УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ АЭРОЗОЛЯ С УЛУЧШЕННЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ТЕМПЕРАТУР
AEROSOL GENERATING DEVICE WITH IMPROVED TEMPERATURE DISTRIBUTION

Настоящее изобретение относится к нагреваемому устройству для генерирования аэрозоля и, в частности, к средствам для нагрева и к способу нагрева субстрата, из которого образуется аэрозоль, в устройстве для генерирования аэрозоля.
Устройства для генерирования аэрозоля, в которых субстрат, из которого образуется аэрозоль, нагревают для образования аэрозоля, известны в данной области техники. Для определенного субстрата, из которого образуется аэрозоль, существует диапазон приемлемых температур, до которых его можно нагревать. Важно не превышать максимальную температуру, выше которой могут происходить нежелательные явления возгорания или пиролиза. Однако при температуре ниже минимальной желательный аэрозоль не образуется. Субстрат можно нагревать, используя нагреватели, расположенные с наружной стороны субстрата или внутри субстрата. Использование внутреннего нагревателя обладает преимуществом, заключающимся в том, что тепло эффективно передается к субстрату с меньшими потерями, чем от наружных нагревателей. Однако один фактор при использовании внутреннего нагревателя заключается в том, что сложно сообщать тепло равномерно по всему субстрату и, таким образом, нагревать весь субстрат до оптимального диапазона температур.
Желательно нагревать субстрат, из которого образуется аэрозоль, таким образом, чтобы имело место равномерное распределение температур, или по меньшей мере таким образом, чтобы весь субстрат имел температуру, находящуюся в желательном диапазоне температур.
Настоящее изобретение относится к устройству для генерирования аэрозоля, выполненному с возможностью размещения в нем субстрата, из которого образуется аэрозоль, и выполненному таким образом, чтобы можно было нагревать субстрат, из которого образуется аэрозоль, используя оба вида нагревателей: внутренний нагреватель, расположенный внутри субстрата, и наружный нагреватель, расположенный снаружи субстрата. Использование обоих видов нагревателей: внутреннего и наружного нагревателей, обеспечивает возможность того, чтобы каждый нагреватель действовал при более низкой температуре, чем требовалось бы при использовании либо только внутреннего нагревателя, либо только наружного нагревателя. При нагреве с помощью наружного нагревателя до более низкой температуры, чем с помощью внутреннего нагревателя, субстрат можно нагревать, обеспечивая относительно равномерное распределение температур, и при этом поддерживать наружную температуру устройства на приемлемо низком уровне. Это является существенным фактором для устройств, которые держат в руке, так как, если, например, требуется, чтобы нагреватели имели более высокую температуру, то в результате могли бы появляться опасные или неудобные горячие места во время действия устройства для генерирования аэрозоля.
В одном варианте осуществления изобретения обеспечивают устройство для генерирования аэрозоля, содержащее: полость для размещения субстрата, выполненную с возможностью размещения субстрата, из которого образуется аэрозоль; внутренний нагреватель, расположенный внутри полости для размещения субстрата; наружный нагреватель, расположенный по периметру полости для размещения субстрата; и контроллер, выполненный с возможностью регулирования подачи энергии к внутреннему нагревателю, или к наружному нагревателю, или к обоим видам нагревателей: к внутреннему нагревателю и к наружному нагревателю, таким образом, чтобы наружный нагреватель имел более низкую температуру, чем внутренний нагреватель. При использовании устройства наружный нагреватель может иметь более низкую температуру, чем температура субстрата, из которого образуется аэрозоль, но более высокую температуру, чем температура окружающей среды.
Словосочетание «устройство для генерирования аэрозоля», при использовании в данном описании, относится к устройству, взаимодействующему с субстратом, из которого образуется аэрозоль, для генерирования аэрозоля. Субстрат, из которого образуется аэрозоль, может быть частью изделия для генерирования аэрозоля, например, частью курительного изделия. Устройство для генерирования аэрозоля может быть курительным устройством, взаимодействующим с субстратом, из которого образуется аэрозоль, изделия для генерирования аэрозоля для генерирования аэрозоля, непосредственно вдыхаемого курильщиком и попадающего через рот курильщика в его легкие. Устройство для генерирования аэрозоля может быть держателем.
Термин «субстрат, из которого образуется аэрозоль», при использовании в данном описании, относится к субстрату, пригодному к испусканию летучих соединений, которые могут образовывать аэрозоль. Такие летучие соединения могут испускаться при нагревании субстрата, из которого образуется аэрозоль. Субстрат, из которого образуется аэрозоль, обычно может быть частью изделия для генерирования аэрозоля или частью курительного изделия.
Термины «изделие для генерирования аэрозоля» и «курительное изделие», при использовании в данном описании, относятся к изделиям, содержащим субстрат, из которого образуется аэрозоль, пригодный к испусканию летучих соединений, из которых может образовываться аэрозоль. Например, изделие для генерирования аэрозоля может быть курительным изделием, при использовании которого генерируется аэрозоль, непосредственно вдыхаемый курильщиком и попадающий через рот курильщика в его легкие. Изделие для генерирования аэрозоля может быть изделием одноразового использования. Ниже обычно используется термин «курительное изделие». Курительное изделие может представлять собой табачную палочку или может содержать табачную палочку.
Наружный нагреватель может быть сформирован или его можно регулировать таким образом, чтобы обеспечивать, в соединении с внутренним нагревателем, по существу равномерное распределение температур по периметру полости. По существу равномерное распределение температур может быть определено различными известными способами, например, посредством использования камеры для определения инфракрасного излучения или термопар. Специалистам в данной области известны и другие способы определения распределения температур. Наиболее подходящая форма наружного нагревателя зависит от формы внутреннего нагревателя, а также от формы субстрата, из которого образуется аэрозоль. Например, наружный нагреватель может быть сформирован и расположен рядом с частями субстрата, из которого образуется аэрозоль, наиболее отдаленными от внутреннего нагревателя или получающими наименьшее количество тепла от внутреннего нагревателя.
Наружный нагреватель может быть благоприятным образом расположен по существу симметрично по периметру полости для размещения субстрата, особенно если внутренний нагреватель расположен симметрично или в центре полости для размещения субстрата. Наружный нагреватель может содержать один или большее количество наружных нагревательных элементов. Термин «наружный нагревательный элемент» относится к элементу, которым по меньшей мере частично окружают субстрат, из которого образуется аэрозоль.
Внутренний нагреватель может содержать внутренний нагревательный элемент в виде лезвия, которое можно по меньшей мере частично вводить в субстрат, из которого образуется аэрозоль, курительного изделия при введении курительного изделия в полость. «Внутренний нагревательный элемент» - это элемент, пригодный для введения в материал, из которого образуется аэрозоль.
Наружный нагреватель может содержать два нагревательных элемента, каждый из которых проходит частично по периметру полости и расположен таким образом, чтобы он был обращен к наибольшей лицевой поверхности внутреннего нагревающего лезвия.
Контроллер может быть выполнен в виде электронной схемы с возможностью присоединения к энергопитанию и к одному или к обоим нагревателям: внутреннему и наружному нагревателям. С помощью электронной схемы можно обеспечивать независимое регулирование температуры внутреннего и наружного нагревателей или отдельных нагревательных элементов, составляющих часть внутреннего или наружного нагревателя, для их независимого регулирования. Электронная схема может быть программируемой.
Контроллер может быть выполнен с возможностью регулирования температуры наружного нагревателя таким образом, чтобы она была в диапазоне от 100°C до 200°C. Контроллер может быть выполнен таким образом, чтобы с его помощью можно было регулировать температуру внутреннего нагревателя, чтобы она была в диапазоне от 320°C до 420°C. В одном варианте осуществления контроллер может быть выполнен таким образом, чтобы внутренний нагреватель имел среднюю температуру по площади поверхности внутреннего нагревателя, составляющую приблизительно 375°C, и максимальную локализованную температуру 420°C.
Устройство для генерирования аэрозоля может дополнительно содержать корпус, содержащий внутренний и наружный нагреватели. Корпус может быть выполнен таким образом, чтобы его мог зажимать или держать в руке пользователь.
Наружный нагреватель может быть отделен от корпуса воздушным зазором или слоем изоляции. В частности, вокруг наружного нагревателя может быть обеспечена несущая конструкция, где несущая конструкция содержит внутреннюю поверхность, содержащую одно или большее количество ребер или выступов, где ребра или выступы контактируют с наружным нагревателем. Несущая конструкция может быть размещена внутри корпуса или может составлять часть корпуса. Благодаря поддержанию наружного нагревателя с помощью ребер или выступов передача тепла от наружного нагревателя к несущей конструкции и к корпусу является относительно небольшой. Наружный нагреватель может быть расположен на внутренней поверхности полости, или может образовывать внутреннюю поверхность полости таким образом, чтобы при использовании наружный нагреватель контактировал с субстратом, из которого образуется аэрозоль, или с наружной оберткой или оболочкой субстрата, из которого образуется аэрозоль. С помощью наружного нагревателя можно при этом нагревать субстрат, из которого образуется аэрозоль, непосредственно за счет теплопроводности. Специалисту в данной области теперь должно быть понятно, что, хотя описана полость для размещения субстрата, из которого образуется аэрозоль, субстрат, из которого образуется аэрозоль, может быть элементом, содержащим курительное изделие, содержащее палочку, содержащую субстрат, из которого образуется аэрозоль, а также другие элементы, например фильтры и пропускающие части. Таким образом, специалисту в данной области теперь должно быть также понятно, что наружный нагреватель может быть расположен в корпусе таким образом, чтобы была обеспечена возможность нагревания субстрата при использовании модифицированных корпуса, конструкции наружного нагревателя и курительного изделия. Несущая конструкция может содержать сетку или множество отверстий для обеспечения малой нагреваемой массы.
Наружный нагреватель может быть установлен на втулке, подвижной относительно корпуса устройства. Субстрат, из которого образуется аэрозоль, может быть размещен во втулке. Втулку можно использовать для способствования введению в устройство субстрата, из которого образуется аэрозоль, и извлечению субстрата, из которого образуется аэрозоль, из устройства. Втулка может содержать скользящий приемник для размещения субстрата, где скользящий приемник можно перемещать со скольжением из первого положения во второе положение и обратно. Первое положение скользящего приемника является рабочим положением, в котором с помощью внутреннего и наружного нагревателей можно нагревать субстрат, из которого образуется аэрозоль, для образования аэрозоля. Втулка может содержать электрические контакты для присоединения наружного нагревателя к энергопитанию в устройстве, когда втулка находится в первом положении.
Устройство для генерирования аэрозоля может, кроме того, содержать вход для воздуха. Устройство для генерирования аэрозоля может, кроме того, содержать выход для воздуха. Устройство для генерирования аэрозоля может дополнительно содержать конденсационную камеру для обеспечения возможности образования аэрозоля, обладающего желаемыми характеристиками.
Устройство для генерирования аэрозоля может быть электрически нагреваемой курительной системой и может содержать электрические внутренний и наружный нагреватели.
Электрические элементы нагревателя могут содержать электрически резистивный материал. Пригодными электрически резистивными материалами являются (но их состав не ограничен данным перечнем): полупроводники, например легированная керамика, «электропроводная» керамика (например, дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, сплавы металлов и композитные материалы, изготовленные из керамического материала и металла. Такие композитные материалы могут содержать легированную или нелегированную керамику. Примерами пригодных легированных керамических материалов являются легированные карбиды кремния. Примеры пригодных металлов включают: титан, цирконий, тантал и металлы из платиновой группы. Примеры пригодных сплавов металлов включают: нержавеющую сталь, сплавы, содержащие никель, кобальт, хром, алюминий, титан, цирконий, гафний, ниобий, молибден, тантал, вольфрам, олово, галлий, марганец, золото и сплавы, содержащие железо, и суперсплавы на основе никеля, железа, кобальта, нержавеющей стали, Тиметалла и сплавы на основе железа-марганца-алюминия. В композитных материалах электрически резистивный материал может опционально быть заделан, инкапсулирован или покрыт изоляционным материалом или наоборот, в зависимости от требуемой кинетики пропуска энергии и от наружных физико-химических свойств. Альтернативно, электрические нагреватели могут содержать один или большее количество инфракрасных нагревательных элементов, источников света или индуктивных нагревательных элементов.
Внутреннему нагревателю могут быть приданы любые пригодные формы. Например, внутреннему нагревателю может быть придана форма нагревающего лезвия. Альтернативно, внутреннему нагревателю может быть придана форма оболочки или подложки, содержащей различные электропроводящие части, или форма электрически резистивной металлической трубки. Альтернативно, внутренний нагреватель может представлять собой одну или большее количество нагревательных игл или стержней, проходящих через центр субстрата, из которого образуется аэрозоль. Другие альтернативные решения включают: нагревательную проволоку или нить, например, из Ni-Cr (никель-хром), платины, золота, серебра, вольфрама; или проволоку из сплава, или нагревательную пластину. Внутренний нагревательный элемент может быть опционально помещен в жесткий несущий материал или размещен на нем. В одном таком варианте осуществления электрически резистивный нагреватель может быть сформирован с использованием металла, обладающего определенным взаимоотношением между температурой и удельным сопротивлением. В таком, приведенном в качестве примера, устройстве металл может быть сформирован в виде дорожки на пригодном изоляционном материале, например керамическом материале, затем покрытым другим изоляционным материалом, например стеклом. Нагреватели, сформированные таким образом, можно использовать как для нагрева, так и для мониторинга температуры нагревателей во время действия устройства.
Наружному нагревателю могут быть приданы любые пригодные формы. Например, наружный нагреватель может быть выполнен в виде одного или большего количества элементов из гибкой нагревательной фольги на диэлектрической подложке, например, из полиимида. Элемент из гибкой нагревательной фольги может быть сформирован таким образом, чтобы он согласовывался с периметром полости для размещения субстрата. Альтернативно, наружному нагревателю может быть придана форма металлической решетки или решеток, гибкой платы с печатной схемой, формованного взаимосвязанного устройства (ФВУ), керамического нагревателя, гибкого нагревателя из углеродного волокна; или может быть сформирован с использованием технологии нанесения покрытия, например, осаждения паровой фазы из плазмы на пригодную сформированную подложку. Наружный нагреватель может также быть сформирован с использованием металла, обладающего определенным взаимоотношением между температурой и удельным сопротивлением. В таком, приведенном в качестве примера, устройстве металл может быть сформирован в виде дорожки между двумя слоями пригодных изоляционных материалов. Наружный нагреватель, сформированный таким образом, можно использовать как для нагрева, так и для мониторинга температуры наружного нагревателя во время действия. Наружный нагреватель может быть индуктивным нагревателем.
Внутренний или наружный нагреватель может содержать радиатор или тепловой резервуар, содержащий материал, пригодный для поглощения и сохранения тепла и последующего испускания тепла со временем к субстрату, из которого образуется аэрозоль. Радиатор может быть сформирован из любого пригодного материала, например, пригодного металла или керамического материала. В одном варианте осуществления материал обладает высокой теплоемкостью (материал для хранения сухого тепла) или является материалом, пригодным к поглощению и последующему испусканию тепла посредством обратимого процесса, например высокотемпературного фазового перехода. Пригодные материалы для хранения сухого тепла включают: силикагель, глинозем, углерод, стекломат, стекловолокно, минералы, металл или сплав, например алюминий, серебро или свинец, и целлюлозный материал, например бумагу. Другие пригодные материалы, которые испускают тепло посредством обратимого фазового перехода, включают: парафин, ацетат натрия, нафталин, воск, полиоксиэтилен, металл, соль металла, смесь эвтектических солей или сплав. Радиатор, или тепловой резервуар, может быть расположен таким образом, чтобы он непосредственно контактировал с субстратом, из которого образуется аэрозоль, и мог испускать накопленное тепло непосредственно к субстрату. Альтернативно, тепло, накопленное в радиаторе, или тепловом резервуаре, может передаваться к субстрату, из которого образуется аэрозоль, посредством проводника тепла, например металлической трубки.
С помощью внутреннего и наружного нагревателей благоприятным образом нагревают субстрат, из которого образуется аэрозоль, благодаря теплопроводности. Нагреватели могут находиться по меньшей мере частично в контакте с субстратом или носителем, на который помещен субстрат. Альтернативно, тепло либо от внутреннего, либо от наружного нагревателя можно передавать к субстрату посредством использования теплопроводящего элемента.
Во время действия устройства субстрат, из которого образуется аэрозоль, может быть полностью введен внутрь устройства для генерирования аэрозоля. В этом случае пользователь может производить затяжки через мундштук устройства для генерирования аэрозоля. Мундштук может быть любой частью устройства для генерирования аэрозоля, которую курильщик берет в рот для непосредственного вдыхания аэрозоля, генерированного изделием для генерирования аэрозоля или устройством для генерирования аэрозоля. Аэрозоль поступает в рот курильщика через мундштук. Альтернативно, во время действия курительное изделие, содержащее субстрат, из которого образуется аэрозоль, может частично содержаться внутри устройства для генерирования аэрозоля. В этом случае пользователь может производить затяжки непосредственно через курительное изделие или через мундштук курительного изделия.
Курительное изделие может быть по существу цилиндрическим по форме. Курительное изделие может быть по существу продолговатым. Курительное изделие может иметь длину и окружность, по существу перпендикулярную длине. Субстрат, из которого образуется аэрозоль, может быть по существу цилиндрическим по форме. Субстрат, из которого образуется аэрозоль, может быть по существу продолговатым. Субстрат, из которого образуется аэрозоль, может также иметь длину и окружность, по существу перпендикулярную длине.
Курительное изделие может иметь общую длину в диапазоне от приблизительно 30 мм до приблизительно 100 мм. Курительное изделие может иметь наружный диаметр в диапазоне от приблизительно 5 мм до приблизительно 12 мм. Курительное изделие может содержать штранг из фильтрующего материала. Штранг из фильтрующего материала может быть расположен около нижнего по потоку конца курительного изделия. Штранг из фильтрующего материала может быть изготовлен из ацетата целлюлозы. В одном варианте осуществления штранг из фильтрующего материала имеет длину приблизительно 7 мм, но он может иметь длину в диапазоне от приблизительно 5 мм до приблизительно 10 мм.
В одном варианте осуществления курительное изделие имеет общую длину приблизительно 45 мм. Курительное изделие может иметь наружный диаметр приблизительно 7,2 мм. Кроме того, субстрат, из которого образуется аэрозоль, может иметь длину приблизительно 10 мм. Альтернативно, субстрат, из которого образуется аэрозоль, может иметь длину приблизительно 12 мм. Кроме того, диаметр субстрата, из которого образуется аэрозоль, может составлять в диапазоне от приблизительно 5 мм до приблизительно 12 мм. Курительное изделие может содержать наружную бумажную обертку. Кроме того, курительное изделие может содержать разделяющий участок между субстратом, из которого образуется аэрозоль, и штрангом из фильтрующего материала. Разделяющий участок может составлять приблизительно 18 мм, но может быть в диапазоне от приблизительно 5 мм до приблизительно 25 мм.
Субстрат, из которого образуется аэрозоль, может быть твердым субстратом, из которого образуется аэрозоль. Альтернативно, субстрат, из которого образуется аэрозоль, может содержать как твердый, так и жидкий компоненты. Субстрат, из которого образуется аэрозоль, может включать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, испускаемые из субстрата при нагревании. Альтернативно, субстрат, из которого образуется аэрозоль, может содержать нетабачный материал. Субстрат, из которого образуется аэрозоль, может дополнительно содержать вещество, из которого образуется аэрозоль. Примерами пригодных веществ, из которых образуется аэрозоль, являются глицерин и пропиленгликоль.
Если субстрат, из которого образуется аэрозоль, является твердым субстратом, из которого образуется аэрозоль, то твердый субстрат, из которого образуется аэрозоль, может содержать, например, один или большое количество компонентов: порошок, гранулы, шарики, крошку, «лапшу», полоски или листы, содержащие один или большее количество компонентов: листьев растений, табачных листьев, частей табачных жилок, восстановленный табак, гомогенизированный табак, экструдированный табак и вспученный табак. Твердый субстрат, из которого образуется аэрозоль, может быть в несвязанном виде или может находиться в пригодном контейнере или картридже. Твердый субстрат, из которого образуется аэрозоль, может опционально содержать также табак или нетабачные летучие ароматические соединения, которые могут испускаться при нагревании субстрата. Твердый субстрат, из которого образуется аэрозоль, может также содержать капсулы, содержащие, например, дополнительный табак или нетабачные, летучие, ароматические соединения, и такие капсулы могут расплавляться во время нагревания твердого субстрата, из которого образуется аэрозоль.
Под гомогенизированным табаком, при упоминании в данном описании, понимают материал, сформированный посредством агломерации макрочастиц табака. Гомогенизированный табак может быть в виде листа. Гомогенизированный табачный материал может содержать вещество, образующее аэрозоль, составляющее более 5 масс. % в пересчете на сухое вещество. Гомогенизированный табачный материал может альтернативно содержать вещество, из которого образуется аэрозоль, составляющее в диапазоне от 5 масс. % до 30 масс. % в пересчете на сухое вещество. Листы гомогенизированного табачного материала могут быть сформированы посредством агломерации макрочастиц табака, полученных посредством размалывания или измельчения каким-либо другим способом пластин табачных листьев или пластин табачных листьев и средних жилок табачных листьев. Альтернативно или дополнительно, листы гомогенизированного табачного материала могут содержать один или большее количество компонентов: табачную пыль, мелкие табачные частицы и другие макрочастицы побочных табачных продуктов, образованных, например, во время обработки, перегрузки и транспортировки табака. Листы гомогенизированного табачного материала могут содержать одно или большее количество внутренних связующих, т.е. табачных эндогенных связующих, одно или большее количество внешних связующих, т.е. табачных экзогенных связующих, или их сочетания для способствования агломерации макрочастиц табака; альтернативно или дополнительно, листы гомогенизированного табачного материала могут содержать другие добавки, включающие (но их состав не ограничен данным перечнем): табачные и нетабачные волокна, вещества, образующие аэрозоль, гигроскопические вещества, пластификаторы, ароматизаторы, наполнители, водные и неводные растворители и их сочетания.
В особенно предпочтительном варианте осуществления субстрат, из которого образуется аэрозоль, содержит собранный складками гофрированный лист гомогенизированного табачного материала. Под термином «гофрированный лист», при использовании в данном описании, понимают лист, содержащий множество по существу параллельных гребней или складок. Предпочтительно, чтобы, когда изделие для генерирования аэрозоля собрано складками, по существу параллельные гребни или складки проходили вдоль или параллельно продольной оси изделия для генерирования аэрозоля. Это благоприятным образом способствует собиранию складками гофрированного листа гомогенизированного табачного материала, формированию субстрата, из которого образуется аэрозоль. Однако следует понимать, что гофрированные листы гомогенизированного табачного материала, предназначенные для введения в изделие для генерирования аэрозоля, могут альтернативно или дополнительно содержать множество по существу параллельных гребней или складок, расположенных под острым или тупым углом к продольной оси изделия для генерирования аэрозоля, когда изделие для генерирования аэрозоля собрано складками. В определенных вариантах осуществления субстрат, из которого образуется аэрозоль, может содержать собранный складками лист гомогенизированного табачного материала, по существу равномерно текстурированный по существу по всей его поверхности. Например, субстрат, из которого образуется аэрозоль, может содержать собранный складками гофрированный лист гомогенизированного табачного материала, содержащий множество по существу параллельных гребней или складок, по существу равномерно отстоящих друг от друга по ширине листа.
Опционально, твердый субстрат, из которого образуется аэрозоль, может быть расположен на термически стабильном носителе или может быть заделан в него. Носителю может быть придана форма: порошка, гранул, шариков, крошки, «лапши», полосок или листов. Альтернативно носитель может быть трубчатым носителем, содержащим тонкий слой твердого субстрата, помещенного на его внутреннюю поверхность, или на его наружную поверхность, или на обе его поверхности: внутреннюю и наружную. Такой трубчатый носитель может быть сформирован, например, из: бумаги или бумагоподобного материала, нетканого мата из углеродных волокон, редкой металлической сетки малой поверхностной плотности или перфорированной металлической фольги или любой другой термически стабильной полимерной матрицы.
Твердый субстрат, из которого образуется аэрозоль, может быть помещен на поверхность носителя, например, в виде листа, вспененного материала, геля или суспензии. Твердый субстрат, из которого образуется аэрозоль, может быть нанесен по всей поверхности носителя или, альтернативно, может быть нанесен в виде рисунка для обеспечения неравномерной доставки ароматических веществ во время использования.
Хотя выше упомянуты твердые субстраты, из которых образуют аэрозоль, специалисту в данной области должно быть понятно, что можно использовать и другие формы субстрата, из которого образуется аэрозоль, в других вариантах осуществления. Например, субстрат, из которого образуется аэрозоль, может быть жидким субстратом, из которого образуется аэрозоль. Если обеспечен жидкий субстрат, из которого образуется аэрозоль, то устройство для генерирования аэрозоля предпочтительно содержит средства для удерживания жидкости. Например, жидкий субстрат, из которого образуется аэрозоль, можно удерживать в контейнере. Альтернативно или дополнительно, жидкий субстрат, из которого образуется аэрозоль, может быть поглощен пористым несущим материалом. Пористый несущий материал может быть изготовлен из любого пригодного поглощающего штранга или тела, например из вспененного металла или пластика: полипропилена, терилена, нейлоновых волокон или керамики. Жидкий субстрат, из которого образуется аэрозоль, можно удерживать в пористом несущем материале до использования устройства для генерирования аэрозоля, или, альтернативно, жидкий субстрат, из которого образуется аэрозоль, можно вводить в пористый несущий материал во время, или непосредственно перед использованием. Например, жидкий субстрат, из которого образуется аэрозоль, может быть обеспечен в капсуле. Оболочка капсулы предпочтительно расплавляется при нагревании и жидкий субстрат, из которого образуется аэрозоль, поступает в пористый несущий материал. Капсула может опционально содержать твердое вещество в сочетании с жидкостью.
Альтернативно, носитель может быть нетканым материалом или пучком волокон, в которые были введены табачные компоненты. Нетканый материал или пучок волокон могут содержать, например, углеродные волокна, натуральные целлюлозные волокна или волокна из производных целлюлозы.
Устройство для генерирования аэрозоля может дополнительно содержать средства энергопитания для подачи энергии к внутреннему и наружному нагревателям. Средства энергопитания могут быть любыми пригодными средствами, например источником постоянного тока. В одном варианте осуществления средством энергопитания является ионно-литиевая батарея. Альтернативно, средством энергопитания может быть никель-металлогидридная батарея, никель-кадмиевая батарея или батарея на литиевой основе, например литиево-кобальтовая, литиево-железо-фосфатная или литиево-полимерная батарея.
В одном варианте осуществления устройство для генерирования аэрозоля дополнительно содержит датчик для определения наличия воздушного потока, указывающего на то, что пользователь производит затяжку, с помощью которого активизируют электрический нагреватель в ответ на производимую затяжку или улучшают управление энергопитанием электрического нагревателя. Датчик может иметь любое из исполнений и может быть: механическим устройством, электромеханическим устройством, оптическим устройством, оптомеханическим устройством и датчиком на основе микро-электро-механических систем (МЭМС). В этом варианте осуществления датчик может быть присоединен к средствам энергопитания, а система выполнена с возможностью активизации электрического нагревателя при восприятии датчиком сигнала о том, что пользователь производит затяжку. В альтернативном варианте осуществления система дополнительно содержит управляемый вручную переключатель, с помощью которого пользователь может инициировать действие устройства при выполнении затяжки или для обеспечения возможности выполнения продолжительного процесса курения.
Устройство для генерирования аэрозоля предпочтительно является ручным устройством для генерирования аэрозоля, которое удобно удерживать пользователю между пальцами одной руки. Устройство для генерирования аэрозоля может иметь по существу цилиндрическую форму. Устройство для генерирования аэрозоля может иметь многоугольное поперечное сечение и содержать выступающую кнопку, расположенную на одной лицевой поверхности; в этом варианте осуществления наружный диаметр устройства для генерирования аэрозоля может составлять: в диапазоне от около 12,7 мм до около 13,65 мм при измерении от плоской лицевой поверхности до противоположной плоской лицевой поверхности; в диапазоне от около 13,4 мм до около 14,2 мм при измерении от края до противоположного края (т.е. от пересечения двух лицевых поверхностей с одной стороны устройства для генерирования аэрозоля до соответствующего пересечения с другой стороны); и в диапазоне от около 14,2 мм до около 15,0 мм при измерении от верха кнопки до противоположной, нижней, плоской, лицевой поверхности. Длина устройства для генерирования аэрозоля может составлять в диапазоне от около 70 мм до 120 мм.
Согласно другому аспекту изобретения создан способ нагревания субстрата, из которого образуется аэрозоль, включающий: обеспечение первого нагревателя во внутренней области субстрата для образования аэрозоля; обеспечение второго нагревателя на наружной поверхности субстрата или вблизи ее; и регулирование температуры первого нагревателя и второго нагревателя таким образом, чтобы температура второго нагревателя была ниже температуры первого нагревателя.
Наружный нагреватель можно регулировать таким образом, чтобы его температура была в диапазоне от 125°C до 175°C. Внутренний нагреватель можно регулировать таким образом, чтобы его температура была в диапазоне от 200°C до 450°C. При использовании наружный нагреватель может иметь более низкую температуру, чем субстрат, из которого образуется аэрозоль, но более высокую температуру, чем температура окружающей среды.
Изобретение дополнительно описано, только в виде примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
на фиг. 1 - схематический вид, на котором показаны основные элементы устройства для генерирования аэрозоля согласно одному варианту осуществления;
на фиг. 2 - схематический продольный разрез конструкции нагревателей согласно одному варианту осуществления;
на фиг. 3a - внутренний нагревательный элемент, показанный на фиг. 2;
на фиг. 3b - внутренний и наружный нагревательные элементы, показанные на фиг. 2;
на фиг. 3c - конструкция, показанная на фиг. 3b, с введенной несущей конструкцией;
на фиг. 4 - приспособление для извлечения субстрата для использования его в устройстве типа, показанного на фиг. 1;
на фиг. 5 - схематическое радиальное поперечное сечение конструкции, показанной на фиг. 2, с введенным приспособлением для извлечения, показанным на фиг. 4; и
на фиг. 6 - схематический продольный разрез конструкции нагревателей, где наружные нагревательные элементы являются частью приспособления для извлечения субстрата, согласно другому варианту осуществления.
На фиг. 1 показано, в упрощенном виде, внутреннее строение согласно варианту осуществления электрически нагреваемой системы 100 для генерирования аэрозоля. Элементы электрически нагреваемой системы 100 для генерирования аэрозоля (особенно) изображены на фиг. 1 не в масштабе. Элементы, которые не важны для понимания этого варианта осуществления, исключены для упрощения фиг. 1.
Электрически нагреваемая система 100 для генерирования аэрозоля содержит корпус 10 и субстрат 2, из которого образуется аэрозоль, например сигарету. Субстрат 2, из которого образуется аэрозоль, вдавливают внутрь корпуса 10 таким образом, чтобы он был расположен вблизи в тепловом отношении нагревателя 20. Субстрат 2, из которого образуется аэрозоль, испускает ряд летучих соединений при различных температурах. Некоторые из летучих соединений, испускаемых субстратом 2, из которого образуется аэрозоль, образуются только в процессе нагревания. Каждое летучее соединение испускается при температуре, которая выше характеристической температуры испускания. Посредством регулирования максимальной рабочей температуры электрически нагреваемой системы 100 для генерирования аэрозоля таким образом, чтобы она была ниже температуры испускания некоторых из летучих соединений, может быть исключено испускание или образование этих компонентов дыма.
Кроме того, корпус 10 содержит электрические средства энергопитания 40, например перезаряжаемую ионно-литиевую аккумуляторную батарею. Контроллер 30 соединен с: нагревателем 20; электрическими средствами энергопитания 40; детектором 32 субстрата, из которого образуется аэрозоль; и графическим интерфейсом 36 пользователя, например дисплеем. С помощью контроллера 30 регулируют подачу энергии к нагревателю 20 для регулирования его температуры. Обычно субстрат, из которого образуется аэрозоль, нагревают до температуры в диапазоне от 250°C до 450°C.
С помощью детектора 32 субстрата, из которого образуется аэрозоль, можно определять наличие и идентичность субстрата 2, из которого образуется аэрозоль, вблизи, в тепловом отношении, нагревателя 20, где детектор 32 подает сигнал о наличии субстрата 2, из которого образуется аэрозоль, в контроллер 30.
С помощью контроллера 30 управляют интерфейсом 36 пользователя таким образом, чтобы на нем отображалась информация о состоянии системы, например о мощности батареи; температуре; статусе субстрата 2, из которого образуется аэрозоль; другие сообщения или их сочетания.
На фиг. 2 показан схематический вид в разрезе конструкции нагревателя согласно одному варианту осуществления. На фиг. 2 показана только передняя часть устройства, в которую вводят субстрат 2. Корпус выполнен с открытым концом, и им определена полость для размещения субстрата, в которую может быть введен субстрат 2 (показан пунктирной линией), из которого образуется аэрозоль. Полость выполнена с возможностью размещения в ней цилиндрического субстрата 2 в виде курительного изделия, которое курит пользователь.
Нагреватель содержит три отдельных нагревательных элемента: внутренний нагревательный элемент 22 и два наружных нагревательных элемента 24, 26. Внутренний нагреватель 22 выполнен в виде лезвия, поддерживаемого в основании 21 и показанного более четко на фиг. 3a. Внутренний нагревательный элемент 22 выполнен таким образом, чтобы его можно было вводить в субстрат. Наружные нагревательные элементы 24 и 26, показанные более четко на фиг. 3b, располагаются вблизи или в контакте с наружной поверхностью курительного изделия. Наружные нагревательные элементы 24, 26 имеют дугообразное поперечное сечение и проходят по периметру полости.
Наружные нагреватели установлены внутри несущей конструкции 50 в корпусе 10. Несущая конструкция более четко показана на фиг. 3c, и она содержит цилиндрическую оболочку 52, содержащую множество отверстий 54, выполненных в ней. Наружные нагревательные элементы 24 и 26 опираются на внутренние винтовые буртики 56, выполненные на оболочке, для минимизации потерь тепла нагревательными элементами 24, 26 из-за передачи тепла к несущей конструкции 50 и корпусу 10. Для удерживания нагревателей на месте предусмотрена крышка 58.
На фиг. 3a показан внутренний нагревательный элемент 22 в несущем основании 21. Внутренний нагреватель выполнен в виде лезвия, сформированного из керамического материала, на котором размещены платиновые дорожки. Нагреватель активизируют посредством пропуска тока через платиновые дорожки. Лезвие сформировано для обеспечения легкого введения субстрата 2, из которого образуется аэрозоль, и удаления его.
На фиг. 3b изображен вид в перспективе внутреннего нагревательного элемента 22, показанного на фиг. 3a, и наружных нагревательных элементов 24, 26, расположенных вокруг него, и часть основания 21. Как показано на фиг. 3b, наружные нагревательные элементы сформированы из изогнутых или дугообразных листов, проходящих по периметру полости для размещения субстрата. Наружные нагревательные элементы сформированы из гибких полиимидных листов, между которыми сформированы резистивные нагревающие дорожки. Гибкие нагреватели этого типа доступны для приобретения у компании Minco (7300 Commerce Lane, г. Миннеаполис, MN 55432, США).
Наружные нагревательные элементы, показанные на фиг. 3b, не проходят по всему периметру полости, а выполнены таким образом, чтобы они соответствовали форме внутреннего нагревательного элемента 22. Наружные нагревательные элементы расположены и сформированы таким образом, чтобы они перекрывали области периметра полости, наиболее отдаленные от внутреннего нагревательного элемента для обеспечения как можно более равномерного распределения температур внутри полости. Однако это может быть также достигнуто посредством обеспечения одного или большего количества наружных нагревательных элементов по всему периметру полости и регулирования подачи энергии к различным секциям наружных нагревательных элементов для достижения как можно более равномерного распределения температур. Разумеется, можно также использовать различным образом сформированные внутренний нагревательный элемент или элементы.
Электрические соединения внутренних и наружных нагревательных элементов с источником энергии не показаны для большей ясности чертежей. Однако должно быть понятно, что и внутренние, и наружные нагревательные элементы электрически соединены с контроллером 30 и с батарей 40.
На фиг. 3c показаны: конструкция нагревателя, представленного на фиг. 3b; несущая конструкция 50, расположенная вокруг наружных нагревательных элементов 24, 26. Несущая конструкция содержит цилиндрическую оболочку 52, сформированную из термопластика, например полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) или другого пригодного термостойкого материала. В оболочке 52 выполнены сквозные отверстия 54 для уменьшения ее массы и, в частности, для уменьшения ее нагреваемой массы. Как это описано выше, оболочка 52 содержит рисунчатую внутреннюю поверхность; в данном примере - в виде внутреннего винтового буртика, с помощью которого поддерживают наружные нагревательные элементы для минимизации теплового контакта. Это не показано на фиг. 3c. Оболочка 52 посажена на основание 21. Крышка 58, также сформированная из теплостойкого материала, например пластика или керамики, расположена поверх оболочки 52 и наружных нагревательных элементов 24, 26 для завершения несущей конструкции. В общем, можно использовать любой материал, обладающий достаточно высокой температурой плавления/разложения, что предотвращает испускание нежелательных, летучих соединений.
При использовании температуру внутреннего нагревательного элемента 22 регулируют таким образом, чтобы она была более высокой, чем температура наружных нагревательных элементов. В данном варианте осуществления температуру внутреннего нагревательного элемента регулируют таким образом, чтобы ее максимальное значение составляло 350°C, и во время использования температуру поддерживают вблизи этого максимального значения. Температуру наружных нагревательных элементов 24, 26 регулируют таким образом, чтобы ее максимальное значение составляло 150°C, и при использовании температуру поддерживают вблизи этого максимального значения.
С помощью наружных нагревателей 24, 26 обеспечивают некоторую форму активной изоляции. Другими словами, с их помощью уменьшают температурный градиент в поперечном направлении нагреваемого субстрата. При использовании температура субстрата, из которого образуется аэрозоль, обычно достигает существенно более высокого значения, чем наружные нагревательные элементы, но благодаря уменьшению температурного градиента в поперечном направлении нагреваемого субстрата может быть достигнут более равномерный нагрев субстрата и можно использовать более низкую температуру нагрева внутреннего нагревательного элемента.
На фиг. 4 показана втулка 60 для извлечения, которую можно использовать в устройстве типа, показанного на фиг. 1 и 2. С помощью втулки для извлечения облегчают введение и извлечение субстрата, из которого образуется аэрозоль, в устройство и из него. Втулка для извлечения является полой, и в ней удерживают цилиндрический субстрат, из которого образуется аэрозоль. Втулка для извлечения открыта с обоих концов для обеспечения возможности введения субстрата во втулку с верхнего конца и введения внутреннего нагревателя 22 в субстрат с нижнего конца. Губка 61 может быть сформирована на нижнем конце втулки 60 для извлечения для удерживания субстрата во время процесса извлечения. Втулка для извлечения выполнена таким образом, чтобы ее можно было вводить в полость для размещения субстрата в направлении стрелки 66.
Субстрат, из которого образуется аэрозоль, располагают в области ножек 62 и окон 64 в приспособлении для извлечения. Окна 64 сформированы таким образом, чтобы они соответствовали наружным нагревателям 24, 26. Окна 64 могут быть простыми отверстиями во втулке для извлечения или могут быть сформированы из теплопроводного материала, например алюминия.
На фиг. 5 схематически изображено поперечное сечение устройства типа, показанного на фиг. 2, с введенной втулкой для извлечения. Ножки 62 втулки для извлечения показаны расположенными в пространствах между наружными нагревательными элементами 24, 26. Показано также, что втулка 52 для поддерживания наружных нагревательных элементов содержит вырезанные части для размещения ножек втулки для извлечения. Этим обеспечивается возможность, при использовании, контакта или очень близкого расположения наружных нагревательных элементов к субстрату, из которого образуется аэрозоль.
В другом варианте осуществления наружный нагреватель может быть сформирован в виде части втулки для извлечения типа, показанного на фиг. 4. Это схематически показано на фиг. 6. На фиг. 6 показан корпус 70 устройства для генерирования аэрозоля, определяющий полость, в которую может быть введен субстрат, из которого образуется аэрозоль. Внутри полости расположен внутренний нагреватель 72 в виде лезвия, как это показано на фиг. 3a, поддерживаемого в основании 71. Втулка 73 для извлечения введена в полость. Втулка для извлечения является по существу полой, трубчатой и снабжена удерживающей губкой 77, сформированной на одном конце. С помощью втулки для извлечения удерживают цилиндрический субстрат (не показан), из которого образуется аэрозоль, и втулку для извлечения можно задвигать со скольжением в полость и выдвигать из нее. С помощью губки 77 удерживают цилиндрический субстрат, из которого образуется аэрозоль, при извлечении втулки 73 из полости.
Внутренний нагревательный элемент 74 сформирован на внутренней поверхности втулки 73 и проходит вокруг окружности втулки. Внутренние нагревательные элементы являются электрически резистивными дорожками, сформированными на втулке для извлечения, и они могут быть изготовлены из платины. Для подачи электрической энергии к наружному нагревательному элементу 74 обеспечены электрические контакты 75, с помощью которых обеспечивается электрическое соединение между резистивными дорожками на внутренней поверхности втулки 73 и контактной областью на наружной поверхности втулки 73. Контакты 75 контактируют с корпусными контактами 76 при полном введении втулки 73. Корпусные контакты 76 электрически соединены с контроллером и батареей внутри устройства для генерирования аэрозоля, как это описано со ссылкой на фиг. 1.
Наружный нагреватель может быть сформирован из одного или множества отдельных нагревательных элементов, как это описано со ссылкой на предыдущий вариант осуществления, и может быть сформирован или подрегулирован таким образом, чтобы он соответствовал форме внутреннего нагревательного элемента или элементов.
В приведенных в качестве примеров вариантах осуществления, описанных выше, проиллюстрировано изобретение, но оно не ограничено этими примерами. Принимая во внимание рассмотренные выше варианты осуществления, приведенные в качестве примеров, специалистами в данной области могут быть созданы другие варианты осуществления, согласующиеся с вариантами осуществления, приведенными выше в качестве примеров.