СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧИСТКИ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА АЭРОЗОЛЬ-ГЕНЕРИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
METHOD AND DEVICE FOR CLEANING OF THE AEROSOL-GENERATING DEVICE HEATING ELEMENT

Настоящее изобретение относится к способу использования аэрозоль-генерирующего устройства, имеющего пригодный для многократного использования нагревательный элемент, и к аэрозоль-генерирующему устройству, включающему нагревательный элемент, для использования в употреблении курительного изделия.
В технике известны курительные изделия, в котором аэрозоль-образующий субстрат, такой как содержащий табак субстрат, нагревается, а не сгорает. Цель таких нагреваемых курительных изделий заключается в том, чтобы сократить количество известных вредных компонентов дыма, которые образуются в процессе горение и пиролитического разложения табака в традиционных сигаретах. Как правило, в таких нагреваемых курительных изделиях аэрозоль образуется посредством передачи тепла от источника тепла к физически отдельному аэрозоль-образующему субстрату или материалу, который может быть расположен внутри, вокруг или ниже по потоку относительно источника тепла. В процессе курения летучие соединения высвобождаются из аэрозоль-образующего субстрата посредством передачи тепла от источника тепла и увлекаются воздухом, втягиваемым через курительное изделие. Когда высвобождающиеся соединения охлаждаются, они конденсируются для образования аэрозоля, который вдыхается пользователем.
В ряде документов уровня техники описаны аэрозоль-генерирующие устройства для употребления или курения нагреваемых курительных изделий. Такие устройства включают, например, нагреваемые курительные системы и электрически нагреваемые курительные системы. Один преимущество этих систем заключается в том, что они значительно сокращают побочный поток дыма, позволяя при этом курильщику по собственному выбору приостанавливать и возобновлять курение. Пример нагреваемой курительной системы описан в патенте США №5144962, который предусматривает, согласно одному варианту выполнения, производящую аромат среду в контакте с нагревателем. Когда среда расходуется, заменяют одновременно среду и нагреватель. Оказывается желательным аэрозоль-генерирующее устройство, в котором курительное изделие можно заменять без необходимости извлечения нагревательного элемента.
Как правило, курительные изделия для использования с аэрозоль-генерирующими устройствами включают аэрозоль-образующий субстрат, который изготавливают, часто с другими элементами или компонентами, в форме стержня. Как правило, такой стержень имеет форму и размеры, предназначенные для вставки в аэрозоль-генерирующее устройство, которое содержит нагревательный элемент для нагревания аэрозоль-образующего субстрата.
В других аэрозоль-генерирующих устройствах, таких как электрическая зажигалка, описанная в патенте США №5878752, используется оболочка, например, керамическая или металлическая, которая окружает нагревательное устройство, и резистивный нагревательный элемент находится в тепловой близости к оболочке. В сочетании с нагревателем оболочечного типа очищающий элемент необязательно вставляют в сигаретный отсек электрической зажигалки или помещают на выходе из нее, чтобы поглощать, втягивать и/или каталитически разлагать термически высвобождаемые конденсаты. В таких системах нагревающее сигарету устройство может быть определено пластинами, которые концентрически окружают вставленную сигарету.
В отличие от таких систем, непосредственный контакт между нагревательным элементом, например, приводимым в действие электричеством нагревательным элементом и аэрозоль-образующим субстратом может обеспечивать эффективное средство для нагревания аэрозоль-образующего субстрата и образования пригодного для вдыхания аэрозоля. В устройстве такой конфигурации тепло от нагревательного элемента может передаваться почти моментально, по меньшей мере, части аэрозоль-образующего субстрата, когда нагревательный элемент включается, и это может способствовать быстрому образованию аэрозоля. Кроме того, суммарная энергия нагревания, требуемая для образования аэрозоля, может быть ниже, чем в случае системы, в которой аэрозоль-образующий субстрат не образует непосредственный контакт с нагревательным элементом, и первоначальное нагревание субстрата происходит посредством конвекции или излучения. В том случае, когда нагревательный элемент находится в непосредственном контакте с аэрозоль-образующим субстратом, первоначальное нагревание частей субстрата, которые находятся в контакте с нагревательным элементом, будет осуществляться путем теплопроводности.
При использовании в настоящем документе термин «аэрозоль-генерирующее устройство» означает устройство, которое взаимодействует с аэрозоль-образующим субстратом и производит аэрозоль. Аэрозоль-образующий субстрат может представлять собой часть аэрозоль-генерирующего изделия, например, часть курительного изделия. Аэрозоль-генерирующее устройство может включать один или несколько компонентов, используемых для передачи энергии от источника электроэнергии к аэрозоль-образующему субстрату и образования аэрозоля.
Аэрозоль-генерирующее устройство может быть описано как нагреваемое аэрозоль-генерирующее устройство, который представляет собой аэрозоль-генерирующее устройство, включающее нагреватель. Нагреватель предпочтительно используется для нагревания аэрозоль-образующего субстрата аэрозоль-генерирующего изделия и образования аэрозоля.
Аэрозоль-генерирующее устройство может представлять собой электрически нагреваемое аэрозоль-генерирующее устройство, которое представляет собой аэрозоль-генерирующее устройство, включающее нагреватель, в котором используется электроэнергия для нагревания аэрозоль-образующего субстрата аэрозоль-генерирующего изделия и образования аэрозоля. Аэрозоль-генерирующее устройство может представлять собой газовое нагреваемое аэрозоль-генерирующее устройство. Аэрозоль-генерирующее устройство может представлять собой курительное устройство, которое взаимодействует с аэрозоль-образующим субстратом аэрозоль-генерирующего изделия и производит аэрозоль, который является пригодным для непосредственного вдыхания в легкие пользователя через рот пользователя.
При использовании в настоящем документе термин «аэрозоль-образующий субстрат» означает субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Такие летучие соединения могут высвобождаться посредством нагревания аэрозоль-образующего субстрата. Аэрозоль-образующий субстрат можно помещать на носитель или подложку посредством адсорбции, покрытия, пропитывания или другим способом. Аэрозоль-образующий субстрат может надлежащим образом составлять часть аэрозоль-генерирующего изделия или курительного изделия.
Аэрозоль-образующий субстрат может быть твердым или жидким и может содержать никотин. Аэрозоль-образующий субстрат может включать табак; например, он может включать содержащий табак материал, в котором содержатся летучие соединения, обладающие запахом табака, которые высвобождаются из аэрозоль-образующего субстрата при нагревании. Согласно предпочтительным вариантам выполнения, аэрозоль-образующий субстрат может включать гомогенизированный табачный материал, например уплотненный листовой табак.
При использовании в настоящем документе термины «аэрозоль-генерирующее изделие» и «курительное изделие» означают изделие, включающее аэрозоль-образующий субстрат, который способен высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Например, аэрозоль-генерирующее изделие может представлять собой курительное изделие, которое производит аэрозоль, который является пригодным для непосредственного вдыхания в легкие пользователя через рот пользователя. Аэрозоль-генерирующее изделие может быть предназначено для одноразового использования.
Предпочтительное аэрозоль-генерирующее изделие представляет собой нагреваемое аэрозоль-генерирующее изделие, которое представляет собой аэрозоль-генерирующее изделие, включающее аэрозоль-образующий субстрат, который предназначается для нагревания, а не сгорания в целях высвобождения летучих соединений, которые могут образовывать аэрозоль. Аэрозоль, образующийся посредством нагревания аэрозоль-образующего субстрата, может содержать в меньших количествах известные вредные компоненты, которые могли бы образоваться в процессе горения или пиролитического разложения аэрозоль-образующего субстрата. Аэрозоль-генерирующее изделие может представлять собой или включать табачный стержень.
Настоящее изобретение предусматривает способ использования аэрозоль-генерирующего устройства, аэрозоль-генерирующее устройство, и набор, включающий аэрозоль-генерирующее устройство, которые представлены в настоящем описании. Разнообразные варианты выполнения представлены в настоящем описании.
Таким образом, согласно одному аспекту настоящее изобретение может предусматривать способ использования аэрозоль-генерирующего устройства, которое содержит пригодный для многократного использования нагревательный элемент для нагревания аэрозоль-образующего субстрата. Данный способ включает стадии приведения нагревательного элемента в непосредственный контакт с аэрозоль-образующим субстратом и повышение температуры нагревательного элемента до первой температуры для нагревания аэрозоль-образующего субстрата таким образом, что образуется аэрозоль. Кроме того, данный способ предусматривает стадии удаления или извлечения нагревательного элемента для прекращения контакта с аэрозоль-образующим субстратом и повышение температуры нагревательного элемента до второй температуры, которая является достаточной для термического высвобождения органических материалов осажденный на нагревательном элементе. Вторая температура представляет собой более высокую температуру, чем первая температура. Высвобождение тепла может происходить в процессе пиролиза или реакции карбонизации.
Аэрозоль-образующий субстрат может представлять собой твердый аэрозоль-образующий субстрат. В качестве альтернативы, аэрозоль-образующий субстрат может одновременно включать твердые и жидкие компоненты. Аэрозоль-образующий субстрат может включать содержащий табак материал, в котором содержатся летучие обладающие запахом табака соединения, которые высвобождаются из субстрата при нагревании. В качестве альтернативы, аэрозоль-образующий субстрат может включать нетабачный материал. Аэрозоль-образующий субстрат может дополнительно включать образующее аэрозоль вещество. Примеры подходящих образующих аэрозоль веществ представляют собой глицерин и пропиленгликоль.
Если аэрозоль-образующий субстрат представляет собой твердый аэрозоль-образующий субстрат, данный твердый аэрозоль-образующий субстрат может включать, например, одну или несколько из следующих форм: порошок, гранулы, таблетки, обрезки, лапша, полоски или листы, содержащие один или несколько из следующих материалов: лист растения, табачный лист, фрагменты жилок табачного листа, восстановленный табак, переработанный табак, гомогенизированный табак, экструдированный табак и взорванный табак. Твердый аэрозоль-образующий субстрат может присутствовать в неупакованной форме, или он может содержаться в подходящем контейнере или картридже. Например, аэрозоль-образующий материал субстрата может содержаться в бумаге или обертке и иметь форму стержня. Когда аэрозоль-образующий субстрат присутствует в форме стержня, весь стержень, включающий любую оберточную бумагу, рассматривается в качестве аэрозоль-образующего субстрата.
Необязательно, твердый аэрозоль-образующий субстрат может содержать дополнительные табачные или нетабачные летучие ароматизирующие соединения, которые высвобождаются при нагревании субстрата. Твердый аэрозоль-образующий субстрат может также содержат капсулы, которые, например, включают дополнительные табачные или нетабачные летучие ароматизирующие соединения, причем такие капсулы могут плавиться в процессе нагревания твердого аэрозоль-образующего субстрата.
Необязательно, твердый аэрозоль-образующий субстрат может быть нанесен на поверхность или внедрен в объем термически устойчивого носителя. Данный носитель может присутствовать в такой форме, как порошок, гранулы, таблетки, обрезки, лапша, полоски или листы. Твердый аэрозоль-образующий субстрат может быть нанесен на поверхность носителя в такой форме, как, например, лист, пена, гель или суспензия. Твердый аэрозоль-образующий субстрат может быть нанесен на всю поверхность носителя, или, в качестве альтернативы, он может быть нанесен в форме рисунка, чтобы обеспечивать неравномерное высвобождение ароматизирующих веществ в процессе использования.
Согласно предпочтительным вариантам выполнения, аэрозоль-образующий субстрат содержится в курительном изделии, например, в имеющем форму стержня курительном изделии, таком как сигарета. Курительное изделие предпочтительно имеет подходящие размеры и форму, которые соответствуют аэрозоль-генерирующему устройству, таким образом, чтобы приводить аэрозоль-образующий субстрат в контакт с нагревательным элементом устройства. Например, курительное изделие может иметь суммарную длину, составляющую от приблизительно 30 мм до приблизительно 100 мм. Курительное изделие может иметь внешний диаметр, составляющий от приблизительно 5 мм до приблизительно 12 мм.
Термины «выше по потоку» и «ниже по потоку» можно использовать для описания относительного расположения элементов или компонентов курительного изделия. Для простоты термины «выше по потоку» и «ниже по потоку» при использовании в настоящем документе означают относительное расположение вдоль стержня курительного изделия по отношению к направлению, в котором аэрозоль втягивается через стержень.
Нагревательный элемент может иметь удобную форму, такую как игла, булавка, стержень или пластина, чтобы его можно было вставлять в курительное изделие для приведения в контакт с аэрозоль-образующим субстратом. Аэрозоль-генерирующее устройство может включать более чем один нагревательный элемент, и в последующем описании упоминание нагревательного элемента означает один или несколько нагревательных элементов.
Температура нагревательного элемента может повышаться до первой температуры и до второй температуры. Температура может повышаться любым подходящим способом. Например, температура может повышаться за счет передачи тепла в результате контакта с другим источником тепла. Температура может повышаться за счет индукционного нагревания, вызванного переменным электромагнитным полем. Температура может повышаться за счет резистивного нагревания, вызванного пропусканием электрического тока через проводящую проволоку или резистивную дорожку. Согласно одному варианту выполнения, дорожка может иметь сопротивление, составляющее от 0,5 до 5 Ом.
Предпочтительный нагревательный элемент содержит жесткий электроизоляционный материал с электропроводящей дорожкой или проволокой, расположенной на его поверхности. Предпочтительно размер и форма электроизоляционного субстрата позволяют вставлять его непосредственно в аэрозоль-образующий субстрат. Если электроизоляционный материал не является в достаточной степени жестким, нагревательный элемент может включать дополнительные армирующие детали. Ток можно пропускать через дорожку или проволока, чтобы передавать тепло нагревательному элементу и аэрозоль-образующему субстрату.
Оказывается предпочтительным, что аэрозоль-генерирующее устройство дополнительно содержит электронную схему, предназначенную для управления подачей тока к нагревательному элементу в целях регулирования температуры. Аэрозоль-генерирующее устройство может также включать устройство для измерения температуры нагревательного элемента. Это может позволять электронной схеме или управляющей схеме повышать температуру нагревательного элемента до первой температуры и до второй температуры. Оказывается предпочтительным, что первая температура представляет собой достаточно высокую температуру, которая обеспечивает высвобождение летучих соединений из аэрозоль-образующего субстрата и, таким образом, образование аэрозоля. Оказывается предпочтительным, что первая температура не является достаточно высокой для горения аэрозоль-образующего субстрата.
Предпочтительно первая температура составляет менее чем приблизительно 375°C. Например, первая температура может составлять от 80°C до 375°C, например, от 100°C до 350°C. Продолжительность времени, в течение которого нагревательный элемент выдерживается при первой температуре, может быть фиксированной. Например, первую температуру можно выдерживать в течение периода, составляющего более чем 2 секунды, например, от 2 секунд до 10 секунд. Продолжительность времени, в течение которого нагревательный элемент выдерживается при первой температуре, может быть переменной. Например, аэрозоль-генерирующее устройство может включать датчик, который определяет, когда пользователь делает затяжку через курительное изделие, и время можно регулировать как продолжительность времени, в течение которого пользователь делает затяжку через курительное изделие.
В течение периода, в котором нагревательный элемент находится в контакте с аэрозоль-образующим субстратом, нагревательный элемент проходит тепловой цикл, в течение которого он нагревается до первой температуры и затем охлаждается. Нагревательный элемент охлаждается предпочтительно до меньшей температуры, чем первая температура, когда его извлекают для прекращения контакта с аэрозоль-образующим субстратом. В процессе контакта частицы аэрозоль-образующего субстрата могут прикрепляться к поверхности нагревательного элемента. Кроме того, летучие соединения и аэрозоль, которые высвобождаются за счет тепла от нагревательного элемента, могут осаждаться на поверхность нагревательного элемента. Частицы и соединения, которые осаждаются и прикрепляются на поверхности нагревательного элемента, могут препятствовать тому, что нагревательный элемент будет функционировать в оптимальном режиме. Эти частицы и соединения могут также разрушаться в процессе использования аэрозоль-генерирующего устройства и создавать горький или неприятный для пользователя запах. По этим причинам оказывается желательным осуществление периодической очистки нагревательного элемента.
Оказывается предпочтительным, что вторая температура представляет собой температуру, достаточно высокую для термического высвобождения органических соединений, которые находятся в контакте с нагревательным элементом. Органические соединения могут представлять собой любые частицы или соединения, которые прикрепляются или осаждаются на поверхности нагревательного элемента в течение периода контакта между нагревательным элементом и субстратом.
Высвобождение органических соединений при нагревании может происходить посредством пиролиза. Пиролиз представляет собой процесс, в котором химические соединения разлагаются вследствие действия тепла. В процессе пиролиза органические соединения, как правило, образуют органические пары и жидкости, которые, согласно настоящему изобретению, могут удаляться от нагревательного элемента, оставляя его в очищенном состоянии.
Оказывается предпочтительным, что органические материалы, которые осаждаются на нагревательном элементе, термически высвобождаются посредством повышения температуры нагревательного элемента до уровня, составляющего приблизительно 430°C или более. Например, температура может повышаться до уровня, составляющего более чем 475°C или более чем 550°C. Температура может повышаться до более высокого уровня, составляющего, например, как более чем 600°C или более чем 800°C.
Оказывается предпочтительным, что нагревательный элемент выдерживают при второй температуре в течение некоторого периода времени, чтобы осуществлять высвобождение органических соединений под действием тепла. Например, нагревательный элемент можно выдерживать при второй температуре в течение более чем 5 секунд. Предпочтительно нагревательный элемент выдерживают при второй температуре в течение периода, составляющего от 5 секунд до 60 секунд, например, от 10 секунд до 30 секунд.
Курительные изделия для использования с аэрозоль-генерирующими устройствами включают некоторое количество аэрозоль-образующего субстрата. Аэрозоль-образующий субстрат может расходоваться полностью в течение одного теплового цикла нагревательного элемента. Согласно одному такому варианту выполнения, нагреватель является постоянно включенным, и температура регулируется количеством энергии, поступающей к нагревательному элементу в процессе работы. Это может происходить, например, если нагревательный элемент выдерживается при первой температуре в течение периода расходования курительного изделия. В качестве альтернативы, нагревательный элемент периодически проходит в импульсном режиме через тепловые циклы до первой температуры и обратно. Эти импульсы могут происходить одновременно с периодами, когда пользователь осуществляет затяжку через курительное изделие. Порция аэрозоля образуется каждый раз, когда температура достигает первой температуры, и образование аэрозоля прекращается каждый раз, когда нагревательный элемент снова охлаждается. Когда образование аэрозоля прекращается, курительное изделие считается израсходованным. Таким образом, возможно осуществление более чем 5, или более чем 10, или более чем 15 тепловых циклов, в которых нагревательный элемент нагревается до первой температуры, а затем охлаждается, прежде чем будет израсходовано курительное изделие.
Пользователь может извлекать израсходованное курительное изделие и заменять его новым неизрасходованным курительным изделием без выполнения стадия повышения температуры нагревательного элемента до второй температуры. Другими словами, пользователь может расходовать более чем одно изделие перед осуществлением стадии очистки для термического высвобождения органических материалов с поверхности нагревательного элемента.
Таким образом, температура нагревательного элемента может повышаться до первой температуры множество раз перед тем, как осуществляется стадия повышения температуры нагревательного элемента до второй температуры.
Стадия повышения температуры нагревательного элемента до второй температуры для термического высвобождения органических материалов, прикрепленных или осажденных на нагревательном элементе, может называться термином «стадия очистки».
Стадия очистки может осуществляться в ручном режиме пользователем. Например, пользователь может определять, что нагревательный элемент нуждается в очистке, и осуществлять цикл очистки, в котором нагревательный элемент нагревается до второй температуры в течение заданного периода времени. Данный цикл очистки можно осуществлять путем нажатия кнопки на аэрозоль-генерирующем устройстве. Предпочтительно цикл очистки прекращается автоматически после завершения заданного или запрограммированного теплового цикла.
Аэрозоль-генерирующее устройство может включать датчик для определения того, что курительное изделие соединено или не соединено с аэрозоль-генерирующим устройством. Когда курительное изделие присоединено, предпочтительно аэрозоль-генерирующее устройство включает средство управления, например, управляющее программное обеспечение, которое своим действием предотвращает нагревание нагревательного элемента до второй температуры, и в результате этого предотвращается осуществление цикла очистки в то время, когда курительное изделие соединено с аэрозоль-генерирующим устройством.
Стадия очистки может осуществляться автоматически. Например, аэрозоль-генерирующее устройство может включать средство для обнаружения того, что нагревательный элемент извлекается для прекращения контакта с аэрозоль-образующим субстратом, например, когда курительное изделие извлекается из устройства. Когда обнаруживается такое событие, нагревательный элемент может автоматически осуществлять цикл в режиме очистки, в котором нагревательный элемент нагревается до второй температуры в течение заданного период времени.
Средство управления, соединенное с аэрозоль-генерирующим устройством, может регистрировать число курительных изделий, израсходованных пользователем, и автоматически осуществлять цикл очистки после того, как было израсходовано заданное число курительных изделий.
Согласно некоторым вариантам выполнения, аэрозоль-генерирующее устройство может включать батарею, которая обеспечивает энергию для нагревания нагревательного элемента. Может оказаться предпочтительным, если аэрозоль-генерирующее устройство соединено с зарядной станцией для перезарядки батареи и для выполнения других функций. Может оказаться предпочтительным, что цикл очистки осуществляется, когда аэрозоль-генерирующее устройство присоединено к зарядной станции. Зарядная станция может иметь способность передавать больше энергии нагревательному элементу, чем аэрозоль-генерирующее устройство, и, таким образом, может повышаться вторая температура. Повышенная вторая температура может обеспечивать более эффективный или ускоренный процесс очистки.
Согласно одному аспекту, настоящее изобретение может предусматривать аэрозоль-генерирующее устройство, которое содержит нагревательный элемент, присоединенный к регулятору. Регулятор запрограммирован для приведения в действие нагревательного элемента в течение первого теплового цикла, в котором температура нагревательного элемента повышается до первой температуры, составляющей менее чем приблизительно 400°C, чтобы обеспечивать среднюю температуру на уровне 375°C на поверхности нагревательного элемента и максимальную температуру в любой точке поверхности, т.е. максимальную локальную температуру, составляющую 420°C. Это обеспечивает образование аэрозоля из аэрозоль-образующего субстрата, расположенного вблизи нагревательного элемента, без горения аэрозоль-образующего субстрата. Кроме того, регулятор, запрограммированный для приведения в действие нагревательного элемента в течение второго теплового цикла, в котором температура нагревательного элемента повышается до второй температуры, составляющей более чем приблизительно 430°C, в целях термического высвобождения органического материала, осажденного на нагревательном элементе.
Первая температура предпочтительно составляет более чем 80°C. Например, первая температура может составлять от 80°C до 375°C или от 100°C до 350°C.
Аэрозоль-генерирующее устройство может представлять собой любое устройство для выполнения способа, описанного выше. Например, аэрозоль-генерирующее устройство может представлять собой любое устройство, включающее регулятор, который запрограммирован для выполнения способа, который описан выше или определен в формуле настоящего изобретения.
Регулятор может находиться внутри аэрозоль-генерирующего устройства. В качестве альтернативы, регулятор может находиться внутри зарядной станции, которая присоединяется к аэрозоль-генерирующему устройству, и, таким образом, к нагревательному элементу аэрозоль-генерирующего устройства.
Согласно одному аспекту, настоящее изобретение может предусматривать набор, включающий аэрозоль-генерирующее устройство, которое является подходящим для содержания курительного изделия и содержит нагревательный элемент, причем данный набор дополнительно содержит инструкции для очистки нагревательного элемента посредством термического высвобождения органического материала, прикрепленного или осажденного на поверхности нагревательного элемента. В данным инструкциях может содержаться описание термического высвобождения органического материала, например, посредством нагревания. Инструкции могут описывать, как пользователь должен осуществлять автоматический цикл очистки, запрограммированный в аэрозоль-генерирующем устройстве.
Набор может включать зарядную станцию, которая присоединяется к аэрозоль-генерирующему устройству. Инструкции могут описывать, как пользователь должен осуществлять автоматический цикл очистки, запрограммированный в зарядной станции.
Набор может дополнительно включать одно или несколько курительных изделий. Набор может включать инструкции для выполнения любого способа, который описан выше или определен в формуле настоящего изобретения.
Отличительные характеристики, которые описаны по отношению к одному аспекту настоящего изобретения, могут оказаться применимыми и к другим вариантам выполнения, обсуждаемым в настоящем документе.
Примерные варианты выполнения
Далее примерные варианты выполнения будут описаны по отношению к чертежам, в числе которых:
Фиг. 1 представляет схематическое изображение поперечного сечения первого варианта выполнения аэрозоль-генерирующего устройства, соединенного с курительным изделием;
Фиг. 2 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее нагревательный элемент первого варианта выполнения аэрозоль-генерирующего устройства;
Фиг. 3A представляет изображение, иллюстрирующее нагревательный элемент согласно первому варианту выполнения аэрозоль-генерирующего устройства с поверхностью, которая является загрязненной органическими компонентами;
Фиг. 3B представляет изображение, иллюстрирующее нагревательный элемент на Фиг. 3A после термического высвобождения органических компонентов;
Фиг. 4 представляет технологическую схему, иллюстрирующую первый вариант выполнения способа;
Фиг. 5 представляет блок-схему, иллюстрирующую конфигурацию аэрозоль-генерирующего устройства; и
Фиг. 6 представляет технологическую схему, иллюстрирующую второй вариант выполнения способа.
Фиг. 1 иллюстрирует часть аэрозоль-генерирующего устройства 10 согласно первому варианту выполнения. Аэрозоль-генерирующее устройство 10 соединено с курительным изделием 20 для употребления курительного изделия 20 пользователем.
Курительное изделие 20 содержит четыре элемента, в том числе аэрозоль-образующий субстрат 30, полая трубка 40, переходная секция 50 и мундштучный фильтр 60. Эти четыре элементы расположены последовательно в коаксиальной ориентации и обернуты сигаретной бумагой 70, образуя стержень 21. Стержень имеет мундштучный конец 22, который пользователь вставляет в рот в процессе использования, и дальний конец 23, представляющий собой противоположный конец стержня по отношению к мундштучному концу 22. Элементы, расположенные между мундштучным концом 22 и дальним концом 2,3 можно описать как расположенные выше по потоку относительно мундштучного конца или, в качестве альтернативы, ниже по потоку относительно дальнего конца.
В сборке стержень 21 имеет длину, составляющую 45 мм, и диаметр, составляющий 7,2 мм.
Аэрозоль-образующий субстрат 30 расположен выше по потоку относительно полой трубки 40 и проходит в дальний конец 23 стержня 21. Аэрозоль-образующий субстрат содержит пучок извитого уплотненного листового табака, завернутый в фильтровальную бумагу (не представлено), образуя стержень. Уплотненный листовой табак содержит добавки, в том числе глицерин в качестве образующей аэрозоль добавки.
Полая трубка 40 расположена непосредственно ниже по потоку относительно аэрозоль-образующего субстрата 30 и представляет собой трубку, изготовленную из ацетата целлюлозы. Трубка 40 определяет отверстие, диаметр которого составляет 3 мм. Одна функция полой трубки 40 заключается в том, чтобы перемещать аэрозоль-образующий субстрат 30 по направлению к дальнему концу 23 стержня 21, таким образом, чтобы он мог вступать в контакт с нагревательным элементом. Полая трубка 40 своим действием препятствует аэрозоль-образующему субстрату 30 перемещаться вдоль стержня по направлению к мундштучному концу 22, когда нагревательный элемент вставляют в аэрозоль-образующий субстрат 30.
Переходная секция 50 содержит тонкостенную трубку длиной 18 мм. Переходная секция 50 позволяет летучим веществам, которые высвобождаются из аэрозоль-образующего субстрата 30, перемещаться вдоль стержня 21 по направлению к мундштучному концу 22. Летучие вещества могут охлаждаться внутри переходной секции для образования аэрозоля.
Мундштучный фильтр 60 представляет собой традиционный мундштучный фильтр, изготовленный из ацетата целлюлозы и имеющий длину 7,5 мм.
3
Четыре элемента, определенные выше, находятся в сборке, плотно обернутые сигаретной бумагой 70. Согласно данному конкретному варианту выполнения, бумага представляет собой стандартную сигаретную бумагу, имеющую стандартные свойства или классификацию. Согласно данному конкретному варианту выполнения, бумага представляет собой традиционную сигаретную бумагу. Например, бумага может представлять собой пористый материал, имеющий неизотропную структуру, которую образуют целлюлозные волокна (переплетенные волокна, сшитые водородными связями), наполнители и способствующие горению вещества. Вещество-наполнитель может представлять собой CaCO, и способствующие горению вещества могут представлять собой одно или несколько из следующих веществ: цитрат K/Na, ацетат Na, MAP (однозамещенный фосфат аммония), DSP (двухзамещенный фосфат натрия). Конечный состав в расчете на квадратный метр может содержать приблизительно 25 г волокна + 10 г карбоната кальция + 0,2 г способствующей горению добавки. Пористость бумаги может составлять от 0 до 120 единиц CORESTA (Центр сотрудничества научных исследований, связанных с табаком). Граница раздела между бумагой и каждым из элементов содержит элементы и определяет стержень 15 курительного изделия 1.
Граница раздела между бумагой и каждым из элементов содержит элементы и определяет стержень 21 курительного изделия 20. Хотя конкретный вариант выполнения, который описан выше и проиллюстрирован на Фиг.1, содержит пять элементов, завернутых в сигаретную бумагу, обычному специалисту в данной области техники должно быть очевидным, что, согласно вариантам выполнения, обсуждаемым в настоящем документе, курительное изделие может иметь дополнительные элементы, и эти элементы могут быть завернуты в альтернативную сигаретную обертку или ее эквивалент. Аналогичным образом, курительное изделие согласно настоящему изобретению может содержать меньшее число элементов. Кроме того, если теперь является очевидным для специалиста в данной области, что различные размеры элементов, которые обсуждаются по отношению к разнообразным вариантам выполнения, проиллюстрированным в настоящем документе, представляют собой просто примеры, и что подходящие альтернативные размеры разнообразных элементов можно выбирать без отклонения от идеи вариантов выполнения, которые обсуждаются в настоящем документе.
Аэрозоль-генерирующее устройство 10 содержит оболочку 12, в которой содержится используемое курительное изделие 20. Нагревательный элемент 90 расположен внутри оболочки 12 и предназначен для соединения с дальним концом 23 курительного изделия. Нагревательный элемент 90 присутствует форме пластины, которая заканчивается острием 91.
Когда курительное изделие 20 вставляют в оболочку 12, острие 91 нагревательного элемента 90 соединяется с аэрозоль-образующим субстратом 30. При приложении усилия к курительному изделию нагревательный элемент 90 проникает в аэрозоль-образующий субстрат 30. Когда он располагается надлежащим образом, дальнейшее проникновение предотвращается, поскольку дальний конец 23 курительного изделия 20 примыкает к торцевой стенке оболочки 12, которая действует в качестве стопора.
Когда курительное изделие 20 занимает надлежащее положение в аэрозоль-генерирующем устройстве 10, нагревательный элемент 90 вставлен в аэрозоль-образующий субстрат 30.
2
3
2
Фиг. 2 более подробно иллюстрирует нагревательный элемент 90, который содержится в аэрозоль-генерирующем устройстве 10 на Фиг. 1. Нагревательный элемент 90 имеет в существенной степени пластинчатую форму. Таким образом, нагревательный элемент имеет длину, которая при использовании проходит в направлении продольной оси курительного изделия, соединенного с нагревательным элементом, ширину и толщину. Ширина является больше, чем толщина. Нагревательный элемент 90 заканчивается острием или наконечником 91 для проникновения в курительное изделие 20. Нагревательный элемент содержит электроизоляционный материал 92, который определяет форму нагревательного элемента 90. Электроизоляционный материал может представлять собой, например, оксид алюминия (AlO) или стабилизированный диоксид циркония (ZrO). Теперь для специалиста в данной области является очевидным, что электроизоляционный материал может представлять собой любой подходящий электроизоляционный материал, и что многочисленные керамические материалы являются подходящими для использования в качестве электроизоляционного материала.
Дорожки 93 электропроводного материала нанесены на поверхность электроизоляционного материала 92. Эти дорожки 93 изготовлены из тонкого слоя платины. Любой подходящий электропроводный материал можно использовать для изготовления дорожек, и список подходящих материалов включает множество металлов, в том числе золото, которые являются хорошо известными для специалиста в данной области техники. Один конец дорожек 93 присоединяется к источнику электроэнергии посредством первого контакта 94, а другой конец дорожек 93 присоединяется к источнику электроэнергии посредством второго контакта 95. Когда ток проходит через дорожки 93, происходит резистивное нагревание. При этом нагревается весь нагревательный элемент 90 и окружающая среда. Когда выключается ток, проходящий через дорожки 93 нагревательного элемента 90, резистивное нагревание прекращается, и температура нагревательного элемента 90 быстро снижается.
Нагревательный элемент 90 также содержит кольцо 96. Кольцо 96 можно изготавливать, используя подходящий материал, который обеспечивает электропроводность, при том условии, что конструкция кольца 96 также выбрана таким образом, чтобы сокращать до минимума резистивное нагревание. Согласно одному варианту выполнения, когда дорожки 93 изготовлены из платины или платинового сплава, кольцо 96 может быть изготовлено из золота или серебра, или сплава, включающего любой из этих металлов. Вследствие различного электрического сопротивления материала кольца 96, меньше тепла образуется в области кольца, и кольцо 96 имеет меньшую среднюю температуру, чем часть нагревательного элемента 90, включающая дорожки 96. Согласно следующему варианту выполнения, кольцо 96 может быть изготовлено из изоляционного материала, такого как керамический материал другой соответствующий изолятор.
Кольцо 96 образует холодную зону по сравнению со средней температурой поверхности части нагревательного элемента 90, которая содержит дорожки 93. Например, средняя температура холодной зоны в процессе работы может составлять более чем на 50°C ниже, чем средняя температура поверхности части нагревательного элемента 90, включающей дорожки 93. Включение кольца 96 может обеспечивать ряд преимуществ, в том числе уменьшение температуры, которую измеряет какое-либо встроенное электронное оборудование. Кроме того, кольцо 96 защищает от плавления или разрушения различные части устройства 10, когда в устройстве используются материалы, такие как пластмасса. Кольцо также уменьшает конденсацию в дальнем конце устройства, потому что такой аэрозоль охлаждается, когда он проходит через кольцо 96. Это уменьшение конденсации определяют электронные устройства (не представлены), и контакты 94 и 95, включенные в устройство 10, способствуют защите таких элементов.
Аэрозоль-генерирующее устройство 10 содержит источник электроэнергии и электронные устройства (не представлены), которые позволяют приводить в действие нагревательный элемент 90. Такое приведение в действие можно осуществлять в ручном режиме, или оно может происходить автоматически в ответ на втягивание пользователем воздуха через курительное изделие. Когда нагревательный элемент приводится в действие, аэрозоль-образующий субстрат нагревается, и летучие вещества образуются или высвобождаются. Когда пользователь делает затяжку через мундштучный конец курительного изделия 20, воздух втягивается в курительное изделие, и летучие вещества конденсируются, образуя пригодный для вдыхания аэрозоль. Этот аэрозоль проходит через мундштучный конец 22 курительного изделия и в рот пользователя.
Согласно конкретному варианту выполнения, который схематически проиллюстрирован на Фиг.5, аэрозоль-генерирующее устройство содержит процессор или регулятор 19, присоединяемый к нагревательному элементу 90, чтобы регулировать нагревание нагревательного элемента. Регулятор 19 запрограммирован для приведения в действие нагревательного элемента в течение первого теплового цикла, в котором температура нагревательного элемента повышается до первой температуры, составляющей 375°C. Это способствует образованию аэрозоля из аэрозоль-образующего субстрата, расположенного вблизи нагревательного элемента. Кроме того, регулятор запрограммирован для приведения в действие нагревательного элемента в течение второго теплового цикла, в котором температура нагревательного элемента повышается до второй температуры, составляющей 550°C, в течение 30-секундного периода. Это способствует тому, что органический материал, осажденный на нагревательном элементе, разлагается или подвергается пиролизу.
Далее конкретный вариант выполнения способа использования аэрозоль-генерирующего устройства будет описан по отношению к Фиг. 1 и 4. Фиг. 4 представляет технологическую схему, которая определяет стадии способа, производимые согласно варианту выполнения настоящего изобретения.
Стадия 1 (ссылочная позиция 100 на Фиг. 4)
Нагревательный элемент 90 аэрозоль-генерирующего устройства 10 приводится в контакт с аэрозоль-образующим субстратом 30, который содержится внутри курительного изделие 20. Для достижения этого курительное изделие 20 вставляют в оболочку 12 аэрозоль-генерирующего устройства 10. Нагревательный элемент 90 расположен внутри оболочки 12 и выступает с нижней поверхности 17 оболочки 12 таким образом, что его можно вставлять в любое курительное изделие, которое заключено в оболочку. Когда курительное изделие 20 вставляют в оболочку 12, наконечник или острие 91 нагревательного элемента 90 вступает в контакт с дальним концом 23 курительного изделия. Дальнейшее движение курительного изделия по направлению к нижнему концу 17 оболочки заставляет нагревательный элемент 90 проникать в аэрозоль-образующий субстрат, расположенный у дальнего конца 23 курительного изделия 20. Когда курительное изделие оказывается полностью вставленным в оболочка, дальний конец 23 курительного изделия примыкает торцом к нижней поверхности 17 оболочки 12, и нагревательный элемент достигает максимального проникновения.
Стадия 2 (ссылочная позиция 200)
Когда пользователь втягивает воздух или делает затяжку через мундштучный конец 22 курительного изделия 20, датчики в аэрозоль-генерирующем устройстве 10 могут обнаруживать это событие. В случае обнаружения того, как пользователь делает затяжку или втягивает воздух, регулятор 19 направляет инструкции, которые приводят в действие нагревательный элемент, осуществляющий нагревание до первой температуры. Ток проходит через электропроводные дорожки 93, расположенные на нагревательном элементе, что приводит к резистивному нагреванию нагревательного элемента. Первая температура составляет 375°C, что является достаточным для высвобождения летучих соединений из аэрозоль-образующего субстрата 20. Эти летучие соединения конденсируются, образуя пригодный для вдыхания аэрозоль, который втягивается через курительное изделие и в рот пользователя. В качестве альтернативы, можно использовать непрерывное нагревание в процессе работы устройства 10, и обнаружение того, как пользователь осуществляет затяжку или втягивает воздух, можно использовать для начала нагревания, чтобы компенсировать любое падение температуры нагревательного элемента 90 в процессе того, как пользователь осуществляет затяжку или втягивает воздух.
Стадия 3 (ссылочная позиция 300)
Когда пользователь прекращает втягивать воздух или осуществлять затяжки через мундштучный конец 22 курительного изделия 20, датчики в аэрозоль-генерирующем устройстве обнаруживают это событие. Регулятор 19 направляет инструкции для выключения тока, проходящего через нагревательный элемент 90. При этом прекращается резистивное нагревание дорожек 93, и температура нагревательного элемента быстро снижается. Когда температура снижается, прекращается образование аэрозоля. В качестве альтернативы, в процессе непрерывного нагревания, обсуждаемого выше, регулятор 19 может вместо этого просто уменьшать количество энергии, проявляющееся в процессе того, как пользователь осуществляет затяжку или втягивает воздух, на основании желательного установленного значения температуры.
Если аэрозоль-образующий субстрат 30 все же содержит летучие соединения, пользователь может осуществить следующую затяжку через курительное изделие 20 и повторить стадию 2, которая показана стрелкой 350 на Фиг. 4. Стадии 2 и 3 можно повторять с такой частотой, насколько это необходимо для использования курительного изделия.
Стадия 4 (ссылочная позиция 400)
Когда пользователь заканчивает использование курительного изделия 20, например, когда аэрозоль больше не производится при нагревании аэрозоль-образующего субстрата 30, курительное изделие 20 извлекают из оболочки 12 аэрозоль-генерирующего устройства 10. Это означает, что нагревательный элемент 90 извлекается для прекращения контакта с аэрозоль-образующим субстратом 30. Почти неизбежно нагревательный элемент 90 оказывается загрязненным некоторыми отложениями или остатками, которые производятся из аэрозоль-образующего субстрата 30. Такие отложения могут ухудшать эффективность нагревательного элемента. Например, отложения на нагревательном элементе могут препятствовать теплопередаче между нагревательным элементом и аэрозоль-образующим субстратом. Отложения на нагревательном элементе могут также препятствовать измерению температуры, когда нагревательный элемент используется для измерения температуры. Отложения на нагревательном элементе могут также производить придающие горечь соединения при повторном нагревании, что может ухудшать запах аэрозолей, образующихся при использовании последующих курительных изделий.
Если пользователь ощущает, что отложения на нагревательном элементе находятся на достаточно низком уровне, он может принять решение об использовании следующего курительного изделия. В таком случае стадии 1-4 можно повторять. Это показано стрелкой 450 на Фиг. 4.
Стадия 5 (ссылочная позиция 500)
Если пользователь полагает, что нагревательный элемент нуждается в очистке, то он нажимает кнопку (не представлена) на аэрозоль-генерирующем устройстве 10, что заставляет регулятор начинать цикл очистки. В процессе цикла нагревания ток проходит через дорожки 93 нагревательного элемента 90 и повышает температуру нагревательного элемента до второй температуры. Данная вторая температура составляет 550°C, и при этой температуре отложения на нагревательном элементе могут подвергаться термическому разложению или пиролизу. Нагревательный элемент 90 выдерживают при температуре 550°C в течение периода, составляющего 30 секунд, для термического высвобождения органических соединений, осажденных на нагревательном элементе 90.
Фиг. 3A иллюстрирует часть аэрозоль-генерирующего устройства. Данный чертеж иллюстрирует нагревательный элемент 90 после работы устройства для использования курительного изделия. Таким образом, Фиг. 3A иллюстрирует нагревательный элемент 90 аэрозоль-генерирующего устройства после стадии 4 способа, описанного выше. Можно видеть, что нагревательный элемент 90 покрывают органические отложения, которые оказываются черными на Фиг. 3A.
Фиг. 3B иллюстрирует такой же нагревательный элемент, который проиллюстрирован на Фиг. 3A, после выполнения цикла очистки на стадии 5, как описано выше. Таким образом, нагревательный элемент 90 на Фиг. 3A нагревали до температуры 550°C и выдерживали при этой температуре в течение периода, составляющего 30 секунд. Можно видеть, что исчезли черные отложения, заметные на Фиг. 3A, и нагревательный элемент очистился. На Фиг. 3B нагревательный элемент уже имеет блестящий внешний вид после удаления органических отложений.
После очистки аэрозоль-генерирующее устройство является готовым для использования. Стадии 1-5 можно повторять. Это показано стрелкой 550 на Фиг.4.
Согласно варианту выполнения способа, который описан выше, стадия нагревания нагревательного элемента до первой температуры в целях образования аэрозоля происходит, когда устройство обнаруживает, что пользователь делает затяжку. Согласно другим вариантам выполнения, пользователь может вручную приводить в действие нагревательный элемент, чтобы производить аэрозоль.
Согласно варианту выполнения способа, который описан выше, стадия начала цикла очистки осуществляется в ручном режиме. Согласно другим вариантам выполнения, цикл очистки может осуществляться автоматически каждый раз, когда курительное изделие извлекается из аэрозоль-генерирующего устройства.
Аэрозоль-генерирующее устройство 10 можно использовать в сочетании с зарядной станцией (не проиллюстрирована). Зарядную станцию можно использовать, например, чтобы перезаряжать батареи, используемые для энергоснабжения аэрозоль-генерирующего устройства. Фиг. 6 иллюстрирует вариант выполнения способа, который можно использовать когда аэрозоль-генерирующее устройство присоединяется к зарядной станции.
Стадии 1-4 являются такими же, как описано выше по отношению к Фиг. 4. На Фиг. 6 использованы такие же условные номера для обозначения стадий, как номера, описанные выше.
Стадия 5 (ссылочная позиция 600)
Аэрозоль-генерирующее устройство 10 присоединяется к зарядной станции (не представлена), которая содержит устройство.
Стадия 6 (ссылочная позиция 700)
Когда обнаруживается аэрозоль-генерирующее устройство 10, регулятор приводит в действие цикл очистки. В течение цикла нагревания ток проходит через дорожки 93 нагревательного элемента 90 для повышения температуры нагревательного элемента до второй температуры. Данная вторая температура составляет 550°C, и при этой температуре отложения на нагревательном элементе могут подвергаться термическому разложению или пиролизу. Нагревательный элемент 90 выдерживают при температуре 550°C в течение периода, составляющего 30 секунд, для термического высвобождения органических соединений, которые осаждаются на нагревательном элементе 90. Согласно одному варианту выполнения, регулятор можно приводить в действие по сигналу от зарядной станции, показывающему, что устройство не было очищено после заданного числа циклов использования, когда, например, нагревательный элемент 90 был использован пользователем 10 или более раз без выполнения цикла очистки. Регулятор 19 может затем заставлять пользователя осуществлять цикл очистки. Например, пользователь может быть лишен возможности включения нагревательного элемента 90 до тех пор, пока не будет осуществлен цикл очистки. Сам регулятор 19 может содержать инструкции по блокировке устройства 10, или зарядная станция может содержать информацию в отношении использования и выполнения инструкций по блокировке и разблокировке регулятора 19.
Стадия 7 (ссылочная позиция 800)
Аэрозоль-генерирующее устройство извлекают из зарядной станции. Аэрозоль-генерирующее устройство является готовым к использованию. Стадии 1-7 можно повторять. Это показано стрелкой 850 на Фиг. 6.
Примерные варианты выполнения, которые описаны выше, иллюстрируют, но не ограничивают настоящее изобретение. В свете обсуждаемых выше примерных вариантов выполнения, для специалиста в данной области теперь будут очевидны и другие варианты выполнения, которые согласуются с описанными выше примерными вариантами выполнения.