НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ГЕНЕРИРУЮЩЕЙ АЭРОЗОЛЬ СИСТЕМЫ
HEATING UNIT FOR AEROSOL-GENERATING SYSTEM

Настоящее изобретение относится к генерирующим аэрозоль системам и картриджу для генерирующих аэрозоль систем, который содержит нагревательный узел, пригодный для испарения жидкости. В частности, настоящее изобретение относится к удерживаемым рукой генерирующим аэрозоль системам, таким как электрически управляемые курительные системы. Аспекты настоящего изобретения относятся к нагревательному элементу для генерирующей аэрозоль системы.
Один тип генерирующих аэрозоль систем представляет собой электрически управляемую курительную систему. Известны удерживаемые рукой электрически управляемые курительные системы, состоящие из устройства, содержащего батарею и управляющую электронную схему, и картриджа, содержащего источник подачи образующего аэрозоль субстрата и электрически управляемый испаритель. Картридж, содержащий как источник подачи образующего аэрозоль субстрата, так и испаритель, иногда называют «картомайзером». Испаритель обычно содержит катушку нагревательного провода, намотанную вокруг продолговатого фитиля, пропитанного жидким образующим аэрозоль субстратом. Картридж обычно содержит не только источник подачи образующего аэрозоль субстрата и электрически управляемый испаритель, но также и мундштучную часть, которую пользователь при использовании сосет для втягивания аэрозоля в рот.
Таким образом, электрически управляемые курительные системы, которые испаряют жидкость путем нагрева с образованием аэрозоля, обычно содержат катушку провода, который намотан вокруг капиллярного материала, удерживающего жидкость. Электрический ток, проходящий через катушку, вызывает резистивный нагрев провода, в результате чего происходит испарение жидкости в капиллярном материале. Капиллярный материал обычно поддерживается внутри тракта воздушного потока таким образом, чтобы воздух втягивался в область позади фитиля и захватывал пары. Затем пары охлаждаются с образованием аэрозоля.
Этот тип системы может быть эффективным при образовании аэрозоля, но при этом он может создавать проблемы с точки зрения дешевизны и воспроизводимости при изготовлении. Кроме того, узел фитиля и катушки, вместе с соответствующими электрическими соединениями, может быть ломким и неудобным в манипулировании.
В качестве альтернативы, другие системы, такие как предложенные в US 204/020454, используют прямоугольные картриджи, имеющие листовые комбинированные структуры, которые включают выполненные как единое целое фитиль и нагревательный элемент. Такие системы требуют заполнения картриджа через отверстие. Выполнение фитиля и нагревательного элемента как единого целого вносит дополнительную сложность в процесс изготовления. Кроме того, желательно устранить необходимость в заполнении прямоугольного картриджа через отверстие, поскольку это вносит дополнительную сложность в изготовление полностью готового картриджа.
Было бы желательно обеспечить такой нагревательный узел, пригодный для генерирующей аэрозоль системы, такой как удерживаемая в руке электрически управляемая курительная система, который был бы более дешевым в изготовлении и более прочным. Было бы также желательно обеспечить нагревательный узел, который был бы таким же эффективным или более эффективным по сравнению с известными нагревательными узлами в генерирующих аэрозоль системах.
В одном аспекте настоящего изобретения предложен картридж для использования в электрически управляемой генерирующей аэрозоль системе, содержащий: жидкостную контейнерную часть, содержащую имеющий отверстие корпус для хранения жидкого образующего аэрозоль субстрата; и нагревательный узел, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент, закрепленный на корпусе и проходящий поперек отверстия корпуса, при этом по меньшей мере один нагревательный элемент нагревательного узла имеет ширину, которая меньше ширины отверстия корпуса.
Отверстие картриджа имеет размеры по ширине и длине. По меньшей мере один нагревательный элемент проходит поперек отверстия корпуса по всей его длине. Ширина представляет собой размер, перпендикулярный в плане размеру отверстия по длине. Предпочтительно, по меньшей мере один нагревательный элемент нагревательного узла имеет ширину, которая меньше ширины отверстия корпуса.
Предпочтительно, часть нагревательного элемента удалена от периметра отверстия. В случае, если нагревательный элемент содержит полоску, закрепленную на корпусе на каждом конце, предпочтительно, чтобы стороны этой полоски не контактировали с корпусом. Предпочтительно наличие промежутка между сторонами полоски и периметром отверстия.
Ширина нагревательного элемента может быть меньше ширины отверстия по меньшей мере в части отверстия. Ширина нагревательного элемента может быть меньше ширины отверстия по всему отверстию.
Ширина по меньшей мере одного нагревательного элемента нагревательного узла может составлять меньше 90%, например меньше 50%, например меньше 30%, например меньше 25% ширины отверстия корпуса.
Площадь нагревательного элемента может составлять меньше 90%, например меньше 50%, например меньше 30%, например меньше 25% площади отверстия корпуса. Площадь нагревательных элементов нагревательного узла может составлять, например, от 10% до 50% площади отверстия, предпочтительно - от 15% до 25% площади отверстия.
Нагревательный элемент предпочтительно поддерживается на электроизоляционном субстрате. Электроизоляционный субстрат предпочтительно имеет проем, образующий отверстие корпуса. Отверстие может иметь любую подходящую форму. Например, отверстие может иметь круглую, квадратную или прямоугольную форму. Площадь отверстия может быть небольшой, предпочтительно - не более 25 мм2.
По меньшей мере один нагревательный элемент предпочтительно расположен таким образом, чтобы площадь физического контакта с субстратом была уменьшена по сравнению со случаем, когда нагревательные элементы нагревательного узла находятся в контакте по окружности со всем периметром отверстия. По меньшей мере один нагревательный элемент предпочтительно не контактирует непосредственно с периметром с боковыми стенками отверстия. Таким образом уменьшен тепловой контакт с субстратом и снижены утечки тепла в субстрат и другие смежные элементы генерирующей аэрозоль системы.
Безотносительно к какой-либо конкретной теории есть основания полагать, что в результате удаления нагревательного элемента от отверстия корпуса обеспечена меньшая теплопередача на корпус и таким образом повышена эффективность нагрева и, как следствие, генерирования аэрозоля. Есть также основания полагать, что в случае, если нагревательный элемент расположен вплотную к периметру отверстия или контактирует с ним, происходит нагрев жидкости, которая расположена на удалении от отверстия. Этот нагрев, как полагают, приводит к снижению эффективности, поскольку такую нагретую жидкость, находящуюся на удалении от отверстия, невозможно использовать для образования аэрозоля. Благодаря удалению нагревательного элемента от периметра отверстия корпуса обеспечивают возможность достижения более эффективного нагрева жидкости или образования аэрозоля.
Размер промежутка между нагревательным элементом и периметром отверстия предпочтительно задают таким образом, чтобы был значительно уменьшен тепловой контакт. Промежуток между нагревательным элементом и периметром отверстия может составлять от 25 до 40 микрон.
Генерирующая аэрозоль система может представлять собой электрически управляемую курительную систему.
Субстрат предпочтительно содержит по меньшей мере первую и вторую электропроводные контактные части для соединения по меньшей мере с одним нагревательным элементом; эти первая и вторая электропроводные контактные части расположены с противоположных сторон отверстия относительно друг друга, при этом первая и вторая электропроводные контактные части выполнены таким образом, чтобы обеспечить возможность соединения с внешним источником питания.
Нагревательный узел может содержать множество нагревательных элементов, электрически соединенных последовательно. Первая и вторая электропроводные контактные части могут быть расположены таким образом, чтобы первая контактная часть контактировала с первым нагревательным элементом, а вторая контактная часть контактировала с последним нагревательным элементом из числа последовательно соединенных нагревательных элементов. Для того, чтобы обеспечить возможность последовательного соединения всех нагревательных элементов, в нагревательном узле выполнены дополнительные контактные части. Предпочтительно, эти дополнительные контактные части расположены с каждой стороны отверстия субстрата.
Предпочтительно, в случае, если нагревательный узел включает множество нагревательных элементов, эти нагревательные элементы пространственно расположены по существу параллельно друг другу. Предпочтительно, нагревательные элементы расположены на расстоянии друг от друга. Безотносительно к какой-либо конкретной теории есть основания полагать, что расположение нагревательных элементов на расстоянии друг от друга обеспечивает возможность более эффективного нагрева. Путем расположения нагревательных элементов на надлежащем расстоянии друг от друга обеспечивают возможность более равномерного нагрева по площади отверстия по сравнению со случаем, когда используется единственный нагревательный элемент, имеющий такую же площадь.
В конкретном предпочтительном варианте нагревательный узел содержит нечетное количество нагревательных элементов, предпочтительно - три или пять нагревательных элементов, и первая и вторая контактные части расположены с противоположных сторон проема субстрата. Преимущество такой компоновки заключается в том, что первая и вторая контактные части расположены с противоположных сторон проема.
В качестве альтернативы, нагревательный узел может содержать четное количество нагревательных элементов, предпочтительно - два или четыре нагревательных элемента. В данном варианте контактные части предпочтительно расположены с одной и той же стороны картриджа. Благодаря такой компоновке обеспечивают возможность создания более компактной структуры электрического подключения нагревательного узла к источнику питания.
По меньшей мере один нагревательный элемент может быть выполнен из множества электропроводных нитей, которые могут образовывать сетку или матрицу нитей или могут образовывать тканое или нетканое полотно. Нагревательный элемент может быть проницаемым для текучей среды.
В некоторых примерах по меньшей мере один нагревательный элемент имеет первую поверхность, которую закрепляют на электроизоляционном субстрате, а первая и вторая электропроводные контактные части выполнены таким образом, чтобы обеспечить возможность соединения с внешним источником питания на второй поверхности нагревательного элемента, противоположной первой поверхности.
Эта система может дополнительно содержать жидкостную контейнерную часть, содержащую корпус, заключающий в себе жидкий образующий аэрозоль субстрат, при этом нагревательный узел закреплен на корпусе жидкостной контейнерной части. Этот корпус может быть жестким и непроницаемым для текучей среды. В контексте данного документа термин "жесткий корпус" обозначает самонесущий корпус. Жесткий корпус жидкостной контейнерной части предпочтительно обеспечивает механическую поддержку нагревательного узла.
Жидкостная контейнерная часть может содержать капиллярный материал, выполненный с возможностью транспортировки жидкого образующего аэрозоль субстрата к нагревательному узлу.
Включение нагревательного узла этого типа в генерирующую аэрозоль систему обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с обычными структурами с фитилем и катушкой. Нагревательный элемент, содержащий сетку или матрицу нитей, обеспечивает возможность увеличения площади контакта нагревателя с испаряемой жидкостью. Такой нагревательный узел обеспечивает возможность его дешевого производства с использованием легкодоступных материалов и технологий массового производства. Нагревательный узел является прочным, обеспечивая таким образом возможность манипулирования и закрепления на частях генерирующей аэрозоль системы в процессе изготовления и, в частности, при выполнении части извлекаемого картриджа. Включение электропроводных контактных частей, образующих часть нагревательного элемента, обеспечивает возможность надежного и простого соединения нагревательного элемента с источником питания.
Электропроводные нити могут быть по существу плоскими. В контексте данного документа термин «по существу плоские» означает: выполненные в одной плоскости и, например, не обернутые вокруг чего-либо или иным образом не приспособленные для соответствия криволинейной или другой непланарной форме. Плоский нагревательный узел позволяет легко манипулировать им в процессе изготовления и обеспечивает прочную конструкцию.
Нагревательный элемент или нагревательный узел может быть по существу плоским.
По меньшей мере один нагревательный элемент может содержать сетку, имеющую промежутки между электропроводными нитями.
При такой компоновке предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть нагревательного элемента была удалена от периметра указанного отверстия на расстояние, большее размера указанных промежутков в этой части нагревательного элемента.
Электропроводные нити могут образовывать промежутки между собой, и эти промежутки могут иметь ширину от 10 мкм до 100 мкм. Предпочтительно, нити создают капиллярный эффект в указанных промежутках таким образом, чтобы при использовании жидкость, подлежащая испарению, втягивалась в эти промежутки, увеличивая площадь контакта между нагревательным узлом и жидкостью.
Электропроводные нити могут образовывать сетку с размером от 160 до 600 меш США (±10%) (т.е. от 160 и 600 нитей на дюйм (±10%)). Ширина промежутков предпочтительно составляет от 75 мкм до 25 мкм. Относительная открытая площадь сетки, представляющая собой отношение площади промежутков к общей площади сетки, предпочтительно составляет от 25 до 56%. Сетка может быть выполнена с помощью различных типов плетеных или решетчатых конструкций. В качестве альтернативы, электропроводные нити состоят из матрицы нитей, расположенных параллельно друг другу.
Сетка, матрица или полотно из электропроводных нитей может также характеризоваться своей способностью удерживать жидкость, как хорошо известно в данной области техники.
Электропроводные нити могут иметь диаметр от 8 мкм до 100 мкм, предпочтительно - от 8 мкм до 50 мкм и более предпочтительно - от 8 мкм до 39 мкм. Нити могут иметь круглое поперечное сечение или они могут иметь сплюснутое поперечное сечение.
2
Площадь сетки, матрицы или полотна из электропроводных нитей в одном нагревательном элементе может быть небольшой, предпочтительно - менее 25 мм, что обеспечивает возможность ее включения в удерживаемую в руке систему. Нагревательный элемент может быть, например, прямоугольным и иметь длину примерно 5 мм и ширину примерно 2 мм. В некоторых примерах ширина составляет меньше 2 мм, например, ширина составляет примерно 1 мм. Чем меньше ширина нагревательного элемента, тем большее количество нагревательных элементов может быть последовательно соединено в нагревательном узле согласно настоящему изобретению. Преимущество использования нагревательных элементов меньшей ширины, соединенных последовательно, состоит в повышении электрического сопротивления комбинации этих нагревательных элементов.
Нагревательный элемент может занимать площадь, составляющую от 10% до 50% площади нагревательного узла. Сетка или матрица электропроводных нитей занимает площадь, составляющую от 15% до 25% площади нагревательного узла.
Электропроводные нити могут содержать любой подходящий электропроводный материал. Подходящие материалы включают, но без ограничения: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически "проводящую" керамику (например такую, как дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, металлические сплавы и композиционные материалы, изготовленные из керамического материала и металлического материала. Такие композиционные материалы могут содержать легированную или нелегированную керамику. Примеры подходящей легированной керамики включают легированные карбиды кремния. Примеры подходящих металлов включают титан, цирконий, тантал и металлы платиновой группы. Примеры подходящих металлических сплавов включают нержавеющую сталь, константан, никель-, кобальт-, хром-, алюминий-, титан-, цирконий-, гафний-, ниобий-, молибден-, тантал-, вольфрам-, олово-, галлий-, марганец- и железосодержащие сплавы, а также суперсплавы на основе никеля, железа, кобальта, нержавеющей стали, Timetal, сплавы на основе железа-алюминия и сплавы на основе железа-марганца-алюминия. Timetal представляет собой зарегистрированную торговую марку компании Titanium Metals Corporation. Нити могут быть покрыты одним или более изоляторами. Предпочтительными материалами для электропроводных нитей являются нержавеющая сталь 304, 316, 304L и 316L и графит.
Электрическое сопротивление сетки, матрицы или полотна из электропроводных нитей в нагревательном элементе предпочтительно составляет от 0,3 до 4 Ом. Более предпочтительно, электрическое сопротивление сетки, матрицы или ткани из электропроводных нитей составляет от 0,5 до 3 Ом и более предпочтительно - примерно 1 Ом. Электрическое сопротивление сетки, матрицы или ткани из электропроводных нитей предпочтительно составляет по меньшей мере на один порядок и, более предпочтительно, на два порядка больше, чем электрическое сопротивление контактных частей. Таким образом обеспечивают, чтобы тепло, генерируемое при прохождении тока по нагревательному элементу, было локализовано в сетке или матрице электропроводных нитей. В целом, низкое общее сопротивление нагревательного элемента является преимуществом, если система получает питание от батареи. Минимизация паразитных потерь между электрическим контактами и сеткой или нитями также является желательной для минимизации паразитных потерь мощности. Система с низким сопротивлением и высоким током обеспечивает возможность подачи высокой мощности на нагревательный элемент. Таким образом обеспечивают возможность быстрого нагрева нагревательным элементом электропроводных нитей до желаемой температуры.
Электропроводные контактные части могут быть закреплены непосредственно на электропроводных нитях. Контактные части могут быть размещены между электропроводными нитями и электроизоляционным субстратом. Например, контактные части могут быть выполнены из медной фольги, которую накладывают на электроизоляционный субстрат. Контактные части обеспечивают возможность более легкого соединения с нитями, чем электроизоляционный субстрат.
В качестве альтернативы, электропроводные контактные части могут быть выполнены как единое целое с электропроводными нитями нагревательных элементов. Например, нагревательный элемент может быть выполнен путем травления электропроводного листа для получения множества нитей между двумя контактными частями.
По меньшей мере один нагревательный элемент нагревательного узла может содержать по меньшей мере одну нить из первого материала и по меньшей мере одну нить из второго материала, отличного от первого материала. Это может быть выгодно по электрическим или механическим причинам. Например, одна или более нитей могут быть выполнены из материала, сопротивление которого сильно зависит от температуры, такого как сплав алюминий-железо. Таким образом обеспечивают возможность использования величины сопротивления используемых нитей для определения температуры или изменений температуры. Это может быть использовано в системе обнаружения затяжек и для регулирования температуры нагревателя при ее поддержании в пределах желаемого температурного диапазона.
Электроизоляционный субстрат может содержать любой подходящий материал, и предпочтительно, чтобы этот материал был способен выдерживать высокие температуры (свыше 300 градусов Цельсия) и резкие изменения температуры. Примером подходящего материала является полиимидная пленка, такая как Kapton.
Образующий аэрозоль субстрат представляет собой субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут быть высвобождены путем нагревания субстрата, образующего аэрозоль.
Образующий аэрозоль субстрат может содержать материал на основе растений. Образующий аэрозоль субстрат может содержать табак. Образующий аэрозоль субстрат может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие ароматические соединения табака, которые высвобождаются из образующего аэрозоль субстрата при нагреве. Образующий аэрозоль субстрат может, в качестве альтернативы, содержать материал, не содержащий табака. Образующий аэрозоль субстрат может содержать гомогенизированный материал на основе растений. Образующий аэрозоль субстрат может содержать гомогенизированный табачный материал. Образующий аэрозоль субстрат может содержать по меньшей мере один образователь аэрозоля. Образователь аэрозоля представляет собой любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которое при использовании способствует образованию плотного и устойчивого аэрозоля и при рабочей температуре системы по существу устойчиво к термической деградации. Подходящие образователи аэрозоля хорошо известны из уровня техники и включают, но без ограничения: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин; сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как глицерол моно-, ди- или триацетат; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Предпочтительными образователями аэрозоля являются многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и, наиболее предпочтительно, глицерин. Образующий аэрозоль субстрат может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как ароматизаторы.
Корпус жидкостной контейнерной части может содержать капиллярный материал, и этот капиллярный материал может заходить внутрь промежутков между нитями.
Капиллярный материал может иметь волокнистую или губчатую структуру. Капиллярный материал предпочтительно содержит пучок капилляров. Например, капиллярный материал может содержать множество волокон или нитей или других трубок с узкими каналами. Волокна или нити могут быть по существу выровнены для транспортировки жидкости к нагревателю. В качестве альтернативы, капиллярный материал может содержать губкообразный или пенообразный материал. Структура капиллярного материала образует множество мелких каналов или трубок, по которым может транспортироваться жидкость за счет капиллярного действия. Капиллярный материал может включать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примеры подходящих материалов представляют собой губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спеченных порошков, вспененные металлические или пластиковые материалы, волокнистый материал, например, выполненный из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетилцеллюлозные, полиэфирные, или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамика. Капиллярный материал может иметь любые подходящие капиллярность и пористость для того, чтобы использовать его с жидкостями, имеющими разные физические свойства. Жидкость имеет такие физические свойства, включая, но без ограничения, вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температуру кипения и давление пара, которые обеспечивают возможность транспортировки жидкости по капиллярному устройству за счет капиллярного действия.
Капиллярный материал может контактировать с электропроводными нитями. Капиллярный материал может заходить внутрь промежутков между нитями. Нагревательный узел может втягивать жидкий образующий аэрозоль субстрат внутрь указанных промежутков за счет капиллярного действия. Капиллярный материал может контактировать с электропроводными нитями по существу на всем протяжении указанного проема.
Корпус может заключать в себе два или более различных капиллярных материалов, при этом первый капиллярный материал, контактирующий с нагревательным элементом, имеет более высокую температуру термического разложения, а второй материал, контактирующий с первым капиллярным материалом, но не контактирующий с нагревательным элементом, имеет более низкую температуру термического разложения. Первый капиллярный материал эффективно действует как разделитель, отделяющий нагревательный элемент от второго капиллярного материала таким образом, чтобы этот второй капиллярный материал не подвергался воздействию температур, превышающих его температуру термического разложения. В контексте данного документа термин «температура термического разложения» означает температуру, при которой материал начинает разлагаться и терять массу в результате образования газообразных продуктов. Второй капиллярный материал обеспечивает преимущество, состоящее в возможности занятия большего объема, чем первый капиллярный материал, и в возможности удержания большего количества образующего аэрозоль субстрата, чем первый капиллярный материал. Второй капиллярный материал может более высокую капиллярную характеристику по сравнению с первым капиллярным материалом. Второй капиллярный материал может быть менее дорогим или иметь более высокую способность к заполнению, чем первый капиллярный материал. Второй капиллярный материал может представлять собой полипропилен.
Первый капиллярный материал может отделять нагревательный узел от второго капиллярного материала расстоянием по меньшей мере 1,5 мм и предпочтительно - от 1,5 мм до 2 мм с целью обеспечения достаточного падения температуры на первом капиллярном материале.
Жидкостная контейнерная часть может быть расположена с одной стороны электропроводных нитей, а канал воздушного потока может быть расположен с противоположной стороны электропроводных нитей относительно жидкостной контейнерной части таким образом, чтобы жидкий образующий аэрозоль субстрат после испарения захватывался воздушным потоком позади электропроводных нитей.
Система может дополнительно содержать электрическую схему, соединенную с нагревательным узлом; эта электрическая схема выполнена с возможностью контроля электрического сопротивления нагревательного элемента или одной или более нитей нагревательного элемента и с возможностью управления подачей питания на нагревательный элемент в зависимости от электрического сопротивления нагревательного элемента или, более конкретно, электрического сопротивления одной или более нитей.
Электрическая схема может содержать микропроцессор, который может представлять собой программируемый микропроцессор, микроконтроллер или специализированную интегральную схему (ASIC) или другую электронную схему, способную обеспечивать управление. Электрическая схема может содержать дополнительные электронные компоненты. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью регулирования подачи питания на нагреватель. Подача питания на нагреватель может осуществляться непрерывно после активации системы или может осуществляться с перерывами, например от затяжки к затяжке. Питание может подаваться на нагревательный элемент в виде импульсов электрического тока.
Система предпочтительно содержит источник питания, обычно батарею, такую как литий-железо-фосфатная батарея, внутри главной части корпуса. В качестве альтернативы, источник питания может представлять собой устройство накопления заряда другого типа, такое как конденсатор. Источник питания может требовать подзарядки и может иметь емкость, которая обеспечивает возможность накопления достаточной энергии для одного или более сеансов курения. Например, источник питания может иметь достаточную емкость для того, чтобы обеспечить возможность непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода времени примерно 6 минут, соответствующего типовому времени, требующемуся для выкуривания обычной сигареты, или в течение периода времени, кратного 6 минутам. В другом примере источник питания может иметь достаточную емкость для того, чтобы обеспечить возможность выполнения предварительно заданного количества затяжек или дискретных активаций нагревателя.
Система может содержать главный модуль и картридж, который съемно присоединен к главному модулю, при этом жидкостная контейнерная часть и нагревательный узел размещены в картридже, а главный модуль содержит источник питания. В контексте данного документа термин «съемно присоединен» в отношении картриджа означает, что картридж и устройство могут быть соединены и разъединены между собой без значительного повреждения как устройства, так и картриджа.
Система может представлять собой электрически управляемую курительную систему. Система может представлять собой удерживаемую рукой генерирующую аэрозоль систему. Генерирующая аэрозоль система может иметь размер, сопоставимый с размером обычной сигары или сигареты. Курительное изделие может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Курительное изделие может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.
Образующий аэрозоль субстрат может представлять собой гибкий листовой материал. Электропроводные контактные части и электропроводные нити могут быть выполнены как единое целое друг с другом.
-4
4
В контексте данного документа термин «электропроводный» означает: изготовленный из материала с сопротивлением 1×10Ωм или ниже. В контексте данного документа термин «электроизоляционный» означает: изготовленный из материала с сопротивлением 1×10 Ωм или выше.
Настоящее изобретение относится также к генерирующей аэрозоль системе, предпочтительно - к электрически управляемой курительной системе, содержащей картридж согласно настоящему изобретению.
Генерирующая аэрозоль система дополнительно содержит главный модуль, к которому съемно присоединяется картридж. Жидкостная контейнерная часть и нагревательный узел размещены в картридже, а главный модуль содержит источник питания. Возможны различные компоновки.
Картридж обеспечивает возможность замены после израсходования. Поскольку картридж удерживает жидкость и нагревательный узел, этот нагревательный узел также регулярно заменяют таким образом, чтобы поддерживались оптимальные условия испарения даже после длительного использования главного модуля.
Предпочтительно, генерирующая аэрозоль система дополнительно содержит электрическую схему, соединенную с нагревательным узлом и электрическим источником питания. Эта электрическая схема выполнена с возможностью контроля электрического сопротивления нагревательного узла или одной или более нитей нагревательного элемента и с возможностью управления подачей питания на нагревательный узел в зависимости от электрического сопротивления нагревательного узла или одной или более нитей. Путем контроля температуры нагревательного элемента обеспечивают возможность предотвращения системой избыточного или недостаточного нагрева нагревательного узла и обеспечения оптимальных условий испарения.
Настоящее изобретение относится также к способу изготовления картриджа для использования в генерирующей аэрозоль системе, например электрически управляемой генерирующей аэрозоль системе, согласно которому: обеспечивают жидкостную контейнерную часть с корпусом, имеющим отверстие, заполняют жидкостную контейнерную часть жидким образующим аэрозоль субстратом и обеспечивают нагревательный узел, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент, проходящий поперек отверстия корпуса, при этом нагревательный элемент меньше отверстия. Ширина по меньшей мере одного нагревательного элемента нагревательного узла может составлять меньше 90%, например меньше 50%, более предпочтительно - меньше 30%, наиболее предпочтительно - меньше 25% ширины отверстия корпуса.
Нагревательный узел и нагревательный элемент или элементы предпочтительно являются проницаемыми для текучей среды. В контексте данного документа термин «проницаемый для текучей среды» в отношении нагревательного узла означает, что образующий аэрозоль субстрат в виде газообразной фазы и, возможно, жидкой фазы может легко проходить через нагревательный узел или нагревательный элемент.
Термин «по существу плоский» в отношении ниточной структуры используется для ссылки на ниточную структуру, которая предпочтительно имеет форму по существу двумерного топологического коллектора. Таким образом, по существу плоская ниточная структура вытянута в двух направлениях вдоль поверхности значительно больше, чем в третьем направлении. В частности, размеры по существу плоской ниточной структуры в двух направлениях вдоль поверхности составляют примерно в 5 раз больше, чем в третьем направлении, представляющем собой направление нормали к этой поверхности. Примером по существу плоской ниточной структуры является структура между двумя по существу параллельными поверхностями, в которой расстояние между этими двумя поверхностями значительно меньше, чем протяженность в пределах этих поверхностей. В некоторых вариантах по существу плоская ниточная структура является планарной. В других вариантах по существу плоская ниточная структура является криволинейной вдоль одного или более направлений, образуя, например, куполообразную форму или мостовую форму.
Термин «нить» предпочтительно относится к электрическому тракту, расположенному между двумя электрическим контактами. Нить при необходимости может разветвляться и разделяться на множество трактов или нитей, соответственно, или множество электрических трактов могут сходиться в один тракт. Нить может иметь круглую, квадратную, плоскую или любую другую форму поперечного сечения. Нить может быть расположена прямолинейно или криволинейно.
Термин «ниточная структура» предпочтительно относится к структуре из одной или, предпочтительно, из множества нитей. Ниточная структура может представлять собой матрицу из нитей, расположенных, например, параллельно друг другу. Предпочтительно, нити могут образовывать сетку. Эта сетка может быть тканой или нетканой.
Далее варианты реализации настоящего изобретения будет описаны исключительно на примерах, со ссылками на сопроводительные графические материалы, где:
Фиг.1а-1d схематически иллюстрируют систему, включающую картридж согласно варианту реализации настоящего изобретения;
Фиг.2 - вид в разобранном состоянии картриджа системы, показанной на Фиг.1;
Фиг.3 - нагревательный узел с тремя нагревательными элементами;
Фиг.4 - нагревательный узел с четырьмя нагревательными элементами; и
Фиг.5 - график, иллюстрирующий общий выход аэрозольных частиц (ТРМ) для различных геометрических форм нагревателя;
Фиг.1а-1d схематически иллюстрируют генерирующую аэрозоль систему, включающую картридж согласно варианту реализации настоящего изобретения. На Фиг.1а показан схематический вид генерирующего аэрозоль устройства 10 и отдельного картриджа 20, которые вместе образуют генерирующую аэрозоль систему. В данном примере генерирующая аэрозоль система представляет собой электрически управляемую курительную систему.
Картридж 20 заключает в себе образующий аэрозоль субстрат и выполнен с возможностью размещения в полости 18 внутри устройства. Картридж 20 должен быть заменен пользователем в случае израсходования образующего аэрозоль субстрата, находящегося в картридже. На Фиг.1а показан картридж 20 непосредственно перед вставлением внутрь устройства, при этом стрелка 1 на Фиг.1а показывает направление вставления картриджа.
Генерирующее аэрозоль устройство 10 является портативным и имеет размер, сопоставимый с размером обычной сигары или сигареты. Устройство 10 содержит главный корпус 11и мундштучную часть 12. Главный корпус 11 содержит батарею 14, такую как литий-железо-фосфатная батарея, управляющую электронную схему 16 и полость 18. Мундштучная часть 12 соединена с главным корпусом 11 посредством шарнирного соединения 21 и имеет возможность перемещения между открытым положением, как показано на Фиг.1, и закрытым положением, как показано на Фиг.1d. Мундштучную часть 12 размещают в открытом положении для того, чтобы обеспечить возможность вставления и извлечения картриджа 20, и размещают ее в закрытом положении, когда система должна использоваться для генерирования аэрозоля, как будет описано ниже. Мундштучная часть содержит множество впускных воздушных отверстий 13 и выпускное воздушное отверстие 15. При эксплуатации, пользователь делает затяжку на выпускном воздушном отверстии, чтобы втянуть воздух через впускные воздушные отверстия 13 и мундштучную часть к выпускному воздушному отверстию 15 и далее - в рот или легкие пользователя. Предусмотрены внутренние перегородки 17 для принудительной подачи воздуха через мундштучную часть 12 в область позади картриджа, как будет описано ниже.
Полость 18 имеет круглое поперечное сечение и выполнена по размерам с возможностью размещения в ней корпуса 24 картриджа 20. С обеих сторон полости 18 расположены электрические соединители 19 для обеспечения электрического соединения между управляющей электронной схемой 16 и батареей 14 с одной стороны и соответствующими электрическими контактами картриджа 20 с другой.
На Фиг.1b показана система на Фиг.1а с картриджем, вставленным в полость 18, при снятой крышке 26. В этом положении электрические соединители прижаты к электрическим контактам на картридже, как будет описано ниже.
На Фиг.1с показана система на Фиг.1b с полностью снятой крышкой 26 и перемещаемой в закрытое положение мундштучной частью 12.
На Фиг.1d показана система на Фиг.1с с мундштучной частью 12, находящейся в закрытом положении. Мундштучная часть 12 удерживается в закрытом положении посредством зажимного механизма, как схематично показано на Фиг.2. На Фиг.2 показан главный корпус 11 и мундштучная часть 12, соединенные посредством шарнирного соединения 21. Мундштучная часть 12 содержит выступающий внутрь зуб 8. Когда мундштучная часть находится в закрытом положении, зуб 8 взаимодействует с зажимом 6 на главном корпусе устройства. Зажим 6 смещен посредством смещающей пружины 5 таким образом, чтобы взаимодействовать с зубом 8. На зажиме 6 закреплена кнопка 4. Кнопка 4 может быть нажата пользователем с преодолением сопротивления смещающей пружины 5 для освобождения зуба 8 из зажима 6, в результате чего обеспечивают возможность перемещения мундштучной части в открытое положение. Специалистам с обычной квалификацией в данной области техники должно быть очевидно, что для удержания мундштучной части в закрытом положении могут использоваться и другие подходящие механизмы, такие как защелкивающее соединение или магнитный фиксатор.
При нахождении в закрытом положении мундштучная часть 12 удерживает картридж в состоянии электрического соединения с электрическими соединителями 19 таким образом, чтобы поддерживать хорошее электрическое соединение при использовании, независимо от ориентации системы. Мундштучная часть 12 может включать кольцевой эластомерный элемент, который взаимодействует с поверхностью картриджа и зажимается между жестким элементом корпуса мундштучной части и картриджем, когда мундштучная часть 12 находится в закрытом положении. Таким образом обеспечивают поддержание хорошего электрического соединения, независимо от технологических отклонений.
Разумеется, в качестве альтернативы или дополнительно, могут также применяться и другие механизмы для поддержания хорошего электрического соединения между картриджем и устройством. Например, корпус 24 картриджа 20 может быть оснащен резьбой или канавкой (не показаны), которые взаимодействуют с соответствующей канавкой или резьбой (не показаны), выполненными в стенке полости 18. Взаимодействие по резьбе между картриджем и устройством может быть использовано для обеспечения правильного поворотного выравнивания и удержания картриджа в полости, а также для обеспечения хорошего электрического соединения. Резьбовое соединение может охватывать не более половины окружности картриджа или может охватывать несколько окружностей картриджа. В качестве альтернативы или дополнительно, электрические соединители 19 могут быть смещены в состояние электрического соединения с контактами картриджа.
На Фиг.2 показан вид в разобранном состоянии картриджа 20, подходящего для использования в генерирующей аэрозоль системе, например в генерирующей аэрозоль системе того типа, который показан на Фиг.1. Картридж 20 содержит по существу круглый цилиндрический корпус 24, размер и форма которого выбраны таким образом, что разместить или установить его надлежащим способом вместе с другими элементами генерирующей аэрозоль системы в соответствующей полости, например полости 18 системы на Фиг.1. Корпус 22 заключает в себе капиллярный материал 22, который пропитан жидким образующим аэрозоль субстратом. В данном примере образующий аэрозоль субстрат содержит 39 весовых % глицерина, 39 весовых % полиэтиленгликоля, 20 весовых % воды и ароматизаторов и 2 весовых % никотина. Капиллярный материал представляет собой материал, который активно транспортирует жидкость от одного своего конца к другому и может быть выполнен из любого подходящего материала. Например, капиллярный материал выполнен из полиэстера.
Корпус 22 имеет открытый конец, к которому прикреплен нагревательный узел 30. Этот нагревательный узел 30 содержит субстрат 34, имеющий выполненный в нем проем 35, пару электрических контактов 32, закрепленных на субстрате и отделенных друг от друга зазором 33, и нагревательный элемент 36, выполненный из сетки электропроводных нагревательных нитей, проходящей поперек через отверстие 35 и закрепленной на электрических контактах 32 с противоположных сторон отверстия 35.
Нагревательный узел 30 закрыт съемной крышкой 26. Крышка 26 содержит непроницаемый для жидкости пластмассовый лист, который приклеен к нагревательному узлу, но имеет возможность легкого отрыва. На боковой стороне крышки 26 предусмотрен язычок, обеспечивающий возможность захвата крышки пользователем при отрыве. Специалистам с обычной квалификацией в данной области техники должно быть очевидно, что, хотя в качестве способа закрепления непроницаемого пластмассового листа на нагревательному узле 30 описано приклеивание, могут также использоваться и другие способы, знакомые специалистам в данной области техники, включая термическую сварку или ультразвуковую сварку, при условии обеспечения возможности легкого снятия крышки 26 пользователем.
Следует понимать, что возможны и другие конструкции картриджа. Например, капиллярный материал внутри картриджа может содержать два или более отдельных капиллярных материалов, или картридж может содержать бак для хранения резервуара свободной жидкости.
Нагревательные нити 36 открыты через проем субстрата 34 таким образом, чтобы испаряющийся образующий аэрозоль субстрат мог поступать в воздушный поток позади нагревательного узла.
При использовании размещают картридж 20 в генерирующей аэрозоль системе и приводят в контакт нагревательный узел 30 с источником питания, входящим в состав этой генерирующей аэрозоль системы. Для управления подачей питания на нагревательный элемент 36 и испарением образующего аэрозоль субстрата предусмотрена электронная схема.
На Фиг.3 показан пример нагревательного узла 30 согласно настоящему изобретению, в котором три по существу параллельных нагревательных элемента 36а, 36b, 36c соединены электрически последовательно. Нагревательный узел 30 содержит электроизоляционный субстрат 34, имеющий выполненный в нем квадратный проем 35. Размер этого проема в данном примере составляет 5 мм x 5 мм, однако следует понимать, что проемы других форм и размеров также могут использоваться в качестве подходящих для конкретных случаев применения нагревателя. С противоположных сторон проема 35 расположены первый и второй электрические контакты 32а, 32b, вытянутые по существу параллельно боковым кромкам 35а, 35b проема 35. Вблизи участков противолежащих боковых кромок 35с, 35d проема 35 расположены дополнительные контакты 32с, 32d. Первый нагревательный элемент присоединен между первой контактной частью 32а и дополнительной контактной частью 32с. Второй нагревательный элемент 36b присоединен между дополнительной контактной частью 32с и дополнительной контактной частью 32d. Третий нагревательный элемент 36с присоединен между дополнительной контактной частью 32с и второй контактной частью 32b. В данном варианте нагревательный узел 30 содержит нечетное количество нагревательных элементов 36, а именно - три нагревательных элемента, при этом первая и вторая контактные части 32а, 32b расположены с противоположных сторон проема 35 субстрата 34. Нагревательные элементы 36а и 36с расположены на расстоянии от боковых кромок 35а, 35с проема таким образом, чтобы отсутствовал непосредственный физический контакт между нагревательными элементами 36а, 36с и электроизоляционным субстратом 34. Безотносительно к какой-либо конкретной теории есть основания полагать, что такая компоновка обеспечивает возможность снижения теплопередачи на электроизоляционный субстрат 34 и возможность эффективного испарения жидкого генерирующего аэрозоль субстрата.
На Фиг.4 показан еще один пример нагревательного узла 20 согласно настоящему изобретению, в котором четыре нагревательных элемента 36а, 36b, 36c, 36d соединены электрически последовательно. Нагревательный узел 30 содержит электроизоляционный субстрат 34, имеющий выполненный в нем квадратный проем 35. Размер проема составляет 5 мм x 5 мм. Вблизи верхнего и нижнего участков одной и той же боковой кромки 35b проема 35 расположены первая и вторая контактные части 32а, 32b соответственно. Имеются также три дополнительных контактных части 32с, 32d, 32e, при этом две из этих контактных частей расположены вблизи участков противолежащей боковой кромки 35а, и одна контактная часть расположена параллельно боковой кромке 35b между первой и второй контактными частями 32а, 32b. Четыре нагревательных элемента 36а, 36b, 36c, 36d присоединены последовательно между указанными пятью контактными частями 32a, 32c, 32d, 32e, 32b, как показано на Фиг.4. Как и в предыдущем случае, ни одна из длинных боковых сторон нагревательных элементов непосредственно физически не контактирует с какой-либо из боковых кромок проема, и таким образом, как и в предыдущем случае, уменьшена теплопередача на электроизоляционный субстрат.
В данном варианте нагревательный узел 30 содержит четное количество нагревательных элементов 36, а именно - четыре нагревательных элемента 36а, 36b, 36c, 36d и первую и вторую контактные части 32а, 32b, расположенные с одной и той же стороны проема 35 субстрата 34.
В компоновках, подобных той, которая показана на Фиг.3 и 4, компоновка нагревательных элементов может быть такой, чтобы зазоры между смежными нагревательными элементами были по существу одинаковыми. Например, нагревательные элементы могут быть регулярным образом расположены по ширине проема 35. В других компоновках могут использоваться отличные друг от друга промежутки между нагревательными элементами, например, для обеспечения желаемого профиля нагрева. Могут также использоваться другие формы проема или нагревательных элементов.
Нагревательный узел может содержать сетку, выполненную из нержавеющей стали 304L, с размером ячеек примерно 400 меш США (примерно 400 нитей на дюйм (2,54 см)) Нити могут иметь диаметр примерно 16 мкм. Сетка подключена к электрическим контактам 32, которые отделены друг от друга зазором и выполнены из медной фольги, имеющей толщину примерно 30 мкм. Электрические контакты 32 расположены на полиимидном субстрате 34, имеющем толщину примерно 120 мкм. Нити, образующие сетку, образуют промежутки между собой. Эти промежутки в данном примере имеют ширину примерно 37 мкм, однако могут использоваться также промежутки большей или меньшей величины. Использование сетки с указанными примерными размерами обеспечивает возможность формирования менисков образующего аэрозоль субстрата в указанных промежутках и возможность втягивания образующего аэрозоль субстрата сеткой нагревательного узла за счет капиллярного действия. Открытая площадь сетки, т.е. отношение площади указанных промежутков к общей площади сетки, предпочтительно составляет от 25 до 56%. Общее сопротивление нагревательного узла составляет примерно 1 Ом. Сетка обеспечивает преобладающую часть этого сопротивления, и в результате преобладающая часть тепла генерируется сеткой. В данном примере сетка имеет электрическое сопротивление более чем в 100 раз выше, чем у электрических контактов 32.
Субстрат 34 является электроизоляционным и в данном примере выполнен из полиимидного листа, имеющего толщину примерно 120 мкм. Субстрат является круглым и имеет диаметр 8 мм. Сетка является прямоугольной и в некоторых примерах длина ее сторон составляет 5 мм и 2 мм. Благодаря этим размерам обеспечивают возможность того, чтобы полностью готовая система имела размеры и форму, сходные с обычной сигаретой или сигарой, подлежащей изготовлению. Еще одним примером размеров, которые были признаны эффективными, является круглый субстрат с диаметром 5 мм и прямоугольной сеткой размером 1 мм x 4 мм.
В альтернативном варианте нагревательного узла согласно настоящему изобретению, сетка 36 может быть заменена на матрицу параллельных электропроводных нитей. Эта матрица нитей может быть выполнена из нержавеющей стали 304L и иметь диаметр примерно 16 мкм.
Нити могут быть присоединены непосредственно к субстрату 34, с последующим присоединением контактов 32 к нитям. Контакты 32 отделены друг от друга изолирующим зазором и выполнены из медной фольги толщиной примерно 30 мкм. Такая же компоновка нитей и контактов на субстрате может быть использована в нагревателе сетчатого типа. Наличие контактов в виде самого внешнего слоя может быть полезным для обеспечения надежного электрического соединения с источником питания.
Нагревательный узел содержит множество нагревательных нитей, которые выполнены как единое целое с электрическими контактами. Как нити, так и электрические контакты выполнены из фольги из нержавеющей стали, которая подвергнута травлению для получения нитей. Эти контакты разделены зазорами, кроме тех случаев, когда они соединены посредством нитей. Фольга из нержавеющей стали размещена на полиимидном субстрате 34. Как и в предыдущих случаях, нити обеспечивают основную часть сопротивления, и поэтому основная часть тепла генерируется этими нитями. В данном примере нити имеют электрическое сопротивление более чем в 100 раз выше, чем у электрических контактов.
В картридже, показанном на Фиг.3, контакты 32 и нити 36, 38 размещены между субстратным слоем 34 и корпусом 24. Тем не менее, возможен монтаж нагревательного узла на корпусе картриджа иным образом, а именно так, чтобы полиимидный субстрат непосредственно примыкал к корпусу 24.
Хотя в вышеописанных вариантах корпусы картриджей имеют по существу круглое поперечное сечение, само собой разумеется, что корпусы картриджей могут иметь другие формы поперечного сечения, такие как прямоугольную или треугольную форму поперечного сечения. Эти формы корпусов должны обеспечить желаемую ориентацию внутри полости, имеющей соответствующую форму, чтобы обеспечить электрическое соединение между устройством и картриджем.
Капиллярный материал 22 предпочтительно ориентирован в корпусе 24 таким образом, чтобы транспортировать жидкость к нагревательному узлу 30. Когда картридж собран, обеспечена возможность контактирования нагревательных нитей 36 с капиллярным материалом 22 и таким образом обеспечена возможность транспортировки образующего аэрозоль субстрата непосредственно к нагревателю. В примерах реализации настоящего изобретения образующий аэрозоль субстрат контактирует с большей частью поверхности каждой нити таким образом, чтобы большая часть тепла, генерируемого нагревательным узлом, поступала непосредственно внутрь образующего аэрозоль субстрата. В отличие от этого, в обычных нагревательных узлах с фитилем и катушкой лишь небольшая часть нагревательного провода контактирует с образующим аэрозоль субстратом. Капиллярный материал 27 может заходить внутрь промежутков между нитями 36.
При использовании нагревательный узел действует за счет резистивного нагрева. Ток пропускают через нити 36 под управлением от электронной управляющей схемы 16 таким образом, чтобы нагреть эти нити до температуры, находящейся в пределах желаемого температурного диапазона. Сетка или матрица нитей имеет значительно более высокое электрическое сопротивление, чем электрические контакты 32 и электрические соединители 19, и в результате высокие температуры локализуются в нитях. Эта система может быть выполнена с возможностью генерирования тепла путем подачи электрического тока на нагревательный узел в соответствии с затяжками, выполняемыми пользователем, или она может быть выполнена с возможностью непрерывного генерирования тепла в то время, пока устройство находится в состоянии «включено». В различных системах могут быть пригодны различные материалы для нитей. Например, в непрерывно нагреваемой системе пригодны графитовые нити, поскольку они имеют относительно низкую удельную теплоемкость и совместимы со слаботочным нагревом. В системе, активируемой затяжками, в которой тепло генерируется в виде коротких всплесков с использованием сильноточных импульсов, могут быть более пригодны нити из нержавеющей стали, имеющие высокую удельную теплоемкость.
В системе, активируемой затяжками, устройство может включать датчик затяжек, выполненный с возможностью обнаружения втягивания пользователем воздуха через мундштучную часть. Датчик затяжек (не показан) подключен к управляющей электронной схеме 16, и эта управляющая электронная схема 16 выполнена с возможностью подачи тока на нагревательный узел 30 лишь тогда, когда определено, что пользователь выполняет затяжку на устройстве. В качестве датчика затяжки может использоваться любой датчик воздушного потока, такой как микрофон.
В возможных вариантах изменения сопротивления одной или более нитей 36 или нагревательного элемента в целом могут использоваться для обнаружения изменения температуры нагревательного элемента. Это может быть использовано для регулирования мощности, подаваемой на нагревательный элемент, таким образом, чтобы обеспечить поддержание последнего в пределах желаемого температурного диапазона. Резкие изменения температуры могут также использоваться в качестве показателя для обнаружения изменений расхода воздуха позади нагревательного элемента в результате выполнения пользователем затяжек на системе. Одна или более нитей могут представлять собой специализированные температурные датчики и могут быть выполнены из материала, имеющего подходящий для этой цели температурный коэффициент сопротивления, такого как сплав алюминий-железо, Ni-Cr, платина, вольфрам или проволока из сплавов.
Воздушный поток через мундштучную часть во время использования системы показан на Фиг.1d. Мундштучная часть включает внутренние перегородки 17, которые отформованы как единое целое с внешними стенками мундштучной части и обеспечивают, чтобы воздух втягивался через впускные отверстия 13 к выпускному отверстию 15 и протекал по нагревательному узлу 30 на картридже, где происходит испарение субстрата. Когда воздух проходит через нагревательный узел, испаренный субстрат захватывается воздушным потоком и охлаждается с образованием аэрозоля перед тем, как выйти через выпускное отверстие 15. Соответственно, при использовании образующий аэрозоль субстрат после своего испарения проходит через нагревательный узел в результате прохождения через промежутки между нитями 36, 37, 38.
Другие конструкции картриджа, включающие нагревательный узел согласно настоящему изобретению, также должны быть понятны специалистам с обычной квалификацией в данной области техники. Например, картридж может включать мундштучную часть, может включать более одного нагревательного узла и может иметь любую желаемую форму. Кроме того, нагревательный узел согласно настоящему изобретению может использоваться в системах других типов, отличающихся от уже описанных, таких как увлажнители, освежители воздуха и другие генерирующие аэрозоль системы.
На Фиг.5 показана диаграмма, иллюстрирующая характеристики трех различных конфигураций нагревательных элементов при испытании с целью измерения общего выхода аэрозольных частиц (ТРМ), обеспечиваемого иллюстративными нагревательными элементами.
Испытание нагревательных элементов проводилось следующим образом:
2
Нагреватель А - Проем 5 мм × 5 мм. Три нагревательных элемента, расположенных, как показано на Фиг.3 - ширина каждого составляет 1 мм. Примерная площадь нагревателя составляет 15 мм.
Сопротивление примерно 1,2 Ом. Потребляемая мощность 6 Вт.
2
Нагреватель В - Проем примерно 3 мм × 3 мм. Один нагревательный элемент закрывает весь проем. Примерная площадь нагревателя 10 мм Сопротивление примерно 0,5 Ом. Потребляемая мощность 6 Вт
2
Нагреватель С - Проем 5 мм x 5 мм. Один нагревательный элемент, расположенный, как показано на Фиг.2, имеет ширину 2 мм. Примерная площадь нагревателя 10 мм. Сопротивление примерно 0,8 Ом. Потребляемая мощность 4 Вт.
Содержащий жидкость капиллярный материал был закреплен вблизи нагревателя. Жидкость содержала, по весу, 39% пропиленгликоля, 39% глицерина, 20% воды и 2% никотина.
При затяжке поток воздуха в количестве 55 мл в течение 3 секунд пропускался через нагреватель во время нагрева, и результирующий аэрозоль, захваченный воздушным потоком, задерживался на стекловолоконном фильтрующем диске (Cambridge Pad). После испытания путем выполнения 45 затяжек, аэрозольные компоненты извлекались из стекловолоконного фильтрующего диска с использованием спиртового раствора известным способом, чтобы определить общий выход аэрозольных частиц (ТРМ) для этого испытания. Вычислялся ТРМ на одну затяжку, и результаты вычисления показаны на Фиг.5.
Нагреватель В, включающий нагревательный элемент, полностью закрывающий проем, показал самый низкий ТРМ (общий выход аэрозольных частиц), составивший всего лишь 1,1 миллиграмм на одну затяжку. Потребляемая мощность нагревательного узла составила 6 Вт.
2
Более высокий ТРМ был определен у нагревателя С, включающего лишь один 10 мм нагревательный элемент. ТРМ в этом нагревательном узле достиг примерно 2,2 миллиграмма на затяжку, при этом потребляемая мощность составила всего лишь 4 Вт. Таким образом, более высокий ТРМ был определен у нагревательного элемента, сходного по размеру с нагревательным элементом нагревателя В, даже при более низкой мощности.
Безотносительно к какой-либо конкретной теории есть основания полагать, что в случае нагревателя С, кромки которого удалены от кромок проема, имеет место меньшая теплопередача на субстратный элемент. Кроме того, есть основания полагать, что в случае нагревателя В некоторая часть тепла нагревает жидкость снизу от субстратного элемента и что эта жидкость не в состоянии высвобождаться через проем, что приводит к снижению эффективности использования тепла от нагревательных элементов.
В случае нагревателя А, включающего три нагревательных полоски, ТРМ также оказался выше, чем в случае нагревателя В. Безотносительно к какой-либо конкретной теории есть основания полагать, что ТРМ в случае нагревателя А мог оказаться ниже, чем в случае нагревателя С, поскольку длина контакта трех 1 мм полосок с кромкой проема составляет больше, чем у одной 2 мм полоски в случае нагревателя С, что может привести к большей теплопередаче на субстрат или к менее эффективному нагреву жидкости снизу от субстрата.
Вышеописанные примерные варианты являются иллюстративными, а не ограничительными. Благодаря рассмотренным выше примерным вариантам, другие варианты, соответствующие вышеописанным примерным вариантам, также должны быть понятны специалистам с обычной квалификацией в данной области техники.