ГЕНЕРИРУЮЩЕЕ АЭРОЗОЛЬ УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ НАГРЕВАТЕЛИ
AEROSOL GENERATING DEVICE COMPRISING SEMICONDUCTOR HEATERS

Настоящее изобретение относится к генерирующему аэрозоль устройству, содержащему полупроводниковые нагреватели. Настоящее изобретение находит конкретное применение, в частности, в качестве электрической курительной системы.
Один тип генерирующей аэрозоль системы представляет собой электрическую курительную систему. Известные удерживаемые в руке электрические курительные системы обычно содержат генерирующее аэрозоль устройство, содержащее батарею, электронную схему управления и электрический нагреватель для нагрева генерирующего аэрозоль изделия, выполненного специально для использования с генерирующим аэрозоль устройством. В некоторых примерах генерирующее аэрозоль изделие содержит генерирующий аэрозоль субстрат, такой как табачный стержень или табачная заглушка, при этом нагреватель, заключенный внутри генерирующего аэрозоль устройства, вставляется внутрь генерирующего аэрозоль субстрата или располагается вокруг него при вставке генерирующего аэрозоль изделия внутрь генерирующего аэрозоль устройства. В альтернативной электрической курительной системе генерирующее аэрозоль изделие может содержать капсулу, заключающую в себе генерирующий аэрозоль субстрат, такой как рассыпной табак.
Было бы желательно создать генерирующее аэрозоль устройство, обеспечивающее улучшенное управление нагревом генерирующего аэрозоль изделия.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предложено образующее аэрозоль устройство, содержащее электрический источник питания, полость для размещения генерирующего аэрозоль изделия и множество полупроводниковых нагревателей, расположенных внутри указанной полости. Каждый полупроводниковый нагреватель содержит слой субстрата и нагревательный слой, обеспеченный на слое субстрата и представляющий собой непрерывный слой. Генерирующее аэрозоль устройство дополнительно содержит контроллер, выполненный с возможностью управления подачей электропитания от электрического источника питания на каждый из полупроводниковых нагревателей.
Генерирующие аэрозоль устройства согласно настоящему изобретению содержат множество полупроводниковых нагревателей, расположенных внутри полости для размещения генерирующего аэрозоль изделия. Множество полупроводниковых нагревателей обеспечивает преимущество, состоящее в возможности обеспечения улучшенного управления нагревом генерирующего аэрозоль изделия, размещенного внутри указанной полости. Обеспечивается возможность более точного регулирования температуры и продолжительности нагрева с использованием каждого полупроводникового нагревателя по сравнению с обычными резистивными нагревателями, содержащими металлический или керамический резистивный нагревательный элемент.
Благодаря обеспечению каждого полупроводникового нагревателя непрерывным нагревательным слоем, обеспечивается преимущество, состоящее в возможности упрощения изготовления генерирующего аэрозоль устройства по сравнению с известными устройствами, в которых нагревательные элементы содержат выполненный в виде рисунка электропроводный слой.
Множество полупроводниковых нагревателей обеспечивают преимущество, состоящее в возможности содействия нагреву отдельных участков генерирующего аэрозоль изделия, в результате чего обеспечивается возможность улучшения выделения аэрозоля из генерирующего аэрозоль изделия. Благодаря нагреву отдельных участков генерирующего аэрозоль изделия обеспечивается возможность содействия пользователю в потреблении первого участка генерирующего аэрозоль изделия в течение первого периода времени и в потреблении второго участка генерирующего аэрозоль изделия в течение последующего второго периода времени.
Благодаря нагреву отдельных участков генерирующего аэрозоль изделия с использованием множества полупроводниковых нагревателей обеспечивается преимущество, состоящее в возможности содействия более точной оценке уровня потребления генерирующего аэрозоль изделия.
Множество полупроводниковых нагревателей обеспечивают преимущество, состоящее в возможности их размещения внутри указанной полости с геометрическим распределением, которое более точно совпадает с формой и размерами участка генерирующего аэрозоль изделия по сравнению с обычными генерирующими аэрозоль устройствами, содержащими металлические или керамические резистивные нагревательные элементы. Благодаря совпадению геометрического распределения указанного множества полупроводниковых нагревателей с формой и размерами участка генерирующего аэрозоль изделия обеспечивается преимущество, состоящее в возможности обеспечения более однородного нагрева генерирующего аэрозоль изделия. Благодаря более однородному нагреву генерирующего аэрозоль изделия обеспечивается возможность увеличения общей величины доставки аэрозоля из генерирующего аэрозоль изделия.
Каждый из указанного множества полупроводниковых нагревателей может быть обеспечен на внутренней поверхности указанной полости.
Указанная полость может содержать по существу плоскую стенку, причем указанное множество полупроводников нагревателей обеспечено на указанной по существу плоской стенке. Благодаря обеспечению указанного множества полупроводниковых нагревателей на по существу плоской стенке обеспечивается преимущество, состоящее в возможности содействия нагреву по существу плоского генерирующего аэрозоль изделия. Благодаря обеспечению полупроводниковых нагревателей на по существу плоской стенке обеспечивается преимущество, состоящее в возможности упрощения изготовления генерирующего аэрозоль устройства.
Предпочтительно, каждой из полупроводниковых нагревателей является по существу плоским. Благодаря обеспечению по существу плоских полупроводниковых нагревателей обеспечивается преимущество, состоящее в возможности упрощения изготовления как полупроводниковых нагревателей, так и генерирующего аэрозоль устройства. По существу плоские полупроводниковые нагреватели обеспечивают преимущество, состоящее в возможности содействия оптимизации контакта между каждым полупроводниковым нагревателем и участком генерирующего аэрозоль изделия при размещении этого генерирующего аэрозоль изделия внутри указанной полости.
Каждый из полупроводниковых нагревателей содержит слой субстрата и нагревательный слой, обеспеченный на слое субстрата. Каждый нагревательный слой может быть обеспечен на отдельном слое субстрата. Предпочтительно, указанное множество полупроводниковых нагревателей содержит общий слой субстрата и множество нагревательных слоев, которые расположены на расстоянии друг от друга и каждый из которых обеспечен на указанном общем слое субстрата, причем каждый нагревательный слой образует полупроводниковый нагреватель. Благодаря использованию общего слоя субстрата обеспечивается преимущество, состоящее в возможности упрощения изготовления множества полупроводниковых нагревателей и генерирующего аэрозоль устройства. Подходящим материалом для образования слоя субстрата является кремний. Слой субстрата может представлять собой кремниевую пластину.
Каждый нагревательный слой может иметь выпуклую многоугольную форму. Иначе говоря, форма каждого нагревательного слоя может быть такой, что ни один отрезок прямой между любыми двумя точками на границе нагревательного слоя не проходит с внешней стороны нагревательного слоя. Подходящие формы включают в себя круглую, овальную, эллиптическую, треугольную, прямоугольную, квадратную, пятиугольную и т.п.
Каждый нагревательный слой может содержать поликристаллический кремний. Каждый нагревательный слой может содержать одну или более легирующих примесей для обеспечения поликристаллического кремния с требуемым электрическим сопротивлением. Подходящей легирующей примесью является фосфор.
Каждый нагревательный слой может быть обеспечен непосредственно на слое субстрата, так что переходные слои между нагревательным слоем и слоем субстрата отсутствуют.
Каждый полупроводниковый нагреватель может дополнительно содержать один или более промежуточных слоев, обеспеченных между нагревательным слоем и слоем субстрата. Каждый полупроводниковый нагреватель может содержать изоляционный слой, расположенный между нагревательным слоем и слоем субстрата. В тех вариантах осуществления, в которых указанное множество полупроводниковых нагревателей содержит общий слой субстрата, изоляционный слой может представлять собой общий изоляционный слой, лежащий поверх общего слоя субстрата и ниже множества нагревательных слоев. Подходящим материалом для образования изоляционного слоя является нитрид кремния.
Каждый полупроводниковый нагреватель может содержать один или более электродов, электрически соединенных с нагревательным слоем. Каждый электрод предпочтительно образован из электропроводного материала. Каждый электрод может быть образован из по меньшей мере одного металла. Указанный по меньшей мере один металл может представлять собой медь, цинк, алюминий, серебро, золото, платину и их комбинации.
Каждый полупроводниковый нагреватель может содержать пассивирующий слой, обеспеченный на нагревательном слое. Пассивирующий слой обеспечивает преимущество, состоящее в возможности предотвращения окисления нагревательного слоя во время работы нагревателя. Подходящим материалом для образования пассивирующего слоя является диоксид кремния.
Каждый из полупроводниковых нагревателей может быть выполнен с возможностью работы при температуре от приблизительно 200 градусов по Цельсию до приблизительно 400 градусов по Цельсию. Каждый из полупроводниковых нагревателей может быть выполнен с возможностью работы при напряжении от приблизительно 3 вольт до приблизительно 6 вольт.
Каждый из полупроводниковых нагревателей может занимать общую площадь менее чем приблизительно 7 квадратных миллиметров. В тех вариантах осуществления, в которых каждый полупроводниковый нагреватель содержит нагревательный слой и один или более электрических контактов, обеспеченных на общем слое субстрата или общем изоляционном слое, нагревательный слой и указанные один или более электрических контактов предпочтительно занимают общую площадь менее чем приблизительно 7 квадратных миллиметров. Благодаря обеспечению множества полупроводниковых нагревателей, каждый из которых имеет размер менее чем приблизительно 7 квадратных миллиметров, обеспечивается преимущество, состоящее в содействии точному нагреву отдельных участков генерирующего аэрозоль изделия.
Каждый из полупроводниковых нагревателей может лежать поверх участка внутренней поверхности указанной полости, причем площадь поверхности каждого участка указанной внутренней поверхности составляет менее чем приблизительно 7 квадратных миллиметров. Благодаря обеспечению множества полупроводниковых нагревателей, каждый из которых имеет размер менее чем 7 квадратных миллиметров, обеспечивается преимущество, состоящее в возможности содействия улучшенному управлению нагревом генерирующего аэрозоль изделия.
Каждый полупроводниковый нагреватель может лежать непосредственно поверх участка внутренней поверхности указанной полости, имеющего площадь поверхности менее чем приблизительно 7 квадратных миллиметров.
Между каждым полупроводниковым нагревателем и внутренней поверхностью указанной полости могут быть расположены один или более переходных слоев, так что каждый полупроводниковый нагреватель непрямым образом лежит поверх участка внутренней поверхности указанной полости, имеющего площадь поверхности менее чем 7 квадратных миллиметров.
В тех вариантах осуществления, в которых каждый полупроводниковый нагреватель содержит нагревательный слой и один или более электродов, расположенных на общем слое субстрата, указанные нагревательный слой и один или более электродов могут лежать поверх участка общего слоя субстрата, имеющего площадь поверхности менее чем приблизительно 7 квадратных миллиметров. Иначе говоря, указанные нагревательный слой и один или более электродов непрямым образом лежат поверх участка внутренней поверхности указанной полости, имеющего площадь поверхности менее чем приблизительно 7 квадратных миллиметров.
В тех вариантах осуществления, в которых каждый полупроводниковый нагреватель содержит нагревательный слой и один или более электродов, расположенных на общем изоляционном слое, указанные нагревательный слой и один или более электродов могут лежать поверх участка общего изоляционного слоя, имеющего площадь поверхности менее чем приблизительно 7 квадратных миллиметров. Иначе говоря, указанные нагревательный слой и один или более электродов непрямым образом лежат поверх участка внутренней поверхности указанной полости, имеющего площадь поверхности менее чем приблизительно 7 квадратных миллиметров.
Генерирующее аэрозоль устройство может дополнительно содержать по меньшей мере один газовый датчик. Генерирующее аэрозоль устройство может содержать множество газовых датчиков. Газовый датчик обеспечивает преимущество, состоящее в возможности его использования для отслеживания работы генерирующего аэрозоль устройства. Например, наличие окислительного газа или восстановительного газа может указывать на убыль образующего аэрозоль субстрата в генерирующем аэрозоль изделии, нагреваемом с помощью генерирующего аэрозоль устройства. Наличие окислительного газа или восстановительного газа может указывать на то, что генерирующее аэрозоль изделие нагревается с помощью генерирующего аэрозоль устройства до температуры, которая выше, чем рабочая температура генерирующего аэрозоль изделия.
Каждый газовый датчик может представлять собой полупроводниковый газовый датчик.
Предпочтительно, каждый полупроводниковый газовый датчик расположен вблизи по меньшей мере одного из полупроводниковых нагревателей. Благодаря размещению каждого газового датчика вблизи по меньшей мере одного из полупроводниковых нагревателей обеспечивается преимущество, состоящее в возможности исключения необходимости обеспечения одного или более дополнительных нагревателей для нагрева каждого газового датчика во время работы этого газового датчика. Предпочтительно, указанный контроллер выполнен с возможностью активации каждого газового датчика при активации полупроводникового нагревателя, расположенного вблизи этого газового датчика. Контроллер может быть выполнен с возможностью отслеживания количества по меньшей мере одного газа с помощью каждого активированного полупроводникового газового датчика. Иначе говоря, контроллер имеет возможность отслеживания количества по меньшей мере одного газа внутри указанной полости с помощью каждого активированного газового датчика. Контроллер может быть выполнен с возможностью управления подачей электропитания на полупроводниковый нагреватель, расположенный вблизи активированного полупроводникового газового датчика, в ответ на количество указанного по меньшей мере одного газа, определенное с помощью указанного активированного полупроводникового газового датчика, или в ответ на изменение количества указанного по меньшей мере одного газа, определенным с помощью указанного активированного полупроводникового газового датчика. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью уменьшения подачи электропитания на полупроводниковый нагреватель, расположенный вблизи активированного полупроводникового газового датчика, в случае увеличения определенного количества указанного по меньшей мере одного газа. Контроллер может быть выполнен с возможностью деактивации полупроводникового нагревателя, расположенного вблизи активированного полупроводникового газового датчика, в случае, если количество указанного по меньшей мере одного газа превысило заданный порог. Контроллер может быть выполнен с возможностью отслеживания электрического сопротивления или изменения электрического сопротивления датчика. Электрическое сопротивление или изменение электрического сопротивления датчика являются показателями присутствия восстановительного или окислительного газа.
По меньшей мере один полупроводниковый газовый датчик может лежать поверх одного из полупроводниковых нагревателей. Иначе говоря, полупроводниковый нагреватель, лежащий под полупроводниковым газовым датчиком, может представлять собой нагреватель газового датчика. Контроллер может быть выполнен с возможностью управления подачей электропитания от электрического источника питания на нагреватель газового датчика для нагрева полупроводникового газового датчика. Иначе говоря, контроллер может быть выполнен с возможностью управления подачей электропитания от электрического источника питания на нагревательный слой указанного нагревателя газового датчика. Контроллер может быть выполнен с возможностью одновременного измерения электрического сопротивления полупроводникового газового датчика для определения количества по меньшей мере одного газа внутри указанной полости. Контроллер может быть выполнен с возможностью управления подачей электропитания на нагреватель газового датчика в ответ на определенное количество указанного по меньшей мере одного газа внутри указанной полости или в ответ на изменение определенного количества указанного по меньшей мере одного газа внутри указанной полости. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью уменьшения подачи электропитания на нагреватель газового датчика в случае увеличения определенного количества указанного по меньшей мере одного газа. Контроллер может быть выполнен с возможностью прекращения подачи электропитания на нагреватель газового датчика в случае, если определенное количество указанного по меньшей мере одного газа внутри указанной полости превысило заданный порог.
2
Каждый полупроводниковый газовый датчик может представлять собой металлооксидный газовый датчик. В одном примере газовый датчик представляет собой газовый датчик на основе полупроводника N-типа и, в частности, газовый датчик на основе оксида олова. Электрическое сопротивление газовых датчиков на основе полупроводника N-типа уменьшается в присутствии восстановительного газа, такого как угарный газ (CO) или аммиак, и увеличивается в присутствии окислительного газа, такого как кислород, оксид азота (NO) или диоксид азота (NO). Также может использоваться газовый датчик на основе полупроводника P-типа. Газовые датчики на основе полупроводника P-типа ведут себя противоположным образом, т.е. их электрическое сопротивление увеличивается в присутствии восстановительного газа и уменьшается в присутствии окислительного газа.
По меньшей мере один из указанного множества полупроводниковых нагревателей может быть выполнен с возможностью функционирования в качестве указанного по меньшей мере одного газового датчика. Нагревательный слой по меньшей мере одного из полупроводниковых нагревателей может быть выполнен с возможностью функционирования в качестве газового датчика. Иначе говоря, указанный нагревательный слой имеет возможность функционирования в качестве многофункционального слоя для нагрева и для обнаружения газа. Контроллер может быть выполнен с возможностью измерения по меньшей мере одного электрического свойства нагревательного слоя для определения наличия или отсутствия указанных одного или более газов. Контроллер может быть выполнен с возможностью измерения по меньшей мере одного электрического свойства нагревательного слоя для измерения количества указанного по меньшей мере одного газа. Контроллер может быть выполнен с возможностью измерения электрического сопротивления нагревательного слоя. Контроллер может быть выполнен с возможностью одновременного осуществления следующих операций: управление подачей электропитания от электрического источника питания на многофункциональный слой для нагрева и для обнаружения газа с целью нагрева этого многофункционального слоя для нагрева и для обнаружения газа; и измерение электрического сопротивления указанного многофункционального слоя для нагрева и для обнаружения газа с целью определения количества указанного по меньшей мере одного газа внутри указанной полости. Контроллер может быть выполнен с возможностью управления подачей электропитания на многофункциональный слой для нагрева и для обнаружения газа в ответ на определенное количество указанного по меньшей мере одного газа внутри указанной полости или в ответ на изменение определенного количества указанного по меньшей мере одного газа внутри указанной полости Например, контроллер может быть выполнен с возможностью уменьшения подачи электропитания на многофункциональный слой для нагрева и для обнаружения газа в случае увеличения определенного количества указанного по меньшей мере одного газа. Контроллер может быть выполнен с возможностью прекращения подачи электропитания на многофункциональный слой для нагрева и для обнаружения газа в случае, если определенное количество указанного по меньшей мере одного газа превысило заданный порог.
Каждый полупроводниковый нагреватель, выполненный с возможностью функционирования в качестве газового датчика, может содержать один или более первых электродов, электрически соединенных с нагревательным слоем для подачи электропитания на нагревательный слой с целью нагрева этого нагревательного слоя. Указанные один или более первых электродов могут включать в себя по меньшей мере два первых электрода. Каждый полупроводниковый нагреватель, выполненный с возможностью функционирования в качестве газового датчика, может содержать один или более вторых электродов, электрически соединенных с нагревательным слоем для измерения по меньшей мере одного электрического свойства этого нагревательного слоя с помощью контроллера. Указанные один или более вторых электродов могут включать в себя по меньшей мере два вторых электрода.
Каждый газовый датчик может быть выполнен с возможностью работы при температуре от приблизительно 200 градусов по Цельсию до приблизительно 400 градусов по Цельсию. Газовые датчики, такие как полупроводниковые газовые датчики, работают за счет химической реакции, которая происходит при непосредственном контакте газа с датчиком. При температуре от приблизительно 200 градусов по Цельсию до приблизительно 400 градусов по Цельсию датчик является более чувствительным, поскольку скорость указанной химической реакции повышается.
2
В тех вариантах осуществления, в которых генерирующее аэрозоль устройство содержит множество газовых датчиков, по меньшей мере два из этих газовых датчиков могут быть выполнены чувствительными к разным газам. Один датчик может быть выполнен с возможностью обнаружения восстановительных газов, а другой датчик может быть выполнен с возможностью обнаружения окислительных газов. Оба газовых датчика могут быть чувствительными к восстановительным газам, но они могут быть по-разному настроены (путем изменения состава, изготовления или легирования чувствительного к газу слоя) для того, чтобы они были особо чувствительны к разным газам. Например, один газовый датчик может быть настроен для обнаружения CO, в то время как другой датчик может быть настроен таким образом, чтобы он был чувствительным к NO.
Предпочтительно, контроллер выполнен с возможностью последовательной активации и деактивации указанного множества полупроводниковых нагревателей. Иначе говоря, контроллер может быть выполнен с возможностью управления последовательной подачей электропитания от электрического источника питания на каждый из полупроводниковых нагревателей. Контроллер может быть выполнен с возможностью активации и деактивации указанного множества полупроводниковых нагревателей по одному. Контроллер может быть выполнен с возможностью активации указанного множества полупроводниковых нагревателей группами в количестве двух или более, причем все полупроводниковые нагреватели каждой группы активируются одновременно. Контроллер может быть выполнен с возможностью активации следующего нагревателя или группы нагревателей после активации предыдущего нагревателя или группы нагревателей, но до деактивации указанного предыдущего нагревателя или группы нагревателей.
Электрический источник питания может содержать источник постоянного тока (DC). В предпочтительных вариантах осуществления электрический источник питания содержит батарею. Электрический источник питания может представлять собой никель-металлогидридную батарею, никель-кадмиевую батарею или батарею на основе лития, например литий-кобальтовую, литий-железо-фосфатную или литий-полимерную батарею.
Генерирующее аэрозоль изделие может быть размещено внутри полости генерирующего аэрозоль устройства таким образом, чтобы эти изделие и устройство вместе образовывали генерирующую аэрозоль систему. Как описано в данном документе, благодаря созданию генерирующего аэрозоль устройства, содержащего множество полупроводниковых нагревателей, обеспечивается возможность содействия размещению нагревателей с геометрическим распределением, которое более точно совпадает с формой и размером участка генерирующего аэрозоль изделия по сравнению с обычными генерирующими аэрозоль устройствами, содержащими металлические или керамические резистивные нагревательные элементы.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, предложено генерирующее аэрозоль устройство, содержащее электрический источник питания, полость для размещения генерирующего аэрозоль изделия и множество полупроводниковых нагревателей, расположенных внутри указанной полости. Генерирующее аэрозоль устройство дополнительно содержит контроллер, выполненный с возможностью управления подачей электропитания от электрического источника питания на каждый из полупроводниковых нагревателей.
Каждый из полупроводниковых нагревателей может содержать слой субстрата и нагревательный слой, обеспеченный на слое субстрата. Каждый нагревательный слой может представлять собой по существу непрерывный слой. Каждый нагревательный слой может образовывать рисунок на слое субстрата. Благодаря обеспечению нагревательного слоя, который образует рисунок на слое субстрата, обеспечивается преимущество, состоящее в возможности получения требуемого распределения температуры по полупроводниковому нагревателю во время работы этого нагревателя.
Генерирующее аэрозоль устройство согласно второму аспекту настоящего изобретения может содержать любые из необязательных и предпочтительных признаков, описанных в данном документе применительно к первому аспекту настоящего изобретения.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложена генерирующая аэрозоль система, содержащая генерирующее аэрозоль изделие и генерирующее аэрозоль устройство согласно первому или второму аспекту настоящего изобретения в соответствии с любым из вышеописанных вариантов осуществления. Генерирующее аэрозоль изделие содержит по меньшей мере один образующий аэрозоль субстрат, причем указанное множество полупроводниковых нагревателей выполнено с возможностью нагрева указанного по меньшей мере одного образующего аэрозоль субстрата при размещении генерирующего аэрозоль изделия внутри указанной полости.
Генерирующее аэрозоль изделие может содержать слой основы, причем указанный по меньшей мере один образующий аэрозоль субстрат расположен на поверхности указанного слоя основы. В тех вариантах осуществления, в которых указанное множество полупроводниковых нагревателей обеспечено на по существу плоской стенке указанной полости, слой основы предпочтительно является по существу плоским.
Указанный по меньшей мере один образующий аэрозоль субстрат может представлять собой образующий аэрозоль субстрат, выполненный с возможностью его размещения поверх по меньшей мере двух полупроводниковых нагревателей при размещении генерирующего аэрозоль изделия внутри указанной полости. Указанный по меньшей мере один образующий аэрозоль субстрат может представлять собой единственный образующий аэрозоль субстрат, выполненный с возможностью его размещения поверх всех полупроводниковых нагревателей при размещении генерирующего аэрозоль изделия внутри указанной полости.
Указанный по меньшей мере один образующий аэрозоль субстрат может включать в себя множество образующих аэрозоль субстратов, причем каждый образующий аэрозоль субстрат выполнен с возможностью его размещения поверх по меньшей мере одного из полупроводниковых нагревателей при размещении генерирующего аэрозоль изделия внутри указанной полости. Количество образующих аэрозоль субстратов может быть таким же, что и количество полупроводниковых нагревателей, причем каждый образующий аэрозоль субстрат выполнен с возможностью размещения поверх одного из полупроводниковых нагревателей при размещении генерирующего аэрозоль изделия внутри указанной полости.
В тех вариантах осуществления, в которых каждый из полупроводниковых нагревателей лежит поверх участка внутренней поверхности указанной полости и при этом площадь поверхности каждого участка внутренней поверхности составляет менее чем приблизительно 7 квадратных миллиметров, предпочтительно, чтобы каждый из образующих аэрозоль субстратов был расположен на поверхности слоя основы и при этом площадь поверхности каждого участка поверхности слоя основы составляла менее чем приблизительно 7 квадратных миллиметров. Благодаря обеспечению множества образующих аэрозоль субстратов, каждый из которых лежит поверх участка с площадью поверхности менее чем приблизительно 7 квадратных миллиметров, обеспечивается преимущество, состоящее в возможности содействия однородному нагреву каждого образующего аэрозоль субстрата с помощью соответствующего полупроводникового нагревателя.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, предложено генерирующее аэрозоль изделие, содержащее слой основы и множество образующих аэрозоль субстратов, расположенных на поверхности указанного слоя основы. Каждый образующий аэрозоль субстрат лежим поверх участка поверхности слоя основы, причем площадь поверхности каждого участка поверхности слоя основы составляет менее чем приблизительно 7 квадратных миллиметров. Предпочтительно слой основы является по существу плоским.
Нижеследующие необязательные и предпочтительные признаки генерирующего аэрозоль устройства применимы к третьему аспекту настоящего изобретения. Нижеследующие необязательные и предпочтительные признаки генерирующего аэрозоль изделия применимы как к третьему, так и к четвертому аспектам настоящего изобретения.
Предпочтительно, генерирующее аэрозоль изделие содержит удаляемый покровный слой, лежащий поверх слоя основы и прикрепленный к нему таким образом, чтобы указанные один или более образующих аэрозоль субстратов были герметизированы между указанным удаляемым покровным слоем и слоем основы. Удаляемый покровный слой может содержать непористую полимерную пленку.
В тех вариантах осуществления, в которых генерирующее аэрозоль изделие содержит множество образующих аэрозоль субстратов, это множество образующих аэрозоль субстратов может содержать множество первых образующих аэрозоль субстратов, расположенных на слое основы, и множество вторых образующих аэрозоль субстратов, расположенных на слое основы, причем вторые образующие аэрозоль субстраты отличаются от первых образующих аэрозоль субстратов.
Контроллер может быть выполнен с возможностью последовательной активации указанного множества полупроводниковых нагревателей таким образом, чтобы первые образующие аэрозоль субстраты нагревались отдельно от вторых образующих аэрозоль субстратов. Контроллер может быть выполнен с возможностью активации множества полупроводниковых нагревателей таким образом, чтобы по меньшей мере некоторые их первых образующих аэрозоль субстратов нагревались одновременно по меньшей мере с некоторыми из вторых образующих аэрозоль субстратов.
Как первые, так и вторые образующие аэрозоль субстраты могут представлять собой твердые образующие аэрозоль субстраты. Как первые, так и вторые образующие аэрозоль субстраты могут представлять собой жидкие образующие аэрозоль субстраты. Каждый из первых образующих аэрозоль субстратов может представлять собой твердый образующий аэрозоль субстрат, и каждый из вторых образующих аэрозоль субстратов может представлять собой жидкий образующий аэрозоль субстрат. Каждый из первых образующих аэрозоль субстратов может представлять собой жидкий образующий аэрозоль субстрат, и каждый из вторых образующих аэрозоль субстратов может представлять собой твердый образующий аэрозоль субстрат.
В тех вариантах осуществления, в которых по меньшей мере один из первых и вторых образующих аэрозоль субстратов представляет собой жидкий образующий аэрозоль субстрат, каждый из образующих аэрозоль субстратов может содержать пористый материал субстрата, расположенный на слое основы, и жидкий образующий аэрозоль субстрат, сорбированный на пористом материале субстрата. Предпочтительно, пористый материал субстрата имеет плотность от приблизительно 0,1 грамма/кубический сантиметр до приблизительно 0,3 грамма/кубический сантиметр.
Предпочтительно, пористый материал субстрата имеет пористость от приблизительно 15 процентов до приблизительно 55 процентов.

Пористый материал субстрата может содержать одно или более из следующего: стекло, целлюлоза, керамика, нержавеющая сталь, алюминий, полиэтилен (PE), полипропилен, полиэтилентерефталат (PET), поли(циклогександиметилентерефталат) (PCT), полибутилентерефталат (PBT), политетрафторэтилен (PTFE), вспененный политетрафторэтилен (ePTFE) и BAREX.
Предпочтительно, пористый материал субстрата химически инертен по отношению к жидкому образующему аэрозоль субстрату.
В вариантах осуществления, содержащих по меньшей мере один твердый образующий аэрозоль субстрат, этот твердый образующий аэрозоль субстрат может содержать табак. Твердый образующий аэрозоль субстрат может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, которые выделяются из субстрата при нагреве. Твердый образующий аэрозоль субстрат может содержать нетабачный материал. Твердый образующий аэрозоль субстрат может содержать табакосодержащий материал и материал, не содержащий табака.
Твердый образующий аэрозоль субстрат может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Подходящие вещества для образования аэрозоля включают в себя, но без ограничения: многоатомные спирты, такие как пропиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин; сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как моно-, ди- или триацетат глицерина; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат.
Предпочтительные вещества для образования аэрозоля представляют собой многоатомные спирты или их смеси, такие как пропиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и, наиболее предпочтительно, глицерин.
Твердый образующий аэрозоль субстрат может содержать одно вещество для образования аэрозоля. В качестве альтернативы, твердый образующий аэрозоль субстрат может содержать комбинацию из двух или более веществ для образования аэрозоля.
Содержание вещества для образования аэрозоля в твердом образующем аэрозоль субстрате может составлять более чем 5 процентов в пересчете на сухой вес.
Содержание вещества для образования аэрозоля в твердом образующем аэрозоль субстрате может составлять от приблизительно 5 процентов до приблизительно 30 процентов в пересчете на сухой вес.
Содержание вещества для образования аэрозоля в твердом образующем аэрозоль субстрате может составлять приблизительно 20 процентов в пересчете на сухой вес.
В вариантах осуществления, содержащих по меньшей мере один жидкий образующий аэрозоль субстрат, этот жидкий образующий аэрозоль субстрат может содержать никотиновый раствор. Жидкий образующий аэрозоль субстрат предпочтительно содержит табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, которые выделяются из жидкости при нагреве. Образующий аэрозоль субстрат может содержать нетабачный материал. Жидкий образующий аэрозоль субстрат может содержать воду, растворители, этанол, растительные экстракты и натуральные или искусственные ароматизаторы. Предпочтительно, жидкий образующий аэрозоль субстрат дополнительно содержит вещество для образования аэрозоля.
В тех вариантах осуществления, в которых генерирующее аэрозоль изделие содержит множество первых образующих аэрозоль субстратов и множество вторых образующих аэрозоль субстратов, каждый из указанного множества первых образующих аэрозоль субстратов может содержать никотиновый раствор, и каждый из указанного множества вторых образующих аэрозоль субстратов может содержать кислоту.
Кислота может содержать органическую кислоту или неорганическую кислоту.
Предпочтительно, кислота содержит органическую кислоту, более предпочтительно карбоновую кислоту, наиболее предпочтительно альфа-кетокислоту или 2-оксокислоту или молочную кислоту.
Предпочтительно, кислота содержит кислоту, выбранную из группы, состоящей из 3-метил-2-оксопентановой кислоты, пировиноградной кислоты, 2-оксопентановой кислоты, 4-метил-2-оксопентановой кислоты, 3-метил-2-оксобутановой кислоты, 2-оксооктановой кислоты, молочной кислоты и их сочетаний. Предпочтительно, кислота содержит пировиноградную кислоту или молочную кислоту. Более предпочтительно, кислота содержит молочную кислоту.
В тех вариантах осуществления, в которых генерирующее аэрозоль изделие содержит множество первых образующих аэрозоль субстратов, каждый из которых содержит никотиновый раствор, и множество вторых образующих аэрозоль субстратов, каждый из которых содержит кислоту, контроллер предпочтительно выполнен с возможностью активации указанного множества полупроводниковых нагревателей таким образом, чтобы по меньшей мере некоторые из первых образующих аэрозоль субстратов нагревались одновременно по меньшей мере с некоторыми из вторых образующих аэрозоль субстратов. Благодаря одновременному нагреву жидкого никотинового раствора и кислоты обеспечивается преимущество, состоящее в возможности генерирования никотинового аэрозоля и кислотного аэрозоля, которые вступают в реакцию в газовой фазе с образованием аэрозоля, содержащего частицы никотиновой соли.
По меньшей мере один из образующих аэрозоль субстратов может содержать ароматизатор. Подходящие ароматизаторы включают в себя, но без ограничения, ментол.
Настоящее изобретение будет дополнительно описано лишь на примерах, со ссылками на сопроводительные графические материалы, на которых:
на фиг. 1 показан вид в сечении генерирующего аэрозоль устройства согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 показан вид сверху указанного множества полупроводниковых нагревателей в генерирующем аэрозоль устройстве по фиг. 1;
на фиг. 3 показан детализированный вид в сечении одного из полупроводниковых нагревателей в генерирующем аэрозоль устройстве по фиг. 1;
на фиг. 4 показан перспективный вид генерирующего аэрозоль изделия согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 5 показан перспективный вид генерирующего аэрозоль изделия согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения; и
на фиг.6 показан вид в сечении генерирующего аэрозоль изделия по фиг. 5, объединенного с генерирующим аэрозоль устройством по фиг. 1 с образованием генерирующей аэрозоль системы.
На фиг. 1 показан вид в сечении генерирующего аэрозоль устройства 10 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Генерирующее аэрозоль устройство содержит кожух 12, образующий полость 14 для размещения генерирующего аэрозоль изделия. На расположенном раньше по ходу потока конце полости 14 обеспечено впускное отверстие 16 для воздуха, и на расположенном дальше по ходу потока конце кожуха 12 обеспечен мундштук 18. В мундштуке 18 обеспечено выпускное отверстие 20 для воздуха, сообщающееся по текучей среде с полостью 14, так что образован воздушный канал, проходящий через полость 14 между впускным отверстием 16 для воздуха и выпускным отверстием 20 для воздуха. Во время использования пользователь осуществляет затяжку на мундштуке 18 для втягивания воздуха внутрь полости 14 через впускное отверстие 16 для воздуха и его вытягивания из полости 14 через выпускное отверстие 20 для воздуха.
Генерирующее аэрозоль устройство 10 дополнительно содержит множество полупроводниковых нагревателей 22, обеспеченных на плоской стенке 24 полости 14. Каждый из полупроводниковых нагревателей 22 содержит нагревательную структуру 26, обеспеченную на общем опорном слое 28. Указанное множество полупроводниковых нагревателей 22 образует нагревательную матрицу 30, которая показана более детально на фиг. 2.
На фиг. 3 показан вид в поперечном сечении отдельного полупроводникового нагревателя 22. Каждый полупроводниковый нагреватель 22 содержит нагревательную структуру 26, обеспеченную на общем опорном слое 28. Общий опорный слой 28 содержит общий слой субстрата 32 и общий изоляционный слой 34, лежащий поверх общего слоя субстрата 32. Общий слой субстрата 32 представляет собой кремниевую пластину, и общий изоляционный слой содержит нитрид кремния.
Каждая нагревательная структура 26 содержит нагревательный слой 36, лежащий поверх участка общего изоляционного слоя 34, и по меньшей мере два электрода 38, электрически соединенных с нагревательным слоем 36. Каждая нагревательная структура 26 лежит поверх участка общего изоляционного слоя 34, имеющего площадь менее чем 7 квадратных миллиметров. Нагревательный слой 36 содержит поликристаллический кремний, легированный фосфором для обеспечения нагревательного слоя 36 с требуемым электрическим сопротивлением. Электроды 38 содержат металл, такой как платина.
Генерирующее аэрозоль устройство 10 дополнительно содержит электрический источник 40 питания и контроллер 42, расположенные внутри кожуха 12. Во время работы генерирующего аэрозоль устройства 10 контроллер 42 управляет подачей электрического тока от электрического источника 40 питания на каждый полупроводниковый нагреватель 22 через соответствующие электроды 38 для активации полупроводникового нагревателя 22. Контроллер 42 выполнен с возможностью активации указанного множества полупроводниковых нагревателей 22 по группам, причем активация и деактивация групп осуществляется последовательно.
Контроллер 42 дополнительно выполнен с возможностью измерения и отслеживания электрического сопротивления нагревательного слоя 36 каждого полупроводникового нагревателя 22, когда нагреватель активирован, для измерения и отслеживания количества по меньшей мере одного газа. Таким образом, каждый полупроводниковый нагреватель 22 функционирует также в качестве газового датчика. Например, каждый нагревательный слой 36 может обладать чувствительностью к газу, который генерируется, если образующий аэрозоль субстрат на генерирующем аэрозоль изделии нагрет до температуры, превышающей рабочую температуру генерирующего аэрозоль изделия. В данном варианте контроллер может быть выполнен с возможностью деактивации полупроводникового нагревателя 22, если измеренное электрическое сопротивление нагревательного слоя 36 полупроводникового нагревателя 22 показывает наличие указанного газа.
На фиг. 4 показано генерирующее аэрозоль изделие 50 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Генерирующее аэрозоль изделие 50 содержит слой 52 основы и образующий аэрозоль субстрат 54, обеспеченный на слое 52 основы. Образующий аэрозоль субстрат 54 содержит по существу непрерывный слой твердого табакосодержащего материала. К слою 52 основы прикреплен удаляемый покровный слой 56 для герметизации образующего аэрозоль субстрата 54 между слоем 52 основы и удаляемым покровным слоем 56. Удаляемый покровный слой образован из непористой полимерной пленки.
Во время использования удаляют удаляемый покровный слой 56 со слоя 52 основы и вставляют генерирующее аэрозоль изделие 50 внутрь полости 14 генерирующего аэрозоль устройства 10, показанного на фиг. 1, для образования генерирующей аэрозоль системы. Затем контроллер 42 последовательно активирует и деактивирует группы полупроводниковых нагревателей 22 для последовательного нагрева отдельных участков образующего аэрозоль субстрата 54.
На фиг. 5 показано генерирующее аэрозоль изделие 60 согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Генерирующее аэрозоль изделие 60 содержит слой 52 основы и покровный слой 56, идентичные слою 52 основы и покровному слою 56 генерирующего аэрозоль изделия 50, показанного на фиг. 4. Однако генерирующее аэрозоль изделие 60 содержит множество отдельных образующих аэрозоль субстратов 64, расположенных на слое 52 основы и герметизированных между слоем 52 основы и покровным слоем 56. Каждый из образующих аэрозоль субстратов 64 содержит пористый материал субстрата и жидкий образующий аэрозоль субстрат, сорбированный на пористом материале субстрата. Каждый из образующих аэрозоль субстратов 64 лежит поверх участка слоя 52 основы, имеющего площадь поверхности менее чем 7 квадратных сантиметров.
Указанное множество образующих аэрозоль субстратов 64 разделено на три группы: множество первых образующих аэрозоль субстратов 68, каждый из которых содержит жидкий никотиновый раствор; множество вторых образующих аэрозоль субстратов 70, каждый из которых содержит летучую кислоту; и множество третьих образующих аэрозоль субстратов 72, каждый из которых содержит ароматизатор.
Во время использования удаляют удаляемый покровный слой 56 со слоя 52 основы и вставляют генерирующее аэрозоль изделие 60 внутрь полости 14 генерирующего аэрозоль устройства 10, показанного на фиг. 1, для образования генерирующей аэрозоль системы 80, как показано на фиг. 6. Расположение образующих аэрозоль субстратов 64 является таким, чтобы каждый образующий аэрозоль субстрат 64 лежал поверх полупроводникового нагревателя 22 при размещении генерирующего аэрозоль изделия 60 внутри полости 14.
Затем контроллер 42 последовательно активирует и деактивирует группы полупроводниковых нагревателей 22 для последовательного нагрева отдельных образующих аэрозоль субстратов 64. На каждом этапе последовательной активации контроллер 42 активирует соответствующие полупроводниковые нагреватели 22 для одновременного нагрева одного из первых образующих аэрозоль субстратов 68, одного из вторых образующих аэрозоль субстратов 70 и одного из третьих образующих аэрозоль субстратов 72. Никотиновый пар, выделяющийся из нагретого первого образующего аэрозоль субстрата 68, и кислотный пар, выделяющийся из нагретого второго образующего аэрозоль субстрата 70, вступают в реакцию в газовой фазе с образованием аэрозоля, содержащего частицы никотиновой соли для доставки пользователю через выпускное отверстие 20 для воздуха. Ароматизатор, выделяющийся из нагретого третьего образующего аэрозоль субстрата 72, придает аромат аэрозолю, доставляемому пользователю.