НАГРЕВАТЕЛЬ В СБОРЕ С КРЕПЕЖНЫМИ НОЖКАМИ
HEATER ASSEMBLY WITH MOUNTING LEGS

Настоящее изобретение относится к нагревателю в сборе для устройства, генерирующего аэрозоль, для генерирования вдыхаемого аэрозоля.
Известны устройства, генерирующие аэрозоль, которые выполнены с возможностью нагревания субстрата, образующего аэрозоль, содержащегося в изделии, генерирующем аэрозоль. Изделие вставляют в нагревательную камеру, в которой расположен электрорезистивный нагреватель. Нагреватель нагревает субстрат, образующий аэрозоль, для испарения субстрата. Испаренный субстрат увлекается потоком воздуха через канал для потока воздуха устройства, и сгенерированный аэрозоль доставляется пользователю.
Обычный электрорезистивный нагреватель может быть предусмотрен в виде внешнего нагревателя, окружающего изделие, генерирующее аэрозоль, вставленное в нагревательную камеру устройства.
Было бы желательно иметь нагреватель в сборе с электрорезистивным нагревателем, который легко изготовить, который равномерно нагревает субстрат, образующий аэрозоль, и который хорошо теплоизолирован от других компонентов устройства.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен нагреватель в сборе для генерирования вдыхаемого аэрозоля. Нагреватель в сборе содержит электроизоляционный элемент и электрорезистивный нагреватель. Нагреватель содержит центральную нагревательную часть, которая выполнена с возможностью ее нагревания. Нагреватель дополнительно содержит электрические контакты, которые контактируют с центральной нагревательной частью и которые выполнены с возможностью подачи электрической энергии на центральную нагревательную часть. Нагреватель дополнительно содержит крепежные ножки, выполненные с возможностью сгибания. Крепежные ножки расположены смежно с центральной нагревательной частью и выполнены с возможностью механического прикрепления или монтажа электрорезистивного нагревателя к электроизоляционному элементу.
Электрорезистивный нагреватель далее будет также именоваться «нагревателем». Нагреватель согласно настоящему изобретению содержит центральную нагревательную часть для целей нагрева. Центральная нагревательная часть может быть расположена в устройстве, генерирующем аэрозоль, в нагревательной камере устройства, генерирующего аэрозоль, или смежно с ней. В нагревательную камеру может быть вставлено изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее субстрат, образующий аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, совместно с изделием, генерирующим аэрозоль, называют системой, генерирующей аэрозоль.
Центральная нагревательная часть может быть расположена таким образом, что преимущественно нагревается субстрат, образующий аэрозоль, вставленного изделия, генерирующего аэрозоль. Для этой цели центральная нагревательная часть может быть соединена с электрическими контактами. Электрические контакты могут подавать электрический ток в центральную нагревательную часть. Ток проходит через центральную нагревательную часть, тем самым нагревая центральную нагревательную часть.
Кроме того, часть нагревателя представляет собой крепежные ножки. В обычных нагревателях нагреватель должен быть прикреплен к устройству, генерирующему аэрозоль, что может требовать сложных решений и относительно высоких затрат. В настоящем изобретении сам нагреватель обеспечивает элементы для прикрепления нагревателя. Эти элементы представляют собой крепежные ножки. Крепежные ножки могут проходить от центральной нагревательной части. Прикрепление крепежных ножек может быть выполнено путем прикрепления ножек по меньшей мере частично к электроизоляционному элементу.
Нагреватель в сборе согласно настоящему изобретению обеспечивает оптимизированный нагрев изделия, генерирующего аэрозоль, а также хорошую теплоизоляцию, так что нагрев изделия происходит эффективно, при этом снижается потребление энергии, что позволяет проводить несколько сеансов без необходимости в перезарядке.
Центральная нагревательная часть и крепежные ножки могут быть выполнены как единое целое. Таким образом обеспечивается возможность достижения легкости изготовления при одновременном обеспечении центральной нагревательной части для нагрева и крепежных ножек для закрепления нагревателя.
Центральная нагревательная часть и крепежные ножки могут быть выполнены в виде цельного металлического листа. Металлический лист, содержащий центральную нагревательную часть, а также крепежные ножки, можно изготавливать с использованием технологий массового производства, таких как травление, лазерная резка или штамповка. Таким образом, нагреватель может быть простым и дешевым для производства, поскольку можно использовать процессы массового производства.
Цельный металлический лист может иметь толщину от 50 мкм до 200 мкм, предпочтительно от 75 мкм до 150 мкм и более предпочтительно приблизительно 100 мкм. Благодаря толщине нагревателя нагреватель может иметь низкую тепловую инерцию и, таким образом, может быстро достигать своей эффективной температуры нагрева. Центральная нагревательная часть может иметь поверхность нагрева от 50 мм x 40 мм, предпочтительно от 35 мм x 25 мм, более предпочтительно от 20 мм x 15 мм.
Таким образом, нагреватель может быть изготовлен из оптимизированного листа небольшого объема, изготовленного из одного единственного материала. Центральная нагревательная часть и крепежные ножки могут содержать, предпочтительно состоять из нержавеющей стали или титана, предпочтительно из нержавеющей стали 304.Такие материалы не являются токсичными, не требуют необходимости в техническом обслуживании и являются стойкими к нагреву и коррозионно-активному газу, который может генерироваться в устройствах, генерирующих аэрозоль.
Центральная нагревательная часть может иметь трубчатую форму. Для сборки нагревателя может потребоваться только сгибание исходного листа.
Нагреватель может быть выполнен в виде внешнего нагревателя, расположенного вокруг периметра нагревательной камеры. Внешний нагреватель может иметь любую подходящую форму. Вместо формы согнутого металлического листа внешний нагреватель может иметь форму, например, одного или более гибких листов нагревательной фольги на диэлектрической подложке, например, из полиимида. Гибким листам нагревательной фольги может быть придана форма, соответствующая периметру нагревательной камеры. В альтернативном варианте осуществления внешний нагреватель может иметь форму металлической решетки или решеток, гибкой печатной платы, литого соединительного устройства (MID), керамического нагревателя, гибкого нагревателя из углеродного волокна, или он может быть образован с использованием технологии нанесения покрытия, такой как плазменное осаждение из паровой фазы на субстрате подходящей формы. Внешний нагреватель также может быть выполнен с использованием металла, имеющего определенную зависимость между температурой и удельным сопротивлением. В таком примере устройства металл может быть выполнен в виде дорожки между двумя слоями подходящих изоляционных материалов. Выполненный таким образом внешний нагреватель может использоваться как для нагрева, так и для контроля температуры внешнего нагревателя во время работы. Однако предпочтительно, чтобы внешний нагреватель согласно настоящему изобретению был изготовлен из одного металлического листа, согнутого в трубчатую форму, обеспечивающую внешний нагрев.
Давление воздуха, обусловленное внешним нагревом изделия, генерирующего аэрозоль, может проталкивать сгенерированный аэрозоль к внутренней части изделия, генерирующего аэрозоль. Внутри изделия, генерирующего аэрозоль, обычно присутствуют эффективные пути для воздуха, поступающего в полость рта пользователя. Кроме того, внешний нагрев, поскольку он соприкасается с большей поверхностью изделия, генерирующего аэрозоль, чем внутренний нагрев, может способствовать предотвращению риска перегрева изделия, генерирующего аэрозоль, при одновременном повышении однородного нагрева субстрата, содержащегося в изделии, генерирующем аэрозоль.
Крепежные ножки могут содержать ближние крепежные ножки и дальние крепежные ножки, при этом ближние крепежные ножки могут быть расположены смежно с ближним концом центральной нагревательной части, при этом дальние крепежные ножки могут быть расположены смежно с дальним концом центральной нагревательной части, противоположной ближнему концу центральной нагревательной части. Ближние крепежные ножки могут также называться верхними крепежными ножками и располагаться дальше по ходу потока относительно дальних крепежных ножек, которые могут также называться расположенными раньше по ходу потока крепежными ножками.
Используемые в данном документе термины «раньше по ходу потока», «дальше по ходу потока», «ближний», «дальний», употребляют для описания относительных положений компонентов или частей компонентов системы, генерирующей аэрозоль, относительно направления, в котором пользователь осуществляет затяжку на системе, генерирующей аэрозоль, во время ее использования.
Система, генерирующая аэрозоль, может содержать мундштучный конец, через который при использовании аэрозоль выходит из системы, генерирующей аэрозоль, и доставляется пользователю. Мундштучный конец может представлять собой ближний конец изделия, генерирующего аэрозоль, вставленного в нагревательную камеру устройства, генерирующего аэрозоль. Мундштучный конец также может называться ближним концом. При использовании пользователь осуществляет затяжку на ближнем или мундштучном конце системы, генерирующей аэрозоль, с целью вдыхания аэрозоля, генерируемого системой, генерирующей аэрозоль. Система, генерирующая аэрозоль, содержит дальний конец, противоположный ближнему или мундштучному концу. Ближний или мундштучный конец системы, генерирующей аэрозоль, может также называться расположенным дальше по ходу потока концом, а дальний конец системы, генерирующей аэрозоль, может также называться расположенным раньше по ходу потока концом. Компоненты или части компонентов системы, генерирующей аэрозоль, могут быть описаны в качестве расположенных раньше по ходу потока или расположенных дальше по ходу потока относительно друг друга, исходя из их относительных положений между ближним, расположенным дальше по ходу потока или мундштучным концом и дальним или расположенным раньше по ходу потока концом системы, генерирующей аэрозоль.
Трубчатый нагреватель предпочтительно расположен параллельно центральной продольной оси устройства, генерирующего аэрозоль, которая проходит от ближнего конца к дальнему концу или наоборот. Эта ось предпочтительно идентична центральной продольной оси электрорезистивного нагревателя.
Крепежные ножки могут иметь продольную форму и могут проходить по меньшей мере частично параллельно центральной продольной оси электрорезистивного нагревателя. Ближние крепежные ножки могут проходить от ближнего конца центральной нагревательной части в ближнем направлении или в направлении движения потока. Дальние крепежные ножки могут проходить от дальнего конца центральной нагревательной части в дальнем направлении или в направлении против потока.
Электроизоляционный элемент может иметь трубчатую форму. Крепежные ножки могут быть расположены отогнутыми от центральной продольной оси электрорезистивного нагревателя. Крепежные ножки могут быть выполнены с возможностью сгибания вокруг по меньшей мере трубчатого отверстия электроизоляционного элемента и прикрепления к нему. Предпочтительно, ближние крепежные ножки выполнены с возможностью удерживания на ближнем конце, т. е. ближнем трубчатом отверстии, электроизоляционного элемента. Предпочтительно, дальние крепежные ножки выполнены с возможностью удерживания на дальнем конце, т. е. дальнем трубчатом отверстии, электроизоляционного элемента.
Крепежные ножки могут быть согнуты таким образом, чтобы они крепились снаружи трубчатого электроизоляционного элемента, внутри которого затем расположена центральная нагревательная часть нагревателя. Таким образом, нагреватель, а также электроизоляционный элемент могут иметь трубчатую форму, при этом механическое соединение между трубчатым электроизоляционным элементом и трубчатой центральной нагревательной частью осуществляется посредством согнутых наружу крепежных ножек. Таким образом, термин «трубчатый» применительно к нагревателю следует понимать так: центральная нагревательная часть нагревателя, имеющая трубчатую форму. Крепежные ножки могут сгибаться наружу для удерживания трубчатого электроизоляционного элемента, причем эта конфигурация все еще охватывается термином «нагреватель трубчатой формы».
Поскольку ножки, которые расположены снаружи трубчатого электроизоляционного элемента, не нагреваются до необходимой степени, электроизоляционный элемент действует как теплоизоляционная трубка для теплоизоляции центральной нагревательной части от других компонентов устройства, генерирующего аэрозоль.
Ближнее трубчатое отверстие электроизоляционного элемента может быть расположено смежно с ближним концом центральной нагревательной части. Дальнее трубчатое отверстие электроизоляционного элемента может быть расположено противоположно ближнему трубчатому отверстию электроизоляционного элемента и смежно с дальним концом центральной нагревательной части. Другими словами, трубчатый электроизоляционный элемент может по существу покрывать трубчатую центральную нагревательную часть, в то время как крепежные ножки проходят поверх трубчатого электроизоляционного элемента, так что крепежные ножки могут быть согнуты вокруг отверстий трубчатого электроизоляционного элемента для надежного прикрепления трубчатого нагревателя к трубчатому электроизоляционному элементу.
Крепежные ножки могут проходить от ближнего и дальнего конца центральной нагревательной части. Крепежные ножки могут быть не предусмотрены на боковых частях центральной нагревательной части, которые проходят вдоль продольной оси устройства, генерирующего аэрозоль. Крепежные ножки могут быть выполнены с возможностью предотвращения нежелательного смещения нагревателя вдоль продольной оси устройства, генерирующего аэрозоль, во время вставки и извлечения изделия, генерирующего аэрозоль.
Крепежные ножки могут быть непрямо соединены с электрическими контактами. Другими словами, крепежные ножки могут быть электрически соединены с центральной нагревательной частью, но не с частью проводящего пути, который проходит от первого электрического контакта через центральную нагревательную часть в направлении второго электрического контакта. Таким образом, крепежные ножки могут быть выполнены в «разомкнутой цепи», т. е. нагревательный ток, используемый в центральной нагревательной части для резистивного нагрева, не поступает в них, и поэтому крепежные ножки не нагреваются за счет резистивного нагрева, как это происходит в центральной нагревательной части.
Поэтому тепло может проходить только в крепежные ножки путем кондуктивной теплопередачи, что обеспечит низкую тепловую энергию по сравнению с нагревом, предусмотренным в центральной нагревательной части за счет резистивного нагрева. Кроме того, тепло в крепежных ножках будет уменьшаться вдоль длины крепежных ножек, так что концы крепежных ножек будут гораздо холоднее центральной нагревательной части. Таким образом, крепежные ножки могут быть использованы для закрепления нагревателя без значительной потери тепла и без нежелательного нагрева других компонентов устройства, генерирующего аэрозоль.
Электроизоляционный элемент может быть изготовлен из электроизоляционного материала, предпочтительно изготовлен из полиэфирэфиркетона (PEEK) и предпочтительно может быть изготовлен из теплоизоляционного материала. Таким образом, теплоизоляционная трубка может быть изготовлена из тепло- или электроизоляционного материала, такого как PEEK, например, материала, который является термостойким и одновременно электро- и теплоизоляционным. PEEK представляет собой молекулу из семейства полиарилэфиркетонов (PAEK). Может быть использован один или более подходящих материалов, включая, но без ограничения, алюминий, полиэфирэфиркетон (PEEK), полиимиды, такие как Kapton, полиэтилентерефталат (PET), полиэтилен (PE), полипропилен (PP), полистирол (PS), фторированный этилен-пропилен (FEP), политетрафторэтилен (PTFE), эпоксидные смолы, полиуретановые смолы и виниловые смолы. Теплоизоляция может защищать другую часть устройства, генерирующего аэрозоль, а также пользователя от тепла нагревателя. Благодаря прочному соединению между электрорезистивным нагревателем и электроизоляционным элементом обеспечивается также возможность предотвращения теплового риска за счет теплоизоляции нагревателя.
Электроизоляция способствует тому, чтобы крепежные ножки, используемые для прикрепления нагревателя к электроизоляционному элементу, не находились в контакте с материалом электрического проводника, чтобы предотвратить прохождение тока через крепежные ножки и, таким образом, предотвратить нагрев крепежных ножек.
Электроизоляционный элемент может окружать нагреватель таким образом, чтобы нагреватель был равномерно прикреплен к электроизоляционному элементу. По меньшей мере нагреватель или электроизоляционный элемент, предпочтительно оба, могут частично или полностью окружать нагревательную камеру устройства, генерирующего аэрозоль. Предпочтительно нагреватель и электроизоляционный элемент полностью окружают нагревательную камеру устройства, генерирующего аэрозоль.
Электроизоляционный элемент может дополнительно содержать первый кольцеобразный элемент и второй кольцеобразный элемент, при этом первый кольцеобразный элемент может быть выполнен с возможностью механического прикрепления ближних крепежных ножек к ближнему трубчатому отверстию электроизоляционного элемента. Второй кольцеобразный элемент может быть выполнен с возможностью механического прикрепления дальних крепежных ножек к дальнему трубчатому отверстию электроизоляционного элемента, противоположному ближнему трубчатому отверстию электроизоляционного элемента.
Кольца могут быть предусмотрены для закрепления зацепного соединения между нагревателем и электроизоляционным элементом. Кольца могут прижимать крепежные ножки к электроизоляционному элементу. Прижимание крепежных ножек к электроизоляционному элементу может быть осуществлено механически, например, посредством посадки с натягом. Таким образом, клей может не потребоваться, так что получаемый в результате элемент, состоящий из нагревателя, электроизоляционного элемента и кольца, имеет высокую стабильность и, тем самым, оптимизированный срок службы без риска потери склеивающего свойства под воздействием аэрозоля или тепла, генерируемого нагревателем. В альтернативном варианте осуществления клей может использоваться вместо или в дополнение к механическому соединению между нагревателем и электроизоляционным элементом.
Кольца могут содержать соединительные элементы для облегчения прочного соединения между кольцами и крепежными ножками, а также электроизоляционным элементом. Например, кольца могут содержать выступающие элементы или углубления, подходящие соответствующим элементам, предусмотренным на наружной поверхности электроизоляционного элемента. Эти соответствующие элементы могут быть предоставлены для облегчения соединения с защелкиванием колец с электроизоляционным элементом, тем самым зажимая между двумя слоями и тем самым фиксируя крепежные ножки между кольцами и электроизоляционным элементом. Соединительные элементы могут быть гибкими. На ближнем или дальнем конце электроизоляционного элемента может быть предусмотрено лишь одно кольцо, если его достаточно для прикрепления нагревателя к электроизоляционному элементу. Следовательно, крепежные ножки могут быть предусмотрены лишь на одном конце центральной области нагрева, если их достаточно для надежного удержания нагревателя.
Кольца предпочтительно содержат полость для обеспечения прохождения потока воздуха и аэрозоля. Кольца могут быть изготовлены из электро- и теплоизоляционного материала, такого как PEEK.
Крепежные ножки могут быть выполнены с возможностью образования скоса для направления изделия, генерирующего аэрозоль, во время вставки в нагревательную камеру. Будучи согнуты и прикреплены к электроизоляционному элементу, эти ножки могут таким образом обеспечить уклоны для продвижения генерирующего аэрозоль изделия в направлении центра нагревателя, способствуя вставке генерирующего аэрозоль изделия пользователем. Другими словами, крепежные ножки образуют раструб, способствующий вставке изделия, генерирующего аэрозоль. Иначе говоря, крепежные ножки в области, где должно быть вставлено изделие, расположены вдоль гипербол верхней поверхности однолистового гиперболоида вращения, т. е. они проходят от широкой к более узкой трубчатой части, помогая пользователю легко вставлять изделие в центр нагревателя.
Центральная нагревательная часть может содержать нелинейный проводящий путь между электрическими контактами. Центральная нагревательная часть может содержать зигзагообразный проводящий путь между электрическими контактами. Проводящий путь между электрическими контактами может быть оптимизирован для генерирования тепла. Проводящий путь может проходить по существу по всей поверхности центральной нагревательной части для облегчения однородного нагрева. Проводящий путь может быть выполнен посредством надрезов в металлическом листе нагревателя. Надрезы могут быть выполнены в направлении, параллельном центральной продольной оси устройства, генерирующего аэрозоль. Вместо этого или в дополнение к надрезу, в центральной нагревательной части может быть предусмотрено углубление.
Центральная нагревательная часть может содержать множество проводящих путей между соответствующими парами отдельных регулируемых электрических контактов. Проводящие пути могут быть электрически изолированы друг от друга. Различные области субстрата, образующего аэрозоль, могут быть нагреты за счет предоставления множества проводящих путей. В этом отношении устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать контроллер для управления нагревом множества проводящих путей. Проводящий путь может быть нагрет во время одной затяжки, осуществляемой пользователем, таким образом, с расходованием смежной области субстрата, образующего аэрозоль, вставленного изделия, генерирующего аэрозоль.
Контроллер может представлять собой простой переключатель. В альтернативном варианте осуществления контроллер может представлять собой электрическую схему, и он может содержать один или более микропроцессоров или микроконтроллеров. Микропроцессор может представлять собой программируемый микропроцессор. Контроллер может содержать дополнительные электронные компоненты. Контроллер может быть выполнен с возможностью регулирования подачи питания на нагреватель или на отдельные проводящие пути нагревателя. Питание может подаваться на нагреватель непрерывно после активации устройства или может подаваться с перерывами, например, от затяжки к затяжке. Питание может подаваться на нагреватель в виде импульсов электрического тока. Контроллер может быть выполнен с возможностью отслеживания электрического сопротивления нагревателя и предпочтительно управления подачей энергии на нагреватель в зависимости от электрического сопротивления нагревателя. Контроллер может быть выполнен с возможностью постепенного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, например, за счет регулирования напряжения на электрических контактах нагревателя или количества активируемых электрических путей либо за счет использования широтно-импульсной модуляции (PWM).
Контроллер может быть подсоединен к системе обнаружения затяжек. В альтернативном варианте осуществления активация может приводиться в действие нажатием кнопки включения/выключения, удерживаемой в течение затяжки, осуществляемой пользователем.
Система обнаружения затяжек может быть обеспечена в виде датчика, который, в свою очередь, может быть выполнен в виде датчика воздушного потока, способного измерять скорость воздушного потока. Скорость воздушного потока представляет собой параметр, характеризующий количество воздуха, втягиваемого пользователем в единицу времени через канал воздушного потока генерирующего аэрозоль устройства. Инициирование затяжки может быть обнаружено датчиком воздушного потока, если скорость воздушного потока превысила заданное пороговое значение. Инициирование также может быть обнаружено при активации кнопки пользователем.
Датчик также может быть выполнен в виде датчика давления для измерения давления воздуха внутри генерирующего аэрозоль устройства, который втягивается через канал воздушного потока устройства во время осуществления затяжки пользователем. Датчик может быть выполнен с возможностью измерения разности давления или падения давления между давлением воздуха окружающей среды снаружи устройства, генерирующего аэрозоль, и воздуха, который пользователь втягивает через устройство. Давление воздуха может быть зарегистрировано на впускном отверстии для воздуха, предпочтительно полуоткрытом впускном отверстии, на ближнем конце устройства, в нагревательной камере или в любом другом проходе или камере внутри устройства, генерирующего аэрозоль, через которую течет воздух. Когда пользователь осуществляет затяжку на системе, генерирующей аэрозоль, внутри устройства образуются отрицательное давление или вакуум, при этом отрицательное давление может быть зарегистрировано датчиком давления. Под термином «отрицательное давление» следует понимать относительное давление, т. е. относительно давления воздуха окружающей среды. Иначе говоря, когда пользователь осуществляет затяжку на устройстве, воздух, втягиваемый через системы, имеет давление, которое ниже давления воздуха окружающей среды снаружи устройства. Инициация затяжки может быть зарегистрирована датчиком давления, если разность давления превышает заданное пороговое значение.
Центральная нагревательная часть может быть выполнена растягиваемой. Эта функция может быть реализована за счет углублений или надрезов, используемых для создания нелинейного проводящего пути между электрическими контактами. Центральная нагревательная часть может использовать гибкость металлического материала, из которого выполнена центральная нагревательная часть, для обеспечения возможности изменения диаметра или окружности трубчатого нагревателя. При желании изменяемый диаметр может быть использован для надежного удержания вставленного изделия, генерирующего аэрозоль, в нагревательной камере посредством фрикционной посадки между центральной нагревательной частью нагревателя и вставленным изделием, генерирующим аэрозоль. Как правило, по меньшей мере центральная нагревательная часть может способствовать эффективному ограждению изделия, генерирующего аэрозоль.
Центральная нагревательная часть нагревателя может иметь диаметр, соответствующий диаметру вставленного изделия, генерирующего аэрозоль, так что изделие надежно удерживается в нагревательной камере. Растяжимость центральной нагревательной части может использоваться для повышения удерживающей силы, действующей на вставленное генерирующее аэрозоль изделие. В связи с этим диаметр изделия может быть немного больше диаметра трубчатой центральной нагревательной части нагревателя. Во время вставки изделия, генерирующего аэрозоль, центральная нагревательная часть может быть немного расширена, чтобы тем самым удерживать изделие за счет фрикционной посадки. Посадка обеспечивает контакт между изделием и нагревателем. Посадка обеспечивает некоторое сопротивление перемещению соответствующего изделия вдоль продольной оси устройства, генерирующего аэрозоль. Воздушный зазор между изделием и нагревателем может приводить к тепловым потерям, снижению эффективности нагрева изделия. Генерируемый аэрозоль может быть утрачен через воздушный зазор. Воздушный зазор может отрицательно влиять на сопротивление затяжке (RTD) системы. Преимущественно, близость или контакт между изделием и нагревателем уменьшает или устраняет воздушный зазор, увеличивая тепловой контакт, что снижает тепловые потери и вероятность потери аэрозоля через воздушный зазор, и RTD поддерживается в пределах желаемого диапазона.
Центральная нагревательная часть может содержать противоположные концевые части, при этом противоположные концевые части могут быть выполнены с возможностью соединения так, что центральная нагревательная часть может иметь трубчатую форму. Противоположные концевые части предпочтительно представляют собой боковую часть, соединяющую ближний конец центральной нагревательной части с дальним концом центральной нагревательной части.
Центральная нагревательная часть может содержать проводящий путь, имеющий V-образную форму, которая может быть выполнена с возможностью проникновения в субстрат, образующий аэрозоль, содержащийся в изделии, генерирующем аэрозоль, во время вставки изделия, генерирующего аэрозоль, в нагревательную камеру устройства, генерирующего аэрозоль.
Эта дополнительная часть центральной нагревательной части может быть обеспечена дополнительным проводящим путем, независимо от начального проводящего пути центральной нагревательной части. Проводящий путь V-образной дополнительной части центральной нагревательной части также может быть частью одного проводящего пути центральной нагревательной части. V-образная дополнительная часть предпочтительно предусмотрена в виде внутреннего нагревателя, тогда как остальная часть центральной нагревательной части окружает вставленное изделие, генерирующее аэрозоль, тем самым образуя внешний нагреватель. V-образная дополнительная часть может оптимизировать однородный нагрев субстрата, образующего аэрозоль, содержащегося в изделии, генерирующем аэрозоль, вследствие того, что субстрат, образующий аэрозоль, нагревается как изнутри, так и снаружи, согласно данному аспекту.
Генерирующее аэрозоль устройство может содержать источник питания для подачи питания на нагреватель. Источник питания может управляться контроллером. Источник питания может представлять собой любой подходящий источник питания, например, источник напряжения постоянного тока, такой как батарея. В одном варианте осуществления источник питания представляет собой литий-ионную батарею. В альтернативном варианте осуществления источник питания может представлять собой никель-металлогидридную батарею, никель-кадмиевую батарею или батарею на основе лития, например литий-кобальтовую, литий-железо-фосфатную, литий-титановую или литий-полимерную батарею.
В настоящем документе «устройство, генерирующее аэрозоль» относится к устройству, которое взаимодействует с субстратом, образующим аэрозоль, для генерирования аэрозоля. Субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой часть изделия, генерирующего аэрозоль, например, часть курительного изделия. Устройство, генерирующее аэрозоль, может представлять собой курительное устройство, которое взаимодействует с субстратом, образующим аэрозоль, изделия, генерирующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля, который может непосредственно вдыхаться в легкие пользователя через его рот. Устройство, генерирующее аэрозоль, может представлять собой держатель. Помимо самого нагревателя в сборе настоящее изобретение также относится к устройству, генерирующему аэрозоль, содержащему нагреватель в сборе, описанный выше.
Устройство предпочтительно представляет собой портативное или удерживаемое рукой устройство, которое удобно держать между пальцами одной руки. Устройство может иметь по существу цилиндрическую форму и длину от 70 до 120 мм. Максимальный диаметр устройства предпочтительно составляет от 10 до 20 мм. В одном варианте осуществления устройство имеет многоугольное поперечное сечение и содержит выступающую кнопку, образованную на одной поверхности. В этом варианте осуществления диаметр устройства составляет от 12,7 до 13,65 мм при измерении от плоской грани до противоположной плоской грани; от 13,4 до 14,2 мм при измерении от ребра до противоположного ребра (т. е. от линии пересечения двух граней на одной стороне устройства до соответствующей линии пересечения на другой стороне); и от 14,2 до 15 мм при измерении от вершины указанной кнопки до противоположной нижней плоской грани. Устройство может представлять собой электрически нагреваемое курительное устройство.
В другом аспекте настоящего изобретения предложена система, генерирующая аэрозоль, содержащая устройство, генерирующее аэрозоль, с нагревателем в сборе, как описано в данном документе, и одно или более изделий, генерирующих аэрозоль, выполненных с возможностью размещения в нагревательной камере устройства, генерирующего аэрозоль. Во время работы изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее субстрат, образующий аэрозоль, может частично содержаться в устройстве, генерирующем аэрозоль.
Система, генерирующая аэрозоль, представляет собой комбинацию устройства, генерирующего аэрозоль, и одного или более изделий, генерирующих аэрозоль, для использования с устройством. Однако система, генерирующая аэрозоль, может содержать дополнительные компоненты, такие как, например, зарядный блок для перезарядки встроенного электрического блока питания в электрическом или использующем электричество устройстве, генерирующем аэрозоль.
В настоящем документе термин «изделие, генерирующее аэрозоль» означает изделие, содержащее субстрат, образующий аэрозоль, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Например, изделие, генерирующее аэрозоль, может представлять собой курительное изделие, которое генерирует аэрозоль, непосредственно вдыхаемый и поступающий в легкие пользователя через его рот. Генерирующее аэрозоль изделие может быть одноразовым. Курительное изделие, содержащее субстрат, образующий аэрозоль и содержащий табак, называется табачным стиком.
Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь по существу цилиндрическую форму. Изделие, генерирующее аэрозоль, может быть по существу продолговатым. Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь длину и окружность, по существу перпендикулярную длине. Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь по существу цилиндрическую форму. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть по существу продолговатым. Субстрат, образующий аэрозоль, также может иметь длину и окружность, по существу перпендикулярную длине.
Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 100 мм. Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь наружный диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 12 мм. Предпочтительно, изделие, генерирующее аэрозоль, имеет диаметр от 5 мм до 8 мм. Более предпочтительно, изделие, генерирующее аэрозоль, имеет диаметр приблизительно 5,4 мм или 7,8 мм. Генерирующее аэрозоль изделие может содержать заглушку фильтра. Заглушка фильтра может быть расположена на расположенном дальше по ходу потока конце изделия, генерирующего аэрозоль. Заглушка фильтра может представлять собой ацетилцеллюлозную заглушку фильтра. Заглушка фильтра в одном варианте осуществления имеет длину приблизительно 7 мм, однако может иметь длину от приблизительно 5 мм до приблизительно 10 мм.
В одном варианте осуществления изделие, генерирующее аэрозоль, имеет общую длину приблизительно 45 мм. Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь наружный диаметр приблизительно 7,2 мм. Кроме того, субстрат, образующий аэрозоль, может иметь длину приблизительно 10 мм. В альтернативном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, может иметь длину приблизительно 12 мм. Кроме того, диаметр субстрата, образующего аэрозоль, может составлять от приблизительно 5 мм до приблизительно 12 мм. Изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать наружную бумажную обертку. Кроме того, изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать перегородку между субстратом, образующим аэрозоль, и заглушкой фильтра. Перегородка может иметь размер приблизительно 18 мм, но может иметь размер в диапазоне от приблизительно 5 мм до приблизительно 25 мм.
В настоящем документе термин «субстрат, образующий аэрозоль» означает субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Такие летучие соединения могут высвобождаться в результате нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Образующий аэрозоль субстрат для удобства может представлять собой часть генерирующего аэрозоль изделия или курительного изделия.
Субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой твердый субстрат, образующий аэрозоль. В альтернативном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, может содержать как твердые, так и жидкие компоненты. Субстрат, образующий аэрозоль, может предусматриваться в виде геля. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные вкусоароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата при нагреве. В альтернативном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, может содержать нетабачный материал. Субстрат, образующий аэрозоль, может также содержать вещество для образования аэрозоля, которое способствует образованию плотного и стабильного аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль.
Если субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой твердый субстрат, образующий аэрозоль, то твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать, например, одно или более из следующего: порошок, гранулы, шарики, стружки, тонкие трубочки, полоски или листы, содержащие одно или более из следующего: травяные листья, табачные листья, фрагменты табачных жилок, восстановленный табак, гомогенизированный табак, экструдированный табак, формованный табачный лист и взорванный табак. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может иметь рассыпную форму или может быть предусмотрен в подходящей емкости или картридже. Необязательно, твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать дополнительные табачные или нетабачные летучие вкусоароматические соединения, предназначенные для высвобождения при нагреве субстрата. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может также содержать капсулы, которые содержат, например, дополнительные табачные или нетабачные летучие вкусоароматические соединения, и такие капсулы могут плавиться во время нагрева твердого субстрата, образующего аэрозоль.
В настоящем документе термин «гомогенизированный табак» относится к материалу, образованному в результате агломерирования табака в виде частиц. Гомогенизированный табак может иметь форму листа. Содержание вещества для образования аэрозоля в гомогенизированном табачном материале может составлять более 5% в пересчете на сухой вес. В альтернативном варианте осуществления содержание вещества для образования аэрозоля в гомогенизированном табачном материале может составлять от 5% до 30% в пересчете на сухой вес. Листы гомогенизированного табачного материала могут быть образованы путем агломерирования табака в виде частиц, полученного путем помола или иного комбинирования одного или обоих из пластинки табачного листа и стеблей табачного листа. В альтернативном варианте осуществления или дополнительно листы гомогенизированного табачного материала могут содержать одно или более из табачной пыли, мелкодисперсных частиц табака и других табачных побочных продуктов в виде частиц, образующихся, например, при обработке, перемещении и отгрузке табака. Листы гомогенизированного табачного материала могут содержать одно или более внутренних связующих, т. е. табачных эндогенных связующих, одно или более внешних связующих, т. е. табачных экзогенных связующих, или их сочетание, чтобы способствовать агломерированию табака в частицах; в альтернативном варианте осуществления или дополнительно листы гомогенизированного табачного материала могут содержать другие добавки, включая, без ограничения, табачные и нетабачные волокна, вещества для образования аэрозоля, увлажнители, пластификаторы, ароматизаторы, наполнители, водные и неводные растворители и их сочетания.
Необязательно, твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть предусмотрен на термически стабильном носителе или встроен в него. Носитель может иметь форму порошка, гранул, шариков, стружки, тонких трубочек, полосок или листов. В альтернативном варианте осуществления носитель может представлять собой трубчатый носитель, имеющий тонкий слой твердого субстрата, осажденного на его внутреннюю поверхность, или на его внешнюю поверхность, или как на его внутреннюю, так и внешнюю поверхности. Такой трубчатый носитель может быть образован, например, из бумаги или бумагообразного материала, нетканого мата из углеродных волокон, легкой металлической сетки с открытыми ячейками, или перфорированной металлической фольги, или любой другой термически стабильной полимерной матрицы.
В особенно предпочтительном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, содержит собранный гофрированный лист гомогенизированного табачного материала. В настоящем документе термин «гофрированный лист» обозначает лист, имеющий множество по существу параллельных складок или гофров. Предпочтительно, когда изделие, генерирующее аэрозоль, собрано, по существу параллельные гребни или гофры проходят вдоль или параллельно продольной оси изделия, генерирующего аэрозоль. Это преимущественно упрощает собирание гофрированного листа гомогенизированного табачного материала с образованием субстрата, образующего аэрозоль. Однако следует иметь в виду, что гофрированные листы гомогенизированного табачного материала для включения в изделие, генерирующее аэрозоль, могут альтернативно или дополнительно иметь множество по существу параллельных гребней или гофров, которые расположены под острым или тупым углом к продольной оси изделия, генерирующего аэрозоль, когда изделие, генерирующее аэрозоль, было собрано. В некоторых вариантах осуществления субстрат, образующий аэрозоль, может содержать собранный лист гомогенизированного табачного материала, который по существу равномерно текстурирован по существу по всей поверхности. Например, субстрат, образующий аэрозоль, может содержать собранный гофрированный лист гомогенизированного табачного материала, содержащий множество по существу параллельных гребней или гофров, которые по существу равномерно разнесены по ширине листа.
Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть осажден на поверхность носителя в виде, например, листа, пеноматериала, геля или суспензии. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть осажден на всю поверхность носителя или альтернативно может быть осажден в виде узора с целью обеспечения неоднородной доставки вкусоароматической добавки во время применения.
Часть нагревателя, которая находится в контакте с субстратом, образующим аэрозоль, нагревается в результате прохождения электрического тока через нагреватель. Ток подается от источника питания. Эта часть нагревателя выполнена с возможностью достижения температуры от приблизительно 140 °C до приблизительно 340 °C при использовании. Предпочтительно, нагреватель может быть выполнен с возможностью достижения температуры от приблизительно 140° C до приблизительно 250° C. Более предпочтительно, нагреватель может быть выполнен с возможностью достижения температуры от приблизительно 140° C до приблизительно 200° C, наиболее предпочтительно - от приблизительно 140° C до приблизительно 160° C. Низкая температура нагревателя может предотвращать перегрев окружающего корпуса устройства, тем самым предотвращая дискомфорт для пользователя. При этом может дополнительно достигаться экономия энергии, а значит и заряда батареи. Низкие температуры нагревателя могут дополнительно уменьшать или предотвращать образование нежелательных составляющих во время нагрева субстрата, образующего аэрозоль.
Настоящее изобретение дополнительно относится к способу изготовления нагревателя в сборе, при этом способ включает следующие этапы:
i) предоставление электроизоляционного элемента,
ii) предоставление электрорезистивного нагревателя, при этом нагреватель содержит:
центральную нагревательную часть, которая выполнена с возможностью ее нагревания,
электрические контакты, которые контактируют с центральной нагревательной частью и которые выполнены с возможностью подачи электрической энергии на центральную нагревательную часть, и
крепежные ножки, которые выполнены с возможностью сгибания, при этом крепежные ножки расположены смежно с центральной нагревательной частью,
iii) адаптация центральной нагревательной части таким образом, чтобы центральная нагревательная часть имела трубчатую форму,
iv) вставка центральной нагревательной части в электроизоляционный элемент, и
v) сгибание крепежных ножек наружу и по меньшей мере частично вокруг электроизоляционного элемента для прикрепления электрорезистивного нагревателя к электроизоляционному элементу.
Признаки, описанные в отношении одного аспекта, могут быть в равной степени применимы к другим аспектам настоящего изобретения.
Настоящее изобретение будет далее описано исключительно на примерах со ссылками на сопроводительные графические материалы, на которых:
на Фиг. 1 показаны иллюстративные аспекты нагревателя в сборе согласно настоящему изобретению,
на Фиг. 2 показан покомпонентный вид нагревателя в сборе вместе с электроизоляционным элементом и кольцами для прикрепления,
на Фиг. 3 показаны компоненты, изображенные на Фиг. 2, собранные вместе, а также изделие, генерирующее аэрозоль, которое подлежит вставке, и
на Фиг. 4 показано термографическое изображение нагревателя в сборе.
На Фиг. 1 показаны два аспекта электрорезистивного нагревателя, содержащего центральную нагревательную часть 10. Первый электрический контакт 12 и второй электрический контакт 14 электрически соединены с центральной нагревательной частью 10. Электрические контакты 12, 14 предусмотрены для подачи электроэнергии от источника питания, такого как батарея, на нагреватель.
В обоих аспектах, изображенных на Фиг. 1, нагреватель предусмотрен в виде плоского листа металла. Как будет более подробно описано ниже, плоский металлический лист впоследствии сгибают так, что нагреватель затем имеет трубчатую форму. В дополнение к центральной нагревательной части 10 и электрическим контактам 12, 14 нагреватель содержит крепежные ножки 16. Крепежные ножки 16 выполнены как единое целое из того же самого металлического листа, что и центральная нагревательная часть 10. Крепежные ножки 16 расположены на противоположных концах центральной нагревательной части 10. Боковые части центральной нагревательной части 10, соединяющие противоположные концы центральной нагревательной части 10, выполнены с возможностью соединения друг с другом так, что может быть реализована трубчатая форма нагревателя.
В левом и правом аспектах нагревателя показаны различные конфигурации для создания проводящего пути в центральной нагревательной части 10. Проводящий путь предпочтительно представляет собой зигзагообразный путь для обеспечения равномерного нагрева центральной нагревательной части 10.
На Фиг. 2 показаны дополнительные компоненты устройства, генерирующего аэрозоль. Нагреватель также изображен на Фиг. 2. Однако нагреватель на Фиг. 2 приведен в трубчатую форму путем сгибания металлического листа. Верхняя часть на Фиг. 2 представляет собой ближнее направление устройства, в то время как нижняя часть на Фиг. 2 представляет собой дальнее направление устройства. Это означает, что воздух протекает от нижней, расположенной раньше по ходу потока части к верхней, расположенной дальше по ходу потока части. Крепежные ножки 16, показанные на Фиг. 2, могут быть видны на ближнем и дальнем концах трубчатого нагревателя.
Кроме того, на Фиг. 2 изображен электрически резистивный элемент 18, который выполнен из тепло- и электроизоляционного материала, такого как PEEK. Электрически резистивный элемент 18 предусмотрен для окружения нагревателя и обеспечивает, таким образом, электро- и теплоизоляцию нагревателя от других компонентов устройства, генерирующего аэрозоль. Электрически резистивный элемент 18 также содержит ближний конец 20 и дальний конец 22. Крепежные ножки 16 выполнены с возможностью сгибания наружу и над концами 20, 22 электрически резистивного элемента 18 для прикрепления нагревателя к электрически резистивному элементу 18.
Для надежного удерживания крепежных ножек 16 на месте предусмотрены ближнее кольцо 24 и дальнее кольцо 26. Кольца 24, 26 выполнены с возможностью зажимания крепежных ножек 16 между кольцами 24, 26 и электрически резистивным элементом 18.
На Фиг. 3 показаны компоненты, представленные на Фиг. 2, в собранном состоянии. На этой фигуре центральная нагревательная часть 10 расположена внутри электрически резистивного элемента 18. Центральная нагревательная часть 10 и электрически резистивный элемент 18 имеют трубчатую форму и окружают нагревательную камеру устройства, генерирующего аэрозоль, в которое может быть вставлена расходная часть в виде изделия 28, генерирующего аэрозоль. Благодаря тому, что центральная нагревательная часть 10 расположена во внутренней части электрически резистивного элемента 18, центральная нагревательная часть 10 входит в непосредственный контакт с изделием 28, генерирующим аэрозоль, так что субстрат, образующий аэрозоль, содержащийся в изделии 28, генерирующем аэрозоль, может быть оптимально нагрет. Благодаря окружению центральной нагревательной части 10 теплоизоляционным электрически резистивным элементом 18 тепло оказывается заключенным внутри нагревательной камеры, за счет чего достигается оптимизация энергоэффективности устройства.
На Фиг. 3 показано также, что крепежные ножки 16 загнуты наружу и вокруг ближнего конца 20 и дальнего конца 22 электрически резистивного элемента 18. Для закрепления крепежных ножек 16 на месте и, следовательно, закрепления центральной нагревательной части 10 в желаемом положении внутри электрически резистивного элемента 18 предусмотрены показанные на Фиг. 3 кольца 24, 26, прижимающие крепежные ножки 16. Таким образом, весь элемент, состоящий из центральной нагревательной части 10, крепежных ножек 16, электрически резистивного элемента 18 и колец 24, 26, составляет элемент, выполненный с возможностью обеспечения пространства, в которое может быть вставлено изделие 28, генерирующее аэрозоль, и которое выполнено с возможностью нагрева изделия 28 при его электро- и термоизоляции от остальной части устройства, генерирующего аэрозоль.
Кроме того, на Фиг. 3 показано, что согнутые крепежные ножки 16 образуют скос 30 для облегчения вставки изделия 28, генерирующего аэрозоль, в нагревательную камеру устройства, генерирующего аэрозоль.
На Фиг. 4 показано термографическое изображение нагревателя в сборе. Можно видеть, что нагрев преимущественно происходит в центральной нагревательной части 10. Это обусловлено тем фактом, что проводящий путь проходит от первого электрического контакта 12 через центральную нагревательную часть 10 и в направлении второго электрического контакта 14 (или наоборот). Крепежные ножки 16 не участвуют в этом проводящем пути и, следовательно, только пассивно нагреваются за счет кондуктивной теплопередаче от центральной нагревательной части 10 к крепежным ножкам 16. После сгибания крепежных ножек 16 вокруг концевых частей 20, 22 электрически резистивного элемента 18 концы крепежных ножек 16 нагреваются весьма незначительно. Другими словами, концы крепежных ножек 16, расположенные снаружи электрически резистивного элемента 18 по сравнению с остальной частью нагревателя в сборе, в основном, центральной нагревательной частью 10, расположенной во внутренней части электрически резистивного элемента 18, не излучают значимого количества тепла снаружи нагревательной камеры. Следовательно, нагреватель выполнен из цельного листа металлического материала, который составляет не только нагревательную часть нагревателя, т. е. центральную нагревательную часть 10, но также и фиксирующие средства нагревателя, т. е. крепежные ножки 16, при одновременной оптимизации электро-, теплоизоляции и стабильности нагревателя.