СИСТЕМА ПОДАЧИ ЖИДКОСТИ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В УСТРОЙСТВАХ, ГЕНЕРИРУЮЩИХ АЭРОЗОЛЬ
FLUID SUPPLY SYSTEM FOR USE IN AEROSOL GENERATING DEVICES

Настоящее изобретение относится к электрически нагреваемым системам, генерирующим аэрозоль, и к связанным устройствам, изделиям и способам. В частности, настоящее изобретение относится к системам и способам хранения жидких субстратов, образующих аэрозоль, для применения в таких системах, генерирующих аэрозоль. Настоящее изобретение дополнительно относится к барьерным материалам, применяемым для предотвращения вытекания жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из таких систем и из компонентов таких систем.
Один тип системы, генерирующей аэрозоль, представляет собой электрическую удлиненную, удерживаемую рукой систему, генерирующую аэрозоль, которая имеет мундштучный конец и дальний конец. Известные удерживаемые рукой электрические системы, генерирующие аэрозоль, могут содержать часть в виде устройства, содержащую батарею и управляющую электронику, и часть в виде картриджа, содержащую источник субстрата, образующего аэрозоль, и электрический испаритель. Картридж, содержащий как источник субстрата, образующего аэрозоль, так и испаритель, иногда называют «картомайзером». Испаритель может содержать катушку из нагревательной проволоки, намотанной вокруг удлиненного фитиля, пропитанного жидким субстратом, образующим аэрозоль. Тем не менее, некоторые испарители содержат нагревательную сетку, выполненную в по существу плоской форме и размещенную поверх поверхности переносящего материала (например, фитиля). Капиллярный материал, пропитанный образующим аэрозоль субстратом, подает жидкость к фитилю. Когда пользователь осуществляет затяжку на мундштучном конце системы, воздух втягивается в испаритель, нагреватель включается и испаряет часть субстрата, образующего аэрозоль. Отверстие мундштука на мундштучном конце системы позволяет пользователю вдыхать генерируемый аэрозоль.
Жидкие субстраты, образующие аэрозоль, для систем, генерирующих аэрозоль, могут быть представлены в системе подачи жидкости (например, картридже), которая содержит материал с высокой удерживающей способностью (HRM) для хранения жидкого субстрата, образующего аэрозоль. При использовании системы жидкий субстрат может быть перенесен от материала с высокой удерживающей способностью к переносящему материалу (TM), причем материал субстрата, образующего аэрозоль, может нагреваться и испаряться. Однако, во время хранения желательно, чтобы жидкий субстрат не переносился преждевременно в переносящий материал и не вытекал из картриджа.
WO 2015/070405 A1 касается атомайзера, электронной сигареты и способа контроля подачи масла. Атомайзер содержит механизм хранения масла и испаряющий компонент. Механизм хранения масла снабжен каналом для протекания сигаретного масла, используемым для вывода сигаретного масла, хранящегося в механизме хранения масла, к испаряющему компоненту, и термоплавкой герметизирующей структурой, используемой для герметизации канала для протекания сигаретного масла. Когда испаряющий компонент включается для работы в первый раз, термоплавкая герметизирующая структура нагревается и расплавляется, чтобы открыть канал для протекания сигаретного масла, что позволяет сигаретное масло вывести из канала для протекания сигаретного масла в испаряющий компонент, нагреть и испарить.
Было бы желательно предоставить систему, которая является обратимо проницаемой для жидкостей при или выше температуры, которая может быть достигнута при использовании этой системы. Было бы желательно подавлять преждевременное вытекание субстрата, образующего аэрозоль, из картриджа. Было бы также желательно удобным образом обеспечить возможность переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к нагревательному элементу и в канал потока воздуха при использовании системы, генерирующей аэрозоль.
В различных аспектах настоящего изобретения предоставлена система, генерирующая аэрозоль, имеющая мундштучный конец и дальний конец. Система может содержать часть для хранения жидкости, подходящую для вмещения субстрата, образующего аэрозоль. Система может также содержать крышку, расположенную над частью для хранения жидкости, и один или более проходов или каналов для потока воздуха между крышкой и частью для хранения жидкости. Система может содержать нагревательный элемент, выполненный с возможностью нагревания жидкого субстрата, образующего аэрозоль.
Система может содержать устройство, генерирующее аэрозоль, или основной блок, выполненный с возможностью приема картриджа, который содержит субстрат, образующий аэрозоль, в материале с высокой удерживающей способностью. Система может также содержать переносящий материал, выполненный с возможностью доставки субстрата, образующего аэрозоль, к нагревательному элементу в процессе использования системы, генерирующей аэрозоль.
Картридж может содержать барьерный слой, который предотвращает преждевременный перенос жидкого субстрата в проход для потока воздуха. Картридж может содержать канал для потока жидкости, имеющий расположенный выше по потоку конец и расположенный ниже по потоку конец. Канал для потока жидкости может проходить от расположенного выше по потоку конца, где хранится жидкость (например, от части для хранения жидкости или материала с высокой удерживающей способностью) к расположенному ниже по потоку концу в канале для потока воздуха. Барьерный слой может быть расположен в различных местах вдоль канала для потока жидкости таким образом, что барьер расположен между хранящимся жидким субстратом и каналом для потока воздуха. Например, барьерный слой может быть расположен на нагревательном элементе (между нагревательным элементом и каналом для потока воздуха), между переносящим материалом и нагревательным элементом, между материалом с высокой удерживающей способностью и переносящим материалом, между материалом с высокой удерживающей способностью и нагревательным элементом или между частью для хранения жидкости и материалом с высокой удерживающей способностью. Барьер может предотвращать перенос жидкого субстрата от материала с высокой удерживающей способностью или из части для хранения жидкости к переносящему материалу, нагревательному элементу или проходу для потока воздуха. Барьерный слой является непроницаемым для жидкостей при температуре ниже пороговой и становится обратимо проницаемым для жидкостей при температуре, равной пороговой температуре или более высокой, такой как температура, которая может быть достигнута в процессе использования системы, обеспечивая перенос жидкости вдоль канала для потока жидкости. Согласно некоторым аспектам настоящего изобретения барьерный слой может представлять собой тонкую непроницаемую пленку или гидрофобное покрытие.
В одном варианте осуществления барьерный слой расположен ниже по потоку относительно нагревателя. В одном варианте осуществления барьерный слой расположен выше по потоку от нагревателя, например, между нагревателем и переносящим материалом или между нагревателем и материалом с высокой удерживающей способностью. В одном варианте осуществления барьерный слой расположен выше по потоку от переносящего материала, например, между переносящим материалом и материалом с высокой удерживающей способностью. В одном варианте осуществления барьерный слой расположен выше по потоку от материала с высокой удерживающей способностью, например, между материалом с высокой удерживающей способностью и частью для хранения жидкости. В некоторых вариантах осуществления картридж содержит более одного барьерного слоя, и барьерные слои могут быть расположены в любой комбинации описанных выше положений.
Системы согласно настоящей заявке могут служить для уменьшения или предотвращения вытекания жидкого субстрата, образующего аэрозоль, во время хранения. Системы удобны в использовании, поскольку барьерный слой не требует удаления или отслаивания вручную перед использованием. Например, при использовании данная система обеспечивает возможность переноса жидкости в ходе нормального использования устройства.
Среди прочего, настоящее изобретение предусматривает системы и устройства, генерирующие аэрозоль, которые используют электроэнергию для нагревания субстрата, без горения субстрата, с образованием аэрозоля, который может вдыхать пользователь. Предпочтительно данные системы достаточно компактны, чтобы считаться удерживаемыми рукой системами. Некоторые примеры систем согласно настоящему изобретению могут доставлять никотиносодержащий аэрозоль для вдыхания пользователем.
В данном документе термин «генерирующий аэрозоль» применительно к изделию, устройству или системе обозначает изделие, устройство или систему, способные высвобождать летучие соединения из субстрата, образующего аэрозоль, с образованием аэрозоля, который может вдыхать пользователь. Термин «субстрат, образующий аэрозоль» означает субстрат, способный при нагревании высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой субстрат, который является жидким при температуре окружающей среды, например, от приблизительно 15°C до приблизительно 30°C. Считается, что жидкие субстраты, образующие аэрозоль, включают жидкие растворы, суспензии, дисперсии и т. п.
Любой подходящий субстрат, образующий аэрозоль, может использоваться с системами. Подходящие субстраты, образующие аэрозоль, могут содержать материал растительного происхождения. Например, субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак или табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные вкусоароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагреве. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал, не содержащий табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Примеры веществ для образования аэрозоля включают многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол, пропиленгликоль 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. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как вкусоароматические вещества. Предпочтительно, субстрат, образующий аэрозоль, содержит никотин. Предпочтительно, субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой жидкий субстрат, образующий аэрозоль. В некоторых вариантах осуществления субстрат, образующий аэрозоль, содержит глицерин, пропиленгликоль, воду, никотин и, необязательно, один или более ароматизаторов.
Согласно аспектам настоящего изобретения субстрат, образующий аэрозоль, может храниться в части для хранения жидкости системы и/или в картридже. Часть для хранения жидкости может быть частью расходной части (например, картриджа), которую пользователь может заменить после уменьшения или исчерпания подачи субстрата, генерирующего аэрозоль, в части для хранения жидкости. Например, использованную часть для хранения жидкости можно заменить другой частью для хранения жидкости, заполненной надлежащим количеством субстрата, образующего аэрозоль. Картридж также может быть предусмотрен без субстрата, образующего аэрозоль, и пользователь может заполнять картридж (например, часть для хранения жидкости или материал с высокой удерживающей способностью) требуемым субстратом через отверстие для жидкости, предусмотренное на картридже. В некоторых вариантах осуществления возможность повторного заполнения части для хранения жидкости пользователем не предусмотрена.
Согласно некоторым аспектам картридж не содержит отделение для хранения жидкости. Вместо этого субстрат, образующий аэрозоль, может храниться в материале с высокой удерживающей способностью. В вариантах осуществления, которые не включают отделение для хранения жидкости, количество жидкого субстрата, образующего аэрозоль, и, следовательно, также доступное число затяжек на устройстве, могут быть меньше, чем на устройствах, которые содержат отделение для хранения жидкости.
Аспекты настоящего изобретения относятся к блокам и системам хранения жидкости. Блок хранения жидкости может представлять собой часть для хранения жидкости картриджа, который содержит как часть для хранения жидкости, так и нагревательный элемент. в альтернативном варианте осуществления блок хранения жидкости может быть выполнен с возможностью разъемного соединения с отдельным модулем, содержащим нагревательный элемент. Такие блоки хранения жидкости могут называться «капсулами». Хотя блоки хранения жидкости, описанные в настоящем документе, могут в целом называться картриджами (системами подачи жидкости), аспектами настоящего изобретения являются в равной степени подходящие капсулы (блоки хранения жидкости).
Предпочтительно, системы содержат картридж, выполненный с возможностью разъемного соединения с основным блоком. В настоящем документе термин «выполнены с возможностью разъемного соединения» означает, что выполненные с возможностью разъемного соединения части могут быть соединены друг с другом и разъединены без существенного повреждения какой-либо части. Картридж может быть соединен с основным блоком любым подходящим образом, таким как резьбовое соединение, соединение на защелках, соединение посадкой с натягом, магнитное соединение или тому подобное.
Если система содержит отдельные испарительный блок (например, испарительный блок, содержащий нагревательный элемент) и капсулу, капсула может включать в себя клапан, расположенный относительно отверстия дальней концевой части таким образом, чтобы предотвращать выход субстрата, образующего аэрозоль, из резервуара, когда капсула не соединена с испарительным блоком. Клапан может быть выполнен с возможностью приведения в действие, так что операция соединения капсулы с испарительным блоком приводит к открытию клапана, а операция разъединения капсулы и испарительного блока приводит к закрытию клапана. Может быть использован любой подходящий клапан.
Система подачи жидкости содержит корпус, который может представлять собой жесткий корпус. В контексте настоящего документа «жесткий корпус» означает корпус, который является самонесущим. Корпус может быть выполнен из любого подходящего материала или комбинации материалов, например, из полимерного материала, металлического материала или стекла. Предпочтительно, корпус части для хранения жидкости выполнен из термопластичного материала. Может быть использован любой подходящий термопластичный материал. В предпочтительных примерах определен проход через корпус, который образует по меньшей мере часть пути для потока аэрозоля.
Блок хранения жидкости содержит субстрат, образующий аэрозоль, в материале с высокой удерживающей способностью, переносящий материал, выполненный с возможностью доставки субстрата, образующего аэрозоль, к нагревательному элементу, и барьерный слой или покрытие между материалом с высокой удерживающей способностью и переносящим материалом. Барьерный слой обладать свойством обратимого барьера. Иначе говоря, барьерный слой может обратимо становиться проницаемым при температуре выше пороговой. «Материал с высокой удерживающей способностью» представляет собой материал, способный поглощать и/или хранить жидкость (например, водную жидкость) и переносить жидкость (например, за счет капиллярного действия) к переносящему материалу. «Переносящий материал» - это материал, который активно переносит жидкость от одного конца материала к другому, например, за счет капиллярного действия, например, фитиля. Термин «барьерный» относится к свойству, которое делает слой непроницаемым для жидкости или предотвращает перенос жидкости. Термин «предотвращать» в настоящем документе обозначает по меньшей мере частичное прекращение или подавление и включает полное прекращение или подавление. Термин «обратимый» барьер означает, что барьерное свойство (например, непроницаемость для водных жидкостей) может быть утрачено и снова восстановлено в зависимости от условий окружающей среды (например, температуры).
Материал с высокой удерживающей способностью может иметь волокнистую или губчатую структуру. Предпочтительно, материал с высокой удерживающей способностью содержит полотно, лист или пучок волокон. Волокна могут быть в целом выровнены, чтобы переносить жидкость в одном направлении. В альтернативном варианте осуществления материал с высокой удерживающей способностью может содержать губкообразный или пенообразный материал. Материал с высокой удерживающей способностью может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примерами подходящих материалов являются: губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спекшихся порошков, волокнистый материал, например, выполненный из крученых или экструдированных волокон, керамика или стекло.
Когда картридж соединен с основным блоком устройства, генерирующего аэрозоль, по меньшей мере часть переносящего материала расположена достаточно близко к нагревательному элементу, чтобы жидкий субстрат, образующий аэрозоль, переносимый переносящим материалом, мог нагреваться нагревательным элементом с генерированием аэрозоля. Переносящий материал предпочтительно находится в контакте с нагревательным элементом. В альтернативном варианте осуществления между переносящим материалом и проницаемым для текучей среды нагревательным элементом может присутствовать промежуточный слой, способствующий обеспечению сообщения по текучей среде между переносящим материалом и нагревательным элементом. В другом альтернативном варианте осуществления, в котором картридж не содержит переносящий материал, нагревательный элемент может нагревать барьерный слой непосредственно или через материал с высокой удерживающей способностью.
Может быть использован любой подходящий нагревательный элемент. Предпочтительно, нагревательный элемент содержит проницаемый для текучей среды нагревательный элемент. Проницаемый для текучей среды нагревательный элемент может быть по существу плоским и может быть выполнен из электропроводящих нитей. Электропроводящие нити могут лежать по существу в одной плоскости. В других вариантах осуществления по существу плоский нагревательный элемент может быть изогнутым вдоль одного или более измерений, например, образуя коническую форму, куполообразную форму, арочную форму или мостовую форму.
В альтернативном варианте осуществления проницаемый для текучей среды нагревательный элемент может образовывать полую трубчатую или цилиндрическую форму. Полая трубчатая или цилиндрическая форма может быть выполнена из электропроводящих нитей. Полая трубчатая или цилиндрическая форма может быть образована любым подходящим способом, таким как, например, скручивание по существу плоского нагревательного элемента, содержащего электропроводящие нити. Электропроводящие нити могут образовывать боковую поверхность полой трубчатой или цилиндрической формы. Поперечное сечение полого трубчатого или цилиндрического нагревателя может быть круглым, овальным или многоугольным.
Нагревательный элемент может представлять собой внутренний нагревательный элемент (внутренний по отношению к картриджу) или внешний нагревательный элемент (в составе устройства, генерирующего аэрозоль, и внешний по отношению к картриджу). Нагревательный элемент может быть расположен смежно с барьерным слоем, смежно с переносящим материалом, смежно с материалом с высокой удерживающей способностью или смежно с частью для хранения жидкости, либо может иметь место комбинация перечисленного. Если нагревательный элемент представляет собой внешний нагревательный элемент, компоненты картриджа могут быть расположены с возможностью вмещения внешнего нагревательного элемента таким образом, что требуемый компонент расположен смежно с нагревательным элементом, когда картридж установлен в устройстве, генерирующем аэрозоль.
Нагревательный элемент может содержать резистивные нити. Термин «нить» относится к электрической дорожке, расположенной между двумя электрическими контактами. Нить может иметь поперечное сечение круглой, квадратной, плоской или любой другой формы и может иметь диаметр от 10 до 100 мкм. Нити могут быть расположены прямолинейным или криволинейным образом, и они могут разветвляться, расходиться и сходиться. Одна или более резистивных нитей могут образовывать катушку, сетку, решетку, тканое полотно или тому подобное. Приложение электрического тока к нагревательному элементу приводит к нагреванию за счет резистивной природы элемента. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления нагревательный элемент образует сетку, решетку или тканое полотно, расположенные в по существу плоской форме.
2
Предпочтительно, нагревательный элемент является проницаемым для текучей среды. Это может быть достигнуто путем расположения электрически проводящих нитей с образованием между нитями промежутков размером от 10 до 100 мкм. Указанные нити могут создавать капиллярное действие в указанных промежутках, так что в процессе использования жидкость, подлежащая испарению, втягивается в указанные промежутки, за счет чего увеличивается площадь контакта между нагревательным элементом и жидкостью. Электропроводящие нити могут образовывать сетку с размером сетки от 160 до 600 меш по стандарту США (+/- 10%) (т.е. от 63 до 236 нитей (+/- 10%) на см (т. е. от 160 до 600 нитей (+/- 10%) на дюйм)). Площадь проницаемого для текучей среды нагревательного элемента может быть небольшой, например, меньшей или равной 50 мм.
Сетка может быть выполнена с использованием разных типов плетеных или решетчатых структур или решетки из параллельных нитей. Нити могут быть получены по отдельности и сплетены вместе с образованием сетки, либо нити могут быть образованы путем травления листового материала, такого как фольга.
Нити нагревательного элемента могут быть выполнены из любого материала с подходящими электрическими свойствами. Подходящие материалы включают, без ограничения: полупроводники, такие как легированная керамика, электропроводящая керамика (например такая, как дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, сплавы металлов, композитные материалы, изготовленные из керамического материала и металлического материала, и их комбинации. Предпочтительно, нити изготовлены из проволоки. Более предпочтительно, проволока изготовлена из металла, наиболее предпочтительно из нержавеющей стали.
Системы согласно настоящему изобретению содержат картридж с материалом с высокой удерживающей способностью для удержания жидкого субстрата, образующего аэрозоль. В некоторых примерах материал с высокой удерживающей способностью расположен с возможностью переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к перемещающему материалу во время использования. В некоторых примерах картридж не содержит переносящий материал, и материал с высокой удерживающей способностью расположен с возможностью переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, непосредственно к нагревательному элементу или проходу для потока воздуха.
Материал с высокой удерживающей способностью может содержать капиллярный материал, имеющий волокнистую или пористую структуру, которая образует множество мелких каналов или микроканалов. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может перемещаться через капиллярный материал за счет капиллярного действия. Материал с высокой удерживающей способностью может содержать множество волокон, нитей или других трубок с тонкими каналами, которые образуют пучок капилляров. Волокна или нити могут быть в целом выровнены для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в направлении переносящего материала. В альтернативном варианте осуществления удерживающий материал может содержать губкообразный или пенообразный материал. Удерживающий материал может включать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примеры подходящих материалов включают губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики или графита в форме волокон или спеченных порошков, вспененные металлические или пластмассовые материалы, волоконные материалы (например, изготовленные из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетилцеллюлозные, сложнополиэфирные или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна, керамические волокна), а также их комбинации. В одном примере осуществления удерживающий материал включает полиэтилен высокой плотности (HDPE) или полиэтилентерефталат (PET). Материал с высокой удерживающей способностью может иметь более высокую капиллярность по сравнению с переносящим материалом, таким образом, что он удерживает больше жидкости на единицу объема, чем переносящий материал. Переносящий материал может иметь более высокую температуру термического разложения, чем материал с высокой удерживающей способностью.
Картридж также может содержать материал, выполненный с возможностью доставки субстрата, образующего аэрозоль, к нагревательному элементу. Материал для транспортировки может иметь форму диска. Такие диски могут быть удобно изготовлены путем выштамповки из листа материала. Однако может быть использована любая другая подходящая форма, такая как квадратная, прямоугольная, овальная, овоидная или другая криволинейная, многоугольная или неправильная форма. Толщина переносящего материала может быть меньше, чем длина, ширина или диаметр переносящего материала. Можно использовать любое подходящее отношение длины, ширины или диаметра к толщине. Отношение длины, ширины или диаметра переносящего материала к толщине переносящего материала может составлять более чем 3:1.
В альтернативном варианте осуществления переносящий материал может иметь форму полой трубки или цилиндра, соответствующую полому трубчатому или цилиндрическому нагревательному элементу. Полый трубчатый или цилиндрический переносящий материал может быть образован любым подходящим способом, например таким, как скручивание листа материала. Внутренний диаметр трубки или цилиндра из переносящего материала может быть больше, чем наружный диаметр полого трубчатого или цилиндрического нагревателя.
Переносящий материал может иметь первую поверхность, обращенную к материалу с высокой удерживающей способностью, и противоположную вторую поверхность, обращенную к нагревательному элементу. В предпочтительном варианте осуществления вторая поверхность переносящего материала находится в контакте с нагревателем. Если нагреватель имеет плоскую поверхность, вторая поверхность может быть плоской и может находиться в контакте с плоской поверхностью нагревателя. Если нагреватель имеет фасонную поверхность, вторая поверхность может иметь фасон, который соответствует фасонной поверхности нагревателя и находится в контакте с фасонной поверхностью нагревателя. Например, если нагреватель имеет выпуклую куполообразную поверхность, вторая поверхность перемещающего материала может соответствовать куполообразной форме. Эта форма может быть добавлена к перемещающему материалу или может представлять собой побочный результат изготовления перемещающего материала. Первая поверхность и вторая поверхность соответствуют наружной поверхности и внутренней поверхности полого цилиндрического перемещающего материала, соответственно. Нагревательный элемент в картридже, содержащем переносящий материал, либо в устройстве, выполненном с возможностью приема капсулы, содержащей переносящий материал, может также иметь остаточную выгнутую форму в результате некоторых процессов изготовления и, следовательно, поверхность перемещающего материала может соответствовать форме нагревательного элемента.
Переносящий материал может также содержать капиллярный материал. Капиллярный материал представляет собой материал, который переносит жидкость через материал за счет капиллярного действия. Переносящий материал может иметь волокнистую или пористую структуру. Переносящий материал предпочтительно содержит пучок капилляров. Например, капиллярный материал может содержать множество волокон или нитей или других трубок с узкими каналами. Переносящий материал может быть выполнен с возможностью переноса жидкости, главным образом, в направлении, проходящем перпендикулярно или по нормали к направлению толщины переносящего материала. Переносящий материал может предпочтительно содержать удлиненные волокна, так что капиллярное действие возникает в мелких пустотах или микроканалах между волокнами.
Переносящий материал может содержать теплостойкий материал, имеющий температуру термического разложения по меньшей мере 160°C или выше, например, приблизительно 250°C или выше. Переносящий материал может содержать волокна или нити из хлопка или обработанного хлопка, такого как ацетилированный хлопок. Могут также использоваться другие подходящие материалы, например, волоконные материалы на основе керамики или графита, изготовленные из крученых, вытянутых или экструдированных волокон, такие как стекловолокно, ацетилцеллюлоза или любой подходящий теплостойкий полимер. Каждое из волокон переносящего материала может иметь толщину от 10 до 40 мкм, более конкретно от 15 до 30 мкм. Переносящий материал может иметь любые подходящие капиллярность и пористость, позволяющие использовать его с жидкостями, имеющими разные физические свойства. Переносящий материал может переносить жидкий субстрат, образующий аэрозоль, за счет капиллярного действия. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может иметь физические свойства, включая вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температуру кипения, давление пара и т.п., которые подобраны таким образом, чтобы способствовать переносу жидкого субстрата, образующего аэрозоль, через переносящий материал за счет капиллярного действия.
Согласно аспектам настоящего изобретения картридж содержит барьерный слой в канале для потока жидкости. Согласно аспектам настоящего изобретения картридж содержит барьерный слой между жидким субстратом, образующим аэрозоль, и каналом потока воздуха.
Термин «слой» используется в данном документе для обозначения барьера, который представляет собой отдельный слой, пленку или покрытие, которые могут быть нанесены либо на материал с высокой удерживающей способностью, на переносящий материал или на оба материала, либо могут быть расположены между этими двумя материалами.
Барьерный слой может быть непроницаемым или по существу непроницаемым для водных жидкостей при температуре ниже пороговой и может становиться обратимо проницаемым для жидкостей при температуре, равной или выше пороговой. В некоторых вариантах осуществления барьерный слой является гидрофобным при температуре ниже пороговой. Барьерный слой может становиться обратимо проницаемым для жидкости (например, становиться гидрофильным или образовывать поры) температурозависимым образом. Например, материал барьерного слоя может быть выбран таким образом, чтобы барьерный слой становился проницаемым для жидкостей (например, водных жидкостей) при температуре, равной заданной пороговой температуре или более высокой. Барьерный слой может быть непроницаемым при температуре ниже пороговой и проницаемым при температуре выше пороговой. В некоторых вариантах осуществления барьерный слой содержит отверстия или поры, которые закрыты при температуре ниже пороговой и открыты при температуре выше пороговой. Согласно варианту осуществления барьерный слой может становиться проницаемым при температуре, равной пороговой или более высокой, и может снова становиться непроницаемым, если температура слоя опускается ниже пороговой температуры.
Проницаемость барьерного слоя может быть определена путем оценки проникновения жидкого субстрата, образующего аэрозоль (например, жидкости для электронных сигарет), через барьер. Два миллилитра жидкого субстрата, образующего аэрозоль (на основе VG/PG в различных соотношениях и на основе чистого PG (пропиленгликоля) и чистого VG (растительного глицерина)), помещают на верхнюю поверхность мембраны при температуре окружающей среды (от 0°С до 50°С) и относительной влажности от 25% до 90%. Контролируют количество жидкости, остающейся на верхней поверхности. Если скорость уменьшения количества жидкости на верхней поверхности мембраны находится в пределах 1 масс.% за 1 неделю, мембрана будет считаться непроницаемой.
Заданная пороговая температура может быть выбрана таким образом, что когда нагревательный элемент начинает нагревать переносящий материал и барьерный слой при активации системы, барьерный слой становится проницаемым, позволяя жидкости проходить от материала с высокой удерживающей способностью или части для хранения жидкости. Например, в некоторых вариантах осуществления нагревательный элемент нагревается до температуры приблизительно 200°С, и тепло переносится в барьерный слой (например, путем переноса в переносящий материал и через переносящий материал). Нагревательный элемент может нагревать переносящий материал до температуры приблизительно 200°С или до температуры по меньшей мере 150°С, по меньшей мере 175°С или по меньшей мере 200°С. Нагревательный элемент может нагревать переносящий материал до температуры 175°С, до температуры 200°С, до температуры 210°С, до температуры 220°С или до температуры 240°С. Нагревательный элемент может нагревать барьерный слой (либо непосредственно, либо опосредованно) до заданной пороговой температуры или выше. Заданная пороговая температура может составлять 60°С или выше, 70°С или выше, 80°С или выше, 90°С или выше или 100°С или выше. Заданная пороговая температура может составлять 200°С или ниже, 180°С или ниже, 150°С или ниже, 130°С или ниже, 120°С или ниже, 105°С или ниже либо 100°С или ниже. На предварительно определенную пороговую температуру можно влиять путем выбора материала, конструкции, размера и других свойств барьерного слоя.
Предпочтительно барьерный слой изготовлен из нетоксичных материалов, образует нетоксичные продукты разложения или изготовлен из нетоксичных материалов и образует нетоксичные продукты разложения. Материалы, которые одобрены для медицинских приложений или для пищевой упаковки, являются предпочтительными. Например, материалы, одобренные Федеральным управлением по лекарственным средствам (FDA) в США для медицинских применений (например, для доставки лекарственных средств, в качестве шовных материалов, адгезивных барьеров и т. д.), для упаковки пищевых продуктов или для медицинских применений и упаковки пищевых продуктов считаются пригодными для применения в барьерном слое.
Материал барьерного слоя может быть выбран таким образом, чтобы обладать требуемым свойством обратимого барьера. Например, барьерный слой может содержать материалы, которые образуют отверстия во время или после образования барьерного слоя. Указанные отверстия могут открываться и закрываться температурозависимым образом по различным механизмами, включая набухание, усадку, деформации цепей и т.д. Например, отверстия могут быть образованы термореактивным материалом, который содержит ковалентно поперечно-сшитый полимер с обратимыми свойствами (например, поперечно-сшитый гидрогель), который демонстрирует набухание при температуре ниже пороговой и сжимание при температуре выше пороговой. Поры или отверстия в барьерном слое могут иметь размер (например, диаметр) от приблизительно 0,01 мкм до приблизительно 0,1 мкм, или по меньшей мере 0,01 мкм, по меньшей мере 0,02 мкм или по меньшей мере 0,05 мкм либо до 0,2 мкм, до 0,5 мкм или до 1 мкм.
Одна группа подходящих материалов для барьерного слоя включает ковалентно сшитые полимеры с обратимыми свойствами, которые демонстрируют изменения во взаимодействиях полимер-полимер или растворитель-полимер (например, вода-полимер) из-за изменений температуры. Отверстия в таких материалах могут быть получены путем добавления полимеров с привитыми функциональными группами, блок-сополимеров или микросфер с материалом, образующим мембрану. Полимерные системы, которые демонстрируют обращенную U-образную кривую фазового перехода и верхнюю критическую температуру раствора (UCST) в подходящем для пороговой температуры диапазоне, считаются пригодными для использования в барьерном слое. UCST и, соответственно, пороговую температуру можно регулировать за счет выбора или числа функциональных групп (например, аминогрупп) и/или химической структуры полимерных цепей. Примеры подходящих полимерных систем включают сополимер аллилмочевины и аллиламина (PAU-Am) с аминогруппами (например, PAU и азидофенил-PAU или AP-PAU) и поли(пентафторфенилакрилат). Пороговые температуры этих полимеров с обратимыми свойствами могут находиться в диапазоне 40°С или выше, 50°С или выше либо 60°С или выше; или 100°С или ниже, 90°С или ниже, 80°С или ниже, 70°С или ниже либо 65°С или ниже.
Другая группа подходящих материалов, образующих отверстия, для барьерного слоя содержит адсорбированные или поверхностно-привитые цепи. Поверхностно-привитые цепи могут быть гидрофильными или гидрофобными в зависимости от температуры. В таких барьерных слоях отверстия на мембране барьерного слоя образуются посредством прививки функциональных мономеров («прививка от») либо функциональных полимеров или микросфер («прививка на») на активные сайты на мембране, так что привитые фрагменты образуют линейные полимеры или поперечно-сшитые полимеры в порах. Мономеры могут быть привиты посредством химической, радиационной, радиальной, УФ-индуцированной или индуцируемой плазмой прививки. Полимеры и/или микросферы могут быть химически связаны (например, ковалентно связаны) со слоем. Подходящие материалы, образующие мембраны, для барьерного слоя включают полипропилен (PP), полиэтилентерефталат (PET), полиэфирсульфон (PES), половолоконные мембраны и диблок-сополимерные мембраны полистирол-b-поли(4-винилпиридина) (PS-b-P4VP). Подходящие адсорбированные или поверхностно-привитые материалы (например, материалы, образующие отверстия) включают поли(N-изопропилакриламид) (PNIPAAm; пороговая температура в диапазоне 30-35°С); поли(2-этил-2-оксазолин) (PEOx; пороговая температура приблизительно 60°С); поли(2-этил-2-оксазин) (PEOZI; пороговая температура приблизительно 56°С); блок-сополимеры PEO-b-PPO (пороговая температура приблизительно 80°С); и природные термочувствительные полимеры (одобренные FDA для медицинских применений), такие как гидроксипропилметилцеллюлоза (HPMC; пороговая температура приблизительно 69°С). Пороговые температуры для барьерных слоев, полученных с применением этих материалов, образующих мембраны и отверстия, могут находиться в диапазоне 40°С или выше, 50°С или выше либо 60°С или выше; либо 100°С или ниже, 90°С или ниже, 80°С или ниже, 70°С или ниже либо 65°С или ниже. Пороговую температуру можно менять путем изменения количества и типа гидрофильных мономеров (например, путем уменьшения их количества для повышения пороговой температуры). Например, при сополимеризации NIPAAm (N-изопропилакриламида) с гидрофильными мономерами, такими как акриламид, пороговая температура повышается до приблизительно 45°С в случае включения в полимер 18% акриламида; в то время как при добавлении 40% гидрофобного N-третбутилакриламида (N-tBAAm) пороговая температура понижается до приблизительно 10°C.
В одном варианте реализации барьер выполнен из модифицированной мембраны, причем указанная мембрана содержит полипропилен (PP), полиэтилентерефталат (PET), полиэфирсульфон (PES), половолоконные мембраны и диблок-сополимерные мембраны полистирол-b-поли(4-винилпиридина) (PS-b-P4VP). В одном варианте осуществления мембрана модифицирована термореактивным материалом. Термореактивный материал может включать линейные полимерные цепи, поперечно-сшитые гидрогелевые сети, микросферы или их комбинации. Термореактивный материал может включать ковалентно поперечно-сшитый полимер с обратимыми свойствами, содержащий сополимер аллилмочевины и аллиламина (PAU-Am), поли(пентафторфенилакрилат) или их комбинацию. Термореактивный материал может содержать поли(N-изопропилакриламид) (PNIPAAm), поли(2-этил-2-оксазолин) (PEOx), поли(2-этил-2-оксазин) (PEOZI), блок-сополимеры PEO-b-PPO, гидроксипропилметилцеллюлозу (HPMC) или их комбинацию.
Комбинации материалов могут применяться для подбора пороговой температуры, подходящей для данного устройства.
Другие аспекты материала барьерного слоя, которые можно варьировать для достижения требуемой пороговой температуры, включают выбор и структуру мономера, молекулярную массу, кристалличность полимера, толщину барьерного слоя и т. д. Такие же признаки могут также использоваться для регулирования скорости изменения проницаемости барьерного слоя. Например, может быть желательно, чтобы при достижении пороговой температуры барьерный слой стал проницаемым менее чем за 2 с, менее чем 1 с или менее чем 0,5 с. Может быть желательно, чтобы барьерный слой становился проницаемым как можно быстрее при достижении пороговой температуры, и при этом отсутствует минимальное требование ко времени. Однако на практике барьерный слой может становиться проницаемым за 10 мс или более, за 50 мс или более либо за 100 мс или более. В некоторых вариантах осуществления барьерный слой становится проницаемым за по меньшей мере 10 мс, по меньшей мере 50 мс или по меньшей мере 100 мс и до 0,5 с, до 1 с, до 2 с или до 4 с.
Барьерный слой может иметь толщину приблизительно 10 мкм или более, приблизительно 20 мкм или более, приблизительно 50 мкм или более либо приблизительно 100 мкм или более. Барьерный слой может иметь толщину приблизительно 1000 мкм или менее, приблизительно 800 мкм или менее, приблизительно 500 мкм или менее либо приблизительно 300 мкм или менее.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления картридж, содержащий жидкий субстрат, образующий аэрозоль, в материале с высокой удерживающей способностью, переносящий материал и барьерный слой, разделяющий материал с высокой удерживающей способностью и переносящий материал, имеет срок хранения 4 месяца или более; 5 месяцев или более; 6 месяцев или более; 7 месяцев или более либо 8 месяцев или более. Картридж может иметь срок хранения до 24 месяцев, до 18 месяцев или до 12 месяцев. Термин «срок хранения» используется здесь для обозначения периода времени, в течение которого продукт (например, жидкий субстрат, образующий аэрозоль, и/или барьерный слой) не подвергается существенному разложению, не приходит в негодность или не становится неприемлемым для потребителя (например, не вытекает).
Картридж согласно настоящему изобретению может быть предварительно заряжен в устройство, генерирующее аэрозоль, или может вводиться в устройство пользователем. Когда картридж расположен в устройстве, генерирующем аэрозоль, переносящий материал функционально соединен с нагревательным элементом таким образом, что переносящий материал может нагреваться нагревательным элементом. Нагревание переносящего материала также нагревает барьерный слой и делает барьерный слой проницаемым для жидкостей (например, водной жидкости). В вариантах осуществления, в которых картридж не содержит переносящий материал, нагревательный элемент может непосредственно нагревать барьерный слой. Когда барьерный слой становится проницаемым для жидкостей, жидкий субстрат, образующий аэрозоль, из материала с высокой удерживающей способностью может доставляться (например, за счет капиллярного действия) в переносящий материал и нагреваться нагревательным элементом. Охлаждение барьерного слоя может снова сделать барьерный слой непроницаемым для жидкостей, например, водной жидкости).
Одно или более впускных отверстий для воздуха могут быть образованы в корпусе картриджа или основного блока, чтобы позволять воздуху всасываться в картридж, увлекая аэрозоль, образующийся в результате нагревания субстрата, образующего аэрозоль. Затем поток, содержащий аэрозоль, может быть направлен по проходу в картридже или по картриджу к мундштучному концу устройства.
Основной блок содержит корпус и блок питания, размещенный в корпусе. Основной блок может также содержать электронную схему, расположенную в корпусе и электрически соединенную с блоком питания. Основной блок может содержать контакты снаружи корпуса, пропущенные через корпус или эффективно образованные корпусом, так что контакты этой части электрически соединяются с контактами картриджа, когда основной блок соединен с картриджем. Контакты этой части электрически соединены с электронной схемой и блоком питания. Таким образом, если часть соединена с картриджем, нагревательный элемент может быть электрически соединен с блоком питания и схемой.
Предпочтительно, электронная схема выполнена с возможностью управления доставкой аэрозоля, получаемого в результате нагревания субстрата, пользователю. Электронная схема управления может быть предоставлена в любом подходящем виде и может содержать, например, контроллер или запоминающее устройство и контроллер. Контроллер может содержать одно или несколько из: машины состояний на основе специализированной интегральной схемы (ASIC), цифрового процессора сигналов, вентильной матрицы, микропроцессора или эквивалентной дискретной либо интегрированной логической схемы. Электронная схема управления может содержать запоминающее устройство, которое содержит команды, вызывающие выполнение одним или несколькими компонентами схемы функции или аспекта схемы управления. Функции, свойственные схеме управления, в этом изобретении могут быть осуществлены в виде одного или более из следующего: программное обеспечение, прошивка и аппаратное обеспечение.
Электронная схема может быть выполнена с возможностью контроля электрического сопротивления элемента нагревателя или одной или более нитей нагревательного элемента и с возможностью управления подачей питания на нагревательный элемент в зависимости от электрического сопротивления нагревательного элемента или одной или более нитей. Электронные схемы могут содержать микропроцессор, который может представлять собой программируемый микропроцессор. Электронная схема управления может быть выполнена с возможностью регулирования подачи мощности. Мощность может подаваться на нагреватель в сборе в виде импульсов электрического тока.
Часть, которая содержит блок питания, может содержать переключатель для активации системы. Например, часть может содержать кнопку, которая может быть нажата для активации или необязательной деактивации системы. В альтернативном варианте осуществления система может содержать датчик, выполненный с возможностью активации системы, когда датчик обнаруживает поток воздуха, создаваемый пользователем, втягивающим воздух через мундштук.
Источник питания обычно представляет собой батарею, но может включать другую форму устройства накопления заряда, такую как конденсатор. Источник питания может быть перезаряжаемым.
Корпус основного блока предпочтительно является жестким корпусом. Для образования жесткого корпуса может быть использован любой подходящий материал или комбинация материалов. Примеры подходящих материалов включают: металлы, сплавы, пластмассы или композитные материалы, содержащие один или несколько таких материалов, или термопластичные материалы, подходящие для применения в пищевой или фармацевтической промышленности, например, полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK), акрилонитрил-бутадиен-стирол и полиэтилен.
Система, генерирующая аэрозоль, согласно настоящему изобретению может содержать крышку, выполненную с возможностью размещения поверх по меньшей мере системы подачи жидкости. Например, крышка содержит отверстие дальнего конца, которое выполнено с возможностью приема картриджа. Крышка также может проходить поверх по меньшей мере части испарительного блока, если система содержит отдельный испарительный блок, и также может проходить поверх по меньшей мере части основного блока. Крышка может быть выполнена с возможностью разъемного закрепления в некотором положении относительно по меньшей мере картриджа. Крышка может быть соединена с картриджем или основным блоком любым подходящим образом, таким как резьбовое соединение, соединение на защелках, соединение посадкой с натягом, магнитное соединение или тому подобное.
Крышка или корпус картриджа могут образовывать мундштук, который определяет мундштучный конец системы, генерирующей аэрозоль. Предпочтительно, мундштук является в целом цилиндрическим и может сужаться вовнутрь в сторону мундштучного конца. Мундштук может определять отверстие мундштучного конца для обеспечения возможности выхода аэрозоля, полученного в результате нагревания субстрата, образующего аэрозоль, из устройства.
Термины «дальний», «выше по потоку», «ближний» и «ниже по потоку» используются для описания относительных положений компонентов или частей компонентов генерирующей аэрозоль системы. Системы, генерирующие аэрозоль, согласно настоящему изобретению могут иметь ближний конец, так что при использовании аэрозоль выходит из ближнего конца системы для доставки пользователю. Ближний конец изделия, генерирующего аэрозоль, также может называться мундштучным концом. При применении пользователь осуществляет затяжку через ближний конец системы, генерирующей аэрозоль, для вдыхания аэрозоля, генерируемого системой, генерирующей аэрозоль. Термины «расположенный выше по потоку» и «расположенный ниже по потоку» относятся к направлению движения аэрозоля через систему, генерирующую аэрозоль, когда пользователь осуществляет затяжку на ближнем конце. Крышка или корпус и картридж совместно образуют один или более каналов между ними, через которые может протекать воздух.
Крышка включает удлиненный корпус, который предпочтительно является жестким. Корпус может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примеры подходящих материалов включают: металлы, сплавы, пластмассы или композитные материалы, содержащие один или несколько таких материалов, или термопластичные материалы, подходящие для применения в пищевой или фармацевтической промышленности, например, полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэтилен.
Система, генерирующая аэрозоль, согласно настоящему изобретению, когда все ее части соединены, может иметь любой подходящий размер. Например, система может иметь длину от приблизительно 50 мм до приблизительно 200 мм. Предпочтительно система имеет длину от приблизительно 100 мм до приблизительно 190 мм. Более предпочтительно система имеет длину от приблизительно 140 мм до приблизительно 170 мм.
Все научные и технические термины, используемые в данном документе, имеют значения, обычно используемые в данной области техники, если не указано иное. Приведенные в данном документе определения предназначены для облегчения понимания некоторых терминов, часто используемых в данном документе.
Используемые в данном документе формы единственного числа включают варианты осуществления со ссылками на множественное число, если из содержания явно не следует иное.
Термин «или» в целом применяется для обозначения одного или всех из перечисленных элементов или комбинации любых двух или более из перечисленных элементов.
Используемые в настоящем документе выражения «иметь», «имеющий», «включать», «включающий», «содержать», «содержащий» или им подобные используются в своем широком смысле и в целом означают «включающий без ограничения». Должно быть понятно, что выражения «состоящий по существу из», «состоящий из» и т. п. относятся к категории «содержащий» и т. п.
Слова «предпочтительный» и «предпочтительно» относятся к вариантам осуществления настоящего изобретения, которые могут обеспечить определенные преимущества при определенных обстоятельствах. Тем не менее, другие варианты осуществления также могут быть предпочтительными при тех же или других условиях. Кроме того, описание одного или более предпочтительных вариантов осуществления не означает, что другие варианты осуществления не являются полезными, и не предназначено для исключения других вариантов осуществления из объема настоящего изобретения, в том числе формулы изобретения.
Термин «по существу», используемый в данном документе, имеет такое же значение, как и термин «в значительной степени», и может пониматься в значении, модифицирующем следующий за ним термин до по меньшей мере приблизительно 90%, по меньшей мере приблизительно 95% или по меньшей мере приблизительно 98%. Термин «по существу не», используемый в данном документе, имеет такое же значение, как и «в незначительной степени», и может пониматься в значении, обратном по отношению к «по существу», т. е. модифицирующем следующий за ним термин до не более чем 10%, не более чем 5% или не более чем 2%.
Далее рассмотрим графические материалы, которые иллюстрируют один или более аспектов, описанных в настоящем изобретении. Тем не менее, должно быть понятно, что и другие аспекты, не изображенные на чертежах, находятся в рамках объема и сущности настоящего изобретения. Схожие номера позиций обозначают на фигурах сходные компоненты, этапы и т. п. Однако следует понимать, что использование номера позиции для обозначения компонента на определенной фигуре не предназначено для ограничения компонента на другой фигуре, отмеченного тем же самым номером позиции. В дополнение, использование разных номеров позиций для обозначения компонентов на разных фигурах не предназначено для указания того, что компоненты с разными номерами позиций не могут быть одинаковыми или схожими с компонентами, пронумерованными иным образом.
ФИГ. 1 представляет собой схематическое изображение одного из примеров систем, генерирующей аэрозоль.
ФИГ. 2 представляет собой схематическое изображение системы подачи жидкости согласно одному из вариантов осуществления.
ФИГ. 3 представляет собой схематическое изображение другого примера системы, генерирующей аэрозоль.
ФИГ. 4 представляет собой схематическое изображение части системы подачи жидкости согласно одному из вариантов осуществления.
Схематические графические материалы не обязательно выполнены в масштабе и представлены для целей иллюстрации, а не для ограничения.
На ФИГ. 1 система 1, генерирующая аэрозоль, содержит два основных компонента: картридж 100 и основной блок 300. Картридж 100 проходит от мундштучного конца 101 к соединительному концу 115. Картридж 100 разъемно присоединен к соответствующему соединительному концу 315 основного блока 300. Основной блок 300 содержит корпус 305, в котором расположены батарея 310, схема управления 320 и любые связанные электронные схемы (например, электрические проводники и контакты, проходящие через корпус). Система 1, генерирующая аэрозоль, может быть портативной и может иметь размер, сравнимый с традиционным курительным изделием, таким как сигара или сигарета.
Картридж 100 содержит корпус 105, содержащий нагреватель в сборе 120 и отделение 103 для хранения жидкости, имеющее первую часть 130 и вторую часть 135. В отделении для хранения жидкости удерживается жидкий субстрат 131, образующий аэрозоль. Первая часть 130 отделения 103 для хранения жидкости соединена по текучей среде со второй частью 135 отделения 103 для хранения жидкости, так что обеспечена возможность прохождения жидкости из первой части 130 во вторую часть 135 (см. ФИГ. 2). Вторая часть 135 содержит материал 136 с высокой удерживающей способностью, барьерный слой 125 и переносящий материал 124. Нагреватель в сборе 120 контактирует со второй частью 135 через переносящий материал 124. В данном варианте осуществления нагреватель в сборе 120 содержит проницаемый для жидкости нагревательный элемент.
Проход 140, 145 для потока воздуха проходит через картридж 100 от впускного отверстия 150, выполненного на стороне корпуса105, через нагреватель в сборе 120 и от нагревателя в сборе 120 к мундштучному отверстию 110, выполненному на мундштучном конце 101 корпуса 105. Мундштук расположен на мундштучном конце 101 картриджа 100, противоположном соединительному концу 115.
В приведенном в качестве примера варианте осуществления компоненты картриджа 100 расположены таким образом, что первая часть 130 отделения 103 для хранения жидкости расположена между нагревателем в сборе 120 и мундштучным концом 101, а вторая часть 135 отделения для хранения жидкости 103 расположена с противоположной стороны нагревателя в сборе 120 смежно с соединительным концом 115. Иначе говоря, нагреватель в сборе 120 находится между двумя частями 130, 135 отделения 103 для хранения жидкости и выполнен с возможностью приема жидкости из второй части135 после того, как барьерный слой 125 становится проницаемым. Проход 140, 145 для потока воздуха проходит мимо нагревателя в сборе 120 и между первой частью 130 и второй частью 135 отделения 103 для хранения жидкости.
Система выполнена таким образом, что пользователь имеет возможность делать затяжки или всасывание на мундштучном отверстии 110 картриджа для втягивания аэрозоля из устройства. При активации системы 1 схема 320 управления управляет подачей электрической мощности от батареи 310 на картридж 100.Схема 320 управления может содержать датчик потока воздуха (не показан), может подавать электрическую мощность на нагреватель в сборе 120, когда пользователь осуществляет затяжку на картридже 100, что обнаруживается датчиком потока воздуха. В альтернативном варианте осуществления система 1 может быть активирована путем нажатия на кнопку. При активации системы 1 нагреватель в сборе 120 активируется, нагревая, таким образом, переносящий материал 124 и барьерный слой 125. После того, как барьерный слой 125 достигает заданной пороговой температуры, барьерный слой 125 становится проницаемым для жидкости (например, в барьерном слое открываются отверстия), обеспечивая возможность перехода жидкого субстрата 131, образующего аэрозоль, из материала с высокой удерживающей способностью 136 на переносящий материал 124. Нагреватель в сборе 120 нагревает жидкий субстрат 131, образующий аэрозоль, и генерирует пар, который увлекается потоком воздуха, проходящим через проход 140 для потока воздуха. Пар охлаждается в проходе 145 для потока воздуха с образованием аэрозоля, который затем пользователь втягивает в рот через мундштучное отверстие 110.
ФИГ. 2 представляет собой схематический вид в поперечном сечении примера картриджа 100 согласно одному из вариантов осуществления. Картридж 100 имеет внешний корпус 105, проходящий от мундштучного конца 101 к соединительному концу 115, противоположному мундштучному концу 101.Указанный внешний корпус 105 содержит мундштук 102, определяющий мундштучное отверстие 110. Внутри корпуса 105 расположено отделение 103 для хранения жидкости, удерживающее жидкий субстрат 131, образующий аэрозоль. Отделение 103 для хранения жидкости имеет первую часть 130 и вторую часть 135. Отделение 103 для хранения жидкости может быть дополнительно ограничено верхним корпусом 137 отделения для хранения, держателем 134 нагревателя и концевым колпачком 138. Нагреватель 120 в сборе, содержащий проницаемый для текучей среды нагревательный элемент 122, удерживается в держателе 134 нагревателя. Удерживающий материал 136 и переносящий материал 124, разделенные барьерным слоем 125, предусмотрены во второй части 135 отделения 103 для хранения жидкости, так что переносящий материал 124 примыкает к нагревателю 120 в сборе. Удерживающий материал 136 расположен с возможностью переноса жидкости к переносящему материалу 124 при нагревании барьерного слоя 125 до его пороговой температуры.
Жидкость в первой части 130 отделения 103 для хранения жидкости может перемещаться во вторую часть 135 отделения 103 для хранения жидкости через жидкостные каналы 133 по обе стороны от нагревателя 120 в сборе. В данном примере показаны два канала для обеспечения симметричной конструкции, хотя необходимым является лишь один канал. Каналы 133 представляют собой закрытые тракты для потока жидкости, образованные между верхним корпусом 137 отделения для хранения и держателем 134 нагревателя.
Проницаемый для текучей среды нагревательный элемент 122 является в целом плоским и расположен смежно с переносящим материалом 124, между переносящим материалом 124 и каналом 140 для потока воздуха. Первая поверхность переносящего материала 124 обращена к барьерному слою 125, а вторая поверхность, противоположная первой поверхности, находится в контакте с проницаемым для текучей среды нагревательным элементом 122. Первая поверхность переносящего материала 124 может входить в сообщение по текучей среде с материалом 136 с высокой удерживающей способностью, когда барьерный слой 125 достигает своей пороговой температуры и становится проницаемым для жидкости (например, в барьерном слое открываются отверстия).
Проницаемый для текучей среды нагревательный элемент 122 может образовывать нижнюю стенку канала 140 для потока воздуха. Держатель 134 нагревателя и поверхность верхнего корпуса 137 отделения для хранения могут образовывать боковые и верхние стенки канала 140 для потока воздуха, соответственно. Канал 145 для потока воздуха проходит через первую часть 130 отделения для хранения жидкости в направлении мундштучного отверстия 110.
Следует понимать, что компоновка, представленная на ФИГ. 2, является лишь одним, неограничивающим, примером картриджа для системы, генерирующей аэрозоль. Возможны и другие компоновки. Например, проницаемый для текучей среды нагревательный элемент, переносящий материал и удерживающий материал могут быть расположены в иной последовательности, не выходя за пределы аспектов настоящего изобретения.
На ФИГ. 3 показана альтернативная компоновка системы 2, генерирующей аэрозоль, которая содержит трубчатый или цилиндрический нагреватель в сборе 220 и отделение 203 для хранения жидкости. Аналогично системе, показанной в ФИГ. 1, система 2, генерирующая аэрозоль, содержит два основных компонента: картридж 200 и основной блок 300. Картридж 200 проходит от мундштучного конца 201 к соединительному концу 215. Картридж 200 разъемно присоединен к соответствующему соединительному концу 315 основного блока 300. Основной блок 300 является таким, как показано на ФИГ. 1. Система 2, генерирующая аэрозоль, может быть портативной и может иметь размер, сравнимый с традиционным курительным изделием, таким как сигара или сигарета.
Картридж 200 содержит корпус 205, содержащий нагреватель 220 в сборе и отделение 203 для хранения жидкости. Нагреватель 220 в сборе содержит проницаемый для текучей среды нагревательный элемент 222. В примере, показанном на ФИГ. 3, нагревательный элемент 222 и отделение 203 для хранения жидкости являются цилиндрическими и коаксиальными, так что отделение 203 для хранения жидкости по меньшей мере частично окружает нагревательный элемент 222. В отделении 203 для хранения жидкости удерживается жидкий субстрат 131, образующий аэрозоль.
Картридж 200 дополнительно включает материал 236 с высокой удерживающей способностью, барьерный слой 225 и переносящий материал 224. В примере показано, что материал 236 с высокой удерживающей способностью расположен смежно с отделением 203 для хранения жидкости, и барьерный слой 225 расположен смежно с материалом 236 с высокой удерживающей способностью и между материалом 236 с высокой удерживающей способностью и переносящим материалом 224. Каждый из показанных элементов может быть цилиндрическим или трубчатым. Каждый из элементов может быть коаксиальным относительно других.
Нагревательный элемент 222 выполнен с возможностью приема жидкости из отделения 203 для хранения жидкости и материала 236 с высокой удерживающей способностью через переносящий материал 224 после того, как барьерный слой 225 становится проницаемым.
В альтернативном варианте осуществления картридж может быть изготовлен без отделения 203 для хранения жидкости, в этом случае жидкий субстрат 131, образующий аэрозоль, может храниться в материале 236 с высокой удерживающей способностью. В вариантах осуществления, которые не содержат отделение 203 для хранения жидкости, количество жидкого субстрата 131, образующего аэрозоль, и, следовательно, количество затяжек, доступных на устройстве, может быть меньше, чем на устройствах, которые содержат отделение 203 для хранения жидкости.
В альтернативном варианте осуществления картридж также может быть выполнен без переносящего материала 224; в этом случае барьерный слой 225 может быть расположен смежно с (например, в контакте с) нагревательным элементом 222 или в непосредственной близости от него.
В некоторых вариантах осуществления картридж выполнен без отделения 203 для хранения жидкости и переносящего материала 224.
Нагревательный элемент 222 имеет полость в центре для облегчения потока воздуха. Канал 240, 245 для потока воздуха проходит через картридж 200 от впускного отверстия 250 для воздуха, образованного на стороне корпуса 205, через центральную полость нагревательного элемента 222 и мундштучное отверстие210, образованное на мундштучном конце 201 корпуса 205. Мундштук может быть расположен на мундштучном конце 201 картриджа 200, противоположном соединительному концу 215.
Система 2 выполнена с возможностью применения аналогичным образом, как описано для системы 1 согласно ФИГ. 1 и 2.
ФИГ. 4 представляет собой схематическое изображение блока 30 хранения жидкости согласно аспектам настоящего изобретения. Блок 30 хранения жидкости может быть размещен, например, внутри картриджа 100, 200, который может быть соединен с основным блоком 300 системы 1, 2, генерирующей аэрозоль, такой как показана на ФИГ. 1 и 3.
Как показано на ФИГ. 4, система 30 подачи жидкости содержит материал 136 с высокой удерживающей способностью, содержащий жидкий субстрат 131, образующий аэрозоль, и переносящий материал 124, размещенный с возможностью вхождения в контакт с нагревателем 120 в сборе системы 1, генерирующей аэрозоль. Материал 136 с высокой удерживающей способностью покрыт по меньшей мере с одной стороны барьерным слоем 125, который при температуре ниже пороговой температуры является непроницаемым для жидкого субстрата 131, образующего аэрозоль и не дает жидкому субстрату 131, образующему аэрозоль, достичь переносящего материала 124 (этап a). Однако при приложении тепла к барьерному слою 125 (этап b), в результате которого его температура становится выше заданной пороговой температуры (например, до температуры 60°С или выше), структура барьерного слоя 125 изменяется, что приводит к открытию отверстий в слое и позволяет жидкости проходить от материала 136 с высокой удерживающей способностью к переносящему материалу 124 (этап с).
Различные модификации и варианты настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники без выхода за рамки объема и сущности настоящего изобретения. Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано применительно к конкретным предпочтительным вариантам осуществления, следует понимать, что заявленное изобретение не должно неправомерно ограничиваться такими конкретными вариантами осуществления. Безусловно, различные модификации описанных вариантов осуществления настоящего изобретения, которые очевидны специалистам в областях механики, электротехники и производства изделий, генерирующих аэрозоль, или в смежных областях, предназначены для включения в объем представленной ниже формулы изобретения.