ФОРМОВАННЫЙ УЗЕЛ КАРТРИДЖА
MOLDED CARTRIDGE ASSEMBLY

Настоящее изобретение относится к удерживаемым рукой генерирующим аэрозоль системам и, в частности, к системам, которые содержат картридж, заключающий в себе образующий аэрозоль субстрат и проход для потока воздуха, проходящий через картридж.
Удерживаемая рукой генерирующая аэрозоль система одного широко используемого типа работает с использованием нагрева жидкого образующего аэрозоль субстрата для генерирования аэрозоля. Жидкий образующий аэрозоль субстрат может быть обеспечен в картридже, который крепится или размещается в компоненте в виде основного корпуса системы, заключающему в себе источник питания. Нагреватель может быть выполнен в качестве части компонента в виде основного корпуса и/или в качестве части картриджа.
Для образования аэрозоля жидкость, испаряемая с помощью нагревателя, должна вовлекаться в поток воздуха и охлаждаться внутри этого потока воздуха. В системах, которые генерируют аэрозоль для вдыхания пользователем, поток воздуха обычно генерируется пользователем, осуществляющим втягивание или затяжку на мундштучном компоненте системы. Поток воздуха должен проходить через нагреватель. Общая компоновка предусматривает наличие осесимметричного картриджа с проходом для потока воздуха, выполненным через центр картриджа. Это делает простым для пользователей позиционирование картриджа относительно компонента в виде основного корпуса.
Однако данная компоновка создает проблемы. В частности, важно предотвратить утечку из картриджа жидкости, находящейся в картридже, как до, так и во время использования. В то же самое время, картридж должен быть простым для заполнения. Это обычно обеспечивается с использованием нескольких компонентов в картридже, включая эластомерные уплотнительные элементы.
Однако также желательно, чтобы картриджи могли представлять собой одноразовые изделия. Это предотвращает повторное заполнение неподходящими жидкостями, обеспечивает хорошую гигиеничность и создает удобство для пользователя. Одноразовые картриджи могут требовать их производства в большом объеме. Соответственно, было бы желательно иметь возможность изготовления картриджей, которые были бы недорогими, простыми в сборке и надежными.
В первом аспекте настоящего изобретения предложен картридж для удерживаемой рукой генерирующей аэрозоль системы, содержащий:
корпус картриджа, содержащий наружную стенку и внутреннюю трубку для потока воздуха, расположенную внутри наружного корпуса на расстоянии от наружной стенки; и
резервуар для образующего аэрозоль субстрата, расположенный между наружной стенкой и внутренней трубкой для потока воздуха;
причем наружная стенка и внутренняя трубка для потока воздуха соединены друг с другом посредством одного или более ребер, проходящих между наружной стенкой и внутренней трубкой для потока воздуха, и указанные наружная стенка, внутренняя трубка для потока воздуха и одно или более ребер сформованы как единое целое.
Благодаря такой компоновке, обеспечивается возможность недорогого и качественного изготовления надежного картриджа. Ребра обеспечивают механическую опору между наружной стенкой и внутренней трубкой для потока воздуха. Благодаря формованию как единое целое указанных наружной стенки, внутренней трубки для потока воздуха и одного или более ребер, обеспечивается возможность минимизации утечки жидкости из картриджа.
Предпочтительно, указанные одно или более ребер, проходящих между наружной стенкой и внутренней трубкой для потока воздуха, содержат множество ребер, которые проходят через резервуар. Картридж может содержать два, три, четыре или более ребер. Ребра могут быть симметрично расположены вокруг внутренней трубки для потока воздуха. Ребра могут разделять резервуар на множество отдельных отделений. Указанные одно или более ребер могут проходить по всей длине картриджа, или они могут проходить в пределах лишь части длины картриджа. Наружная стенка может быть в целом цилиндрической, и указанные одно или более ребер могут проходить радиально внутрь от наружной стенки до внутренней трубки для потока воздуха.
Корпус картриджа может содержать уплотнительный элемент, который уплотняет внутреннюю трубку для потока воздуха и сформован как единое целое с трубкой для потока воздуха. В данном контексте выражение «уплотняет внутреннюю трубку для потока воздуха» означает невозможность прохождения воздуха через внутреннюю трубку для потока воздуха полностью от одного ее конца до противоположного конца.
Картридж может содержать нагревательный узел, содержащий нагревательный элемент, причем нагревательный узел прикреплен к корпусу картриджа. Нагревательный узел может быть прикреплен к корпусу картриджа посредством механического соединения. Это обеспечивает возможность заполнения корпуса картриджа жидким образующим аэрозоль субстратом и последующего прикрепления нагревательного узла к корпусу картриджа.
Нагревательный узел может содержать корпус нагревательного узла, сформованный вокруг нагревательного элемента. Нагревательный элемент может быть проницаемым для текучей среды. Термин «проницаемый для текучей среды» в контексте данного документа означает, что пар может выходить через нагревательный элемент. Чтобы обеспечить такую возможность, нагревательный элемент может содержать отверстия или поры, через которые может проходить пар. Например, нагревательный элемент может содержать сетку или полотно из электрически резистивных нитей. В качестве альтернативы или дополнительно, нагревательный элемент может содержать лист с отверстиями или прорезями в нем. Резистивный нагревательный элемент может содержать множество пустот или отверстий, которые проходят от второй стороны до первой стороны и через которые может проходить текучая среда.
Нагревательный элемент может представлять собой резистивный нагревательный элемент, на который непосредственно подается электрический ток при использовании. Резистивный нагревательный элемент может содержать множество электропроводных нитей. Термин «нить» используется по всему настоящему описанию для обозначения электрического пути, расположенного между двумя электрическими контактами. Нить может произвольным образом разветвляться и расходиться на множество путей или нитей соответственно, или несколько электрических путей могут сходиться в один путь. Форма поперечного сечения нити может быть круглой, квадратной, плоской или любой другой. Нить может быть расположена прямолинейным или криволинейным образом.
Резистивный нагревательный элемент может представлять собой матрицу нитей, например, расположенных параллельно друг другу. Предпочтительно, нити могут образовывать сетку. Сетка может быть тканой или нетканой. Сетка может быть образована с использованием различных типов плетеных или решетчатых структур. В качестве альтернативы, резистивный нагревательный элемент состоит из матрицы нитей или тканого полотна из нитей.
Нити могут образовывать промежутки между нитями, и эти промежутки могут иметь ширину от 10 микрометров до 100 микрометров. Предпочтительно, нити создают капиллярное действие в указанных промежутках так, что при использовании жидкость, предназначенная для испарения, втягивается в указанные промежутки, увеличивая площадь контакта между нагревательным элементом и жидким образующим аэрозоль субстратом.
Нити могут образовывать сетку с размером от 60 до 240 нитей на сантиметр (+/- 10 процентов). Предпочтительно, плотность сетки составляет от 100 до 140 нитей на сантиметр (+/- 10 процентов). Более предпочтительно, плотность сетки составляет приблизительно 115 нитей на сантиметр. Ширина указанных промежутков может составлять от 100 микрометров до 25 микрометров, предпочтительно от 80 микрометров до 70 микрометров, более предпочтительно приблизительно 74 микрометра. Процентная доля открытой площади сетки, которая представляет собой отношение площади указанных промежутков к общей площади сетки, может составлять от 40 процентов до 90 процентов, предпочтительно от 85 процентов до 80 процентов, более предпочтительно приблизительно 82 процента.
Нити могут иметь диаметр от 8 микрометров до 100 микрометров, предпочтительно от 10 микрометров до 50 микрометров, более предпочтительно от 12 микрометров до 25 микрометров, и наиболее предпочтительно приблизительно 16 микрометров. Нити могут иметь круглое поперечное сечение, или они могут иметь сплющенное поперечное сечение.
Площадь нитей может быть небольшой, например, меньшей или равной 50 квадратным миллиметрам, меньшей или равной 25 квадратным миллиметрам, более предпочтительно равной приблизительно 15 квадратным миллиметрам. Указанный размер выбирается таким образом, чтобы включить нагревательный элемент в удерживаемую рукой систему. Нагревательный элемент может, например, быть прямоугольным и иметь длину от 2 миллиметров до 10 миллиметров и ширину от 2 миллиметров до 10 миллиметров.
Нити нагревательного элемента могут быть выполнены из любого материала с подходящими электрическими свойствами. Подходящие материалы включают, но без ограничения: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически «проводящая» керамика (такая как, например, дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, сплавы металлов и композитные материалы, изготовленные из керамического материала и металлического материала. Такие композитные материалы могут содержать легированную или нелегированную керамику. Примеры подходящей легированной керамики включают легированные карбиды кремния. Примеры подходящих металлов включают титан, цирконий, тантал и металлы из платиновой группы.
Примеры подходящих сплавов металлов 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 и алюминия, а также сплавы на основе железа, марганца и алюминия. Timetal представляет собой зарегистрированную торговую марку компании Titanium Metals Corporation. Нити могут быть покрыты одним или более изоляционными материалами. Предпочтительными материалами для электропроводных нитей являются нержавеющая сталь и графит, более предпочтительно нержавеющая сталь марок серии 300, таких как AISI 304, 316, 304L, 316L. Кроме того, электропроводный нагревательный элемент может содержать комбинации вышеописанных материалов. Комбинация материалов может использоваться для улучшения регулирования сопротивления по существу плоского нагревательного элемента. Например, материалы с высоким собственным сопротивлением могут комбинироваться с материалами с низким собственным сопротивлением. Это может обеспечивать преимущество, если один из материалов является более предпочтительным по другим показателям, например по стоимости, обрабатываемости или другим физическим и химическим параметрам. По существу плоская компоновка нитей с повышенным сопротивлением обеспечивает преимущество, состоящее в снижении паразитных потерь. Нагреватели с высоким удельным сопротивлением обеспечивают преимущество, состоящее в возможности более эффективного использования энергии батареи.
Предпочтительно, нити изготовлены из проволоки. Более предпочтительно, проволока изготовлена из металла, наиболее предпочтительно из нержавеющей стали.
Электрическое сопротивление нитей нагревательного элемента может составлять от 0,3 Ома до 4 Ом. Предпочтительно, электрическое сопротивление равно или больше 0,5 Ома. Более предпочтительно, электрическое сопротивление нагревательного элемента составляет от 0,6 Ома до 0,8 Ома, наиболее предпочтительно приблизительно 0,68 Ома.
В качестве альтернативы, нагревательный элемент может содержать нагревательную пластину, в которой выполнена матрица отверстий. Отверстия могут быть выполнены, например, посредством травления или механической обработки. Указанная пластина может быть выполнена из любого материала с подходящими электрическими свойствами, такого как материалы, описанные выше в отношении нитей нагревательного элемента.
Нагревательный элемент может представлять собой сусцепторный элемент. В контексте данного документа термин «сусцепторный элемент» обозначает проводящий элемент, нагревающийся под действием переменного магнитного поля. Это может быть результатом создаваемых в сусцепторном элементе вихревых токов и/или потерь на гистерезис. Предпочтительно, сусцепторный элемент представляет собой ферритовый элемент. Материал и геометрическая форма сусцепторного элемента могут быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить требуемое электрическое сопротивление и генерирование тепла.
Сусцепторный элемент может представлять собой ферритовый сетчатый сусцепторный элемент. В качестве альтернативы, сусцепторный элемент может представлять собой железистый сусцепторный элемент.
Сусцепторный элемент может содержать сетку. В контексте данного документа термин «сетка» охватывает решетки и матрицы из нитей, между которыми образованы пустоты, и может включать тканые и нетканые полотна.
Сетка может содержать множество ферритовых или железистых нитей. Между нитями могут быть образованы промежутки, которые могут иметь ширину от 10 мкм до 100 мкм. Предпочтительно, нити создают капиллярное действие в указанных промежутках, так что при использовании жидкость, предназначенная для испарения, втягивается в указанные промежутки, увеличивая площадь контакта между сусцепторным элементом и жидкостью.
Нити могут образовывать сетку размером от 160 до 600 меш по стандарту США (+/- 10%) (т. е. от 160 и 600 нитей на дюйм (+/- 10%)). Ширина указанных промежутков предпочтительно составляет от 75 мкм до 25 мкм. Процентная доля открытой площади сетки, которая представляет собой отношение площади указанных промежутков к общей площади сетки, предпочтительно составляет от 25 до 56%. Сетка может быть образована с использованием различных типов плетеных или решетчатых структур. В качестве альтернативы, нити состоят из матрицы нитей, расположенных параллельно друг другу.
Нити могут иметь диаметр от 8 мкм до 100 мкм, предпочтительно от 8 мкм до 50 мкм, и более предпочтительно от 8 мкм до 40 мкм.
Площадь сетки может быть небольшой, предпочтительно меньшей или равной 500 мм2, что обеспечивает возможность ее включения в удерживаемую рукой систему. Сетка может быть, например, прямоугольной и иметь размеры 15 мм на 20 мм.
Предпочтительно, сусцепторный элемент имеет относительную проницаемость от 1 до 40000. Если требуется, чтобы основной нагрев был обусловлен вихревыми токами, то может использоваться материал с более низкой проницаемостью, а если требуются гистерезисные эффекты, то может использоваться материал с более высокой проницаемостью. Предпочтительно, материал имеет относительную проницаемость от 500 до 40000. Это обеспечивает эффективный нагрев.
Нагревательный элемент может иметь толщину, значительно меньшую его длины или ширины. Нагревательный элемент может иметь толщину, на порядок меньшую его длины или ширины. Нагревательный элемент может быть в целом планарным. Нагревательный элемент может иметь кольцевую или иную криволинейную форму.
Резервуар предпочтительно содержит удерживающий жидкость материал. Удерживающий жидкость материал может находиться в контакте с нагревательным элементом. Удерживающий жидкость материал может представлять собой капиллярный материал. Капиллярный материал представляет собой материал, который активно переносит жидкость от одного конца материала к другому. Капиллярный материал предпочтительно ориентирован в кожухе таким образом, чтобы переносить жидкость к нагревательному элементу.
Удерживающий жидкость материал может иметь волокнистую или губчатую структуру. Удерживающий жидкость материал может содержать пучок капилляров. Например, удерживающий жидкость материал может содержать множество волокон или нитей или других трубок с узкими каналами. Волокна или нити могут быть в целом выровнены таким образом, чтобы переносить жидкость к нагревателю. В качестве альтернативы, удерживающий жидкость материал может содержать губкообразный или пенообразный материал. Структура удерживающего жидкость материала может образовывать множество мелких каналов или трубок, через которые обеспечивается возможность переноса жидкости за счет капиллярного действия. Удерживающий жидкость материал может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примерами подходящих материалов являются губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спеченных порошков, вспененный металлический или пластмассовый материал, волокнистый материал, выполненный, например, из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетилцеллюлозные, сложнополиэфирные или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамика. Удерживающий жидкость материал может иметь любые подходящие капиллярность и пористость с тем, чтобы использовать его с жидкостями с разными физическими свойствами. Жидкость имеет такие физические свойства, включая, но без ограничения, вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температуру кипения и давление пара, которые обеспечивают возможность переноса жидкости через удерживающий жидкость материал за счет капиллярного действия.
Наружная стенка корпуса картриджа может содержать мундштучную часть, выполненную с возможностью ввода в рот пользователя.
Образующий аэрозоль субстрат может представлять собой жидкость или гель при комнатной температуре.
Образующий аэрозоль субстрат может содержать никотин. Образующий аэрозоль субстрат, содержащий никотин, может представлять собой матрицу из никотиновой соли. Образующий аэрозоль субстрат может содержать материал растительного происхождения. Образующий аэрозоль субстрат может содержать табак. Образующий аэрозоль субстрат может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие ароматические соединения табака, которые выделяются из образующего аэрозоль субстрата, при нагреве. Образующий аэрозоль субстрат может содержать гомогенизированный табачный материал. Образующий аэрозоль субстрат может содержать материал, не содержащий табака. Образующий аэрозоль субстрат может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения.
Образующий аэрозоль субстрат может содержать одно или более веществ для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля представляет собой любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которые при использовании способствуют образованию плотного и стабильного аэрозоля и являются по существу устойчивыми к термическому разложению при рабочей температуре системы. Примеры подходящих веществ для образования аэрозоля включают глицерин и пропиленгликоль. Подходящие вещества для образования 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. Образующий аэрозоль субстрат может содержать воду, растворители, этанол, растительные экстракты и натуральные или искусственные ароматизаторы.
Образующий аэрозоль субстрат может содержать никотин и по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля может представлять собой глицерин или пропиленгликоль. Вещество для образования аэрозоля может содержать как глицерин, так и пропиленгликоль. Концентрация никотина в жидком образующем аэрозоль субстрате может составлять от приблизительно 0,5% до приблизительно 10%, например приблизительно 2%.
Во втором аспекте предложена удерживаемая рукой генерирующая аэрозоль система, содержащая картридж по любому из предыдущих пунктов и основной корпус, соединенный с картриджем и содержащий источник питания.
Удерживаемая рукой генерирующая аэрозоль система может содержать мундштучную часть, отдельную от картриджа и содержащую прокалывающий элемент, выполненный с возможностью прокалывания уплотнительного элемента в картридже при относительном перемещении мундштучной части и уплотнительного элемента. Уплотнительный элемент может быть расположен таким образом, чтобы он покрывал или запирал трубку для потока воздуха. Уплотнительный элемент обеспечивает возможность уменьшения потерь образующего аэрозоль субстрата из картриджа перед использованием. Уплотнительный элемент также обеспечивает возможность предотвращения или уменьшения поступления загрязняющих веществ в картридж перед использованием. Уплотнительный элемент может быть сформован как единое целое с корпусом картриджа.
Основной корпус может содержать катушку индуктивности и генераторную схему, выполненную с возможностью подачи переменного тока на катушку индуктивности. Катушка индуктивности может представлять собой спиральную катушку, и она может быть размещена внутри сусцептора или окружать сусцептор. Катушка индуктивности может представлять собой дисковую катушку, расположенную смежно с сусцептором.
Картридж может быть прикреплен к основному корпусу с использованием любого подходящего соединения. Например, может использоваться винтовое соединение. Может использоваться соединение нажатием или механическая фиксация. Могут использоваться магнитные крепежные средства.
Основной корпус может содержать схему управления, соединенную с источником питания. Схема управления может содержать микроконтроллер. Микроконтроллер предпочтительно представляет собой программируемый микроконтроллер. Схема управления может содержать дополнительные электронные компоненты. Схема управления может быть выполнена с возможностью регулирования подачи мощности на нагревательный элемент. Мощность может подаваться на нагревательный элемент непрерывно после активации системы, или она может подаваться с перерывами, например от затяжки к затяжке. Мощность может подаваться на генерирующий аэрозоль элемент в виде импульсов электрического тока. Схема управления может содержать датчик потока воздуха, и она может подавать электрическую мощность на нагревательный элемент при обнаружении затяжек, осуществляемых пользователем, с помощью указанного датчика потока воздуха.
Генерирующая аэрозоль система может содержать мундштук, через который пользователь может вдыхать аэрозоль, генерируемый указанной генерирующей аэрозоль системой.
Генерирующая аэрозоль система может содержать проход для потока воздуха, проходящий от впускного отверстия для воздуха мимо испарительного узла до выпускного отверстия. Указанный проход для потока воздуха может содержать указанную внутреннюю трубку для потока воздуха. Выпускное отверстие может находиться в мундштуке. Впускное отверстие для воздуха может быть расположено в картридже или в основном корпусе, или оно может быть образовано между картриджем и основным корпусом или между мундштуком и основным корпусом.
Генерирующая аэрозоль система может иметь размер, сопоставимый с размером обычной сигары или сигареты. Генерирующая аэрозоль система может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Генерирующая аэрозоль система может иметь наружный диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.
Источник питания может представлять собой источник питания постоянного тока. Источник питания может представлять собой батарею. Батарея может представлять собой литиевую батарею, например литий-кобальтовую, литий-железо-фосфатную, литий-титановую или литий-полимерную батарею. Батарея может представлять собой никель-металлогидридную батарею или никель-кадмиевую батарею. Источник питания может представлять собой устройство накопления заряда другого типа, такое как конденсатор. Источник питания может нуждаться в перезарядке, и он может быть выполнен для множества циклов зарядки и разрядки. Источник питания может иметь емкость, которая обеспечивает возможность накопления достаточного количества энергии для одного или более сеансов использования; например, источник питания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, равного приблизительно шести минутам, что соответствует обычному времени, затрачиваемому на выкуривание обычной сигареты, или в течение периода времени, кратного шести минутам. В еще одном примере источник питания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности осуществления заданного количества затяжек или отдельных активаций атомайзерного узла.
Во время работы пользователь может активировать систему путем осуществления затяжки на мундштуке или обеспечения какого-либо иного пользовательского ввода, например путем нажатия кнопки на системе. В этом случае схема управления подает мощность на нагревательный элемент в течение заданного периода времени или в течение времени затяжки, осуществляемой пользователем. В результате нагревательный элемент нагревает жидкость в переносящем жидкость носителе с образованием пара, который выходит из испарительного узла в проход для потока воздуха, проходящий через систему. Пар охлаждается и конденсируется с образованием аэрозоля, который затем втягивается в рот пользователя.
В третьем аспекте предложен способ изготовления картриджа для удерживаемой рукой генерирующей аэрозоль системы, включающий этапы, на которых:
из формуемого литьем под давлением полимера формуют корпус картриджа, содержащий наружную стенку и внутреннюю трубку для потока воздуха, расположенную внутри наружного корпуса на расстоянии от наружной стенки, причем наружная стенка и внутренняя трубка для потока воздуха соединены друг с другом посредством одного или более ребер, проходящих между наружной стенкой и внутренней трубкой для потока воздуха;
заполняют образующим аэрозоль субстратом полость между наружной стенкой и внутренней трубкой для потока воздуха; и
прикрепляют нагревательный узел, содержащий нагревательный элемент, к корпусу картриджа для покрытия открытого конца указанной полости.
Признаки, описанные в отношении одного аспекта настоящего изобретения, могут быть применены к другим аспектам настоящего изобретения. В частности, признаки картриджа и системы по первому и второму аспектам настоящего изобретения могут присутствовать в картридже и системе по третьему аспекту настоящего изобретения.
Варианты осуществления настоящего изобретения будут далее описаны подробно лишь на примерах со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
на Фиг. 1 показана схематическая иллюстрация генерирующей аэрозоль системы согласно настоящему изобретению;
на Фиг. 2a показан вид в разрезе картриджа согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
на Фиг. 2b показан еще один вид в разрезе картриджа по Фиг. 2а;
на Фиг. 2с показан разделительный диск картриджа по Фиг. 2а;
на Фиг. 2d показан нижний диск картриджа по Фиг. 2a;
на Фиг. 3 показан вид в разрезе картриджа согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;
на Фиг. 4 показан вид в разрезе картриджа согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения; и
на Фиг. 5 показан вид в разрезе картриджа согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
На Фиг. 1 показана схематическая иллюстрация генерирующей аэрозоль системы согласно первому варианту осуществления изобретения. Система содержит два основных компонента: картридж 100 и основной корпус 200. Соединительный конец 115 картриджа 100 съемно соединен с соответствующим соединительным концом 205 основного корпуса 200. Основной корпус содержит батарею 210, которая в данном примере представляет собой перезаряжаемую литий-ионную батарею, и схему 220 управления. Генерирующее аэрозоль устройство 10 является портативным и имеет размер, сопоставимый с размером обычной сигары или сигареты.
Картридж 100 содержит кожух 105, заключающий в себе нагревательный узел 120 и отделение 130 для хранения жидкости, образующее резервуар для запаса жидкости. В отделении для хранения жидкости удерживается жидкий образующий аэрозоль субстрат. Нагревательный узел соединен с нижним концом отделения для хранения жидкости. Нагревательный узел содержит нагревательный элемент 135 в виде проницаемой для текучей среды сетки. В данном примере нагревательный узел обеспечен в виде части картриджа, но в некоторых вариантах осуществления он может быть полностью или частично обеспечен в виде части главного корпуса. В качестве альтернативы, нагревательный узел может быть полностью или частично обеспечен в отдельном компоненте, обычно именуемом атомайзером.
Как будет описано ниже, нагревательный элемент может иметь разные формы. Нагревательный элемент может быть выполнен с возможностью его нагрева с использованием процесса индукции, или он может быть выполнен с возможностью его нагрева путем непосредственного пропускания через него электрического токаот схемы управления.
Проход 140, 145 для потока воздуха проходит через систему от впускного отверстия 150 для воздуха мимо нагревательного элемента 135 и от нагревательного элемента до отверстия 110 на мундштучном конце в корпусе 105. Проход для потока воздуха проходит через центр картриджа и через резервуар для запаса жидкости. В данном примере мундштучная часть представляет собой неотъемлемую часть картриджа, но в некоторых вариантах осуществления она может быть обеспечена в виде отдельного компонента.
Система выполнена таким образом, что пользователь имеет возможность осуществления затяжек или всасывания на мундштучной части картриджа для втягивания аэрозоля в свой рот. При использовании, когда пользователь осуществляет затяжку через отверстие на мундштучном конце, воздух втягивается через указанный проход для потока воздуха из впускного отверстия для воздуха мимо нагревательного элемента к выпускному отверстию. Схема управления управляет подачей электрической мощности от батареи 210 на нагревательный элемент. Это, в свою очередь, регулирует температуру нагревательного элемента и, следовательно, количество и свойства пара, вырабатываемого нагревательным узлом. Схема управления может содержать датчик потока воздуха. Схема управления может подавать электрическую мощность на катушку при осуществлении пользователем затяжек на картридже, обнаруживаемых с помощью датчика потока воздуха. Управляющая компоновка данного типа является общепринятой в генерирующих аэрозоль системах, таких как ингаляторы и электронные сигареты. Таким образом, при осуществлении пользователем затяжки на отверстии на мундштучном конце картриджа, происходит активация атомайзерного узла и вырабатывается пар, захватываемый потоком воздуха, проходящим через канал 140 воздушного потока. Пар охлаждается под действием потока воздуха в проходе 145 с образованием аэрозоля, который затем втягивается в рот пользователя через отверстие 110 на мундштучном конце.
На Фиг. 2а представлен вид в разрезе первого варианта осуществления картриджа 300 согласно настоящему изобретению, показанного вместе с соединительным концом основного корпуса 400 системы. Вариант осуществления по Фиг. 2a работает на основе принципа индукционного нагрева. Индукционный нагрев осуществляется путем размещения электропроводного изделия, подлежащего нагреву, в магнитном поле, изменяющемся во времени. В проводящем изделии создаются вихревые токи. Если проводящее изделие электрически изолировано, то вихревые токи рассеиваются вследствие джоулева нагрева проводящего изделия. В генерирующей аэрозоль системе, которая работает с использованием нагрева образующего аэрозоль субстрата, этот образующий аэрозоль субстрат сам по себе обычно не обладает достаточной электрической проводимостью для индукционного нагрева вышеуказанным образом. В вариантах осуществления, показанных на Фиг. 2а-d, в качестве проводящего изделия, которое нагревается, используется сусцепторный элемент 335. В этом случае образующий аэрозоль субстрат нагревается сусцепторным элементом за счет теплопроводности, конвекции и/или излучения. Если используется ферромагнитный сусцепторный элемент, то тепло также генерируется вследствие потерь на гистерезис при переключении магнитных доменов внутри сусцепторного элемента.
В вариантах осуществления, показанных на фигурах 2а-d, используется катушка 410 индуктивности, расположенная в основном корпусе, для генерирования магнитного поля, изменяющегося во времени. Катушка индуктивности выполнена таким образом, что она не подвергается существенному джоулеву нагреву. В отличие от этого, сусцепторный элемент выполнен таким образом, что имеет место значительный джоулев нагрев сусцептора.
Колебательное магнитное поле проходит через сусцепторный элемент, индуцируя вихревые токи в сусцепторном элементе. Сусцепторный элемент нагревается в результате джоулева нагрева и в результате потерь на гистерезис, достигая температуры, достаточной для испарения образующего аэрозоль субстрата вблизи сусцепторного элемента. Испаренный образующий аэрозоль субстрат вовлекается в воздух, протекающий от впускного отверстия для воздуха к выпускному отверстию для воздуха, как пояснено более подробно ниже, и охлаждается с образованием аэрозоля внутри мундштучной части перед поступлением в рот пользователя. Электронная схема управления подает колебательный ток на катушку в течение заданного времени, в данном примере в течение пяти секунд, после обнаружения затяжки и затем выключает ток до тех пор, пока не будет обнаружена новая затяжка.
В варианте осуществления по Фиг. 2а картридж 300 содержит формованный корпус 305 картриджа, выполненный из формуемого литьем под давлением полимера, такого как полиэфирэфиркетон (PEEK). Формованный корпус картриджа содержит наружную стенку 325 и внутреннюю трубку 320 для потока воздуха, которые сходятся на мундштучном конце 310 картриджа. Между наружной стенкой 325 и внутренней трубкой для потока воздуха проходят четыре ребра 326. Ребра 326 сформованы как единое целое с наружным корпусом и внутренней трубкой для потока воздуха. Ребра 326 показаны на Фиг. 2b, представляющей вид картриджа в разрезе в плоскости A-A, показанной на Фиг. 2a. Можно видеть, что корпус картриджа имеет в целом круглое поперечное сечение.
Первый опорный диск 330, который также может быть выполнен из PEEK, вставлен в корпус картриджа и расположен таким образом, что он обеспечивает дополнительную опору между внутренней трубкой для потока воздуха и наружной стенкой. Первый опорный диск 330 показан на Фиг. 2c. Конец внутренней трубки для потока воздуха, который представляет собой конец, удаленный от мундштучного конца, расположен в центральном отверстии первого опорного диска. Периферия первого опорного диска содержит вырезы 338, которые расположены напротив соответствующих элементов во внутренней поверхности наружной стенки корпуса картриджа. Первый опорный диск содержит множество отверстий 332, которые проходят насквозь через нее и обеспечивают возможность прохождения жидкого образующего аэрозоль субстрата через первый опорный диск. Первый опорный диск также содержит кольцевой выступ 334, проходящий с удалением от мундштучного конца. Выступ 334 поддерживает сусцепторный элемент 335.
Сусцепторный элемент содержит кольцевую сетку из нержавеющей стали, которая проходит вокруг центральной полости. Сусцептор является проницаемым для текучей среды и, в частности, он выполнен с возможностью прохождения пара через него. Указанная центральная полость выполнена с возможностью размещения в ней катушки 410 индуктивности при использовании. Центральная полость также образует участок канала для потока воздуха через систему, как будет описано ниже.
Внутри картриджа на дальней стороне первого опорного диска расположен удерживающий жидкость материал или капиллярный материал 340. Удерживающий жидкость материал 340 находится в контакте с сусцептором. Функция материала для удержания жидкости заключается в обеспечении контакта некоторой количества жидкого субстрата, образующего аэрозоль, с токоприемником независимо от ориентации системы. Удерживающий жидкость материал в данном примере представляет собой тканый стекловолоконный материал.
Второй опорный диск 350 прикреплен к наружной стенке и к сусцептору для удержания удерживающего жидкость материала и для поддержки сусцептора. Второй опорный диск 350 показан на Фиг. 2d. В центре второго опорного диска расположено отверстие, выполненное по размеру с возможность размещения в нем катушки 410. Периферия второго опорного диска содержит вырезы, которые расположены напротив соответствующих элементов во внутренней поверхности наружной стенки корпуса картриджа.
Пространство между наружной стенкой, внутренней трубкой для потока воздуха, сусцепторным элементом и вторым опорным диском заполняют жидким образующим аэрозоль субстратом. Жидкий образующий аэрозоль субстрат представляет собой смесь вещества для образования аэрозоля, такого как глицерин, с водой, никотином и ароматическими соединениями.
Во время использования, когда пользователь осуществляет затяжку на мундштучном конце 310 картриджа, воздух втягивается через впускные отверстия 150 для воздуха, образованные между основным корпусом и картриджем, в центральную полость картриджа. Воздух проходит между катушкой 410 и сусцептором 335 перед втягиванием через внутреннюю трубку 320 для потока воздуха. Вдыхание, осуществляемое пользователем, обнаруживается с помощью датчика 420 затяжек. Вдыхание, осуществляемое пользователем, приводит к падению давления в полости, сообщающейся по текучей среде с каналом потока воздуха. При обнаружении осуществления вдыхания пользователем схема управления подает высокочастотный ток на катушку таким образом, что происходит индукционный нагрев сусцептора 335. Образующий аэрозоль субстрат вблизи сусцептора испаряется и проходит через сусцептор в указанную центральную полость. Пар вместе с воздухом втягивается через внутреннюю трубку 320 для потока воздуха и охлаждается с образованием аэрозоля перед поступлением в рот пользователя.
Картридж, выполненный таким образом, является надежным, что означает минимальную вероятность утечки жидкого образующего аэрозоль субстрата, в частности, на мундштучном конце системы без необходимости в отдельных уплотнительных элементах по жидкости.
На Фиг. 3 показана иллюстрация еще одного варианта осуществления настоящего изобретения. Система по фиг. 3 подобна системе по фиг. 2, но в варианте осуществления по фиг. 3 мундштук предусмотрен в качестве отдельного компонента для картриджа. Система по Фиг. 3 содержит картридж 500, удерживаемый между основным корпусом 600 и мундштуком 610. Вариант осуществления, показанный на Фиг. 3, работает на основе принципа индукционного нагрева, аналогично варианту осуществления по Фиг. 2a.
Картридж 500 содержит формованный корпус картриджа, образованный из полимера, получаемого под давлением, такого как полиэфирэфиркетон (PEEK). Формованный корпус картриджа содержит наружную стенку 525 и внутреннюю трубку 520 для потока воздуха, которые сходятся на мундштучном конце картриджа. Между наружной стенкой 525 и внутренней трубкой 520 потока воздуха проходят четыре ребра 526. Ребра 526 сформованы как единое целое с наружным корпусом и внутренней трубкой для потока воздуха и имеют такую же конфигурацию, что и ребра по Фиг. 2b. Корпус картриджа имеет в целом круглое поперечное сечение.
Картридж по Фиг. 3 содержит первый опорный диск 530 и второй опорный диск 550, аналогично варианту осуществления по Фиг. 2a. Таким же образом, что и в варианте осуществления по Фиг. 2a, обеспечен сусцепторный элемент 535. Сусцепторный элемент содержит кольцевую сетку из нержавеющей стали, которая проходит вокруг центральной полости. Внутри картриджа на дальней стороне первого опорного диска расположен удерживающий жидкость материал или капиллярный материал 540. Удерживающий жидкость материал 540 находится в контакте с сусцепторным элементом 535.
Мундштучный конец картриджа содержит уплотнительный элемент 560. Уплотнительный элемент 560 покрывает и уплотняет внутреннюю трубку 520 для потока воздуха. Уплотнительный элемент представляет собой тонкую мембрану, которая может быть разорвана посредством прокалывающего элемента 615 на мундштуке 610.
Уплотнительный элемент 560 может быть выполнен вместе с корпусом картриджа в процессе формования литьем под давлением. В частности, уплотнительный элемент может быть выполнен вместе с центральной трубкой для потока воздуха, которая может рассматриваться как бобышка, а уплотнительный элемент представляет собой дно бобышки.
В процессе литья под давлением имеет место эффект сжатия, если стенки продукта, сформованного методом литья под давлением, не являются однородными по толщине. Более толстые стенки затвердевают медленнее, чем более тонкие стенки, и это означает, что части, прикрепленные к более толстым стенкам, будут погружаться в более толстую стенку или сжиматься. Этот эффект, обычно рассматриваемый как проблема, может быть использован для обеспечения преимущества в настоящем изобретении, благодаря изготовлению очень тонкого и легкого для прокалывания уплотнительного элемента.
Противоположный конец картриджа также может быть уплотнен уплотнительным элементом, который отрывается пользователем перед использованием.
Основной корпус 600 в варианте осуществления по Фиг. 3 имеет конструкцию, схожую с основным корпусом по Фиг. 2а, но выполнен с возможностью взаимодействия с мундштуком 610 для окружения картриджа. Основной корпус содержит катушку 625 индуктивности и детектор 620 затяжек. Через кожух основного корпуса 600 проходят впускные отверстия 650 для воздуха.
Картридж размещают в полости основного корпуса 600 таким образом, что сусцепторный элемент 535 располагается смежно с катушкой 625 индуктивности. В этом случае мундштук размещается поверх картриджа и взаимодействует с основным корпусом 600. Мундштук может быть прикреплен к основному корпусу посредством, например, соединения с защелкиванием или винтового соединения. Таким образом мундштук удерживает картридж на месте. При соединении мундштука с основным корпусом прокалывающий элемент 615 прокалывает уплотнительный элемент 560 на картридже.
При использовании пользователь осуществляет затяжки на мундштуке для втягивания воздуха через систему. При осуществлении пользователем затяжек на мундштуке 610, воздух втягивается через впускные отверстия 650 для воздуха в центральную полость картриджа. Воздух проходит между катушкой 625 и сусцепторным элементом 535 перед втягиванием через внутреннюю трубку 520 для потока воздуха. Вдыхание, осуществляемое пользователем, обнаруживается с помощью датчика 620 затяжек. При обнаружении вдыхания, осуществляемого пользователем, схема управления подает высокочастотный ток на катушку таким образом, что происходит индукционный нагрев сусцепторного элемента 535. Образующий аэрозоль субстрат вблизи сусцептора испаряется и проходит через сусцептор в указанную центральную полость. Пар втягивается вместе с воздухом через внутреннюю трубку 520 для потока воздуха и охлаждается с образованием аэрозоля перед поступлением в рот пользователя.
На Фиг. 4 показана иллюстрация еще одного варианта осуществления согласно настоящему изобретению. Система по Фиг. 4 схожа с системой по Фиг. 2 и работает с использованием того же самого принципа индукционного нагрева, но в варианте осуществления по Фиг. 4 имеет место другое расположение сусцепторного элемента и катушки.
В варианте осуществления по Фиг. 4 картридж 700 содержит формованный корпус 705 картриджа, выполненный из формуемого литьем под давлением полимера, такого как полиэфирэфиркетон (PEEK). Формованный корпус картриджа содержит наружную стенку 725 и внутреннюю трубку 720 для потока воздуха, которые сходятся на мундштучном конце 710 картриджа. Между наружной стенкой 725 и внутренней трубкой для потока воздуха проходят четыре ребра 726. Ребра 726 сформованы как единое целое с наружным корпусом и внутренней трубкой для потока аналогично тому, как это показано на Фиг. 2b. Корпус 705 картриджа имеет в целом круглое поперечное сечение.
Первый опорный диск 730, который также может быть выполнена из PEEK и имеет форму, схожую с первым опорным диском по Фиг. 2c, вставлен в корпус картриджа и расположен с возможностью обеспечения дополнительной опоры между внутренней трубкой для потока воздуха и наружной стенкой. Конец внутренней трубки для потока воздуха, который представляет собой конец, удаленный от мундштучного конца, расположен в центральном отверстии первого опорного диска 740.
Сусцепторный элемент 735 содержит плоскую сетку из нержавеющей стали, которая параллельна первому опорному диску 730. Сусцептор является проницаемым для текучей среды и, в частности, он выполнен с возможностью обеспечения прохождения пара через него. Между первым опорным диском и сусцепторным элементом обеспечен удерживающий жидкость материал 740. Удерживающий жидкость материал 740 находится в контакте с сусцепторным элементом. Функция материала для удержания жидкости заключается в обеспечении контакта некоторой количества жидкого субстрата, образующего аэрозоль, с токоприемным элементом независимо от ориентации системы. Удерживающий жидкость материал в данном примере представляет собой тканый стекловолоконный материал. Удерживающий жидкость материал имеет проходящее насквозь через него центральное отверстие, выровненное с центральной трубкой 720 для потока воздуха, для обеспечения возможности прохождения воздуха через картридж.
Пространство между наружной стенкой и внутренней трубкой для потока воздуха и сусцепторным элементом заполняют жидким образующим аэрозоль субстратом. Жидкий образующий аэрозоль субстрат представляет собой смесь вещества для образования аэрозоля, такого как глицерин, с водой, никотином и ароматическими соединениями.
В основном корпусе 750 варианта осуществления по Фиг. 4 используется дисковая катушка 760 индуктивности. Дисковая катушка индуктивности расположена смежно с сусцепторным элементом 735. Дисковая катушка индуктивности удерживается внутри железистого концентратора потока.
Как и в варианте осуществления по Фиг. 2а, при использовании, когда пользователь осуществляет затяжку на мундштучном конце 710 картриджа, воздух втягивается через впускные отверстия 755 для воздуха, образованные между основным корпусом и картриджем. Воздух проходит между катушкой 760 и сусцепторным элементом 735 перед втягиванием через сусцепторный элемент и через внутреннюю трубку 720 для потока воздуха. Вдыхание, осуществляемое пользователем, обнаруживается с помощью датчика 780 затяжек. Вдыхание, осуществляемое пользователем, приводит к падению давления в полости, сообщающейся по текучей среде с проходом для потока воздуха. При обнаружении вдыхания, осуществляемого пользователем, схема управления подает высокочастотный ток на катушку таким образом, что происходит индукционный нагрев сусцепторного элемента 735. Образующий аэрозоль субстрат вблизи сусцепторного элемента испаряется. Пар вместе с воздухом втягивается через внутреннюю трубку 720 для потока воздуха и охлаждается с образованием аэрозоля перед поступлением в рот пользователя.
На Фиг. 5 показан еще один вариант осуществления настоящего изобретения, использующий резистивный нагрев, а не индукционный нагрев. Система по Фиг. 5 схожа с системой по Фиг. 3 в том, что мундштук является отдельным от картриджа.
Картридж 800 содержит формованный корпус картриджа, образованный из полимера, получаемого под давлением, такого как полиэфирэфиркетон (PEEK). Формованный корпус картриджа содержит наружную стенку 825 и внутреннюю трубку 820 для потока воздуха, которые сходятся на мундштучном конце картриджа. Между наружной стенкой 825 и внутренней трубкой 820 для потока воздуха проходят четыре ребра 826. Ребра 826 сформованы как единое целое с наружным корпусом и внутренней трубкой для потока воздуха и имеют такую же конфигурацию, что и ребра по Фиг. 2b. Корпус картриджа имеет в целом круглое поперечное сечение.
Картридж по Фиг. 5 содержит резистивный нагревательный элемент 850 на конце, противоположном мундштучному концу. Нагревательный элемент содержит планарную сетку из нержавеющей стали, которая является паропроницаемой. В нагревательном элементе выполнено отверстие, выровненное с центральной трубкой 920 для потока воздуха. Нагревательный элемент может представлять собой часть нагревательного узла, которая приклеена или механически прикреплена к формованному корпусу картриджа.
Внутри картриджа на дальней стороне первого опорного диска расположен удерживающий жидкость материал или капиллярный материал 840. Удерживающий жидкость материал 840 находится в контакте с нагревательным элементом 850. Пространство между формованным корпусом картриджа и нагревательным элементом заполняют жидким образующим аэрозоль субстратом, как описано в отношении предыдущих вариантов осуществления.
Мундштучный конец картриджа содержит уплотнительный элемент 860. Уплотнительный элемент 860 покрывает и уплотняет внутреннюю трубку 820 для потока воздуха. Уплотнительный элемент представляет собой тонкую мембрану, которая может быть разорвана посредством прокалывающего элемента 915 на мундштуке 910, как описано со ссылкой на Фиг. 3.
Противоположный конец картриджа также может быть уплотнен с помощью уплотнительного элемента, который отрывается пользователем перед использованием.
Основной корпус 900 в варианте осуществления по Фиг. 5 имеет конструкцию, схожую с основным корпусом по Фиг. 3, однако вместо катушки индуктивности он содержит пару подпружиненных электрических контактных штырей 930, 935. Электрические контактные штыри контактируют с нагревательным элементом 850 и обеспечивают ток через нагревательный элемент с тем, чтобы генерировалось тепло.
Для обнаружения затяжек, осуществляемых пользователем, обеспечен детектор 920 затяжек. Через кожух основного корпуса 900 насквозь проходят впускные отверстия для воздуха.
Картридж размещают в полости основного корпуса 600 таким образом, чтобы нагревательный элемент 835 контактировал с электрическими контактными штырями 930, 935. В этом случае мундштук 910 размещается поверх картриджа и взаимодействует с основным корпусом 900. Мундштук прикрепляют к основному корпусу посредством соединения с защелкиванием. Таким образом мундштук удерживает картридж на месте. При соединении мундштука с основным корпусом, прокалывающая деталь 915 прокалывает уплотнительный элемент 860 на картридже.
При использовании пользователь осуществляет затяжки на мундштуке для втягивания воздуха через систему. При осуществлении пользователем затяжек на мундштуке 910, происходит втягивание воздуха через впускные отверстия 950 для воздуха. Воздух проходит чрез нагревательный элемент 835 перед втягиванием через внутреннюю трубку 820 для потока воздуха. Вдыхание, осуществляемое пользователем, обнаруживается с помощью датчика 920 затяжек. При обнаружение вдыхания, осуществляемого пользователем, схема управления подает ток на нагревательный элемент таким образом, что он нагревается за счет эффекта Джоуля. Образующий аэрозоль субстрат вблизи нагревательного элемента испаряется и проходит через нагревательный элемент в поток воздуха. Пар вместе с воздухом втягивается через внутреннюю трубку 820 для потока воздуха и охлаждается с образованием аэрозоля перед поступлением в рот пользователя.
Следует понимать, что описанные варианты осуществления являются лишь примерами осуществления изобретения и что могут быть внесены модификации. В частности, могут использоваться другие формы картриджа и другие материалы.