых по меньшей мере один электрический нагреватель проходит вдоль лишь части длины полой части стержня, позволяя большему количеству субстрата, образующего аэрозоль, испаряться в каждом картридже, уменьшая отходы. По меньшей мере один электрический нагреватель может непрерывно проходить вдоль по существу всей длины полой части стержня. По меньшей мере один электрический нагреватель может прерывисто проходить вдоль по существу всей длины полой части стержня в форме множества электрических нагревателей, разнесенных друг от друга в продольном направлении полой части стержня.
По меньшей мере один электрический нагреватель может окружать полую часть стержня и проходить вдоль по существу всей длины полой части стержня.
Нагреватель в сборе может содержать единый электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент для нагревания субстрата, образующего аэрозоль, картриджа, расположенного в полости. Предпочтительно, нагреватель в сборе содержит множество электрических нагревателей, разнесенных друг от друга вдоль длины полой части стержня, для нагревания субстрата, образующего аэрозоль, картриджа, расположенного в полости.
Предпочтительно, это расположение может обеспечить более равномерный нагрев субстрата, образующего аэрозоль, в картридже относительно устройств, в которых обеспечивается лишь один электрический нагреватель или в которых обеспечивается множество электрических нагревателей, которые не разнесены вдоль длины полой части стержня. Это также может позволить устройству нагревать части картриджа, которые не нагревались бы устройствами, имеющими лишь единый нагреватель, позволяя большему количеству субстрата, образующего аэрозоль, испаряться в каждом картридже, уменьшая отходы. Дополнительно, при использовании с картриджами, имеющими множество разных субстратов, образующих аэрозоль, хранящихся отдельно, множество разнесенных в продольном направлении друг от друга электрических нагревателей может обеспечить раздельный нагрев разных субстратов, образующих аэрозоль, для создания аэрозоля с особенно желаемыми свойствами.
Если нагреватель в сборе содержит множество электрических нагревателей, разнесенных друг от друга вдоль длины полой части стержня, один или более электрических нагревателей могут быть выровнены в продольном направлении полой части стержня. Например, множество электрических нагревателей может содержать первый ряд электрических нагревателей, выровненных в продольном направлении полой части стержня, и один или более дополнительных рядов электрических нагревателей, выровненных в продольном направлении полой части стержня, причем первый ряд расположен на расстоянии от второго ряда по окружности полой части стержня.
Если нагреватель в сборе содержит множество электрических нагревателей, разнесенных друг от друга вдоль длины полой части стержня, электрические нагреватели могут быть смещены относительно друг друга по окружности полой части стержня.
Предпочтительно, множество электрических нагревателей электрически изолированы друг от друга так, что каждый нагреватель может нагреваться независимо. При такой компоновке нагреватель в сборе может обеспечить изменение подачи электропитания для каждого электрического нагревателя, например, согласно тому, какой из электрических нагревателей находится в наилучшем состоянии для генерирования аэрозоля наиболее эффективным способом. Это может позволить свести к минимуму вариации свойств аэрозоля, вызванные вариациями распределения субстрата, образующего аэрозоль, в картридже. Это также может снизить общее потребление энергии устройства за счет обеспечения выборочного извлечения энергии из электрических нагревателей наиболее эффективным способом. За счет электрической изоляции каждого из множеств электрических нагревателей таким образом, что каждое множество может нагреваться независимо, риск повреждения одного или более электрических нагревателей вследствие перегрева может быть снижен за счет выборочного снижения подачи электропитания одному или более электрическим нагревателям.
По меньшей мере один электрический нагреватель может быть соединен с блоком электропитания любым подходящим способом. Например, нагреватель в сборе может содержать множество электрических проводников, проходящих вдоль длины полой части стержня, для соединения по меньшей мере электрического нагревателя с блоком электропитания. Множество электрических проводников может содержать множество проволок или множество полосок электропроводящего материала, присоединенных к полой части стержня, например, за счет напыления, печати или ламинирования полой части стержня, например, слоистой фольгой. Затем слоистая фольга может принять форму или быть согнута для создания полой части стержня.
Предпочтительно, полая часть стержня по меньшей мере частично разделена на множество электроизолированных секций для соединения по меньшей мере одного электрического нагревателя с блоком электропитания, причем электроизолированные секции электрически изолированы друг от друга одним или более изолирующими зазорами, сформированными в полой части стержня. Если нагреватель в сборе содержит множество электрических нагревателей, предпочтительно полая часть стержня по меньшей мере частично разделена на множество электроизолированных секций для соединения множества электрических нагревателей с блоком электропитания, при этом электроизолированные секции электрически изолированы друг от друга одним или более изолирующими зазорами, сформированными в полой части стержня. Таким образом, по меньшей мере один электрический нагреватель или множество электрических нагревателей и средства для соединения по меньшей мере электрического нагревателя с блоком электропитания неотделимы от полой части стержня. При такой компоновке полая часть стержня может выполнять дополнительную функцию соединения по меньшей мере одного электрического нагревателя с блоком электропитания без необходимости выполнения дополнительных производственных этапов для присоединения дополнительных проводящих компонентов к нагревателю в сборе.
Изолирующими зазорами могут быть воздушные зазоры. Как правило изолирующие зазоры могут быть простым расстоянием между смежными электроизолированными секциями. В других примерах один или более изолирующих зазоров могут быть полностью ил частично заполнены электроизоляционным материалом.
Изолирующие зазоры могут быть выполнены в полой части стержня, чтобы по меньшей мере частично разделить полую часть стержня на множество электроизолированных секций после создания полой части стержня, например, за счет пробивания, сверления, фрезерования, вытравливания, электроискровой обработки, резки или лазерной резки. Изолирующие зазоры могут образовывать единое целое с полой частью стержня во время создания полой части стержня, например, за счет литья или формовки полой части стержня с изолирующими зазорами или за счет формования полой части стержня с помощью осаждения, такого как электроосаждение.
Предпочтительно, полая часть стержня имеет прокалывающую поверхность на дальнем конце. Это обеспечивает полой части стержня возможность удобным и простым образом прокалывать конец картриджа, вставленного в полость, например, за счет прокалывания хрупкого уплотнения на конце картриджа во время вставки картриджа. Таким образом, полая часть стержня может выполнять функцию удлиненного прокалывающего элемента. Для упрощения прокалывания картриджа или части картриджа, такой как хрупкое уплотнение, дальний конец полой части стержня, на котором расположена прокалывающая поверхность, предпочтительно имеет меньшую площадь поперечного сечения, чем область полой части стержня, находящаяся в непосредственной близости с прокалывающей поверхностью. Предпочтительно, площадь поперечного сечения полой части стержня сужается по направлению к коническому кончику на дальнем конце полой части стержня. Площадь поперечного сечения полой части стержня может сужаться по направлению к точке на дальнем конце полой части стержня.
Нагреватель в сборе может быть создан из нескольких отдельных компонентов, которые скомпонованы вместе для создания нагревателя в сборе. Предпочтительно, нагреватель в сборе представляет собой единый цельный компонент. Предпочтительно, это может потребовать меньшее количество производственных этапов, чем существующие системы, в которых нагреватель в сборе создается из множества отдельных компонентов. Это также может обеспечить изготовление нагревателя в сборе на автоматической сборочной линии, таким образом, такие устройства могут производиться быстрее и с большей воспроизводимостью.
Устройство предпочтительно содержит блок электропитания, присоединенный к нагревателю в сборе. Например, блоком питания может быть батарея, такая как литий-железо-фосфатная батарея, или другая форма устройства хранения заряда, такая как конденсатор. Блок питания предпочтительно расположен в корпусе. Блок питания может нуждаться в перезарядке и может иметь емкость, которая позволяет накапливать достаточное количество энергии для одного или более сеансов курения. Например, блок питания может обладать достаточной емкостью для обеспечения непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, равного приблизительно шести минутам, что соответствует обычному времени, необходимому для выкуривания обычной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере блок питания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности осуществления предварительно заданного количества затяжек или отдельных активаций.
Устройства согласно настоящему изобретению могут содержать электрическую схему, соединенную с нагревателем в сборе и источником электропитания. Электрическая схема может содержать микропроцессор, который может представлять собой программируемый микропроцессор, микроконтроллер или специализированную интегральную схему (ASIC) или другую электронную схему, выполненную с возможностью осуществления управления. Электрическая схема может содержать дополнительные электронные компоненты. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью регулирования подачи питания на нагреватель в сборе. Питание может подаваться на нагреватель в сборе непрерывно после активации устройства или с перерывами, например, от затяжки к затяжке. Электрическая схема преимущественно может содержать преобразователь постоянного тока в переменный, который может содержать усилитель мощности класса D или класса E.
Устройство может содержать блок электропитания, соединенный с нагревателем в сборе, и электрическую схему, соединенную с блоком питания и нагревателем в сборе.
Если нагреватель в сборе содержит множество электрических нагревателей, которые расположены на расстоянии вдоль длины полой части стержня, электрическая схема предпочтительно выполняется с возможностью измерения одного или более электрических параметров множества электрических нагревателей и вычисления оцененного остаточного количества субстрата, образующего аэрозоль, в картридже, расположенном в полости, или предполагаемого распределения субстрата, образующего аэрозоль, в картридже, основанного на измеренных электрических параметрах.
В контексте настоящего документа термин «электрический параметр» используется для описания электрического свойства, значения или показателя, который может быть определен путем измерения, например, удельного сопротивления, проводимости, импеданса, удельной емкости, силы тока, напряжения и сопротивления.
Предпочтительно, при такой компоновке электрические нагреватели могут выполнять двойную функцию: нагревание и считывание данных. Это может позволить устройству в любое время определять количество субстрата, образующего аэрозоль, оставшегося в картридже. Исходя из этого, устройство может работать иначе за счет того, что электрическая схема сохраняет желаемые свойства аэрозоля или может информировать пользователя о текущем состоянии субстрата, образующего аэрозоль, чтобы пользователь мог предпринять необходимые действия, такие как замена картриджа или ориентация устройства для избегания негативного воздействия на свойства аэрозоля.
В таких вариантах осуществления электрическая схема может быть выполнена с возможностью раздельного измерения одного или более электрических параметров каждого из множеств электрических нагревателей и вычисления оцененного остаточного количества или предполагаемого распределения, или как оцененного остаточного количества, так и предполагаемого распределения, основанного на различиях в измерении электрических параметров в двух или более множествах электрических нагревателей.
Если устройство содержит блок питания, присоединенный к нагревателю в сборе, и электрическую схему, соединенную с блоком питания и нагревателем в сборе, устройство предпочтительно дополнительно содержит пользовательский индикатор, присоединенный к блоку питания. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью управления пользовательским индикатором в ответ на оцененное остаточное количество или предполагаемое распределение. Пользовательский индикатор может иметь любую подходящую конфигурацию, например, пользовательский индикатор может представлять собой дисплей, звуковой вывод, тактильный вывод или их комбинацию. Это может позволить устройству передавать информацию пользователю об оцененном остаточном количестве или предполагаемом распределении, или и том, и другом, жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в картридже.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью управления пользовательским индикатором, когда оцененное остаточное количество падает ниже порогового значения, для оповещения пользователя и предложения заменить картридж. Схема управления также может быть выполнена с возможностью управления пользовательским индикатором, когда предполагаемое распределение означает, что устройство слишком долго держалось под определенным углом так, что пользователь оповещается о необходимости смены положения устройства, по меньшей мере временно, чтобы субстрат, образующий аэрозоль, мог перераспределиться в части для хранения.
Схема управления может быть выполнена с возможностью оповещения пользователя об оцененном остаточном количестве или предполагаемом распределении посредством линии связи с посторонним устройством, таким как смартфон, смарт-часы, планшет, стационарный компьютер или подобным устройством.
Если устройство содержит электрическую схему, присоединенную к источнику питания и выполненную с возможностью измерения одного или более электрических параметров множества электрических нагревателей и вычисления оцененного остаточного количества или предполагаемого распределения, электрическая схема может быть дополнительно выполнена с возможностью управления подачей электропитания одному или более множествам электрических нагревателей по-отдельности в ответ на оцененное остаточное количество или предполагаемое распределение.
Предпочтительно, это может позволить устройству определять, какой из электрических нагревателей находится в наилучшем состоянии для генерирования аэрозоля наиболее эффективным способом и соответствующим образом изменять подачу электропитания. Это может позволить свести к минимуму вариации свойств аэрозоля, вызванные вариациями распределения субстрата, образующего аэрозоль, в картридже. Это также может снизить общее потребление энергии устройства за счет обеспечения выборочного извлечения энергии из электрических нагревателей наиболее эффективным способом. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью увеличения подачи электропитания одному или более множествам электрических нагревателей в ответ на оцененное остаточное количество или предполагаемое распределение.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью уменьшения подачи электропитания одному или более множествам электрических нагревателей в ответ на оцененное остаточное количество или предполагаемое распределение.
Предпочтительно, это может обеспечить выборочное снижение потребления энергии одним или более электрическими нагревателями, например, если оцененное остаточное количество или предполагаемое распределение показывают, что определенный электрический нагреватель расположен ненадлежащим образом для генерирования аэрозоля. Это также может снизить риск повреждения электрических нагревателей вследствие перегрева, например, если при использовании жидкого субстрата, образующего аэрозоль, электрические параметры показывают, что один или более электрических нагревателей являются сухими или частично сухими.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью уменьшения или увеличения подачи электропитания одному или более множествам электрических нагревателей в ответ на оцененное остаточное количество или предполагаемое распределение. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью уменьшения подачи электропитания одному или более множествам электрических нагревателей, в то же время увеличивая подачу электропитания другим одному или более множествам электрических нагревателей, в ответ на оцененное остаточное количество или предполагаемое распределение.
В контексте настоящего документа термин «устройство, генерирующее аэрозоль» относится к устройству, которое взаимодействует с изделием, генерирующим аэрозоль, таким как расходуемый картридж, для генерирования аэрозоля.
Предпочтительно, устройство, генерирующее аэрозоль, является портативным. Устройство, генерирующее аэрозоль, может иметь размер, сопоставимый с размером обычной сигары или сигареты. Устройство, генерирующее аэрозоль, может иметь общую длину, составляющую от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Устройство, генерирующее аэрозоль, может иметь наружный диаметр, составляющий от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.
Нагреватель в сборе может быть соединен с корпусом устройства или быть неотделимым от него. В других вариантах осуществления нагреватель в сборе может быть прикреплен к корпусу с возможностью отсоединения. Это может обеспечить по меньшей мере частичное отсоединение нагревателя в сборе от устройства, например, для технического обслуживания, чистки или замены нагревателя в сборе. Нагреватель в сборе может быть соединен с корпусом с возможностью отсоединения за счет одного или более электрических и механических соединительных средств.
Нагреватель в сборе содержит один или более электрических нагревателей. Например, нагреватель в сборе может содержать один, два, три, четыре, пять, шесть или более электрических нагревателя, расположенных в полой части стержня. Если нагреватель в сборе содержит множество электрических нагревателей, электрические нагреватели могут быть разнесены по длине полой части стержня. Каждый электрический нагреватель содержит по меньшей мере один нагревательный элемент. Каждый электрический нагреватель может содержать более одного нагревательного элемента, например, два, три, четыре, пять, шесть или более нагревательных элементов. Нагревательный элемент или нагревательные элементы могут быть расположены надлежащим образом для наиболее эффективного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, картриджа, вставленного в полость основного корпуса.
Нагревательные элементы предпочтительно имеют диаметр, составляющий от 0,10 до 0,15 мм, предпочтительно приблизительно 0,125 мм. Полая часть стержня предпочтительно выполнена из электрорезистивного материала, такого как нержавеющая сталь 904 или 301. Примеры других подходящих металлов включают титан, цирконий, тантал и металлы из платиновой группы. Примеры других подходящих сплавов металлов включают константан, никель-, кобальт-, хром-, алюминий-, титан-, цирконий-, гафний-, ниобий-, молибден-, тантал-, вольфрам-, олово-, галлий-, марганец- и железосодержащие сплавы, а также суперсплавы на основе никеля, железа, кобальта, нержавеющей стали, Timetal, сплавы на основе железа и алюминия и сплавы на основе железа, марганца и алюминия. Timetal представляет собой зарегистрированный товарный знак компании Titanium Metals Corporation, 1999 Broadway Suite 4300, Денвер, Колорадо.
По меньшей мере один нагревательный элемент может функционировать за счет резистивного нагрева. Иными словами, материал и размеры нагревательного элемента могут быть выбраны таким образом, чтобы при прохождении определенного тока через нагревательный элемент температура нагревательного элемента повышалась до желаемой температуры. Ток через нагревательный элемент может подаваться от батареи за счет проводимости или он может быть индуцирован в нагревательном элементе путем приложения переменного магнитного поля по окружности нагревательного элемента.
В устройствах согласно настоящему изобретению по меньшей мере один нагревательный элемент каждого электрического нагревателя выполнен из одной или более узких областей полой части стержня между смежными отверстиями в полой части стержня. Отверстия предпочтительно имеют ширину, составляющую от приблизительно 10 микрон до приблизительно 100 микрон, предпочтительно от приблизительно 10 микрон до приблизительно 60 микрон. Предпочтительно, отверстия создают капиллярное действие, так что при использовании материал, например, жидкость, подлежащая испарению, втягивается в отверстия, увеличивая площадь контакта между электрическим нагревателем и жидкостью. В контексте настоящего документа термин «длина отверстия» относится к размеру отверстия в продольном направлении. То есть, в направлении его максимального размера. Термин «ширина отверстия» относится к размеру отверстия в направлении, поперечном его длине.
Полая часть стержня может быть выполнена из единого трубчатого корпуса. В некоторых вариантах осуществления полая часть стержня может быть выполнена из первой и второй полых частей стержня, присоединенных к корпусу, которые проходят вдоль одной продольной оси и встречаются в месте соединения. В таких вариантах осуществления корпус может содержать основной корпус, в котором формируется полость, и закрывающий корпус, выполненный с возможностью вхождения в контакт с основным корпусом для закрывания полости, при этом первая полая часть стержня присоединена к основному корпусу, а вторая полая часть стержня присоединена к закрывающему корпусу. Закрывающий корпус может выполнять функцию обычной крышки для закрытия полости. Предпочтительно, закрывающий корпус формирует мундштучную часть, с помощью которой воздух может быть втянут через ход для потока воздуха устройства, генерирующего аэрозоль.
Первая и вторая полые части стержня могут иметь первую и вторую прокалывающие поверхности на их соответствующих дальних концах. Это может обеспечить первой и второй полым частям стержня возможность удобным и простым образом прокалывать конец картриджа, вставленного в полость, например, за счет прокалывания хрупких уплотнений на обоих концах картриджа при вставке картриджа. Таким образом, полая часть стержня может выполнять функцию удлиненного прокалывающего элемента. Для упрощения прокалывания картриджа или части картриджа, такой как хрупкое уплотнение, дальние концы первой и второй полых частей стержня, на которых расположены прокалывающие поверхности, предпочтительно имеют меньшую площадь поперечного сечения, чем область соответствующей полой части стержня, находящейся в непосредственной близости с прокалывающей поверхностью. В особенно предпочтительном варианте осуществления площадь поперечного сечения каждой полой части стержня сужается по направлению к коническому кончику на ее дальнем конце. Площадь поперечного сечения каждой полой части стержня может сужаться по направлению к точке на ее дальнем конце.
Предпочтительно, наличие полой части стержня, состоящей из двух частей, с прокалывающими поверхностями может способствовать более легкому прокалыванию пользователем уплотнений на обоих концах картриджа. Хотя и не желая ограничиваться теорией, полагают, что прокалывание уплотнений по направлению к центру картриджа предотвращает сдвиг уплотнений в полых частях стержня, а усилия, прикладываемые первой и второй прокалывающими поверхностями, возрастают, что обеспечивает более легкое прокалывание уплотнений.
Если первая и вторая полые части стержня имеют размер, который позволяет им встретиться в месте соединения, дальние концы первой и второй полых частей стержня предпочтительно имеют единую форму так, что уплотнение формируется вокруг места соединения. При такой компоновке, поток воздуха может быть значительно ограничен внутренним проходом для потока воздуха через удлиненный прокалывающий узел, чем прохождением в часть для хранения картриджа, таким образом способствуя доставке однородного аэрозоля. Дальние концы первой и второй полых частей стержня могут иметь любую подходящую единую прокалывающую форму. Предпочтительно, дальний конец одной из первой и второй полых частей стержня имеет сужающуюся внутрь наружную поверхность, а дальний конец другой из первой и второй полых частей стержня имеет расширяющуюся наружу внутреннюю поверхность, при этом внутренняя и внешняя поверхности имеют такую форму, что сужающаяся внутрь наружная поверхность помещается внутри расширяющейся наружу внутренней поверхности для формирования уплотнения, когда закрывающий корпус входит в контакт с основным корпусом. Это может обеспечить легкую состыковку первой и второй полых частей стержня. Например, дальний конец первой полой части стержня может иметь сужающуюся внутрь наружную поверхность, а дальний конец второй полой части стержня может иметь расширяющуюся наружу внутреннюю поверхность, при этом внутренняя и внешняя поверхности имеют такую форму, что сужающаяся внутрь наружная поверхность помещается внутри расширяющейся наружу внутренней поверхности для формирования уплотнения, когда закрывающий корпус входит в контакт с основным корпусом.
Корпус может быть удлиненным. Корпус может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примеры подходящих материалов включают в себя металлы, сплавы, пластмассы или композитные материалы, содержащие один или более таких материалов, или термопластичные материалы, подходящие для применения в пищевой или фармацевтической промышленности, например, полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэтилен. Предпочтительно, материал является легким и нехрупким.
Корпус может содержать мундштук. Мундштук может содержать по меньшей мере одно впускное отверстие для воздуха и по меньшей мере одно выпускное отверстие для воздуха. Мундштук может содержать более одного впускного отверстия для воздуха. Одно или более впускных отверстий для воздуха могут снижать температуру аэрозоля перед его доставкой пользователю и могут снижать концентрацию аэрозоля перед его доставкой пользователю. В контексте настоящего документа термин «мундштук» относится к части устройства, генерирующего аэрозоль, которое помещается в рот пользователя для непосредственного вдыхания аэрозоля, сгенерированного устройством, генерирующим аэрозоль, из изделия, генерирующего аэрозоль, расположенного в полости корпуса.
Согласно второму аспекту изобретения предоставляется электрически нагреваемая система, генерирующая аэрозоль, содержащая устройство, генерирующее аэрозоль, согласно любому из вышеописанных вариантов осуществления и расходуемый картридж, имеющий часть для хранения, содержащую субстрат, образующий аэрозоль, при этом часть для хранения имеет проницаемую для текучей среды внутреннюю поверхность, окружающую проход с открытым концом, проходящий через картридж.
В контексте настоящего документа термин «поверхность, проницаемая по отношению к текучей среде» относится к поверхности, которая позволяет жидкости или газу проникать через нее. Внутренняя поверхность может иметь множество выполненных в ней отверстий для обеспечения проникновения через них текучей среды.
Система содержит расходуемый картридж. Расходуемый картридж может быть присоединен к устройству, генерирующему аэрозоль, с возможностью съема. В контексте настоящего документа термин «соединен с возможностью съема» означает, что обеспечивается возможность взаимного соединения и разъединения картриджа и устройства без существенного повреждения либо устройства, либо картриджа. Картридж может быть снят с устройства, генерирующего аэрозоль, при израсходовании субстрата, образующего аэрозоль. Картридж может быть одноразовым. Картридж может быть многоразовым. Картридж может быть выполнен с возможностью повторной заправки субстратом, образующим аэрозоль. Картридж может быть заменен в устройстве, генерирующем аэрозоль.
Система, генерирующая аэрозоль, может содержать камеру, образующую аэрозоль, в которой из перенасыщенного пара образуется аэрозоль, перемещаемый далее в рот пользователя. Впускное отверстие для воздуха, выпускное отверстие для воздуха и камера предпочтительно расположены таким образом, чтобы образовать путь прохождения потока воздуха от впускного отверстия для воздуха к выпускному отверстию для воздуха через камеру, образующую аэрозоль, с целью транспортировки аэрозоля к выпускному отверстию для воздуха и в рот пользователя. Камера, образующая аэрозоль, может определяться одним из или обоими картриджем и устройством, генерирующим аэрозоль.
В контексте настоящего документа термин «субстрат, образующий аэрозоль» относится к субстрату, способному высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Такие летучие соединения могут быть высвобождены путем нагревания субстрата, образующего аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, в целях удобства может быть частью изделия, генерирующего аэрозоль, такой как картридж или курительное изделие.
Субстрат, образующий аэрозоль, предпочтительно представляет собой жидкость, образующую аэрозоль. В контексте настоящего документа термины «жидкость, образующая аэрозоль» и «жидкий субстрат, образующий аэрозоль» взаимозаменяемы. Часть для хранения предпочтительно содержит капиллярный фитиль, формирующий часть или всю внутреннюю поверхность, для перемещения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из части для хранения к нагревателю в сборе.
Часть для хранения может содержать один субстрат, образующий аэрозоль. Часть для хранения может содержать два или более субстратов, образующих аэрозоль, хранящихся отдельно. Например, часть для хранения может содержать три субстрата, образующих аэрозоль, хранящихся отдельно, четыре субстрата, образующих аэрозоль, хранящихся отдельно, пять субстратов, образующих аэрозоль, хранящихся отдельно, или шесть или более субстратов, образующих аэрозоль, хранящихся отдельно. Если часть для хранения содержит два или более субстратов, образующих аэрозоль, хранящихся отдельно, нагреватель в сборе предпочтительно содержит множество электрических нагревателей, разнесенных по длине удлиненного прокалывающего узла, при этом множество электрических нагревателей содержит по меньшей мере один электрический нагреватель для каждого из субстратов, образующих аэрозоль, причем каждый из электрических нагревателей выполнен с возможностью нагревать соответствующий ему субстрат, образующий аэрозоль. Это может обеспечить независимый нагрев субстрата, образующего аэрозоль.
Часть для хранения расходуемого картриджа может содержать первый и второй субстраты, образующие аэрозоль, хранящиеся отдельно; нагреватель в сборе содержит множество электрических нагревателей, разнесенных по длине удлиненного прокалывающего узла, при этом множество электрических нагревателей содержит первый электрический нагреватель для нагревания первого субстрата, образующего аэрозоль, для создания первого аэрозоля, и второй электрический нагреватель для нагревания второго субстрата, образующего аэрозоль, для создания второго аэрозоля.
В системе, генерирующей аэрозоль, согласно настоящему изобретению часть для хранения предпочтительно является сжимаемой, и диаметр прохода с открытым концом, проходящего через картридж, меньше наружного диаметра полой части стержня. При такой компоновке, часть для хранения может сжиматься в радиальном направлении нагревателем в сборе для обеспечения плотной посадки между картриджем и полой частью стержня. Это может улучшить контакт между электрическим нагревателем и субстратом, образующим аэрозоль, в части для хранения для обеспечения стабильных свойств аэрозоля. Это также может ограничить или устранить поток воздуха между картриджем и наружной стороной полой части стержня, таким образом способствуя доставке однородного аэрозоля.
Предпочтительно субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой жидкость, образующую аэрозоль.
Если субстрат, образующий аэрозоль, является жидкостью, образующей аэрозоль, часть для хранения предпочтительно содержит капиллярный фитиль для транспортировки жидкости, образующей аэрозоль, к нагревателю в сборе, при этом капиллярный фитиль формирует всю внутреннюю поверхность или ее часть.
Расположенный выше по потоку и расположенный ниже по потоку концы картриджа могут быть покрыты хрупкими уплотнениями. Картридж может дополнительно содержать уплотнительное кольцо на одном из или обоих расположенном выше по потоку и расположенном ниже по потоку концах прохода с открытым концом.
Картридж может содержать первое герметичное отделение, содержащее первый субстрат, образующий аэрозоль, и второе герметичное отделение, содержащее второй субстрат, образующий аэрозоль. Первое отделение и второе отделение предпочтительно расположены последовательно от расположенного выше по потоку конца до расположенного ниже по потоку конца картриджа. То есть, второе отделение расположено ниже по потоку от первого отделения. Предпочтительно, как первое отделение, так и второе отделение содержат хрупкую перегородку на каждом конце. Предпочтительно, каждая хрупкая перегородка изготовлена из металлической пленки и, более предпочтительно, из алюминиевой пленки. Первое отделение и второе отделение картриджа могут примыкать друг к другу. Первое отделение и второе отделение могут быть разнесены друг от друга. Объем первого отделения и второго отделения может быть одинаковым или разным. Предпочтительно, объем второго отделения больше объема первого отделения.
Часть для хранения может создавать кольцевое пространство, окружающее внутренний проход с открытым концом. Картридж может иметь в целом цилиндрическую форму и может иметь любое желаемое поперечное сечение, такое как круглое, шестиугольное, восьмиугольное или десятиугольное. Часть для хранения может содержать трубчатый пористый элемент, в который поглощается жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Часть для хранения предпочтительно содержит капиллярный фитиль и капиллярный материал, содержащий жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Капиллярный фитиль может определять внутреннюю поверхность, окружающую проход с открытым концом. Капиллярным материалом является материал, который активно транспортирует жидкость от одного конца материала к другому. Капиллярный материал предпочтительно может быть ориентирован в часть для хранения для передачи жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в проход с открытым концом. Капиллярный материал может иметь волокнистую структуру. Капиллярный материал может иметь губчатую структуру. Капиллярный материал может содержать пучок капилляров. Капиллярный материал может содержать множество волокон. Капиллярный материал может содержать множество нитей. Капиллярный материал может содержать трубки с узким каналом. Капиллярный материал может содержать комбинацию волокон, нитей и трубок с узкими каналами. Волокна, нити и трубки с узкими каналами в целом могут быть выровнены для транспортировки жидкости к электрическому нагревателю. Капиллярный материал может содержать губкообразный материал. Капиллярный материал может содержать пенообразный материал. Структура капиллярного материала может образовывать множество небольших каналов или трубок, через которые жидкость может быть транспортирована за счет капиллярного действия.
Капиллярный материал может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примерами подходящих материалов являются губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спеченных порошков, вспененный металлический или пластиковый материал, волокнистый материал, например, выполненный из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетилцеллюлозные, полиэфирные или склеенные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамика. Капиллярный материал может быть изготовлен из полимерного соединения, включая полимеры для использования в медицине, такие как медицинский полимерный полиметилметакрилат (PMMA) ALTUGLAS, стирол-бутадиеновый сополимер (SBC) K-Resin компании Chevron Phillips, полимеры с особыми характеристиками Pebax, Rilsan, and Rilsan Clear компании Arkema, полиэтилен низкой плотности (LDPE) DOW (Health+™), DOW™ LDPE 91003, DOW™ LDPE 91020 (MFI 2.0; плотность 923), полипропилен (PP) PP1013H1, PP1014H1 и PP9074MED компании ExxonMobil™, поликарбонат (PC) 2060-SERIES компании Trinseo CALIBRE™. Капиллярный материал может быть выполнен из металлического сплава, например, сплавов алюминия или нержавеющей стали для использования в медицине. Капиллярный материал может иметь любые подходящие капиллярность и пористость для его использования с жидкостями, имеющими разные физические свойства. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, имеет такие физические свойства, включая, но без ограничения, вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температуру кипения и давление пара, которые обеспечивают возможность транспортировки жидкости через капиллярный материал за счет капиллярного действия. Капиллярный материал может быть выполнен с возможностью транспортировки субстрата, образующего аэрозоль, к распылителю.
В системе, генерирующей аэрозоль, согласно настоящему изобретению субстрат, образующий аэрозоль, может быть жидкостью, образующей аэрозоль. В таких вариантах осуществления предпочтительно часть для хранения представляет собой часть для хранения жидкости, предназначенную для хранения жидкости, образующей аэрозоль.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, содержащий никотин, может представлять собой матрицу из никотиновой соли. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, которые выделяются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагреве. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал, не содержащий табака. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Веществом для образования аэрозоля является любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которые в ходе использования способствуют образованию плотного и устойчивого аэрозоля, и которые по существу являются устойчивыми к термической деградации при рабочей температуре системы. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны из уровня техники и включают, но без ограничения: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин, сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как глицерол моно-, ди- или триацетат, и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Вещества для образования аэрозоля могут представлять собой многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как ароматизаторы.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин и по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля может представлять собой глицерин. Вещество для образования аэрозоля может представлять собой пропиленгликоль. Вещество для образования аэрозоля может содержать как глицерин, так и пропиленгликоль. Концентрация никотина в субстрате, образующем аэрозоль, может составлять от приблизительно 2% до приблизительно 10%.
Несмотря на то, что выше упоминаются жидкие субстраты, образующие аэрозоль, специалистам с обычной квалификацией в данной области техники будет понятно, что с другими вариантами осуществления могут быть использованы другие формы субстрата, образующего аэрозоль. Например, субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой твердый субстрат, образующий аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать как твердые, так и жидкие компоненты. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, которые выделяются из субстрата при нагреве. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать нетабачный материал. Субстрат, образующий аэрозоль, может дополнительно содержать вещество для образования аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль.
Если субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой твердый субстрат, образующий аэрозоль, то этот твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать, например, одно или более из следующего: порошок, гранулы, шарики, крупицы, тонкие трубки, полоски или листы, содержащие одно или более из следующего: травяные листья, табачные листья, фрагменты табачных жилок, восстановленный табак, гомогенизированный табак, экструдированный табак, литой листовой табак и расширенный табак. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может иметь рассыпную форму или может быть предусмотрен в подходящих таре или картридже. При необходимости, твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать дополнительные табачные или нетабачные летучие ароматические соединения, высвобождаемые при нагреве субстрата. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может также содержать капсулы, которые содержат, например, дополнительные табачные или нетабачные летучие ароматические соединения, и такие капсулы могут плавиться во время нагревания твердого субстрата, образующего аэрозоль.
В контексте данного документа термин «гомогенизированный табак» относится к материалу, образованному в результате агломерирования табака в виде частиц. Гомогенизированный табак может иметь форму листа. Гомогенизированный табачный материал может содержать более 5% вещества для образования аэрозоля в пересчете на сухой вес. В качестве альтернативы, гомогенизированный табачный материал может содержать от приблизительно 5% до приблизительно 30% вещества для образования аэрозоля в пересчете на сухой вес. Листы гомогенизированного табачного материала могут быть образованы путем агломерирования табака в виде частиц, полученного путем помола или иного измельчения одного из или обоих слоев табачного листа и стеблей табачного листа. В качестве альтернативы или дополнения, листы гомогенизированного табачного материала могут содержать одно или более из следующего: табачная пыль, табачная мелочь и другие табачные отходы в виде частиц, образующиеся, например, при обработке, перемещении и отгрузке табака. Листы гомогенизированного табачного материала могут содержать одно или более внутренних связующих, т.е. табачных эндогенных связующих, одно или более внешних связующих, т.е. табачных экзогенных связующих, или их сочетание, что способствует агломерированию табака в виде частиц; в других примерах или дополнительно листы гомогенизированного табачного материала могут содержать другие добавки, включая, но без ограничения, табачные и нетабачные волокна, образователи аэрозоля, увлажнители, пластификаторы, ароматизаторы, наполнители, водные и неводные растворители и их сочетания.
Необязательно твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть предусмотрен на термостабильном носителе или встроен в него. Носитель может иметь форму порошка, гранул, шариков, крупиц, тонких трубочек, полосок или листов. В других примерах носитель может представлять собой трубчатый носитель, имеющий тонкий слой твердого субстрата, нанесенный на его внутреннюю поверхность и/или на его внешнюю поверхность. Такой трубчатый носитель может быть образован, например, из бумаги или бумагообразного материала, нетканой клеенки из углеродных волокон, легкой металлической сетки с открытыми ячейками, или перфорированной металлической фольги, или любой другой термостабильной полимерной матрицы.
Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть нанесен на поверхность носителя в виде, например, листа, пены, геля или суспензии. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть нанесен на всю поверхность носителя или альтернативно может быть нанесен в виде определенной схемы с целью обеспечения неоднородной доставки аромата во время использования.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предоставляется набор для электрически нагреваемой системы, генерирующей аэрозоль, причем набор содержит устройство, генерирующее аэрозоль, согласно любому из вышеописанных вариантов осуществления, и множество расходуемых картриджей для использования в устройстве, генерирующем аэрозоль, при этом каждый картридж содержит часть для хранения, имеющую субстрат, образующий аэрозоль, и проницаемую для текучей среды внутреннюю поверхность, окружающую проход с открытым концом, проходящий через картридж.
В контексте настоящего документа термины «выше по потоку» и «ниже по потоку» используются для описания относительных положений компонентов или частей компонентов картриджей, устройств, генерирующих аэрозоль, и систем, генерирующих аэрозоль, согласно настоящему изобретению относительно направления воздуха, втягиваемого через картриджи, устройства, генерирующие аэрозоль, и системы, генерирующие аэрозоль, при их использовании. Термины «дальний» и «ближний» используются для описания относительных положений компонентов устройств, генерирующих аэрозоль, и систем, генерирующих аэрозоль, относительно их соединения с устройством, таким образом, что ближний конец компонента находится на «закрепленном» конце, который присоединен к устройству, а дальний конец находится на «свободном» конце, противоположном ближнему концу. Если компонент присоединен к устройству на расположенном ниже по потоку конце компонента, расположенный ниже по потоку конец может считаться «ближним» концом и наоборот.
В контексте настоящего документа термины «продольный» и «длина» относятся к направлению между противоположными концами картриджа, устройства или компонента устройства, например, между их расположенном ниже по потоку или ближнем концом и противоположном, расположенном выше по потоку или дальнем концом. Термин «поперечный» используется для описания направления, перпендикулярного продольному направлению.
Расположенный выше по потоку и расположенный ниже по потоку концы картриджа и устройства, генерирующего аэрозоль, определяются относительно потока воздуха, когда пользователь осуществляет затяжку с конца, подносимого ко рту, устройства, генерирующего аэрозоль. Воздух втягивается в картридж или устройство на расположенном выше по потоку конце, проходит вниз по потоку через картридж или устройство и выходит из картриджа или устройства на расположенном ниже по потоку конце.
В контексте данного документа термин «впускное отверстие для воздуха» используется для описания одного или более отверстий, через которые воздух может втягиваться в систему, образующую аэрозоль.
В данном контексте термин «выпускное отверстие для воздуха» используется для описания одного или нескольких отверстий, через которые воздух может быть вытянут из системы, генерирующей аэрозоль.
Признаки, описанные в отношении одного или более аспектов, могут быть в равной степени применены и к другим аспектам настоящего изобретения. В частности, признаки, описанные в отношении устройства, генерирующего аэрозоль, согласно первому аспекту, могут быть в равной степени применены к системе, генерирующей аэрозоль, согласно второму аспекту и набору согласно четвертому аспекту, и наоборот.
Настоящее изобретение будет далее описано исключительно на примерах, со ссылками на сопроводительные графические материалы, на которых:
на фиг. 1 показано продольное поперечное сечение системы, генерирующей аэрозоль, согласно первому варианту осуществления;
на фиг. 2 показано продольное поперечное сечение расходуемого картриджа для использования в системе, генерирующей аэрозоль, по фиг. 1;
на фиг. 3A показан вид в перспективе первого варианта осуществления нагревателя в сборе для системы, генерирующей аэрозоль, по фиг. 1;
на фиг. 3B показан увеличенный частичный вид сбоку нагревателя в сборе по фиг. 3A;
на фиг. 4 показан увеличенный частичный вид в перспективе второго варианта осуществления нагревателя в сборе для системы, генерирующей аэрозоль, по фиг. 1;
на фиг. 5A и 5B показан способ вставки расходуемого картриджа в устройство, генерирующее аэрозоль, системы, генерирующей аэрозоль, по фиг. 1; и
на фиг. 5C показано продольное поперечное сечение картриджа и нагревателя в сборе системы по фиг. 5A и 5B, в которых система удерживается в наклонном положении.
На фиг. 1 схематически показана система 10, генерирующая аэрозоль, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, содержащая устройство 100, генерирующее аэрозоль, и изделие, генерирующее аэрозоль, в виде расходуемого картриджа 200.
Устройство 100 содержит основной корпус 102, содержащий батарею 104 и электронные схемы 106 управления. Корпус 102 также определяет полость 108, внутри которой размещен картридж 200. Устройство 100 дополнительно содержит мундштучную часть 110, содержащую выпускное отверстие 112. В этом примере мундштучная часть 110 присоединена к основному корпусу 102 посредством резьбового соединения, но может использоваться любой подходящий тип соединения, такой как шарнирное соединение или зажимное соединение. Устройство 100 дополнительно содержит нагреватель 300 в сборе, содержащий удлиненный прокалывающий элемент 302 в виде полой части 304 стержня, соединенной с корпусом 102, и множество электрических нагревателей 350, разнесенных друг от друга вдоль длины полой части 304 стержня. Нагреватель 300 в сборе расположен по центру в полости 108 устройства 100 и проходит вдоль продольной оси полости 108. Полая часть 304 стержня определяет проход 306 для потока воздуха. Впускные отверстия 114 для воздуха расположены выше по потоку в основном корпусе 102 нагревателя 300 в сборе и имеют связь по текучей среде с выпускным отверстием 112 через проход 306 для потока воздуха.
Как лучше всего видно на фиг. 2, картридж 200 содержит часть 202 для хранения, содержащую трубчатый капиллярный фитиль 204, окруженный трубчатым капиллярным материалом 206, содержащим жидкий субстрат, формирующий аэрозоль. Картридж 200 имеет полую цилиндрическую форму, через которую проходит внутренний канал 208. Капиллярный фитиль 204 окружает внутренний канал 208 таким образом, что внутренний канал 208 по меньшей мере частично определяется внутренней поверхностью капиллярного фитиля 204. Расположенный выше по потоку и расположенный ниже по потоку концы картриджа 200 покрыты хрупкими уплотнениями 210, 212. Картридж 200 дополнительно содержит уплотнительные кольца 214, 216 на каждом расположенном выше по потоку и расположенном ниже по потоку концах внутреннего канала 208.
Как лучше всего видно на фиг. 3A и 3B, полая часть 304 стержня нагревателя 300 в сборе имеет прокалывающую поверхность 308 на дальнем или расположенном ниже по потоку конце. В этом примере прокалывающая поверхность 308 создана с помощью острого кончика на дальнем конце полой части 304 стержня. Полая часть 304 стержня содержит множество отверстий 310 и частично разделена на множество электроизолированных секций 318, которые отделены друг от друга с помощью изолирующих зазоров 320. Множество отверстий скомпоновано во множество групп отверстий, разнесенных друг от друга вдоль длины полой части стержня. В этом примере отверстия скомпонованы в первую группу 312 возле ближнего конца полой части 304 стержня и вторую группу 314 возле дальнего конца полой части 304 стержня. Каждая из групп отверстий определяет электрический нагреватель 350. Как показано на фиг. 3B, каждый электрический нагреватель 350 содержит множество нагревательных элементов 352, определенных узкими областями полой части стержня между смежными отверстиями 310. Нагревательные элементы 352 имеют ширину 354, а отверстия имеют ширину 356. Размер 356 ширины отверстий предпочтительно выбран таким образом, что при использовании жидкий субстрат, образующий аэрозоль, вытягивается к электрическому нагревателю 350 за счет капиллярного действия через отверстия 310. В примере, показанном на фиг. 3A, первая и вторая группы отверстий 310 смещены по окружности полой части 304 стержня. В других примерах две или более групп отверстий 310 могут быть выровнены по окружности полой части 304 стержня.
Полая часть 304 стержня по меньшей мере частично разделена на множество электроизолированных секций 318, которые электрически соединены с батареей в устройстве. Нагревательные элементы 352 присоединены на одном конце к одной из электроизолированных секций 318, а на другом конце к другой из электроизолированных секций. Таким образом, электрические нагреватели 350 электрически соединены с устройством. Электроизолированные секции 318 могут быть электрически изолированы друг от друга с помощью изолирующих зазоров 320. Таким образом, электрические нагреватели 350 могут быть электрически изолированы друг от друга для обеспечения раздельных эксплуатации, управления или наблюдения без необходимости отдельной электрической проводки для каждого нагревателя. В этом примере зазоры 320 представляют собой воздушные зазоры. Другими словами, зазоры 320 не содержат изоляционный материал. В других примерах один или более зазоров 320 могут быть полностью или частично заполнены электроизоляционным материалом.
На фиг. 4 показан частичный вид нагревателя 400 в сборе согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. По аналогии с нагревателем 300 в сборе, нагреватель 400 в сборе содержит удлиненный прокалывающий элемент в виде полой части 404 стержня, определяющей проход 406 для потока воздуха и имеющей множество отверстий 410 вдоль своей длины. Однако в отличие от нагревателя 300 в сборе, нагреватель 400 в сборе содержит один электрический нагреватель 450, проходящий вдоль по существу всей длины полой части 404 стержня и окружающий полую часть 404 стержня. Электрический нагреватель 450 также содержит множество нагревательных элементов 452, определенных узкими областями полой части 404 стержня между смежными отверстиями 410. Однако в случае нагревателя 400 в сборе, нагревательные элементы 452 расположены согласно сетчатой схеме.
Согласно фиг. 5A и 5B, вставка картриджа 200 в устройство 100 системы 10 описываться не будет.
Для вставки картриджа 200 в устройство 100, и, таким образом, сборки системы 10 первым этапом является изъятие мундштучной части 110 из основного корпуса 102 устройства 100 и вставка изделия 200 в полость 108 устройства 100, как показано на фиг. 5A. При вставке картриджа 200 в полость 108 прокалывающая поверхность 308 на дальнем конце прокалывающего элемента 302 разрушает хрупкое уплотнение на расположенном выше по потоку конце картриджа 200. Так как картридж 200 дополнительно вставляется в полость 108 и прокалывающий элемент 302 дополнительно проходит во внутренний канал 208 картриджа, прокалывающая поверхность 308 входит в контакт с хрупким уплотнением на расположенном ниже по потоку конце картриджа 200 для создания отверстия в хрупком уплотнении.
Затем картридж 200 полностью вставляется в полость 108, а мундштучная часть 110 вновь закрепляется на основном корпусе 102 и присоединяется к нему для заключения картриджа 200 в полости 108, как показано на фиг. 5B. Когда картридж 200 полностью вставлен в полость 108, каждое из отверстий в хрупких уплотнениях на расположенных выше по потоку и ниже по потоку концах картриджа 200 имеет диаметр, приблизительно равный наружному диаметру полой части 304 стержня. Уплотнительные кольца на расположенных выше по потоку и ниже по потоку концах картриджа 200 создают уплотнение вокруг полой части 304 стержня. Вместе с хрупкими уплотнениями это снижает или предотвращает протекание жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из картриджа 200 и системы 10. Картридж 200 может быть полностью вдавлен в полость 108 пользователем до того, как мундштучная часть 110 вновь закрепляется на основном корпусе 102. В качестве альтернативы, картридж 200 может быть частично вставлен в полость 108, а мундштучная часть 110 может использоваться для заталкивания картриджа 200 в полость 108 до его полной вставки. Это может быть более удобным для пользователя.
Как показано на фиг. 5B, когда картридж 200 полностью вставлен в полость 108 устройства 100, генерирующего аэрозоль, ход для потока воздуха, показанный стрелками на фиг. 5B, формируется через систему 10, генерирующую аэрозоль. Ход для потока воздуха проходит от впускных отверстий 114 для воздуха к выпускным отверстиям 112 через внутренний канал 208 в картридже 200 и проход 306 для потока воздуха в нагревателе 300 в сборе. Как дополнительно показано на фиг. 5B, когда картридж 200 вставлен полностью, электрические нагреватели 350 имеют связь по текучей среде с частью 202 для хранения картриджа 200 на внутренней поверхности внутреннего канала 208.
При использовании жидкий субстрат, образующий аэрозоль, перемещается из части 202 для хранения к электрическим нагревателям 350 и может удерживаться в отверстиях каждого электрического нагревателя 350 за счет капиллярного действия. В этом примере внешний диаметр полой части 304 стержня больше внутреннего диаметра внутреннего канала 208 картриджа 200, таким образом часть 202 для хранения картриджа 200 сжимается полой частью 304 стержня. Это обеспечивает непосредственный контакт между электрическими нагревателями 350 и частью 202 для хранения для способствования передаче жидкого субстрата, образующего аэрозоль, электрическим нагревателям 350. Батарея поставляет электрическую энергию нагревательным элементам каждого электрического нагревателя 350. Нагревательные элементы нагреваются для испарения жидкого субстрата в капиллярном фитиле 204 для образования перенасыщенного пара. В то же время испаряемая жидкость заменяется другой жидкостью, движущейся по капиллярному фитилю 204 части 202 для хранения жидкости за счет капиллярного действия. (Иногда это называется «насосным действием».) Когда пользователь делает затяжку на мундштучной части 110, воздух втягивается через впускные отверстия 114 для воздуха через проход для потока воздуха полой части 304 стержня мимо электрических нагревателей 350 в мундштучную часть 110 и из выпускного отверстия 112. Испаренный субстрат, образующий аэрозоль, захватывается в воздух, протекающий через проход для потока воздуха полой части 304 стержня и конденсируется в мундштучной части 110 для образования вдыхаемого аэрозоля, который переносится к выпускному отверстию 112 и в рот пользователя.
Устройство может работать за счет переключателя, управляемого пользователем, (не показано) на устройстве 100. В качестве альтернативы или дополнения, устройство может содержать датчик для определения осуществления затяжки пользователем. Когда осуществление затяжки определено датчиком, электронные схемы управления контролируют подачу электрической энергии от батареи к электрическим нагревателям 350. Датчик может содержать один или более отдельных компонентов. В некоторых примерах функция определения осуществления затяжки выполняется нагревательными элементами узлов нагревателя и фитиля. Например, за счет измерения электронными схемами управления одного или более электрических параметров нагревательных элементов и определения конкретного изменения в измеренных электрических параметрах, которые указывают на осуществление затяжки.
При использовании системы, распределение жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в картридже может изменяться. Например, если жидкий субстрат, образующий аэрозоль, в части для хранения расходуется при использовании, или если система удерживается под углом значительное количество времени. Это изменение в распределении жидкого субстрата, образующего аэрозоль, может привести к различиям в количестве жидкости в капиллярном теле каждого электрического нагревателя и, следовательно, в температуре нагревательного элемента каждого электрического нагревателя. Это описывается ниже со ссылкой на фигуры 5C.
На фиг. 5C показано продольное поперечное сечение картриджа 200 и нагревателя 300 в сборе системы, генерирующей аэрозоль, после того, как система удерживалась в наклонном положении. Как показано, оставшаяся в картридже 200 жидкость 203 осела в части 202 для хранения под углом к нагревателю 300 в сборе. Так как электрические нагреватели разнесены друг от друга вдоль длины картриджа 200, объем жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в области части 202 для хранения, смежной с электрическими нагревателями, не является равномерным. В частности, область части 202 для хранения на расположенном выше по потоку конце картриджа, смежная с первой парой электрических нагревателей 360, насыщена жидким субстратом, образующим аэрозоль, в то время как область части 202 для хранения, смежная со второй парой электрических нагревателей 370, расположенных посередине вдоль длины нагревателя 300 в сборе, лишь частично пропитывается жидким субстратом, образующим аэрозоль, а область части 202 для хранения, смежная с третьей парой электрических 380 нагревателей на расположенном ниже по потоку конце нагревателя 300 в сборе, является сухой. Следовательно, электрические нагреватели 360, 370, 380 могут работать при разных температурах. Так как электрические параметры каждого электрического нагревателя, такие как электрическое сопротивление нагревательного элемента, могут изменяться в зависимости от температуры, распределение жидкого субстрата, образующего аэрозоль, или оставшееся количество жидкого субстрата, образующего аэрозоль, могут быть рассчитаны с помощью схемы управления за счет измерения электрических параметров каждого электрического нагревателя. Электронные схемы управления выполнены с возможностью раздельного измерения одного или более электрических параметров каждого электрического нагревателя при использовании и вычисления оцененного остаточного количества или предполагаемого распределения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в картридже на основании различий в измеренных электрических параметрах электрических нагревателей. Таким образом, электрические нагреватели выполняют функцию как нагревателей, так и датчиков.
Устройство содержит пользовательский индикатор (не показан), такой как дисплей, звуковой вывод или тактильный вывод, присоединенный к схеме управления, который может использоваться для передачи пользователю информации об оцененном остаточном количестве жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в картридже 200. Когда оцененное остаточное количество падает ниже порогового значения, электрическая схема также может быть выполнена с возможностью работы в качестве пользовательского индикатора для оповещения пользователя и предложения пользователю заменить картридж, нуждающийся в замене. Схема управления также может быть выполнена с возможностью расчета распределения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в картридже на основании различий в измерениях электрических параметров электрических нагревателей и может выполнять функции пользовательского индикатора, когда предполагаемое распределение сообщает, что система слишком долго держалась под определенным углом, так что пользователь оповещается о необходимости смены положения устройства 100 по меньшей мере временно, чтобы жидкий субстрат, образующий аэрозоль, мог перераспределиться в части для хранения. В этом или других примерах схема управления может быть выполнена с возможностью оповещения пользователя об оцененном остаточном количестве или предполагаемом распределении посредством линии связи с посторонним устройством, таким как смартфон, смарт-часы, планшет, стационарный компьютер или подобным устройством.
Помимо определения различий в электрических параметрах электрических нагревателей и вычисления оцененного остаточного количества или предполагаемого распределения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в картридже 200, схема 106 управления также выполнена с возможностью управления подачей электропитания каждому электрическому нагревателю в ответ на оцененное остаточное количество или предполагаемое распределение. В частности, если измеренные электрические параметры показывают, что один или более электрических нагревателей являются частично сухими, схема 106 управления выполнена с возможностью уменьшения подачи электроэнергии электрическому нагревателю. Это позволяет системе 10 определять, какой из электрических нагревателей находится в наилучшем состоянии для генерирования аэрозоля наиболее эффективным способом. Это позволяет свести к минимуму негативные изменения свойств аэрозоля, генерируемого системой 10, вызванные колебаниями влажности и температуры в электрических нагревателях. Это также может снизить потребление энергии системой 10 и риск повреждения электрических нагревателей вследствие перегрева. Если электрические параметры показывают, что один или более электрических нагревателей являются сухими, схема 106 управления выполнена с возможностью уменьшения подачи электроэнергии этому электрическому нагревателю до нуля.
Вышеописанные конкретные варианты осуществления и примеры иллюстрируют, но не ограничивают изобретение. Следует понимать, что возможны и другие варианты осуществления настоящего изобретения, и описанные в данном документе конкретные варианты осуществления и примеры не являются исчерпывающими.