МОДУЛЬ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА ДЛЯ ОБРАЗУЮЩЕГО АЭРОЗОЛЬ УСТРОЙСТВА
HEATING ELEMENT MODULE FOR AEROSOL GENERATING DEVICE

Настоящее изобретение относится к модулю нагревательного элемента для использования в образующем аэрозоль устройстве и к образующему аэрозоль устройству или системе, содержащим такой модуль нагревательного элемента. В частности, настоящее изобретение относится к модулю нагревательного элемента для нагрева образующего аэрозоль изделия, имеющего твердый образующий аэрозоль субстрат.
Существует растущий спрос ручные образующие аэрозоль устройства, которые способны доставлять аэрозоль для вдыхания пользователем. Одна из конкретных областей указанного спроса представляет собой нагреваемые курительные устройства, в которых образующий аэрозоль субстрат нагревают для высвобождения летучих ароматических соединений без сжигания образующего аэрозоль субстрата. Высвобождаемые летучие соединения доставляются пользователю в составе аэрозоля.
Любое образующее аэрозоль устройство, работающее с использованием нагрева образующего аэрозоль субстрата, должно содержать нагревательный узел. Для различных типов образующих аэрозоль субстратов был предложен ряд различных типов нагревательных узлов.
Один тип нагревательного узла, который был предложен для нагреваемых курительных устройств, работает при вставке нагревателя внутрь твердого образующего аэрозоль субстрата, такого как заглушка из табака. Такая компоновка обеспечивает возможность непосредственного и эффективного нагрева субстрата. Однако для этого типа нагревательного узла характерен ряд технических проблем, в том числе выполнение требований по малым размерам, прочности, низким производственным затратам, достаточным рабочим температурам и эффективной локализации вырабатываемого тепла.
Из уровня техники известны нагреваемые образующие аэрозоль изделия, содержащие табак, для образования аэрозоля в результате нагрева, а не сжигания. Табак, используемый в качестве части образующего аэрозоль субстрата в нагреваемых образующих аэрозоль изделиях, предназначен для получения аэрозоля при нагреве, а не при сжигании. Образующие аэрозоль устройства для нагрева таких образующих аэрозоль изделий могут иметь нагревательный элемент, который может быть вставлен внутрь табака образующего аэрозоль изделия для улучшения теплопередачи.
Было бы желательно создать надежный и недорогой нагревательный узел для образующего аэрозоль устройства, в котором был бы обеспечен локализованный источник тепла для нагрева образующего аэрозоль субстрата.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предложен модуль нагревательного элемента для образующего аэрозоль устройства, содержащий: удлиненный нагревательный элемент, имеющий нагревательный участок; держатель нагревательного элемента, причем нагревательный элемент проходит по существу перпендикулярно от первой поверхности держателя нагревательного элемента; и первый и второй выступы, проходящие по существу перпендикулярно от первой поверхности держателя нагревательного элемента и примыкающие к первой и второй сторонам нагревательного элемента.
Предпочтительно, при использовании первый и второй выступы уменьшают изгибное отклонение удлиненного нагревательного элемента и увеличивают стойкость к поломке, в том числе к разлому.
Участок нагревательного элемента, проходящий от первой поверхности держателя нагревательного элемента, предпочтительно имеет длину, которая больше, чем его ширина, которая больше, чем его толщина, причем первая и вторая стороны указанного участка нагревательного элемента представляют собой грани, заданные указанными шириной и длиной.
Первый и второй выступы предпочтительно проходят от первой поверхности держателя нагревательного элемента на расстояние, составляющее от примерно 2 мм до примерно 10 мм, вдоль длины нагревательного участка. Более предпочтительно, первый и второй выступы проходят от первой поверхности держателя нагревательного элемента на расстояние, составляющее от примерно 3 мм до примерно 6 мм, вдоль длины нагревательного участка.
Как первый, так и второй выступ предпочтительно имеет неплоскую свободную поверхность. Свободная поверхность указанных выступов определяется как поверхность выступов, не прикрепляемая к первой поверхности держателя нагревательного элемента и не примыкающая к нагревательному элементу. Свободная поверхность предпочтительно сужается на конус в направлении удаления от держателя нагревательного элемента. Неплоская свободная поверхность первого и второго выступов является сферической, например каждый выступ может представлять собой четверть сферы. В качестве альтернативы, каждая неплоская свободная поверхность может быть конической, например полуконической. Каждый выступ может представлять собой усеченный конус.
Может быть предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть держателя нагревательного элемента была конической. Коническая форма включает в себя пирамидально-коническую форму. Целиком весь держатель нагревательного элемента может иметь коническую форму с вершиной конуса, направленной в сторону нагревательного участка нагревателя.
В случае использования образующего аэрозоль устройства модуль нагревательного элемента, имеющий первый и второй выступы с неплоской свободной поверхностью, обеспечивает возможность улучшения воздушного потока через образующее аэрозоль изделие, используемое с устройством. Неплоская свободная поверхность обеспечивает возможность примыкания участка конца образующего аэрозоль изделия к передней кромке каждого выступа, при сохранении прохода для воздушного потока к остальному участку конца образующего аэрозоль изделия.
Участки первого и второго выступов, примыкающие к первой и второй сторонам нагревательного элемента, могут быть расположены с возможностью свободного скольжения относительно нагревательного элемента. Таким образом обеспечивается возможность адаптации области примыкания между первым и вторым выступами к различным степеням сжатия и расширения материала держателя нагревательного элемента и материала нагревательного элемента.
В контексте данного документа термин «образующий аэрозоль субстрат» относится к субстрату, способному высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Такие летучие соединения могут высвобождаться в результате нагрева образующего аэрозоль субстрата. Образующий аэрозоль субстрат может с удобством использоваться как часть образующего аэрозоль изделия или курительного изделия.
В контексте данного документа термины «образующее аэрозоль изделие» и «курительное изделие» относятся к изделию, содержащему образующий аэрозоль субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Например, образующее аэрозоль изделие может представлять собой курительное изделие, которое образует аэрозоль, непосредственно вдыхаемый в легкие пользователя через рот пользователя. Образующее аэрозоль изделие может быть одноразовым. Курительное изделие, содержащее образующий аэрозоль субстрат, содержащий табак, носит название табачной палочки.
Держатель нагревательного элемента осуществляет конструкционную поддержку нагревательного элемента и обеспечивает возможность его прочного прикрепления внутри образующего аэрозоль устройства. Держатель нагревателя может содержать полимерный материал и предпочтительно выполнен из формуемого полимерного материала, такого как полиэфирэфиркетон (PEEK). Использование формуемого полимера обеспечивает возможность формования держателя нагревательного элемента вокруг нагревательного элемента и, следовательно, возможность надежного удержания нагревательного элемента. Это также обеспечивает возможность изготовления держателя нагревательного элемента с нужной внешней формой и размерами недорогим способом. Подложка нагревателя может иметь механические элементы, такие как проушины или пазы, которые повышают прочность прикрепления держателя нагревательного элемента к нагревателю. Разумеется, для держателя нагревателя могут использоваться и другие материалы, такие как керамический материал. Предпочтительно, держатель нагревателя может быть образован из формуемого керамического материала.
Первый и второй выступы могут быть отформованы как единое целое с держателем нагревательного элемента. Первый и второй выступы могут быть образованы на держателе нагревательного элемента после размещения нагревательного элемента в держателе. Нагревательный элемент может быть оснащен высвобождающим агентом для предотвращения прилипания материала выступа к нагревательному элементу во время формования.
Использование полимера для удержания нагревательного элемента означает, что температуру нагревателя вблизи держателя нагревательного элемента необходимо регулировать таким образом, чтобы она была ниже температуры, при которой происходит плавление, возгорание или разрушение полимера иным образом. В то же время температура участка нагревателя внутри образующего аэрозоль субстрата должна быть достаточна для образования аэрозоля с нужными свойствами.
Нагревательный участок может содержать керамическую изоляционную подложку, поддерживающую дорожки, образованные из электропроводного материала. Подложка нагревателя может быть образована из хрупкого материала, и держатель нагревателя может обеспечивать поддержку для предотвращения изгиба и скручивания нагревателя. Подложка нагревателя образована из электроизоляционного материала, возможно ― из керамического материала, такого как диоксид циркония или оксид алюминия. Подложка нагревателя может обеспечивать механически стабильную поддержку для нагревательного элемента в широком диапазоне температур, и она может обеспечивать жесткую конструкцию, подходящую для вставки в образующий аэрозоль субстрат. Подложка нагревателя может содержать плоскую поверхность, на которой размещен нагревательный элемент, и сужающийся конец, выполненный с возможностью вставки в образующий аэрозоль субстрат. Подложка нагревателя предпочтительно имеет удельную теплопроводность не более чем 2 Ватта на метр-Кельвин.
Модуль нагревательного элемента предпочтительно дополнительно содержит электрические контакты для подачи питания на нагревательный участок, проходящий от второй поверхности держателя нагревательного элемента.
Нагревательный элемент может содержать участки, образованные из различных материалов. Нагревательный элемент может содержать первый участок и второй участок, выполненные таким образом, что при протекании электрического тока через нагревательный элемент, первый участок нагревается до более высокой температуры, чем второй участок, или наоборот. Первый участок нагревательного элемента может быть образован из первого материала, а второй участок нагревательного элемента может быть образован из второго материала, причем коэффициент удельного электрического сопротивления первого материала больше, чем у второго материала. Например, первый материал может представлять собой Ni-Cr (никель-хром), платину, вольфрам или проволоку из сплава, а второй материал может представлять собой золото, серебро или медь. Размеры первого и второго участков нагревательного элемента также могут отличаться для обеспечения более низкого электрического сопротивления на единицу длины на втором участке.
В электрорезистивном нагревателе количество тепла, генерируемого нагревателем, зависит от сопротивления нагревательного элемента. Чем выше сопротивление нагревательного элемента, тем больше производится тепла при заданном токе. Желательно, чтобы основная часть производимого тепла производилась первым участком нагревательного элемента. Соответственно, желательно, чтобы первый участок нагревательного элемента имел большее электрическое сопротивление на единицу длины, чем второй участок нагревательного элемента.
В одном варианте осуществления первый участок нагревательного элемента может быть образован из материала, имеющего заданную зависимость между температурой и удельным сопротивлением. Таким образом обеспечивается возможность использования нагревателя как для нагрева образующего аэрозоль субстрата, так и для контроля температуры во время использования. Предпочтительно, первый участок имеет больший температурный коэффициент сопротивления, чем второй участок. Таким образом обеспечивается, чтобы значение сопротивления нагревательного элемента преимущественно соответствовало температуре первого участка нагревательного элемента. Было обнаружено, что хорошим вариантом материала для первого участка нагревательного элемента является платина.
Размеры нагревателя могут быть выбраны таким образом, чтобы они соответствовали целевому применению нагревательного узла, и следует понимать, что ширина, длина и толщина нагревателя могут быть выбраны независимо друг от друга. В одном варианте осуществления нагреватель, по существу имеет форму лезвия с сужающимся концом для вставки в образующий аэрозоль субстрат. Нагреватель может иметь общую длину от примерно 15 мм до примерно 30 мм, и предпочтительно ― от примерно 20 мм до примерно 25 мм. Поверхность нагревателя, на которой размещен нагревательный элемент, может иметь ширину от примерно 2 мм до примерно 10 мм и предпочтительно ― от примерно 3 мм до примерно 6 мм. Нагреватель может иметь толщину от примерно 0,2 мм до примерно 0,5 мм и предпочтительно ― от 0,3 мм до 0,4 мм. Активная нагревательная область нагревателя, соответствующая тому участку нагревателя, на котором размещен первый участок нагревательного элемента, может иметь длину от 5 мм до 20 мм и предпочтительно ― от 8 мм до 15 мм. Расстояние между держателем нагревателя и первым участком нагревательного элемента может составлять по меньшей мере 2 мм и предпочтительно ― по меньшей мере 2,5 мм. В предпочтительном варианте осуществления расстояние между держателем нагревателя и первым участком нагревательного элемента составляет 3 мм.
Нагревательный элемент может содержать первый участок и второй участок, выполненные таким образом, что при протекании электрического тока через нагревательный элемент, первый участок нагревается до более высокой температуры, чем второй участок, или наоборот. Первый участок нагревательного участка размещен на нагревательной области подложки нагревателя, и второй участок нагревательного участка размещен на поддерживающей области подложки нагревателя. Держатель нагревательного элемента и первый и второй выступы являются смежными с поддерживающей областью подложки нагревателя.
Предпочтительно, второй участок нагревательного участка длиннее, чем первый участок. Иначе говоря, второй участок проходит вдоль длины нагревателя на большее расстояние, чем первый участок.
Второй участок нагревательного участка может иметь длину, например, от 12 мм до 20 мм. Длина определяется относительно продольного направления нагревателя. Второй участок нагревательного участка может иметь длину от примерно 13 мм до примерно 14 мм.
Первый участок нагревательного участка может иметь длину, например, от 8 мм до 12 мм. Второй участок нагревательного участка может иметь длину от примерно 10 мм до примерно 11 мм.
В предпочтительных вариантах осуществления второй участок нагревательного участка может проходить на 13,9 мм плюс-минус 0,5 мм вдоль длины нагревателя, и первый участок электрорезистивного нагревательного элемента может проходить на 10,5 мм плюс-минус 0,5 мм вдоль длины нагревателя.
Первый участок нагревается до более высокой температуры, чем второй участок, в результате протекания электрического тока через нагревательный элемент. В одном варианте осуществления первый участок нагревательного элемента выполнен с возможностью достижения температуры от примерно 300 градусов C до примерно 550 градусов C при использовании. Предпочтительно, нагревательный элемент выполнен с возможностью достижения температуры от примерно 320 градусов C до примерно 350 градусов C.
В электрорезистивном нагревателе количество тепла, генерируемого нагревателем, зависит от сопротивления нагревательного элемента. Чем выше сопротивление нагревательного элемента, тем больше производится тепла при заданном токе. Желательно, чтобы основная часть производимого тепла производилась первым участком. Соответственно, желательно, чтобы первый участок нагревательного элемента имел большее электрическое сопротивление на единицу длины, чем второй участок нагревательного элемента.
Предпочтительно, нагревательный элемент содержит участки, образованные из различных материалов. Первый участок нагревательного элемента может быть образован из первого материала, а второй участок нагревательного элемента может быть образован из второго материала, причем коэффициент удельного электрического сопротивления первого материала больше, чем у второго материала. Например, первый материал может представлять собой Ni-Cr (никель-хром), платину, вольфрам или проволоку из сплава, а второй материал может представлять собой золото, серебро или медь. Размеры первого и второго участков нагревательного элемента также могут отличаться для обеспечения более низкого электрического сопротивления на единицу длины на втором участке.
Материалы для первого и второго участков нагревательного элемента могут быть выбраны с учетом их тепловых свойств, а также их электрических свойств. Предпочтительно, второй участок нагревательного элемента может иметь более низкую теплопроводность с целью уменьшения теплопередачи от нагревательной области на держатель нагревателя. Соответственно, выбор материала для второго участка нагревательного элемента может быть осуществлен таким образом, чтобы обеспечить баланс между высокой электропроводностью и низкой теплопроводностью по меньшей мере в области между первым участком нагревательного элемента и держателем нагревателя. На практике было обнаружено, что хорошим выбором материала для второго участка нагревательного элемента является золото. В качестве альтернативы, материал второго участка может содержать серебро.
Предпочтительно, второй участок нагревательного элемента может содержать две секции, каждая из которых отдельно соединена с первым участком нагревательного элемента для образования линии электрического тока от одной секции второго участка до первого участка и далее до другой секции второго участка. Держатель нагревателя может окружать обе секции второго участка. Разумеется, второй участок может содержать более двух участков, каждый из которых электрически соединен с первым участком.
Нагревательный элемент может содержать третий участок, выполненный с возможностью электрического соединения с источником питания и расположенный на противоположной стороне нагревательного элемента относительно первого участка нагревательного элемента. Третий участок может быть образован из материала, который отличается от материалов первого и второго участков и может быть выбран для обеспечения низкого электрического сопротивления и хороших соединительных свойств, например хорошей способности к пайке. На практике было обнаружено, что хорошим выбором материала для третьего участка является серебро. В альтернативном варианте, в качестве материала для третьего участка может использоваться золото. Третий участок может содержать множество секций, каждая из которых соединена с секцией второго участка нагревательного элемента.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, предложено образующее аэрозоль устройство, содержащее удлиненную полость для размещения в ней образующего аэрозоль изделия и вышеописанный модуль нагревательного элемента. Нагревательный участок нагревательного элемента выполнен с возможностью прохождения в указанную полость с обеспечением возможности его вставки в образующее аэрозоль изделия, размещенное в указанной полости.
В контексте данного документа термин «образующее аэрозоль устройство» относится к устройству, которое взаимодействует с образующим аэрозоль субстратом с целью образования аэрозоля. Образующий аэрозоль субстрат может представлять собой часть образующего аэрозоль изделия, например часть курительного изделия. Образующее аэрозоль устройство может представлять собой курительное устройство, которое взаимодействует с образующим аэрозоль субстратом образующего аэрозоль изделия с целью образования аэрозоля, непосредственно вдыхаемого в легкие пользователя через рот пользователя. Образующее аэрозоль устройство может представлять собой держатель.
Держатель нагревательного элемента может образовывать поверхность, закрывающую один конец указанной полости.
Устройство предпочтительно представляет собой портативное или ручное устройство, которое удобно держать между пальцами одной руки. Устройство может иметь по существу цилиндрическую форму и оно может иметь 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 из граней. 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 курительное устройство с электрическим нагревом.
Устройство может содержать другие нагреватели, в дополнение к модулю нагревательного элемента согласно первому аспекту. Например, устройство может содержать внешний нагреватель, расположенный вокруг периметра указанной полости. Внешний нагреватель может иметь любую подходящую форму. Например, внешний нагреватель может иметь форму одного или более листов гибкой нагревательной фольги на диэлектрической подложке, такой как полиимидная подложка. Листам гибкой нагревательной фольги может быть придана форма, соответствующая периметру указанной полости. В качестве альтернативы, внешний нагреватель может иметь форму металлической решетки или решеток, гибкой печатной схемной платы, формованного соединительного устройства (MID), керамического нагревателя, гибкого нагревателя из углеродного волокна, или он может быть выполнен с использованием технологии нанесения покрытий, такой как плазменное осаждение из газовой фазы, на подложке подходящей формы. Внешний нагреватель может быть также образован с использованием металла, имеющего заданную зависимость между температурой и удельным сопротивлением. В таком иллюстративном устройстве металл может быть выполнен в виде дорожки между двумя слоями подходящих изоляционных материалов. Образованный таким образом внешний нагреватель может использоваться как для нагрева, так и для контроля температуры внешнего нагревателя во время работы.
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 качестве альтернативы, 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.
Элемент управления может представлять собой простой переключатель. Указанный переключатель может представлять собой активируемый затяжкой переключатель, такой как микрофон. В качестве альтернативы, элемент управления может представлять собой электрическую схему, и он может содержать один или более микропроцессоров или микроконтроллеров.
В третьем аспекте настоящего изобретения предложена образующая аэрозоль система, содержащая образующее аэрозоль устройство согласно второму аспекту настоящего изобретения и одно или несколько образующих аэрозоль изделий, выполненных с возможностью размещения в полости образующего аэрозоль устройства. Образующее аэрозоль изделие содержит образующий аэрозоль субстрат.
Образующая аэрозоль система может содержать нагреваемое образующее аэрозоль изделие, содержащее множество компонентов, в том числе образующий аэрозоль субстрат, размещенный внутри обертки с образованием стержня, имеющего подносимый ко рту конец и дальний конец, расположенный раньше по ходу потока относительно подносимого ко рту конца. Раньше по ходу потока относительно образующего аэрозоль субстрата внутри указанной обертки может быть размещена полая трубка, внешний диаметр которой может составлять от 5 мм до 15 мм, а длина ― от 5 мм до 15 мм. Нагреватель образующего аэрозоль устройства имеет длину, достаточную для прохождения через просвет полой трубки и проникновения в образующий аэрозоль субстрат, когда образующее аэрозоль изделие соединено с образующим аэрозоль устройством.
Полая трубка может быть жесткой, и она может быть образована из по существу негорючего материала. В данном документе под негорючим материаломподразумевается материал, который сложно или невозможно поджечь посредством пламени с температурой от 800°C до 1700 °C, обычно ― в диапазоне от 800°C до 1200 °C. В целом, любой материал, который по существу не выделяет токсичного или иного вредного или нежелательного соединения в температурном диапазоне от примерно 800°C до 1200°C или до 1700°C, относится к по существу негорючим материалам, упоминаемым в данном документе.
Один конец полой трубки может быть закрыт прокалываемой пленкой. Полая трубка имеет ближний конец и дальний конец. Прокалываемая пленка может закрывать дальний конец полой трубки. Прокалываемая пленка может закрывать ближний конец полой трубки. Полая трубка, закрытая прокалываемой пленкой, может защищать дальний конец указанного стержня от возгорания в случае, если пользователь подносит пламя и осуществляет затяжку на подносимом ко рту конце изделия. Тепло от пламени воздействует на полую трубку, которая является негорючей. Образующий аэрозоль субстрат, расположенный дальше по ходу потока относительно полой трубки, меньше подвержен нагреву до температуры возгорания, чем если бы он располагался на дальнем конце нагреваемого образующего аэрозоль изделия. Дополнительно, прокалываемая пленка способствует предотвращению втягивания воздуха через указанный стержень. Таким образом снижен риск случайного или непреднамеренного поджигания образующего аэрозоль субстрата.
Предпочтительно, полая трубка представляет собой жесткую полую трубку, образованную из полимера, металла или керамики. Жесткая полая трубка предпочтительно образована из материала, выбранного из перечня, состоящего из металлической фольги, керамики, высоконаполненной бумаги, ацетилцеллюлозы и полимера, представляющего собой полиарилэфиркетон (PAEK).
Образующее аэрозоль изделие может представлять собой курительное изделие. Во время работы курительное изделие, содержащее образующий аэрозоль субстрат, может частично находиться внутри образующего аэрозоль устройства.
Курительное изделие может иметь по существу цилиндрическую форму. Курительное изделие может быть по существу удлиненным. Курительное изделие может иметь направление длины и окружное направление, по существу перпендикулярное направлению длины. Образующий аэрозоль субстрат может иметь по существу цилиндрическую форму. Образующий аэрозоль субстрат может быть по существу удлиненным. Образующий аэрозоль субстрат также может иметь направление длины и окружное направление, по существу перпендикулярное направлению длины.
Курительное изделие может иметь общую длину от примерно 30 мм до примерно 100 мм. Курительное изделие может иметь внешний диаметр от примерно 5 мм до примерно 12 мм. Курительное изделие может содержать фильтрующую заглушку. Фильтрующая заглушка может быть расположена на дальнем по ходу потока конце курительного изделия. Фильтрующая заглушка может представлять собой ацетилцеллюлозную фильтрующую заглушку. Фильтрующая заглушка в одном варианте осуществления имеет длину примерно 7 мм, однако она может иметь длину от примерно 5 мм до примерно 10 мм.
В одном варианте осуществления курительное изделие имеет общую длину примерно 45 мм. Курительное изделие может иметь внешний диаметр примерно 7,2 мм. Кроме того, образующий аэрозоль субстрат может иметь длину примерно 10 мм. В качестве альтернативы, образующий аэрозоль субстрат может иметь длину примерно 12 мм. Кроме того, диаметр образующего аэрозоль субстрата может составлять от примерно 5 мм до примерно 12 мм. Курительное изделие может содержать внешнюю бумажную обертку. Кроме того, курительное изделие может содержать разделитель между образующим аэрозоль субстратом и фильтрующей заглушкой. Указанный разделитель может иметь размер примерно 18 мм, однако он может иметь размер в диапазоне от примерно 5 мм до примерно 25 мм.
Образующий аэрозоль субстрат может представлять собой твердый образующий аэрозоль субстрат. В качестве альтернативы, образующий аэрозоль субстрат может содержать как твердые, так и жидкие компоненты. Образующий аэрозоль субстрат может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие ароматические соединения табака, которые высвобождаются из субстрата при нагреве. В качестве альтернативы, образующий аэрозоль субстрат может содержать нетабачный материал. Образующий аэрозоль субстрат может дополнительно содержать образователь аэрозоля, который способствует образованию плотного и стабильного аэрозоля. Примерами подходящих образователей аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль.
Если образующий аэрозоль субстрат представляет собой твердый образующий аэрозоль субстрат, то этот твердый образующий аэрозоль субстрат может содержать, например, одно или более из следующего: порошок, гранулы, шарики, крупицы, тонкие трубки, полоски или листы, содержащие одно или более из следующего: травяные листья, табачные листья, фрагменты табачных жилок, восстановленный табак, гомогенизированный табак, экструдированный табак, литой листовой табак и расширенный табак. Твердый образующий аэрозоль субстрат может иметь рассыпную форму или он может быть обеспечен в подходящей таре или картридже. При необходимости, твердый образующий аэрозоль субстрат может содержать дополнительные табачные или нетабачные летучие ароматические соединения, высвобождаемые при нагреве субстрата. Твердый образующий аэрозоль субстрат может также содержать капсулы, которые содержат, например, дополнительные табачные или нетабачные летучие ароматические соединения, и такие капсулы могут плавиться во время нагрева твердого образующего аэрозоль субстрата.
В контексте данного документа термин «гомогенизированный табак» относится к материалу, образованному в результате агломерирования табака в виде частиц. Гомогенизированный табак может иметь форму листа. Содержание образователя аэрозоля в гомогенизированном табачном материале может составлять более 5% в пересчете на сухой вес. В качестве альтернативы, содержание образователя аэрозоля в гомогенизированном табачном материале может составлять от 5% до 30% в пересчете на сухой вес. Листы гомогенизированного табачного материала могут быть образованы в результате агломерирования табака в виде частиц, полученного путем размола или иного смешения пластин табачного листа и/или жилок табачного листа. В качестве альтернативы или дополнительно, листы гомогенизированного табачного материала могут содержать одно или более из следующего: табачная пыль, табачная мелочь и другие табачные отходы в виде частиц, образующиеся, 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, что способствует агломерированию табака в виде частиц; в качестве альтернативы или дополнительно, листы гомогенизированного табачного материала могут содержать другие добавки, включая, но без ограничения, табачные и нетабачные волокна, образователи аэрозоля, увлажнители, пластификаторы, ароматизаторы, наполнители, водные и неводные растворители и их сочетания.
При необходимости, твердый образующий аэрозоль субстрат может быть размещен на термостабильном носителе или встроен в него. Носитель может иметь форму порошка, гранул, шариков, крупиц, тонких трубочек, полосок или листов. В качестве альтернативы, носитель может представлять собой трубчатый носитель, имеющий тонкий слой твердого субстрата, нанесенный на его внутреннюю поверхность и/или на его внешнюю поверхность. Такой трубчатый носитель может быть выполнен, например, из бумаги или бумагообразного материала, нетканого мата из углеродных волокон, легкой металлической сетки с открытыми ячейками, или перфорированной металлической фольги, или любой другой термостабильной полимерной матрицы.
В особо предпочтительном варианте осуществления образующий аэрозоль субстрат содержит собранный гофрированный лист гомогенизированного табачного материала. В контексте данного документа термин «гофрированный лист» обозначает лист, имеющий множество по существу параллельных складок или гофров. Предпочтительно, в случае, когда образующее аэрозоль изделие собрано, указанные существу параллельные складки или гофры проходят вдоль или параллельно продольной оси образующего аэрозоль изделия. Это обеспечивает преимущество, состоящее в облегчении собирания гофрированного листа гомогенизированного табачного материала для получения образующего аэрозоль субстрата. Тем не менее, следует иметь в виду, что гофрированные листы гомогенизированного табачного материала для включения в образующее аэрозоль изделие могут, в качестве альтернативы или дополнительно, иметь множество по существу параллельных складок или гофров, которые расположены под острым или тупым углом к продольной оси образующего аэрозоль изделия, когда это образующее аэрозоль изделие собрано. В некоторых вариантах осуществления образующий аэрозоль субстрат может содержать собранный лист гомогенизированного табачного материала, который по существу равномерно текстурирован по существу по всей его поверхности. Например, образующий аэрозоль субстрат может содержать собранный гофрированный лист гомогенизированного табачного материала, содержащий множество по существу параллельных складок или гофров, которые разнесены по существу равномерно по ширине листа.
Твердый образующий аэрозоль субстрат может быть нанесен на поверхность носителя в виде, например, листа, пены, геля или суспензии. Твердый образующий аэрозоль субстрат может быть нанесен на всю поверхность носителя или, в качестве альтернативы, он может быть нанесен в виде рисунка с целью обеспечения неоднородной доставки аромата во время использования.
Образующая аэрозоль система представляет собой комбинацию образующего аэрозоль устройства и одного или более образующих аэрозоль изделий для использования вместе с устройством. Тем не менее, образующая аэрозоль система может включать в себя дополнительные компоненты, например такие, как зарядное устройство для зарядки встроенного источника электропитания в электрически управляемом или электрическом образующем аэрозоль устройстве.
Любой признак в одном аспекте настоящего изобретения может быть применен к другим аспектам настоящего изобретения в любой подходящей комбинации. В частности, аспекты способа могут быть применены к аспектам устройства, и наоборот. Более того, любые, некоторые и/или все признаки в одном аспекте могут быть применены к любым, некоторым и/или всем признакам в любом другом аспекте в любой подходящей комбинации.
Также следует иметь в виду, что отдельно взятые комбинации различных признаков, описанных и определенных в любых аспектах настоящего изобретения, могут быть реализованы, и/или предоставлены, и/или использованы независимо.
Настоящее изобретение будет дополнительно описано исключительно на примерах, со ссылками на сопроводительные графические материалы, на которых:
на фиг. 1 показана часть варианта осуществления образующего аэрозоль устройства, содержащая модуль нагревательного элемента;
на фиг. 2 показан детальный вид в плане компонента нагревательного элемента в модуле нагревательного элемента, показанном на фиг. 1;
на фиг. 3 показан детальный вид в плане модуля нагревательного элемента, показанного на фиг. 1;
на фиг. 4 показан вид сбоку модуля нагревательного элемента, показанного на фиг. 3;
на фиг. 5 показан вид с торца модуля нагревательного элемента, показанного на фиг. 3 и 4; и
на фиг. 6 показано схематичное изображение образующего аэрозоль изделия для использования в образующем аэрозоль устройстве.
На фиг. 1 показана часть варианта осуществления образующего аэрозоль устройства 10, содержащая модуль 100 нагревательного элемента. Образующее аэрозоль устройство 10 показано в соединении с образующим аэрозоль изделием 20 для потребления этого образующего аэрозоль изделия 20 пользователем.
Образующее аэрозоль устройство 10 содержит удлиненный корпус 12 для размещения в нем образующего аэрозоль изделия 20 с целью потребления. Ближний конец 13 корпуса 12 открыт для обеспечения возможности доступа к образующему аэрозоль изделию 20. Дальний конец 14 корпуса 14 закрыт модулем 100 нагревательного элемента, содержащим нагревательный элемент 95. Нагревательный элемент 95 удерживается с помощью держателя 110 нагревательного элемента таким образом, что нагревательный участок нагревательного элемента 95 расположен внутри корпуса 12. Нагревательная область расположена с возможностью соединения с дальним концом образующего аэрозоль изделия, когда это образующее аэрозоль изделие 20 полностью размещено внутри корпуса 12.
Нагревательный элемент 95 имеет форму лезвия, заканчивающегося острием 91. Иначе говоря, размер нагревательного элемента 95 по длине больше, чем его размер по ширине, который больше, чем его размер по толщине. Первая и вторая грани 97, 98 нагревательного элемента 95 образованы поперечным и продольным направлениями нагревательного элемента. От первой поверхности держателя 110 отходят вверх первый и второй выступы 115, 116. Эти первый и второй выступы 115, 116 соответственно примыкают к первой и второй граням 97, 98 нагревательного элемента 95. Выступы 115, 116 действуют таким образом, чтобы стабилизировать нагревательный элемент 95 по отношению к напряжениям, создаваемым в результате отклонения и скручивания нагревательного элемента 95. В приведенной ниже таблице 1.0 показаны результаты сравнения значений отклонения и усилия, требующихся для вывода из строя, между нагревательным элементом без стабилизирующих выступов и нагревательным элементом со стабилизирующими выступами. Для испытаний использовалась система Instron 5565 испытания материалов. Испытательная установка выполнена с возможностью приложения перпендикулярного усилия к нагревательному элементу вблизи острия 91 с помощью клиновидной испытательной головки. Испытательная головка опускалась со скоростью примерно 0,1 мм в минуту, и начальная нагрузка, прикладываемая к нагревательной области, составляла 0,1 Н. Как можно видеть из результатов испытаний, показанных в таблице 1.0, испытание было повторено 5 раз для нагревательных элементов каждого типа. Показано, что нагревательный элемент согласно настоящему изобретению имеет более высокое сопротивление усилию перед выходом из строя, более низкую величину отклонение и более низкое напряжение изгиба.
<b>Тип нагревательного элемента</b>
<b>№ испытания</b>
<b>Толщина (мм)</b>
<b>Ширина (мм)</b>
<b>Разрушающее усилие (Н)</b>
<b>Отклонение (мм)</b>
<b>Напряжение изгиба (МПа) </b>
Нагревательный элемент со стабилизирующими выступами
1
0,40
4,90
5.3
1,50
487
2
0,38
4,86
5,4
1,50
554
3
0,39
4,87
5,2
1,30
505
4
0,40
4,78
5,4
1,30
508
5
0,39
4,94
6,0
1,40
575
Среднее
0,39
4,87
<b>5,5</b>
<b>1,40</b>
<b>526</b>
Среднеквадратичное отклонение
0,01
0,06
0.3
0,10
37
Нагревательный элемент без стабилизирующих выступов
1
0,40
4,82
5,6
1,80
523
2
0,37
4,88
5,3
1,40
571
3
0,37
4,92
5,2
1,50
556
4
0,36
4.90
5.0
1,40
567
5
0,37
4,88
5,0
1,30
539
Среднее
0,37
4,88
<b>5,2</b>
<b>1,48</b>
<b>551</b>
Среднеквадратичное отклонение
0,02
0.04
0.2
0,19
20
Таблица 1.0
Нагревательный элемент содержит два нагревательных участка 100 и 102. Нагревательный участок 200, смежный с первым и вторым выступами 115, 116, имеет электрическое сопротивление меньше, чем электрическое сопротивление нагревательного участка 202. При использовании это означает, что нагревательный участок 202 нагревается до более высокой температуры, чем нагревательный участок 200, при одном и том же токе в обоих этих участках.
Образующее аэрозоль устройство 10 содержит источник питания и электронную схему (не показана), которые обеспечивают возможность активации нагревательного элемента 95. Указанная активация может осуществлять вручную или она может происходить автоматически в ответ на осуществление пользователем затяжки на образующем аэрозоль изделии.
Иллюстративное образующее аэрозоль изделие, показанное на фиг. 1, может быть описано следующим образом.
Изделие 20 содержит пять элементов: жесткую полую трубку 302, образующий аэрозоль субстрат 304, полую ацетилцеллюлозную трубку 306, передаточную секцию 308 и мундштучный фильтр 310. Эти пять элементов расположены последовательно, выровнены коаксиально и объединены посредством сигаретной бумаги 312 с образованием стержня. В собранном состоянии изделие 20 может иметь длину от 45 миллиметров до 52 миллиметров и диаметр 7,2 миллиметра.
Жесткая полая трубка 302 представляет собой керамическую трубку длиной 7 миллиметров.
Образующий аэрозоль субстрат 304 расположен дальше по ходу потока относительно жесткой полой трубки 302 и содержит пачку гофрированного литого листового табака, обернутую в фильтровальную бумагу. Литой листовой табак содержит добавки, в том числе глицерин в качестве образующей аэрозоль добавки.
Ацетилцеллюлозная трубка 306 размещена непосредственно после образующего аэрозоль субстрата 304 по ходу потока и образована из ацетилцеллюлозы. Трубка 306 образует отверстие диаметром 3.3 миллиметра. Одна из функций трубки 306 состоит в размещении образующего аэрозоль субстрата 304 в направлении дальнего конца изделия 20 таким образом, чтобы обеспечить возможность его приведения в контакт с нагревательным элементом. Трубка 306 действует таким образом, чтобы предотвратить смещение образующего аэрозоль субстрата 304 вдоль изделия 20 в направлении подносимого ко рту конца при вставке нагревательного элемента.
Передаточная секция 308 содержит тонкостенную трубку длиной 18 миллиметров. Передаточная секция 308 обеспечивает возможность прохождения летучих веществ, высвобождающихся из образующего аэрозоль субстрата 304, вдоль изделия 20 в направлении подносимого ко рту конца 20. Летучие вещества могут охлаждаться в передаточной секции 308 с образованием аэрозоля. Вместо передаточной секции может использоваться элемент для охлаждения аэрозоля, такой как гофрированный и собранный лист из полимолочной кислоты.
Мундштучный фильтр 310 представляет собой обычный мундштучный фильтр, образованный из ацетилцеллюлозного жгута и имеющий длину 7 миллиметров.
Пять вышеуказанных элементов объединены путем их плотного обертывания в сигаретную бумагу 312. Бумага в этом конкретном варианте осуществления представляет собой стандартную сигаретную бумагу, имеющую стандартные свойства или классификацию. Бумага в этом конкретном варианте осуществления представляет собой обычную сигаретную бумагу.
Когда образующее аэрозоль изделие 20 вдавливают внутрь корпуса 12, острие 91 нагревательного элемента 95 взаимодействует с образующим аэрозоль субстратом 304. В результате приложения усилия к образующему аэрозоль изделию второй нагревательный участок 202 проникает внутрь образующего аэрозоль субстрата 304. Когда образующее аэрозоль изделие 20 надлежащим образом соединено с образующим аэрозоль устройством 10, второй нагревательный участок 202 оказывается вставленным внутрь образующего аэрозоль субстрата 304. Когда нагревательный элемент 95 активирован, образующий аэрозоль субстрат 30 нагревается и происходит образование или выделение летучих веществ. Когда пользователь осуществляет затяжку на подносимом ко рту конце образующего аэрозоль изделия 20, воздух втягивается внутрь образующего аэрозоль изделия и происходит конденсация летучих веществ с образованием вдыхаемого аэрозоля. Этот аэрозоль проходит через подносимый ко рту конец 22 образующего аэрозоль изделия и поступает в рот пользователя.
На фиг. 2 более детально показан компонент нагревательного элемента 90 в модуле 100 нагревательного элемента. Нагревательный элемент 90 является по существу лезвиеобразным. Иначе говоря, нагревательный элемент имеет длину, которая при использовании проходит вдоль продольной оси образующего аэрозоль изделия, соединенного с нагревательным элементом, а также ширину и толщину. Указанная ширина больше указанной толщины. Нагревательный элемент 90 заканчивается острием или шипом 91 для проникновения в образующее аэрозоль изделие 20. Нагревательный элемент 90 содержит электроизоляционную подложку 92, которая задает форму нагревательного элемента 90. Электроизоляционный материал может представлять собой, например, оксид алюминия (Al2O3) или стабилизированный диоксид циркония (ZrO2). Специалистам в данной области техники будет очевидно, что электроизоляционный материал может представлять собой любой подходящий электроизоляционный материал, и что многие керамические материалы пригодны для использования в качестве электроизоляционной подложки.
На поверхность электроизоляционной подложки 92 методом металлизации нанесены дорожки 93 из электропроводного материала. Дорожки 93 образованы из тонкого слоя платины. Для дорожек может использоваться любой подходящий электропроводный материал, и перечень подходящих материалов включает в себя множество металлов, в том числе золото, которые хорошо известны специалистам. Один конец каждой из дорожек 93 соединен источником питания с помощью первого контакта 94, и другой конец каждой из дорожек 93 соединен с источником питания с помощью второго контакта 96. При протекании тока через дорожки 93 происходит резистивный нагрев. В результате нагревается весь нагревательный элемент 90 и область вокруг него. При отключении протекания тока через дорожки 93 нагревательного элемента 90, резистивный нагрев прекращается и температура нагревательного элемента 90 быстро снижается.
На фиг. 3, 4 и 5 показан модуль 100 нагревательного элемента, содержащий нагревательный элемент 90, установленный в держателе 110 нагревательного элемента. Нагревательный элемент 90 установлен в полимерном держателе 110. Нагревательный участок 95 нагревательного элемента 90 проходит перпендикулярно от первой поверхности 111 модуля 110 нагревательного элемента. Задний участок нагревательного элемента 90, содержащий электрические контакты 94, 96, проходит перпендикулярно от второй поверхности 112 держателя 110. Нагревательный элемент 90 надежно удерживается на месте держателем 110. От первой поверхности 111 держателя 110 перпендикулярно проходят два куполообразных выступа. Эти выступы примыкают к первой 97 и второй 98 граням нагревательного участка 95 нагревательного элемента 90. При включении в образующее аэрозоль устройство (например, как показано на фиг. 1), нагревательный участок 95 нагревательного элемента 90 в модуле нагревательного элемента располагается внутри корпуса 12 с целью контакта с образующим аэрозоль изделием.
На фиг. 6 показано альтернативное нагреваемое образующее аэрозоль изделие 600, которое может использоваться с вышеописанным образующим аэрозоль устройством. Образующее аэрозоль изделие 600 содержит четыре коаксиально выровненных элемента: жесткую полую трубку 602, образующий аэрозоль субстрат 604, элемент 606 для охлаждения аэрозоля и мундштук 608. Эти четыре элемента расположены последовательно и окружены внешней оберткой 610 с образованием нагреваемого образующего аэрозоль изделия 600. Образующее аэрозоль изделие 600 имеет ближний конец или подносимый ко рту конец 612, который пользователь вводит в свой рот во время использования, и дальний конец 614, расположенный на противоположном конце образующего аэрозоль изделия 600 относительно подносимого ко рту конца 612.
Дальний конец 614 образующего аэрозоль изделия может быть также описан как расположенный раньше по ходу потока конец образующего аэрозоль изделия 600, и подносимый ко рту конец 612 образующего аэрозоль изделия 600 может быть также описан как расположенный дальше по ходу потока конец образующего аэрозоль изделия 600. Элементы образующего аэрозоль изделия 600, расположенные между подносимым ко рту концом 612 и дальним концом 614, могут быть описаны как расположенные раньше по ходу потока относительно подносимого ко рту конца 612 или, в качестве альтернативы, как расположенные дальше по ходу потока относительно дальнего конца 614.
Жесткая полая трубка 602 расположена на самом дальнем или расположенном раньше по потоку конце образующего аэрозоль изделия 600. В изделии, показанном на фиг. 6, жесткая полая трубка 602 представляет собой полую керамическую трубку. Жесткая полая трубка 602 может защищать образующий аэрозоль субстрат от пламени, воздействующего на дальний конец изделия 600, обеспечивая таким образом средства для снижения вероятности случайного возгорания.
В изделии, показанном на фиг. 6, образующий аэрозоль субстрат 604 содержит собранный лист гофрированного гомогенизированного табачного материала, окруженный оберткой. Гофрированный лист гомогенизированного табачного материала содержит глицерин в качестве образователя аэрозоля.
Элемент 606 для охлаждения аэрозоля расположен непосредственно после образующего аэрозоль субстрата 604 по ходу потока и примыкает к образующему аэрозоль субстрату 604. При использовании летучие вещества, высвобождающиеся из образующего аэрозоль субстрата 604, проходят вдоль элемента 606 для охлаждения аэрозоля в направлении подносимого ко рту конца 612 образующего аэрозоль изделия 600. Летучие вещества могут охлаждаться внутри элемента 606 для охлаждения аэрозоля, с образованием аэрозоля, который вдыхается пользователем. В изделии, показанном на фиг. 6, элемент для охлаждения аэрозоля содержит гофрированный и собранный лист из полимолочной кислоты, окруженный оберткой. Гофрированный и собранный лист из полимолочной кислоты образует множество продольных каналов, которые проходят вдоль длины элемента 606 для охлаждения аэрозоля.
Мундштук 608 расположен непосредственно после элемента 606 для охлаждения аэрозоля по ходу потока и примыкает к элементу 606 для охлаждения аэрозоля. В изделии, показанном на фиг. 6, мундштук 608 содержит обычный фильтр из ацетилцеллюлозного жгута с низкой эффективностью фильтрации.
Для сборки образующего аэрозоль изделия 600, четыре вышеописанных элемента выравнивают и плотно обертывают в перфорированную внешнюю обертку 610. В некоторых вариантах осуществления дальний концевой участок внешней обертки 610 образующего аэрозоль изделия 600 может быть окружен полосой ободковой бумаги.
Образующее аэрозоль изделие 600, показанное на фиг. 6, выполнено с возможностью соединения с образующим аэрозоль устройством, содержащим нагревательный элемент, с целью курения или потребления пользователем. При использовании нагревательный элемент образующего аэрозоль устройства нагревает образующий аэрозоль субстрат 604 образующего аэрозоль изделия 600 до температуры, достаточной для образования аэрозоля, который вытягивается в направлении потока через образующее аэрозоль изделие 600 и вдыхается пользователем.