УСТРОЙСТВО, ГЕНЕРИРУЮЩЕЕ АЭРОЗОЛЬ, СОДЕРЖАЩЕЕ ПЛАЗМОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
AEROSOL-GENERATING APPARATUS CONTAINING A PLASMON HEATING ELEMENT

Настоящее изобретение относится к устройству, генерирующему аэрозоль, содержащему нагревательный элемент, выполненный с возможностью генерирования тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса. Настоящее изобретение также относится к системе, генерирующей аэрозоль, содержащей такое устройство, генерирующее аэрозоль.
В уровне техники предложен ряд электрических систем, генерирующих аэрозоль, в которых устройство, генерирующее аэрозоль, имеющее электрический нагревательный элемент, используется для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, такого как заглушка из табака. Одной из целей таких систем, генерирующих аэрозоль, является снижение количества известных вредных или потенциально вредных компонентов дыма, образуемых в результате горения и пиролитической деградации табака в обычных сигаретах. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть предоставлен как часть изделия, генерирующего аэрозоль, вставляемая в камеру или полость в устройстве, генерирующем аэрозоль. В некоторых известных системах для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, до температуры, при которой он способен выделять летучие компоненты, способные образовывать аэрозоль, резистивный нагревательный элемент вставлен в субстрат, образующий аэрозоль, или расположен вокруг него, когда изделие размещено в устройстве, генерирующем аэрозоль.
Другие известные электрические системы, образующие аэрозоль, выполнены с возможностью нагрева жидкого субстрата, образующего аэрозоль, такого как никотинсодержащая жидкость. Такие системы обычно содержат фитиль, выполненный с возможностью перемещения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из части для хранения, и резистивный нагревательный элемент, намотанный вокруг части фитиля.
Также был предложен ряд электрических систем, генерирующих аэрозоль, содержащих индукционные нагревательные системы.
Однако нагревательные системы в известных системах, генерирующих аэрозоль, характеризуются рядом недостатков. Например, при использовании резистивных нагревательных элементов может быть затруднено достижение однородного нагрева субстрата, генерирующего аэрозоль. Сложность достижения точного регулирования температуры представляет собой другой недостаток, обычно связанный с резистивными нагревательными элементами. Процесс сборки резистивных нагревательных элементов может также стать причиной резистивных потерь в цепи нагревательного элемента, например, в паяных соединениях между резистивной нагревательной дорожкой и схемой блока питания.
Индукционные нагревательные системы также имеют свои собственные недостатки. Например, достижение эффективного индукционного нагрева элемента в виде токоприемника при сведении к минимуму подачи питания на индукционную катушку требует размещения индукционной катушки как можно ближе к элементу в виде токоприемника. Это может затруднить разработку индукционно нагреваемой системы, генерирующей аэрозоль, которая является эффективной, а также практичной для производства и использования.
Соответственно, было бы желательно предоставить устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее нагревательную конструкцию, уменьшающую или преодолевающую по меньшей мере некоторые из этих недостатков, связанных с известными устройствами.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предоставлено устройство, генерирующее аэрозоль, для нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, содержит нагревательный элемент, выполненный с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, когда субстрат, образующий аэрозоль, размещен в устройстве, генерирующем аэрозоль. Нагревательный элемент содержит множество металлических наночастиц, расположенных с возможностью приема света от источника света и генерирования тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса.
Используемый в данном документе термин «поверхностный плазмонный резонанс» относится к коллективному резонансному колебанию свободных электронов металлических наночастиц и, таким образом, поляризации зарядов на поверхности металлических наночастиц. Коллективное резонансное колебание свободных электронов и, таким образом, поляризация зарядов вызываются светом, падающим на металлические наночастицы от источника света. Энергия колеблющихся свободных электронов может рассеиваться несколькими механизмами, включая тепло. Таким образом, когда металлические наночастицы облучают источником света, металлические наночастицы генерируют тепло посредством поверхностного плазмонного резонанса.
В контексте данного документа термин «металлические наночастицы» относится к металлическим частицам, имеющим максимальный диаметр приблизительно 1 микрометр или меньше. Металлические наночастицы, которые генерируют тепло посредством поверхностного плазмонного резонанса при возбуждении падающим светом, также могут быть известны как плазмонные наночастицы.
В контексте данного документа термин «устройство, генерирующее аэрозоль» относится к устройству, которое может взаимодействовать с субстратом, образующим аэрозоль, для генерирования аэрозоля.
В контексте данного документа термин «субстрат, образующий аэрозоль» относится к субстрату, способному высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Такие летучие соединения могут высвобождаться в результате нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть частью изделия, генерирующего аэрозоль.
В контексте данного документа термин «система, генерирующая аэрозоль» относится к комбинации из устройства, генерирующего аэрозоль, и одного или более субстратов, образующих аэрозоль, или изделий, образующих аэрозоль, для использования с устройством. Система, генерирующая аэрозоль, может содержать дополнительные компоненты, такие как зарядный блок для перезарядки встроенного блока электропитания в электрически управляемом или электрическом устройстве, генерирующем аэрозоль.
Преимущественно нагревательный элемент устройств, генерирующих аэрозоль, согласно настоящему изобретению содержит множество металлических наночастиц, расположенных с возможностью генерирования тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса. Следовательно, нет необходимости в электрическом соединении нагревательного элемента с блоком питания. Преимущественно нагревательный элемент, который не соединен электрически с блоком питания, может упростить изготовление устройства, генерирующего аэрозоль. Преимущественно нагревательный элемент, который не соединен электрически с блоком питания, может облегчать обслуживание нагревательного элемента, замену нагревательного элемента или и то, и другое.
Преимущественно нагревательный элемент, выполненный с возможностью генерирования тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса, может обеспечивать более равномерный нагрев субстрата, образующего аэрозоль, по сравнению с резистивными и индукционными нагревательными системами. Например, свободные электроны металлических наночастиц возбуждаются до одинаковой степени независимо от угла падения падающего света.
Преимущественно нагревательный элемент, выполненный с возможностью генерирования тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса, может обеспечивать более локализованный нагрев по сравнению с резистивными и индукционными нагревательными системами. Преимущественно локализованный нагрев способствует нагреву отдельных частей субстрата, образующего аэрозоль, или множества отдельных субстратов, образующих аэрозоль. Преимущественно локализованный нагрев повышает эффективность устройства, генерирующего аэрозоль, путем увеличения или максимизации переноса тепла, генерируемого нагревательным элементом, к субстрату, образующему аэрозоль. Преимущественно локализованный нагрев может уменьшать или устранять нежелательный нагрев других компонентов устройства, генерирующего аэрозоль.
Нагревательный элемент может быть выполнен с возможностью приема света от внешнего источника света и генерирования тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса. Внешний источник света может включать окружающий свет. Окружающий свет может включать солнечное излучение. Окружающий свет может включать по меньшей мере один источник искусственного света, расположенный снаружи устройства, генерирующего аэрозоль.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать источник света, при этом нагревательный элемент выполнен с возможностью приема света от источника света и генерирования тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса.
Преимущественно снабжение устройства, генерирующего аэрозоль, источником света может обеспечить возможность генерирования тепла нагревательным элементом без приема света от внешнего источника света. Преимущественно снабжение устройства, генерирующего аэрозоль, источником света может обеспечить улучшенное управление освещением нагревательного элемента. Преимущественно за счет управления освещением нагревательного элемента управляют температурой, до которой нагревательный элемент нагревается посредством поверхностного плазмонного резонанса.
Источник света может быть выполнен с возможностью испускания по меньшей мере одного из ультрафиолетового света, инфракрасного света и видимого света. Предпочтительно источник света выполнен с возможностью испускания видимого света. Преимущественно источник света, выполненный с возможностью испускания видимого света, может быть недорогим, удобным в использовании или и таким, и таким.
Предпочтительно источник света выполнен с возможностью испускания света, имеющего по меньшей мере одну длину волны от 380 нанометров до 700 нанометров.
Предпочтительно источник света выполнен с возможностью работы с пиковой длиной испускаемой волны от приблизительно 495 нанометров до приблизительно 580 нанометров. В контексте данного документа термин «пиковая длина испускаемой волны» относится к длине волны, на которой источник света имеет максимальную интенсивность. Преимущественно пиковая длина испускаемой волны, составляющая от приблизительно 495 нанометров до приблизительно 580 нанометров, может обеспечить максимальный нагрев нагревательного элемента посредством поверхностного плазмонного резонанса, в частности, когда множество металлических наночастиц содержит по меньшей мере одно из золота, серебра, платины и меди.
Источник света может содержать по меньшей мере одно из светоизлучающего диода и лазера. Предпочтительно светоизлучающие диоды и лазеры могут иметь компактный размер, подходящий для использования в устройстве, генерирующем аэрозоль. В тех вариантах осуществления, где источник света содержит по меньшей мере один лазер, по меньшей мере один лазер может содержать по меньшей мере одно из твердотельного лазера и полупроводникового лазера.
Источник света может содержать множество источников света. Источники света могут быть источниками света одного типа. По меньшей мере некоторые из источников света могут быть источниками света разных типов. Множество источников света может включать любую комбинацию типов источников света, описанных в данном документе.
Преимущественно множество источников света могут способствовать настройке профиля нагрева, генерируемого устройством, генерирующим аэрозоль, во время использования.
По меньшей мере один из источников света может представлять собой главный источник света, и по меньшей мере один из источников света может представлять собой резервный источник света. Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью испускания света из одного или более резервных источников света, только если один или более из главных источников света не работают.
По меньшей мере один из источников света может быть выполнен с возможностью облучения только части множества металлических наночастиц. Каждый из множества источников света может быть выполнен с возможностью облучения другой части множества металлических наночастиц.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено таким образом, что множество источников света облучают разные части множества металлических наночастиц в одно и то же время. Преимущественно облучение разных частей множества металлических наночастиц в одно и то же время может способствовать однородному нагреву нагревательного элемента. Преимущественно облучение разных частей множества металлических наночастиц в одно и то же время может способствовать одновременному нагреву множества отдельных субстратов, образующих аэрозоль.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено таким образом, что множество источников света облучают разные части множества металлических наночастиц в разные моменты времени. Предпочтительно облучение разных частей множества металлических наночастиц в разные моменты времени может способствовать нагреву разных частей субстрата, образующего аэрозоль, в разные моменты времени. Преимущественно облучение разных частей множества металлических наночастиц в разные моменты времени может способствовать нагреву множества отдельных субстратов, образующих аэрозоль, в разные моменты времени.
Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, содержит блок электропитания и контроллер, выполненный с возможностью подачи электропитания от блока электропитания на источник света.
В тех вариантах осуществления, где устройство, генерирующее аэрозоль, содержит множество источников света, блок электропитания может содержать единственный источник электропитания, выполненный с возможностью подачи электропитания на множество источников света.
В тех вариантах осуществления, где устройство, генерирующее аэрозоль, содержит множество источников света, блок электропитания может содержать множество источников электропитания, выполненных с возможностью подачи электропитания на множество источников света.
В тех вариантах осуществления, где устройство, генерирующее аэрозоль, содержит множество источников света, контроллер может быть выполнен с возможностью выборочной подачи электропитания на по меньшей мере некоторые из множества источников света. Контроллер может быть выполнен с возможностью выборочного изменения подачи электроэнергии на по меньшей мере некоторые из множества источников света.
В тех вариантах осуществления, где множество источников света выполнены с возможностью облучения разных частей множества металлических наночастиц для нагрева множества отдельных субстратов, образующих аэрозоль, контроллер может выборочно подавать электропитание на по меньшей мере некоторые из множества источников света для выборочного нагрева по меньшей мере некоторых из множества отдельных субстратов, образующих аэрозоль. Контроллер может выборочно изменять подачу электропитания на по меньшей мере некоторые из множества источников света для изменения соотношения нагрева по меньшей мере некоторых из множества отдельных субстратов, образующих аэрозоль.
Преимущественно путем изменения относительного нагрева по меньшей мере некоторых из множества отдельных субстратов, образующих аэрозоль, устройство, генерирующее аэрозоль, может изменять состав аэрозоля, доставляемого пользователю.
Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, содержит пользовательское устройство ввода. Пользовательское устройство ввода может содержать по меньшей мере одно из нажимной кнопки, колеса прокрутки, сенсорной кнопки, сенсорного экрана и микрофона. Преимущественно пользовательское устройство ввода позволяет пользователю управлять одним или более аспектами работы устройства, генерирующего аэрозоль. В тех вариантах осуществления, где устройство, генерирующее аэрозоль, содержит источник света, контроллер и блок электропитания, пользовательское устройство ввода может позволить пользователю активировать подачу электропитания на источник света, деактивировать подачу электропитания на источник света или и то, и другое.
В тех вариантах осуществления, где контроллер выполнен с возможностью выборочной подачи электропитания на по меньшей мере некоторые из множества источников света, предпочтительно контроллер выполнен с возможностью выборочной подачи электропитания на по меньшей мере некоторые из множества источников света в ответ на пользовательский ввод, принятый пользовательским устройством ввода.
В тех вариантах осуществления, где контроллер выполнен с возможностью выборочного изменения подачи электропитания на по меньшей мере некоторые из множества источников света, предпочтительно контроллер выполнен с возможностью выборочно изменения подачи электропитания на по меньшей мере некоторые из множества источников света в ответ на пользовательский ввод, принятый пользовательским устройством ввода.
Блок электропитания может содержать блок питания постоянного тока. Блок электропитания может содержать по меньшей мере одну батарею. По меньшей мере одна батарея может включать перезаряжаемую литий-ионную батарею. Блок электропитания может содержать другой вид устройства хранения заряда, такой как конденсатор. Блок электропитания может нуждаться в перезарядке. Блок электропитания может иметь емкость, которая позволяет накапливать достаточное количество энергии для одного или более применений устройства, генерирующего аэрозоль. Например, блок электропитания может обладать достаточной емкостью для обеспечения непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, равного приблизительно шести минутам, что соответствует обычному времени, необходимому для выкуривания обычной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере блок электропитания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности осуществления предварительно заданного количества затяжек или отдельных активаций.
Контроллер может быть выполнен с возможностью инициирования подачи электропитания от блока электропитания на источник света в начале цикла нагрева. Контроллер может быть выполнен с возможностью прекращения подачи электропитания от блока электропитания на источник света в конце цикла нагрева.
Контроллер может быть выполнен с возможностью обеспечения непрерывной подачи электропитания от блока электропитания на источник света.
Контроллер может быть выполнен с возможностью обеспечения прерывистой подачи электропитания от блока электропитания на источник света. Контроллер может быть выполнен с возможностью обеспечения импульсной подачи электропитания от блока электропитания на источник света.
Преимущественно импульсная подача электропитания на источник света может способствовать управлению общей мощностью источника света во время некоторого периода времени. Преимущественно управление общей мощностью источника света в течение некоторого периода времени может способствовать регулированию температуры, до которой нагревательный элемент нагревается посредством поверхностного плазмонного резонанса.
Преимущественно импульсная подача электропитания на источник света может увеличивать тепловую релаксацию свободных электронов, возбужденных поверхностным плазмонным резонансом, по сравнению с другими процессами релаксации, такими как окислительная и восстановительная релаксация. Таким образом, преимущественно импульсная подача электропитания на источник света может увеличить нагрев нагревательного элемента. Предпочтительно контроллер выполнен с возможностью обеспечения импульсной подачи электропитания от блока электропитания на источник света таким образом, чтобы время между последовательными импульсами света от источника света составляло приблизительно 1 пикосекунду или меньше. Другими словами, время между концом каждого импульса света от источника света и началом следующего импульса света от источника света меньше или равно приблизительно 1 пикосекунде.
Контроллер может быть выполнен с возможностью изменения подачи электропитания от блока электропитания на источник света. В тех вариантах осуществления, где контроллер выполнен с возможностью обеспечения импульсной подачи электропитания на источник света, контроллер может быть выполнен с возможностью изменения рабочего цикла импульсной подачи электропитания. Контроллер может быть выполнен с возможностью изменения по меньшей мере одного из ширины импульса и периода рабочего цикла.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать датчик температуры. Датчик температуры может быть выполнен с возможностью измерения температуры по меньшей мере одного из нагревательного элемента и субстрата, образующего аэрозоль, во время использования устройства, генерирующего аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью изменения подачи электропитания на источник света в ответ на изменение температуры, измеряемой датчиком температуры. В тех вариантах осуществления, где устройство, генерирующее аэрозоль, содержит блок электропитания и контроллер, предпочтительно контроллер выполнен с возможностью изменения подачи электропитания от блока электропитания на источник света в ответ на изменение температуры, измеряемой датчиком температуры.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать один или более оптических элементов для облегчения передачи света от источника света к нагревательному элементу. Один или более оптических элементов могут содержать по меньшей мере одно из следующего: отверстие, окошко, линза, отражатель и оптическое волокно.
Предпочтительно по меньшей мере одно из отверстия и окошка может способствовать передаче света от внешнего источника света к нагревательному элементу. Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать корпус, при этом на корпусе расположено по меньшей мере одно из отверстия и окошка.
Преимущественно по меньшей мере одно из линзы, отражателя и оптического волокна может концентрировать или фокусировать свет, испускаемый источником света, на нагревательном элементе. Преимущественно концентрирование или фокусировка света на нагревательном элементе может повышать температуру, до которой нагревательный элемент нагревается посредством поверхностного плазмонного резонанса.
Множество металлических наночастиц может содержать по меньшей мере одно из золота, серебра, платины, меди, палладия, алюминия, хрома, титана, родия и рутения. Множество металлических наночастиц может содержать по меньшей мере один металл в элементарной форме. Множество металлических наночастиц может содержать по меньшей мере один металл в металлическом соединении. Металлическое соединение может содержать по меньшей мере один нитрид металла.
Предпочтительно множество металлических наночастиц содержит по меньшей мере одно из золота, серебра, платины и меди. Преимущественно наночастицы золота, серебра, платины и меди могут демонстрировать сильный поверхностный плазмонный резонанс при облучении видимым светом.
Множество металлических наночастиц может содержать один металл. Множество металлических наночастиц может содержать смесь различных металлов.
Множество металлических наночастиц может содержать множество первых наночастиц, содержащих первый металл, и множество вторых наночастиц, содержащих второй металл.
По меньшей мере некоторые из множества металлических наночастиц могут содержать смесь двух или более металлов. По меньшей мере некоторые из множества металлических наночастиц могут содержать металлический сплав. По меньшей мере некоторые из множества металлических наночастиц могут все иметь конфигурацию в виде ядра и оболочки, при этом ядро содержит первый металл, а оболочка содержит второй металл.
В тех вариантах осуществления, где устройство, генерирующее аэрозоль, содержит источник света, предпочтительно множество металлических наночастиц имеют среднечисловой максимальный диаметр, который равен пиковой длине испускаемой волны источника света или меньше нее.
Множество металлических наночастиц может иметь среднечисловой максимальный диаметр менее приблизительно 700 нанометров, предпочтительно менее приблизительно 600 нанометров, предпочтительно менее приблизительно 500 нанометров, предпочтительно менее приблизительно 400 нанометров, предпочтительно менее приблизительно 300 нанометров, предпочтительно менее приблизительно 200 нанометров, предпочтительно менее приблизительно 150 нанометров, предпочтительно менее приблизительно 100 нанометров.
Нагревательный элемент может быть образован из множества металлических наночастиц.
Нагревательный элемент может содержать слой подложки и слой покрытия, расположенный на по меньшей мере части слоя подложки, причем слой покрытия содержит множество металлических наночастиц. Преимущественно слой подложки может быть образован из материала, выбранного исходя из требуемых механических свойств. Преимущественно слой покрытия может быть образован для оптимизации поверхностного плазмонного резонанса множества металлических наночастиц, когда слой покрытия подвергается воздействию света от источника света.
Слой подложки может быть образован из любого подходящего материала. Слой подложки может содержать металл. Слой подложки может содержать полимерный материал. Слой подложки может содержать керамику.
Слой подложки может быть электропроводным. Слой подложки может быть электроизолирующим.
Слой покрытия может быть обеспечен на слое подложки с применением любого подходящего способа. Слой покрытия может быть образован посредством осаждения множества металлических наночастиц на слое подложки с применением способа физического осаждения из паровой фазы.
Слой покрытия может представлять собой по существу непрерывный слой.
Слой покрытия может содержать множество отдельных областей металлических наночастиц, при этом множество отдельных областей расположено на слое подложки на расстоянии друг от друга. Преимущественно множество отдельных областей металлических наночастиц может способствовать нагреву множества отдельных частей субстрата, образующего аэрозоль. Преимущественно множество отдельных областей металлических наночастиц может способствовать нагреву множества отдельных субстратов, образующих аэрозоль.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать источник света, выполненный с возможностью облучения множества отдельных областей металлических наночастиц. Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать множество источников света, выполненных с возможностью облучения множества отдельных областей металлических наночастиц. Каждый из множества источников света может быть выполнен с возможностью облучения только одной из отдельных областей металлических наночастиц.
Нагревательный элемент может содержать электрически резистивную часть, выполненную с возможностью получения подаваемого электропитания. Во время использования за счет подачи электропитания на электрически резистивную часть можно резистивно нагревать электрически резистивную часть. Преимущественно электрически резистивная часть может обеспечивать источник тепла в дополнение к теплу, генерируемому поверхностным плазмонным резонансом множества металлических наночастиц.
Множество металлических наночастиц могут образовывать электрически резистивную часть.
В тех вариантах осуществления, где нагревательный элемент содержит слой подложки и слой покрытия, по меньшей мере одно из слоя подложки и слоя покрытия может образовывать электрически резистивную часть. Слой подложки может содержать электрически резистивный материал. Электрически резистивный материал может содержать по меньшей мере одно из электрически резистивного металла и электрически резистивной керамики. Слой подложки может быть образован из электрически резистивного материала. Слой подложки может содержать тканый материал, причем множество нитей электрически резистивного материала образуют по меньшей мере часть тканого материала.
В тех вариантах осуществления, где устройство, генерирующее аэрозоль, содержит блок электропитания и контроллер, контроллер предпочтительно выполнен с возможностью обеспечения подачи электропитания от блока электропитания на электрически резистивную часть.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью генерирования тепла с использованием электрически резистивной части в дополнение к генерированию тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса множества металлических наночастиц. Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью генерирования тепла с применением электрически резистивной части в качестве альтернативы генерированию тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса множества металлических наночастиц.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью генерирования тепла с использованием электрически резистивной части в качестве резервного варианта относительно генерирования тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса множества металлических наночастиц. Например, устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью генерирования тепла с применением электрически резистивной части в том случае, если нагрев множества металлических наночастиц посредством поверхностного плазмонного резонанса является недостаточным.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью генерирования тепла с применением электрически резистивной части в начале цикла нагрева. Другими словами, электрически резистивная часть может использоваться для генерирования тепла с целью повышения температуры нагревательного элемента до начальной рабочей температуры. Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью уменьшения или завершения подачи электропитания на электрически резистивную часть, когда температура нагревательного элемента достигает начальной рабочей температуры.
Нагревательный элемент может содержать первую поверхность, выполненную с возможностью приема света от источника света и генерирования тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса множества металлических наночастиц. Первая поверхность может содержать множество поверхностных элементов, образующих трехмерную форму. Первая поверхность может содержать по меньшей мере одно из множества выступов и множества углублений. Первая поверхность может иметь волнообразную форму.
Преимущественно первая поверхность, содержащая множество поверхностных элементов, может увеличивать площадь поверхности первой поверхности. Преимущественно увеличение площади поверхности первой поверхности может увеличить нагрев множества металлических наночастиц посредством поверхностного плазмонного резонанса, когда свет падает на первую поверхность.
В тех вариантах осуществления, где нагревательный элемент содержит слой подложки и слой покрытия, первая поверхность слоя подложки может образовывать множество поверхностных элементов, причем на первой поверхности слоя подложки предусмотрен слой покрытия для образования первой поверхности нагревательного элемента.
Нагревательный элемент может содержать вторую поверхность, выполненную с возможностью переноса тепла к субстрату, образующему аэрозоль, во время использования. Вторая поверхность может быть расположена на противоположной относительно первой поверхности стороне нагревательного элемента. В тех вариантах осуществления, где нагревательный элемент содержит слой подложки и слой покрытия, предпочтительно слой подложки содержит первую поверхность, на которой предусмотрен слой покрытия для образования первой поверхности нагревательного элемента, и вторую поверхность, образующую вторую поверхность нагревательного элемента. Предпочтительно слой подложки содержит теплопроводный материал для способствования переносу тепла от слоя покрытия ко второй поверхности нагревательного элемента.
По меньшей мере часть нагревательного элемента может быть пористой. Преимущественно пористая часть нагревательного элемента может обеспечивать прохождение потока воздуха через нагревательный элемент.
По меньшей мере часть нагревательного элемента может быть образована из пористого материала. По меньшей мере часть нагревательного элемента может быть образована из тканого материала, причем между нитями тканого материала образовано множество пор.
По меньшей мере части нагревательного элемента может быть обеспечена пористость. Например, в по меньшей мере части нагревательного элемента может быть образовано множество пор. Множество пор может быть образовано с применением любого подходящего способа. Множество пор может быть образовано с применением по меньшей мере одного из лазерной перфорации и электронно-искровой обработки.
В тех вариантах осуществления, где нагревательный элемент содержит слой подложки и слой покрытия, предпочтительно по меньшей мере часть слоя подложки является пористой.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать полость для размещения по меньшей мере части субстрата, образующего аэрозоль. Полость может быть подходящей для размещения по меньшей мере части изделия, генерирующего аэрозоль, содержащего субстрат, образующий аэрозоль.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать корпус, причем корпус по меньшей мере частично образует полость.
По меньшей мере часть нагревательного элемента может быть расположена внутри полости. По меньшей мере часть нагревательного элемента может проходить внутрь полости.
Нагревательный элемент может по меньшей мере частично образовывать полость таким образом, чтобы при размещении субстрата, образующего аэрозоль, внутри полости, по меньшей мере часть субстрата, образующего аэрозоль, была размещена смежно с нагревательным элементом.
Преимущественно размещение по меньшей мере части нагревательного элемента внутри полости или образование по меньшей мере части полости с помощью нагревательного элемента может способствовать переносу тепла от нагревательного элемента к субстрату, образующему аэрозоль, во время использования устройства, генерирующего аэрозоль.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать соединитель устройства для соединения с соответствующим соединителем изделия на изделии, генерирующем аэрозоль, содержащем субстрат, образующий аэрозоль. Соединитель устройства может содержать по меньшей мере одно из следующего: винтовой соединитель, штыковой соединитель и защелкивающийся соединитель.
Предпочтительно соединитель устройства содержит канал для переноса жидкости, выполненный с возможностью приема жидкого субстрата, образующего аэрозоль, от изделия, генерирующего аэрозоль, соединенного с соединителем устройства. Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать элемент для перемещения жидкости, сообщающийся по текучей среде с каналом для переноса жидкости и выполненный с возможностью перемещения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из канала для переноса жидкости и в направлении нагревательного элемента. По меньшей мере часть элемента для переноса жидкости может быть расположена внутри канала для переноса жидкости. Элемент для перемещения жидкости может содержать капиллярный фитиль.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать часть для хранения и субстрат, образующий аэрозоль, расположенный внутри части для хранения. Преимущественно предоставление субстрата, образующего аэрозоль, в качестве части устройства, генерирующего аэрозоль, может быть подходящим для обеспечения компактного устройства, генерирующего аэрозоль. Преимущественно предоставление субстрата, образующего аэрозоль, в качестве части устройства, генерирующего аэрозоль, может упростить использование устройства, генерирующего аэрозоль, благодаря исключению необходимости в ношении пользователем отдельного изделия, генерирующего аэрозоль.
Предпочтительно субстрат, образующий аэрозоль, является по меньшей мере одним из сменного и повторно заправляемого.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать твердый субстрат, образующий аэрозоль. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные вкусоароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата при нагреве.
Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать нетабачный материал. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал и материал, не содержащий табака.
Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. В контексте данного документа термин «вещество для образования аэрозоля» используется для описания любого подходящего известного соединения или смеси соединений, которые при использовании способствуют образованию аэрозоля. Подходящие вещества для образования аэрозоля включают, но без ограничения: многоатомные спирты, такие как пропиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин; сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как моно-, ди- или триацетат глицерина; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат.
Предпочтительные вещества для образования аэрозоля представляют собой многоатомные спирты или их смеси, такие как пропиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и наиболее предпочтительно глицерин.
Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать одно вещество для образования аэрозоля. Альтернативно твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать комбинацию двух или более веществ для образования аэрозоля.
Содержание вещества для образования аэрозоля в твердом субстрате, образующем аэрозоль, может составлять более 5 процентов в пересчете на сухой вес.
Содержание вещества для образования аэрозоля в твердом субстрате, образующем аэрозоль, может составлять от приблизительно 5 процентов до приблизительно 30 процентов в пересчете на сухой вес.
Содержание вещества для образования аэрозоля в твердом субстрате, образующем аэрозоль, может составлять приблизительно 20 процентов в пересчете на сухой вес.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать элемент для перемещения жидкости, выполненный с возможностью перемещения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из части для хранения и в направлении нагревательного элемента. Элемент для перемещения жидкости может содержать капиллярный фитиль.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать воду.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать вещество для образования аэрозоля. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны в данной области техники и включают, но без ограничения: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин, сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как глицерол моно-, ди- или триацетат; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Предпочтительными веществами для образования аэрозоля являются многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и наиболее предпочтительно глицерин или полиэтиленгликоль.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно из никотина или табачного продукта. Дополнительно или альтернативно жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другое целевое соединение для доставки пользователю. В тех вариантах осуществления, где жидкий субстрат, образующий аэрозоль, содержит никотин, никотин может содержаться в жидком субстрате, образующем аэрозоль, вместе с веществом для образования аэрозоля.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать первый субстрат, образующий аэрозоль, и второй субстрат, образующий аэрозоль. Предпочтительно нагревательный элемент выполнен с возможностью нагрева как первого субстрата, образующего аэрозоль, так и второго субстрата, образующего аэрозоль.
Первый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать источник никотина, и второй субстрат, образующий аэрозоль, может содержать источник кислоты. Во время использования нагревательный элемент может нагревать источник никотина и источник кислоты с образованием никотинсодержащего пара и пара кислоты. Пары никотина вступают в реакцию с парами кислоты в газовой фазе с образованием аэрозоля, содержащего частицы соли никотина.
Источник никотина может содержать никотин, основание никотина или соль никотина.
Источник никотина может содержать первый несущий материал, пропитанный никотином в количестве от приблизительно 1 миллиграмма до приблизительно 50 миллиграмм. Источник никотина может содержать первый несущий материал, пропитанный никотином в количестве от приблизительно 1 миллиграмма до приблизительно 40 миллиграмм. Предпочтительно источник никотина содержит первый несущий материал, пропитанный никотином в количестве от приблизительно 3 миллиграмм до приблизительно 30 миллиграмм. Более предпочтительно источник никотина содержит первый несущий материал, пропитанный никотином в количестве от приблизительно 6 миллиграмм до приблизительно 20 миллиграмм. Наиболее предпочтительно источник никотина содержит первый несущий материал, пропитанный никотином в количестве от приблизительно 8 миллиграмм до приблизительно 18 миллиграмм.
В вариантах осуществления, где первый несущий материал пропитан основанием никотина или солью никотина, приводимые в данном документе количества никотина представляют собой количество основания никотина или количество ионизированного никотина соответственно.
Первый несущий материал может быть пропитан жидким никотином или раствором никотина в водном или неводном растворителе.
Первый несущий материал может быть пропитан натуральным никотином или синтетическим никотином.
Источник кислоты может содержать органическую кислоту или неорганическую кислоту.
Предпочтительно источник кислоты содержит органическую кислоту, более предпочтительно карбоновую кислоту, наиболее предпочтительно альфа-кетокислоту, или 2-оксокислоту, или молочную кислоту.
Предпочтительно источник кислоты содержит кислоту, выбранную из группы, состоящей из 3-метил-2-оксопентановой кислоты, пировиноградной кислоты, 2-оксопентановой кислоты, 4-метил-2-оксопентановой кислоты, 3-метил-2-оксобутановой кислоты, 2-оксооктановой кислоты, молочной кислоты и их комбинаций. Предпочтительно источник кислоты содержит пировиноградную кислоту или молочную кислоту. Более предпочтительно источник кислоты содержит молочную кислоту.
Предпочтительно источник кислоты содержит второй несущий материал, пропитанный кислотой.
Первый несущий материал и второй несущий материал могут быть одинаковыми или разными.
Предпочтительно первый несущий материал и второй несущий материал имеют плотность от приблизительно 0,1 грамм/кубический сантиметр до приблизительно 0,3 грамм/кубический сантиметр.
Предпочтительно первый несущий материал и второй несущий материал имеют пористость от приблизительно 15 процентов до приблизительно 55 процентов.

Первый несущий материал и второй несущий материал могут содержать одно или более из следующего: стекло, целлюлозу, керамику, нержавеющую сталь, алюминий, полиэтилен (PE), полипропилен, полиэтилентерефталат (PET), поли(циклогександиметилентерефталат) (PCT), полибутилентерефталат (PBT), политетрафторэтилен (PTFE), вспененный политетрафторэтилен (ePTFE) и BAREX.
Первый несущий материал служит резервуаром для никотина. Предпочтительно первый несущий материал химически инертен по отношению к никотину.
Второй несущий материал служит резервуаром для кислоты. Предпочтительно второй несущий материал химически инертен по отношению к кислоте.
Предпочтительно источник кислоты представляет собой источник молочной кислоты, содержащий второй несущий материал, пропитанный молочной кислотой в количестве от приблизительно 2 миллиграмм до приблизительно 60 миллиграмм.
Предпочтительно источник молочной кислоты содержит второй несущий материал, пропитанный молочной кислотой в количестве от приблизительно 5 миллиграмм до приблизительно 50 миллиграмм. Более предпочтительно источник молочной кислоты содержит второй несущий материал, пропитанный молочной кислотой в количестве от приблизительно 8 миллиграмм до приблизительно 40 миллиграмм. Наиболее предпочтительно источник молочной кислоты содержит второй несущий материал, пропитанный молочной кислотой в количестве от приблизительно 10 миллиграмм до приблизительно 30 миллиграмм.
Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, содержит впускное отверстие для потока воздуха и выпускное отверстие для потока воздуха, сообщающееся по текучей среде с впускным отверстием для потока воздуха. Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, содержит по меньшей мере один канал для потока воздуха, обеспечивающий сообщение по текучей среде между впускным отверстием для потока воздуха и выпускным отверстием для потока воздуха. Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, выполнено таким образом, что во время использования аэрозоль, генерируемый в результате нагрева субстрата, образующего аэрозоль, нагревательным элементом, размещается внутри по меньшей мере одного канала для потока воздуха. Предпочтительно по меньшей мере часть нагревательного элемента расположена внутри по меньшей мере одного канала для потока воздуха. В тех вариантах осуществления, где устройство, генерирующее аэрозоль, содержит полость для размещения по меньшей мере части субстрата, образующего аэрозоль, полость может образовывать по меньшей мере часть по меньшей мере одного канала для потока воздуха.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать датчик потока воздуха, выполненный с возможностью обнаружения потока воздуха через устройство, генерирующее аэрозоль. Во время использования поток воздуха через устройство может указывать на осуществление пользователем затяжки на устройстве, генерирующем аэрозоль. В тех вариантах осуществления, где устройство, генерирующее аэрозоль, содержит по меньшей мере один источник света, устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью подачи электропитания на по меньшей мере один источник света, когда датчик потока воздуха обнаруживает поток воздуха через устройство, генерирующее аэрозоль. Преимущественно подача электропитания на по меньшей мере один источник света, когда датчик потока воздуха обнаруживает поток воздуха через устройство, может нагревать нагревательный элемент только тогда, когда пользователь осуществляет затяжку на устройстве, генерирующем аэрозоль. Преимущественно при нагреве нагревательного элемента только тогда, когда пользователь осуществляет затяжку на устройстве, генерирующем аэрозоль, можно генерировать аэрозоль из субстрата, образующего аэрозоль, только при необходимости.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предоставлена система, генерирующая аэрозоль, содержащая устройство, генерирующее аэрозоль, согласно первому аспекту настоящего изобретения в соответствии с любым из вариантов осуществления, описанных в данном документе. Система, генерирующая аэрозоль, также содержит изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее субстрат, образующий аэрозоль, при этом устройство, генерирующее аэрозоль, выполнено с возможностью размещения по меньшей мере части изделия, генерирующего аэрозоль.
Изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать любой из субстратов, образующих аэрозоль, описанных в данном документе в отношении первого аспекта настоящего изобретения.
В тех вариантах осуществления, где устройство, генерирующее аэрозоль, содержит полость, предпочтительно полость выполнена с возможностью размещения по меньшей мере части изделия, генерирующего аэрозоль.
В тех вариантах осуществления, где устройство, генерирующее аэрозоль, содержит соединитель устройства, предпочтительно изделие, генерирующее аэрозоль, содержит соединитель изделия, выполненный с возможностью соединения с соединителем устройства. Соединитель изделия может содержать по меньшей мере одно из следующего: винтовой соединитель, штыковой соединитель и защелкивающийся соединитель.
Изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать корпус изделия, при этом субстрат, образующий аэрозоль, расположен внутри корпуса изделия. Изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее корпус изделия, может также называться картриджем.
Предпочтительно корпус изделия образует впускное отверстие для воздуха изделия и выпускное отверстие для воздуха изделия, при этом субстрат, образующий аэрозоль, сообщается по текучей среде с впускным отверстием для воздуха изделия и выпускным отверстием для воздуха изделия.
Корпус изделия может образовывать полость нагревателя, причем по меньшей мере часть нагревательного элемента размещена внутри полости нагревателя, когда устройство, генерирующее аэрозоль, вмещает изделие, генерирующее аэрозоль.
Изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать обертку, обернутую вокруг по меньшей мере части субстрата, образующего аэрозоль. Изделия, генерирующие аэрозоль, содержащие обертку, могут быть особенно подходящими для вариантов осуществления, в которых субстрат, образующий аэрозоль, содержит твердый субстрат, образующий аэрозоль. Обертка может представлять собой бумажную обертку.
Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь общую длину от приблизительно 30 миллиметров до приблизительно 100 миллиметров. Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 13 миллиметров.
Изделия, генерирующие аэрозоль, могут содержать мундштук, расположенный ниже по потоку относительно субстрата, образующего аэрозоль. Мундштук может быть размещен на расположенном ниже по ходу потока конце изделия, генерирующего аэрозоль. Мундштук может представлять собой ацетилцеллюлозный табачный штранг. Мундштук предпочтительно имеет длину приблизительно 7 миллиметров, но он может иметь длину от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 10 миллиметров.
Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь диаметр от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 12 миллиметров.
В предпочтительном варианте осуществления изделие, генерирующее аэрозоль, имеет общую длину от приблизительно 40 миллиметров до приблизительно 50 миллиметров. Предпочтительно изделие, генерирующее аэрозоль, имеет общую длину приблизительно 45 миллиметров. Предпочтительно изделие, генерирующее аэрозоль, имеет внешний диаметр приблизительно 7,2 миллиметра.
Настоящее изобретение будет далее описано исключительно в качестве примера со ссылкой на сопроводительные графические материалы, на которых:
на фиг. 1 показан вид в разрезе устройства, генерирующего аэрозоль, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 показан вид в разрезе устройства, генерирующего аэрозоль, согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 3 и 4 показан вид в перспективе устройства, генерирующего аэрозоль, согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 5 показан вид в разрезе секции, генерирующей аэрозоль, и мундштука устройства, генерирующего аэрозоль, по фиг. 3 и 4;
на фиг. 6 показан увеличенный вид в разрезе полости устройства секции, генерирующей аэрозоль, по фиг. 5;
на фиг. 7 показан вид в перспективе первого нагревательного элемента секции, генерирующей аэрозоль, по фиг. 6;
на фиг. 8 показан вид в разрезе части плоской нагревательной части нагревательного элемента по фиг. 7;
на фиг. 9 показан вид в разрезе, на котором показана альтернативная конфигурация секции, генерирующей аэрозоль, устройства, генерирующего аэрозоль, по фиг. 3 и 4;
на фиг. 10 показан развернутый вид в перспективе изделия, генерирующего аэрозоль, для использования с устройством, генерирующим аэрозоль, по фиг. 3 и 4;
на фиг. 11 показан вид сверху изделия, генерирующего аэрозоль, по фиг. 10;
на фиг. 12 показан вид сверху альтернативного изделия, генерирующего аэрозоль;
на фиг. 13 показан вид в разрезе изделия, генерирующего аэрозоль, вместе с устройством, генерирующим аэрозоль, согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения, в разобранном состоянии;
на фиг. 14 показан вид в разрезе изделия, генерирующего аэрозоль, и устройства, генерирующего аэрозоль, по фиг. 13, в собранном состоянии; и
на фиг. 15 показан вид в разрезе нагревательного элемента по фиг. 13 и 14.
На фиг. 1 показан вид в разрезе устройства 10, генерирующего аэрозоль, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство 10, генерирующее аэрозоль, содержит корпус 12, образующий полость 14 устройства для размещения субстрата 16, образующего аэрозоль, содержащего табачный штранг. Субстрат 16, образующий аэрозоль, может образовывать часть устройства 10, генерирующего аэрозоль, и устройство 10, генерирующее аэрозоль, может быть утилизировано после того, как субстрат 16, образующий аэрозоль, был израсходован. В качестве альтернативы, по меньшей мере две части корпуса 12 могут быть отделены друг от друга для обеспечения возможности доступа к полости 14 устройства для замены субстрата 16, образующего аэрозоль.
Устройство 10, генерирующее аэрозоль, также содержит нагревательный элемент 18, проходящий через конец полости 14 устройства, при этом нагревательный элемент 18 содержит множество металлических наночастиц. Источник 20 света, содержащий светоизлучающий диод, расположен внутри корпуса 12 и выполнен с возможностью облучения нагревательного элемента 18. Контроллер 22 и блок 24 питания, содержащий батарею, также расположены внутри корпуса 12. Контроллер 22 выполнен с возможностью управления подачей электропитания от блока 24 питания на источник 20 света.
Устройство 10, генерирующее аэрозоль, также содержит впускное отверстие 26 для потока воздуха, образованное корпусом 12 на расположенном выше по потоку конце полости 14 устройства, и фильтр 28, сообщающийся по текучей среде с расположенным ниже по потоку концом полости 14 устройства. Расположенный ниже по потоку конец фильтра 28 образует выпускное отверстие 30 для потока воздуха.
Во время использования контроллер 22 подает электропитание от блока 24 питания на источник 20 света для облучения нагревательного элемента 18. Облучение нагревательного элемента 18 приводит к нагреву нагревательного элемента 18 посредством поверхностного плазмонного резонанса металлических наночастиц. Тепло от нагревательного элемента 18 нагревает субстрат 16, образующий аэрозоль, для генерирования аэрозоля. Когда пользователь осуществляет затяжку на фильтре 28, поток воздуха поступает в полость 14 устройства через впускное отверстие 26 для потока воздуха. Аэрозоль, генерируемый нагревом субстрата 16, образующего аэрозоль, увлекается внутрь потока воздуха через полость 14 устройства. Поток воздуха, содержащий генерируемый аэрозоль, вытекает из полости 14 устройства через фильтр 28 и выпускное отверстие 30 для потока воздуха, где он вдыхается пользователем.
На фиг. 2 показан вид в разрезе устройства 100, генерирующего аэрозоль, согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство 100, генерирующее аэрозоль, подобно устройству 10, генерирующему аэрозоль, показанному на фиг. 1, и одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения одинаковых частей.
Устройство 100, генерирующее аэрозоль, содержит кольцевой источник 120 света, расположенный внутри полости 14 устройства и проходящий вокруг кольцевого нагревательного элемента 118, содержащего множество металлических наночастиц. Субстрат 16, образующий аэрозоль, содержащий табачный штранг, размещен внутри кольцевого нагревательного элемента 118.
Во время использования контроллер 22 подает электропитание от блока 24 питания на кольцевой источник 120 света для облучения кольцевого нагревательного элемента 118. Облучение кольцевого нагревательного элемента 118 приводит к нагреву кольцевого нагревательного элемента 118 посредством поверхностного плазмонного резонанса металлических наночастиц. Тепло от кольцевого нагревательного элемента 118 нагревает субстрат 16, образующий аэрозоль, для генерирования аэрозоля. Когда пользователь осуществляет затяжку на фильтре 28, поток воздуха поступает в полость 14 устройства через впускное отверстие 26 для потока воздуха и протекает через субстрат 16, образующий аэрозоль. Аэрозоль, генерируемый нагревом субстрата 16, образующего аэрозоль, увлекается внутрь потока воздуха через субстрат 16, образующий аэрозоль. Поток воздуха, содержащий генерируемый аэрозоль, вытекает наружу из субстрата 16, образующего аэрозоль, через фильтр 28 и выпускное отверстие 30 для потока воздуха, где он вдыхается пользователем.
На фиг. 3 и 4 показан вид в перспективе устройства 210, генерирующего аэрозоль, согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство 210, генерирующее аэрозоль, содержит секцию 212 подачи питания, секцию 214, генерирующую аэрозоль, и мундштук 216.
Секция 212 подачи питания содержит блок питания для подачи электропитания на компоненты секции 214, генерирующей аэрозоль. Секция 214, генерирующая аэрозоль, содержит соединитель 218 для размещения секции 212 подачи питания, при этом соединитель 218 содержит электрический соединитель 220 для передачи электропитания от секции 212 подачи питания на секцию 214, генерирующую аэрозоль.
Секция 214, генерирующая аэрозоль, содержит нажимную кнопку 222 для предоставления пользователю возможности включать и выключать устройство 210, генерирующее аэрозоль, и электронный дисплей 224 для предоставления пользователю визуальной обратной связи. Устройство 210, генерирующее аэрозоль, также содержит корпус 225, образующий полость 226 устройства в секции 214, генерирующей аэрозоль, при этом полость 226 устройства предназначена для размещения изделия 228, генерирующего аэрозоль. Во время использования изделие 228, генерирующее аэрозоль, размещено в полости 226 устройства, так что устройство 210, генерирующее аэрозоль, и изделие 228, генерирующее аэрозоль, вместе образуют систему, генерирующую аэрозоль.
На фиг. 5 показан вид в разрезе секции 214, генерирующей аэрозоль, и мундштука 216. Секция 214, генерирующая аэрозоль, дополнительно содержит контроллер 229, выполненный с возможностью подачи электропитания от секции 212 подачи питания на компоненты внутри секции 214, генерирующей аэрозоль. Секция 214, генерирующая аэрозоль, также содержит два впускных отверстия 230 для потока воздуха и выпускное отверстие 232 для потока воздуха, сообщающиеся по текучей среде друг с другом через полость 226 устройства. Во время использования аэрозоль, генерируемый в полости 226 устройства, увлекается внутрь потока воздуха через полость 226 устройства и выходит из полости 226 устройства через выпускное отверстие 232 для потока воздуха. Канал 234 для потока воздуха в секции 214, генерирующей аэрозоль, переносит поток воздуха от выпускного отверстия 232 для потока воздуха в смесительные камеры 236 внутри мундштука 216. Поток воздуха из смесительных камер 236 выходит из мундштука 216 через выпускное отверстие 238 мундштука для доставки пользователю.
На фиг. 6 показан увеличенный вид в поперечном сечении полости 226 устройства. Внутри полости 226 устройства расположен первый источник 240 света, второй источник 242 света, первый нагревательный элемент 244 и второй нагревательный элемент 246. Когда изделие 228, генерирующее аэрозоль, размещено внутри паза 247 внутри полости 226 устройства, изделие 228, генерирующее аэрозоль, расположено между первым и вторым нагревательными элементами 244, 246. Каждый из первого и второго источников 240, 242 света содержит светоизлучающий диод 248 и устройство 250 для рассеивания, лежащее поверх поверхности светоизлучающего диода 248.
На фиг. 7 показан вид в перспективе первого нагревательного элемента 244. Хотя подробно описан лишь первый нагревательный элемент 244, следует понимать, что второй нагревательный элемент 246 идентичен первому нагревательному элементу 244 в варианте осуществления, показанном на фиг. 6.
Первый нагревательный элемент 244 содержит плоскую нагревательную часть 252 и опорную часть 254 в виде опорной юбки, проходящей вокруг периферии плоской нагревательной части 252. Опорная часть 254 содержит крепежную часть 256, которая размещена внутри корпуса 225 устройства 210, генерирующего аэрозоль, для закрепления первого нагревательного элемента 244 внутри полости 225 устройства.
На фиг. 8 показан вид в разрезе через часть плоской нагревательной части 252. Плоская нагревательная часть 252 содержит слой 258 подложки, теплопроводный слой 260, расположенный на первой поверхности слоя 258 подложки, и слой 262 покрытия, расположенный на второй поверхности слоя 258 подложки. Слой 262 покрытия содержит множество металлических наночастиц. Первый нагревательный элемент 244 расположен таким образом, что слой 262 покрытия обращен к первому источнику 240 света. Во время использования металлические наночастицы слоя 262 покрытия принимают свет от первого источника 240 света и генерируют тепло посредством поверхностного плазмонного резонанса. Теплопроводный слой 260 способствует передаче тепла, генерируемого слоем 262 покрытия, на изделие 228, генерирующее аэрозоль, размещенное в полости 226 устройства. Следует понимать, что конструкция и функция второго нагревательного элемента 246 и второго источника 242 света идентичны описанной конструкции и функции первого нагревательного элемента 244 и первого источника 240 света.
Плоская нагревательная часть 252 также содержит множество пор 264, которые обеспечивают возможность протекания воздуха через плоскую нагревательную часть 252. Таким образом, как показано на фиг. 5 и 6, во время использования поток воздуха поступает в устройство 210, генерирующее аэрозоль, через впускные отверстия 230 для потока воздуха, протекает через плоскую нагревательную часть 252 первого нагревательного элемента 244, через изделие 228, генерирующее аэрозоль, через плоскую нагревательную часть второго нагревательного элемента 246 и выходит из полости 226 устройства через выпускное отверстие 232 для потока воздуха. Аэрозоль, генерируемый нагревом изделия 228, генерирующего аэрозоль, посредством первого и второго нагревательных элементов 244, 246, увлекается потоком воздуха при его протекании через изделие 228, генерирующее аэрозоль. В варианте осуществления, показанном на фиг. 6, опорные части 254 первого и второго нагревательных элементов 244, 246 являются непористыми, чтобы направлять поток воздуха через плоские нагревательные части 252.
На фиг. 9 показана альтернативная компоновка секции 212, генерирующей аэрозоль, устройства 210, генерирующего аэрозоль. Альтернативная компоновка, показанная на фиг. 9, подобна компоновке, показанной на фиг. 6, и одинаковые ссылочные номера используются для обозначения одинаковых частей.
Альтернативная компоновка, показанная на фиг. 9, отличается отсутствием впускных отверстий, специально предназначенных для потока воздуха, ведущих в полость 226 устройства. Вместо этого открытый конец 266 полости 226 устройства, через который может быть вставлено изделие 228, генерирующее аэрозоль, в полость 226 устройства, функционирует как впускное отверстие для потока воздуха. В результате отличающегося расположения впускного отверстия для потока воздуха первый нагревательный элемент 244 содержит опорную часть 354, являющуюся пористой. Пористая опорная часть 354 позволяет потоку воздуха, поступающему в полость 226 устройства, протекать в пространство между первым источником 240 света и первым нагревательным элементом 244, так что поток воздуха может протекать через плоские нагревательные части 252 первого и второго нагревательных элементов 244, 246 и изделие 228, генерирующее аэрозоль, таким же образом, как описано со ссылкой на фиг. 6.
На фиг. 10 и 11 показано изделие 270, генерирующее аэрозоль, для использования с устройством 210, генерирующим аэрозоль. Изделие 270, генерирующее аэрозоль, содержит базовый слой 272, образующий полость 274 субстрата, проходящую через базовый слой 272. Субстрат 276, образующий аэрозоль, содержащий табак, расположен внутри полости 274 субстрата. Первый пористый покровный слой 278 лежит поверх первой стороны базового слоя 272, а второй пористый покровный слой 280 лежит поверх второй стороны базового слоя 272. Первый и второй пористые покровные слои 278, 280 прикреплены к базовому слою 272 таким образом, что субстрат 276, образующий аэрозоль, расположен между первым и вторым пористыми покровными слоями 278, 280 и удерживается внутри полости 274 субстрата. Во время использования изделия 270, генерирующего аэрозоль, с устройством 210, генерирующим аэрозоль, первый и второй нагревательные элементы 244, 246 нагревают субстрат 276, образующий аэрозоль, для генерирования аэрозоля. Поток воздуха от плоской нагревательной части 252 первого нагревательного элемента 244 к плоской нагревательной части второго нагревательного элемента 246 протекает через первый и второй пористые покровные слои 278, 280 и через субстрат 276, образующий аэрозоль, для захвата генерируемого аэрозоля внутрь потока воздуха.
На фиг. 12 показано альтернативное изделие 370, генерирующее аэрозоль, для использования с устройством 210, генерирующим аэрозоль. Альтернативное изделие 370, генерирующее аэрозоль, подобно изделию 270, генерирующему аэрозоль, и одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения одинаковых частей.
Изделие 370, генерирующее аэрозоль, содержит базовый слой 272, образующий множество полостей 274 субстрата. Первый субстрат 376, образующий аэрозоль, содержит ароматизатор, расположенный внутри полости 274 первого субстрата. Второй субстрат 377, образующий аэрозоль, содержащий никотинсодержащую жидкость, обеспеченную на несущем материале, расположен внутри полости 274 второго субстрата. Третий субстрат 379, образующий аэрозоль, содержащий вещество для образования аэрозоля, расположен внутри полости 274 третьего субстрата. Во время использования аэрозоль, генерируемый первым, вторым и третьим субстратами 376, 377, 379, образующими аэрозоль, увлекается внутрь потока воздуха, протекающего через изделие 370, генерирующее аэрозоль. Разные аэрозоли смешиваются вместе внутри выпускного отверстия 232 для потока воздуха, канала 234 для потока воздуха и смесительных камер 236 для доставки пользователю в качестве объединенного аэрозоля.
Преимущественно генерирование тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса может обеспечивать более локализованный нагрев по сравнению с другими способами генерирования тепла, такими как резистивный нагрев. Таким образом, преимущественно устройство 210, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью обеспечения локализованного и выборочного нагрева первого, второго и третьего субстратов 376, 377, 379, образующих аэрозоль. Например, устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено таким образом, что по меньшей мере один из первого источника 240 света и второго источника 242 света содержит массив светодиодов. Один или более первых светодиодов массива светодиодов могут соответствовать первой области плоской нагревательной части 252, соответствующей первому субстрату 376, образующему аэрозоль. Один или более вторых светодиодов массива светодиодов могут соответствовать второй области плоской нагревательной части 252, соответствующей второму субстрату 377, образующему аэрозоль. Один или более третьих светодиодов массива светодиодов могут соответствовать третьей области плоской нагревательной части 252, соответствующей третьему субстрату 379, образующему аэрозоль. Контроллер 229 может быть выполнен с возможностью выборочной подачи питания на первые светодиоды, вторые светодиоды, третьи светодиоды и их сочетания в ответ на пользовательский ввод, принятый с устройства ввода пользователя, такого как нажимная кнопка 222. С помощью нажимной кнопки 222 пользователь может изменять соотношение аэрозолизированных первого, второго и третьего субстратов 376, 377, 379, образующих аэрозоль. В ответ на пользовательский ввод контроллер 229 может изменять общую светоотдачу для каждого из первого, второго и третьего светодиодов для обеспечения требуемого нагрева первого, второго и третьего субстратов 376, 377, 379, образующих аэрозоль, которые генерируют аэрозоль в желаемом соотношении. Преимущественно, поскольку нагрев посредством поверхностного плазмонного резонанса является быстрым по сравнению с другими механизмами нагрева, такими как резистивный нагрев, устройство 210, генерирующее аэрозоль, может модифицировать сгенерированный аэрозоль в реальном времени в ответ на пользовательские вводы.
Например, пользователь может использовать нажимную кнопку 222, чтобы запросить повышенное количество ароматизатора в доставляемом аэрозоле. В ответ контроллер 229 может увеличивать подачу питания на первые светодиоды для увеличения нагрева первой области плоской нагревательной части 252, что увеличивает нагрев первого субстрата 376, образующего аэрозоль.
В другом примере пользователь может использовать нажимную кнопку 222, чтобы запросить уменьшенное количество ароматизатора и увеличенное количество никотина. В ответ контроллер 229 может уменьшить подачу питания на первые светодиоды для уменьшения нагрева первой области плоской нагревательной части 252 и уменьшения нагрева первого субстрата 376, образующего аэрозоль, и увеличить подачу питания на вторые светодиоды для увеличения нагрева второй области плоской нагревательной части 252 и увеличения нагрева второго субстрата 377, образующего аэрозоль.
Для упрощения взаимодействия пользователя с устройством 210, генерирующим аэрозоль, нажимная кнопка 222 может быть дополнена или заменена другим типом пользовательского устройства ввода, таким как сенсорный экран.
Как можно видеть на фиг. 13, устройство 400, генерирующее аэрозоль, согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения содержит основную часть 410 и нагревательный элемент 420. Основная часть 410 имеет полость 440, расположенную на одном конце. Полость 440 выполнена с возможностью размещения нагревательного элемента 420 и изделия 430, генерирующего аэрозоль, которое содержит по существу цилиндрический субстрат 432, образующий аэрозоль.
Полость имеет цилиндрическую боковую стенку 442, проходящую от отверстия 443 на наружной поверхности основного корпуса 410 устройства 400 к стенке 444 основания полости. Вокруг периферии стенки 444 основания полости также выполнено отверстие. Это может позволить аэрозолю течь к выпускному отверстию 464 для воздуха устройства вдоль прохода 466. Выпускное отверстие 464 предоставлено на мундштуке 412 устройства.
Стенка 444 основания полости дополнительно содержит источник 450 света устройства в виде множества светоизлучающих диодов (светодиодов). Источник 450 света устройства выполнен с возможностью получения электропитания от источника 470 питания в виде литий-ионной батареи внутри основной части 410. Внутри основной части 410 устройства также предусмотрен контроллер 480 для управления подачей электропитания на источник 450 света.
Как лучше всего видно на фиг. 15, нагревательный элемент 420 содержит удлиненную часть 422, имеющую первый конец 423a и второй конец 423b, причем по существу цилиндрическая стенка 424 проходит от первого конца 423a ко второму концу 423b. Стенка 424 удлиненной части 422 образует световую камеру 425 внутри нагревательного элемента 420. Световая камера 425 может принимать окружающий свет на первом конце световой камеры 425 через первый оптический элемент 427 на первом конце световой камеры и оптический компонент 428, присоединенный к первому концу 423a удлиненной части 422 и проходящий от него.
Оптический компонент 428 имеет форму луковицеобразной структуры, содержащей стекло. Оптический компонент 428 функционирует таким образом, чтобы увеличивать количество окружающего света, принимаемого через первый конец 423a удлиненной части 422.
Первый оптический элемент 427 обеспечивает одностороннюю светопропускаемость, в том смысле, что он позволяет окружающему свету проходить в световую камеру 425 через первый конец 423a, но не допускает выхода света из световой камеры 425 через первый конец посредством отражения или поглощения. В частности, первый оптический элемент 427 может представлять собой стеклянную подложку, имеющую металлическое покрытие, которое отражает любой свет, падающий на поверхность элемента 427, обращенную к световой камере 425.
Второй конец 423b нагревательного элемента открыт или снабжен прозрачной поперечной стенкой, так что свет может поступать в световую камеру 425 через второй конец 423b. Как будет более подробно пояснено ниже со ссылкой на фиг. 14, такой свет может исходить от источника 450 света устройства в основной части 410 устройства, когда нагревательный элемент 420 вставлен в полость 440.
Внутренняя поверхность стенки 424 удлиненной части 422 нагревательного элемента 420 содержит одну или более частей, имеющих покрытие, содержащее множество металлических наночастиц. Когда свет падает на множество металлических наночастиц, посредством поверхностного плазмонного резонанса металлических наночастиц генерируется тепло. Такое тепло может использоваться для нагрева субстрата 432, образующего аэрозоль, изделия 430, генерирующего аэрозоль, когда нагревательный элемент 420 размещен смежно с изделием 430.
Световая камера 425 нагревательного элемента 420 содержит второй оптический элемент 426, который в первом варианте осуществления имеет форму структуры конической формы, имеющую свой самый широкий конец на втором конце 423b удлиненной части 422. Второй оптический элемент выполнен с возможностью перенаправления света в направлении внутренней поверхности стенки 424 и, более конкретно, в направлении множества металлических наночастиц на стенке 424. Второй оптический элемент 426 разделяет световую камеру 425 на две секции: первую секцию и вторую секцию. На втором оптическом элементе 426 обеспечено отражающее покрытие таким образом, что окружающий свет, принимаемый через первый конец 423a и падающий на оптический элемент 426, отражается в направлении внутренней поверхности стенки 424. Это способствует обеспечению того, что свет, принимаемый через первый конец 423a световой камеры, не теряется через второй конец световой камеры. Кроме того, свет, принимаемый через второй конец 423b световой камеры 425, может проходить через второй оптический элемент 426 в первую секцию оптической камеры 425 и предпочтительно отклоняется в направлении внутренней поверхности стенки 424 благодаря конической форме второго оптического элемента 426. Когда свет находится в первой секции световой камеры 425, по существу предотвращается его выход из первой секции световой камеры 425 благодаря отражающему покрытию на первом оптическом элементе 427 и отражающему покрытию на втором оптическом элементе 426. Это способствует увеличению количества света, получаемого множеством металлических наночастиц на внутренней поверхности стенки 424.
Нагревательный элемент 420 также содержит фланец 429, проходящий в боковом направлении от первого конца удлиненной части 422. Как показано на фиг. 14, фланец выполнен с возможностью закрывания периферийного участка отверстия 443 полости 440, когда нагревательный элемент 420 расположен внутри полости 440. Фланец содержит одно или несколько отверстий, которые выполняют функцию впускных отверстий 462 для воздуха. Они позволяют воздуху течь в полость 440 при использовании устройства 400.
Как лучше всего видно на фиг. 14, когда устройство 400 должно использоваться, нагревательный элемент 420 вставлен в полость 440 основной части 410. Вокруг внешней стороны нагревательного элемента 420 расположено изделие 430, генерирующее аэрозоль, содержащее субстрат 432, образующий аэрозоль. Второй конец 423b удлиненной части 422 упирается в основание 444 полости 440, и фланец 429 лежит поверх кромки корпуса основной части 410, причем эта кромка образует отверстие 443 полости 444. Источник 450 света устройства выполнен с возможностью излучения света в световую камеру 425 посредством второго конца 423b удлиненной части 422 нагревательного элемента 420. В собранном состоянии, показанном на фиг. 14, путь потока воздуха проходит от впускного отверстия 462 для воздуха во фланце 429 нагревательного элемента 420 к выпускному отверстию 464 для воздуха в мундштуке 412 основной части 410 устройства. Путь потока воздуха проходит: от впускного отверстия 462 для воздуха; вдоль кольцевого пространства, образованного между наружной поверхностью стенки 424 удлиненной части 420 и внутренней поверхностью боковой стенки 442 полости; через отверстие 446 в стенке 444 основания полости 440 и вдоль прохода 466, который содержит часть 465 Вентури, пока он не достигнет выпускного отверстия 464 для воздуха.
Субстрат 432, образующий аэрозоль, изделия 430, генерирующего аэрозоль, может нагреваться стенкой 424 нагревательного элемента 420, так что аэрозоль образуется, когда воздух проходит через пространство, в котором расположено изделие 430, генерирующее аэрозоль. Тепло может создаваться на стенке 424 нагревательного элемента 420 посредством поверхностного плазмонного резонанса, который возникает, когда свет падает на множество металлических наночастиц, расположенных на внутренней поверхности стенки 424. Тепло может генерироваться исключительно посредством окружающего света, получаемого через первый конец нагревательного элемента 420. В качестве альтернативы, тепло может генерироваться посредством сочетания окружающего света, принимаемого через первый конец нагревательного элемента 420, и света, принимаемого от источника 450 света устройства через второй конец нагревательного элемента 420. Свет от источника 450 света может быть включен контроллером 480, подающим команду блоку 470 электропитания на подачу электропитания на источник 450 света.