КАРТРИДЖ ДЛЯ СИСТЕМЫ, ГЕНЕРИРУЮЩЕЙ АЭРОЗОЛЬ, С ЗАЩИТОЙ НАГРЕВАТЕЛЯ
CARTRIDGE FOR AEROSOL GENERATING SYSTEM WITH HEATER PROTECTION

Настоящее изобретение относится к системам, генерирующим аэрозоль, таким как удерживаемые рукой электрически управляемые системы, генерирующие аэрозоль. В частности, настоящее изобретение относится к картриджам для систем, генерирующих аэрозоль, содержащих запас субстрата, образующего аэрозоль и нагреватель в сборе.
Удерживаемые рукой электрически управляемые системы, генерирующие аэрозоль, которые состоят из части устройства, содержащей батарею и электронную схему управления, и части картриджа, содержащей запас субстрата, образующего аэрозоль, находящегося в части для хранения, и электрически управляемого нагревателя в сборе, выполняющего функции испарителя. Картридж, содержащий как запас субстрата, образующего аэрозоль, удерживаемого в части для хранения, так и испаритель, иногда называют «картомайзером». Нагреватель в сборе может содержать проницаемый для текучей среды нагревательный элемент, который находится в контакте с субстратом, образующим аэрозоль, находящимся в части для хранения.
Нагреватель в сборе с проницаемым для текучей среды нагревательным элементом может быть хрупким и может быть легко поврежден. Кроме того, когда используется жидкий субстрат, образующий аэрозоль, небольшое количество жидкости может протекать через проницаемый для текучей среды нагревательный элемент, когда картридж не используется, что может препятствовать работе электрических составляющих системы.
Было бы желательно обеспечить картридж, который был бы более надежным и уменьшил бы утечку и конденсацию внутри устройства, влияющие на электрические характеристики системы.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предусмотрен картридж для системы, генерирующей аэрозоль, причем картридж, содержит:
емкость для хранения, содержащую запас субстрата, образующего аэрозоль;
проницаемый для текучей среды нагревательный элемент, расположенный поперек отверстия в емкости для хранения;
защитную крышку, присоединенную к емкости для хранения и покрывающую проницаемый для текучей среды нагревательный элемент;
по меньшей мере одно впускное отверстие для воздуха, по меньшей мере одно выпускное отверстие для воздуха и путь потока воздуха от по меньшей мере одного впускного отверстия для воздуха до по меньшей мере одного выпускного отверстия для воздуха;
причем защитная крышка выполнена так, что часть пути потока воздуха находится между защитной крышкой и проницаемым для текучей среды нагревательным элементом.
Защитная крышка может формировать часть внешней поверхности картриджа. Картридж может быть выполнен с возможностью соединения с частью устройства системы, генерирующей аэрозоль. Часть устройства может содержать батарею и электронную схему управления. Картридж может содержать конец устройства, выполненный с возможностью соединения с частью устройства и мундштучным концом, расположенного напротив конца устройства. Защитная крышка может находиться на конце устройства картриджа. В частности, защитная крышка может быть расположена между частью устройства и нагревательным элементом, когда картридж соединен с частью устройства.
Проницаемый для текучей среды нагревательный элемент может быть частью нагревателя в сборе в картридже. Нагреватель в сборе может содержать электрические контактные площадки, соединенные с проницаемым для текучей среды нагревательным элементом. Защитная крышка может содержать одно или несколько контактных отверстий, которые обеспечивают доступ к электрическим контактным площадкам. Контактные отверстия в защитной крышке позволяют создать электрическое соединение между частью устройства и нагревателем в сборе. Контактные отверстия могут быть расположены на противоположных сторонах отверстия в емкости для хранения.
Картридж может содержать мундштучную часть. Мундштучная часть может быть выполнена с возможностью вставки в рот пользователя. Пользователь может сделать затяжку на мундштучной части для втягивания аэрозоля, генерирующегося в картридже, в рот пользователя. В качестве альтернативы, отделенная мундштучная часть может быть предусмотрена или мундштучная часть может быть предусмотрена как деталь части устройства.
Картридж может содержать внешний корпус. Мундштучная часть может содержать часть внешнего корпуса картриджа. Внешний корпус в целом может иметь трубчатую форму. Внешний корпус может содержать выпускное отверстие для воздуха на мундштучном конце. Внешний корпус может содержать соединяющую часть на конце устройства картриджа. Соединяющая часть может содержать систему механического сцепления, например, защелкивающееся соединение или завинчивающееся соединение, предназначенную для зацепления соответствующей системы сцепления на части устройства.
По меньшей мере одно впускное отверстие для воздуха может быть предусмотрено в защитной крышке. В качестве альтернативы, по меньшей мере одно впускное отверстие для воздуха может быть предусмотрено во внешнем корпусе или между внешним корпусом и защитной крышкой.
Путь потока воздуха может быть выполнен с возможностью направления воздуха на проницаемый для текучей среды нагревательный элемент. В качестве альтернативы или в дополнение, путь потока воздуха может быть выполнен с возможностью направления воздуха через проницаемый для текучей среды нагревательный элемент. Путь потока воздуха может иметь острый изгиб, например, изгиб между нагревательным элементом и выпускным отверстием для воздуха, равный более чем 45 градусам. Острый изгиб может быть образован при помощи стенки защитной крышки. Путь потока воздуха может иметь по существу U-образную часть. Острый изгиб на пути потока воздуха удаляет очень крупные капли из аэрозоля, который достигает пользователя.
Защитная крышка может эффективно изолировать нагревательный элемент и путь потока воздуха от остальных электрических составляющих системы. Защитная крышка преимущественно образована для обеспечения барьера между путем потока воздуха и электрическими контактными площадками нагревателя в сборе. Таким образом, защитная крышка уменьшает проблему утечки жидкости из емкости для хранения и конденсации из пути потока воздуха, нарушающих работу электрических составляющих системы. В частности, обеспечивая барьер между путем потока воздуха и контактными площадками, и элементами электрического контакта части устройства, значительно уменьшается возможность попадания аэрозоля на контактные площадки и загрязнения контактных поверхностей контактных площадок и контактных элементов.
Более того, чтобы в дальнейшем уменьшить вероятность появления протекшей или конденсированной жидкости из пути потока воздуха, вытекающей и загрязняющей другие составляющие системы, слой материала для удержания жидкости может быть нанесен на внутреннее пространство защитной крышки или на внешнее пространство емкости для хранения, чтобы поглощать жидкость, которая конденсировалась внутри пути потока воздуха.
Защитная крышка может быть получена из любого подходящего материала. Защитная крышка может быть получена из любого полученного формованием пластмассового материала. В одном варианте осуществления, защитная крышка образована из жидкокристаллического полимера (LCP).
Защитная крышка может содержать часть крышки, покрывающей нагревательный элемент. Защитная крышка может содержать одну или несколько ножек, присоединенных к части крышки и проходящих вдоль длины емкости для хранения по направлению к мундштучному концу картриджа. Путь потока воздуха может быть образован между емкостью для хранения и одной или несколькими ножками защитной крышки.
Защитная крышка может быть присоединена к внешнему корпусу картриджа или к емкости для хранения с помощью механического сцепления, такого как защелкивающееся соединение. В качестве альтернативы, может быть использована другая форма крепления, например, сварка или клей. Защитная крышка может способствовать удержанию нагревателя в сборе в емкости для хранения.
Емкость для хранения и внешний корпус могут быть прикреплены друг к другу с помощью механического прикрепления или с помощью сварки или клея. Преимущественно емкость для хранения и внешний корпус могут быть выполнены как одно целое. Внешний корпус и емкость для хранения могут быть выполнены из полученного формованием пластмассового материала, такого как полипропилен (PP) или полиэтилентерефталат (PET).
Нагреватель в сборе может содержать крышку нагревателя, причем крышка нагревателя, содержит полую основную часть с первым и вторым отверстиями крышки нагревателя, причем первое отверстие крышки нагревателя находится на противоположном конце полой основной части по отношению ко второму отверстию крышки нагревателя. Проницаемый для текучей среды нагревательный элемент может быть по существу плоским. Нагревательный элемент может быть установлен на крышку нагревателя так, что нагревательный элемент проходит поперек первого отверстия крышки нагревателя. Крышка нагревателя может быть присоединена к открытому концу емкости для хранения так, чтобы нагревательный элемент проходил поперек открытого конца емкости для хранения.
В контексте данного документа термин «электрически проводящий» означает образованный из материала, имеющего удельное сопротивление 1×10-4 Ом·м или менее. В контексте настоящего документа «электрически изоляционный» означает образованный из материала, имеющего удельное сопротивление 1×104 Ом·м или более. В контексте настоящего документа термин «проницаемый для текучей среды» в отношении нагревателя в сборе означает, что субстрат, образующий аэрозоль, в газообразной фазе и, возможно, в жидкой фазе может легко проходить через нагревательный элемент нагревателя в сборе.
Нагреватель в сборе может содержать по существу плоский нагревательный элемент, что обеспечивает простое изготовление. В геометрическом смысле термин «по существу плоский» электрически проводящий нагревательный элемент используется для обозначения электрически проводящей структуры нитей, которая имеет форму по существу двухмерного топологического многообразия. Таким образом, по существу плоский электрически проводящий нагревательный элемент проходит в двух измерениях вдоль поверхности в значительно большей мере, чем в третьем измерении. В частности, размеры по существу плоского нагревательного элемента в двух измерениях в пределах поверхности по меньшей мере в пять раз больше, чем в третьем измерении, перпендикулярном этой поверхности. Примером по существу плоского нагревательного элемента является структура между двумя по существу воображаемыми параллельными поверхностями, где расстояние между этими двумя воображаемыми поверхностями по существу меньше, чем 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 является изогнутым вдоль одного или нескольких измерений, например, образуя куполообразную форму или мостовую форму.
Термин «нить» используется по всему настоящему описанию для обозначения электрического пути, расположенного между двумя электрическими контактами. Нить может произвольным образом разветвляться и расходиться на несколько путей или нитей соответственно, или несколько электрических путей могут сходиться в один путь. Форма поперечного сечения нити может быть круглой, квадратной, плоской или любой другой. Нить может быть расположена прямолинейным или криволинейным образом.
Нагревательный элемент может представлять собой матрицу нитей, например, расположенных параллельно друг другу. Предпочтительно нити могут образовывать сетку. Сетка может быть тканой или нетканой. Сетка может быть образована с использованием различных типов плетеных или решетчатых структур. В качестве альтернативы, электрически проводящий нагревательный элемент состоит из матрицы нитей или тканого полотна. Сетка, матрица или тканое полотно из электрически проводящих нитей также могут характеризоваться своей способностью удерживать жидкость.
В предпочтительном варианте осуществления по существу плоский нагревательный элемент может быть выполнен из проволоки, которая образует проволочную сетку. Предпочтительно сетка имеет конструкцию полотняного переплетения. Предпочтительно нагревательный элемент представляет проволочную решетку, выполненную из полосок сетки.
Электрически проводящие нити могут образовывать пустоты между нитями, и эти пустоты могут иметь ширину от 10 микрометров до 100 микрометров. Предпочтительно нити создают капиллярный эффект в пустотах, так что при использовании жидкость, предназначенная для испарения, втягивается в эти пустоты, увеличивая площадь контакта между нагревательным элементом и жидким субстратом, образующим аэрозоль.
Электрически проводящие нити могут образовывать сетку 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 пустот может составлять от 100 микрометров до 25 микрометров, предпочтительно от 80 микрометров до 70 микрометров, более предпочтительно приблизительно 74 микрометра. Процентное соотношение открытой площади сетки, которое является отношением площади пустот к общей площади сетки, может составлять от 40 процентов до 90 процентов, предпочтительно от 85 процентов до 80 процентов, более предпочтительно приблизительно 82 процента.
Электрически проводящие 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 могут иметь сплющенное поперечное сечение.
Площадь сетки, матрицы или тканого полотна из электрически проводящих 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 выбирается так, чтобы включить нагревательный элемент в удерживаемую рукой систему. Использование размеров сетки, матрицы или тканого полотна из электрически проводящих нитей, составляющих менее или равных 50 квадратным миллиметрам, снижает величину общей мощности, необходимой для нагрева сетки, матрицы или тканого полотна из электрически проводящих нитей, при этом все еще обеспечивая достаточный контакт сетки, матрицы или тканого полотна из электрически проводящих нитей с жидким субстратом, образующим аэрозоль. Сетка, матрица или тканое полотно из электрически проводящих нитей может, например, иметь прямоугольную форму с длиной, составляющей от 2 миллиметров до 10 миллиметров, и шириной, составляющей от 2 миллиметров до 10 миллиметров. Предпочтительно сетка имеет размеры приблизительно 5 миллиметров на 3 миллиметра.
Нити нагревательного элемента могут быть образованы из любого материала с подходящими электрическими свойствами. Подходящие материалы включают в себя, но без ограничения: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически «проводящая» керамика (например, такая, 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 сплавов металлов 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. Предпочтительными материалами для электропроводящих нитей являются нержавеющая сталь, предпочтительно марок 300 серии, таких как AISI 304, 316, 304L, 316L, и графит. Кроме того, электрически проводящий нагревательный элемент может содержать сочетания вышеописанных материалов. Сочетание материалов может также использоваться для улучшения управления сопротивлением по существу плоского нагревательного элемента. Например, материалы с высоким собственным удельным сопротивлением могут комбинироваться с материалами с низким собственным удельным сопротивлением. Это может обеспечить преимущество в том случае, если один из материалов является более предпочтительным по другим причинам, например, из-за стоимости, обрабатываемости или других физических и химических параметров. Преимущественно, по существу плоская комбинация нитей с увеличенным сопротивлением снижает паразитные потери. Преимущественно, нагреватели с высоким удельным сопротивлением обеспечивают более эффективное использование энергии батареи.
Предпочтительно нити выполнены из проволоки. Более предпочтительно проволока выполнена из металла, наиболее предпочтительно - из нержавеющей стали.
Электрическое сопротивление сетки, матрицы или тканого полотна из электрически проводящих нитей нагревательного элемента может составлять от 0,3 Ом до 4 Ом. Предпочтительно электрическое сопротивление равно 0,5 Ом и выше. Более предпочтительно электрическое сопротивление сетки, матрицы или тканого полотна из электрически проводящих нитей составляет от 0,6 Ом до 0,8 Ом, и наиболее предпочтительно приблизительно 0,68 Ом. Электрическое сопротивление сетки, матрицы или тканого полотна из электрически проводящих нитей предпочтительно по меньшей мере на порядок и более предпочтительно по меньшей мере на два порядка превышает электрическое сопротивление электрически проводящих контактных участков. Это обеспечивает локализацию тепла, сгенерированного посредством прохождения тока через нагревательный элемент, на сетке или матрице из электрически проводящих нитей. Преимущественно, нагревательный элемент имеет низкое общее сопротивление, если питание в систему подается от батареи. Система с низким сопротивлением и высоким током обеспечивает возможность подачи высокой мощности на нагревательный элемент. Это обеспечивает возможность быстрого нагрева нагревательным элементом электропроводных нитей до необходимой температуры.
Емкость для хранения или крышка могут удерживать материал для удержания жидкости для хранения жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Материал для удержания жидкости может представлять собой пеноматериал и губчатый материал совокупности нитей. Материал для удержания жидкости может быть образован из полимера или сополимера. В одном варианте осуществления, материал для удержания жидкости представляет собой скрученный полимер.
Предпочтительно емкость для хранения или крышка удерживают капиллярный материал для перемещения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в нагревательный элемент. Капиллярный материал может находиться в контакте с нагревательным элементом. Предпочтительно капиллярный материал расположен между нагревательным элементом и материалом для удержания.
Капиллярный материал может быть выполнен из материала, способного обеспечить контакт жидкого субстрата, образующего аэрозоль, с по меньшей мере частью поверхности нагревательного элемента. Капиллярный материал может проходить внутрь пустот между нитями. Нагревательный элемент может втягивать жидкий субстрат, образующий аэрозоль, внутрь указанных пустот за счет капиллярного действия.
Капиллярный материал представляет собой материал, который активно транспортирует жидкость от одного конца материала к другому. Капиллярный материал может иметь волокнистую или губчатую структуру. Капиллярный материал предпочтительно содержит пучок капилляров. Например, капиллярный материал может содержать множество волокон или нитей, или других трубок с тонкими каналами. Волокна или нити могут быть, в целом, выровнены для передачи жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к нагревательному элементу. Альтернативно капиллярный материал может содержать губкообразный или пенообразный материал. Структура капиллярного материала образует несколько тонких каналов или трубок, через которые жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может передаваться за счет капиллярного действия. Капиллярный материал может содержать любой подходящий материал или сочетание 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 субстрат, образующий аэрозоль, имеет такие физические свойства, включая, но без ограничения, вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температуру кипения и давление пара, которые делают возможным перемещение жидкого субстрата, образующего аэрозоль, через капиллярную среду за счет капиллярного действия.
Нагревательный элемент может иметь по меньшей мере две электрически проводящие контактные площадки. Электрически проводящие контактные площадки могут быть расположены на области кромки нагревательного элемента. Предпочтительно по меньшей мере две электрически проводящие контактные площадки могут быть расположены по краям нагревательного элемента. Электрически проводящая контактная площадка может быть прикреплена непосредственно к электрически проводящим нитям. Электрически проводящая контактная площадка может содержать накладку из олова. В качестве альтернативы, электрически проводящая контактная площадка может представлять собой единое целое с электрически проводящими нитями.
Картридж может представлять собой сменное изделие, подлежащее замене новым картриджем, как только содержимое части для хранения жидкости в картридже израсходовано или количество жидкости в картридже стало меньше минимального порогового объема. Предпочтительно картридж предварительно наполняют жидким субстратом, образующим аэрозоль. Картридж может быть заправляемым.
Субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут быть высвобождены путем нагревания субстрата, образующего аэрозоль.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагревании. Субстрат, образующий аэрозоль, может альтернативно содержать материал, не содержащий табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как ароматизаторы.
Во втором аспекте настоящего изобретения предлагается система, генерирующая аэрозоль, содержащая картридж в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения и часть устройства, содержащую блок питания и электронную схему управления, в которой картридж выполнен с возможностью соединения с частью устройства. Когда картридж присоединен к части устройства, проницаемый для текучей среды нагревательный элемент может быть электрически присоединен к блоку питания.
Часть устройства может содержать соединяющую часть для зацепления с соответствующей соединяющей частью на картридже.
Часть устройства может содержать по меньшей мере один элемент электрического контакта, выполненный с возможностью обеспечения электрического соединения с нагревательным элементом, когда часть устройства присоединена к картриджу. Элемент электрического контакта может проходить через контактное отверстие на защитной крышке. Элемент электрического контакта может быть удлиненным. Элемент электрического контакта может быть подпружиненным. Элемент электрического контакта может находиться в контакте с электрической контактной площадкой в картридже.
Блок питания преимущественно представляет собой батарею, такую как литий-ионная батарея. В качестве альтернативы, блок питания может представлять собой устройство накопления заряда другого типа, такое как конденсатор. Блок питания может нуждаться в перезарядке. Например, блок питания может иметь емкость, достаточную для обеспечения возможности непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода равного приблизительно шести минутам или в течение периода кратного шести минутам. В другом примере блок питания может обладать достаточной емкостью для обеспечения возможности осуществления заданного количества затяжек или отдельных активаций нагревателя в сборе.
Электронная схема управления может содержать микроконтроллер. Микроконтроллер предпочтительно представляет собой программируемый микропроцессор. 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 системы или может подаваться с перерывами, например, от затяжки к затяжке. Питание может подаваться на нагреватель в сборе в виде импульсов электрического тока.
Предпочтительно система, генерирующая аэрозоль является системой, удерживаемой рукой. Предпочтительно система, генерирующая аэрозоль, является портативной. Система, генерирующая аэрозоль, может иметь размер, сопоставимый с размером обычной сигары или сигареты. Курительная система может иметь общую длину, составляющую от примерно 30 миллиметров до примерно 150 миллиметров. Курительная система может иметь внешний диаметр, составляющий от примерно 5 миллиметров до примерно 30 миллиметров.
Признаки, описанные в отношении одного аспекта изобретения, могут быть применены к другим аспектам настоящего изобретения.
Варианты осуществления настоящего изобретения будут далее описаны исключительно на примерах, со ссылками на сопроводительные графические материалы, где:
на фиг. 1 представлено упрощенное поперечное сечение системы, генерирующей аэрозоль, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 представлен вид в перспективе системы, изображенной на фиг. 1;
на фиг. 3a представлен вид в перспективе картриджа, изображенного на фиг. 1;
на фиг. 3b представлен вид в перспективе части устройства, изображенного на фиг. 1;
на фиг. 4 представлен покомпонентный вид типа картриджа, изображенного на фиг. 3;
на фиг. 5 представлен вид в перспективе защитной крышки, изображенной на фиг. 3;
на фиг. 6 представлен поток воздуха через систему, включающую картридж, изображенный на фиг. 3; и
на фиг. 7 представлен альтернативный путь потока воздуха в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 1 показано упрощенное поперечное сечение системы 10, генерирующей аэрозоль, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Система, показанная на фиг. 1 содержит картридж 20 и часть 40 устройства, которые соединены вместе.
Картридж содержит запас жидкого субстрата, образующего аэрозоль, и нагреватель в сборе. Часть устройства содержит блок питания и схему управления. Часть устройства выполняет функцию подачи электропитания в нагреватель в сборе в картридже, с целью испарить жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Испаренный субстрат, образующий аэрозоль, захватывается потоком воздуха через систему, причем поток воздуха образуется в результате осуществления пользователем затяжек через мундштук картриджа. Испаренный субстрат, образующий аэрозоль, охлаждается в потоке воздуха для образования аэрозоля, прежде чем втягивается в рот пользователя.
На фиг. 2 находится вид в перспективе системы, показанной на фиг. 1. На фиг. 3a находится вид в перспективе картриджа, отделенного от части устройства. На фиг. 3b находится вид в перспективе части устройства, отделенного от картриджа.
Часть 40 устройства содержит корпус 46, удерживающий литий-ионную батарею 42 и схему 44 управления. Часть устройства также содержит подпружиненные элементы 45 электрических контактов, показанные на фиг. 3b, выполненные с возможностью соединения с электрическими контактными площадками на нагревателе в сборе в картридже. Предусмотрена кнопка 41, которая активирует выключатель на схеме управления, чтобы привести устройство в действие. Когда устройство активировано, схема управления подает питание из батареи в нагреватель в картридже. Схема управления может быть выполнена с возможностью управления подачей питания в нагреватель после активации многими различными способами, что известно из уровня техники. Например, схема управления может быть выполнена с возможностью управления питанием, подаваемым в нагреватель, на основании одного или нескольких из следующего: температуры нагревателя, обнаруженного потока воздуха через систему, последующей активации, определенного или предполагаемого количества жидкости в картридже, идентификации картриджа и условий окружающей среды.
Картридж 20 имеет мундштучный конец, содержащий мундштук 23, через который пользователь может выполнить затяжку. Мундштучный конец удален от части устройства. Конец устройства картриджа находится вблизи части устройства.
На фиг. 4 показан покомпонентный вид типа картриджа, показанного на фиг. 3а. Картридж 20 содержит корпус 22. Внутри корпуса находится емкость 24 для хранения, удерживающий жидкий субстрат 26, образующий аэрозоль. Емкость для хранения открыта на конце устройства. Нагреватель в сборе, содержащий плоский сетчатый нагревательный элемент, удерживается на крышке 30 нагревателя. Крышка нагревателя размещена на открытом конце емкости для хранения. Материал 32 для удержания жидкости помещен внутрь крышки. Капиллярный материал 31, показанный на покомпонентном виде на фиг. 4, расположен между нагревателем в сборе 28 и материалом 32 для удержания. Защитная крышка 33 помещена в корпус и удерживает нагреватель в сборе и крышку нагревателя в емкости для хранения. Защитная крышка также покрывает нагревательный элемент и защищает его от повреждений.
Защитная крышка 33 подробнее изображена на фиг. 5. Защитная крышка имеет часть крышки с передней стенкой, которая покрывает нагреватель в сборе. Контактные отверстия 39 образованы на передней стенке и размещены с возможностью получения подпружиненных элементов 45 электрических контактов, показанных на фиг. 3b. Впускные отверстия 37 для воздуха также образованы на передней стенке. Впускные отверстия 50 для воздуха для разбавления образованы на боковой стенке с возможностью обеспечения дополнительного воздуха для смешивания с паром из нагревателя в сборе, как будет описано со ссылкой на фиг. 6. Защитная крышка также содержит ножки 35, которые проходят вокруг емкости для хранения внутри картриджа. Часть пути потока воздуха внутри картриджа образована между ножками 35 и стенкой емкости 24 для хранения.
Защитная крышка удерживается в положении при помощи зажимного соединения, соединенного с корпусом 22 картриджа. Ребро 34 проходит вокруг части крышки защитной крышки и зацепляется за соответствующее углубление в корпусе картриджа. В этом положении защитная крышка 33 также прижимается к части нагревателя в сборе 28 с целью удержания нагревателя в сборе 28 и крышки 30 нагревателя над открытым концом емкости для хранения.
Крышка 30 нагревателя имеет отверстие, образованное на передней внешней поверхности, и нагреватель в сборе проходит поперек отверстия. Нагреватель в сборе содержит пару электрических контактных площадок, прикрепленных к крышке нагревателя, и нагревательный элемент, содержащий сетку электрически проводящих нитей нагрева, перекрывающих отверстие и прикрепленных к электрическим контактам на противоположных сторонах отверстия. Нагреватель в сборе этого типа описан в документе WO2015/117702.
Как видно на фиг. 1, когда защитная крышка 33 находится в положении в картридже, оно прижимается к периферии нагревателя в сборе, но оно не находится в контакте с нагревательным элементом. Путь потока воздуха внутрь и из нагревательного элемента проходит между защитной крышкой 33 и нагревателем в сборе 28, и емкостью 24 для хранения, как будет описано более подробно со ссылкой на фиг. 6.
Защитная крышка образована для обеспечения барьера между путем потока воздуха, проходящего мимо нагревательного элемента и электрическими контактными площадками. Защитная крышка соприкасается с нагревателем в сборе между открытой частью контактных площадок и центральной частью нагревательного элемента, чтобы обеспечить этот барьер и прикрепить нагреватель в сборе к емкости для хранения. Это расположение уменьшает вероятность появления протекшего или конденсированного жидкого субстрата, образующего аэрозоль, загрязняющего контактные поверхности электрических контактных площадок и элементы электрического контакта. Более того, чтобы в дальнейшем сократить вероятность протекшей или конденсированной жидкости из пути потока воздуха, попадающего на другие компоненты системы и загрязняющий их, слой материала для удержания жидкости (не показан на фигурах) может быть нанесен на внутреннее пространство защитной крышки или на внешнее пространство емкости для хранения, чтобы поглощать жидкость, которая конденсировалась внутри пути потока воздуха.
Картридж 20 присоединен к части 40 устройства посредством нажимного соединения. Корпус картриджа образован с возможностью его соединения с частью устройства только в двух направлениях, обеспечивая расположение подпружиненных элементов 45 электрического контакта в отверстиях 39 и соединение с контактными площадками нагревателя в сборе. Соединяющее ребро 48 части устройства зацепляется за углубление 25 на корпусе картриджа, чтобы удержать картридж и часть устройства вместе.
Корпус 22 картриджа и емкость 24 для хранения сформованы в одну часть и образованы из полипропилена. Материал 32 для удержания жидкости образован из сополимера полипропилена PET. Капиллярный материал 31 образован из стекловолокна. Крышка нагревателя образована из полиэфирэфиркетона (PEEK). Нагревательный элемент образован из нержавеющей стали и электрические контактные площадки образованы из олова. Защитная крышка образована из жидкокристаллического полимера (LCP).
В данном примере жидкий субстрат 26, образующий аэрозоль, содержит 39% по весу глицерина, 39% по весу пропиленгликоля, 20% по весу воды и ароматизаторов и 2% по весу никотина. Безусловно, также возможно применение других субстратов. Субстрат, образующий аэрозоль, не обязательно должен быть жидким субстратом, а вместо этого может быть твердый субстрат.
Чтобы собрать картридж, емкость для хранения сначала наполняют субстратом, образующим аэрозоль. Материал 32 для удержания жидкости тогда размещен внутри открытого конца емкости для хранения и капиллярного материала 31 помещенного на материал для удержания жидкости. Крышка нагревателя, к которой нагреватель в сборе уже прикреплен, затем помещают в открытый конец емкости для хранения. Емкость для хранения и крышка нагревателя могут содержать ключевые признаки, чтобы гарантировать, что крышка нагревателя размещена в правильном направлении на емкости для хранения. Защитную крышку 33 затем прикрепляют к корпусу 22, чтобы удерживать в положении все компоненты картриджа.
Система представляет собой систему, удерживаемую рукой, имеющую такой размер, чтобы она удобно помещалась в руке пользователя. Во время работы, после того, как картридж и часть устройства были соединены вместе, пользователь нажимает кнопку 41, чтобы активировать устройство. Пользователь затем делает затяжку через мундштук 23, втягивая воздух через систему. Схема управления может подавать питание к нагревателю в сборе на основе обнаруженных затяжек пользователя или может подавать питание непрерывно после активации устройства. Нагревательный элемент нагревают до температуры достаточной для испарения субстрата, образующего аэрозоль, вблизи нагревательного элемента. Испаренный субстрат, образующий аэрозоль, проходит через нагревательный элемент и внутрь потока воздуха, проходящего через систему.
На фиг. 6 показан поток воздуха, проходящий через картридж, в то время как пользователь делает затяжку через мундштук 23. Воздух втягивается в систему через впускные отверстия 60 образованные между основной частью устройства и корпусом 22 картриджа. Воздух затем проходит через отверстия, образованные в связующей детали части устройства, внутрь полости, образованной между частью устройства и защитной крышкой 33. Воздух тогда втягивается внутрь картриджа как через впускные отверстия 37 для воздуха на передней стенке защитной крышки, так и через впускные отверстия 50 для воздуха для разбавления. Втягивание воздуха через впускное отверстие 37 для воздуха сталкивается с нагревательным элементом и захватывает испаренный субстрат, образующий аэрозоль. Смесь воздуха и пара вытягивается из нагревательного элемента вдоль пути 54 потока воздуха между защитной крышкой 33 и емкостью 24 для хранения. Воздух, втянутый внутрь через впускные отверстия 50 для воздуха для разбавления, смешивается со смесью пара/воздуха из нагревателя в сборе. В то время как смесь проходит через путь 54 потока воздуха, пар охлаждается и образуется аэрозоль. Аэрозоль втягивается в рот пользователя через мундштук 23.
Путь потока воздуха включает изгиб в 90 градусов, следуя внешнему пространству емкости для хранения. Любые крупные капли жидкости или мусор не преодолеют изгиб в потоке воздуха, а попадут на защитную крышку 33. Это поможет гарантировать, что аэрозоль достигнет пользователя.
На фиг. 7 показан поток воздуха в альтернативном варианте осуществления. В варианте осуществления, показанном на фиг. 7, защитная крышка усовершенствована с возможностью получения различных впускных отверстий для воздуха и препятствовать попадания потока воздуха в мундштук без прохождения нагревательного элемента сначала. Поток воздуха также включает острый изгиб. Он, по существу, является U-образным, следуя внешней поверхности емкости для хранения. На передней стенке защитной крышки нет впускных отверстий для воздуха, только впускное отверстие 75 на месте впускных отверстий для воздуха для разбавления, показанных на фиг. 6. Защитная крышка 73 по фиг. 7 имеет такую же форму, что и защитная крышка по фиг. 6. Воздух втягивается внутрь картриджа через впускное отверстие 75. Выступ 77 предотвращает (или уменьшает) прямое попадание воздуха в мундштук 33 и направляет его к нагревательному элементу. Выступ 77 может быть сформован для предотвращения выхода любого существенного объема воздуха из выпускного отверстия 75, протекающего к выпускному отверстию мундштука, который сначала не проходит нагревательный элемент. Воздух проходит через нагревательный элемент 28 и захватывает испаренный субстрат, образующий аэрозоль. Смесь воздуха и пара вытягивается из нагревательного элемента вдоль пути 79 потока воздуха между защитной крышкой 73 и емкостью 24 для хранения. В то время как смесь проходит через путь 79 потока воздуха, пар охлаждается и образуется аэрозоль. Аэрозоль втягивается в рот пользователя из мундштука 23.
Картриджи, описанные с отсылкой на фигуры, могут быть легко изготовлены и собраны. Картриджи являются надежными, и нагревательный элемент защищен от повреждения во время транспортировки и обращения. Картриджи дают возможность выполнить простое и прямое электрическое соединение от части устройства системы до нагревателя в сборе в картридже.
Вышеописанные примеры вариантов осуществления являются иллюстративными, а не ограничивающими. В свете вышеописанных примеров вариантов осуществления специалисту с обычной квалификацией в данной области техники будут теперь понятны и другие варианты осуществления, соответствующие вышеописанным примерам вариантов осуществления.