ВЫПОЛНЕННЫЙ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ДЕРЖАТЕЛЬ ДЛЯ ГЕНЕРИРУЮЩЕГО АЭРОЗОЛЬ ЭЛЕМЕНТА В ГЕНЕРИРУЮЩЕЙ АЭРОЗОЛЬ СИСТЕМЕ
PRESSURE-MOLDED HOLDER FOR AEROSOL GENERATING ELEMENT IN AEROSOL GENERATING SYSTEM

Настоящее изобретение относится к генерирующей аэрозоль системе и генерирующему аэрозоль изделию для использования в генерирующей аэрозоль системе.
В удерживаемых рукой генерирующих аэрозоль системах, которые генерируют аэрозоль из жидкого образующего аэрозоль субстрата, обычно присутствуют некоторые средства переноса жидкости в область непосредственной близости к электрическому испарителю, такому как нагревательный элемент, с целью восполнения жидкости, которая была испарена испарителем. Также необходимо обеспечить воздушный поток через испаритель или мимо него для захвата пара из испарителя и подать электропитание на испаритель. Питание обычно подается на испаритель через электрические контакты, соединенные с испарителем.
Однако могут возникать проблемы, когда жидкость или пар в канале воздушного потока соприкасаются с электрическими контактами. Пар или жидкость могут со временем повредить электрические контакты, что негативно повлияет на работу системы.
Было бы желательно создать такую компоновку для генерирующей аэрозоль системы, в которой электрические контакты испарителя были бы защищены от жидкости и пара внутри системы. Удерживаемые рукой генерирующие аэрозоль системы, такие как электронные сигареты, представляют собой товары массового спроса. Таким образом, было бы желательно создать такую компоновку, которая была бы простой, стойкой и недорогой в производстве.
В первом аспекте настоящего изобретения предложен картридж для генерирующей аэрозоль системы, содержащий:
впускное отверстие для воздуха, выпускное отверстие для воздуха и канал воздушного потока от впускного отверстия для воздуха до выпускного отверстия для воздуха;
атомайзерный узел, содержащий проницаемый для текучей среды
генерирующий аэрозоль элемент и два электрических контактных участка, соединенных с генерирующим аэрозоль элементом, причем атомайзерный узел имеет первую сторону и вторую сторону, противоположную первой стороне, первая сторона генерирующего аэрозоль элемента открыта к каналу для воздушного потока, и вторая сторона генерирующего аэрозоль элемента находится в контакте с жидким образующим аэрозоль субстратом в картридже; и
держатель атомайзера, выполненный литьем под давлением вокруг атомайзерного узла, причем держатель атомайзера покрывает часть первой стороны атомайзерного узла для изоляции электрических контактных участков от канала воздушного потока и покрывает по меньшей мере часть второй стороны атомайзерного узла для изоляции электрических контактных участков от жидкого образующего аэрозоль субстрата.
Выполненный таким образом картридж обеспечивает простой и недорогой способ прикрепления проницаемого для текучей среды атомайзерного узла, такого как нагревательный узел, с одновременным обеспечением защиты электрических контактов от жидкости и пара внутри картриджа. Предпочтительно, держатель атомайзера выполнен литьем под давлением в виде монолитной детали.
Проницаемый для текучей среды генерирующий аэрозоль элемент может содержать множество промежутков или отверстий, которые проходят от второй стороны до первой стороне и через которые может проходить текучая среда. Генерирующий аэрозоль элемент может быть по существу удлиненным.
Проницаемый для текучей среды генерирующий аэрозоль элемент может представлять собой нагревательный элемент. В качестве альтернативы, генерирующий аэрозоль элемент может представлять собой вибрационный элемент.
Нагревательный элемент может содержать по существу плоский нагревательный элемент, чтобы была обеспечена возможность простого изготовления. В геометрическом смысле термин «по существу плоский» применительно к нагревательному элементу используется для обозначения нагревательного элемента, имеющего форму по существу двумерного топологического многообразия. Таким образом, по существу плоский нагревательный элемент проходит в двух направлениях вдоль поверхности на существенно большую величину, чем в третьем направлении. В частности, размеры по существу плоского электропроводного нагревательного элемента в двух направлениях в пределах поверхности составляют по меньшей мере в пять раз больше, чем в третьем направлении, проходящем по нормали к указанной поверхности. Пример по существу плоского нагревательного элемента представляет собой структуру между двумя по существу параллельными воображаемыми поверхностями, у которой расстояние между этими двумя воображаемыми поверхностями существенно меньше, чем ее протяженность в пределах этих поверхностей. В некоторых вариантах осуществления по существу плоский нагревательный элемент является планарным. В других вариантах осуществления по существу плоский нагревательный элемент изогнут вдоль одного или более направлений, образуя, например, куполообразную форму или мостовую форму.
Нагревательный элемент может содержать множество промежутков или отверстий, которые проходят от второй стороны до первой стороны и через которые может проходить текучая среда.
Нагревательный элемент может содержать множество электропроводных нитей. Термин «нить» используется по всему настоящему описанию для обозначения электрической дорожки, проходящей между двумя электрическими контактами. Нить может произвольным образом разветвляться и расходиться на несколько дорожек или нитей соответственно, или несколько электрических дорожек могут сходиться в одну дорожку. Форма поперечного сечения нити может быть круглой, квадратной, плоской или любой другой. Нить может быть расположена прямолинейно или криволинейно.
Нагревательный элемент может представлять собой массив нитей, например, расположенных параллельно друг другу. Предпочтительно, нити могут образовывать сетку. Сетка может быть тканой или нетканой. Сетка может быть выполнена с использованием различных типов плетеных или решетчатых структур. В качестве альтернативы, электропроводный нагревательный элемент состоит из массива нитей или из тканого полотна из нитей. Сетка, матрица или тканое полотно из электропроводных нитей могут также быть охарактеризованы своей способностью к удержанию жидкости.
В предпочтительном варианте осуществления по существу плоский нагревательный элемент может быть изготовлен из проволоки, которая выполнена в виде проволочной сетки. Предпочтительно, указанная сетка имеет структуру с полотняным переплетением. Предпочтительно, нагревательный элемент представляет собой проволочную решетку, изготовленную из сетчатой полосы.
Электропроводные нити могут образовывать промежутки между нитями, и эти промежутки могут иметь ширину от 10 микрометров до 100 микрометров. Предпочтительно, указанные нити создают капиллярный эффект в указанных промежутках таким образом, что при использовании подлежащая испарению жидкость втягивается в указанные промежутки, увеличивая площадь контакта между нагревательным элементом и жидким образующим аэрозоль субстратом.
Электропроводные нити могут образовывать сетку с размером от 60 до 240 нитей на сантиметр (+/– 10 процентов). Предпочтительно, плотность сетки составляет от 100 до 140 нитей на сантиметр (+/– 10 процентов). Более предпочтительно, плотность сетки составляет приблизительно 115 нитей на сантиметр. Ширина указанных промежутков может составлять от 100 микрометров до 25 микрометров, предпочтительно от 80 микрометров до 70 микрометров, более предпочтительно приблизительно 74 микрометра. Процентная доля открытой площади сетки, которая представляет собой отношение площади указанных промежутков к общей площади сетки, может составлять от 40 процентов до 90 процентов, предпочтительно от 85 процентов до 80 процентов, более предпочтительно приблизительно 82 процента.
Электропроводные нити могут иметь диаметр от 8 микрометров до 100 микрометров, предпочтительно от 10 микрометров до 50 микрометров, более предпочтительно от 12 микрометров до 25 микрометров, и наиболее предпочтительно приблизительно 16 микрометров. Нити могут иметь круглое поперечное сечение, или они могут иметь сплющенное поперечное сечение.
Площадь сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводных нитей может быть небольшой, например, меньшей или равной 50 квадратным миллиметрам, предпочтительно меньшей или равной 25 квадратным миллиметрам, более предпочтительно, приблизительно 15 квадратным миллиметрам. Размер выбирают таким образом, чтобы включить нагревательный элемент в удерживаемую рукой систему. Благодаря выполнению сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводных нитей с размерами, меньшими или равными 50 квадратным миллиметрам, снижается величина общей мощности, необходимой для нагрева сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводных нитей, и при этом по–прежнему обеспечивается достаточный контакт сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводных нитей с жидким образующим аэрозоль субстратом. Сетка, матрица или тканое полотно из электропроводных нитей могут, например, быть прямоугольными и иметь длину от 2 миллиметров до 10 миллиметров и ширину от 2 миллиметров до 10 миллиметров. Предпочтительно, сетка имеет размеры приблизительно 5 миллиметров на 3 миллиметра.
Нити нагревательного элемента могут быть выполнены из любого материала с подходящими электрическими свойствами. Подходящие материалы включают, но без ограничения: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически «проводящую» керамику (например такую, как дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, сплавы металлов и композитные материалы, изготовленные из керамического материала и металлического материала. Такие композитные материалы могут содержать легированную или нелегированную керамику. Примеры подходящей легированной керамики включают легированные карбиды кремния. Примеры подходящих металлов включают титан, цирконий, тантал и металлы из платиновой группы.
Примеры подходящих металлических сплавов включают нержавеющую сталь, 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 зарегистрированную торговую марку компании Titanium Metals Corporation. Нити могут быть покрыты одним или более изоляторами. Предпочтительные материалы для электропроводных нитей представляют собой нержавеющую сталь и графит, более предпочтительно нержавеющую сталь серии 300, такую как AISI 304, 316, 304L, 316L. В дополнение, электропроводный нагревательный элемент может содержать комбинации вышеуказанных материалов. Комбинация материалов может также использоваться для улучшения регулирования сопротивления по существу плоского нагревательного элемента. Например, материалы с высоким собственным сопротивлением могут сочетаться с материалами с низким собственным сопротивлением. Это может быть полезным в случае, если один из материалов является более предпочтительным с других точек зрения, например стоимости, обрабатываемости или других физических и химических параметров. По существу плоская ниточная структура с повышенным сопротивлением обеспечивает преимущество, состоящее в снижении паразитных потерь. Нагреватели с высоким удельным сопротивлением обеспечивают преимущество, состоящее в возможности более эффективного использования энергии батареи.
Предпочтительно, нити изготовлены из проволоки. Более предпочтительно, нити изготовлены из металла, наиболее предпочтительно из нержавеющей стали.
Электрическое сопротивление сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводных нитей нагревательного элемента может составлять от 0,3 Ома до 4 Ом. Предпочтительно, электрическое сопротивление равно или выше 0,5 Ома. Более предпочтительно, электрическое сопротивление сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводных нитей составляет от 0,6 Ома до 0,8 Ома, наиболее предпочтительно приблизительно 0,68 Ома. Удельное электрическое сопротивление сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводных нитей предпочтительно составляет по меньшей мере на порядок величины, более предпочтительно по меньшей мере на два порядка величины выше, чем удельное электрическое сопротивление электропроводных контактных участков. Таким образом обеспечивается локализация тепла, выделяющегося в результате прохождения тока через нагревательный элемент, на сетке или матрице из электропроводных нитей. Предпочтительно, нагревательный элемент имеет низкое общее сопротивление, если система получает питание от батареи. Система с низким сопротивлением и высоким током обеспечивает возможность подачи высокой мощности на нагревательный элемент. Таким образом обеспечивается возможность быстрого нагрева нагревательным элементом электропроводных нитей до необходимой температуры.
В качестве альтернативы, нагревательный элемент может содержать нагревательную пластину, в которой выполнена группа отверстий. Отверстия могут быть выполнены, например, путем травления или механической обработки. Указанная пластина может быть выполнена из любого материала с подходящими электрическими свойствами, такого как материалы, описанные выше в отношении нитей нагревательного элемента.
Предпочтительно, электрические контактные участки расположены на противоположных концах нагревательного элемента. Электрические контактные участки могут представлять собой две электропроводных контактных площадки. Электропроводные контактные площадки могут быть расположены в кромочной области нагревательного элемента. Предпочтительно, по меньшей мере две электропроводных контактных площадки могут быть расположены по краям нагревательного элемента. Электропроводная контактная площадка может быть прикреплена непосредственно к электропроводным нитям нагревательного элемента. Электропроводная контактная площадка может содержать оловянную накладку. В качестве альтернативы, электропроводная контактная площадка может представлять собой единое целое с нагревательным элементом.
Предпочтительно, держатель атомайзера полностью покрывает электрические контактные участки с первой стороны атомайзерного узла. Электрические контактные участки предпочтительно открыты со второй стороны атомайзерного узла для обеспечения возможности электрического контакта с источником питания.
Картридж может содержать отделение для хранения жидкости. Жидкий образующий аэрозоль субстрат удерживается в отделении для хранения жидкости. Отделение для хранения жидкости может иметь первую и вторую части, сообщающиеся друг с другом. Держатель атомайзера может содержать по меньшей мере одну стенку, образующую вторую часть отделения для хранения жидкости и проходящую от второй стороны атомайзерного узла.
Первая часть отделения для хранения жидкости может быть расположена с противоположной стороны атомайзерного узла относительно второй части отделения для хранения жидкости. Жидкий образующий аэрозоль субстрат удерживается в первой части отделения для хранения жидкости. Первая часть отделения для хранения жидкости может быть образована по меньшей мере частично держателем атомайзера.
Предпочтительно, первая часть отделения для хранения больше, чем вторая часть отделения для хранения. Картридж может быть выполнен таким образом, чтобы пользователь имел возможность втягивания или всасывания на картридже для вдыхания аэрозоля, генерируемого в картридже. При использовании отверстие на мундштучном конце картриджа обычно находится над генерирующим аэрозоль элементом, при этом первая часть отделения для хранения находится между отверстием на мундштучном конце и атомайзерным узлом. Благодаря тому, что первая часть отделения для хранения больше, чем вторая часть отделения для хранения, обеспечивается, чтобы жидкость доставлялась из первой части отделения для хранения к второй части отделения для хранения и, следовательно, к генерирующему аэрозоль элементу под действием силы тяжести во время использования.
Картридж может иметь мундштучный конец, через который обеспечивается возможность втягивания генерируемого аэрозоля пользователем, и соединительный конец, выполненный с возможностью соединения с управляющим корпусом генерирующей аэрозоль системы, причем первая сторона генерирующего аэрозоль элемента обращена к мундштучному концу, а вторая сторона генерирующего аэрозоль элемента обращена к соединительному концу.
Предпочтительно, в держателе атомайзера образован закрытый канал жидкостного потока, проходящий от первой стороны атомайзерного узла до второй стороны атомайзерного узла и соединяющий первую и вторую части отделения для хранения жидкости. В держателе атомайзера могут быть образованы два закрытых канала жидкостного потока, проходящих от первой стороны атомайзерного узла до второй стороны атомайзерного узла. Два указанных закрытых канала жидкостного потока могут быть расположены симметрично относительно генерирующего аэрозоль элемента.
В картридже может быть образован закрытый канал воздушного потока, проходящий от впускного отверстия для воздуха мимо первой стороны атомайзерного узла до отверстия на мундштучном конце картриджа. Закрытый канал воздушного потока может проходить через первую или вторую часть отделения для хранения жидкости. В одном варианте осуществления канал воздушного потока проходит между первой и второй частями отделения для хранения жидкости. В дополнение, канал воздушного потока может проходить через первую часть отделения для хранения жидкости. Например, первая часть отделения для хранения жидкости может иметь кольцевое поперечное сечение, причем канал воздушного потока проходит от генерирующего аэрозоль элемента до мундштучного конца через первую часть отделения для хранения жидкости. В качестве альтернативы, канал воздушного потока может проходить от генерирующего аэрозоль элемента до отверстия на мундштучном конце, смежного с первой частью отделения для хранения жидкости.
Картридж может содержать капиллярный материал, находящийся в контакте со второй стороной генерирующего аэрозоль элемента. Капиллярный материал доставляет жидкий образующий аэрозоль субстрат к генерирующему аэрозоль элементу с преодолением силы тяжести. Поскольку требуется, чтобы при использовании жидкий образующий аэрозоль субстрат перемещался с преодолением силы тяжести для достижения генерирующего аэрозоль элемента, снижена вероятность поступления больших капель жидкости в канал воздушного потока.
Капиллярный материал может быть изготовлен из материала, способного обеспечивать контакт жидкого образующего аэрозоль субстрата по меньшей мере с частью поверхности генерирующего аэрозоль элемента. Капиллярный материал может проходить внутрь промежутков или отверстий в генерирующем аэрозоль элементе. Нагревательный элемент может втягивать жидкий образующий аэрозоль субстрат внутрь указанных промежутков или отверстий за счет капиллярного действия.
Капиллярный материал представляет собой материал, который активно переносит жидкость от одного конца материала к другому. Капиллярный материал может иметь волоконную или губчатую структуру. Капиллярный материал предпочтительно содержит пучок капилляров. Например, капиллярный материал может содержать множество волокон или нитей или других трубок с тонкими каналами. Указанные волокна или нити могут быть в целом выровнены для переноса жидкого образующего аэрозоль субстрата в направлении нагревательного элемента. В качестве альтернативы, капиллярный материал может содержать губкообразный или пенообразный материал. Структура капиллярного материала образует множество тонких каналов или трубок, через которые обеспечивается возможность переноса жидкого образующего аэрозоль субстрата 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 пластмассовый материал, волоконный материал, выполненный, например, из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетилцеллюлозные, сложнополиэфирные или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамика. Капиллярный материал может иметь любые подходящие капиллярность и пористость для его использования с жидкостями, имеющими разные физические свойства. Жидкий образующий аэрозоль субстрат имеет такие физические свойства, в том числе, но без ограничения, вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температуру кипения и давление пара, которые обеспечивают возможность переноса жидкого образующего аэрозоль субстрата через капиллярную среду за счет капиллярного действия.
В качестве альтернативы или дополнительно, картридж может содержать несущий материал для удержания жидкого образующего аэрозоль субстрата. Несущий материал может находиться в первой части отделения для хранения, второй части отделения для хранения или как первой, так и во второй частей отделения для хранения. Несущий материал может представлять собой пену и губку из множества нитей. Несущий материал может быть выполнен из полимера или сополимера. В одном варианте осуществления несущий материал представляет собой полимерную пряжу. Образующий аэрозоль субстрат может выделяться в несущий материал во время использования. Например, жидкий образующий аэрозоль субстрат может быть обеспечен в капсуле.
Держатель атомайзера может быть выполнен литьем под давлением из материала, способного выдерживать высокие температуры, такого как полиэфирэфиркетон (PEEK) или LCP (жидкокристаллический полимер).
Картридж предпочтительно содержит жидкий образующий аэрозоль субстрат. В контексте данного документа применительно к настоящему изобретению, образующий аэрозоль субстрат представляет собой субстрат, способный выделять летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут выделяться в результате нагрева образующего аэрозоль субстрата. Летучие соединения могут выделяться в результате перемещения образующего аэрозоль субстрата через каналы вибрационного элемента.
Образующий аэрозоль субстрат может быть жидким при комнатной температуре. Образующий аэрозоль субстрат может содержать как жидкие, так и твердые компоненты. Жидкий образующий аэрозоль субстрат может содержать никотин. Жидкий образующий аэрозоль субстрат, содержащий никотин, может представлять собой матрицу из никотиновой соли. Жидкий образующий аэрозоль субстрат может содержать материал растительного происхождения. Жидкий образующий аэрозоль субстрат может содержать табак. Жидкий образующий аэрозоль субстрат может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, которые выделяются из образующего аэрозоль субстрата при нагреве. Жидкий образующий аэрозоль субстрат может содержать гомогенизированный табачный материал. Жидкий образующий аэрозоль субстрат может содержать материал, не содержащий табака. Жидкий образующий аэрозоль субстрат может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения.
Жидкий образующий аэрозоль субстрат может содержать одно или более веществ для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля представляет собой любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которые при использовании способствуют образованию плотного и устойчивого аэрозоля и являются по существу устойчивыми к термическому разложению при рабочей температуре системы. Примеры подходящих веществ для образования аэрозоля включают глицерин и пропиленгликоль. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны в данной области 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. Жидкий образующий аэрозоль субстрат может содержать воду, растворители, этанол, растительные экстракты и натуральные или искусственные ароматизаторы.
Жидкий образующий аэрозоль субстрат может содержать никотин и по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля может представлять собой глицерин или пропиленгликоль. Вещество для образования аэрозоля может содержать как глицерин, так и пропиленгликоль. Концентрация никотина в жидком образующем аэрозоль субстрате может составлять от приблизительно 0,5% до приблизительно 10%, например, приблизительно 2%.
Картридж может содержать кожух. Держатель атомайзера может быть прикреплен к кожуху. Кожух может быть выполнен из способного к литью под давлением пластмассового материала, такого как полипропилен (PP) или полиэтилентерефталат (PET). Кожух может частично или полностью образовывать стенку одной или обеих частей отделения для хранения. Кожух и отделение для хранения могут быть выполнены как единое целое. В качестве альтернативы, отделение для хранения может быть выполнено отдельно от кожуха и соединено с кожухом.
Картридж может содержать съемный мундштук, через который обеспечивается возможность втягивания аэрозоля пользователем. Съемный мундштук может покрывать отверстие на мундштучном конце. В качестве альтернативы, картридж может быть выполнен таким образом, чтобы пользователь имел возможность осуществления затяжки непосредственно на отверстии на мундштучном конце.
Картридж может быть выполнен с возможностью повторной заправки жидким образующим аэрозоль субстратом. В качестве альтернативы, картридж может быть выполнен с возможностью выбрасывания в случае израсходования жидкого образующего аэрозоль субстрата в отделении для хранения.
Во втором аспекте настоящего изобретения предложена образующая аэрозоль система, содержащая картридж по любому из предыдущих пунктов и управляющий корпус, соединенный с картриджем и выполненный с возможностью управления подачей электропитания на генерирующий аэрозоль элемент.
Управляющий корпус может содержать по меньшей мере один электрический контактный элемент, выполненный с возможностью обеспечения электрического соединения с генерирующим аэрозоль элементом при соединении управляющего корпуса с картриджем. Электрический контактный элемент может быть удлиненным. Электрический контактный элемент может быть подпружиненным. Электрический контактный элемент может контактировать с электрической контактной площадкой в картридже.
Управляющий корпус может содержать соединительную часть для взаимодействия с соединительным концом картриджа.
Управляющий корпус может содержать источник питания.
Управляющий корпус может содержать схему управления, выполненную с возможностью управления подачей питания от источника питания на генерирующий аэрозоль элемент.
Указанная электрическая схема может содержать микроконтроллер. Микроконтроллер предпочтительно представляет собой программируемый микропроцессор. Схема управления может содержать дополнительные электронные компоненты. Схема управления может быть выполнена с возможностью регулирования подачи питания на генерирующий аэрозоль элемент. Подача питания на генерирующий аэрозоль элемент может осуществляться непрерывно после активации системы или она может осуществляться с перерывами, например от затяжки к затяжке. Подача питания на образующий аэрозоль элемент может осуществляться в виде импульсов электрического тока.
Управляющий корпус может содержать источник питания, выполненный с возможностью подачи питания на систему управления и/или на генерирующий аэрозоль элемент. Генерирующий аэрозоль элемент может содержать независимый источник питания. Управляющий корпус может содержать первый источник питания, выполненный с возможностью подачи питания на схему управления, и второй источник питания, выполненный с возможностью подачи питания на генерирующий аэрозоль элемент.
Источник питания может представлять собой источник питания постоянного тока. Источник питания может представлять собой батарею. Батарея может представлять собой батарею на основе лития, например, литий–кобальтовую, литий–железо–фосфатную, литий–титанатную или литий–полимерную батарею. Батарея может представлять собой никель–металлогидридную батарею или никель–кадмиевую батарею. Источник питания может представлять собой другой вид устройства накопления заряда, такой как конденсатор. Источник питания может нуждаться в перезарядке и быть выполнен с возможностью осуществления множества циклов зарядки и разрядки. Источник питания может иметь емкость, которая обеспечивает возможность накопления достаточного количества энергии для осуществления пользователем одного или более сеансов курения; например, источник питания может иметь достаточную емкость для того, чтобы обеспечить возможность непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, составляющего приблизительно шесть минут, что соответствует типовому времени, затрачиваемому на выкуривание обычной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере источник питания может иметь достаточную емкость для того, чтобы обеспечивать возможность осуществления заданного количества затяжек или отдельных активаций атомайзерного узла.
Генерирующая аэрозоль система может представлять собой удерживаемую рукой генерирующую аэрозоль, систему, выполненную таким образом, чтобы пользователь имел возможность осуществления всасывания на мундштуке для втягивания аэрозоля через отверстие на мундштучном конце. Генерирующая аэрозоль система может иметь размер, сопоставимый с размером обычной сигары или сигареты. Генерирующая аэрозоль система может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Генерирующая аэрозоль система может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.
Хотя система согласно настоящему изобретению была описана как содержащая картридж и управляющий корпус, возможна реализация настоящего изобретения в однокомпонентной системе. В третьем аспекте настоящего изобретения предложена генерирующая аэрозоль система, содержащая:
впускное отверстие для воздуха, выпускное отверстие для воздуха и канал воздушного потока от впускного отверстия для воздуха до выпускного отверстия для воздуха;
атомайзерный узел, содержащий генерирующий аэрозоль элемент и два электрических контактных участка, соединенных с генерирующим аэрозоль элементом, причем атомайзерный узел имеет первую сторону и вторую сторону, противоположную первой стороне, и первая сторона генерирующего аэрозоль элемента открыта к каналу воздушного потока, а вторая сторона генерирующего аэрозоль элемента находится в контакте с жидким образующим аэрозоль субстратом;
держатель атомайзера, выполненный литьем под давлением вокруг атомайзерного узла, причем держатель атомайзера покрывает часть первой стороны атомайзерного узла для изоляции электрических контактных участков от канала воздушного потока и покрывает по меньшей мере часть второй стороны атомайзерного узла для изоляции электрических контактных участков от жидкого образующего аэрозоль субстрата;
источник питания, соединенный с электрическими контактными участками; и
схему управления, выполненную с возможностью управления подачей питания от источника питания на электрические контактные участки.
Генерирующий аэрозоль элемент может содержать любые из признаков генерирующего аэрозоль элемента, описанных в отношении первого аспекта настоящего изобретения.
Отделение для хранения может содержать любые из признаков отделения для хранения, описанных в отношении первого аспекта настоящего изобретения. Отделение для хранения может быть выполнено с возможностью повторной заправки жидким образующим аэрозоль субстратом. В качестве альтернативы, система может быть выполнена с возможностью выбрасывания при израсходовании жидкого образующего аэрозоль субстрата в отделении для хранения.
Генерирующая аэрозоль система может содержать кожух. Кожух может быть удлиненным. Кожух может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примеры подходящих материалов включают 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. Материал может быть легким и нехрупким. Кожух может содержать любые из признаков кожуха, описанных в отношении первого аспекта настоящего изобретения.
Канал воздушного потока может содержать любые из признаков канала воздушного потока, описанных в отношении первого аспекта настоящего изобретения.
Источник питания может содержать любые из признаков источника питания, описанных в отношении первого аспекта настоящего изобретения.
Схема управления может содержать любые из признаков схемы управления, описанных в отношении первого аспекта настоящего изобретения.
Картридж, управляющий корпус или генерирующая аэрозоль система могут содержать детектор затяжек, имеющий связь со схемой управления. Детектор затяжек может быть выполнен с возможностью обнаружения осуществления пользователем затяжек через канал воздушного потока.
Картридж, управляющий корпус или генерирующая аэрозоль система могут содержать датчик температуры, имеющий связь со схемой управления. Картридж, управляющий корпус или генерирующая аэрозоль система могут содержать пользовательские средства ввода, такие как переключатель или кнопка. Пользовательские средства ввода могут обеспечивать возможность включения и выключения системы пользователем.
Картридж, управляющий корпус или генерирующая аэрозоль система могут также содержать средства индикации для оповещения пользователя об определяемом количестве жидкого образующего аэрозоль субстрата, удерживаемого в части для хранения жидкости. Схема управления может быть выполнена с возможностью активации средств индикации после того, как определено количество жидкого образующего аэрозоль субстрата, удерживаемого в части для хранения жидкости.
Средства индикации могут содержать один или более источников света, таких как светодиоды (LED), дисплей, такой как ЖК–дисплей, звуковые средства индикации, такие как динамик или зуммер, и вибрационные средства. Схема управления может быть выполнена с возможностью зажигания указанных одного или более источников света, отображения количества на дисплее, эмиссии звуков посредством динамика или зуммера и сообщения вибраций вибрационным средствам.
Признаки одного аспекта настоящего изобретения могут быть применены к другим аспектам настоящего изобретения.
Варианты осуществления настоящего изобретения будут далее описаны подробно, лишь на примерах со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
на фиг. 1 показано схематичное изображение генерирующей аэрозоль системы согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2a показано схематичное изображение первого поперечного сечения картриджа, содержащего мундштук, согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2b показано схематичное изображение второго поперечного сечения картриджа согласно настоящему изобретению;
на фиг. 3 показан картридж без мундштука;
на фиг. 4a и 4b показан держатель нагревателя по фиг. 3a и 2b и по фиг. 3;
на фиг. 5a и 5b показаны виды сверху в перспективе нагревательного узла и держателя нагревателя по фиг. 4a и 4b;
на фиг. 6a и 6b показаны виды снизу нагревательного узла и держателя нагревателя по фиг. 4a и 4b; и
на фиг. 7 показано электрическое соединение управляющего корпуса с нагревательным узлом.
На фиг. 1 показано схематичное изображение генерирующей аэрозоль системы согласно настоящему изобретению. Система содержит два основных компонента: картридж 100 и управляющий корпус 200. Соединительный конец 115 картриджа 100 разъемно соединен с соответствующим соединительным концом 205 управляющего корпуса 200. Управляющий корпус содержит батарею 210, которая в данном примере представляет собой перезаряжаемую литий–ионную батарею, и схему 220 управления. Генерирующее аэрозоль устройство 10 является портативным и имеет размер, сопоставимый с размером традиционной сигары или сигареты.
Картридж 100 содержит кожух 105, содержащий атомайзерный узел 120 и отделение для хранения жидкости, имеющее первую часть 130 и вторую часть 135. В отделении для хранения жидкости удерживается жидкий образующий аэрозоль субстрат. Хотя на фиг. 1 это не показано, первая часть 130 отделения для хранения жидкости соединена со второй частью отделения 135 для хранения жидкости, так что обеспечена возможность прохождения жидкости, находящейся в первой части, во вторую часть. Атомайзерный узел принимает жидкость из второй части 135 отделения для хранения жидкости. В данном варианте осуществления атомайзерный узел представляет собой в целом планарный, проницаемый для текучей среды нагревательный узел.
Воздушный канал 140, 145 проходит через картридж от впускного отверстия 150 для воздуха мимо атомайзерного узла 120 и от атомайзерного узла до отверстия 110 на мундштучном конце в кожухе 105.
Компоненты картриджа расположены таким образом, что первая часть 130 отделения для хранения жидкости находится между атомайзерным узлом 120 и отверстием 110 на мундштучном конце, а вторая часть 135 отделения для хранения жидкости находится с противоположной стороны атомайзерного узла относительно отверстия на мундштучном конце. Иначе говоря, атомайзерный узел находится между двумя частями отделения для хранения жидкости и принимает жидкость из второй части, причем первая часть отделения для хранения жидкости находится ближе к отверстию на мундштучном конце, чем вторая часть отделения для хранения жидкости. Канал воздушного потока проходит мимо атомайзерного узла между первой и второй частями отделения для хранения жидкости.
Система выполнена таким образом, что пользователь имеет возможность осуществления затяжки или всасывания на отверстии на мундштучном конце картриджа для втягивания аэрозоля в свой рот. При эксплуатации, когда пользователь осуществляет затяжку на отверстии на мундштучном конце, воздух втягивается через канал воздушного потока от впускного отверстия для воздуха мимо атомайзерного узла к отверстию на мундштучном конце. Схема управления управляет подачей электропитания от батареи 210 на картридж при активации системы. Таким образом, в свою очередь, регулируется количество и свойства пара, создаваемого атомайзерным узлом. Схема управления может содержать датчик воздушного потока, и эта схема управления может подавать электропитание на атомайзерный узел в случае, если осуществляемые пользователем затяжки на картридже обнаружены с помощью указанного датчика воздушного потока. Данный тип управляющей компоновки удачно реализован в генерирующих аэрозоль системах, таких как ингаляторы и электронные сигареты. Таким образом, при осуществлении пользователем затяжки на отверстии на мундштучном конце картриджа, происходит активация атомайзерного узла и вырабатывается пар, захватываемый потоком воздуха, проходящим через канал 140 воздушного потока. Пар охлаждается посредством воздушного потока в канале 145 с образованием аэрозоля, который затем втягивается в рот пользователя через отверстие 110 на мундштучном конце.
При эксплуатации отверстие 110 на мундштучном конце обычно является самой высокой точкой устройства. Конструкция картриджа, и, в частности, расположение атомайзерного узла между первой и второй частями 130, 135 отделения для хранения жидкости, обеспечивает преимущество, поскольку используется сила тяжести для обеспечения доставки жидкого субстрата в атомайзерный узел даже тогда, когда отделение для хранения жидкости становится пустым, но при этом предотвращается избыточная подача жидкости в атомайзерный узел, что могло бы привести к утечке жидкости внутрь канала воздушного потока.
На фиг. 2а показано первое сечение картриджа согласно варианту осуществления настоящего изобретения; На фиг. 2b показано второе сечение картриджа, перпендикулярное сечению по фиг. 2a.
Картридж по фиг. 2а содержит внешний кожух 105, имеющий мундштучный конец с отверстием 110 на мундштучном конце и соединительный конец, противоположный мундштучному концу. Внутри кожуха расположено отделение для хранения жидкости, удерживающее жидкий образующий аэрозоль субстрат 131. Жидкость удерживается в отделении для хранения жидкости с помощью трех компонентов: верхнего кожуха 137 отделения для хранения, держателя 134 нагревателя и концевого колпачка 138. Нагревательный узел 120 удерживается в держателе 134 нагревателя. Капиллярный материал 136 обеспечен во второй части отделения 135 для хранения жидкости и примыкает к нагревательному элементу в центральной области нагревательного узла. Капиллярный материал ориентирован для переноса жидкости к нагревательному элементу. Нагревательный элемент содержит сетчатый нагревательный элемент, выполненный из множества нитей. Подробности конструкции нагревательного элемента данного типа можно найти, например, в WO 2015/117702. Между первой и второй частями отделения для хранения проходит канал 140 воздушного потока. Нижняя стенка канала воздушного потока содержит нагревательный элемент 121 и держатель 134 нагревателя, боковые стенки канала воздушного потока содержат части держателя 134 нагревателя, и верхняя стенка канала воздушного потока содержит часть верхнего кожуха 137 отделения для хранения. Канал воздушного потока имеет вертикальную часть 145, проходящую через первую часть 130 отделения для хранения жидкости, как показано на фиг. 2а, в направлении отверстия 110 на мундштучном конце.
Нагревательный узел 120 является в целом планарным и имеет две поверхности. Первая поверхность нагревательного узла 120 обращена к первой части 130 отделения для хранения жидкости и отверстию 110 на мундштучном конце. Вторая поверхность нагревательного узла 120 находится в контакте с капиллярным материалом 136 и жидкостью 131 в отделении для хранения и обращена к соединительному концу 115 картриджа 100. Нагревательный узел 120 расположен ближе к соединительному концу 115, так что обеспечена возможность легкого и прочного выполнения электрического соединения нагревательного узла 120 с источником 210 питания, как будет описано ниже. Первая часть 130 отделения для хранения больше, чем вторая часть 135 отделения для хранения, и занимает пространство между нагревательным узлом 120 и отверстием 110 на мундштучном конце картриджа 100. Жидкость в первой части 130 отделения для хранения может перемещаться во вторую часть 135 камеры для хранения через жидкостные каналы 133 по обе стороны от нагревательного узла 120. В данном примере предусмотрены два канала для обеспечения симметричной структуры, хотя необходим лишь один канал. Каналы представляют собой закрытые каналы для потока жидкости, образованные между верхним кожухом 137 отделения для хранения и держателем 134 нагревателя.
На фиг. 3 показан увеличенный вид отделения для хранения жидкости и нагревательного узла 120 картриджа 100, показанных на фиг. 2a и 2b. Может быть обеспечен картридж 100, содержащий компоненты, показанные на фиг. 3, без внешнего кожуха 105 или мундштука. Мундштук может быть обеспечен в виде отдельного компонента для картриджа 100, или он может быть обеспечен в виде части управляющего корпуса 200, с картриджем, который, как показано на фиг. 3, выполнен с возможностью вставки в управляющий корпус 200.
Картридж, показанный на фиг. 3, может быть собран путем литья под давлением держателя 134 нагревателя вокруг нагревательного узла 120 на первом этапе. Нагревательный узел содержит сетчатый нагревательный элемент 122, как описано выше, прикрепленный к паре оловянных контактных площадок 121, которые имеют намного более низкое удельное электрическое сопротивление, чем нагревательный элемент 122. Контактные площадки 121 прикреплены к противоположным концам нагревательного элемента 122, как показано на фиг. 6a и 6b. Держатель 134 нагревателя может затем быть прикреплен к верхнему кожуху 137 отделения для хранения, например, с использованием механического соединения, такого как защелкивающееся соединение, или с помощью других средств, таких как сварка или адгезив. Капиллярный материал 136 вставляют внутрь второй части 135 отделения для хранения жидкости. Затем прикрепляют концевой колпачок 138 к держателю 134 нагревателя для герметизации отделения для хранения.
В качестве альтернативы, держатель 134 нагревателя, капиллярный материал 136 и концевой колпачок 138 могут быть соединены заранее перед прикреплением к верхнему кожуху 137 отделения для хранения. На фиг. 4а показано первое сечение нагревательного узла 120, держателя 134 нагревателя, капиллярного материала 136 и концевого колпачка 138. Четко показаны жидкостные каналы 133. На фиг. 4b показано второе сечение нагревательного узла 120, держателя 134 нагревателя, капиллярного материала 136 и концевого колпачка 138. Можно видеть, что держатель 134 нагревателя фиксирует нагревательный узел 120 с обеих сторон нагревательного узла 120. Контактные площадки 121 легко доступны со второй стороны нагревательного узла 120, но покрыты держателем 134 нагревателя с первой стороны нагревательного узла 120 для их защиты от пара в канале 140 воздушного потока. Более нижняя стенка держателя 134 нагревателя проходит от второй стороны нагревательного узла 120 и изолирует контактные площадки 121 от жидкости во второй части 135 отделения для хранения жидкости.
Держатель нагревателя и нагревательный узел показаны более подробно на фиг. 5а, 5b, 6а и 6b. На фиг. 5a и 5b показаны виды сверху в перспективе нагревательного узла 120 и держателя 134 нагревателя по фиг. 4a и 4b. На фиг. 6a и 6b показаны виды снизу нагревательного узла 120 и держателя 134 нагревателя по фиг. 4a и 4b. Концевой колпачок 138 и капиллярный материал 136 удалены.
На фиг. 5a и 5b показаны покрывающие поверхности 160 держателя 134 нагревателя, которые покрывают первую сторону контактных площадок 121 нагревательного узла 120, в то время как сетчатый элемент 122 нагревателя открыт. Жидкостные каналы 133, проходящие от первой части 130 отделения для хранения до второй части 135 отделения для хранения, образованы вертикальными стенками держателя 134 нагревателя. Те же стенки также ограничивают канал 140 воздушного потока там, где он проходит поверх нагревательного элемента 120.
Держатель нагревателя выполнен литьем под давлением под давлением из инженерного полимера, такого как полиэфирэфиркетон (PEEK) или LCP (жидкокристаллический полимер).
На фиг. 6a и 6b показано, каким образом держатель 134 нагревателя изолирует контактные площадки 121 от второй части 135 отделения для хранения, но обеспечивает возможность доступа к контактным площадкам 121. Стенка держателя 134 нагревателя изолирует контактные участки 121 от жидкости в отделении для хранения. Держатель 134 нагревателя также изолирует открытые участки контактных площадок 121 от канала 140 воздушного потока.
Благодаря выполнению держателя 134 нагревателя на нагревательном узле 120 путем многослойного литья, обеспечен прочный компонент, который обеспечивает возможность легкого манипулирования им во время сборки системы без повреждения уязвимых участков нагревательного элемента 120.
Жидкость может быть введена в отделение для хранения с нижнего конца перед закреплением концевого колпачка 138 или через заправочное отверстие (не показано) в верхнем кожуха 137 отделения для хранения после закрепления концевого колпачка 138. Отделение для хранения может быть выполнено с возможностью повторной заправки через заправочное отверстие.
Затем отделение для хранения может быть закреплено внутри кожуха 105 картриджа с использованием механического крепления или с использованием других средств, таких как адгезив или сварка. В качестве альтернативы, отделение для хранения может быть прикреплено или разъемно присоединено к кожуху управляющего корпуса генерирующей аэрозоль системы.
На фиг. 7 показано, каким образом электрические контакты в управляющем корпусе генерирующей аэрозоль системы могут быть расположены для сопряжения с открытыми контактными площадками 121 нагревательного узла 120. Показаны лишь электрические контакты управляющего корпуса. Электрические контакты содержат пару подпружиненных штырьков 160, которые проходят в пазах, выполненных с обеих сторон держателя 134 нагревателя для контакта с контактными площадками 121. Благодаря такой компоновке, обеспечивается возможность вставки картриджа в управляющий корпус или присоединения к нему путем перемещения картриджа в положение контакта с указанными штырьками в направлении вставки, параллельном продольной оси указанных штырьков. При контакте штырьков с контактными пластинами 121 обеспечивается возможность подачи электрического тока на нагревательный элемент 122. Картридж может удерживаться внутри кожуха управляющего корпуса, или он может быть прикреплен к управляющему корпусу с помощью вставного соединения или соединения на защелках.
На фиг. 7 также показана срезанная область верхнего кожуха 137 отделения для хранения. Можно видеть, что внутренняя стенка 139 используется для отделения канала 145 от жидкости 131 в отделении для хранения. Также четко показано впускное отверстие 150 для воздуха.
Далее будет кратко описана работа системы. Сначала включают систему с помощью переключателя на управляющем корпусе 200 (не показан на фиг. 1). Система может содержать датчик воздушного потока, сообщающийся по текучей среде с каналом воздушного потока, и она может активироваться в соответствии с затяжками. Это означает, что схема управления выполнена с возможностью подачи питания на нагревательный элемент 122 на основе сигналов от датчика воздушного потока. Если пользователь хочет вдохнуть аэрозоль, он осуществляет затяжку на отверстии 110 на мундштучном конце системы. В качестве альтернативы, подача питания на нагревательный элемент 122 может быть основана на активации переключателя пользователем. При подаче питания на нагревательный элемент 122 этот нагревательный элемент 122 нагревается до температуры выше температуры испарения жидкого образующего аэрозоль субстрата 131. Жидкий образующий аэрозоль субстрат, подаваемый к нагревательному элементу 122, в результате испаряется и выходит в канал 140 воздушного потока. Смесь воздуха, втягиваемого через впускное отверстие 150 для воздуха, и пара от нагревательного элемента 122 втягивается через канал 140, 145 воздушного потока в направлении отверстия 110 на мундштучном конце. По мере прохождения через канал 140 воздушного потока пар охлаждается с образованием аэрозоля, который затем втягивается в рот пользователя. В момент окончания осуществления затяжки пользователем или по истечении установленного периода времени прерывают подачу питания на нагревательный элемент 122, и нагреватель снова охлаждается перед следующей затяжкой.
Во время нормального использования, осуществляемого вышеуказанным образом, и между затяжками, осуществляемыми пользователем, систему обычно удерживают таким образом, что мундштучный конец системы расположен на самом верху. Это означает, что первая часть 130 отделения для хранения жидкости находится над второй частью 135 отделения для хранения жидкости, и нагревательный элемент 122 находится над капиллярным материалом 136 во второй части 135 отделения для хранения жидкости. По мере того, как жидкость в капиллярном материале 136 вблизи нагревательного элемента 122 испаряется и выходит в канал 140 воздушного потока, ее восполняют жидкостью из первой части 130 отделения для хранения жидкости, протекающей внутрь капиллярного материала 136 под действием силы тяжести. Жидкость из первой части протекает через два закрытых канала 133 жидкостного потока внутрь капиллярного материала 136. Далее капиллярный материал 136 втягивает жидкость вверх к нагревательному элементу 122, готовому к осуществлению следующей затяжки пользователем. Направление перемещения жидкости показано стрелками на фиг. 2a.
Хотя настоящее изобретение было описано в отношении системы, содержащей управляющий корпус и отдельный, но присоединяемый картридж, следует понимать, что компоновка держателя нагревателя, выполненного литьем под давлением на нагревательном узле, и конфигурация отделения для хранения жидкости, канала воздушного потока и нагревательного узла могут быть применены в однокомпонентной генерирующей аэрозоль системе.
Также следует понимать, что возможны альтернативные геометрические параметры в рамках объема настоящего изобретения. В частности, канал воздушного потока может проходить через первую часть отделения для хранения иным образом, например через центр отделения для хранения жидкости. Картридж и отделение для хранения жидкости могут иметь другую форму поперечного сечения, и нагревательный узел может иметь другую форму и конфигурацию.
Генерирующая аэрозоль система, содержащая описанную конструкцию, имеет ряд преимуществ. Возможность утечки жидкости внутрь канала воздушного потока снижена благодаря указанному расположению первой и второй частей отделения для хранения жидкости. Вероятность повреждения или коррозии электрических контактных участков под действием жидкости или пара значительно снижена благодаря указанной конструкции держателя нагревателя. Указанная конструкция является стойкой и недорогой и сводит к минимуму непроизводительный расход жидкого образующего аэрозоль субстрата.