КУРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ АЭРОЗОЛЯ
SMOKING DEVICE AND AEROSOL GENERATION METHOD

Настоящее изобретение относится к курительным устройствам, способам и курительным системам для генерирования аэрозоля из жидкого субстрата, образующего аэрозоль, и к картриджам для таких курительных устройств. Курительное устройство и система, генерирующая аэрозоль, представляют собой электрически управляемые устройства и системы.
В электроуправляемых курительных системах, например, жидкий субстрат, образующий аэрозоль, распыляется с образованием аэрозоля. Как правило, в распылителях обмотка из нагревательной проволоки намотана на удлиненный фитиль, пропитанный жидким субстратом, образующим аэрозоль. Другие типы распылителя используют ультразвуковые вибрации, а не тепло, для распыления жидкого субстрата. В этом случае вибрации применяют для проталкивания или втягивания жидкости через сетку и распыления жидкости. Проблема большинства распылителей, применяющих ультразвуковую вибрацию, заключается в том, что они не способны распылять жидкости с высокой вязкостью, которые обычно используются в электроуправляемых курительных системах. В дополнение, многие распылители требуют высокой мощности для достижения требуемой скорости распыления.
Имеет место потребность в курительном устройстве для генерирования аэрозоля из жидкого субстрата, образующего аэрозоль, которое устранило бы эти проблемы. Имеет место потребность в курительном устройстве для генерирования аэрозоля из жидкого субстрата аэрозоля, требующее небольшой мощности для достижения эффективного распыления.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложено курительное устройство для генерирования аэрозоля из жидкого субстрата, образующего аэрозоль, как изложено в пункте 1 формулы изобретения. Курительное устройство содержит корпус устройства, содержащий часть для хранения жидкости, содержащую корпус для удерживания жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Корпус устройства может, например, содержать полость для размещения в ней картриджа, при этом картридж содержит жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Курительное устройство дополнительно содержит распылитель на поверхностных акустических волнах (распылитель на ПАВ), содержащий участок распыления, по меньшей мере один входной преобразователь для генерирования поверхностных акустических волн для их распространения вдоль поверхности распылителя на ПАВ, включая участок распыления, и по меньшей мере один выходной преобразователь для преобразования поверхностных акустических волн в электрический сигнал, характеризующий физическую информацию об участке распыления. Элемент подачи выполнен с возможностью подачи жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из части для хранения жидкости в участок распыления на распылителе на ПАВ. Элемент подачи может обеспечивать сообщение по текучей среде части для хранения жидкости, например картриджа, и распылителя на ПАВ, в частности участка распыления на распылителе на ПАВ. Система управления выполнена с возможностью приведения в действие распылителя на ПАВ согласно электрическому сигналу для распыления жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в участке распыления для генерирования аэрозоля. Система управления может, например, содержать источник питания и управляющую электронику, соединенную с распылителем на ПАВ. Система управления, например, приспособлена обеспечивать РЧ-сигнал на по меньшей мере один преобразователь. Сгенерированный аэрозоль может затем транспортироваться в корпусе устройства в расположенный ниже по потоку конец курительного устройства к пользователю курительного устройства.
При использовании, пользователь может приводить в действие устройство путем воздействия на переключатель или путем осуществления затяжек на мундштуке устройства. На распылитель на ПАВ может быть подано питание для активации по меньшей мере одного входного преобразователя для создания поверхностных акустических волн (волн Рэлея) для их распространения вдоль поверхности распылителя на ПАВ. Энергия этих поверхностных акустических волн передается в жидкий субстрат, образующий аэрозоль, подаваемый в участок распыления. Энергия, подаваемая в жидкость, вызывает образование капель аэрозоля жидкого субстрата, образующего аэрозоль, таким образом, распыляя жидкий субстрат, образующий аэрозоль, из участка распыления. Поверхностные акустические волны, передаваемые в жидкость, по сути нарушают устойчивость капли жидкости на поверхности распылителя на ПАВ так, что поверхность капли разбивается и образует взвесь капель аэрозоля.
Доказано, что такой способ генерирования аэрозоля обеспечивает надежные и постоянные объемы аэрозоля из жидкого субстрата, образующего аэрозоль, для удобного сеанса курения. В дополнение, генерирование аэрозоля требует меньше мощности, чем при генерировании с помощью известных вибрационных элементов, например, использующих нагрев.
В качестве распылителя на ПАВ могут быть использованы широко известные сенсорные микросхемы на ПАВ. Они, как правило, содержат по меньшей мере встречно-штыревой (или встречно-гребенчатый) преобразователь, содержащий (металлические) электроды, расположенные на пьезоэлектрической подложке, например, напечатанные на подложку. Переменное напряжение, прикладываемое к отдельным «штырям» электродов преобразователя, вызывает механическую деформацию пьезоэлектрической подложки из-за чередующихся участков напряжения при растяжении и сжатии в пьезоэлектрической подложке, создаваемых между штырями. Поскольку штыри на одной стороне преобразователя находятся на одном уровне сжатия или растяжения, пространство между ними (известное как шаг) соответствует длине механической волны.
Генерируемые таким образом волны, как правило, имеют амплитуды нанометровых размеров и распространяются вдоль поверхности пьезоэлектрической подложки при частотах порядка МГц.
Предпочтительно, по меньшей мере один входной преобразователь распылителя на ПАВ, используемый в курительном устройстве согласно настоящему изобретению, представляет собой встречно-штыревой преобразователь, содержащий электроды, расположенные на пьезоэлектрической подложке.
Преобразователь может содержать отражатель для поддержки направленности генерируемых поверхностных акустических волн в одном направлении. За счет этого может быть повышен коэффициент полезного действия системы.
Преобразователь может быть выполнен с возможностью генерирования параллельных волн, например, посредством ряда прямых электродов, расположенных параллельно.
Преобразователь может быть выполнен так, чтобы иметь фокусирующий эффект на генерируемые волны. Например, преобразователь может быть снабжен электродами, имеющими параллельные, но изогнутые формы для фокусирования генерируемых волн в небольшую зону.
Предпочтительно, преобразователь содержит отражатель и имеет фокусирующий эффект.
Система управления курительного устройства выполнена с возможностью приведения в действие распылителя на ПАВ для генерирования поверхностных акустических волн с заданной частотой. Заданная частота может составлять приблизительно 20 МГц или выше, может, например, составлять от приблизительно 20 МГц до приблизительно 100 МГц или от приблизительно 20 МГц до приблизительно 80 МГц. Это может обеспечить требуемую скорость производства аэрозоля и требуемый размер капель для приятных ощущений у пользователя.
Система управления может содержать электрическую схему, соединенную с распылителем на ПАВ и с источником питания.
Электрическая схема может содержать микропроцессор, который может представлять собой программируемый микропроцессор. Электрическая схема может содержать дополнительные электронные компоненты. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью регулирования подачи питания на распылитель на ПАВ. Питание может подаваться на распылитель на ПАВ непрерывно после активации устройства или может подаваться с перерывами, например, от затяжки к затяжке.
Распылитель на ПАВ может иметь любую подходящую форму. Распылитель на ПАВ может быть по существу круглым или эллиптическим. Распылитель на ПАВ может быть по существу треугольным или квадратным или иметь любую правильную или неправильную форму. Предпочтительно, распылитель на ПАВ является по существу плоским. Распылитель на ПАВ может быть изогнутым. Распылитель на ПАВ может иметь форму купола. Распылитель на ПАВ может представлять собой по существу квадратную пластину. Распылитель на ПАВ может представлять собой по существу круглый или эллиптический диск.
Распылитель на ПАВ может быть многоразовым. Распылитель на ПАВ может быть одноразовым. Распылитель на ПАВ может представлять собой отдельный элемент или может представлять собой часть картриджа, как будет описано ниже.
Распылители на ПАВ являются, как правило, маленькими и легкими. В дополнение, распылители на ПАВ, в частности, имеющие размеры, подходящие для применения в электрически управляемых курительных устройствах, используют меньше мощности, чем известные вибрационные элементы, например, использующие нагрев для производства аэрозоля. Кроме того, распылители на ПАВ, как правило, способны генерировать аэрозоль с каплями малого размера. Эти преимущества распылителей на ПАВ улучшают курительное устройство согласно настоящему изобретению и позволяют предоставлять эффективное и экономичное курительное устройство.
Курительное устройство согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать нагреватель, выполненный с возможностью нагревания жидкого субстрата, образующего аэрозоль, предпочтительно жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в участке распыления. Нагреватель может быть выполнен с возможностью нагревания по меньшей мере части распылителя на ПАВ и, за счет этого, субстрата, образующего аэрозоль, на распылителе на ПАВ. Предпочтительно, нагреватель выполнен с возможностью нагревания по меньшей мере участка распыления распылителя на ПАВ и, за счет этого, субстрата, образующего аэрозоль, в участке распыления.
Нагреватель может нагревать жидкий субстрат, образующий аэрозоль, и снижать вязкость и поверхностное натяжение жидкости. Путем нагревания жидкости предпочтительно перед, но также и во время распыления, нагреватель может увеличить скорость распыления. Нагрев субстрата, образующего аэрозоль, и снижение вязкости жидкого субстрата, образующего аэрозоль, может повышать надежность устройства или курительной системы соответственно.
Нагреватель может нагревать жидкий субстрат, образующий аэрозоль, до стабильной заданной температуры перед распылением. Это может обеспечить возможность распыления субстрата, образующего аэрозоль, при стабильной вязкости, и может обеспечить возможность генерирования аэрозоля устройством при стабильной скорости распыления. Это может улучшить ощущения у пользователя.
Вязкость жидкого субстрата, образующего аэрозоль, может иметь влияние на скорость распыления и на размер капель аэрозоля, генерируемого устройством или системой. Следовательно, благодаря нагреву жидкого субстрата, образующего аэрозоль, до стабильной заданной температуры перед распылением, обеспечивается возможность облегчения генерирования аэрозоля, имеющего стабильное распределение размеров капель.
Благодаря нагреву жидкого субстрата, образующего аэрозоль, до температуры, превышающей окружающую температуру, перед распылением, обеспечивается также возможность снижения чувствительности системы к колебаниям окружающей температуры и возможность предоставления пользователю стабильного аэрозоля при каждом использовании.
В контексте данного документа термин «размер капель» используется для обозначения аэродинамического размера капель, представляющего собой размер сферической капли единичной плотности, которая опускается с такой же скоростью, что и рассматриваемая капля. В данной области техники для описания размера аэрозольных капель используется ряд параметров. Они включают в себя массовый медианный диаметр (mass median diameter, MMD) и массовый медианный аэродинамический диаметр (mass median aerodynamic diameter, MMAD). В контексте данного документа термин «массовый медианный диаметр (MMD)» используется для обозначения такого диаметра капли, относительно которого одна половина массы аэрозоля образована каплями меньшего диаметра, а другая половина ― каплями большего диаметра. В контексте данного документа термин «массовый медианный аэродинамический размер (MMAD)» используется для обозначения диаметра сферы единичной плотности, которая имеет такие же аэродинамические свойства, что и капля медианной массы из аэрозоля.
Массовый медианный аэродинамический диаметр (MMAD) капель, генерируемых курительным устройством и системой согласно настоящему изобретению, может составлять от приблизительно 1 мкм до приблизительно 10 мкм, или MMAD может составлять от приблизительно 1 мкм до приблизительно 5 мкм. MMAD капель может составлять не более чем 3 мкм. Требуемый размер капель, генерируемых курительным устройством согласно настоящему изобретению, может представлять собой любой MMAD, описанный выше. Требуемый размер капель (MMAD) может составлять не более чем 3 мкм.
Система управления курительного устройства может быть выполнена с возможностью приведения в действие нагревателя для нагревания жидкого субстрата, образующего аэрозоль, до заданной температуры, предпочтительно путем нагревания по меньшей мере части распылителя на ПАВ до заданной температуры. Заданная температура может быть выше окружающей температуры. Заданная температура может быть выше комнатной температуры. Это может снизить вязкость, а также поверхностное натяжение субстрата, образующего аэрозоль, по сравнению с вязкостью ненагретого субстрата, образующего аэрозоль. Таким образом, обеспечивается возможность повышения скорости распыления и облегчения генерирования аэрозоля, имеющего требуемый размер капель. Таким образом, обеспечивается возможность снижения чувствительности системы к колебаниям окружающей температуры. Заданная температура может быть ниже температуры испарения или ниже температуры кипения жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Заданная температура может составлять от 18 градусов Цельсия до 80 градусов Цельсия, или от 30 градусов Цельсия до 60 градусов Цельсия, или от 35 градусов Цельсия до 45 градусов Цельсия. Заданная температура может составлять от 20 градусов Цельсия до 30 градусов Цельсия, от 30 градусов Цельсия до 40 градусов Цельсия, от 40 градусов Цельсия до 50 градусов Цельсия, от 50 градусов Цельсия до 60 градусов Цельсия, от 60 градусов Цельсия до 70 градусов Цельсия или от 70 градусов Цельсия до 80 градусов Цельсия. Предпочтительно, заданная температура нагреваемой части распылителя на ПАВ соответствует заданной температуре жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в участке распыления.
В контексте данного документа термин «окружающая температура» используется для обозначения температуры воздуха окружающей среды, в которой используются устройство или система, генерирующие аэрозоль. Окружающая температура обычно соответствует температуре от приблизительно 10 градусов Цельсия до 35 градусов Цельсия. В контексте настоящего документа термин «комнатная температура» используется для обозначения стандартной окружающей температуры и давления, обычно температуры приблизительно 25 градусов Цельсия и абсолютного давления приблизительно 100 кПа (1 атм).
Система управления, выполненная с возможностью приведения в действие нагревателя, может быть неотделимой или отдельной от системы управления курительного устройства.
Система управления может содержать электрическую схему, соединенную с нагревателем и с источником электропитания. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью отслеживания электрического сопротивления нагревателя и контроля подачи питания нагревателю в зависимости от электрического сопротивления нагревателя. Электрическая схема может содержать микропроцессор, который может представлять собой программируемый микропроцессор. Электрическая схема может содержать дополнительные электронные компоненты. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью регулирования подачи питания на нагреватель. Питание может подаваться на нагреватель непрерывно после активации устройства или может подаваться с перерывами, например, от затяжки к затяжке. Питание может подаваться на нагреватель в виде импульсов электрического тока.
Нагреватель может быть расположен на поверхности распылителя на ПАВ, предпочтительно рядом с участком распыления или напротив участка распыления. Например, нагреватель может быть расположен на той же поверхности распылителя на ПАВ, что и участок распыления. Такое расположение обеспечивает возможность прямого физического или близкого контакта нагревателя и жидкого субстрата, образующего аэрозоль, подлежащего нагреванию, в частности вблизи участка распыления. Нагреватель может, например, окружать или частично окружать субстрат, образующий аэрозоль, в участке распыления.
В конфигурациях, где нагреватель расположен на поверхности распылителя на ПАВ, противоположной участку распыления, подача субстрата, образующего аэрозоль, в участок распыления не изменена из-за присутствия нагревателя. В дополнение, нагреватель может быть расположен в месте участка распыления, но на противоположной стороне подложки распылителя на ПАВ. Размер нагревателя может соответствовать размеру распылителя на ПАВ. Размер нагревателя может быть ограничен размером участка распыления. Размер нагревателя может по меньшей мере соответствовать размеру участка распыления. Положение нагревателя может быть смещено в направлении элемента подачи. Это обеспечивает возможность нагревания жидкости до того, как жидкость попадет в участок распыления. Предпочтительно, теплота нагревателя передается через подложку распылителя на ПАВ за счет теплопроводности.
Описанные положения нагревателя могут улучшить передачу тепла между нагревателем и жидким субстратом, образующим аэрозоль, на распылителе на ПАВ.
Нагреватель может представлять собой отдельный нагреватель, прикрепленный к распылителю на ПАВ или расположенный за распылителем на ПАВ или возле него.
Нагреватель может быть неотделимым от распылителя на ПАВ. Это может снизить количество составных частей устройства и способствовать простому изготовлению.
Предпочтительно, нагреватель находится в теплопроводящей связи с распылителем на ПАВ.
Нагреватель также может быть расположен на корпусе части для хранения жидкости или внутри него. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, таким образом, имеет повышенную температуру при подаче из части для хранения жидкости в распылитель на ПАВ.
Нагреватель может представлять собой любой подходящий нагреватель, способный нагревать жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Нагреватель может представлять собой электрически управляемый нагреватель. Нагреватель может представлять собой резистивный нагреватель. Нагреватель может содержать индукционные нагревательные средства. Нагреватель может быть по существу плоским, чтобы обеспечивать простое изготовление. В контексте настоящего документа термин «по существу плоский» означает образованный в одной плоскости и не обернутый или иным образом не приспособленный для соответствия изогнутой или иной неплоской форме. Плоский нагреватель может быть легко обработан во время изготовления и предоставляет надежную конструкцию.
Нагреватель может содержать одну или несколько электропроводных дорожек на электроизоляционной подложке. Электроизоляционная подложка может содержать любой подходящий материал и может представлять собой материал, который способен выдерживать высокие температуры (свыше 150 градусов Цельсия) и резкие изменения температуры. Примером подходящего материала является полиимидная пленка, такая как Kapton.
Система управления, выполненная с возможностью приведения в действие нагревателя, или распылителя на ПАВ, или их обоих, может содержать датчик окружающей температуры для определения окружающей температуры. Система управления может содержать датчик температуры на распылителе на ПАВ для определения температуры жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в участке распыления. Один или несколько датчиков температуры могут быть связаны с управляющей электроникой устройства, генерирующего аэрозоль, чтобы обеспечивать возможность поддержания температуры жидкого субстрата, образующего аэрозоль, на заданном уровне с помощью управляющей электроники. Один или несколько датчиков температуры могут представлять собой термопару или резистивный датчик температуры. Нагреватель может использоваться для получения информации, относящейся к температуре. Могут быть известны температурозависимые резистивные свойства нагревателя, и они используются для определения температуры по меньшей мере одного нагревателя способом, известным специалисту в данной области техники.
В курительном устройстве согласно настоящему изобретению часть элемента подачи может быть расположена смежно с участком распыления распылителя на ПАВ, тогда как другая часть элемента подачи может быть выполнена с возможностью обеспечения сообщения по текучей среде с частью для хранения жидкости. Часть элемента подачи, расположенная смежно с участком распыления, может проходить в участок распыления. В готовом к использованию состоянии курительного устройства элемент подачи может обеспечивать возможность транспортировки жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из части для хранения жидкости, например из картриджа, в участок распыления. Таким образом, другая часть элемента подачи может быть непосредственно соединена с частью для хранения жидкости, например, вставлена или расположена смежно с содержимым части для хранения жидкости. Однако субстрат, образующий аэрозоль, также может транспортироваться из части для хранения жидкости, например, в проход для жидкости и находиться в связи по текучей среде с другой частью элемента подачи еще ниже по течению относительно транспортировки жидкости из части для хранения в распылитель на ПАВ. Разделение транспортировки жидкости может улучшить вариативность и оптимизацию средств транспортировки жидкости из части для хранения жидкости в распылитель на ПАВ. В частности, элемент подачи для подачи жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в распылитель на ПАВ может быть оптимизирован для подачи и распределения жидкости над участком распыления. С другой стороны, может быть оптимизирована транспортировка жидкости из части для хранения жидкости.
Элемент подачи может представлять собой, но без ограничения, капиллярный элемент, такой как, например, фитиль или полоса бумаги, капилляр или прокалывающий элемент для прокалывания картриджа, содержащего жидкий субстрат, образующий аэрозоль.
Предпочтительно, элемент подачи представляет собой капиллярный элемент, обладающий капиллярным действием для жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Предпочтительно, элемент подачи в форме капиллярного элемента обеспечивает возможность подачи жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в участок распыления распылителя на ПАВ. Капиллярный элемент состоит из капиллярного материала или содержит его, вследствие чего жидкий субстрат, образующий аэрозоль, передается за счет капиллярного эффекта. Капиллярным материалом является материал, который активно транспортирует жидкость от одного конца материала к другому. Капиллярный материал преимущественно ориентирован в устройстве таким образом, чтобы транспортировать жидкий субстрат, образующий аэрозоль, в участок распыления на поверхности распылителя на ПАВ. Капиллярный материал может иметь волокнистую структуру или может иметь губчатую структуру. Капиллярный материал может содержать пучок капилляров, множество волокон, множество нитей или может содержать трубки с тонкими каналами. Капиллярный материал может содержать комбинацию волокон, прядей и трубок с узким каналом. Волокна, пряди и трубки с узким каналом могут быть в целом выровнены для транспортировки жидкости к распылителю на ПАВ. Капиллярный материал может содержать губкообразный материал или может содержать пенообразный материал. Структура капиллярного материала может образовывать множество небольших каналов или трубок, через которые жидкость может быть транспортирована за счет капиллярного действия.
Капиллярный материал может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примеры подходящих материалов включают в себя губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики, бумаги или графита в виде волокон или спеченных порошков, вспененные металлические или пластмассовые материалы, листовой материал, волоконный материал, например, изготовленный из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетилцеллюлозные, полиэфирные или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамика. Капиллярный материал может быть изготовлен на основе бумаги. Капиллярный материал может иметь любые подходящие капиллярность и пористость для его использования с жидкостями, имеющими разные физические свойства.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, имеет физические свойства, включая, без ограничения, вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность и температуру кипения, которые позволяют транспортировать жидкость по капиллярному материалу капиллярного элемента за счет капиллярного действия. Капиллярный элемент может быть выполнен с возможностью транспортировки жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к участку распыления распылителя на ПАВ. Капиллярный элемент может иметь форму листа. Некоторый капиллярный материал, такой как, например, материал фитиля на основе бумаги, может дополнительно иметь способность отфильтровывать загрязнители из жидкости, таким образом, поддерживая распыление чистого жидкого субстрата, образующего аэрозоль.
Элемент подачи может представлять собой отдельный элемент или может представлять собой часть распылителя на ПАВ. Предпочтительно, элемент подачи представляет собой часть распылителя на ПАВ, например, неотделимую от него.
Элемент подачи может представлять собой элемент в виде фитиля, который, как известно в данной области техники, применяет капиллярные эффекты для транспортировки жидкости. Элемент подачи также может применять, например, эффект Вентури для транспортировки жидкости в участок распыления. Элемент подачи может, например, представлять собой микроканалы, встроенные в подложку распылителя на ПАВ, или любую комбинацию вышеупомянутых элементов подачи.
3
3
Распылитель на ПАВ может содержать по меньшей мере один пьезоэлектрический преобразователь. Распылитель на ПАВ может содержать по меньшей мере один встречно-штыревой преобразователь. Пьезоэлектрический преобразователь может предпочтительно содержать монокристаллический материал, но также может содержать поликристаллический материал. Пьезоэлектрический преобразователь может содержать кварц, керамику, титанат бария (BaTiO), ниобат лития (LiNbO). Керамика может содержать цирконат-титанат свинца (PZT). Керамика может содержать легирующие материалы, такие как ионы Ni, Bi, La, Nd или Nb. Пьезоэлектрический преобразователь может быть поляризованным. Пьезоэлектрический преобразователь может быть неполяризованным. Пьезоэлектрический преобразователь может дополнительно содержать как поляризованные, так и неполяризованные пьезоэлектрические материалы.
Распылитель на ПАВ может содержать один преобразователь для генерирования поверхностных акустических волн. Распылитель на ПАВ может содержать более чем один преобразователь для генерирования поверхностных акустических волн. Преобразователи, генерирующие поверхностные акустические волны, называются входными преобразователями. Входные преобразователи принимают электрические сигналы и генерируют поверхностные акустические волны согласно входному сигналу. Более чем один входной преобразователь может генерировать поверхностные акустические волны для их интерференции друг с другом, предпочтительно положительной интерференции, улучшающей подвод энергии в участок распыления. Дополнительный входной преобразователь может быть применен для центрирования жидкости в участке распыления или в целом центрирования жидкости в небольшой зоне.
Распылитель на ПАВ содержит более чем один преобразователь. По меньшей мере один или более чем один преобразователь применяется для генерирования электрического сигнала.
Преобразователи, генерирующие электрический сигнал, называются выходными преобразователями. Выходной преобразователь преобразует поверхностные акустические волны в выходной сигнал. Поверхностные акустические волны, принимаемые выходным преобразователем, были сгенерированы по меньшей мере одним входным преобразователем и распространились вдоль участка распыления распылителя на ПАВ к выходному преобразователю. Выходной сигнал содержит информацию о физических процессах в участке распыления, например, о количестве жидкости, присутствующей в участке распыления. Таким образом, распылитель на ПАВ используется в качестве датчика на ПАВ, получающего информацию о процессе распыления. Эта информация применяется для управления процессом распыления. Информация с датчика применяется в системе управления, управляющей работой распылителя на ПАВ. Информация с датчика может быть также применена для, например, управления нагревателем. Управление процессом распыления может, например, быть достигнуто путем регулирования питания, подаваемого на распылитель на ПАВ.
Распылитель на ПАВ содержит по меньшей мере один выходной преобразователь. По меньшей мере один выходной преобразователь применяется для генерирования электрического сигнала, характеризующего физическую информацию об участке распыления. Распылитель на ПАВ может содержать дополнительный входной преобразователь для генерирования дополнительных поверхностных акустических волн.
Если присутствуют два преобразователя, предпочтительно, два преобразователя расположены друг напротив друга, при этом участок распыления расположен между двумя преобразователями. Первый из двух преобразователей представляет собой входной преобразователь. Второй из двух преобразователей представляет собой входной или выходной преобразователь.
В курительном устройстве согласно настоящему изобретению часть для хранения жидкости, распылитель на ПАВ и элемент подачи могут образовывать части картриджа. Картридж, содержащий или не содержащий распылитель на ПАВ и элемент подачи, может быть изготовлен предварительно. Картридж может быть съемным, сменным, многоразовым или одноразовым. Картридж может быть выполнен с возможностью повторной заправки жидким субстратом, образующим аэрозоль. В случае заправляемой части для хранения жидкости или, в частности, в случае сменного картриджа, курительное устройство становится многоразовым. Предпочтительно, картридж не является заправляемым и заменяется после каждого использования.
Корпус устройства может содержать полость для размещения картриджа.
Картридж может быть разъемно присоединен к устройству, генерирующему аэрозоль. Картридж может быть снят с устройства, генерирующего аэрозоль, при израсходовании субстрата, образующего аэрозоль. В контексте настоящего документа термин «соединен с возможностью съема» означает, что обеспечивается возможность взаимного соединения и разъединения картриджа и устройства без существенного повреждения либо устройства, либо картриджа.
Картридж может быть изготовлен дешевым, надежным и воспроизводимым способом. Картридж может иметь простую конструкцию. Картридж может иметь корпус, внутри которого удерживается субстрат, образующий аэрозоль.
Картридж может содержать материал для удержания жидкости, удерживающий жидкость, образующую аэрозоль. Картридж может представлять собой систему с резервуаром, заполненную жидкостью.
Корпус картриджа может представлять собой жесткий корпус. В контексте настоящего документа термин «жесткий корпус» обозначает корпус, который является самонесущим. Корпус может содержать материал, который является непроницаемым для жидкости.
Картридж может содержать крышку. Крышка может быть оторвана перед присоединением картриджа к устройству, генерирующему аэрозоль. Крышка может быть прокалываемой, например, посредством элемента подачи.
Картридж, содержащий элемент подачи и распылитель на ПАВ, обеспечивает совершенно «свежий» процесс распыления при каждой замене картриджа. Осадки или остатки в элементе подачи или на распылителе на ПАВ могут быть удалены при замене картриджа. Распылитель на ПАВ, содержащий элемент подачи, также может представлять собой многоразовые и, предпочтительно, неподвижно установленные элементы курительного устройства. Благодаря этому, могут быть снижены потери и затраты на материалы.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ генерирования аэрозоля в курительной системе. Способ включает предоставление распылителя на поверхностных акустических волнах (распылителя на ПАВ), содержащего участок распыления, по меньшей мере один входной преобразователь и по меньшей мере второй выходной преобразователь. Способ дополнительно включает этап предоставления жидкого субстрата, образующего аэрозоль, на участке распыления распылителя на ПАВ и приведения в действие распылителя на ПАВ с генерированием, таким образом, поверхностных акустических волн с помощью по меньшей мере одного входного преобразователя, при этом поверхностные акустические волны распространяются вдоль поверхности распылителя на ПАВ в участок распыления и в жидкий субстрат, образующий аэрозоль, в участке распыления с распылением жидкого субстрата, образующего аэрозоль, и генерированием аэрозоля. Способ дополнительно включает этапы преобразования, с применением по меньшей мере одного выходного преобразователя, поверхностных акустических волн в электрический сигнал, характеризующий физическую информацию об участке распыления, вывода электрического сигнала с помощью по меньшей мере одного выходного преобразователя и применения электрического сигнала для управления работой распылителя на ПАВ. Способ может быть осуществлен с применением курительной системы и картриджа согласно другим аспектам настоящего изобретения.
Способ может иметь все преимущества, описанные в отношении другого аспекта настоящего изобретения. Признаки распылителя на ПАВ, такие как, например, режимы работы, элемента подачи, такие как, например, его расположение и конструкция, нагревателя, такие как, например, заданные температуры, могут быть такими же, как и описанные в отношении других аспектов настоящего изобретения.
Способ может включать этап обеспечения сообщения по текучей среде части для хранения жидкости, например картриджа, содержащей жидкий субстрат, образующий аэрозоль, с участком распыления распылителя на ПАВ.
Способ может включать этап предоставления радиочастотного сигнала на по меньшей мере один преобразователь.
Способ может дополнительно включать этап подачи определенного количества жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в распылитель на ПАВ, при этом количество жидкости соответствует одной затяжке.
Способ может включать этап нагревания жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в участке распыления до температуры, превышающей комнатную температуру, предпочтительно перед распылением. Нагревание могут выполнять так, чтобы жидкость, подлежащая распылению, имела температуру выше 50 градусов Цельсия, например температуру от 50 до 80 градусов Цельсия.
Способ согласно настоящему изобретению включает этап предоставления распылителя на ПАВ с по меньшей мере вторым преобразователем.
Способ включает этапы вывода электрического сигнала с помощью по меньшей мере одного выходного преобразователя. Выходной сигнал характеризует физический процесс в участке распыления. Указанный выходной сигнал могут применять для управления работой распылителя на ПАВ. Например, выходной сигнал может использоваться в качестве входного сигнала в системе управления для управления распылителем на ПАВ или нагревателем.
Этап предоставления распылителя на поверхностных акустических волнах может включать предоставление нескольких входных преобразователей, и этап приведения в действие распылителя на ПАВ может быть осуществлен посредством генерирования поверхностных акустических волн с помощью нескольких входных преобразователей, при этом поверхностные акустические волны распространяются вдоль поверхности распылителя на ПАВ в участок распыления и в жидкий субстрат, образующий аэрозоль, в участке распыления.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена курительная система, генерирующая аэрозоль, содержащая курительное устройство, описанное в данном документе. Система также содержит жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Элемент подачи находится в сообщении по текучей среде с жидким субстратом, образующим аэрозоль, содержащимся в корпусе части для хранения жидкости курительного устройства, и с участком распыления на распылителе на поверхностных акустических волнах (распылителе на ПАВ).
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, содержит по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля и жидкую добавку. Вещество для образования аэрозоля может, например, представлять собой пропиленгликоль или глицерин.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать воду.
Жидкая добавка может представлять собой любое одно из жидкого ароматизатора или жидкого стимулирующего вещества или их комбинацию. Жидкий ароматизатор может, например, включать табачный ароматизатор, табачный экстракт, фруктовый ароматизатор или кофейный ароматизатор. Жидкая добавка может, например, представлять собой сладкую жидкость, такую как, например, ваниль, карамель и какао, травяную жидкость, пряную жидкость или стимулирующую жидкость, содержащую, например, кофеин, таурин, никотин или другие стимулирующие средства, известные для использования в пищевой промышленности.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен картридж для курительных устройств для генерирования аэрозоля. Картридж содержит часть для хранения жидкости, содержащую корпус для удерживания жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Картридж дополнительно содержит распылитель на поверхностных акустических волнах (распылитель на ПАВ), содержащий участок распыления, по меньшей мере один входной преобразователь для генерирования поверхностных акустических волн для их распространения вдоль поверхности распылителя на ПАВ, включая участок распыления, и по меньшей мере один выходной преобразователь для преобразования поверхностных акустических волн в электрический сигнал, характеризующий физическую информацию об участке распыления. Элемент подачи предоставлен и выполнен с возможностью подачи жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из корпуса части для хранения жидкости в участок распыления на распылителе на ПАВ.
Часть для хранения жидкости, распылитель на ПАВ, элемент подачи или нагреватель могут содержать любые признаки или могут быть расположены в любой конфигурации, описанной выше в отношении части для хранения жидкости, распылителя на ПАВ, элемента подачи и нагревателя устройства, генерирующего аэрозоль, описанного в настоящем документе. Преимущества и признаки картриджа были описаны применительно к курительному устройству и не будут рассматриваться повторно.
Настоящее изобретение будет далее описано исключительно на примерах, со ссылками на сопроводительные графические материалы, на которых:
на фиг. 1 схематически изображено устройство, генерирующее аэрозоль, с прокалываемым картриджем и распылителем на ПАВ, содержащим фокусирующий преобразователь;
на фиг. 2 схематически изображено устройство, генерирующее аэрозоль, с распылителем на ПАВ, содержащим два фокусирующих преобразователя;
на фиг. 3 схематически изображено устройство, генерирующее аэрозоль, с прокалываемым картриджем и заостренным распылителем на ПАВ, содержащим фокусирующий преобразователь;
на фиг. 4 показан распылитель на ПАВ с прямым преобразователем;
на фиг. 5 показан распылитель на ПАВ по фиг. 4 с отражателем;
на фиг. 6 показан распылитель на ПАВ, содержащий прямой преобразователь с другим отражателем и дополнительным нагревательным элементом;
на фиг. 7 показан распылитель на ПАВ с фокусирующим преобразователем;
на фиг. 8, 9 показаны вид сверху и разрез (по средней линии A-A) распылителя на ПАВ с фокусирующим преобразователем, нагревательным элементом и капиллярным элементом, на которых выходной преобразователь не показан;
на фиг. 10, 11 показаны разрезы по средним линиям дополнительных вариантов осуществления распылителей на ПАВ с нагревательными элементами, на которых выходной преобразователь не показан;
на фиг. 12, 13 показаны вид сверху и разрез (по средней линии B-B) через распылитель на ПАВ с двумя фокусирующими преобразователями в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 14, 15 показаны вид сверху и разрез (по средней линии C-C) через распылитель на ПАВ с элементом подачи, содержащим микроканалы, на которых выходной преобразователь не показан;
на фиг. 16, 17 показаны вид сверху и разрез (по средней линии D-D) через распылитель на ПАВ с утопленным элементом подачи, на которых выходной преобразователь не показан;
на фиг. 18 показана поверхностная обработка распылителя на ПАВ, при этом выходной преобразователь не показан.
На фиг. 1
показано электронное устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее корпус 10 и мундштук 11. Корпус содержит картридж 16, содержащий жидкость, образующую аэрозоль, микросхему 15 распылителя на поверхностных акустических волнах (распылителя на ПАВ), электронику 14 для приведения в действие распылителя на ПАВ и управления им и батарею 13, подающую питание на электронику 14 и распылитель 15 на ПАВ. Микросхема 15 распылителя на ПАВ представляет собой прямоугольную микросхему, содержащую фокусирующий встречно-штыревой преобразователь 20, содержащий отражатель, который будет описан более подробно ниже.
Картридж 16 цилиндрической формы закрыт на его дальнем конце, обращенном к микросхеме распылителя на ПАВ с уплотнительным элементом, например, прокалываемой или пробиваемой фольгой 160. Уплотнительный элемент прокалывается элементом подачи в форме заостренного капиллярного элемента 30, например, иглы или бумажной полоски. Другой, дистальный конец капиллярного элемента 30 проходит к фокусирующей зоне преобразователя 20 на микросхеме, при этом фокусирующая зона соответствует участку 40 распыления или участку испарения на микросхеме 15.
На фиг. 2
показан другой вариант осуществления электронного устройства, генерирующего аэрозоль, причем одинаковые ссылочные номера используются для одинаковых или сходных элементов. На фиг. 2 распылитель 15 на ПАВ содержит два фокусирующих встречно-штыревых преобразователя 20, расположенных друг напротив друга. Участок 40 распыления проходит между двумя преобразователями 20.
Оба преобразователя могут быть приведены в действие для генерирования поверхностных акустических волн. Благодаря этому, распыление в участке 40 распыления может быть улучшено, или может требоваться меньше мощности для достижения той же скорости испарения. В качестве альтернативы, один из двух преобразователей может быть приведен в действие для предоставления сигнала, характеризующего эффекты или состояние в участке распыления, например, скорость испарения или наличие или отсутствие жидкости. Указанный сигнал может быть применен в электронике 14 для управления и, возможно, адаптации процесса распыления.
В варианте осуществления по фиг. 2 дальний конец картриджа 16 закрыт слоем пористого материала 161. Пористый материал контактирует с фитилем 31, например полоской или нитью волокон или бумажной полоской, при этом фитиль 31 проходит от пористого материала 161 к участку 40 распыления на микросхеме 15. Благодаря такому расположению двух преобразователей 20, имеющих направление распространения волн, по существу перпендикулярное продольной оси устройства, фитиль 31 проходит между двумя преобразователями.
На фиг. 3
показан еще один вариант осуществления электронного устройства, генерирующего аэрозоль, подобный показанному на фиг. 1, причем одинаковые ссылочные номера используются для одинаковых или сходных элементов. На фиг. 3 микросхема 15 распылителя на ПАВ содержит заостренную концевую часть 150, способствующую прокалывания прокалываемой мембраны 160 картриджа. Капилляр 32 выполнен с возможностью прохождения между внутренней частью картриджа 16 и участком 40 распыления микросхемы 15. Капилляр 32 может, например, представлять собой микроканал.
С каждой стороны капилляра, сверху капилляра или с задней стороны микросхемы может быть расположен необязательный нагреватель.
На фиг. 4-17 показаны различные варианты осуществления микросхем 15 распылителя на ПАВ и примеры расположения и вариантов осуществления преобразователей, капиллярных элементов и нагревательных элементов.
фиг. 4
фиг. 5
3
На  один встречно-штыревой преобразователь 21 расположен на части боковой поверхности пьезоэлектрической подложки. Преобразователь 21 содержит ряд прямых чередующихся электродов 210, расположенных параллельно (прямой преобразователь). Участок 40 распыления обозначен пунктирной линией и расположен возле преобразователя, но на противоположной части боковой поверхности пьезоэлектрической подложки. На  тот же преобразователь 21 снабжен электродами 215 отражателя. Прямые электроды 215 отражателя расположены параллельно электродам 210 преобразователя 21 и смежно со стороной преобразователя, противоположной стороне, обращенной к участку 40 распыления. Электроды отражателя могут отражать поверхностные акустические волны обратно в предусмотренном направлении распространения (в правую сторону на графических материалах). Преобразователь 21 может, например, иметь 20 пар электродов и 32 электрода 215 отражателя, расположенных на подложке из LiNbO. Материал электродов может быть золотом.
фиг. 6
Прямой преобразователь по  содержит электроды 216 отражателя, расположенные между электродами 210 преобразователя. Нагревательный элемент, например резистивный нагреватель 50 в форме печатной электрической цепи, расположен на подложке напротив участка 40 распыления.
На фиг. 7
показан пример фокусирующего встречно-штыревого преобразователя 20, имеющего изогнутые и сужающиеся электроды 211, фокусирующие генерируемые волны в небольшую фокусирующую зону 200 на поверхности подложки. Между электродами 211 преобразователя параллельно электродам преобразователя расположены изогнутые электроды 214 отражателя.
На фиг. 8
показана микросхема 15 на ПАВ по фиг. 7 со встроенным нагревателем 50 на поверхности микросхемы и капиллярным элементом 31 в форме полоски, например фитилем или капилляром, расположенным над нагревателем 50 по существу вдоль направления распространения волн, генерируемых преобразователем 21.
На фиг. 9
показан разрез микросхемы по фиг. 8. Преобразователь 20 и нагреватель 50 расположены на одной и той же поверхности, верхней поверхности пьезоэлектрической подложки 151, например подложки из ниобата лития. Фитиль 31 частично расположен над нагревателем в близком контакте с ним для способствования нагреванию жидкости, транспортируемой в фитиле 31 от картриджа (не показан) к участку распыления, расположенному между преобразователем 20 и нагревателем 50.
На фиг. 10
фиг. 11
3
и  показаны разрезы дополнительных вариантов осуществления микросхем 15 на ПАВ. На фиг. 10 нагреватель 50 расположен на противоположной стороне, задней стороне подложки 151. Нагреватель расположен так, чтобы «проходить» в участок распыления и «перекрываться» с фитилем 31, однако с подложкой 151 между ними. Для уменьшения пути, по которому тепло должно пройти через подложку для достижения жидкости в фитиле 31 или в участке распыления, толщина пьезоэлектрической подложки может быть уменьшена. На фиг. 11 преобразователь 20 и фитиль 31 расположены на поверхности пьезоэлектрического слоя 152, например, из LiNbO, ZnO, AlN или других пьезоэлектрических материалов, подходящих для применения в слоях для распылителя на ПАВ. Нагреватель 50 расположен на задней стороне слоя 152 в том положении, как описано и показано на фиг. 10.
Слой 152 расположен на основе 153, например подложке, выполненной из стекла, керамики, кремния или металла. В производственных целях нагреватель может быть нанесен на подложку 153, при этом подложку затем снабжают пьезоэлектрическим слоем 152.
Хотя было показано, что нагреватель расположен на микросхеме, нагреватель также может быть расположен, например, вдоль капиллярного материала или канала между микросхемой и картриджем, содержащим жидкость, образующую аэрозоль.
фиг. 12
фиг. 13
На  и  два фокусирующих преобразователя 20, снабженные электродами отражателя, расположены друг напротив друга на пьезоэлектрической подложке 151. Два преобразователя 20 имеют общую фокусирующую зону 200 между преобразователями. В фокусирующей зоне 200 подложка 151 снабжена сквозным отверстием 155, через которое жидкость, образующая аэрозоль, может подаваться на верхнюю поверхность подложки 151. Капиллярный элемент 33 расположен под подложкой 151 для подачи жидкости в нижнюю часть сквозного отверстия 155. Необязательно, сквозное отверстие 155 может быть заполнено капиллярным материалом. В данном варианте осуществления область 41 распыления сконцентрирована на краях сквозного отверстия 155 на поверхности подложки 151. Острые края способствуют образованию очень тонкого слоя жидкости, образующей аэрозоль, что упрощает ее испарение.
фиг. 14
фиг. 15
На  и жидкость, образующая аэрозоль, подается на микросхему посредством капиллярного элемента в форме листа материала 34 фитиля. Лист 34 проходит на поверхность подложки 151 и частично покрывает ряд параллельных микроканалов 35, обеспеченных в поверхности подложки. Микроканалы проходят в участок распыления прямого преобразователя 21, также расположенного на поверхности подложки. Однако область 41 распыления сконцентрирована на краях микроканалов.
фиг. 16
фиг. 17
Подобный результат, когда участок 41 распыления сконцентрирован на краю 156 подложки, также может быть достигнут за счет утопленного капиллярного элемента 36, как показано на  и . Часть поверхности подложки была удалена, например, путем травления. На этой части поверхности более низкого уровня капиллярный элемент, такой как, например, полоска бумаги, расположен вровень с краем 156 нижней части для обеспечения транспортировки жидкости к краю 156.
фиг. 18
Также поверхностная обработка подложки 151 может способствовать образованию тонких слоев жидкости, образующей аэрозоль. Поверхностная обработка также может способствовать локализации такого слоя. Например, и как показано на , участок 40 распыления (обозначенный пунктирными линиями) может быть обработан с образованием гидрофильной области, тогда как участки вне углубленного участка распыления могут быть гидрофобными областями 158.
Приведенные в качестве примера диапазоны мощности для приведения в действие микросхемы на ПАВ, содержащей один или два преобразователя, в устройстве, генерирующем аэрозоль, согласно настоящему изобретению составляют от 5 Ватт до 15 Ватт, предпочтительно менее 20 Ватт. Расстояния между электродами в типичном преобразователе составляют приблизительно 100 микрометров (в прямых преобразователях), тогда как расстояния между отражателями могут составлять приблизительно 50 микрометров.
Размеры прямоугольных микросхем на ПАВ, содержащих два преобразователя, составляют от приблизительно 50 мм на 20 мм до 55 мм на 25 мм.
Приведенные в качестве примера композиции жидкости, образующей аэрозоль, представляли собой от 40 процентов до 80 процентов пропиленгликоля, 20 процентов воды и от 0 процентов до 40 процентов глицерина. Жидкость, генерирующая аэрозоль, была нагрета до приблизительно 65 градусов Цельсия. Такая жидкость в объеме приблизительно 5 микролитров была распылена или испарена менее чем за 20 секунд, достигая скорости испарения от приблизительно 0,2 до 0,3 микролитров в секунду или выше.