НАГРЕВАТЕЛЬ В СБОРЕ ДЛЯ СИСТЕМЫ, ГЕНЕРИРУЮЩЕЙ АЭРОЗОЛЬ, РАБОТАЮЩИЙ В НЕПРЕРЫВНОМ РЕЖИМЕ
HEATER ASSEMBLY FOR THE AEROSOL GENERATING SYSTEM, WHICH OPERATES IN CONTINUOUS MODE

Настоящее изобретение относится к нагревателю в сборе для устройства, генерирующего аэрозоль, содержащему элемент нагревателя, резервуар, содержащий жидкость, генерирующую аэрозоль, и конденсатор для конденсирования избыточных паров, генерируемых во время использования нагревателя в сборе. Настоящее изобретение также относится к устройству, генерирующему аэрозоль, содержащему такой нагреватель в сборе, и к способу изготовления нагревателя в сборе.
В традиционных электрически управляемых устройствах, генерирующих аэрозоль, таких как электронные сигареты, электрический нагреватель применяют для испарения жидкости, генерирующей аэрозоль, также именуемой жидкостью для электронных сигарет. Жидкость для электронных сигарет обычно состоит из приблизительно 65 об. % пропиленгликоля, приблизительно 30 об. % глицерина, приблизительно 2 об. % воды, приблизительно 2 об. % ароматизаторов и приблизительно 1 об. % никотина. В традиционных электронных сигаретах нагреватель работает в температурном диапазоне от 250 до 300 градусов Цельсия. Эта температура достаточна высокая для испарения всех составляющих жидкости для электронных сигарет. Когда пользователь делает затяжку электронной сигаретой, предусмотрено, чтобы воздушный поток протекал через нагреватель в сборе, и пользователь вдыхал генерируемый аэрозоль. Обычно электронные сигареты содержат систему обнаружения затяжки, активирующую нагреватель и, следовательно, испарение только во время затяжки. Между затяжками элемент нагревателя выключен, и аэрозоль не генерируется.
Одна проблема традиционных систем, генерирующих аэрозоль, связана с утечкой жидкости для электронных сигарет из резервуара для жидкости для электронных сигарет внутри системы, генерирующей аэрозоль. Утечка может быть вызвана неисправностью соответствующих компонентов, в частности неисправностью тары для жидкости для электронных сигарет. Другой причиной утечки является деформация компонентов системы, генерирующей аэрозоль, во время использования. Такая деформация может быть вызвана механическим напряжением, действующим на систему, генерирующую аэрозоль. Деформация также может быть вызвана повышенными температурами, возникающими в системе, генерирующей аэрозоль. В частности, традиционные системы, генерирующие аэрозоль, в которых применяют элементы нагревателя, которые локально генерируют температуры до 300 градусов Цельсия, склонны к деформации отдельных компонентов вследствие воздействия высокой температуры.
Одну или несколько проблем традиционного аэрозольного нагревателя можно исключить благодаря нагревателю в сборе согласно изобретению.
Нагреватель в сборе для системы, генерирующей аэрозоль, согласно настоящему изобретению содержит элемент нагревателя, резервуар, содержащий жидкость, генерирующую аэрозоль, и конденсатор. Конденсатор конденсирует избыточные пары, генерируемые во время использования нагревателя в сборе, и выполнен таким образом, что конденсат по меньшей мере частично попадает обратно в резервуар. Предпочтительно, конденсатор выполнен таким образом, чтобы по меньшей мере 10%, или по меньшей мере 20%, или по меньшей мере 50%, или по меньшей мере 80% по весу конденсата попадало обратно в резервуар.
Предпочтительно, элемент нагревателя работает при температурах в диапазоне от 80 до 240 градусов Цельсия, предпочтительно от 120 до 200 градусов Цельсия, более предпочтительно от 150 до 180 градусов Цельсия. Оптимальная температура зависит от конструкции системы, генерирующей аэрозоль, и, в частности, от конкретной композиции используемой жидкости для электронных сигарет. Рабочие температуры предпочтительно ниже обычно используемых рабочих температур, составляющих приблизительно от 250 до 300 градусов Цельсия. Следовательно, система подвержена меньшему тепловому напряжению в работе, и, следовательно, снижается риск утечки, вызванной тепловой деформацией компонентов системы, генерирующей аэрозоль.
В отличие от обычной системы, генерирующей аэрозоль, нагреватель в сборе согласно настоящему изобретению обычно работает при таких низких температурах, что возможна непрерывная работа элемента нагревателя. Для предотвращения расхода избыточных паров, генерируемых между затяжками, предусмотрен конденсатор, который применяют для конденсирования этих избыточных паров и который направляет конденсированные пары обратно в элемент нагревателя или в резервуар для жидкости для электронных сигарет.
Для повышения его эффективности, в частности для облегчения возврата конденсата в резервуар, конденсатор предпочтительно расположен непосредственно вблизи жидкости, генерирующей аэрозоль, и, в частности, от межфазной границы жидкость-пар. Конденсатор предпочтительно расположен непосредственно вблизи элемента нагревателя. Под «непосредственно вблизи» подразумевается расстояние менее 1 см, предпочтительно менее 5 мм, предпочтительно менее 2 мм.
Конденсатор предпочтительно выполнен из непористого, неабсорбирующего материала. Кроме того, предпочтительно, конденсатор выполнен из полимерного, металлического или керамического материала. Наиболее предпочтительно, конденсатор выполнен из такого материала, что он имеет несмачиваемую поверхность для конденсата.
В предпочтительном варианте осуществления конденсатор расположен ниже по потоку от элемента нагревателя, имеет коническую форму и отверстие на вершине. Отверстие в вершине предпочтительно образует единственный нисходящий проход для выхода аэрозоля из камеры, образующей аэрозоль. Предпочтительно конденсатор ориентирован таким образом, чтобы вершина была обращена от элемента нагревателя. Благодаря конической форме конденсатора, конденсат предпочтительно протекает в радиальном направлении наружу и вдоль боковых поверхностей корпуса системы, генерирующей аэрозоль, в направлении резервуара для жидкости при размещении в корпусе системы, генерирующей аэрозоль. Периферическая форма конденсатора предпочтительно соответствует форме поперечного сечения корпуса системы, генерирующей аэрозоль, в которой применяется нагреватель в сборе. Поэтому периферическая форма конденсатора обычно является круглой, овальной или квадратной с закругленными углами или без них.
Резервуар предпочтительно содержит пористый материал, в который может впитываться жидкость, генерирующая аэрозоль. Пористый материал может быть любым пористым материалом, применяемым в традиционных электронных сигаретах. Подходящие материалы включают тканые и нетканые материалы, такие как полиэтиленовые или полипропиленовые волокна, или термостойкие волокна из полиэтилена/полибутилентерефталата. Примеры подходящих материалов представляют собой губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спекшихся порошков, вспененный металлический или пластиковый материал, волокнистый материал, например, выполненный из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетатцеллюлозные, полиэфирные, или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамика. Материал может иметь любые подходящие капиллярность и пористость с тем, чтобы использовать его с жидкостями с разными физическими свойствами. Жидкость имеет физические свойства, включая, без ограничения, вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, точку кипения и давление пара, которые позволяют хранить жидкость в пористом материале резервуара.
Предпочтительно, резервуар опирается на опору. Опора может обеспечивать удерживание резервуара в четко определенном положении внутри нагревателя в сборе. Опора может иметь сплошную плоскую поверхность или может иметь форму сетки. В форме последней воздух может проходить через опору и через опирающийся на нее резервуар.
Резервуар может иметь любую подходящую форму и предпочтительно имеет форму и размер, соответствующие размерам системы, генерирующей аэрозоль, в которой нагреватель в сборе должен использоваться. Предпочтительно, резервуар представляет собой цилиндрическую подушку из материала HRM. Толщина резервуара предпочтительно находится в диапазоне от 0,1 до 5 миллиметров, предпочтительно от 0,2 до 3 миллиметров, и предпочтительно составляет приблизительно 2 миллиметра. Резервуар предпочтительно обладает вместимостью от 5 миллиграмм до 1 грамма, предпочтительно от 50 до 500 миллиграмм и наиболее предпочтительно приблизительно 200 миллиграмм.
Резервуар предпочтительно вмещает жидкость только на приблизительно 20 затяжек и после этого должен быть заменен. Таким образом, резервуар требует регулярной замены после израсходования жидкости, генерирующей аэрозоль. Вследствие уменьшенного размера и уменьшенной вместимости для хранения у резервуара нагреватель в сборе содержит только ограниченное количество жидкости. Таким образом, даже в случае возникновения утечки, содержится только небольшое количество жидкости, которая может вытечь.
Элемент нагревателя предпочтительно является резистивным нагревателем, имеющим сопротивление от 0,1 до 10 Ом, от 0,4 до 5 Ом, более предпочтительно от 0,8 до 2 Ом и наиболее предпочтительно приблизительно 1,5 Ом. Нагреватель в сборе предпочтительно имеет плоскую поверхность нагревателя и большую поверхность нагрева. Кроме того, предпочтительно, элемент нагревателя может быть плоской нагревательной катушкой, и, более предпочтительно, элемент нагревателя представляет собой плоский нагреватель из протравленной нержавеющей стали. Преимущество плоской формы нагревателя заключается в том, что резервуар может быть помещен между по сути плоской поверхностью опоры и плоской поверхностью элемента нагревателя, так что элемент нагревателя находится в тесном контакте с резервуаром, обеспечивая идеальные условия испарения.
При использовании нагревателя в сборе элемент нагревателя может быть расположен в любом подходящем месте вблизи резервуара. Элемент нагревателя может быть расположен вокруг резервуара, между резервуаром и конденсатором или напротив конденсатора. Предпочтительно, элемент нагревателя расположен между резервуаром и конденсатором. Конденсатор может быть расположен ниже по потоку относительно элемента нагревателя.
Жидкость, генерирующая аэрозоль, предпочтительно содержит никотин, имеющий точку кипения приблизительно 247 градусов Цельсия. Жидкость, генерирующая аэрозоль, предпочтительно содержит от 0,1% до 10% по весу, предпочтительно от 0,2% до 5%, предпочтительно от 0,5% до 2% по весу никотина.
Жидкость, генерирующая аэрозоль, предпочтительно содержит соединения, имеющие давление пара при 200 градусах Цельсия, сравнимое с давлением пара при 200 градусах Цельсия никотина.
Жидкость, генерирующая аэрозоль, может содержать от 20% до 60%, предпочтительно от 30% до 50% по весу соединений, у которых давление пара при 200 градусах Цельсия составляет по меньшей мере 20%, предпочтительно по меньшей мере 50% давления пара никотина при 200 градусах Цельсия.
Жидкость, генерирующая аэрозоль, предпочтительно содержит соединения, у которых давление пара при 200 градусах Цельсия меньше, чем давление пара при 200 градусах Цельсия никотина.
Жидкость, генерирующая аэрозоль, может содержать от 40% до 80% по весу, предпочтительно от 50% до 70% по весу соединений, у которых давление пара при 200 градусах Цельсия составляет менее 50%, предпочтительно менее 30% давления пара никотина при 200 градусах Цельсия.
Жидкость, генерирующая аэрозоль, может содержать глицерин. Глицерин имеет точку кипения приблизительно 290 градусов Цельсия. Жидкость, генерирующая аэрозоль, может содержать от 20% до 80% или от 50% до 70% по весу глицерина.
Жидкость, генерирующая аэрозоль, может содержать воду, предпочтительно от 5% до 20% по весу воды, например от 8% до 15% по весу воды.
Жидкость, генерирующая аэрозоль, может содержать пропиленгликоль, предпочтительно от 5% до 50% по весу пропиленгликоля, например от 10% до 40% по весу пропиленгликоля.
Жидкость, генерирующая аэрозоль, может содержать ароматизатор, предпочтительно от 0,1% до 5% по весу ароматизатора, например от 0,5% до 3% по весу ароматизатора.
Посредством изменения рабочей температуры и концентрации никотина интенсивность испарения может быть отрегулирована таким образом, чтобы содержание никотина в генерируемом аэрозоле соответствовало содержанию никотина в обычных сигаретах или более низкому содержанию никотина.
Еще одно преимущество нагревателя в сборе, работающего в непрерывном режиме, заключается в том, что для активации нагревателя во время затяжки не требуется обнаружения затяжки. Соответственно, нагреватель в сборе и, в частности, системы, генерирующие аэрозоль, использующие этот нагреватель в сборе, проще в изготовлении и легче в использовании, чем традиционные системы.
Настоящее изобретение также относится к системе, генерирующей аэрозоль, предпочтительно к электронной сигарете, содержащей вышеописанный нагреватель в сборе. Система, генерирующая аэрозоль, содержит корпус и предпочтительно содержит по меньшей мере две соединяемые части. Первая часть содержит мундштук, конденсатор и элемент нагревателя. Вторая часть содержит источник питания, схему управления и опору для резервуара. Для сборки системы, генерирующей аэрозоль, резервуар, содержащий жидкость для электронных сигарет, помещают на опору второй части. Посредством прикрепления первой части ко второй части резервуар плотно зажат между опорой и элементом нагревателя. Кроме того, между двумя частями устанавливают электрический контакт, чтобы источник питания и схема управления второй части были соединены с элементом нагревателя первой части. Соединение двух частей корпуса может быть выполнено посредством любых подходящих крепежных средств, включая винтовое соединение или зажимное соединение. Такая конфигурация корпуса, состоящего из двух частей, имеет преимущество, заключающееся в очень простой замене резервуара. Такая возможность простой замены в данном случае является особенно важной, поскольку резервуар содержит только довольно небольшое количество жидкости для электронных сигарет и, следовательно, подлежит очень частой замене.
Корпус системы, генерирующей аэрозоль, содержит впускное отверстие для воздуха и выпускное отверстие для воздуха, обычно мундштук, между которыми образован путь потока воздуха. Путь потока воздуха проходит через камеру, образующую аэрозоль, содержащую нагреватель в сборе. На пути потока воздуха предусмотрены средства для блокировки с целью исключения потока воздуха между затяжками, т. e. когда пользователь не вдыхает воздух из системы, генерирующей аэрозоль. Средства для блокировки могут быть предусмотрены выше по потоку, ниже по потоку или выше по потоку и ниже по потоку относительно камеры, образующей аэрозоль. Средства для блокировки могут быть механическими средствами для блокировки или воздушными клапанами. Предпочтительно, средства для блокировки имеют электрическое управление посредством электрической схемы. В качестве датчика для обнаружения, выполнена ли затяжка или нет, может быть использован детектор затяжки. Детекторы затяжки уже известны специалистам в данной области техники.
Настоящее изобретение также относится к способу изготовления нагревателя в сборе для системы, генерирующей аэрозоль. Способ включает обеспечение элемента нагревателя и резервуара, содержащего жидкость, генерирующую аэрозоль, при этом при использовании системы, генерирующей аэрозоль, резервуар располагают в непосредственном контакте с элементом нагревателя. Способ дополнительно включает обеспечение конденсатора для конденсирования избыточных паров, генерируемых во время использования нагревателя в сборе, при этом конденсатор выполняют таким образом, что конденсат по меньшей мере частично попадает обратно на нагреватель или в резервуар.
В еще одном аспекте изобретения конденсатор является вторичным элементом нагревателя. Вторичный элемент нагревателя активируется только во время затяжки. Между затяжками вторичный нагреватель в сборе действует как конденсатор, и избыточные пары, генерируемые непрерывно работающим первым элементом нагревателя, конденсируются на вторичном нагревателе. Когда пользователь делает затяжку, вторичный элемент нагревателя активируется таким образом, чтобы конденсированные пары, притягиваемые к вторичному элементу нагревателя, испарялись.
В еще одном аспекте изобретения нагреватель в сборе содержит корпус с двумя отверстиями с противоположных сторон корпуса. Корпус содержит пористый материал, удерживающий жидкий субстрат, генерирующий аэрозоль. Проницаемый для текучей среды первичный нагреватель предусмотрен у первого отверстия корпуса и соединен с участком для потока выходящих газов внутри системы, генерирующей аэрозоль. Первый нагреватель работает непрерывно, и непрерывно испаряемая жидкость для электронных сигарет выпускается из системы через участок для потока выходящих газов. У второго отверстия предусмотрен вторичный нагреватель, активируемый только во время затяжек. Второе отверстие соединено с путем потока воздуха между впускным отверстием для воздуха в корпусе и мундштуком. Когда пользователь делает затяжку, потребитель вдыхает аэрозоль, генерируемый вторичным нагревателем.
Изобретение будет дополнительно описано исключительно на примере со ссылками на сопроводительные графические материалы, в которых:
на фиг. 1 показан нагреватель в сборе согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2 показаны отдельные компоненты нагревателя в сборе, применяемые в электронной сигарете;
на фиг. 3 показана процедура замены при замене резервуара для жидкости в электронной сигарете с корпусом, состоящим из двух частей;
на фиг. 4 показан вариант осуществления электронной сигареты, в котором конденсатор использован в качестве вторичного нагревателя; и
на фиг. 5 показан альтернативный вариант осуществления электронной сигареты, содержащей вторичный нагреватель.
На фиг. 1 показан нагреватель в сборе согласно настоящему изобретению, содержащий опору 10, резервуар 12 для жидкости для электронных сигарет, элемент 14 нагревателя и конденсатор 16. Резервуар 12 расположен на опоре 10 и помещен между опорой 10 и элементом 14 нагревателя. В периферических областях опоры предусмотрены два прохода 18 для частей 15 в виде электрических контактов элемента 14 нагревателя. Элемент 14 нагревателя представляет собой плоский нагреватель из протравленной нержавеющей стали, имеющий в целом плоскую поверхность. Резервуар 12 представляет собой по сути цилиндрический диск из пористого полимера, выполненный из теплостойкого полимера PET. Толщина резервуара составляет приблизительно 2 миллиметра. В резервуаре 12 может храниться до 250 миллиграмм жидкости для электронных сигарет. Жидкость для электронных сигарет может иметь композицию из глицерина 50%, пропиленгликоля 37%, никотина 2%, воды 10%, ароматизаторов 1%, и рабочая температура элемента нагревателя составляет от 130 до 150 градусов Цельсия. Жидкость для электронных сигарет может иметь композицию из глицерина 70%, пропиленгликоля 14%, никотина 2%, воды 13%, ароматизаторов 1%, и рабочая температура элемента нагревателя составляет от 150 до 200 градусов Цельсия.
На фиг. 2 изображена электронная сигарета с корпусом, состоящим из двух частей, содержащим нагреватель в сборе по фиг. 1. В целях наглядности изображена только вторая часть корпуса 20, содержащая источник питания (не показан), электрическую схему (не показана) и впускное отверстие для воздуха (не показано). На верхней стороне части 20 предусмотрены электрические контакты 22 для приведения в контакт источника питания с элементом 14 нагревателя и щель 24 для потока воздуха. Опора 10 расположена поверх части 20 таким образом, чтобы проходы 18 опоры 10 совмещались с электрическими контактами 22 части 20. Опора 10 также содержит щели 26, так что через них может проходить воздух.
На опоре 10 расположен резервуар 12. Резервуар по периметру окружен круглым элементом 30, обеспечивающим радиальное расположение резервуара 12. Круглый элемент также имеет проходы 32 для электрических контактов 15 элемента нагревателя. Внешние размеры круглого элемента 30 соответствуют внешним размерам опоры 12. Круглый элемент 30 имеет такую толщину, чтобы его верхняя кромка лежала в той же плоскости, что и верхняя поверхность резервуара 12. Элемент 14 нагревателя расположен поверх резервуара 12, и его части 15 в виде электрических контактов вставлены в проходы и соединены с расположенными ниже контактами 22, а через эти контакты - с источником питания, расположенным во второй части 20 корпуса. Над элементом 14 нагревателя цилиндрический элемент 34 образует боковые стенки камеры 36, образующей аэрозоль. Конденсатор 16, образующий верхнюю стенку камеры 36, образующей аэрозоль, расположен над цилиндрическим элементом 34. Конденсатор 16 имеет коническую форму с конической вершиной, направленной от элемента 14 нагревателя. На вершине конического конденсатора 16 предусмотрено отверстие 38, через которое аэрозоль может выходить из камеры 36, образующей аэрозоль. Во время затяжки через камеру, образующую аэрозоль, проходит воздушный поток, и потребитель вдыхает аэрозоль через мундштук электронной сигареты. Нагреватель в сборе работает в непрерывном режиме, так что между затяжками также испаряется жидкость для электронных сигарет. Большая часть этих избыточных паров конденсируется на внутренней поверхности конденсатора. Благодаря конической форме конденсатора конденсат стекает вдоль боковых стенок камеры, образующей аэрозоль, и возвращается на элемент нагревателя и поверхность резервуара непосредственно вблизи элемента нагревателя.
На фиг. 3 изображена электронная сигарета по фиг. 2, содержащая первую часть 40 корпуса, состоящего из двух частей. Первая часть 40 содержит часть 42 в виде мундштука. На своем нижнем конце 44 первая часть 40 корпуса содержит конденсатор 16, цилиндрический элемент 34, элемент 14 нагревателя и круглый элемент 30 (на фиг. 3 не виден). Элемент 14 нагревателя предпочтительно является заменяемым, так что при дефекте элемента 14 нагревателя требуется заменить только сам элемент 14 нагревателя, а не всю первую часть 40 корпуса. Для установки или замены резервуара 12 две части 20, 40 корпуса, состоящего из двух частей, разъединяют. Резервуар 12 заменяют или устанавливают на опору 10, и две части 20, 40 снова соединяют. В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, две части 20, 40 корпуса соединены зажимным соединением.
На фиг. 4 показан еще один вариант осуществления изобретения. Резервуар представляет собой цилиндрический контейнер 50, содержащий жидкость для электронных сигарет, абсорбированную в пористом материале 52, и содержащий отверстие 54 на нижнем конце. В отверстии 54 контейнера 50 предусмотрен первичный нагреватель 56. Конденсатор является вторичным элементом 58 нагревателя. Вторичный элемент 58 нагревателя активируется только во время затяжки. Между затяжками вторичный нагреватель 58 в сборе действует как конденсатор, и избыточные пары, генерируемые непрерывно работающим первичным элементом 56 нагревателя, конденсируются на вторичном нагревателе 58. Канал 62 для потока воздуха образован между впускными отверстиями 60 для воздуха и выпускным отверстием 64 камеры, образующей аэрозоль. Схема 66 управления и источник 68 питания предусмотрены для управления и питания элементов 56, 58 нагревателя. Когда пользователь делает затяжку, вторичный элемент 58 нагревателя активируется таким образом, чтобы конденсированные пары, притягиваемые к вторичному элементу 58 нагревателя, испарялись.
На фиг. 5 изображен другой вариант осуществления изобретения. Нагреватель в сборе содержит корпус 70 с двумя отверстиями 72, 74 с противоположных сторон корпуса 70. Корпус 70 содержит пористый абсорбирующий жидкость материал для удерживания жидкого субстрата, генерирующего аэрозоль. Проницаемый для текучей среды первичный нагреватель 76 предусмотрен у первого отверстия 72 корпуса 70 и соединен с участком 78 для потока выходящих газов внутри системы, генерирующей аэрозоль. Первичный нагреватель 76 работает непрерывно и непрерывно испаряет жидкость для электронных сигарет, которая выпускается из системы через участок 78 для потока выходящих газов. У второго отверстия 74 предусмотрен вторичный нагреватель 80, активируемый только во время затяжек. Вторичное отверстие 47 соединено с путем 84 потока воздуха между впускным отверстием 82 для воздуха и мундштуком. Когда пользователь делает затяжку, потребитель вдыхает аэрозоль, генерируемый вторичным нагревателем 80.