СИСТЕМА, ГЕНЕРИРУЮЩАЯ АЭРОЗОЛЬ, СОДЕРЖАЩАЯ ПОДВИЖНЫЙ КАРТРИДЖ
AEROSOL-GENERATING SYSTEM COMPRISING A MOVABLE CARTRIDGE

Настоящее изобретение относится к системам, генерирующим аэрозоль, содержащим картридж для удерживания жидкости и нагреватель в сборе, который является подходящим для испарения жидкости. В частности, изобретение относится к удерживаемым рукой системам, генерирующим аэрозоль, таким как электрически управляемые системы, генерирующие аэрозоль.
Электрически управляемые системы, генерирующие аэрозоль, которые испаряют жидкость путем нагревания для образования аэрозоля, как правило, содержат катушку из проволоки, которая обернута вокруг капиллярного материала, удерживающего жидкость. Электрический ток, проходящий через проволоку, вызывает резистивное нагревание проволоки, посредством чего испаряется жидкость в капиллярном материале. Капиллярный материал, как правило, удерживается внутри канала для потока воздуха, так что воздух втягивается через фитиль и вовлекает пар. Пар впоследствии охлаждается с образованием аэрозоля.
В дополнение к перемещению жидкости от резервуара для жидкости к нагревателю в сборе, фитиль также представляет затвор для картриджа, так что происходит предотвращение неуправляемого выливания жидкости из картриджа.
Данный тип системы является эффективным при создании аэрозоля, но низкозатратное и массовое производство является затруднительным. К тому же, фитиль и катушка в сборе, вместе с соответствующими электрическими соединениями, могут быть хрупкими и сложными в обращении.
Существуют дополнительные недостатки, связанные с испарительными устройствами на основе фитиля. Подача жидкости зависит от капиллярной функции фитиля. Если происходит засорение или повреждение фитиля, транспортировка жидкости в нагреватель прекращается или становится меньше, задерживая генерирование аэрозоля. Таким образом, может быть тяжело точно определить количество жидкости, подлежащее испарению, в таких системах на основе фитиля и катушки. Кроме того, в системе на основе фитиля обычно используется пористый субстрат, в котором хранится жидкость, с целью снижения риска возникновения утечки. Однако в этом также заключается еще один недостаток, что после потребления картриджа все еще остается остаточное количество жидкости в пористом субстрате, который истрачен.
Желательно предусмотреть нагреватель в сборе, подходящий для системы, генерирующей аэрозоль, такой как удерживаемая рукой электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, с которым также легко обращаться, как в случае систем на основе фитиля и катушки, и который обеспечивает возможность точного определения количества жидкости, которая подлежит испарению.
В первом аспекте настоящее изобретение направлено на систему, генерирующую аэрозоль, содержащую корпус с впускным отверстием для воздуха и выпускным отверстием для воздуха, образующими канал для потока воздуха между ними, элемент нагревателя и картридж, установленный с возможностью перемещения в корпусе. Картридж выполнен с возможностью обратимого смещения из первого положения во второе положение. Картридж дополнительно содержит часть для хранения жидкости с целью удерживания жидкости, генерирующей аэрозоль, с отверстием для доставки жидкости, генерирующей аэрозоль. Плунжер установлен с возможностью перемещения в картридже.
При создании потока воздуха между впускным отверстием для воздуха и выпускным отверстием для воздуха, картридж перемещается потоком воздуха внутри корпуса из первого положения во второе положение, и перемещение картриджа активирует высвобождение части жидкости, генерирующей аэрозоль, через отверстие.
Между затяжками, т. е. когда не создается поток воздуха между впускным отверстием для воздуха и выпускным отверстием для воздуха, картридж удерживается в первом положении, в котором отверстие картриджа блокируется, так что жидкость не выдается. Однако, при осуществлении пользователем затяжки на устройстве, генерирующем аэрозоль, картридж перемещается во второе положение, в котором возможно высвобождение жидкости. Более того, перемещение картриджа активно запускает высвобождение жидкости.
Картридж согласно настоящему изобретению имеет преимущество, заключающееся в том, что в нем нет необходимости использовать пористый материал, который поглощает жидкость, и нет необходимости в фитиле для перемещения жидкости в элемент нагревателя. Кроме того, элемент нагревателя необязательно представляет собой неотделимую часть картриджа, и, следовательно, нет необходимости в замене элементов нагревателя при каждой замене картриджа. Следовательно, конструкция картриджа может быть изготовлена при сравнительно низкой стоимости. Вследствие небольшого размера отверстия на освобождаемом конце картриджа, жидкость не может покинуть картридж без перемещения плунжера. Даже если отверстие картриджа снова не прижимается к нагревателю или дальней стенке камеры, образующей аэрозоль, нет риска возникновения непреднамеренного выливания жидкости.
Предпочтительно, наружное поперечное сечение картриджа соответствует внутреннему поперечному сечению корпуса, так что между ними образован канал для потока воздуха образуется. Промежуток между картриджем и корпусом может быть отрегулирован до желаемого сопротивления втягиванию. Средства предотвращения вращения могут быть предусмотрены для предотвращения относительного вращения между картриджем и корпусом. Такие средства предотвращения вращения могут состоять из картриджа и корпуса, имеющего соответствующие некруглые поперечные сечения.
Картридж предпочтительно выполнен из материала конструкции с минимальным весом, предпочтительно из полимерного материала, так что давление, необходимое для перемещения картриджа, сведено к минимуму и не зависит существенно от угла удерживания системы, генерирующей аэрозоль.
Отверстие части для хранения жидкости картриджа является предпочтительно воронкообразным. Подвижный плунжер предпочтительно имеет форму, которая соответствует воронкообразному отверстию картриджа. Таким образом, вся жидкость может выдаваться из картриджа, и после потребления картриджа в части для хранения жидкости картриджа, либо не остается остаточной жидкости, либо остается минимальное количество остаточной жидкости.
Система, генерирующая аэрозоль, дополнительно предпочтительно содержит упругий элемент, смещающий картридж в первое положение. Кроме того, предпочтительно упругий элемент представляет собой мягкую пружину сжатия, расположенную между выпускным концом корпуса и камерой нагнетания. Может быть выбрана постоянная пружина упругого элемента для приспособления сопротивлению втягиванию, подобному сопротивлению втягиванию традиционных курительных продуктов.
В предпочтительном варианте осуществления элемент нагревателя предусмотрен на дальнем конце камеры, образующей аэрозоль, и упругий элемент смещает картридж в первое положение, в котором сопло картриджа прижато к элементу нагревателя, так что происходит предотвращение выдачи жидкости.
Предпочтительно, самоцентрирующаяся конструкция предусмотрена на дальнем конце камеры, образующей аэрозоль, или на элементе нагревателя, причем сопло картриджа размещено на самоцентрирующейся конструкции, когда картридж находится в первом положении. Предпочтительно, самоцентрирующаяся конструкция имеет коническую часть, и освобождаемый конец сопла имеет скос под углом, который соответствует конической форме самоцентрирующейся конструкции. Самоцентрирующаяся конструкция предлагает несколько преимуществ. Благодаря своей форме, самоцентрирующаяся конструкция обеспечивает постоянное возвращение сопла точно на то же самое место при перемещении картриджа назад из второго положения в первое положение. Более того, самоцентрирующаяся конструкция представляет расположенную выше по потоку опору для картриджа, который в противном случае поддерживается только на своем расположенном ниже по потоку конце. Таким образом, увеличивается надежность крепления картриджа. Наконец-то, конические внешние поверхности контакта между освобождаемым концом сопла и самоцентрирующейся конструкцией обеспечивают улучшенные уплотняющие способности, так что когда картридж находится в первом положении, происходит эффективное предотвращение вытекания жидкости из картриджа.
Точные размеры конической самоцентрирующейся конструкции могут варьировать в зависимости от вязкости жидкости и связанной капиллярности. Ширина промежутка, который создан при перемещении картриджа во второе положение, выполнена с возможностью регулирования таким образом, чтобы достичь желаемого потока жидкости на элемент нагревателя.
Самоцентрирующаяся конструкция может быть закреплена на элементе нагревателя. В предпочтительном варианте осуществления элемент нагревателя проходит вокруг самоцентрирующейся конструкции и оба элемента прикреплены к дальней стенке камеры, образующей аэрозоль.
Самоцентрирующаяся конструкция может содержать освобождающий штырь, и сопло картриджа размещено с возможностью скольжения на освобождающем штыре. При перемещении картриджа из первого положения во второе положение сопло скользит вдоль освобождающего штыря из закрытого положения в положение высвобождения. Предпочтительно, сопло имеет освобождаемый конец с в целом цилиндрической формой, и освобождающий штырь имеет цилиндрическую форму, которая соответствует внутреннему поперечному сечению освобождаемого конца сопла. Освобождающий штырь может иметь головную часть и основную часть. Освобождающий штырь может иметь центральную часть с уменьшенным диаметром, которая находится в соединении по текучей среде с частью для хранения жидкости, когда картридж находится в первом положении. Соединение по текучей среде с частью для хранения жидкости предпочтительно полностью прервано, когда картридж находится во втором положении. Таким образом, предварительно определенная часть жидкости захвачена в углубленной области, когда картридж находится в первом положении. При осуществлении пользователем затяжки и перемещении картриджа во второе положение, жидкость, содержащаяся между углубленной частью освобождающего штыря и соплом, выдается через освобождаемый конец на нагреватель, тогда как происходит предотвращение дополнительной доставки жидкости цилиндрической головной частью освобождающего штыря, блокируя поток дополнительной жидкости через сопло. Количество жидкости, подлежащей выдаче, дозируется текучей средой, захваченной в углубленной области, и только хорошо определенное количество жидкости затем выдается на нагревателе при осуществлении пользователем затяжки на системе. Основная часть освобождающего штыря снова может содержать коническую часть для улучшения уплотнения сопла.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления система, генерирующая аэрозоль, содержит исполнительное средство для направления плунжера в картридж. Исполнительное средство предпочтительно активируется при перемещении картриджа внутри корпуса системы.
Исполнительное средство может содержать соединительный элемент, который герметично соединен с картриджем. Соединительный механизм между соединительным элементом и картриджем предпочтительно представляет собой соединительный механизм типа наконечника Люэра. Такие соединения типа наконечника Люэра хорошо известны из применений в области медицины. Две части, подлежащие соединению, содержат конические поверхности контакта, которые образуют герметичное уплотнение. С целью предотвращения случайного разъединения, соединительный механизм содержит резьбовую или частично резьбовую часть, так что картридж может быть закреплен, например, посредством частичного витка, предпочтительно только на ¼ витка. Могут быть применены любые другие подходящие соединительные механизмы, известные специалисту в данной области.
Соединительный элемент может иметь подобное поперечное сечение, что и картридж, и может иметь общую цилиндрическую форму. Он предпочтительно содержит мембрану на своем расположенном ниже по потоку конце и определяет камеру нагнетания между мембраной и плунжером. Мембрана проталкивается внутрь, т. е. по направлению к плунжеру при перемещении картриджа из первого положения во второе положение. Предпочтительно, предусмотрен неподвижный элемент, который прикреплен к корпусу как раз ниже по потоку от мембраны. При перемещении картриджа из первого во второе положение, мембрана снова прижимается к неподвижному элементу, так что мембрана проталкивается внутрь по направлению к плунжеру. Путем прижимания мембраны, давление внутри камеры нагнетания, определенной соединительным элементом, увеличивается, и плунжер перемещается в картридже по направлению к соплу. Перемещение плунжера приводит к выдаче жидкости через сопло. В этом случае, картридж находится во втором положении, т. е. уже предусмотрен промежуток, созданный между соплом и элементом нагревателя или дальней стенкой камеры, образующей аэрозоль, так что жидкость может выходить из сопла и выдаваться на элемент нагревателя для испарения.
Неподвижный элемент, к которому прижата мембрана, может иметь любую подходящую форму и предпочтительно расположен в выравненном по центру положении относительно мембраны. Например, неподвижный элемент может представлять собой штырь с в целом цилиндрической или усеченной конической формой.
С целью обеспечения возможности возвращения мембраны в ее исходную форму, одноходовой воздушный клапан предпочтительно предусмотрен в стенке соединительного элемента или камеры нагнетания. Обеспечивается возможность вхождения окружающего воздуха в камеру нагнетания посредством одноходового клапана, непосредственно после осуществления затяжки при возвращении картриджа в первое положение, и происходит высвобождение давления из неподвижного элемента на мембране.
В дополнительном аспекте настоящее изобретение направлено на способ изготовления системы, генерирующей аэрозоль, включающий этапы обеспечения корпуса с впускным отверстием для воздуха и выпускным отверстием для воздуха, образующими путь потока воздуха, и обеспечения элемента нагревателя, который размещен внутри корпуса, предпочтительно на части дальней стенки камеры, образующей аэрозоль, которая расположена на пути потока воздуха. Способ дополнительно содержит этапы обеспечения картриджа и установки картриджа с возможностью перемещения в корпусе, так что картридж выполнен с возможностью обратимого смещения из первого положения во второе положение. Картридж содержит часть для хранения жидкости с целью удерживания жидкости, генерирующей аэрозоль, и имеет отверстие для доставки жидкости, генерирующей аэрозоль, причем картридж дополнительно содержит плунжер, установленный с возможностью установки в картридже. При создании потока воздуха между впускным отверстием для воздуха и выпускным отверстием для воздуха, картридж перемещается потоком воздуха внутри корпуса, и перемещение картриджа активирует высвобождение части жидкости, генерирующей аэрозоль, через отверстие картриджа.
В дополнительном аспекте настоящее изобретение направлено на картридж, подходящий для использования в устройстве, генерирующем аэрозоль. Картридж содержит часть для хранения жидкости с целью удерживания жидкости, генерирующей аэрозоль, и имеет отверстие для доставки жидкости, генерирующей аэрозоль. Картридж дополнительно содержит подвижный плунжер.
Элемент нагревателя может представлять собой металлический или керамический элемент нагревателя, который является электрически управляемым. Элемент нагревателя может содержать сетку или матрицу нитей, обеспечивающую возможность большей площади контакта нагревателя с жидкостью, подлежащей испарению. Нагреватель в сборе может быть недорого произведен с использованием легкодоступных материалов и с использованием технологий массового производства. Нагреватель в сборе является надежным, что обеспечивает возможность обращения с ним и прикрепления к другим частям системы, генерирующей аэрозоль, во время изготовления и, в частности, для образования части съемного картриджа. Предоставление частей электрически проводящего контакта, образующих часть элемента нагревателя, обеспечивает возможность надежного и простого соединения нагревателя в сборе с источником питания.
Элемент нагревателя может быть по существу плоским. Как используется в данном документе, «по существу плоский» означает образованный в одной плоскости и не обернутый вокруг или иным образом приспособленный для соответствия изогнутой или иной неплоской форме. Плоский нагреватель в сборе может быть легко обработан во время изготовления и предоставляет надежную конструкцию. Кроме того, плоский элемент нагревателя предусматривает определенную поверхность контакта, так что при непосредственном прижимании сопла к плоской поверхности нагревателя можно предотвратить высвобождение жидкости.
Нагреватель в сборе может содержать по меньшей мере одну нить, выполненную из первого материала, и по меньшей мере одну нить, выполненную из второго материала, отличного от первого материала. Это может быть выгодно по электрическим или механическим причинам. Например, одна или более нитей могут быть выполнены из материала, сопротивление которого существенно варьируется в зависимости от температуры, такого как сплав алюминия железа, сплавы из нержавеющей стали, нити из углеродных волокон или их сочетание. Предпочтительно, чтобы резистивные нагревательные нити были выполнены из материалов, соответствующих существующим токсикологическим нормам для нагревательных элементов при рабочих температурах. Это обеспечивает возможность использования величины сопротивления нитей для определения температуры или изменений температуры. Это может быть использовано в системе обнаружения затяжки и для управления температурой нагревателя для ее поддержания в пределах желаемого диапазона температур.
Элемент нагревателя предпочтительно поддерживается дальней стенкой камеры, образующей аэрозоль, изготовленной из электрически изолирующего материала, предпочтительно материала, который может выдерживать высокие температуры (свыше 300 градусов Цельсия) и резкие изменения температуры. Примером подходящего материала является полиимидная пленка, такая как Kapton, или слоистый фторированный этиленпропилен (FEP).
Элемент нагревателя может быть выполнен из диска непроводящего материала, такого как керамика или силикон, в качестве субстрата, и электрический резистивный элемент может быть нанесен, напечатан или осажден с конкретной указанной геометрией и толщиной для конкретной цели. Поверхность, которая будет находиться в контакте с жидкостью для получения аэрозоля, может быть покрыта тонким слоем стекла или стеклокерамики, которая также механически защищает электрическое сопротивление и изолирует, избегая непосредственного контакта жидкости с электрическими резистивными материалами.
Субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут быть высвобождены путем нагревания субстрата, образующего аэрозоль.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал на основе табака, содержащий летучие ароматные соединения табака, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагревании. В качестве альтернативы, субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал не на основе табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля представляет собой любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которая при использовании способствует образованию плотного и устойчивого аэрозоля и при рабочей температуре системы по существу устойчива к термической деградации. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны из уровня техники и включают, помимо всего прочего: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин; сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как глицерол моно-, ди- или триацетат; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Предпочтительными веществами для образования аэрозоля являются многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и, наиболее предпочтительно, глицерин. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты.
Жидкость, генерирующая аэрозоль, предпочтительно содержит никотин. Жидкость, генерирующая аэрозоль, предпочтительно содержит от 0,1% до 10% по весу, предпочтительно - от 0,2% до 5%, предпочтительно - от 0,5% до 2% по весу никотина.
Жидкость, генерирующая аэрозоль, может содержать глицерин. Жидкость, генерирующая аэрозоль, может содержать от 20% до 80% или от 50% до 70% по весу глицерина.
Жидкость, генерирующая аэрозоль, может содержать воду, предпочтительно от 5% до 20% по весу воды, например, от 8% до 15% по весу воды.
Жидкость, генерирующая аэрозоль, может содержать пропиленгликоль, предпочтительно от 5% до 50% по весу пропиленгликоля, например, от 10% до 40% по весу пропиленгликоля.
Жидкость, генерирующая аэрозоль, может содержать ароматизатор, предпочтительно от 0,1% до 5% по весу ароматизатора, например, от 0,5% до 3% по весу ароматизатора.
Система может дополнительно содержать электрическую схему, соединенную с элементом нагревателя и электрическим источником питания; при этом электрическая схема выполнена с возможностью контроля электрического сопротивления элемента нагревателя или одной или более нитей элемента нагревателя и с возможностью управления подачей питания на элемент нагревателя от источника питания в зависимости от электрического сопротивления элемента нагревателя или, в частности, электрического сопротивления одной или более нитей.
Электрическая схема может содержать микропроцессор, который может представлять собой программируемый микропроцессор, микроконтроллер или специализированную интегральную микросхему (ASIC) или другую электронную схему, способную осуществлять управление. Электрическая схема может содержать дополнительные электронные компоненты. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью регулирования подачи питания на нагреватель. Питание может подаваться на элемент нагревателя непрерывно после активации системы или может подаваться с перерывами, например, от затяжки к затяжке. Питание может подаваться на элемент нагревателя в виде импульсов электрического тока.
Система преимущественно содержит источник питания, как правило, батарею, такую как литий-железо-фосфатную батарею, внутри главной части корпуса. В качестве альтернативы источник питания может представлять собой устройство накопления заряда другого типа, такое как конденсатор. Источник питания может требовать перезарядки и может обладать емкостью, позволяющей накапливать достаточно энергии для одного или более сеансов. Например, источник питания может обладать достаточной емкостью для обеспечения возможности осуществления непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода приблизительно шести минут, что соответствует обычному времени, необходимому для выкуривания традиционной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере источник питания может обладать достаточной емкостью для обеспечения возможности осуществления заданного количества затяжек или отдельных активаций нагревателя.
Система может содержать главный блок и картридж, который соединен с возможностью снятия с главным блоком, при этом часть для хранения жидкости предусмотрена в картридже, а главный блок содержит нагреватель в сборе и источник питания. Элемент нагревателя может быть соединен с возможностью снятия с главным блоком, так что элемент нагревателя может быть заменен через равные промежутки времени. Как используется в данном документе, выражение «соединенный с возможностью снятия» означает, что соответствующие элементы могут быть соединены и отсоединены от системы без существенного повреждения либо элементов, либо системы.
Система может представлять собой электрически управляемую систему, генерирующую аэрозоль. Система может представлять собой удерживаемую рукой систему, генерирующую аэрозоль. Система, генерирующая аэрозоль, может иметь размер, сопоставимый с размером традиционной сигары или сигареты. Система, генерирующая аэрозоль, может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Система, генерирующая аэрозоль, может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.
Варианты осуществления изобретения будут далее описаны исключительно в качестве примера со ссылкой на сопроводительные графические материалы, на которых:
на фиг. 1a и 1b представлены схематические иллюстрации системы, содержащей подвижный картридж, в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 2 представлен увеличенный вид подвижного картриджа, содержащего подвижный плунжер;
на фиг. 3 представлен покомпонентный вид системы, генерирующей аэрозоль, содержащей картридж согласно фиг. 2;
на фиг. 4 представлен увеличенный вид, на котором показан освобождаемый конец сопла при размещении на самоцентрирующуюся конструкцию;
на фиг. 5 представлена конструкция согласно фиг. 4, в которой подвижный картридж находится во втором положении;
на фиг. 6 проиллюстрирована модификация конструкции согласно фиг. 4, в которой самоцентрирующаяся конструкция содержит освобождающий штырь;
на фиг. 7 представлена конструкция согласно фиг. 6, в которой подвижный картридж находится во втором положении;
на фиг. 8 проиллюстрировано предварительно определенное количество жидкости, захваченной в углубленной части освобождающего штыря;
на фиг. 9 представлен подробный вид системы, генерирующей аэрозоль, содержащей исполнительные средства для перемещения плунжера как раз перед осуществлением затяжки;
на фиг. 10 проиллюстрирована система согласно фиг. 9 в начале осуществления затяжки;
на фиг. 11 проиллюстрирована система согласно фиг. 9 во время осуществления затяжки;
на фиг. 12 проиллюстрирована система согласно фиг. 9 после осуществления затяжки.
На фиг. 1a и 1b представлены схематические иллюстрации системы, генерирующей аэрозоль, содержащей подвижный картридж 10, который содержит жидкость, генерирующую аэрозоль. На фиг. 1a и 1b система, генерирующая аэрозоль, представляет собой электронную сигарету, содержащую корпус 12 с впускными отверстиями 14 для воздуха и мундштуком 16, представляющим выпускное отверстие для воздуха. Между впускными отверстиями 14 для воздуха и мундштуком 16 образован путь 18 потока воздуха. Путь потока воздуха направляет поток воздуха из впускных отверстий 14 для воздуха посредством камеры 20, образующей аэрозоль, через круглый промежуток 22 между картриджем 10 и внутренней поверхностью корпуса 12 в мундштук 16. Элемент 24 нагревателя предусмотрен на дальней стенке 26 камеры, образующей аэрозоль. Картридж 10 содержит установленный с возможностью перемещения плунжер 28 и сопло 30 с освобождаемым концом 32 для выдачи жидкости из части 18 для хранения жидкости во внутреннюю часть картриджа 10 на элементе 24 нагревателя. Часть 18 для хранения жидкости соответствует объему картриджа 10 между плунжером 28 и освобождаемым концом 32 сопла 30. Поскольку плунжер 28 является подвижным, объем части 18 для хранения жидкости является изменяемым. В первом положении картриджа 10, картридж 10 упирается в элемент 24 нагревателя, так что жидкость не может выдаваться.
При осуществлении пользователем затяжки на мундштуке 16 электронной сигареты, между впускными отверстиями 14 для воздуха и мундштуком 16 создается поток воздуха. Данный поток воздуха проходит вокруг картриджа 10 и перемещает картридж 10 во второе положение, показанное на фиг. 1b, в котором между освобождаемым концом 32 сопла 30 картриджа 10 и элементом 24 нагревателя создается промежуток 46. Во время осуществления затяжки капля жидкости выдается на элемент 24 нагревателя. Жидкость испаряется на элементе 24 нагревателя и полученный в результате пар смешивается с потоком воздуха с образованием аэрозоля, который доставляется вдоль пути потока воздуха по направлению к мундштуку 16 электронной сигареты и вдыхается пользователем. После осуществления затяжки и прекращения потока воздуха, картридж 10 будет возвращаться в первое положение, так что жидкость больше не выдается. При выдаче жидкости подвижный плунжер 28 будет перемещаться по направлению к освобождаемому концу 32 картриджа 10, так что объем части 18 для хранения жидкости картриджа 10 будет постепенно уменьшаться.
На фиг. 2 представлен увеличенный вид картриджа 10, подходящего для использования в системе согласно фиг. 1. Картридж 10 содержит сопло 30 с освобождаемым концом 32. Внутри картриджа 10 установлен плунжер 28 с возможностью перемещения. Форма плунжера 28 соответствует форме сопла 30, так что может полностью высвобождаться содержимое картриджа 10 при перемещении плунжера 28 в нижнее положение. Картридж 10 имеет в целом цилиндрическую форму. На верхнем конце картриджа 10 предусмотрено крепежное приспособление 34, посредством которого картридж 10 может быть присоединен к соответствующей приемной части (не показано) на внутренней части корпуса электронной сигареты. В данном случае, крепежное приспособление представляет собой соединение типа наконечника Люэра.
На фиг. 3 представлен покомпонентный вид электронной сигареты, содержащей картридж 10 согласно фиг. 2. Электронная сигарета содержит первую часть 12a корпуса с впускным отверстием 14 для воздуха, а также источник питания и электронную схему (не показано) для обеспечения элемента нагревателя электропитанием. Картридж 10 установлен и прикреплен ко второй части 12b корпуса, содержащей мундштук 14. Вторая часть 12b корпуса выполнена с возможностью соединения с первой частью 12a корпуса.
На фиг. 4 представлен увеличенный вид освобождаемого конца 32 сопла 30 при изображении его размещения на самоцентрирующейся конструкции. Дальняя стенка 26 камеры 20, образующей аэрозоль, поддерживает элемент 24 нагревателя. В центре элемента 24 нагревателя предусмотрена коническая конструкция 42. Коническая конструкция 42 расположена таким образом, что освобождаемый конец 32 сопла 30 картриджа 10 размещен в нем, когда картридж 10 находится в первом положении. В первом положении коническая конструкция 42 предотвращает выдачу жидкости из картриджа 10. С целью улучшения уплотняющих свойств области контакта между коническим элементом 42 и соплом 30, освобождаемый конец 32 сопла 30 содержит скос 44 с углом, который соответствует углу поверхности конической конструкции 42. Коническая конструкция 42 также представляет самоцентрирующуюся конструкцию для картриджа 10 и обеспечивает правильное и воспроизводимое размещение сопла 30, когда картридж 10 находится в первом положении.
При осуществлении затяжки на электронной сигарете, картридж 10 перемещается во втором положении, в котором промежуток 46 создается между соплом 30 и элементом 24 нагревателя и конической конструкцией 42, соответственно. Данная ситуация изображена на фиг. 5. В данном варианте осуществления картридж перемещается на приблизительно 1 мм, так что только небольшая часть жидкости - лишь от 1 до 4 мг жидкости, более предпочтительно - от 2 до 3 мг жидкости, выдается из картриджа 10 за одну затяжку.
На фиг. 6 представлен дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения, который обеспечивает возможность еще более точного дозирования жидкости, подлежащей выдаче, за одну затяжку. С этой целью, самоцентрирующаяся коническая конструкция 42 дополнительно содержит в целом цилиндрический освобождающий штырь 48 с поперечным сечением, которое соответствует в целом цилиндрическому поперечному сечению сопла 30 картриджа 10. Когда картридж 10 находится в первом положении, как изображено на фиг. 6, освобождающий штырь 48 полностью проходит в сопло 30 и скос 44 на освобождаемом конце 32 сопла 30 упирается в коническую часть 50 в основании освобождающего штыря 48. Освобождающий штырь 48 содержит промежуточную углубленную часть 52 с уменьшенным диаметром. Когда картридж 10 находится в первом положении, углубленная область 52 соединена по текучей среде с частью 18 для хранения жидкости картриджа 10 и, следовательно, заполняется жидкостью. Данная ситуация проиллюстрирована на фиг. 8. Часть 53 жидкости, содержащейся в углубленной области 52, определяет количество жидкости, выдаваемой во время осуществления затяжки на нагреватель 24 в сборе.
На фиг. 8 проиллюстрирована конструкция согласно фиг. 7, причем картридж находится во втором положении. При перемещении картриджа 10 во второе положение, сопло 30 скользит вдоль освобождающего штыря 48 в направлении от дальнего конца 26 камеры 20, образующей аэрозоль, так что между освобождаемым концом 32 сопла 30 и основной частью 50 освобождающего штыря 48 снова создается промежуток 46. Во время перемещения картриджа 10, цилиндрическая головная часть 58 освобождающего штыря 48 входит в контакт с цилиндрической частью сопла 30 и, тем самым, отсоединяет углубленную область 52 освобождающего штыря 48 от части 18 для хранения жидкости картриджа 10. При достижении картриджа 10 второго положения, часть 53 жидкости, захваченной в углубленной области 52, выдается на элементе 24 нагревателя. Цилиндрическая головная часть 58 освобождающего штыря 48 обеспечивает затвор для сопла 30 и, следовательно, предотвращает выдачу дополнительной жидкости из картриджа 10. С целью избежания возникновения чрезмерного давления при продолжительной выдаче жидкости из картриджа 10, чрезмерное давление которого может задерживать дальнейшую выдачу жидкости, плунжер 28 установлен с возможностью перемещения в картридже 10 и перемещается по направлению к соплу 30 картриджа 10, тем самым уменьшая объем части 18 для хранения жидкости.
На фиг. 9 12 проиллюстрирован дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения, содержащий исполнительные средства для направления плунжера 28 в картридж 10. Главные элементы исполнительных средств изображены на фиг. 9. Картридж 10, изображенный на фиг. 9, соответствует картриджу согласно фиг. 2. При помощи соединительного механизма 64 типа наконечника Люэра картридж 10 герметично соединен с соединительным элементом 60. Соединительный элемент 60 имеет в целом цилиндрическую форму и характеризуется гибкой мембраной 62 на расположенной ниже по потоку торцевой поверхности. Соединительный элемент 60 определяет камеру 66 нагнетания между подвижным плунжером 28 картриджа 10 и гибкой мембраной 62. Одноходовой клапан 68 предусмотрен на боковой стенке соединительного элемента 60 для обеспечения возможности потока воздуха в камеру 66 нагнетания, но предотвращения потока воздуха из камеры 66 нагнетания. Упругая нажимная пружина 70 предусмотрена между мундштуком 14 и соединительным элементом 60, так что сопло 30 картриджа 10 прижато к элементу 24 нагревателя, поддерживаемом дальней стенкой 26 камеры 20, образующей аэрозоль. В близкой связи с гибкой мембраной 62 неподвижный штырь 72 предусмотрен по центру внутри корпуса 12.
Как проиллюстрировано стрелками, указанными на фиг. 11, путь потока воздуха установлен между впускном отверстием 14 для воздуха посредством камеры 20, образующей аэрозоль, проходящей вокруг картриджа 10 и соединительного элемента 60 по направлению к мундштуку 16 при осуществлении пользователем затяжки на мундштуке 16 электронной сигареты.
Благодаря потоку воздуха во время осуществления затяжки, картридж 10 вместе с соединительным элементом 60 перемещается ниже по потоку по направлению к концу мундштука электронной сигареты, как указано на фиг. 12. Между соплом 30 и элементом 24 нагревателя снова создается промежуток 46. В то же время, гибкая мембрана 62 прижимается к неподвижному штырю 72, так что давление в камере 66 нагнетания увеличивается. Увеличенное давление заставляет плунжер 28 перемещаться по направлению к соплу 30 до достижения равенства давлений. При перемещении вперед плунжер 28 выдавливает часть жидкости, содержащейся в части 18 для хранения жидкости, картриджа 10 из сопла 30 и часть жидкости высвобождается на нагреватель 24.
После осуществления затяжки нажимная пружина 70 направляет картридж 10 назад в первое положение, так что сопло 30 снова плотно прижимается к элементу 24 нагревателя, и, кроме того, происходит предотвращение выдачи жидкости. Это соответствует ситуации, показанной на фиг. 10. Гибкая мембрана 62 также возвращается в свое исходное состояние покоя и растяжения. Во время возвращения мембраны 62 в ее исходное состояние, воздух запускается в камеру 66 нагнетания посредством одноходового клапана 68. Количество жидкости, выдаваемое во время осуществления одной затяжки, определено, среди прочего, от перемещения картриджа 10, давления, прилагаемого к гибкой мембране 62, и давления, создаваемого в камере 66 нагнетания во время осуществления затяжки. Сопротивление втягиванию можно регулировать путем выбора промежутка между картриджем 10 и корпусом 12 и посредством жесткости используемой нажимной пружины 70.