ИЗДЕЛИЕ, ГЕНЕРИРУЮЩЕЕ АЭРОЗОЛЬ, С ТЕРМИЧЕСКИ РАСШИРЯЕМЫМ ЦЕНТРИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ
AEROSOL GENERATING PRODUCT WITH THERMALLY EXPANDABLE CENTERING ELEMENT

Настоящее изобретение относится к изделию, генерирующему аэрозоль, содержащему субстрат, генерирующий аэрозоль.
В данной области техники известны изделия, генерирующие аэрозоль, в которых субстрат, генерирующий аэрозоль, такой как табакосодержащий субстрат, нагревают, а не сжигают. Обычно в таких нагреваемых изделиях, генерирующих аэрозоль, аэрозоль генерируется путем передачи тепла от источника тепла к физически отдельному субстрату, генерирующему аэрозоль, или материалу, который может быть расположен в контакте с источником тепла, внутри, вокруг него или по ходу потока относительно него. Во время использования изделия, генерирующего аэрозоль, летучие соединения высвобождаются из субстрата, генерирующего аэрозоль, путем передачи тепла от источника тепла и захватываются воздухом, втягиваемым через изделие, генерирующее аэрозоль. По мере охлаждения высвобождаемых соединений они конденсируются с образованием аэрозоля.
Доступно несколько альтернативных способов получения субстратов для нагреваемых изделий, генерирующих аэрозоль, например, из случайно ориентированных резаных кусочков, нитей или полосок табачного материала. В последнее время в документе WO-A-2012/164009 были раскрыты стержни для нагреваемых изделий, генерирующих аэрозоль, образованных из собранных листов гомогенизированного табачного материала, которые обеспечивают возможность улучшенного регулирования пористости вдоль стержней.
В ряде документов, относящихся к известному уровню техники, раскрыты устройства, генерирующие аэрозоль, для потребления изделий, генерирующих аэрозоль. Такие устройства включают, например, электрически нагреваемые устройства, генерирующие аэрозоль, в которых аэрозоль генерируется путем передачи тепла от одного или более электрических элементов-нагревателей устройства, генерирующего аэрозоль, к субстрату, генерирующему аэрозоль, нагреваемого изделия, генерирующего аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, может, например, содержать камеру нагрева, приспособленную для размещения с возможностью отделения субстрата, генерирующего аэрозоль, который может быть вставлен пользователем и удален пользователем после использования. Таким образом, в таких устройствах субстрат, генерирующий аэрозоль, может принимать тепло от окружающей поверхности камеры нагрева.
Для облегчения вставки и удаления изделия, генерирующего аэрозоль, внутренний диаметр камеры нагрева предпочтительно больше, чем наружный диаметр изделия, генерирующего аэрозоль. Также желательно, чтобы он позволял обеспечивать возможные небольшие изменения в наружном диаметре изделия, генерирующего аэрозоль. Напротив, если внутренний диаметр камеры нагрева очень похож на наружный диаметр изделия, генерирующего аэрозоль, колебания наружного диаметра изделия, генерирующего аэрозоль, могут препятствовать его вставке в устройство, и, как правило, части изделия, генерирующего аэрозоль, могут находиться в непосредственном контакте с поверхностями нагрева или даже прижиматься к ним, что может вызывать локальный перегрев или даже горение изделия, генерирующего аэрозоль.
Кроме того, было обнаружено, что, как правило, в нагреваемых изделиях, генерирующих аэрозоль, необходимо меньшее количество субстрата, генерирующего аэрозоль, по сравнению с изделиями, генерирующими аэрозоль, в которых субстрат сгорает, такими как обычные сигареты с фильтром. Таким образом, изделия, генерирующие аэрозоль, для получения вдыхаемого аэрозоля при нагреве могут иметь диаметр, аналогичный диаметру обычной сигареты с фильтром, будучи при этом короче обычной сигареты с фильтром. Альтернативно изделия, генерирующие аэрозоль, для получения вдыхаемого аэрозоля при нагреве могут иметь приблизительно такую же длину, как и у обычной сигареты с фильтром, будучи при этом тоньше обычной сигареты с фильтром.
Изделия, генерирующие аэрозоль, более узкого типа могут быть быстро нагреты, поскольку количество материала для нагрева на единицу длины меньше. Кроме того, может быть возможным последовательный независимый нагрев разных продольных частей субстрата, генерирующего аэрозоль, что может обеспечить точное управление тем, как субстрат, генерирующий аэрозоль, потребляют с течением времени.
Однако более тонкие изделия, генерирующие аэрозоль, являются менее подходящими для использования с внутренним нагревательным механизмом, представляющим собой механизм, в котором нагревательный элемент, такой как нагревательная пластина, вставляют в субстрат, генерирующий аэрозоль. Это связано с тем, что вставка нагревательного элемента внутрь субстрата, генерирующего аэрозоль, может повредить субстрат или сам нагревательный элемент.
Однако при использовании в устройстве, содержащем камеру нагрева, приспособленную для размещения изделия, генерирующего аэрозоль, более тонкие изделия, генерирующие аэрозоль, более подвержены выскальзыванию из камеры нагрева и, как правило, не удерживаются в идеально центрированном положении внутри камеры нагрева, и поэтому подача тепловой энергии к субстрату, генерирующему аэрозоль, может не быть настолько однородной, насколько это возможно.
Было бы желательно создать альтернативное изделие, генерирующее аэрозоль, которое легче удерживать в правильном положении во время использования, при этом чтобы его также было легко вставлять в камеру нагрева устройства, генерирующего аэрозоль. Кроме того, было бы желательно создать одно такое изделие, генерирующее аэрозоль, которое может быть удобно изготовлено с высокой скоростью без необходимости какой-либо существенной модификации существующего устройства.
Согласно аспекту настоящего изобретения предусмотрено изделие, генерирующее аэрозоль, для получения вдыхаемого аэрозоля при нагреве. Изделие, генерирующее аэрозоль, содержит стержень субстрата, генерирующего аэрозоль; обертку, окружающую по меньшей мере стержень; и по меньшей мере один термически расширяемый элемент, расположенный на наружной поверхности обертки.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предусмотрена система, генерирующая аэрозоль, содержащая аэрозольное изделие, генерирующее аэрозоль, и электрическое устройство, генерирующее аэрозоль, при этом устройство, генерирующее аэрозоль, содержит нагреватель и продолговатую камеру нагрева, выполненную с возможностью размещения изделия, генерирующего аэрозоль, таким образом, чтобы изделие, генерирующее аэрозоль, нагревалось в камере нагрева. Изделие, генерирующее аэрозоль, содержит стержень субстрата, генерирующего аэрозоль; обертку, окружающую по меньшей мере стержень, при этом наружный диаметр окруженного стержня меньше внутреннего диаметра камеры нагрева; и по меньшей мере один термически расширяемый элемент, расположенный на наружной поверхности обертки. Термически расширяемый элемент выполнен с возможностью деформации при нагреве в камере нагрева таким образом, что по меньшей мере часть термически расширяемого элемента соприкасается с внутренней поверхностью камеры нагрева.
Следует понимать, что любые признаки, описанные со ссылкой на один аспект настоящего изобретения, в равной степени применимы к любому другому аспекту настоящего изобретения.
Термин «изделие, генерирующее аэрозоль» используется в данном документе для обозначения как изделий, в которых субстрат, генерирующий аэрозоль, нагревают, так и изделий, в которых субстрат, генерирующий аэрозоль, сжигают, таких как обычные сигареты. В контексте данного документа термин «субстрат, генерирующий аэрозоль» обозначает субстрат, способный высвобождать летучие соединения при нагреве для генерирования аэрозоля.
В нагреваемых изделиях, генерирующих аэрозоль, аэрозоль генерируют путем нагрева без сжигания субстрата, генерирующего аромат, такого как табак. Известные нагреваемые изделия, генерирующие аэрозоль, включают, например, электрически нагреваемые изделия, генерирующие аэрозоль, и изделия, генерирующие аэрозоль, в которых аэрозоль генерируют путем передачи тепла от горючего тепловыделяющего элемента или источника тепла к физически отдельному материалу, образующему аэрозоль. Например, изделия, генерирующие аэрозоль, согласно настоящему изобретению находят конкретное применение в системах, генерирующих аэрозоль, содержащих устройство, которое содержит камеру нагрева, приспособленную для размещения по меньшей мере части стержня субстрата, генерирующего аэрозоль. В контексте данного документа термин «устройство, генерирующее аэрозоль» относится к устройству, содержащему элемент-нагреватель, который взаимодействует с субстратом, генерирующим аэрозоль, изделия, генерирующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля.
В контексте данного документа термины «по ходу потока» и «против потока» описывают относительные положения элементов или частей элементов изделия, генерирующего аэрозоль, по отношению к направлению, в котором аэрозоль транспортируется во время использования через изделие, генерирующее аэрозоль.
В контексте данного документа термин «продольный» относится к направлению, соответствующему главной продольной оси изделия, генерирующего аэрозоль, которое проходит между концами изделия, генерирующего аэрозоль, по ходу потока и против потока. Во время использования воздух втягивается через изделие, генерирующее аэрозоль, в продольном направлении. Термин «поперечный» относится к направлению, которое перпендикулярно продольной оси. Любая ссылка на «сечение» изделия, генерирующего аэрозоль, или компонента изделия, генерирующего аэрозоль, относится к поперечному сечению, если не указано иное.
Термин «длина» обозначает размер компонента изделия, генерирующего аэрозоль, в продольном направлении. Например, ее можно использовать для обозначения размера стержня или продолговатых трубчатых элементов в продольном направлении.
В контексте настоящего изобретения термин «термически расширяемый» используется для описания материала или компонента, длина, площадь поверхности и объем которых увеличиваются в ответ на изменение температуры. В целом, «коэффициент теплового расширения» описывает то, как размер объекта, изготовленного из определенного материала, изменяется с изменением температуры. Другими словами, коэффициент теплового расширения является показателем относительного изменения размера на градус изменения температуры при постоянном давлении. Может быть сделана ссылка на несколько типов коэффициентов теплового расширения: объемный, площадной и линейный. Объемные, площадные и линейные тепловые расширения тесно связаны.
В контексте данного документа термин «вздувающийся материал» используется для описания материала, который расширяется под воздействием повышенных температур не только за счет своего коэффициента теплового расширения. В качестве примера, при достижении заданной температуры вздувающийся материал может набухать значительно и быстро из-за химического процесса, инициируемого теплом.
Как кратко описано выше, изделие, генерирующее аэрозоль, в соответствии с настоящим изобретением содержит стержень субстрата, генерирующего аэрозоль, приспособленный для высвобождения вдыхаемого аэрозоля при нагреве. Кроме того, изделие, генерирующее аэрозоль, содержит обертку, окружающую по меньшей мере стержень. В отличие от существующих изделий, генерирующих аэрозоль, в соответствии с настоящим изобретением по меньшей мере один термически расширяемый элемент расположен на наружной поверхности обертки.
Таким образом, когда во время использования изделие, генерирующее аэрозоль, подвергают воздействию тепла, в частности, когда изделие, генерирующее аэрозоль, используют в устройстве, генерирующем аэрозоль, типа, содержащего камеру нагрева, приспособленную по меньшей мере для размещения изделия, генерирующего аэрозоль, термически расширяемый элемент подвергается объемному расширению. Соответственно наружный диаметр термически расширяемого элемента увеличивается, и таким образом изделие, генерирующее аэрозоль, может соприкасаться с внутренней поверхностью камеры нагрева.
Преимущественно легко гарантировать стабильное удерживание изделия, генерирующего аэрозоль, в соответствии с настоящим изобретением внутри камеры нагрева одного такого устройства, генерирующего аэрозоль. Кроме того, легко гарантировать, что во время использования изделие, генерирующее аэрозоль, в соответствии с настоящим изобретением поддерживается в желательном центрированном положении внутри камеры нагрева, что обеспечивает как можно более равномерную подачу тепла к субстрату, генерирующему аэрозоль, во время использования.
Кроме того, поскольку термически расширяемый элемент полностью соприкасается с внутренней поверхностью камеры нагрева, когда изделие, генерирующее аэрозоль, извлекают из камеры нагрева после использования, расширенный элемент может преимущественно способствовать чистке поверхности камеры нагрева между использованиями.
В то же время, благодаря соприкосновению с внутренней поверхностью камеры нагрева, расширенный элемент по меньшей мере частично заграждает зазор, в противном случае предусмотренный между изделием, генерирующим аэрозоль, и внутренней поверхностью камеры нагрева. Таким образом, воздух, протекающий внутри такого зазора, не может быть эффективно вытянут потребителем в направлении мундштучного конца устройства, генерирующего аэрозоль. Это является преимущественным, поскольку при непосредственном контакте с нагретой внутренней поверхностью камеры этот воздух может становиться очень горячим и потенциально может нанести вред потребителю во время использования.
Дополнительно изделия, генерирующие аэрозоль, в соответствии с настоящим изобретением могут быть преимущественно изготовлены в непрерывном процессе, который может быть эффективно выполнен с высокой скоростью, и их можно удобно включать в существующие производственные линии для изготовления нагреваемых курительных изделий.
Как кратко описано выше, изделие, генерирующее аэрозоль, в соответствии с настоящим изобретением содержит стержень из субстрата, генерирующего аэрозоль, и обертку, окружающую по меньшей мере стержень. В некоторых вариантах осуществления обертка окружает только стержень. В других вариантах осуществления, в которых изделие, генерирующее аэрозоль, содержит один или более дополнительных компонентов, по существу выравненных со стержнем, обертка также может по меньшей мере частично окружать один или более дополнительных компонентов.
В контексте данного документа термин «стержень» используется для обозначения в целом цилиндрического элемента с по существу круглым, овальным или эллиптическим сечением.
Субстрат, генерирующий аэрозоль, может быть образован из резаных кусочков, нитей или полосок табачного материала, включая листы восстановленного табака или гомогенизированного табака. В контексте данного документа термин «гомогенизированный табачный материал» охватывает любой табачный материал, образованный агломерацией частиц табачного материала. Листы или полотна гомогенизированного табачного материала образуют путем агломерации сыпучего табачного материала, полученного путем измельчения или, в других случаях, превращения в порошок одного или обоих из пластинок листового табака и стеблей листового табака. Дополнительно гомогенизированный табачный материал может содержать одно или более из табачной пыли, табачной мелочи и других побочных продуктов сыпучего табака, образующихся во время переработки, обработки и транспортировки табака, а также связующего, веществ для образования аэрозоля, ароматизаторов, других нетабачных материалов, таких как другие растительные материалы, в том числе волокна и другое. Листы гомогенизированного табачного материала могут быть получены посредством процессов литья, экструзии, изготовления бумаги или любыми другими подходящими способами, известными в данной области техники.
Непрерывный лист материала, образующего аэрозоль, может представлять собой гладкий лист. Альтернативно непрерывный лист может быть обработан для облегчения собирания листа. Например, непрерывный лист может быть подвергнут рифлению, рилевке, сложению, текстурированию, конгревному тиснению или иным образом обработан для предоставления ослабленных линий, чтобы облегчить собирание. Предпочтительная обработка непрерывного листа представляет собой гофрирование. В контексте данного документа термин «гофрированный» обозначает лист, имеющий несколько по существу параллельных складок или гофров. Добавление одного или более гофрированных листов может способствовать сохранению расстояния между смежными листами внутри стержня.
Листы могут быть образованы из пористого табачного материала. Термин «пористый» используется в данном документе для обозначения материала, в котором предусмотрено несколько пор или отверстий, обеспечивающих прохождение воздуха через материал. Табачный материал может быть получен с соблюдением внутренней пористости таким образом, что внутри структуры каждого листа обеспечено достаточное количество пор или пустот, чтобы обеспечить прохождение потока воздуха через лист в продольном направлении. Альтернативно или дополнительно каждый лист табачного материала может содержать несколько отверстий для потока воздуха, обеспечивающих желаемую пористость. Например, лист табачного материала может быть пробит рисунком из отверстий для потока воздуха во время получения стержня субстрата, генерирующего аэрозоль. Отверстия для потока воздуха могут быть произвольно или равномерно пробиты по листу. Рисунок из отверстий для потока воздуха может по существу покрывать всю поверхность листа или может покрывать одну или более конкретных областей листа, при этом оставшиеся области не имеют отверстий для потока воздуха.
Резаные кусочки, нити или полоски табачного материала могут быть произвольно расположены внутри стержня. В качестве альтернативы, резаные кусочки, нити или полоски табачного материала могут быть по существу параллельными и выравнены с продольной осью стержня.
В некоторых вариантах осуществления субстрат, генерирующий аэрозоль, может быть образован путем сбора непрерывного листа гомогенизированного табачного материала в поперечном направлении относительно продольной оси.
Предпочтительно субстрат, генерирующий аэрозоль, содержит вещество для образования аэрозоля. В контексте данного документа термин «вещество для образования аэрозоля» описывает любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которые при использовании облегчают образование аэрозоля и которые по существу устойчивы к термической деградации при рабочей температуре изделия, генерирующего аэрозоль. Подходящие вещества для образования аэрозоля известны в данной области техники и включают, помимо прочего: многоатомные спирты, такие как пропиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин; сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как моно-, ди- или триацетат глицерина; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Предпочтительные вещества для образования аэрозоля представляют собой многоатомные спирты или их смеси, такие как пропиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и наиболее предпочтительно глицерин.
Вещество для образования аэрозоля может быть предусмотрено в виде жидкости или геля. В некоторых вариантах осуществления вещество для образования аэрозоля может быть предусмотрено в композиции, дополнительно содержащей никотин, ароматизатор или и то, и другое.
Гомогенизированные табачные материалы могут дополнительно содержать различные другие добавки, такие как увлажнители, пластификаторы, ароматизаторы, наполнители, связующие и растворители.
Стержень субстрата, генерирующего аэрозоль, предпочтительно имеет внешний диаметр, который приблизительно равен внешнему диаметру изделия, генерирующего аэрозоль.
Предпочтительно стержень субстрата, генерирующего аэрозоль, имеет внешний диаметр по меньшей мере 5 миллиметров. Стержень субстрата, генерирующего аэрозоль, может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 12 миллиметров, например, от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 10 миллиметров или от приблизительно 6 миллиметров до приблизительно 8 миллиметров. В предпочтительном варианте осуществления стержень субстрата, генерирующего аэрозоль, имеет внешний диаметр 7,2 миллиметра с точностью до 10 процентов.
Стержень субстрата, генерирующего аэрозоль, может иметь длину от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 100 мм. Предпочтительно стержень субстрата, генерирующего аэрозоль, имеет длину по меньшей мере приблизительно 5 миллиметров, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 7 миллиметров. Дополнительно или в качестве альтернативы стержень субстрата, генерирующего аэрозоль, предпочтительно имеет длину меньше чем приблизительно 25 миллиметров, более предпочтительно меньше чем приблизительно 20 миллиметров. В одном варианте осуществления стержень субстрата, генерирующего аэрозоль, может иметь длину приблизительно 10 миллиметров. В предпочтительном варианте осуществления стержень субстрата, генерирующего аэрозоль, имеет длину приблизительно 12 миллиметров.
Предпочтительно стержень субстрата, генерирующего аэрозоль, имеет по существу равномерное сечение по длине стержня. Особенно предпочтительно стержень субстрата, генерирующего аэрозоль, имеет по существу круглое сечение.
Изделия, генерирующие аэрозоль, в соответствии с настоящим изобретением содержат субстрат, генерирующий аэрозоль, который может быть предоставлен в виде стержня, содержащего нити нетабачного материала, окруженные оберткой. В контексте данного документа термин «стержень» используется для обозначения в целом цилиндрического элемента с по существу круглым, овальным или эллиптическим сечением. По сути возможны также другие и более сложные сечения для нитей, такие как звездообразное, X-образное или Y-образное. Однако в контексте настоящего изобретения такие формы поперечного сечения, которые обеспечивают достаточно плотную упаковку нитей, но в то же время характеризуются благоприятным соотношением между площадью поверхности окружности, описанной сечением нити, и эффективной площадью поверхности сечения нити, являются предпочтительными. Это обусловлено тем, что в контексте настоящего изобретения формы, которые позволяют упаковать больший совокупный объем нитей в стержне, обычно являются предпочтительными по сравнению с формами, соответствующими большим совокупным площадям внешней поверхности нитей. В этом отношении идеальными являются круглая форма или квазикруглая форма (такая как овальная или эллиптическая). Также возможны треугольные и прямоугольные сечения. Однако при треугольных и прямоугольных сечениях нити могут стать даже слишком плотно упакованными, например такими, которые уменьшают пространство, доступное для потока воздуха, между нитями.
Как описано выше, в изделиях, генерирующих аэрозоль, согласно настоящему изобретению субстрат, генерирующий аэрозоль, окружен оберткой. Обертка может быть образована из пористого или непористого листового материала. Обертка может быть образована из любого подходящего материала или комбинации материалов. Предпочтительно обертка представляет собой бумажную обертку.
Дополнительно изделия, генерирующие аэрозоль, в соответствии с настоящим изобретением содержат по меньшей мере один термически расширяемый элемент, расположенный на наружной поверхности обертки.
Предпочтительно по меньшей мере один термически расширяемый элемент содержит термореактивный материал. В контексте данного документа термин «термореактивный материал» используется для описания материала, который изменяет форму или состояние вещества под воздействием тепла. Сюда входят материалы, которые сохраняют измененную форму или состояние вещества, когда они больше не подвергаются воздействию тепла, а также материалы, которые возвращаются к своей недеформированной форме или исходному состоянию вещества, когда они больше не подвергаются воздействию тепла.
В контексте данного документа термин «деформировать» используется для описания эластичного или пластичного изменения формы, размеров или формы и размеров объекта. Сюда входит расширение и сжатие.
Более предпочтительно термореактивный материал представляет собой вздувающийся реактивный материал.
Вздувающийся материал может содержать любой подходящий материал или материалы. В некоторых вариантах осуществления вздувающийся материал образует изоляционный пеноматериал под воздействием тепла из зоны горения курительного изделия. В одном варианте осуществления вздувающийся материал содержит источник углерода, такой как крахмал или один или более пентаэритритолов (или других видов многоатомных спиртов), источник кислоты, такой как полифосфат аммония, вздувающий агент, такой как меламин, и связующее, такое как соевый лецитин. Дополнительно может быть добавлен агент, такой как хлорированные парафины, который улучшает образование изоляционного пеноматериала. В альтернативном варианте осуществления вздувающийся материал содержит смесь силиката натрия и графита, вследствие чего может быть получен твердый углеродистый пеноматериал, когда вздувающийся материал подвергается воздействию тепла во время использования изделия, генерирующего аэрозоль.
Вздувающийся материал может быть нанесен в виде термореактивного покрытия, образуемого путем нанесения одного или более из вздувающихся лаков, красок, политур или любой их комбинации на внутреннюю поверхность корпуса крышки. Например, путем нанесения щеткой, нанесения валиком, нанесения путем погружения или напыления или путем использования вздувающейся бумаги или листа на основе пластика, которому придана конечная форма крышки с использованием любых известных процессов изготовления крышек, таких как резка, прокатка и применение систем приклеивания или формование в случае использования материала на основе пластика. В одном варианте осуществления вздувающийся материал представляет собой раствор на основе латекса, наносимый путем напыления.
Предпочтительно при нагреве по меньшей мере один термически расширяемый элемент расширяется в радиальном направлении по меньшей мере приблизительно на 0,01 миллиметра. Радиальное расширение термически расширяемого элемента измеряют путем нагрева изделия, генерирующего аэрозоль, при таких условиях, в которых ничто не будет физически мешать тепловому расширению или ограничивать его. Следует понимать, что в отличие от этого, когда изделие, генерирующее аэрозоль, в соответствии с настоящим изобретением нагревают внутри камеры нагрева устройства, генерирующего аэрозоль, степень расширения может быть ограничена взаимодействием термически расширяемого элемента со стенками камеры нагрева.
Более предпочтительно при нагреве по меньшей мере один термически расширяемый элемент расширяется в радиальном направлении по меньшей мере приблизительно на 0,05 миллиметра. Еще более предпочтительно при нагреве по меньшей мере один термически расширяемый элемент расширяется в радиальном направлении по меньшей мере приблизительно на 0,1 миллиметра.
Дополнительно или в качестве альтернативы, при нагреве по меньшей мере один термически расширяемый элемент предпочтительно расширяется в радиальном направлении меньше чем приблизительно на 1 миллиметр. Более предпочтительно при нагреве по меньшей мере один термически расширяемый элемент расширяется в радиальном направлении меньше чем приблизительно на 0,75 миллиметра. Еще более предпочтительно при нагреве по меньшей мере один термически расширяемый элемент расширяется в радиальном направлении меньше чем приблизительно на 0,5 миллиметра.
Предпочтительно при нагреве термореактивный материал расширяется по меньшей мере приблизительно в 1,1 раза. В контексте данного документа термин «расширяется по меньшей мере в 1,1 раза» используется для обозначения того, что при воздействии тепла элемент, изготовленный из термореактивного материала, имеющего толщину 1 миллиметр в недеформированном состоянии, предпочтительно расширяется до толщины по меньшей мере приблизительно 1,1 миллиметра. Расширение термически расширяемого элемента измеряют путем нагрева изделия, генерирующего аэрозоль, при таких условиях, в которых ничто не будет физически мешать тепловому расширению или ограничивать его.
Более предпочтительно при нагреве термореактивный материал расширяется по меньшей мере приблизительно в 2 раза. Еще более предпочтительно при нагреве термореактивный материал расширяется по меньшей мере приблизительно в 5 раз. Более предпочтительно при нагреве термореактивный материал расширяется по меньшей мере приблизительно в 10 раз.
Предпочтительно изделие, генерирующее аэрозоль, в соответствии с настоящим изобретением расширяется по меньшей мере приблизительно в 1,001 раза. Другими словами, изделие, генерирующее аэрозоль, имеющее в недеформированном состоянии наружный диаметр приблизительно 7 миллиметров в месте по меньшей мере одного термически расширяемого элемента при воздействии тепла расширится до наружного диаметра по меньшей мере приблизительно 7,01 миллиметра. Более предпочтительно изделие, генерирующее аэрозоль, расширяется по меньшей мере приблизительно в 1,007 раза. Еще более предпочтительно изделие, генерирующее аэрозоль, расширяется по меньшей мере приблизительно в 1,014 раза.
Дополнительно или в качестве альтернативы, изделие, генерирующее аэрозоль, расширяется меньше чем приблизительно в 1,14 раза. Более предпочтительно изделие, генерирующее аэрозоль, расширяется меньше чем приблизительно в 1,107 раза. Еще более предпочтительно изделие, генерирующее аэрозоль, расширяется меньше чем приблизительно в 1,07 раза.
Предпочтительно длина термически расширяемого элемента составляет по меньшей мере приблизительно 0,5 миллиметра. В настоящем описании термин «длина» используется для обозначения размера компонента изделия, генерирующего аэрозоль, который измеряется в продольном направлении изделия. Более предпочтительно длина термически расширяемого элемента составляет по меньшей мере приблизительно 1 миллиметр. Еще более предпочтительно длина термически расширяемого элемента составляет по меньшей мере приблизительно 2 миллиметра.
Дополнительно или в качестве альтернативы, длина термически расширяемого элемента предпочтительно составляет меньше чем приблизительно 15 миллиметров. Более предпочтительно длина термически расширяемого элемента составляет меньше чем приблизительно 10 миллиметров. Еще более предпочтительно длина термически расширяемого элемента составляет меньше чем приблизительно 5 миллиметров.
Предпочтительно площадь поверхности области наружной поверхности обертки, покрытой термически расширяемым элементом, составляет по меньшей мере приблизительно 7,5 квадратных миллиметра. Более предпочтительно площадь поверхности области наружной поверхности обертки, покрытой термически расширяемым элементом, составляет по меньшей мере приблизительно 15 квадратных миллиметров. Еще более предпочтительно площадь поверхности области наружной поверхности обертки, покрытой термически расширяемым элементом, составляет по меньшей мере приблизительно 30 квадратных миллиметров.
Дополнительно или в качестве альтернативы, площадь поверхности области наружной поверхности обертки, покрытой термически расширяемым элементом, предпочтительно составляет меньше чем приблизительно 600 квадратных миллиметров. Более предпочтительно площадь поверхности области наружной поверхности обертки, покрытой термически расширяемым элементом, составляет меньше чем приблизительно 400 квадратных миллиметров. Еще более предпочтительно площадь поверхности области наружной поверхности обертки, покрытой термически расширяемым элементом, составляет меньше чем приблизительно 200 квадратных миллиметров.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один термически расширяемый элемент проходит по окружности обертки. В альтернативных вариантах осуществления изделие, генерирующее аэрозоль, содержит несколько отдельных термически расширяемых элементов, расположенных в различных местах по окружности обертки.
Предпочтительно термореактивный материал расположен равномерно по окружности обертки. Это представляет преимущество, заключающееся в том, что предпочтение отдается центрированию изделия, генерирующего аэрозоль, внутри камеры нагрева. Не ограничиваясь теорией, следует понимать, что, если изделие, генерирующее аэрозоль, вставлено в камеру нагрева в положении, отличном от коаксиального положения, то одна часть термически расширяемого элемента будет расположена ближе к источнику тепла, чем остальная часть термически расширяемого элемента, и, таким образом, будет, как правило, расширяться быстрее, чем остальная часть термически расширяемого элемента. Взаимодействие расширенной части термически расширяемого элемента с частью стенки камеры нагрева должно приводить к сдвигу термически расширяемого элемента внутри камеры нагрева в направлении положения, расположенного ближе к центру.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один термически расширяемый элемент может содержать первый слой, содержащий первый термореактивный материал, и наружный в радиальном направлении второй слой, примыкающий к первому слою, содержащий второй термореактивный материал. Коэффициент теплового расширения первого термореактивного материала меньше, чем коэффициент теплового расширения второго термореактивного материала. В некоторых вариантах осуществления коэффициент теплового расширения первого реактивного материала, то есть коэффициент теплового расширения слоя, ближайшего в радиальном направлении к обертке, может даже быть отрицательным. Другими словами, первый реактивный материал может даже сжиматься во время нагрева при условии, что термически расширяемый элемент в целом расширяется под воздействием тепла во время использования изделия, генерирующего аэрозоль. Не ограничиваясь теорией, следует понимать, что в этих вариантах осуществления термически расширяемый элемент может искривляться и сгибаться наружу.
В качестве примера, в вариантах осуществления, в которых термически расширяемый элемент содержит два или более слоев, имеющих разные коэффициенты теплового расширения, термореактивный материал или материалы могут быть выбраны среди биметаллов, сплавов с запоминанием формы и их комбинаций. В случае биметаллов слой с большим коэффициентом теплового расширения также называют «активным компонентом», и он может содержать сплав, содержащий два или более из никеля, железа, марганца и хрома. Слой с меньшим коэффициентом теплового расширения также называют «пассивным компонентом», и он может содержать железо-никелевый сплав, такой как, например, Invar, 36-процентный никель-железный сплав, который имеет практически нулевой коэффициент теплового расширения.
Предпочтительно расстояние между по меньшей мере одним термически расширяемым элементом и мундштучным концом изделия, генерирующего аэрозоль, составляет больше чем приблизительно 50 процентов от общей длины изделия, генерирующего аэрозоль. Таким образом, по меньшей мере один термически расширяемый элемент расположен ближе к дальнему концу изделия, что означает максимизацию влияния очищающего действия при извлечении изделия из камеры нагрева устройства, генерирующего аэрозоль, после использования. Более предпочтительно расстояние между по меньшей мере одним термически расширяемым элементом и мундштучным концом изделия, генерирующего аэрозоль, составляет больше чем приблизительно 60 процентов от общей длины изделия, генерирующего аэрозоль. Еще более предпочтительно расстояние между по меньшей мере одним термически расширяемым элементом и мундштучным концом изделия, генерирующего аэрозоль, составляет больше чем приблизительно 70 процентов от общей длины изделия, генерирующего аэрозоль.
Дополнительно или в качестве альтернативы, расстояние между по меньшей мере одним термически расширяемым элементом и мундштучным концом изделия, генерирующего аэрозоль, предпочтительно составляет меньше чем приблизительно 95 процентов от общей длины изделия, генерирующего аэрозоль. Более предпочтительно расстояние между по меньшей мере одним термически расширяемым элементом и мундштучным концом изделия, генерирующего аэрозоль, составляет меньше чем приблизительно 85 процентов от общей длины изделия, генерирующего аэрозоль.
В особенно предпочтительных вариантах осуществления расстояние между по меньшей мере одним термически расширяемым элементом и мундштучным концом изделия, генерирующего аэрозоль, составляет от приблизительно 50 процентов до приблизительно 95 процентов от общей длины изделия, генерирующего аэрозоль, более предпочтительно от приблизительно 60 процентов до приблизительно 85 процентов от общей длины изделия, генерирующего аэрозоль. Изделия, генерирующие аэрозоль, содержащие термически расширяемый элемент на расстоянии от мундштучного конца, которое попадает в пределы этих диапазонов, преимущественно сочетают в себе удовлетворительный очистительный эффект с особенно устойчивым и сбалансированным размещением изделия, генерирующего аэрозоль, внутри камеры нагрева устройства, генерирующего аэрозоль.
Кроме того, такие изделия, генерирующие аэрозоль, могут быть особенно преимущественными при использовании в устройстве, генерирующем аэрозоль, содержащем индукционный нагреватель. В одном таком устройстве, генерирующем аэрозоль, нагреватель может содержать: штырь, проходящий в камеру нагрева и функционально соединенный с индукционной катушкой, расположенной вдоль штыря; и источник питания, соединенный с индукционной катушкой и выполненный с возможностью подачи высокочастотного тока на индукционную катушку. В одной такой конфигурации термически расширяемый элемент обеспечивает желаемый эффект ограничения и блокирования.
Предпочтительно расстояние между по меньшей мере одним термически расширяемым элементом и источником тепла изделия, генерирующего аэрозоль, составляет меньше чем приблизительно 20 миллиметров. Более предпочтительно расстояние между по меньшей мере одним термически расширяемым элементом и источником тепла составляет меньше чем приблизительно 10 миллиметров. Еще более предпочтительно расстояние между по меньшей мере одним термически расширяемым элементом и источником тепла составляет меньше чем приблизительно 5 миллиметров.
Предпочтительно толщина по меньшей мере одного термически расширяемого элемента в недеформированном состоянии составляет по меньшей мере приблизительно 0,05 миллиметра. Более предпочтительно толщина по меньшей мере одного термически расширяемого элемента в недеформированном состоянии составляет по меньшей мере приблизительно 0,1 миллиметра. Еще более предпочтительно толщина по меньшей мере одного термически расширяемого элемента в недеформированном состоянии составляет по меньшей мере приблизительно 0,2 миллиметра. Дополнительно или в качестве альтернативы толщина по меньшей мере одного термически расширяемого элемента в недеформированном состоянии предпочтительно составляет меньше чем приблизительно 2 миллиметра.
Изделия, генерирующие аэрозоль, согласно настоящему изобретению предпочтительно содержат один или более элементов в дополнение к стержню субстрата, генерирующего аэрозоль. Стержень и один или более элементов могут быть собраны внутри одной и той же обертки субстрата. Например, изделия, генерирующие аэрозоль, согласно настоящему изобретению могут дополнительно содержать по меньшей мере одно из: мундштука, элемента, охлаждающего аэрозоль, и опорного элемента, такого как полая ацетатная трубка. Например, в одном предпочтительном варианте осуществления изделие, генерирующее аэрозоль, содержит в линейной последовательной конфигурации стержень субстрата, генерирующего аэрозоль, как описано выше, опорный элемент, расположенный непосредственно дальше по ходу потока относительно субстрата, генерирующего аэрозоль, элемент, охлаждающий аэрозоль, расположенный дальше по ходу потока относительно опорного элемента, обертку, окружающую стержень, опорный элемент и элемент, охлаждающий аэрозоль.
Следует понимать, что в изделиях, генерирующих аэрозоль, содержащих один или более элементов в дополнение к стержню субстрата, генерирующего аэрозоль, окруженного оберткой, термически расширяемый элемент, расположенный на наружной поверхности обертки, может находиться на месте, расположенном вдоль субстрата, генерирующего аэрозоль, или на месте, расположенном вдоль одного из одного или более дополнительных элементов.
В зависимости от общей длины изделия, генерирующего аэрозоль, размещение термически расширяемого элемента на месте, расположенном вдоль одного из одного или более дополнительных элементов, может дополнительно стабилизировать изделие, генерирующее аэрозоль, внутри камеры нагрева. С другой стороны, размещение термически расширяемого элемента на месте, расположенном вдоль субстрата, генерирующего аэрозоль, будет, как правило, улучшать очистительный эффект, связанный с извлечением изделия, генерирующего аэрозоль, из камеры нагрева.
В некоторых вариантах осуществления изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать дополнительную наружную обертку, окружающую термически расширяемый элемент. Таким образом, в таких вариантах осуществления термически расширяемый элемент лежит поверх обертки, окружающей по меньшей мере стержень субстрата, генерирующего аэрозоль, и лежит под наружной оберткой. Это может быть желательным, поскольку термически расширяемый элемент не виден, и изделие, генерирующее аэрозоль, обеспечено с более гладким наружным покрытием. Это может, в свою очередь, упростить обработку и упаковку изделий, генерирующих аэрозоль.
Изделия, генерирующие аэрозоль, как описано выше, могут быть использованы в сочетании с электрическими устройствами, генерирующими аэрозоль. Более конкретно, система, генерирующая аэрозоль, в соответствии с настоящим изобретением содержит аэрозольное изделие, генерирующее аэрозоль, и электрическое устройство, генерирующее аэрозоль, при этом устройство, генерирующее аэрозоль, содержит нагреватель и продолговатую камеру нагрева, выполненную с возможностью размещения изделия, генерирующего аэрозоль, таким образом, чтобы изделие, генерирующее аэрозоль, нагревалось в камере нагрева. Изделие, генерирующее аэрозоль, содержит стержень субстрата, генерирующего аэрозоль, обертку, окружающую стержень, и по меньшей мере один термически расширяемый элемент, расположенный на наружной поверхности обертки, как описано выше. Наружный диаметр окруженного стержня меньше, чем внутренний диаметр камеры нагрева. Кроме того, термически расширяемый элемент выполнен с возможностью деформации при нагреве в камере нагрева таким образом, что по меньшей мере часть термически расширяемого элемента соприкасается с внутренней поверхностью камеры нагрева.
Таким образом, во время использования изделие, генерирующее аэрозоль, преимущественно удерживается на своем месте внутри камеры нагрева, и поэтому вероятность того, что изделие, генерирующее аэрозоль, выскользнет из камеры нагрева, значительно уменьшена.
Предпочтительно нагреватель содержит по существу цилиндрический продолговатый нагревательный элемент, и камера нагрева расположена вокруг окружной продольной поверхности нагревателя. Соответственно во время использования тепловая энергия, подаваемая нагревателем, проходит в радиальном направлении наружу от поверхности нагревателя в камеру нагрева и изделие, генерирующее аэрозоль.
Таким образом, размещение изделия, генерирующего аэрозоль, внутри камеры нагрева может быть даже более точно контролируемым. В частности, изделие, генерирующее аэрозоль, может центрироваться и быть по существу коаксиальным с камерой нагрева таким образом, что расстояние между наружной поверхностью изделия, генерирующего аэрозоль, и стенкой камеры нагрева является по существу постоянным относительно окружности изделия, генерирующего аэрозоль. Это преимущественно обеспечивает более равномерную передачу тепла от нагревателя к субстрату, генерирующему аэрозоль, во время использования, тем самым уменьшая вероятность появления горячих участков внутри субстрата.
Однако в качестве альтернативы могут быть использованы другие формы и конфигурации нагревателя и камеры нагрева.
Нагреватель может содержать несколько отдельных нагревательных элементов, при этом различные нагревательные элементы выполнены с возможностью управления независимо друг от друга таким образом, что разные элементы могут быть активированы в разные моменты времени для нагрева изделия, генерирующего аэрозоль. Например, нагреватель может содержать несколько выровненных по оси нагревательных элементов, которые обеспечивают несколько независимых зон нагрева вдоль длины нагревателя. Каждый нагревательный элемент может иметь длину, значительно меньшую, чем общая длина нагревателя. Таким образом, когда один отдельный нагревательный элемент активирован, он подает тепловую энергию на часть субстрата, генерирующего аэрозоль, расположенную в радиальном направлении вблизи нагревательного элемента, без существенного нагрева остальной части субстрата, генерирующего аэрозоль. Таким образом, разные секции субстрата, генерирующего аэрозоль, могут нагреваться независимо и в разные моменты времени. В качестве примера может быть обеспечена возможность управления активацией нагревателя таким образом, чтобы во время использования нагревательный элемент, расположенный в осевом месте, обращенном при использовании к термически расширяемому элементу, активировался первым. Таким образом, изделие, генерирующее аэрозоль, может быть немедленно стабилизировано и удерживаться на своем месте внутри камеры нагрева перед началом генерирования аэрозоля в полном объеме.
В качестве альтернативы или дополнительно, нагреватель может содержать несколько продолговатых продольно проходящих нагревательных элементов в разных местах вокруг продольной оси нагревателя. Таким образом, когда один отдельный нагревательный элемент активирован, он подает тепловую энергию на продольную часть субстрата, генерирующего аэрозоль, лежащую по существу параллельно и смежно с нагревательным элементом. Такая конфигурация также обеспечивает возможность независимого нагрева субстрата, генерирующего аэрозоль, в различных частях.
В предпочтительных вариантах осуществления система, генерирующая аэрозоль, дополнительно содержит изолирующее средство, размещенное между камерой нагрева и наружной частью устройства для уменьшения потери тепла из нагретого субстрата, генерирующего аэрозоль.
Далее настоящее изобретение будет дополнительно описано со ссылкой на фигуры, на которых:
на фиг. 1 показан схематический вид сбоку в сечении изделия, генерирующего аэрозоль, в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 2 показан схематический вид сбоку в сечении изделия, генерирующего аэрозоль, в соответствии с настоящим изобретением, размещенного внутри камеры нагрева устройства, генерирующего аэрозоль, перед введением тепловой энергии; и
на фиг. 3 показан схематический вид сбоку в сечении изделия, генерирующего аэрозоль, показанного на фиг. 2, после введения тепловой энергии.
Изделие 10, генерирующее аэрозоль, показанное на фиг. 1, содержит стержень 12 субстрата, генерирующего аэрозоль, и обертку 14, окружающую стержень 12. Стрелка A указывает направление потока аэрозоля во время использования, таким образом обозначен мундштучный конец 16 стержня 12.
В варианте осуществления по фиг. 1 часть стержня 12 дополнительно окружена полосой устойчивой к давлению бумаги 18, которая соединена с другими частями обертки 14 посредством другой полосы 20 оберточной бумаги.
Кроме того, изделие 10, генерирующее аэрозоль, содержит термически расширяемый элемент 22, расположенный на наружной поверхности полосы 20 оберточной бумаги. Термически расширяемый элемент 22 изготовлен из вздувающегося реактивного материала, который может расширяться приблизительно в 10 раз относительно его исходных размеров под воздействием тепла. Термически расширяемый элемент 22 предусмотрен в виде кольцевого элемента, проходящего по окружности полосы 20 оберточной бумаги таким образом, что вздувающийся материал расположен равномерно по окружности обертки.
На фиг. 2 и 3 изображен другой вариант осуществления изделия 30, генерирующего аэрозоль, в соответствии с настоящим изобретением. Изделие 30, генерирующее аэрозоль, содержит стержень 32 субстрата, генерирующего аэрозоль, и обертку 34, окружающую стержень 32. Кроме того, изделие 30, генерирующее аэрозоль, содержит несколько термически расширяемых элементов 36, расположенных на наружной поверхности обертки 34. Термически расширяемые элементы 36 расположены по существу на одинаковом расстоянии по окружности обертки 34. Термически расширяемые элементы 36 прикреплены на обертке 34 посредством слоя термостойкого клея 38. Каждый термически расширяемый элемент 36 содержит первый слой, содержащий первый термореактивный материал, и наружный в радиальном направлении второй слой, примыкающий к первому слою и содержащий второй термореактивный материал. Коэффициент теплового расширения первого термореактивного материала меньше, чем коэффициент теплового расширения второго термореактивного материала. Изделие 30, генерирующее аэрозоль, размещено в камере 50 нагрева устройства 48, генерирующего аэрозоль.
На фиг. 2 показано изделие 30, генерирующее аэрозоль, перед использованием, то есть перед воздействием тепла устройства 50, генерирующего аэрозоль. Таким образом, термически расширяемые элементы 36 показаны в недеформированном (то есть, нерасширенном) состоянии. На фиг. 3 показано изделие 30, генерирующее аэрозоль, во время использования после воздействия тепла, достаточного для изменения состояния термически расширяемого элемента с недеформированного на расширенное. Из-за разных коэффициентов теплового расширения двух слоев 38 и 40 термически расширяемые элементы 36 принимают изогнутую конфигурацию С-образной формы, таким образом они могут контактировать с поверхностью камеры нагрева на своих соответствующих концах, которые эффективно изогнуты наружу от центральной части термически расширяемого элемента.