ГЕНЕРИРУЮЩАЯ АЭРОЗОЛЬ СИСТЕМА С НАСОСОМ
AEROSOL GENERATING SYSTEM WITH PUMP

Настоящее изобретение относится к системе доставки жидкого образующего аэрозоль субстрата для использования в генерирующей аэрозоль системе, такой как удерживаемая рукой электрическая генерирующая аэрозоль система. Настоящее изобретение относится также к генерирующей аэрозоль системе, содержащей указанную систему доставки, и к способу генерирования аэрозоля в генерирующей аэрозоль системе.
Известны удерживаемые рукой электрические генерирующие аэрозоль системы, которые состоят из: части в виде устройства, содержащей батарею и электронную схему управления; части в виде картриджа, содержащей запас образующего аэрозоль субстрата, удерживаемого в части для хранения жидкости, и электрический испаритель; и мундштука, через который пользователь вдыхает аэрозоль. Испаритель обычно содержит катушку из нагревательной проволоки, намотанной вокруг удлиненного фитиля, пропитанного жидким образующим аэрозоль субстратом, удерживаемым в части для хранения жидкости.
В EP 0 957 959 B1 раскрыт электрический генератор аэрозоля, предназначенный для приема жидкого материала из источника и содержащий электрический насос для накачки жидкого материала в дозированных количествах из указанного источника через трубку с открытым концом. Предусмотрен нагревательный элемент, который окружает трубку. Жидкий материал внутри трубки испаряется при активации нагревателя. При испарении жидкий материал расширяется и выходит через открытый конец трубки в газообразной форме.
Было бы желательно создать генерирующую аэрозоль систему с неприхотливой в обслуживании системой доставки жидкости и с необходимым испаряющим эффектом.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предложена генерирующая аэрозоль система, содержащая нагревательный узел и управляемый вручную насос. Управляемый вручную насос образует объем накачки, имеющий впускной участок и выпускной участок. Впускной участок управляемого вручную насоса выполнен с возможностью соединения с частью для хранения жидкости. Выпускной участок управляемого вручную насоса сообщается по текучей среде с выдачным узлом, предназначенным для подачи жидкого образующего аэрозоль субстрата на нагревательный узел. Управляемый вручную насос выполнен с возможностью накачки жидкого образующего аэрозоль субстрата из части для хранения жидкости через выдачной узел на нагревательный узел.
В примерах осуществления настоящего изобретения обеспечивается возможность подачи жидкого образующего аэрозоль субстрата на нагревательный узел без необходимости в какой-либо насосной системе с электрическим приводом. Таким образом снижается количество электрических или электронных компонентов, которые могли бы иметь тенденцию к электромеханическим неполадкам. Кроме того, электрическая схема таких систем доставки является менее сложной, так что упрощается не только уход за генерирующей аэрозоль системой, но также и процесс ее сборки.
Объем накачки управляемого вручную насоса может быть образован полым элементом, имеющим по меньшей мере одну стенку, причем по меньшей мере участок этой стенки является гибким. В качестве альтернативы, объем накачки управляемого вручную насоса может быть образован полым элементом, имеющим по меньшей мере одну стенку, и плунжером, имеющим возможность перемещения внутри указанного полого элемента. Термин «объем накачки», используемый в данном документе, определяется как внутренний объем полого элемента, проходящий между впускным отверстием и выпускным отверстием полого элемента. В некоторых вариантах осуществления полый элемент, образующий объем накачки, может представлять собой полый гибкий элемент, такой как полая гибкая трубка. Благодаря использованию полой гибкой трубки с двумя концами, образующими впускной и выпускной участки, обеспечивается особенно простая и надежная конструкция, которая обеспечивает возможность ее экономичного производства.
Управляемый вручную насос может содержать регулятор объема, выполненный с возможностью изменения объема накачки управляемого вручную насоса. Регулятор объема может быть выполнен с возможностью ручного управления, осуществляемого пользователем. Регулятор объема может содержать подвижный элемент, который сцепляется с гибким участком стенки и/или с плунжером объема накачки. При осуществлении пользователем управления регулятором объема, обеспечивается возможность прижатия подвижного элемента к гибкому участку и/или плунжеру полого элемента таким образом, чтобы произошло изменение внутреннего объема полого элемента. При прижатии подвижного элемента к гибкому участку и/или к плунжеру полого элемента, происходит уменьшение внутреннего объема полого элемента, в результате чего создается повышенное давление в объеме накачки. Под действием этого повышенного давления происходит выталкивание избыточного жидкого образующего аэрозоль субстрата, заключенного в объеме накачки, через выпускной участок объема накачки. При отсоединении подвижного элемента от гибкого участка и/или от плунжера полого элемента, происходит расширение внутреннего объема полого элемента до его исходной величины, в результате чего создается пониженное давление в объеме накачки. Под действием указанного пониженного давления происходит накачка жидкого образующего аэрозоль субстрата из части для хранения жидкости внутрь объема накачки полого элемента.
Впускной участок и выпускной участок полого элемента управляемого вручную насоса могут содержать по обратному клапану. Обратный клапан на впускном участке полого элемента допускает протекание жидкости лишь из присоединенной части для хранения жидкости внутрь объема накачки. Обратный клапан на выпускном участке полого элемента допускает протекание жидкости лишь из объема накачки к выдачному узлу.
Могут использоваться любые имеющиеся в продаже обратные клапаны с подходящими размерами и расходами жидкости, в том числе мини- и микро- вибрационные клапаны, клапаны типа «утиный нос» или контрольные клапаны. Указанные клапаны могут быть изготовлены, например, из материалов, стойких к агрессивным химическим веществам, или из материалов, которые могут использоваться в пищевой промышленности и медицине.
В варианте осуществления настоящего изобретения объем накачки образован полой гибкой трубкой, имеющей выпускной участок и впускной участок, каждый из которых оснащен обратным клапаном. Регулятор объема содержит подвижный элемент и неподвижный элемент. Гибкая трубка расположена между неподвижным элементом и подвижным элементом регулятора объема таким образом, что в результате перемещения подвижного элемента в направлении неподвижного элемента происходит уменьшение внутреннего объема указанной трубки.
Подвижный элемент регулятора объема может быть соединен с кнопкой, предусмотренной в корпусе генерирующей аэрозоль системы, с тем, чтобы пользователь имел возможность легкого управления регулятором объема.
Может быть предусмотрен упругий элемент, который обеспечивает, чтобы подвижный элемент возвращался в его исходное положение при отпускании регулятора объема пользователем.
Размер полого элемента и его степень сжатия во время работы насосного модуля непосредственно связаны с объемом жидкости, подаваемой на нагревательный узел для создания аэрозоля, и они могут быть ограничены для задания максимального объема жидкости за один импульс накачки. В вариантах осуществления, использующих полую трубку, внешний диаметр этой трубки может находиться в диапазоне от 2 до 8 миллиметров, предпочтительно в диапазоне от 3 до 5 миллиметров.
Максимальное количество жидкости, подаваемой с помощью насоса в качестве дозы за одну затяжку, может представлять собой малый объем, составляющий от 0,010 до 0,060 микролитра, предпочтительно приблизительно 0,0125 микролитра.
Усилие и величина смещения, требующиеся для сжатия полого элемента управляемого вручную насоса, очень малы. Следовательно, упругий элемент также может использоваться с целью задания минимально необходимого усилия для управления регулятором объема. В целом, указанное усилие может свободно выбираться и адаптироваться к привычкам или ожиданиям пользователя. Указанное усилие может регулироваться в диапазоне от 0,1 до 1,0 Ньютона, предпочтительно в диапазоне от 0,5 до 0,8 Ньютона.
Величина смещения подвижного элемента также может свободно выбираться и адаптироваться к конструкции конкретных вариантов осуществления. Указанная величина смещения может регулироваться в диапазоне от 0,4 до 5,0 миллиметров, предпочтительно в диапазоне от 0,7 до 3,0 миллиметров.
Впускной участок управляемого вручную насоса выполнен с возможностью соединения с частью для хранения жидкости. Соединение между управляемым вручную насосом и частью для хранения жидкости может представлять собой постоянное соединение или разъемное соединение. В некоторых вариантах осуществления часть для хранения жидкости может быть повторно заправляемой. В некоторых вариантах осуществления часть для хранения жидкости может быть сменной, и она может быть заменена при ее опустении или в случае, если пользователь хотел бы использовать другой тип жидкости для генерирования аэрозоля. Разъемное соединение между управляемым вручную насосом и частью для хранения жидкости может быть осуществлено с помощью любых подходящих соединительных средств, в том числе конического Луер-соединения (резьбового или фрикционного типа).
Насос может быть выполнен с возможностью накачки жидких образующих аэрозоль субстратов, которые характеризуются относительно высокой вязкостью по сравнению с водой. Вязкость жидкого образующего аэрозоль субстрата может находиться в диапазоне от приблизительно 10 до 500 миллипаскаль-секунд, предпочтительно в диапазоне от 17 до 86 миллипаскаль-секунд.
На выпускном конце выдачного узла может быть расположено сопло, через которое обеспечивается возможность распыления жидкого образующего аэрозоль субстрата на нагревательный узел для испарения и создания аэрозоля. Сопло преобразует поток жидкого образующего аэрозоль субстрата в множество мелких капель. Картина распыления может быть адаптирована к форме нагревательного узла.
Устройство доставки может содержать распылительное сопло классического типа; в этом случае поток воздуха подается через сопло под действием затяжки, осуществляемой пользователем, и создается поток сжатого воздуха, который будет смешиваться и действовать совместно с жидкостью, образуя распыленную струю в выходном отверстии сопла. В продаже имеется ряд систем, содержащих сопла, которые работают с малыми объемами жидкости и имеют размеры, удовлетворяющие требованиям установки в небольших портативных устройствах. Еще один класс сопел, который может использоваться в качестве безвоздушных распылительных сопел, иногда именуется микро-распылительными соплами. Такие сопла создают распыляемые микро-конусы с очень малыми размерами. С помощью сопел этого класса осуществляется управление воздушным потоком внутри устройства, более конкретно - внутри мундштучной части, таким образом, чтобы он окружал сопло и нагревательный элемент, омывая поверхность нагревательного элемента в направлении выпускного отверстия мундштучной части, предпочтительно с включением картины турбулентности воздушного потока в аэрозоле, выходящем из мундштучной части.
В соплах любого класса величина воздушного зазора между устройством доставки и листовым нагревательным элементом, обращенным к соплу, предпочтительно находится в пределах диапазона от 2 до 10 миллиметров, более предпочтительно от 3 до 7 миллиметров. Могут использоваться любые доступные типы распылительных сопел. Примером подходящего распылительного сопла является безвоздушное сопло 062 Minstac от производителя «The Lee Company».
Нагревательный узел может содержать нагревательный элемент любого типа, пригодный для испарения жидкого образующего аэрозоль субстрата. Нагревательный узел может быть по существу плоским в некоторых примерах, и он может иметь любую требуемую форму. Нагревательный узел может иметь, например, прямоугольную, многоугольную, круглую или овальную форму, и его размеры по ширине и длине могут составлять от 3 до 10 миллиметров.
Нагревательный элемент может содержать тонкий, предпочтительно по существу плоский, электропроводный материал, такой как сетка из волокон, проводящая пленка или матрица из нагревательных полос, подходящий для приема и нагрева образующего аэрозоль субстрата, для использования в генерирующей аэрозоль системе.
Нагревательный элемент может содержать множество отверстий. Например, нагревательный элемент может содержать сетку из волокон с пустотами между ними. Нагревательный элемент может содержать тонкую пленку или пластину, при необходимости с мелкими перфорированными отверстиями. Нагревательный элемент может содержать матрицу из узких нагревательных полос, соединенных последовательно.
Нагревательный узел может содержать теплостойкую подложку и нагревательный элемент, выполненный внутри теплостойкой подложки или на поверхности теплостойкой подложки. Теплостойкая подложка нагревательного узла может быть изготовлена из стекла, теплостойкого стекла, керамики, кремния, полупроводников, металлов или металлических сплавов.
Теплостойкая подложка может быть по существу плоской и она может иметь любую требуемую форму. Теплостойкая подложка может иметь прямоугольную, круглую или овальную форму, и ее размеры по ширине и длине могут составлять от 3 до 10 миллиметров. Толщина теплостойкой подложки может находиться в диапазоне от 0,2 до 2,5 миллиметра. В некоторых вариантах осуществления теплостойкая подложка может иметь прямоугольную форму с размерами 7×6 миллиметров или 5×5 миллиметров (длина х ширина).
Нагревательный элемент может быть выполнен в виде тонкопленочного покрытия, образованного на поверхности теплостойкой подложки. Нагревательный элемент может быть выполнен на поверхности теплостойкой подложки путем погружения, осаждения или печати. Материал тонкопленочного нагревательного элемента может представлять собой любой материал, который имеет обычные электрические свойства и достаточно высокую адгезию к теплостойкой подложке.
Нагревательный элемент может быть выполнен внутри объема теплостойкой подложки, помещен между двумя элементами теплостойкой подложки с образованием сэндвич-структуры или покрыт защитным слоем теплостойкого материала.
В некоторых вариантах осуществления жидкий образующий аэрозоль субстрат может доставляться к передней стороне теплостойкой подложки, и нагревательный элемент может быть выполнен на тыльной стороне теплостойкой подложки.
Нагревательный узел может быть расположен на расстоянии от выдачного узла. Благодаря тому, что нагревательный узел выполнен на расстоянии от выдачного узла, обеспечивается возможность улучшенного регулирования количества жидкого образующего аэрозоль субстрата, доставляемого к нагревательному узлу, по сравнению с испарителем, имеющим трубчатый сегмент для переноса потока жидкого образующего аэрозоль субстрата из выдачного узла к нагревательному узлу. Обеспечивается возможность исключения нежелательных капиллярных эффектов, обусловленных наличием такого трубчатого сегмента При прохождении через воздушный зазор обеспечивается возможность превращения доставленного количества жидкого образующего аэрозоль субстрата в струю капель перед достижением поверхности нагревательного узла. Таким образом обеспечивается возможность улучшения однородности распределения доставленного количества жидкого образующего аэрозоль субстрата по нагревательному узлу, что приводит к улучшению регулируемости и воспроизводимости генерирования аэрозоля при заданном количестве испаренного образующего аэрозоль субстрата за один цикл вдыхания.
Рабочая температура нагревательного узла может варьироваться в диапазоне от 120 до 210 градусов по Цельсию, предпочтительно от 150 до 180 градусов по Цельсию. В некоторых примерах рабочая температура может варьироваться.
Генерирующая аэрозоль система может быть выполнена таким образом, чтобы при активации насосного модуля пользователем генерировался электрический сигнал и производилась его передача на модуль управления. С этой целью подвижный элемент регулятора объема может быть соединен с электромеханическим переключателем, который электрически соединен с модулем управления. Таким образом обеспечивается возможность того, чтобы при активации насосного модуля одновременно происходил также запуск модуля управления для активации нагревательного узла.
Электрическая связь с модулем управления может быть осуществлена посредством соответствующего провода, расположенного между переключателем и модулем управления. Электрическое соединение с модулем управления может также быть осуществлено посредством беспроводного интерфейса, такого как переключатель, дистанционно передающий сигналы на модуль управления, который может быть размещен, например, на другом конце устройства относительно указанного переключателя.
Переключатель может быть выполнен в виде кинетического электронного компонента с автономным питанием. Такие кинетические электронные переключатели не нуждаются в проводном соединении с модулем управления и источником питания, поскольку требуемая электрическая энергия для генерирования и передачи сигналов генерируется в результате нажатия кнопки переключателя. Кинетические электронные переключатели для однокнопочной активации дистанционных сигналов имеются в продаже. Применимые технические средства, имеющиеся на рынке, включают в себя очень компактные, небольшие и тонкие электронные компоненты, в том числе тонкопленочные гибкие электронные компоненты. Благодаря исключению или уменьшению количества проводов и электрических контактов, упрощается конструкция и сборка генерирующей аэрозоль системы и повышается общая надежность.
Кинетические электронные компоненты могут также иметь связь с дополнительными окружающими устройствами и, в частности, с дополнительными электронными компонентами, такими как датчики, используемыми в генерирующей аэрозоль системе.
Генерирующая аэрозоль система может представлять собой электрическую генерирующую аэрозоль систему. Предпочтительно, генерирующая аэрозоль система является портативной. Генерирующая аэрозоль система может иметь размер, сопоставимый с размером обычной сигары или сигареты. Генерирующая аэрозоль система может иметь общую длину от приблизительно 30 миллиметров до приблизительно 150 миллиметров. Генерирующая аэрозоль система может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 30 миллиметров.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, предложен способ генерирования аэрозоля, включающий в себя этапы, на которых обеспечивают нагревательный узел; и обеспечивают управляемый вручную насос, содержащий полый элемент с впускным участком и выпускным участком. Впускной участок полого элемента выполнен с возможностью соединения с частью для хранения жидкости, а выпускной участок полого элемента сообщается по текучей среде с выдачным узлом. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором осуществляют управление управляемым вручную насосом для накачки жидкого образующего аэрозоль субстрата из части для хранения жидкости через выдачной узел на нагревательный узел.
Признаки, описанные в отношении одного аспекта, могут быть в равной степени применены и к другим аспектам настоящего изобретения.
Варианты осуществления настоящего изобретения будут далее описаны исключительно на примерах, со ссылками на сопроводительные графические материалы, на которых:
на фиг. 1 показан вид сбоку примера варианта осуществления генерирующей аэрозоль системы в режиме ожидания;
на фиг. 2 показана система доставки по фиг. 2 во время ручного управления регулятором объема;
на фиг. 3 показана система доставки по фиг. 2 после ручной активации регулятора объема; и
на фиг. 4 показана схематичная иллюстрация альтернативного механизма регулирования внутреннего объема полого элемента.
На фиг. 1 показаны компоненты генерирующей аэрозоль системы согласно настоящему изобретению в исходном состоянии или режиме ожидания. Генерирующая аэрозоль система 10 содержит корпус 12, источник 14 питания, модуль 16 управления, часть 18 для хранения жидкости, управляемый вручную насос 20, выдачной узел 22 и нагревательный узел 24. Корпус содержит впускное отверстие 26 для воздуха и мундштук 28 на его ближнем конце. При использовании пользователь осуществляет втягивание или затяжку на мундштуке, создавая воздушный поток, проходящий из впускных отверстий 26 для воздуха через нагревательный узел 24 в направлении мундштука 28.
Управляемый вручную насос 20 выполнен с возможностью сбора жидкости, поступающей из части 18 для хранения жидкости, и ее управляемой накачки на нагревательный узел 24. Насос 20 содержит гибкую полую трубку 30, которая имеет впускной участок 32 и выпускной участок 34 и образует между ними объем 36 накачки. На обоих концах трубки 30 расположены обратные клапаны 38, 40, причем односторонний клапан 38, расположенный на впускном участке 32, допускает поступление жидкого образующего аэрозоль субстрата внутрь объема 36 накачки, а обратный клапан 40, расположенный на выпускном участке 34, допускает выход жидкого образующего аэрозоль субстрата из объема 36 накачки. Регулятор объема содержит неподвижный элемент 44 и подвижный элемент 46, расположенные с противоположных сторон гибкой полой трубки 30. Подвижный элемент 46 соединен с кнопкой 48, расположенной в корпусе 12 генерирующей аэрозоль системы 10.
На фиг. 1 изображен управляемый вручную насос в начальном положении, в котором объем накачки полностью заполнен жидким образующим аэрозоль субстратом.
При нажатии пользователем кнопки 48, как показано на фиг. 2, полая трубка 30 сжимается между подвижным элементом 46 и неподвижным элементом 44. В результате объем 36 накачки уменьшается, и в этом объеме 36 накачки создается повышенное давление. Чтобы компенсировать повышенное давление, часть жидкого образующего аэрозоль субстрата вытесняется через выпускной участок 34 полой трубки 30. Это показано стрелкой 50 на фиг. 2. Выпускной участок 34 сообщается по текучей среде с выдачным узлом 22. Выдачной узел 22 содержит трубку 52 и распылительное сопло 54. Распылительное сопло 54 представляет собой безвоздушное распылительное сопло, создающее распыляемый конус 56 из мелких капель жидкого образующего аэрозоль субстрата, которые равномерно доставляются к нагревательному узлу 24.
Нагревательный узел 24 электрически соединен через провод 58 с источником 14 питания и управляется с помощью модуля 16 управления. Модуль 16 управления имеет связь через провод 60 с электрическим переключателем 62, который соединен с кнопкой 48. Таким образом, одновременно с активацией управляемого вручную насоса посредством кнопки 48, пользователь посредством электрического переключателя 62 генерирует электрический сигнал, на основе которого модуль 16 управления активирует нагревательный узел 24 для испарения доставленного жидкого образующего аэрозоль субстрата.
Пока нажата кнопка 48, пользователь имеет возможность осуществления затяжки на мундштуке 28 с созданием воздушного потока между впускным отверстием 26 для воздуха и мундштуком 28. Испаренный жидкий образующий аэрозоль субстрат смешивается с указанным воздушным потоком, образуя аэрозоль, вдыхаемый пользователем.
При отпускании кнопки 48, как показано на фиг. 3, подвижный элемент 46 возвращается в свое исходное положение под действием упругого пружинного элемента 64. Полая трубка 30 вновь приобретает свой исходный размер, создавая пониженное давление в объеме 36 накачки. Чтобы компенсировать пониженное давление, производится накачка нового жидкого образующего аэрозоль субстрата из части 18 для хранения жидкости через впускной клапан 38 внутрь объема 36 накачки. Это показано стрелкой 66 на фиг. 3. В данном варианте осуществления часть 18 для хранения жидкости содержит сжимаемый мешок. Объем сжимаемого мешка уменьшается при откачке жидкого образующего аэрозоль субстрата из части 18 для хранения жидкости.
Вариант осуществления, описанный выше, использует гибкую стенку для обеспечения возможности регулирования внутреннего объема полого элемента. Тем не менее, возможны и другие способы регулирования объема полого элемента.
Фиг. 4 показывает схематичную иллюстрацию альтернативного механизма регулирования внутреннего объема полого элемента в управляемом вручную насосе. Полый элемент 100 содержит жесткую стенку 105, заключающую внутри себя объем жидкости. Полый элемент 100 соединен с частью для хранения жидкости через впускной клапан 110, а с нагревательным узлом - через выпускной клапан 115 таким образом, как это описано со ссылками на фиг. 1-3. Плунжер 120 имеет возможность перемещения внутри полого элемента 100 и при своем перемещении поддерживает непроницаемое для жидкости уплотнение вместе с жесткой стенкой 105. Внутренний объем 108 полого элемента образован между жесткой стенкой 105, впускным клапаном 110, выпускным клапаном 115 и плунжером 120. Перемещение плунжера внутри полого элемента приводит к изменению внутреннего объема. Плунжер прикреплен к кнопке 125, которая может быть нажата пользователем для перемещения плунжера с целью уменьшения внутреннего объема полого элемента. Между кнопкой и жесткой стенкой 105 предусмотрена возвратная пружина 130 для возврата плунжера в его начальное положение при отпускании кнопки. При нажатии пользователем указанной кнопки, находящаяся в полом элементе жидкость принудительно вытесняется наружу через выпускной клапан 115, а при отпускании кнопки плунжер возвращается в свое начальное положение, и жидкость втягивается внутрь полого элемента через впускной клапан 110.
Вышеописанные примеры вариантов осуществления являются иллюстративными, а не ограничивающими. В свете вышеописанных примеров вариантов осуществления, другие варианты осуществления, соответствующие вышеописанным примерам вариантов осуществления, должны быть теперь понятны специалистам с обычной квалификацией в данной области техники.