УЗЕЛ ВЫРАБОТКИ АЭРОЗОЛЯ
AEROSOL GENERATION UNIT

Область техники
Изобретение относится к узлу выработки аэрозоля и к устройству для подачи аэрозоля с таким узлом. Изобретение также относится к способу испарения жидкости в устройстве для подачи аэрозоля.
Уровень техники
Известно использование нагревателя для испарения жидкого материала в устройстве для подачи аэрозоля с целью последующего его вдыхания пользователем. Такие устройства содержат один нагревательный элемент или нагревательный узел, состоящий из нескольких нагревательных элементов, которые приводятся в действие одновременно. Однако использование таких нагревательных элементов имеет следующие недостатки.
Жидкий материал, предназначенный для использования в устройстве для подачи аэрозоля, содержащем нагревательный элемент, обычно содержит несколько компонентов различной летучести. В результате, когда нагревательный элемент (элементы) приводится в действие, более летучие компоненты испаряются раньше менее летучих компонентов. Это приводит к несинхронному высвобождению компонентов из устройства для подачи аэрозоля и отложения более летучих компонентов в этом устройстве, в полости рта или в горле пользователя.
Например, в устройстве для подачи аэрозоля, которое является альтернативой курительному изделию, используется раствор, обычно содержащий воду, температура кипения которой составляет около 100°С; никотин, температура кипения которого равна 247°С; и глицерин, температура кипения которого составляет 290°С. При контакте с приведенным в действие нагревательным элементом вода, как наиболее летучее вещество, испаряется первой, после чего испаряется никотин, а затем глицерин. В зависимости от состава жидкого материала вместе с водой может испаряться по меньшей мере часть, большая часть или весь никотин. Несинхронное высвобождение веществ на ранней стадии вдыхания ведет к относительно высокой концентрации никотина в газовой фазе или фазе сконденсированных частиц выработанного аэрозоля, однако большая часть этого никотина никогда не достигает легких пользователя и вместо этого осаждается в устройстве для подачи аэрозоля, в полости рта или в горле пользователя в результате отделения от глицерина.
Раскрытие изобретения
Согласно настоящему изобретению вырабатывающий аэрозоль компонент для испарения жидкости в устройстве для подачи аэрозоля содержит первый вырабатывающий аэрозоль элемент, выполненный с возможностью нагрева до первой рабочей температуры, а затем до второй более высокой рабочей температуры, и второй вырабатывающий аэрозоль элемент, выполненный с возможностью нагрева по меньшей мере до первой рабочей температуры при достижении первым вырабатывающим аэрозоль элементом второй более высокой рабочей температуры, так что жидкости, испаряющиеся на двух вырабатывающих аэрозоль элементах, смешиваются друг с другом.
Первый образующий аэрозоль элемент может достигать второй рабочей температуры по существу в то же самое время, когда второй вырабатывающий аэрозоль элемент достигает первой рабочей температуры, так что жидкости, испарившиеся на двух вырабатывающих аэрозоль элементах, смешиваются друг с другом.
Вырабатывающие аэрозоль компоненты могут быть выполнены с разными скоростями нагрева, так что при одновременном приведении в действие первый вырабатывающий аэрозоль элемент достигает второй рабочей температуры по существу в то же самое время, когда второй вырабатывающий аэрозоль элемент достигает первой рабочей температуры.
В другом варианте выполнения первый вырабатывающий аэрозоль элемент приводится в действие перед приведением в действие второго вырабатывающего аэрозоль элемента, так что первый образующий аэрозоль элемент достигает второй рабочей температуры по существу в то же самое время, когда второй вырабатывающий аэрозоль элемент достигает первой рабочей температуры.
В еще одном варианте выполнения первый вырабатывающий аэрозоль элемент расположен по потоку воздуха, проходящего через устройство для подачи аэрозоля во время его использования, выше второго вырабатывающего аэрозоль элемента.
В альтернативном варианте выполнения первый и второй вырабатывающие аэрозоль элементы расположены рядом друг с другом в направлении, поперечном к потоку воздуха, проходящего через узел выработки аэрозоля во время использования.
Вырабатывающий аэрозоль компонент также может содержать жидкость для испарения, которая содержит одно или несколько аэрозолеобразующих средств и одну или несколько низкокипящих фракций.
Жидкость может содержать никотин и/или одну или несколько летучих кислот.
В варианте выполнения аэрозолеобразующие средства испаряются на первом вырабатывающем аэрозоль элементе, когда он достигает второй рабочей температуры, а одна или несколько низкокипящих фракций испаряются на втором вырабатывающем аэрозоль элементе, когда он достигает первой рабочей температуры, так что одна или несколько низкокипящих фракций осаждаются на аэрозолеобразующих средствах.
Другим объектом изобретения является устройство для подачи аэрозоля, содержащее описанный выше узел выработки аэрозоля.
Устройство для подачи аэрозоля может содержать корпус, имеющий впуск и выпуск воздуха; аэрозольную камеру, сообщающуюся с впуском и выпуском воздуха; и источник энергии, с которым электрически соединены вырабатывающие аэрозоль элементы и контроллер для управления приведением в действие вырабатывающих аэрозоль элементов.
Еще одним объектом изобретения является способ испарения жидкости в устройстве для подачи аэрозоля, содержащем первый и второй вырабатывающие аэрозоль элементы. При этом способ включает этапы, на которых: нагревают первый вырабатывающий аэрозоль элемент до первой рабочей температуры, а затем - до второй более высокой рабочей температуры; нагревают второй вырабатывающий аэрозоль элемент по меньшей мере до первой рабочей температуры, когда первый вырабатывающий аэрозоль элемент достигает второй более высокой рабочей температуры, так что жидкости, испарившиеся на вырабатывающих аэрозоль элементах, смешиваются друг с другом.
Способ также может включать этап нагрева первого образующего аэрозоль элемента до первой рабочей температуры и затем до второй более высокой рабочей температуры и нагрева второго образующего аэрозоль элемента так, чтобы он достигал первой рабочей температуры по существу в то же самое время, когда первый образующий аэрозоль элемент достигает второй рабочей температуры.
Вырабатывающие аэрозоль элементы могут одновременно приводиться в действие и иметь разные скорости нагрева, так что первый вырабатывающий аэрозоль элемент достигает второй рабочей температуры по существу в то же самое время, когда второй вырабатывающий аэрозоль элемент достигает первой рабочей температуры.
В другом варианте первый вырабатывающий аэрозоль элемент приводится в действие перед приведением в действие второго вырабатывающего аэрозоль элемента, так что первый вырабатывающий аэрозоль элемент достигает второй рабочей температуры по существу в то же самое время, когда второй вырабатывающий аэрозоль элемент достигает первой рабочей температуры.
Варианты осуществления изобретения, приведенные лишь в качестве примеров, будут описаны далее со ссылками на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1А показано устройство для подачи аэрозоля в соответствии с изобретением, вид спереди;
на фиг. 1В - то же, вид сбоку;
на фиг. 1С - то же, вид сверху;
на фиг. 2 - узел выработки аэрозоля, вид сбоку в разрезе;
на фиг. 3 - то же, вид в поперечном разрезе;
на фиг. 4 - узел выработки аэрозоля частично без корпуса, вид спереди.
Осуществление изобретения
Термин «аэрозолеобразующее средство» в дальнейшем описании означает вещество, которое быстро образует аэрозоль или переходит в него по достижении температуры испарения.
Термин «капиллярная структура» в дальнейшем описании означает любую структуру, через которую жидкость может перемещаться в результате капиллярного эффекта.
Термин «выше по потоку» в дальнейшем описании относится к потоку воздуха и аэрозоля, проходящему во время использования через устройство для подачи аэрозоля.
Термин «приведенный в действие» в дальнейшем описании относится к вырабатывающему аэрозоль элементу и означает включение подачи электрического тока на вырабатывающий аэрозоль элемент для его нагрева до рабочей температуры.
Термин «рабочая температура» в дальнейшем описании означает температуру, при которой по меньшей мере один из компонентов жидкого материала испаряется при контакте с приведенным в действие вырабатывающим аэрозоль элементом или при нахождении в непосредственной близости к этому элементу.
Термин «последовательно» в дальнейшем описании относится к подаче электроэнергии от накопителя энергии к вырабатывающим аэрозоль элементам таким образом, чтобы первый вырабатывающий аэрозоль элемент (т.е. элемент, расположенный наиболее высоко по потоку воздуха, проходящего через устройство для подачи аэрозоля во время использования) приводился в действие первым; затем приводился в действие второй вырабатывающий аэрозоль элемент, расположенный по потоку ниже первого элемента; а затем приводился в действие третий вырабатывающий аэрозоль элемент, расположенный по потоку ниже второго элемента, и т.д.
Термин «устройство для подачи аэрозоля» в контексте настоящего описания относится к устройству, способному вырабатывать аэрозоль и подавать его пользователю.
Термин «капиллярный зазор» в дальнейшем описании означает любой зазор, который приводит к перемещению жидкости за счет капиллярного действия граничных стенок зазора.
3
На фиг. 1А-1С показано в различных видах устройство 1 для подачи аэрозоля в соответствии с изобретением. Размеры и форма этого устройства могут быть выбраны так, чтобы пользователю было легко и удобно обращаться с ним, например, объем устройства 1 может составлять приблизительно 10-50 см.
Устройство 1 может иметь любой дизайн, пригодный для образования и подачи испаряющегося жидкого материала.
Как показано на фиг. 1А-1С, устройство 1 для подачи аэрозоля содержит узел 2 выработки аэрозоля с мундштуком 3, блок 4 накопителя энергии, имеющий источник энергии и контроллер (не показан), соединенный с электрической схемой (не показана). Узел 2 выработки аэрозоля, подробно показанный на фиг. 2, выполнен с возможностью разъемного соединения с блоком 4 накопителя энергии посредством защелкивающегося крючка 2а, зацепляющегося за соответствующий выступ на блоке накопителя энергии (не показан). Однако для такого соединения могут использоваться любые другие средства, например, защелкивающийся соединитель, содержащий один или несколько защелкивающихся крючков и соответствующих фиксирующих выступов, или пазовое крепление.
Источник энергии в блоке 4 источника энергии может быть цилиндрическим литий-ионным аккумулятором типоразмера 18650 с емкостью 1650 мА⋅ч и токовой нагрузкой до 30 А. Можно использовать любой источник энергии, например, одну или несколько батарей, пригодных для приведения в действие вырабатывающих аэрозоль элементов, расположенных в узле 2 и осуществляющих испарение жидкого материала. Кроме того, в устройствах для подачи аэрозоля меньшего размера могут использоваться плоские литий-полимерные аккумуляторы.
Контроллер в блоке 4 накопителя энергии управляет протеканием электрического тока от источника энергии к узлу 2, что будет описано ниже.
3
Как показано на фиг. 2, узел 2 устройства для подачи аэрозоля содержит корпус 5, пространство внутри которого разделено перегородкой 6 на аэрозольную камеру 7 и резервуар 8 для жидкости. Резервуар 8 для жидкости содержит жидкий материал 8а и воздушную подушку 9. Показанный на фиг. 2 резервуар 8 имеет емкость около 4 см, а количество жидкости для зарядки составляет приблизительно 3,6 мл. Однако следует принять во внимание, что настоящее изобретение не ограничено этими параметрами.
Жидкий материал может содержать один или несколько стимуляторов, таких как никотин, или одно или несколько терапевтических средств. Стимулятор или терапевтическое средство может быть включено в состав жидкого материала в количестве 0,1-5%; 0,5-2%; 0,5-5%; 0,8-3% или 1-2% масс.
Жидкий материал может дополнительно содержать одно или несколько аэрозолеобразующих средств, таких как многоатомные спирты, глицерин, пропиленгликоль, триэтиленгликоль, триэтилцитрат или углеводороды с высокой температурой кипения. Аэрозолеобразующие средства могут быть включены в состав жидкого материала в количестве 5-95%; 5-15%; 6-12%; 8-10% или приблизительно 10% масс.
Жидкий материал может дополнительно содержать одну или несколько низкокипящих фракций, таких как вода или этанол. Такие фракции могут уменьшить вязкость жидкого материала и могут содержать 5-95% или больше 50%, 60%, 70%, 80%, 82% или 84% масс. жидкого материала в целом.
Жидкий материал может содержать один или несколько дополнительных компонентов, таких как молочная кислота, янтарная кислота, левулиновая кислота, бензойная кислота, фенилуксусная кислота, уксусная кислота, муравьиная кислота. Когда жидкий материал содержит никотин, такая кислота может добавляться для протонирования никотина.
Жидкий материал также может содержать один или несколько ароматизаторов. В данном контексте термины «вкусовое вещество» и «ароматизатор» относятся к материалам, которые могут использоваться для создания желаемого вкуса и аромата в изделии для взрослых потребителей, если это разрешают государственные нормативные правовые акты. Вкусовое вещество или ароматизатор могут быть ментолом, цитрусом, ванилином, анисом, транс-анетолом, бензальдегидом или ацетальдегидом.
Как показано на фиг. 2, впускной канал, образованный трубкой 10, сообщается с аэрозольной камерой 7 через патрубок 20. Другая сторона аэрозольной камеры 7 сообщается с выпускным отверстием 3а, образованным в мундштуке 3. Впускной канал в идеальном случае расположен с противоположного конца устройства 1 по отношению к мундштуку 3, поскольку это препятствует поступлению дождевой воды во время использования. Впускной канал может содержать ограничитель 10а потока, такой как волоконный композиционный материал (например, предлагаемый компанией Filtrona Fibetrec GmbH), схожий с материалом, используемым в фильтре сигареты, который создает у пользователя ощущение, похожее на ощущение затягивания сигаретой при вдыхании через устройство.
В аэрозольной камере 7 расположен узел выработки аэрозоля. Это узел содержит по меньшей мере два вырабатывающих аэрозоль элемента. Показанный на фиг. 2 узел выработки аэрозоля состоит из пяти вырабатывающих аэрозоль элементов 11А-11Е. Патрубок 20 направляет воздух, вдыхаемый пользователем через впускной канал, через пять элементов 11А-11Е.
Вырабатывающие аэрозоль элементы 11А-11Е могут быть любой конструкции, которая пригодна для осуществления испарения жидкого материала после подвода электроэнергии.
Элементы 11А-11Е также могут иметь любую подходящую форму, и им может быть придана такая форма, чтобы площадь поверхности, с которой испаряется или улетучивается жидкий материал 8а, была бы увеличенной. Как вариант, элементы 11А-11Е могут содержать лист материала, имеющий один слой для впитывания и нагрева жидкого материала 8а. Такой лист может абсорбировать жидкий материал из резервуара 8 и затем нагревать его, так чтобы он испарялся с образованием пара. Лист может иметь как прямоугольную, так и любую другую форму, например, круглую, овальную или квадратную. Лист имеет две основные противолежащие поверхности и может содержать структуру с открытыми порами, пеноструктуру или взаимосвязанную систему пор, при этом все они образуют капиллярную структуру.
Вырабатывающие аэрозоль элементы 11А-11Е могут быть выполнены из однородного, гранулированного, волокнистого или хлопьевидного спеченного металла (металлов) для образования вышеуказанной капиллярной структуры. В другом варианте выполнения вырабатывающие аэрозоль элементы 11А-11Е содержат металлическую пену с открытыми порами, которая также образует капиллярную структуру. Как вариант, элементы 11А-11Е могут быть образованы из сетчатого материала, имеющего капиллярную структуру. Элементы 11А-11Е могут быть выполнены из нержавеющей стали, такой как AISI 304 или AISA 316, или теплопроводных сплавов, таких как сплавы NiCr. Капиллярная структура является открытой на по меньшей мере одной из основных поверхностей каждого из элементов 11А-11Е. Например, элементы 11А-11Е могут быть образованы с капиллярной структурой, которая полностью проходит через вырабатывающие аэрозоль элементы 11А-11Е, так что эта структура является открытой на обеих основных поверхностях листа каждого вырабатывающего аэрозоль элемента 11А-11Е. В другом варианте выполнения элементы 11А-11Е сформированы таким образом, что капиллярная структура не проходит полностью через элементы 11А-11Е. Например, капиллярная структура может быть открытой только на одной из основных поверхностей или части обеих или любой из основных поверхностей каждого элемента 11А-11Е.
Материал, из которого выполнены элементы 11А-11Е, способен нагреваться, т.е. его удельное электрическое сопротивление достаточно для того, чтобы при прохождении через него электрического тока вырабатывающий аэрозоль элемент нагревается до температуры испарения жидкого материала 8а, удерживаемого в капиллярной структуре. Для вариантов выполнения, в которых лист материала каждого элемента 11А-11Е содержит один слой, как описано выше, можно считать, что вырабатывающие аэрозоль элементы 11А-11Е содержат нагревательный элемент с капиллярной структурой, так что нагревательный элемент и капиллярная структура объединены, образуя единое целое.
В вышеописанных вариантах выполнения, в которых лист материала каждого вырабатывающего аэрозоль элемента 11А-11Е содержит один слой, выполненный с возможностью впитывания и нагрева раствора, лист материала может быть описан как содержащий нагревательный элемент и фитиль, расположенные на одной и той же поверхности.
В альтернативном, не показанном на чертежах варианте выполнения вырабатывающие аэрозоль элементы содержат лист пластинчатого материала, состоящего из нескольких слоев. Например, каждый вырабатывающий аэрозоль элемент может содержать первый нагреваемый слой из материала, выполненного с возможностью нагревания и действующего в качестве нагревателя. Каждый вырабатывающий аэрозоль элемент также может содержать второй слой, образованный со структурой с открытыми порами, пеноструктурой, сетчатой структурой или взаимосвязанной системой пор, при этом все они образуют капиллярную структуру. Капиллярная структура позволяет каждому вырабатывающему аэрозоль элементу впитывать или абсорбировать жидкий материал. Этот второй слой может быть выполнен из однородного, гранулированного, волокнистого или хлопьевидного спеченного металла (металлов), при этом все они образуют вышеупомянутую капиллярную структуру. Вырабатывающие аэрозоль элементы могут быть выполнены из нержавеющей стали, окисленных металлов, стекла, керамики, графита и/или хлопчатобумажной ткани. Во всех этих вариантах выполнения второй слой способен действовать как фитиль.
Первый слой (нагревательный элемент) и второй слой (фитиль, имеющий капиллярную структуру) каждого вырабатывающего аэрозоль элемента наложены друг на друга, образуя лист с двумя основными противолежащими поверхностями, на одной из которых имеется открытая капиллярная структура.
В альтернативном варианте выполнения (не показан) лист каждого вырабатывающего аэрозоль элемента содержит третий слой, сходный со вторым слоем в том смысле, что он содержит капиллярную структуру. Второй и третий слои каждого вырабатывающего аэрозоль элемента формируют сэндвич-структуру с первым слоем, так что капиллярная структура остается открытой на обеих основных поверхностях листа каждого образующего аэрозоль элемента.
В вариантах выполнения, в которых лист материала каждого вырабатывающего аэрозоль элемента имеет несколько слоев, как описано выше, первый слой, действующий как нагревательный элемент, и второй и/или третий слой (слои), действующие как фитиль, являются параллельными и соединены друг с другом. Эти слои могут соединяться друг с другом с помощью механических или химических средств. Как вариант, слои могут быть спечены друг с другом.
Лист каждого вырабатывающего аэрозоль элемента по любому из вышеописанных вариантов выполнения имеет толщину или глубину 20-500 мкм. Как вариант, толщина составляет 50-200 мкм. Под толщиной или глубиной следует понимать расстояние между основными поверхностями листа.
Противоположные свободные концы каждого вырабатывающего аэрозоль элемента 11А-11Е установлены или соединены с опорной пластиной 12 и расположены таким образом, что эти элементы 11А-11Е входят в аэрозольную камеру 7, как показано на фиг. 2. Таким образом, основной участок каждого вырабатывающего аэрозоль элемента 11А-11Е подвешен в аэрозольной камере 7. Опорная пластина 12 может представлять собой печатную плату, электрически соединяющую каждый вырабатывающий аэрозоль элемент с батареей в блоке 4 накопителя энергии, так что каждый элемент 11А-11Е может приводиться в действие избирательно. Это достигается с помощью концевого участка опорной пластины 12, имеющего электрические контакты 17 (фиг. 4), которые выполнены с возможностью закрепления в соответствующем электрическом гнезде (не показано) блока 4 накопителя энергии. Как показано на фиг. 4, узел 2 выработки аэрозоля содержит шесть электрических контактов 17, один из которых заземлен, а остальные пять могут приводить в действие пять вырабатывающих аэрозоль элементов 11А-11Е. Электрическое гнездо (не показано) блока 4 накопителя энергии электрически соединено с батарей (не показана).
Как показано на фиг. 3, вырабатывающие аэрозоль элементы 11А-11Е являются криволинейными или изогнутыми, так что в сечении они имеют форму подковы (Ω-образную форму). Каждый из элементов 11А-11Е имеет противоположные концы 23а и 23b, которые прикреплены к опорной пластине 12 так, что вырабатывающие аэрозоль элементы 11А-11Е входят в аэрозольную камеру 7. Концы 23а, 23b помещены между опорной пластиной 12 и перегородкой 6, образуя тем самым зазоры между опорной пластиной 12 и перегородкой 6 рядом с концами 23а и 23b каждого вырабатывающего аэрозоль элемента. Эти зазоры имеют ширину, достаточную для проявления капиллярного эффекта и в дальнейшем будут называться капиллярными зазорами 16. В перегородке 6 выполнены впускные отверстия 13 для сообщения резервуара 8 с капиллярными зазорами.
Устройство для подачи аэрозоля работает следующим образом.
Соединение пользователем узла 2 выработки аэрозоля с блоком 4 накопителя энергии регистрируется контроллером (не показан), что может повлечь за собой выполнение ряда подготовительных операций, таких как приведение в действие одного или нескольких вырабатывающих аэрозоль элементов 11А-11Е с целью подачи к ним свежего жидкого материала. Контроллер может быть выполнен так, что по завершении указанных операций он включает светодиод (не показан) для указания пользователю, что устройство 1 для подачи аэрозоля готово к использованию.
Далее устройство 1 может быть приведено в действие в результате вдыхания пользователя через устройство. Это осуществляется с помощью датчика давления или датчика расхода, расположенного в воздушном канале устройства 1. Как вариант, пользователь может приводить в действие устройство 1 вручную, нажимая на кнопку или другой включающий механизм (не показан) устройства 1.
В любом случае приведение в действие устройства 1 приводит к тому, что контроллером включаются различным образом вырабатывающие аэрозоль элементы 11А-11Е посредством соединения их с батареей, так что батарея через печатную плату подает электрический ток к этим элементам 11А-11Е. Когда контроллер приводит в действие каждый элемент 11А-11Е, электрический ток протекает через выбранные элементы, повышая их температуру. Контроллер может приводить в действие транзистор, расположенный в блоке 4 накопителя энергии для управления протеканием электрического тока через вырабатывающие аэрозоль элементы 11А-11Е.
Каждый вырабатывающий аэрозоль элемент нагревается в течение некоторого периода времени, продолжительность которого зависит от характеристик этих элементов, а также от количества и состава подлежащего испарению жидкого материала. Продолжительность нагрева может составлять 1-1,8 секунд, менее 1 секунды, менее 0,8 секунды или менее 0,5 секунды.
Рабочая температура вырабатывающих аэрозоль элементов 11А-11Е будет зависеть от состава подлежащего испарению жидкого материала 8а, в частности, от температур кипения компонентов жидкого материала 8а. Также возможно ступенчатое повышение рабочей температуры в течение периода нагрева, когда компоненты жидкого материала 8а имеют разные температуры кипения. Например, если жидкий материал содержит воду, никотин и глицерин, устройство 1 для подачи аэрозоля может быть настроено так, что рабочая температура будет повышаться от температуры окружающей среды до первой рабочей температуры приблизительно 100-140°С, после чего рабочая температура может повыситься до второй рабочей температуры приблизительно 290-330°С.
Устройство 1 для подачи аэрозоля может быть выполнено таким образом, что вырабатывающие аэрозоль элементы 11А-11Е деактивируются, т.е. батарея отключается контроллером от вырабатывающих аэрозоль элементов до того, как испарится весь жидкий материал 8а, удерживаемый в капиллярной структуре каждого вырабатывающего аэрозоль элемента, во избежание осушения, которое могло бы привести к неконтролируемому изменению температуры и перегреву этих элементов.
Кроме того, устройство для подачи аэрозоля может быть выполнено таким образом, чтобы рабочая температура (температуры) отличалась от одной затяжки до другой. Такая конфигурация подходит для случая, когда состав жидкого материала изменяется от одной затяжки до другой. Состав жидкого материала 8а может изменяться от одной затяжки до другой благодаря эффектам локального испарения, происходящим во время добавления жидкого материала в капиллярную структуру после приведения в действие вырабатывающих аэрозоль элементов. Эти эффекты испарения вынуждают вырабатывающие аэрозоль элементы быстро охлаждаться, поскольку тепло расходуется на испарение жидкого материала 8а.
Электрический ток последовательно подается от батареи к каждому вырабатывающему аэрозоль элементу, при этом сначала приводится в действие первый (самый верхний по потоку) элемент 11Е, после чего приводится в действие второй образующий аэрозоль элемент 11D (расположенный ниже по потоку непосредственно за первым вырабатывающим аэрозоль элементом) и т.д. Такая конфигурация позволяет менее летучим компонентам, например, аэрозолеобразующим средствам, таким как глицерин, имеющий относительно высокую точку кипения, испаряться с помощью первого вырабатывающего аэрозоль элемента 11Е для взаимодействия с более летучими компонентами, например, водой или никотином, имеющими низкую температуру кипения, которые испаряются с помощью второго образующего аэрозоль элемента 11D, как подробно описано ниже.
Первый вырабатывающий аэрозоль элемент 11Е приводится в действие таким образом, что его температура повышается до первой рабочей температуры, вынуждая испаряться из капиллярной структуры первого вырабатывающего аэрозоль элемента 11Е большее количество летучих компонентов. После этого температура первого вырабатывающего аэрозоль элемента 11Е повышается до более высокой второй рабочей температуры, так что испаряется аэрозолеобразующее средство, менее летучее по сравнению с другими компонентами жидкого материала 8а. После своего испарения аэрозолеобразующее средство смешивается в аэрозольной камере 7 с вдыхаемым пользователем окружающим воздухом и конденсируется с образованием аэрозоля. Образованный аэрозоль проходит через второй вырабатывающий аэрозоль элемент 11D благодаря воздушному потоку, созданному затяжкой пользователя. Второй вырабатывающий аэрозоль элемент 11D приводится в действие после первого вырабатывающего аэрозоль элемента 11Е так, что температура указанного второго элемента 11D увеличивается до первой рабочей температуры по существу в то же самое время, когда первый вырабатывающий аэрозоль элемент 11Е достигает второй рабочей температуры. В результате аэрозоль, образованный первым элементом 11Е, проходит через второй элемент 11D, когда более летучие компоненты испаряются или испарились вторым элементом 11D. Пар более летучих компонентов второго вырабатывающего аэрозоль элемента 11D направляется к аэрозолю, образованному первым вырабатывающим аэрозоль элементом 11Е, вынуждая пар более летучих компонентов конденсироваться на аэрозоли от первого элемента 11Е. Остальные вырабатывающие аэрозоль элементы 11С, 11В, 11А приводятся в действие последовательно или поочередно для достижения такого же эффекта. По сравнению с известными устройствами для подачи аэрозоля количество более летучих компонентов, конденсирующихся на стенках и внутренних компонентах устройства для подачи аэрозоля, уменьшается.
Описанная конструкция при использовании жидкого материала, содержащего воду, никотин и глицерин, работает следующим образом. Первый вырабатывающий аэрозоль элемент 11Е приводится в действие и нагревается до первой рабочей температуры 100-140°С, а затем до второй рабочей температуры, близкой к температуре кипения глицерина, 290-330°С, так что все компоненты жидкого материала испаряются. Поскольку глицерин имеет более высокую температуру кипения, чем никотин и вода, он будет испаряться последним. Пар глицерина вследствие охлаждения конденсируется и смешивается в аэрозольной камере 7 с окружающим воздухом, вдыхаемым пользователем, образуя аэрозольные частицы глицерина. Далее аэрозольные частицы глицерина переносятся воздушным потоком, образующимся при затяжке пользователя.
Второй вырабатывающий аэрозоль элемент 11D приводится в действие после первого вырабатывающего аэрозоль элемента 11Е и нагревается до первой рабочей температуры, близкой к точке кипения воды и никотина 100-140°С. При этом второй вырабатывающий аэрозоль элемент 11D приводится в действие так, что его температура повышается до первой рабочей температуры по существу в то же самое время, когда первый вырабатывающий аэрозоль элемент 11Е достигает второй рабочей температуры. Таким образом, вода и никотин испаряются на втором вырабатывающем аэрозоль элементе 11D, когда аэрозольные частицы глицерина от первого вырабатывающего аэрозоль элемента 11Е проходят через второй вырабатывающий аэрозоль элемент 11D. Это вынуждает пары воды и никотина, образованные вторым вырабатывающим аэрозоль элементом 11D, конденсироваться на аэрозольных частицах глицерина. После испарения вторым вырабатывающим аэрозоль элементом 11D большей части воды и никотина этот элемент дополнительно нагревается до второй рабочей температуры, близкой к температуре кипения глицерина, 290-330°С, так что глицерин испаряется и после этого конденсируется с образованием аэрозольных частиц глицерина. Аэрозольные частицы глицерина от второго вырабатывающего аэрозоль элемента 11D смешиваются с аэрозольными частицами глицерина от первого вырабатывающего аэрозоль элемента 11Е, когда пользователь выполняет затяжку, создавая воздушный поток, обогащенный аэрозольными частицами глицерина. Воздушный поток, обогащенный аэрозольными частицами глицерина в результате выдыхания пользователя, переносится к третьему вырабатывающему аэрозоль элементу 11С.
Третий вырабатывающий аэрозоль элемент 11С приводится в действие после второго вырабатывающего аэрозоль элемента 11D, нагреваясь до первой рабочей температуры, близкой к температуре кипения воды и никотина 100-140°С. При этом третий вырабатывающий аэрозоль элемент 11С приводится в действие так, что его температура повышается до первой рабочей температуры по существу в то же самое время, когда второй вырабатывающий аэрозоль элемент 11D достигает второй рабочей температуры. Таким образом, вода и никотин испаряются на третьем вырабатывающим аэрозоль элементе 11С, когда аэрозольные частицы глицерина от первого и второго вырабатывающих аэрозоль элементов 11Е и 11D проходят через третий вырабатывающий аэрозоль элемент 11С. Это вынуждает пары воды и никотина, образованные третьим вырабатывающим аэрозоль элементом 11С, конденсироваться на аэрозольных частицах глицерина от первого и второго вырабатывающих аэрозоль элементов 11Е и 11D. Затем третий вырабатывающий аэрозоль элемент 11С нагревается до второй рабочей температуры, а оставшиеся вырабатывающие аэрозоль элементы 11В и 11А приводятся в действие схожим последовательным образом.
Далее аэрозоль, образованный описанным выше узлом выработки аэрозоля, когда пользователь продолжает осуществлять затяжку, проходит через охладитель 14 (фиг. 2) для охлаждения аэрозоля и уменьшения давления пара аэрозольной паровой фазы. Охладитель 14 может содержать пористое тело, по существу проницаемое для частиц образованного аэрозоля. Подходящими материалами для пористого тела являются рыхлая вата, ворсоподобный синтетический материал (такой как фильтровальное полотно Viledon), синтетический нетканый материал из полиолефиновых или полиэфирных волокон, или открытоячеистый пеноматериал. Пористое тело также может содержать регенеративный теплообменник из материала, имеющего относительно большую поверхность и способного быстро поглощать большое количество тепла без значительных потерь потока. Таким материалом может быть металлическая вата, металлическая стружка, металлическая сетка, сплетенная проволока, открытоячеистая металлическая пена или засыпка из металлического или керамического гранулированного материала, например, алюминиевые гранулы. В качестве альтернативы может использоваться засыпка из гранул активированного угля.
После этого аэрозоль проходит через абсорбер 15. Абсорбер может содержать структуру с открытыми порами, которая может быть схожа с охладителем 14. Абсорбер 15 предназначен для абсорбции отложений конденсата из паровой фазы. Материал абсорбера может содержать один или несколько абсорбентов, таких как лимонная кислота, которая связывает никотин.
К охладителю 14 и/или абсорберу 15 может быть добавлен ароматизатор, такой как ментол. Охладитель 14 и абсорбер 15 предназначены для очистки аэрозоля, выработанного узлом выработки аэрозоля до степени, которая делает аэрозоль более приятым для пользователя.
И, наконец, аэрозоль втягивается пользователем в мундштук.
После одного вдыхания или затяжки контроллер может препятствовать незамедлительному приведению в действие узла выработки аэрозоля, чтобы вырабатывающие аэрозоль элементы 11А-11Е могли охладиться, и можно было пополнить эти элементы жидким материалом 8а. Этот период может продолжаться нескольких секунд и может быть указан пользователю, например, с помощью светодиода.
Выполнение узла выработки аэрозоля с двумя или более вырабатывающими аэрозоль элементами, в котором вырабатывающий аэрозоль элемент, расположенный по потоку наиболее высоко, приводится в действие перед вторым (и любым последующим) вырабатывающим аэрозоль элементом, улучшает процесс образования аэрозоля, поскольку частицы аэрозоля переносят большее количество более летучих компонентов, таких как никотин. Неодновременное приведение в действие вырабатывающих аэрозоль элементов 11А-11Е создает температурный градиент по всей линии узла выработки аэрозоля, близкий к температурному градиенту, который по существу возникает между зоной дистилляции и горящим кончиком курительного изделия. Это ведет к улучшению улетучивания жидкого материала и, как следствие, менее летучие компоненты испаряются приблизительно синхронно с более летучими компонентами. Это создает преимущество, состоящее в том, что исключается и уменьшается конденсация и, следовательно, отложение более летучих компонентов в устройства подачи аэрозоля, полости рта или горле пользователя.
Следует отметить, что изобретение не ограничивается узлом выработки аэрозоля, содержащим несколько вырабатывающих аэрозоль элементов, которые приводятся в действие последовательно.
В другом, не показанном на чертежах варианте выполнения, вырабатывающие аэрозоль элементы выполнены с возможностью одновременного приведения их в действие. В таком варианте выполнения вырабатывающие аэрозоль элементы выполнены так, что они могут иметь разные скорости нагрева. Это может быть достигнуто посредством образования вырабатывающих аэрозоль элементов из различных материалов. Вырабатывающий аэрозоль элемент, расположенный по потоку наиболее высоко, имеет самую высокую скорость нагрева, а скорость нагрева каждого другого вырабатывающего аэрозоль элемента уменьшается в направлении вниз по потоку. Когда все вырабатывающие аэрозоль элементы приводятся в действие одновременно, эти элементы последовательно достигают первой рабочей температуры и второй рабочей температуры из-за уменьшения скоростей их нагревания в направлении по потоку воздуха. Это создает эффект, схожий с эффектом, описанным со ссылками на фиг. 1А-4, в том смысле, что при одновременном приведении в действие всех вырабатывающих аэрозоль элементов первый из них нагревается до первой рабочей температуры и затем до более высокой второй рабочей температуры, а второй элемент, расположенный по потоку за ним, нагревается до первой рабочей температуры, по существу, в то же самое время, когда первый элемент достигает второй рабочей температуры. В результате жидкости, испаряющиеся на вырабатывающих аэрозоль элементах, смешиваются друг другом.
Несмотря на то что в описанных выше вариантах выполнения вырабатывающие аэрозоль элементы расположены один за другим в направлении по потоку воздуха, т.е. один из них расположен по потоку выше другого, изобретение не ограничено такой компоновкой. Например, в не показанном на чертежах примере узел выработки аэрозоля содержит несколько вырабатывающих аэрозоль элементов, расположенных рядом друг с другом в направлении, поперечном потоку воздуха, другими словами, один вырабатывающий аэрозоль элемент не расположен выше или ниже по потоку относительно другого вырабатывающего аэрозоль элемента. В таком варианте выполнения по меньшей мере один из вырабатывающих аэрозоль элементов выполнен так, что он приводится в действие перед другим вырабатывающим аэрозоль элементом, так что по меньшей мере один образующий аэрозоль элемент достигает второй рабочей температуры по существу в то же самое время, когда другой вырабатывающий аэрозоль элемент достигает первой рабочей температуры, в результате чего жидкости, испарившиеся на этих элементах, смешиваются друг с другом.
В еще одном альтернативном варианте выполнения, не показанном на чертежах, узел выработки аэрозоля содержит несколько вырабатывающих аэрозоль элементов, расположенных рядом друг с другом в направлении, поперечном потоку воздуха. Вырабатывающие аэрозоль элементы выполнены с разными скоростями нагрева, так что в случае одновременного приведения в действие этих элементов один из них достигает второй рабочей температуры по существу в то же самое время, когда другой элемент достигает первой рабочей температуры, в результате чего жидкости, испарившиеся на этих элементах, смешиваются друг с другом.
Следует отметить, что узел выработки аэрозоля согласно изобретению в различных варианты его выполнения улучшает процесс образования аэрозоля, поскольку частицы аэрозоля переносят большее количество более летучих компонентов, таких как никотин. Вырабатывающие аэрозоль элементы, нагреваемые до рабочих температур в различные моменты времени, создают в узле выработки аэрозоля температурный градиент, близкий к температурному градиенту, по существу возникающему между зоной дистилляции и горящим кончиком курительного изделия. Это ведет к улучшению испарения жидкого материала и, как следствие, менее летучие компоненты испаряется приблизительно синхронно с более летучими компонентами. Это создает преимущество, состоящее в том, что исключается и уменьшается конденсация и, следовательно, отложение более летучих компонентов в устройства для подачи аэрозоля, в полости рта или в горле пользователя.
В различных вариантах выполнения узла по настоящему изобретению указано, что один вырабатывающий аэрозоль элемент достигает второй рабочей температуры по существу в то же самое время, когда другой вырабатывающий аэрозоль элемент достигает первой рабочей температуры. Выражение «по существу в то же самое время» означает период времени, который позволяет жидкости, испарившейся на одном вырабатывающем аэрозоль элементе при второй рабочей температуре, смешиваться с жидкостью, испарившейся на другом вырабатывающем аэрозоль элементе при первой рабочей температуре. Этот период времени может составлять менее 1 секунды (с); 0,75 с; 0,5 с; 0,1 с; 75 мс или 50 мс.
Следует отметить, что один вырабатывающий аэрозоль элемент достигает второй рабочей температуры по существу в то же самое время, когда другой вырабатывающий аэрозоль элемент достигает первой рабочей температуры, во время одной затяжки или вдыхания пользователя или во время одного цикла приведения в действие.
Преимущества и особенности настоящего изобретения представлены только в виде примеров, не являющихся исчерпывающими и/или исключительными. Они предназначены только для облегчения понимания изобретения и его особенностей. Описанные варианты выполнения, примеры, функции, особенности, конструкции и/или другие аспекты изобретения не ограничивают изобретение, которое определено его формулой, и могут использоваться другие варианты выполнения или модификации без отклонения от объема и/или сущности изобретения. Различные варианты выполнения могут надлежащим образом содержать, состоять или, по существу, состоять из различных комбинаций описанных элементов, компонентов, особенностей, частей, этапов, средств и т.д.