ПРОНИЦАЕМЫЙ ДЛЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ И КАРТОМАЙЗЕРНЫЙ КАРТРИДЖ ДЛЯ ГЕНЕРИРУЮЩЕЙ АЭРОЗОЛЬ СИСТЕМЫ
FLUID PERMEABLE HEATING UNIT AND CARTOMIZER CARTRIDGE FOR AEROSOL GENERATING SYSTEM

Настоящее изобретение относится к нагревательному узлу и картомайзерному картриджу для использования в генерирующей аэрозоль системе.
Известны курительные системы, в которых табакосодержащий субстрат нагревают, а не сжигают. Известны также курительные системы, в которых никотиносодержащий продукт испаряют, например, с помощью картомайзера, в котором картридж, заключающий в себе образующую аэрозоль жидкость, непосредственно объединен с нагревателем для нагрева и испарения указанной жидкости. Для создания новых курительных ощущений у пользователя, были также разработаны системы, в которых осуществляется нагрев обычных сигарет и их комбинирование с такими картомайзерами. Однако эти системы придают мало табачного оттенка аэрозолю.
Существует необходимость в таких системах для испарения образующей аэрозоль жидкости, которые обеспечивали бы улучшенные ощущения от курения. В частности, существует необходимость в таких системах, которые придавали бы улучшенный табачный аромат аэрозолю.
Согласно настоящему изобретению, предложен проницаемый для текучей среды нагревательный узел для использования в генерирующих аэрозоль системах. Проницаемый для текучей среды нагревательный узел содержит основание, содержащее отверстие, проходящее через основание, и электропроводную ниточную структуру, расположенную поверх указанного отверстия. Основание содержит твердый образующий аэрозоль субстрат, расположенный на основании. Основание содержит также теплопроводный материал, выполненный с возможностью передачи тепла от электропроводной ниточной структуры к твердому образующему аэрозоль субстрату.
Проницаемые для текучей среды нагреватели обычно используются в комбинации с жидкостным резервуаром для нагрева и испарения образующей аэрозоль жидкости, например никотиносодержащей жидкости, путем нагрева ниточной структуры в нагревательном узле.
Благодаря наличию нагревательного узла с твердым образующим аэрозоль субстратом, обеспечивается возможность добавления веществ из нагретого твердого образующего аэрозоль субстрата в аэрозоль, образуемый испаренной жидкостью, нагретой с помощью ниточной структуры нагревательного узла. Таким образом обеспечивается возможность изменения ощущений от курения предпочтительно без внесения иных изменений в операцию испарения образующей аэрозоль жидкости посредством нагревательного узла. В частности, обеспечивается возможность добавления в аэрозоль табачных ароматизаторов, заранее включенных в твердый субстрат, содержащий табак или табачный материал.
В дополнение, обеспечивается возможность использования остаточного тепла от ниточной структуры для нагрева твердого образующего аэрозоль субстрата.
Таким образом, указанные нагревательные узлы способны обеспечивать высокую эффективность энергопотребления, обусловленную возможностью использования остаточного тепла, недоступного для испарения жидкости посредством ниточной структуры, для испарения веществ из твердого субстрата на нагревателе, в частности ароматизаторов, таких как табачный ароматизатор.
Использование остаточного тепла от ниточной структуры может быть особенно полезным в случае использования нагревателей, имеющих значительные потери тепла из ниточной структуры в область вокруг нагревателя. Например, в случае нагревателей, использующих несколько сетчатых полос, расположенных параллельно, часто происходит нагрев также области вокруг нагревателя.
Благодаря нагревательному узлу согласно настоящему изобретению, обеспечивается возможность испарения образующей аэрозоль жидкости и генерирования дополнительных испаряемых веществ из твердого субстрата с использованием того же самого количества энергии, которое требуется для испарения жидкости. Кроме того, обеспечивается возможность использования менее эффективных и потенциально менее дорогих нагревателей для испарения жидкости без потерь тепла, генерируемого такими нагревателями.
В контексте данного документа термин «образующий аэрозоль субстрат» относится к субстрату, способному выделять летучие соединения, которые способны образовывать аэрозоль. Такие летучие соединения могут выделяться в результате нагрева образующего аэрозоль субстрата.
Твердый образующий аэрозоль субстрат может быть обеспечен в форме образующего аэрозоль листа, нанесенного на основание нагревательного узла.
Твердый образующий аэрозоль субстрат может быть обеспечен в форме покрытия основания.
Твердый образующий аэрозоль субстрат может быть нанесен на основание нагревательного узла до, во время или после сборки нагревательного узла. Предпочтительно, твердый образующий аэрозоль субстрат наносят на нагревательный узел после сборки нагревательного узла. Предпочтительно, твердый образующий аэрозоль субстрат обеспечивают на нагревательном узле, за исключением области ниточной структуры, размещенной в отверстии основания.
Предпочтительно, твердый образующий аэрозоль субстрат размещают на верхней стороне основания нагревательного узла. Твердый образующий аэрозоль субстрат может быть размещен на верхней стороне основания, за исключением указанного отверстия. Твердый образующий аэрозоль субстрат может быть размещен лишь на верхней стороне основания. Твердый образующий аэрозоль субстрат может быть размещен на всей верхней стороне основания.
Предпочтительно, твердый образующий аэрозоль субстрат размещен по меньшей мере на контактных участках ниточной структуры. Обычно контактные участки ниточной структуры включают в себя противоположные концы ниточной структуры. Контактные участки могут проходить поверх основания нагревательного узла с противоположных сторон от отверстия в основании. Твердый образующий аэрозоль субстрат может быть размещен лишь на контактных участках ниточной структуры.
Благодаря нанесению покрытия из образующего аэрозоль субстрата на основание, обеспечивается очень плотный и непосредственный физический контакт между субстратным покрытием и основанием или между покрытием и контактными областями основания. Таким образом оптимизируется теплопередача от основания к покрытию. Благодаря плотному контакту, обеспечивается быстрый нагрев покрытия.
Благодаря оснащению основания листом образующего аэрозоль субстрата, например литым листом, обеспечивается возможность изготовления указанного листа независимо от нагревательного узла. Часть листа, подлежащая нанесению на нагреватель, может быть вырезана с точными требуемыми размерами, и она может быть размещена на нагревателе в тех областях, для которых она предназначена.
Предпочтительно, материал основания содержит одно покрытие из образующего аэрозоль субстрата или один лист из образующего аэрозоль субстрата.
Действие твердого образующего аэрозоль субстрата может зависеть от нагрева, но также и от толщины и консистенции твердого образующего аэрозоль субстрата, например от процесса нанесения покрытия или процесса наложения.
Толщина покрытия из образующего аэрозоль субстрата может составлять от 80 микрометров до 1 миллиметра, предпочтительно от 100 микрометров до 600 микрометров, например от 100 микрометров до 400 микрометров.
Лист из образующего аэрозоль субстрата может иметь толщину от 0,1 миллиметра до 2 миллиметров, предпочтительно от 0,3 миллиметра до 1,5 миллиметра, например, 0,8 миллиметра.
Как правило, всякий раз при упоминании значения по всей данной заявке следует понимать, что данное значение раскрыто однозначным образом. Однако следует также понимать, что по техническим соображениям значение не обязательно представляет собой точное значение.
Покрытие может быть нанесено на нагревательный узел с помощью известных процессов нанесения покрытия, подходящих для нанесения покрытия на материал основания с использованием суспензии образующего аэрозоль субстрата.
Предпочтительно, нанесение покрытия из образующего аэрозоль субстрата осуществляют с помощью одного из следующего: осаждение, нанесение методом погружения, напыление, окрашивание или литье суспензии из образующего аэрозоль субстрата на непокрытое основание.
Эти способы нанесения покрытия представляют собой стандартные и надежные промышленные процессы, которые обеспечивают возможность массового производства объектов с покрытием. Эти процессы нанесения покрытия обеспечивают также возможность достижения высокой стабильности параметров производства и воспроизводимости характеристик нагревательного узла.
Твердый образующий аэрозоль субстрат может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, которые выделяются из субстрата при нагреве. В качестве альтернативы, образующий аэрозоль субстрат может содержать нетабачный материал. Образующий аэрозоль субстрат может дополнительно содержать вещество для образования аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль.
Образующий аэрозоль субстрат может содержать по меньшей мере одно из следующего: листья ароматических трав, табачные листья, фрагменты табачных жилок, восстановленный табак, гомогенизированный табак, экструдированный табак и расширенный табак.
Твердый образующий аэрозоль субстрат может также содержать микрокапсулы, которые содержат, например, дополнительные табачные или нетабачные летучие ароматические соединения, и такие микрокапсулы могут плавиться при нагреве твердого образующего аэрозоль субстрата.
Твердый образующий аэрозоль субстрат может содержать один или более листов гомогенизированного табачного материала. Предпочтительно, твердый образующий аэрозоль субстрат представляет собой лист гомогенизированного табачного материала.
Табакосодержащая суспензия и табачный лист, а также покрытие, изготовленное из табакосодержащей суспензии, содержат табачные частицы, волоконные частицы, вещество для образования аэрозоля, связующее, а также, например, ароматизаторы.
Предпочтительно, образующий аэрозоль табачный субстрат представляет собой табачный лист, содержащий табачный материал, волокна, связующее и вещество для образования аэрозоля. Предпочтительно, табачный лист представляет собой литой лист. Литой лист имеет форму восстановленного табака, который образован из суспензии, содержащей табачные частицы, волоконные частицы, вещество для образования аэрозоля, связующее, а также, например, ароматизаторы.
Предпочтительно, покрытие представляет собой форму восстановленного табака, который образован из табакосодержащей суспензии.
Табачные частицы могут иметь форму табачной пыли, имеющей частицы с размером порядка от 30 микрометров до 250 микрометров, в зависимости от требуемой толщины покрытия или требуемой толщины листа и литьевого зазора, причем литьевой зазор обычно определяет толщину листа.
Волоконные частицы могут включать в себя материалы черешков табака, стебли или другой табачный растительный материал и другие волокна на основе целлюлозы, такие как древесные волокна, характеризующиеся низким содержанием лигнина.
Вещества для образования аэрозоля, включаемые в суспензию для образования литого листа и покрытия, могут быть выбраны на основе одной или более характеристик. Вещество для образования аэрозоля может быть выбрано на основе его способности, например, сохранять стабильность при комнатной температуре или вблизи нее, но быть способным к испарению при более высокой температуре, например от 40 градусов по Цельсию до 250 градусов по Цельсию. Вещество для образования аэрозоля может также иметь типовые свойства увлажнителя, которые способствуют поддержанию требуемого уровня влажности в образующем аэрозоль субстрате.
Одно или более веществ для образования аэрозоля могут быть объединены для получения преимуществ от одного или более свойств указанных объединяемых веществ для образования аэрозоля. Например, триацетин может быть смешан с глицерином и водой, чтобы получить преимущество, обусловленное способностью триацетина переносить активные компоненты и увлажняющими свойствами глицерина.
Предпочтительно, табакосодержащая суспензия для производства литого листа или суспензии для покрытия образующего аэрозоль субстрата содержит гомогенизированный табачный материал, а также глицерин или пропиленгликоль в качестве вещества для образования аэрозоля. Предпочтительно, образующий аэрозоль субстрат изготавливают из вышеописанной табакосодержащей суспензии.
Предпочтительно, образующий аэрозоль субстрат является пористым для обеспечения выхода испаряемых веществ из субстрата. Твердый субстрат с малой толщиной может быть выбран, например, таким образом, чтобы он имел меньшую пористость, чем твердый субстрат с большей толщиной.
Основание нагревательного узла может содержать любой подходящий материал, и предпочтительно, чтобы этот материал был способен выдерживать высокие температуры (свыше 300 градусов по Цельсию) и резкие изменения температуры.
Предпочтительно, материал основания является нехрупким. Материал основания может обладать капиллярным действием в отношении жидкости, подлежащей испарению.
Основание содержит теплопроводный материал или изготовлено из него. Теплопроводный материал выполнен с возможностью передачи тепла от электропроводной ниточной структуры к твердому образующему аэрозоль субстрату. Основание может быть электропроводным полностью или только в тех областях, где присутствует твердый субстрат. Например, на периферии вокруг отверстия в основании может быть выполнен теплопроводный слой.
С помощью теплопроводного материала в или на основании, обеспечивается возможность поддержки распределения тепла от ниточной структуры. В частности, обеспечивается возможность поддержки более однородного распределения тепла, например, по всей верхней стороне основания.
Теплопроводность представляет собой способность материала проводить тепло. Передача тепла происходит с более низкой скоростью в материалах с низкой теплопроводностью, чем в материалах с высокой теплопроводностью. Теплопроводность материала может зависеть от температуры.
Теплопроводные материалы используются в настоящем изобретении, в частности, в качестве материалов основания или теплопроводных слоев, выполненных на основании. Термин «теплопроводный материал» относится к материалам, имеющим теплопроводность более чем 10 Ватт на (метр × Кельвин), предпочтительно более чем 100 Ватт на (метр × Кельвин), например от 10 до 500 Ватт на (метр × Кельвин).
Подходящие теплопроводные материалы включают в себя, но без ограничения, металлы, например такие, как алюминий, хром, медь, золото, железо, никель и серебро, сплавы, такие как латунь, сталь и нержавеющая сталь, и их комбинации. Теплопроводный материал является предпочтительным с точки зрения передачи тепла и с точки зрения распределения тепла. С помощью теплопроводного материала, размещенного на основании, предпочтительно в качестве опорного материала под твердым образующим аэрозоль субстратом и в плотном контакте с областью нагрева нагревательного узла, обеспечивается возможность использования тепла от нагретой ниточной структуры для нагрева твердого образующего аэрозоль субстрата. Теплопроводный материал обеспечивает также возможность поддержки однородного распределения температуры в твердом образующем аэрозоль субстрате.
Теплопроводный материал может представлять собой, например, керамический материал. В случае, если в качестве теплопроводного материала используется материал, являющийся также электропроводным материалом, таким как металлы или сплавы, ниточная структура должна быть электрически изолирована от электро- и теплопроводного слоя.
Предпочтительно, твердый образующий аэрозоль субстрат представляет собой твердый табакосодержащий образующий аэрозоль субстрат, обеспечивающий возможность присутствия или повышения содержания табачного ароматизатора в аэрозоле, генерируемом в образующем аэрозоль устройстве или системе, с которыми используется указанный нагревательный узел.
Нагревательный узел может представлять собой, например, сетчатый нагреватель.
Предпочтительно, нагревательный узел представляет собой плоский проницаемый для текучей среды нагревательный узел, и ниточная структура представляет собой плоскую ниточную структуру.
Термин «плоский» в отношении нагревательного узла или ниточной структуры используется по всему описанию для обозначения ниточной структуры или плоского нагревательного узла, которые выполнены в виде по существу двухмерного топологического объекта. Таким образом, плоская ниточная структура и плоский нагревательный узел проходят в двух направлениях вдоль поверхности на значительно большую величину, чем в третьем направлении. В частности, размеры плоской ниточной структуры в двух направлениях в пределах поверхности по меньшей мере в 5 раз превышают размер в третьем направлении, перпендикулярном указанной поверхности. Примером плоской ниточной структуры и плоского нагревательного узла является структура между двумя по существу параллельными воображаемыми поверхностями, в которой расстояние между двумя указанными воображаемыми поверхностями значительно меньше, чем протяженность в пределах поверхностей. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления плоская ниточная структура и плоский нагревательный узел являются планарными. В других вариантах осуществления плоская ниточная структура и плоский нагревательный узел изогнуты вдоль одного или более направлений, образуя, например, куполообразную форму или мостовую форму.
Плоская ниточная структура предпочтительно используется в плоском нагревательном элементе, который легко поддается обработке в процессе изготовления и обеспечивает прочную конструкцию.
Термин «нить» используется по всему настоящему описанию для обозначения электрической дорожки, расположенной между двумя электрическими контактами. Нить может произвольным образом разветвляться и расходиться на несколько дорожек или нитей соответственно, или несколько электрических дорожек могут сходиться в одну дорожку. Нить может иметь круглую, квадратную, плоскую или любую другую форму поперечного сечения. Нить может быть расположена прямолинейно или криволинейно.
Термин «ниточная структура» используется по всему настоящему описанию для обозначения структуры из одной или, предпочтительно, из множества нитей. Ниточная структура может представлять собой матрицу из нитей, например, расположенных параллельно друг другу. Предпочтительно, нити могут образовывать сетку. Сетка может быть тканой или нетканой. Предпочтительно ниточная структура имеет толщину от приблизительно 0,5 микрометра до приблизительно 500 микрометров. Ниточная структура может присутствовать, например, в виде решетки из параллельных или крестообразно пересекающихся электропроводных нитей. Нить может быть выполнена как единое целое с электрическими контактами, например она может быть образована из электропроводной фольги, например фольги из нержавеющей стали, которую подвергают травлению для образования нитей или отверстий на центральном участке, а также на боковых участках или на центральной поверхности и боковых поверхностях соответственно.
Предпочтительно ниточная структура выполнена в виде сетки.
2
2
Площадь сетки, матрицы или полотна из электропроводных нитей может быть малой, предпочтительно не более чем 25 мм, что обеспечивает возможность их включения в удерживаемую рукой систему. Сетка, матрица или полотно из электропроводных нитей могут иметь, например, прямоугольную форму и размеры 5 мм на 2 мм. Предпочтительно, сетка или матрица из электропроводных нитей занимает площадь от 10% до 50% от площади нагревательного узла. Более предпочтительно, сетка или матрица из электропроводных нитей занимает площадь от 15% до 25% от площади нагревательного узла. Благодаря тому, что сетка, матрица или материал из электропроводных нитей выполнены с такими размерами, что они занимают от 10% до 50% площади или имеют площадь не более чем 25 мм, снижается общая величина мощности, необходимая для нагрева указанных сетки, матрицы или полотна из электропроводных нитей, при одновременном обеспечении достаточного контакта указанных сетки, матрицы или полотна из электропроводных нитей с жидкостью, предпочтительно, подаваемой для испарения на ниточную структуру посредством одного или более капиллярных материалов.
Ниточная структура может быть закреплена на основании, например, путем непосредственного совместного формования ниточной структуры и материала основы. Однако ниточная структура может быть закреплена на основании также и с помощью крепления.
Крепление может быть электропроводным, и оно может служить в качестве электрического контакта для пропускания нагревательного тока через ниточную структуру.
Крепление может представлять собой химическое или механическое крепление. Ниточная структура может быть прикреплена к основанию, например, путем пайки или приклеивания.
Предпочтительно, крепление представляет собой механическое крепление, такое как зажимы, винты или крепление для фиксации формы.
Крепление может представлять собой одно из вышеперечисленных креплений или их комбинацию.
Согласно настоящему изобретению, предложен также картомайзерный картридж для использования в генерирующем аэрозоль устройстве или системе. Картомайзерный картридж содержит корпус картриджа, содержащий резервуар, расположенный внутри корпуса картриджа и предназначенный для хранения образующей аэрозоль жидкости, и нагревательный узел согласно любому из вышеописанных вариантов осуществления. Нагревательный узел расположен на одном конце корпуса картриджа с возможностью приема образующей аэрозоль жидкости из указанного резервуара. Твердый образующий аэрозоль субстрат предпочтительно расположен на основании нагревательного узла. Картомайзерный картридж дополнительно содержит электрические контакты, которые выполнены с возможностью взаимодействия с электрическими контактами в генерирующем аэрозоль устройстве. Электрические контакты имеют возможность электрического соединения с ниточной структурой нагревательного узла. В картомайзерном картридже нагревательный узел выполнен с возможностью нагрева образующей аэрозоль жидкости, принимаемой из указанного резервуара. В результате остаточное тепло от нагрева ниточной структуры нагревательного узла нагревает твердый образующий аэрозоль субстрат нагревательного узла. Корпус картриджа открыт на одном конце для выхода образующей аэрозоль жидкости из корпуса картриджа. Корпус картриджа может содержать выпускное отверстие, предпочтительно выровненное с отверстием в основании нагревательного узла. Выпускное отверстие может представлять собой, например, выпускное отверстие канала текучей среды, проходящего через корпус картриджа. Выпускное отверстие может также представлять собой выпускное отверстие в корпусе картриджа, предназначенное для фитильного материала или материала с высокой удерживающей способностью, заключенного в картридже, причем обеспечивается возможность приведения в контакт жидкости, заключенной в картридже, с ниточной структурой нагревательного узла.
Выпускное отверстие корпуса картриджа и отверстие в основании имеют одинаковые размеры.
Отверстие в основании нагревательного узла может быть расположено на центральном участке картомайзерного картриджа, т.е. на центральном участке одного конца корпуса картриджа. Предпочтительно, твердый образующий аэрозоль субстрат в этом случае расположен по окружности вокруг отверстия в основании нагревательного узла.
В картомайзерном картридже нагревательный узел и корпус картриджа могут быть расположены таким образом, чтобы твердый образующий аэрозоль субстрат был расположен на верхней стороне нагревательного узла, обращенной в противоположную сторону от корпуса картриджа. Предпочтительно, твердый образующий аэрозоль субстрат расположен на верхней стороне основания плоского нагревательного узла, причем указанный плоский нагревательный узел расположен перпендикулярно одному концу корпуса картриджа, например перпендикулярно одному концу продольного корпуса картриджа.
Как корпус картриджа, так и нагревательный узел могут иметь круглую форму. Корпус картриджа и нагревательный узел могут иметь одинаковый диаметр или по существу одинаковый диаметр.
Надежный контакт между проницаемым для текучей среды нагревательным узлом и транспортной средой, например капиллярной транспортной средой, такой как фитиль, изготовленный из волокон или пористого керамического материала, обеспечивает возможность улучшения постоянного смачивания ниточной структуры проницаемого для текучей среды нагревательного узла. Таким образом обеспечивается преимущество, состоящее в снижении риска перегрева электропроводной ниточной структуры и самопроизвольного термического разложения жидкости.
Резервуар или часть для хранения жидкости в корпусе картриджа предпочтительно заключают в себе капиллярный материал. Капиллярный материал представляет собой материал, который активно переносит жидкость от одного конца материала к другому. Капиллярный материал предпочтительно ориентирован в корпусе картриджа таким образом, чтобы переносить жидкость к нагревательному узлу.
Капиллярный материал может иметь волоконную или губчатую структуру. Капиллярный материал предпочтительно содержит пучок капилляров. Например, капиллярный материал может содержать множество волокон или нитей или других трубок с тонкими каналами. Волокна или нити могут быть, в целом, выровнены для передачи жидкости к нагревателю. В качестве альтернативы, капиллярный материал может содержать губкообразный или пенообразный материал. Структура капиллярного материала образует множество мелких каналов или трубок, по которым обеспечивается возможность транспортировки жидкости за счет капиллярного действия. Капиллярный материал может содержать любой подходящий материал или сочетание материалов. Примерами подходящих материалов являются губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спеченных порошков, вспененный металлический или пластмассовый материал, волоконный материал, выполненный, например, из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетилцеллюлозные, сложнополиэфирные или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамика. Капиллярный материал может иметь любые подходящие капиллярность и пористость для его использования с жидкостями, имеющими разные физические свойства. Жидкость характеризуется физическими свойствами, включающими в себя, но без ограничения, вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температуру кипения и давление пара, которые обеспечивают возможность транспортировки жидкости через капиллярное устройство за счет капиллярного действия.
Капиллярный материал может находиться в контакте с электропроводными нитями указанной ниточной структуры. Капиллярный материал может проходить внутрь пустот между нитями. Нагревательный узел имеет возможность втягивания жидкого образующего аэрозоль субстрата внутрь указанных пустот за счет капиллярного действия. Капиллярный материал может находиться в контакте с электропроводными нитями по существу на всем протяжении отверстия в основании. В одном варианте осуществления капиллярный материал, находящийся в контакте с электропроводной ниточной структурой, может представлять собой нитяной фитиль. Предпочтительно, нитяной фитиль имеет первую секцию и вторую секцию, при этом первая секция расположена по существу перпендикулярно электропроводной ниточной структуре, достигая внутренней области резервуара картриджа. Предпочтительно, вторая секция нитяного фитиля расположена по существу параллельно электропроводной ниточной структуре. Предпочтительно, нити нитяного фитиля являются непрерывными в пределах от первой секции нитяного фитиля до второй секции ниточного фитиля. В результате обеспечивается возможность быстрой транспортировки жидкости в направлении электропроводной ниточной структуры через первую секцию нитяного фитиля при одновременном быстром распределении по всей электропроводной ниточной структуре через вторую секцию нитяного фитиля. Таким образом обеспечивается преимущество, состоящее в возможности непрерывного смачивания всей электропроводной ниточной структуры. Непрерывное смачивание обеспечивает возможность предотвращения перегрева и самопроизвольного разложения жидкости из-за перегрева.
Нагревательный узел и капиллярный материал могут быть выполнены с такими размерами, чтобы они имели приблизительно одинаковую площадь. В контексте данного документа термин «приблизительно» означает, что площадь нагревательного узла может составлять на 0-15% больше, чем у капиллярного материала. Форма нагревательного узла также может быть сходна с формой капиллярного материала, так что указанные узел и материал по существу перекрываются. Если указанные узел и материал по существу сходны по размеру и форме, то обеспечивается возможность упрощения их изготовления и повышения надежности процесса изготовления. Капиллярный материал может содержать два или более капиллярных материалов, включая один или более слоев капиллярного материала, находящихся в непосредственном контакте с сеткой, матрицей или полотном из электропроводных нитей нагревательного узла с целью содействия генерированию аэрозоля.
Предпочтительно, резервуар картомайзерного картриджа содержит образующую аэрозоль жидкость, например никотиносодержащую жидкость, и, предпочтительно, твердый образующий аэрозоль субстрат, содержащий табак.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, предложена электрическая генерирующая аэрозоль система. Указанная система содержит часть для хранения, содержащую корпус для удержания жидкого образующего аэрозоль субстрата, имеющий открытый конец. Система дополнительно содержит проницаемый для текучей среды нагревательный узел согласно настоящему изобретению, описанный в данном документе. Указанный нагревательный узел расположен рядом с указанным корпусом таким образом, что ниточная структура проницаемого для текучей среды нагревательного узла расположена поверх открытого конца корпуса. Система дополнительно содержит источник питания и соединитель источника питания для электрического соединения ниточной структуры проницаемого для текучей среды нагревательного узла с источником питания.
Предпочтительно, генерирующая аэрозоль система представляет собой курительную систему, которая способна обеспечивать ощущение курения без сжигания табака.
В такой системе корпус, удерживающий жидкий образующий аэрозоль субстрат, может быть расположен с первой стороны от электропроводных нитей, и канал воздушного потока может быть расположен с противоположной стороны от электропроводных нитей к части для хранения жидкости. Благодаря такой компоновке, обеспечивается возможность захвата воздушным потоком, протекающим за электропроводными нитями, испаренного жидкого образующего аэрозоль субстрата, а также испаренных веществ из твердого образующего аэрозоль субстрата на нагревательном узле.
Корпус части для хранения может содержать два элемента, из которых первый элемент представляет собой крышку, а второй элемент представляет собой емкость, причем крышка закрывает емкость. Предпочтительно, крышка содержит нагревательный узел или находится с ним в плотном контакте. Предпочтительно, емкость содержит жидкость, и в ней присутствует капиллярный материал. Предпочтительно, крышка изготовлена из материала с высокой температурой термического разложения, например такого, как полиэфирэфиркетон (PEEK) или Kapton. Предпочтительно, крышка имеет размер, достаточный для того, чтобы емкость отстояла от нагревательного узла на расстояние по меньшей мере 1,5 мм, предпочтительно от 1,5 мм до 2 мм, с целью обеспечения достаточного падения температуры на крышке. В таком варианте осуществления обеспечивается преимущество, состоящее в возможности изготовления емкости из более экономичного материала с более низкой температурой термического разложения, например такого, как полиэтилен или полипропилен.
Корпус и нагревательный узел могут представлять собой отдельные части, жестко или съемно закрепленные в системе. Корпус и нагревательный узел могут также быть выполнены в виде модуля, например в виде картомайзерного картриджа.
Система предпочтительно содержит описанный в данном документе картомайзерный картридж согласно настоящему изобретению, причем корпус картриджа содержит корпус для хранения жидкого образующего аэрозоль субстрата.
Система предпочтительно может содержать генерирующее аэрозоль устройство и картомайзерный картридж, который съемно соединен с устройством. В картомайзерном картридже размещены резервуар или часть для хранения жидкости и нагревательный узел, и генерирующее аэрозоль устройство содержит источник питания.
Устройство может содержать основную часть, образующую полость для размещения картомайзерного картриджа.
Генерирующая аэрозоль система может дополнительно содержать электрическую схему, соединенную с нагревательным узлом и электрическим источником питания. Указанная электрическая схема может быть выполнена с возможностью отслеживания электрического сопротивления нагревательного узла или одной или более нитей ниточной структуры и с возможностью управления подачей питания на нагревательный узел в зависимости от электрического сопротивления нагревательного узла или указанных одной или более нитей.
Электрическая схема может содержать микропроцессор, который может представлять собой программируемый микропроцессор. Электрическая схема может содержать дополнительные электронные компоненты. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью регулирования подачи питания на нагревательный узел. Питание может подаваться на нагревательный узел непрерывно после активации системы, или оно может подаваться с перерывами, например от затяжки к затяжке. Питание может подаваться на нагревательный узел в виде импульсов электрического тока.
Источник питания системы обычно представляет собой батарею, расположенную, например, внутри основной части генерирующего аэрозоль устройства. Источник питания может нуждаться в перезарядке, и он может иметь емкость, обеспечивающую возможность накопления достаточного количества энергии для одного или более сеансов курения. Например, источник питания может иметь емкость, достаточную для обеспечения возможности непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, равного приблизительно шести минутам, или в течение периода, кратного шести минутам. В еще одном примере источник питания может иметь емкость, достаточную для обеспечения возможности осуществления предварительно заданного количества затяжек или отдельных активаций нагревательного узла.
Настоящее изобретение описано далее применительно к вариантам осуществления, которые проиллюстрированы с помощью нижеследующих графических материалов, на которых:
на фиг. 1, 2 показаны схематичные иллюстрации картомайзерного картриджа;
на фиг. 3 показан сетчатый нагреватель;
на фиг. 4 показан нагревательный узел с тремя нагревательными элементами.
На фиг. 1
На фиг. 2
показан схематичный перспективный вид сверху картомайзерного картриджа, образованного картриджем 2 и нагревательным узлом 1.  показан картомайзерный картридж на схематичном виде в продольном сечении.
Нагревательный узел 1 проходит в горизонтальной плоскости и расположен заподлицо с корпусом 20 картриджа 2 вдоль окружности нагревательного узла 1 и корпуса 20. Корпус 20 имеет цилиндрическую форму, и он может содержать материал с высокой удерживающей способностью или капиллярный материал, или просто представлять собой пустую емкость для приема и хранения жидкого образующего аэрозоль субстрата.
Нагревательный узел 1 представляет собой по существу плоский нагреватель, имеющий форму диска.
Нагревательный узел 1 содержит дискообразное основание 10, содержащее центральное отверстие 100 и ниточную структуру 11, расположенную поверх отверстия 100 и прикрепленную к основанию 10. Ниточная структура 11, например сетчатая структура, прикреплена к основанию 10, например, путем формования как единое целое или с помощью механического или химического крепления, например с помощью зажимов, винтов, пайки или адгезива.
На основании 10, за исключением области 12 нагрева или за исключением отверстия 100, выполненного в основании 10, соответственно, выполнен слой 14 твердого образующего аэрозоль субстрата. Слой 14 может представлять собой слой, содержащий табачный материал и покрывающий основание 10 и участки ниточной структуры 14, проходящие поверх основания, например контактные участки 13 ниточной структуры.
Слой 14 образующего аэрозоль субстрата может быть выполнен на основании 10 способом нанесения покрытия, погружения, напыления или другими подходящими прикладными способами. Основание 10 может также быть выполнено с предварительно изготовленным слоем 14, который нанесен на основание 10 после изготовления этого слоя. В случае выполнения покрытия из образующего аэрозоль субстрата, предпочтительно, чтобы область 12 нагрева и ниточная структура 11 в области 12 нагрева были покрыты или иным образом защищены таким образом, чтобы ниточная структура в области нагрева не имела твердого образующего аэрозоль субстрата в виде слоя 14 образующего аэрозоль субстрата. Толщина слоя 14 составляет приблизительно 1 миллиметр.
Предпочтительно, основание 10 является электроизоляционным. Для лучшего распределения тепла, генерируемого ниточной структурой 11, в частности, в контактных областях 13, предпочтительно по всей поверхности основания или по всему слою 14 образующего аэрозоль субстрата, на верхней стороне основания может быть выполнен теплопроводный слой 15, например, из керамического материала или металла. Теплопроводный слой 15 покрывает по существу ту же самую область основания 10, что и слой 14 образующего аэрозоль субстрата. В примере по фиг. 2 теплопроводный слой 15 расположен между основанием 10 и ниточной структурой 11. Тем не менее контакты ниточной структуры 11 и теплопроводного слоя 14 электрически изолированы.
Нагревательные нити ниточной структуры в области 12 нагрева открыты через отверстие 100 в основании 10 таким образом, что обеспечивается возможность захвата испаренного образующего аэрозоль субстрата воздушным потоком за нагревательным узлом.
Корпус 20 образован из термопласта, такого как полипропилен. Нагревательный узел 1 может быть приклеен к корпусу 20. Тем не менее, существует несколько возможных способов сборки и заполнения картриджа.
Корпус картриджа может быть образован путем инжекционного формования. Капиллярные материалы, присутствующие в корпусе 10, могут быть образованы посредством отрезания капиллярного материала от длинного жгута из капиллярных волокон на подходящую длину. Возможна сборка картриджа, при которой сначала вставляют капиллярный материал внутрь корпуса 20. Затем вводят внутрь корпуса 20 заданный объем жидкого образующего аэрозоль субстрата, пропитывая им капиллярный материал. Затем прижимают нагревательный узел 1 к открытому концу корпуса и прикрепляют к корпусу 20 путем приклеивания, сварки, термической склейки, ультразвуковой сварки или других способов, которые должны быть известны специалистам в данной области техники. Температуру корпуса предпочтительно поддерживают ниже 160°C или менее во время любых операций сварки для предотвращения нежелательного испарения жидкого образующего аэрозоль субстрата в корпусе 20 или твердого образующего аэрозоль субстрата в слое 14, при его наличии на нагревательном узле 1, в ходе соединения нагревательного узла 1 и корпуса 20. Капиллярный материал может быть отрезан на такую длину, чтобы он выступал наружу из открытого конца корпуса 20 до тех пор, пока он не будет сжат нагревательным узлом 1. Это способствует транспортировке жидкого образующего аэрозоль субстрата внутрь пустот нагревательного элемента при использовании.
Предпочтительно, заполняют корпус жидким образующим аэрозоль субстратом и затем соединяют с нагревательным узлом 1. Возможно соединение нагревательного узла 1 и корпуса 20 перед заполнением корпуса субстратом, образующим аэрозоль, с последующим введением жидкого образующего аэрозоль субстрата, внутрь корпуса 20. В этом случае нагревательный узел 1 может быть прикреплен к корпусу 20 картриджа с использованием любого из описанных способов. Затем прокалывают нагревательный узел 1 или корпус 2 с помощью полой иглы и впрыскивают жидкий образующий аэрозоль субстрат внутрь корпуса, например внутрь капиллярного материала в корпусе. Любое отверстие, выполненное с помощью полой иглы, затем уплотняют посредством тепловой склейки или с помощью уплотняющей ленты.
Предпочтительно, слой 14 образующего аэрозоль субстрата выполняют на нагревательном узле 1 перед соединением нагревательного узла 1 и корпуса 20 картриджа. Тем не менее, может быть осуществлено соединение нагревателя и корпуса, и после полного соединения слой 14 твердого образующего аэрозоль субстрата может быть выполнен на другом готовом картомайзерном картридже. Такой способ обеспечивает возможность использования предварительно изготовленных картомайзерных картриджей, уже использовавшихся в вейпинговых системах. Эти картомайзерные картриджи могут быть оснащены слоем 14 твердого образующего аэрозоль субстрата для улучшения ощущений от курения и обеспечения использования остаточного тепла нагревательного узла 1, генерируемого, в частности, на контактных участках.
На фиг. 3
схематично показан пример установки плоского проницаемого для текучей среды нагревательного узла с сетчатой структурой 11. В собранном состоянии нагревателя, показанном на фиг. 3, нагревательный узел содержит электроизоляционное основание 10, нагревательный элемент и ниточную структуру в форме сетчатой структуры 11 и двух металлических листов 16. Металлические листы 16 могут представлять собой, например, листы из олова, предназначенные для изменения электрического контакта соединителей, например контактных штырей, с боковыми участками сетчатой структуры 11 в тех местах, с которыми контактирует сетчатая структура.
Основание 10 имеет форму круглого диска и содержит расположенное по центру отверстие 100. Основание 10 содержит два высверленных отверстия 101, расположенных в субстрате напротив друг друга по диагонали. Высверленные отверстия 101 могут служить для размещения и монтажа нагревательного узла, например, на корпусе картриджа или в генерирующем аэрозоль устройстве, в котором используется нагревательный узел.
Сетчатая структура 11 содержит область нагрева и, возможно, две контактных области, выполненных из полиэфирэфиркетона путем напрессовывания. Сетчатая структура расположена поверх расположенного по центру отверстия 100 квадратной формы и поверх участков основания 10. Область нагрева сетчатой структуры оказывается лежащей поверх отверстия 100. Две контактных области, в частности те участки сетчатой структуры, которые выполнены из полиэфирэфиркетона путем напрессовывания и покрыты оловом (покрыты металлическими листами 6), оказываются лежащими на основании 10.
Ширина сетки в области нагрева меньше, чем ширина отверстия 100, так что с обеих боковых сторон области нагрева образованы открытые участки отверстия 100. Открытые участки не покрыты сеткой. Покрытая оловом сетка на боковых участках ниточной структуры образует более плоскую контактную область, чем собственно сетка. Контактные области предназначены для осуществления контакта нагревательного узла, например, с батареей с помощью электрического соединителя.
В примере по фиг. 3 твердый образующий аэрозоль субстрат (не показан) выполнен на всей верхней поверхности нагревательного узла, за исключением отверстия 100 и ниточной структуры 11, т.е. на видимой поверхности 10 основания и на металлических листах 16. Для обеспечения хорошего контакта металлических листов 16, участки этих листов могут быть оставлены без твердого образующего аэрозоль субстрата. Тем не менее, благодаря мягкости слоя твердого образующего аэрозоль субстрата, контактные элементы, такие как пружинные контакты, имеют возможность легкого прохождения через слой образующего аэрозоль субстрата.
На фиг. 4
показан еще один пример нагревательного узла 1, в котором электрически последовательно соединены три по существу параллельных нагревательных элемента 36а, 36b, 36c. Нагревательный узел 1 содержит электроизоляционное основание 34, имеющее выполненное в нем квадратное отверстие 35. В данном примере размер указанного отверстия составляет 5 мм х 5 мм, однако следует понимать, что отверстия с другими формами и размерами также могут использоваться в качестве подходящих для конкретного применения нагревателя. С противоположных сторон от отверстия 35 расположены первый и второй электрические контакты 32а, 32b, проходящие по существу параллельно боковым кромкам 35а, 35b отверстия 35. Смежно с участками противоположных боковых кромок 35с, 35d отверстия 35 расположены дополнительные контакты 32с, 32d. Первый нагревательный элемент 36а присоединен между первым контактным участком 32а и дополнительным контактным участком 32с. Второй нагревательный элемент 36b присоединен между дополнительным контактным участком 32с и дополнительным контактным участком 32d. Третий нагревательный элемент 36с присоединен между дополнительным контактным участком 32c и вторым контактным участком 32b. В данном варианте осуществления нагревательный узел 1 содержит нечетное количество нагревательных элементов 36, а именно - три нагревательных элемента, при этом первый и второй контактные участки 32а, 32b расположены с противоположных сторон от отверстия 35 основания 34. Нагревательные элементы 36а и 36с расположены на расстоянии от боковых кромок 35а, 35с указанного отверстия таким образом, что отсутствует непосредственный физический контакт между этими нагревательными элементами 36а, 36с и изоляционным основанием 34. Безотносительно к какой-либо конкретной теории есть основания полагать, что такая компоновка обеспечивает возможность снижения теплопередачи на изоляционное основание 34 и возможность эффективного испарения жидкого образующего аэрозоль субстрата.
Тем не менее, согласно настоящему изобретению, низкую или высокую теплопередачу от нагревательных элементов 36а, 36b, 36c обеспечивают с использованием нагрева твердого образующего аэрозоль субстрата на нагревательном узле 1. В примере по фиг. 4 видимые участки верхней поверхности основания 34 обозначены линейной заштриховкой, и на них может быть нанесен твердый образующий аэрозоль субстрат. В случае, если твердый образующий аэрозоль субстрат наносят после сборки нагревательного узла, этот твердый образующий аэрозоль субстрат может быть нанесен на заштрихованную поверхность основания, а также на контакты 32a,32b,32c,32d, т.е. на всю поверхность нагревателя, за исключением отверстия 35 и трех нагревательных элементов или по меньшей мере за исключением участков трех указанных нагревательных элементов, проходящих поверх отверстия 35.