АЭРОЗОЛЬ-ГЕНЕРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО С НАГРЕВАТЕЛЕМ
AEROSOL-GENERATING DEVICE WITH HEATER

Настоящее изобретение относится к аэрозоль-генерирующему устройству с улучшенной конструкцией нагревателя. Изобретение нашло особое применение в электрической курительной системе в качестве конструкции нагревателя для нагревания аэрозоль-образующего субстрата.
Патент США 5269327 рассматривает электрическое курительное изделие, содержащее множество загрузок среды табачного вкуса, которые последовательно нагреваются с обеспечением отдельных затяжек. Последовательное нагревание может быть обеспечено либо множеством отдельно активируемых нагревательных элементов, либо участков нагревательного элемента, либо единственным передвижным нагревательным элементом.
Было бы предпочтительно создать аэрозоль-генерирующую систему, которая улучшает указанные известные схемы нагревания аэрозоль-образующего субстрата обеспечением более совершенного компактного и эффективного решения.
Согласно одному аспекту изобретения предусматривается аэрозоль-генерирующее устройство, содержащее корпус для приема в нем аэрозоль-образующего субстрата, имеющего внутреннюю полость; нагревательный элемент, причем нагревательный элемент выполнен, выполненный для его помещения во внутреннюю полость аэрозоль-образующего субстрата; и позиционирующий механизм, присоединенный к нагревательному элементу, причем позиционирующий механизм выполнен для перемещения нагревательного элемента между несколькими позициями нагревания во внутренней полости.
Использование передвижного нагревательного элемента в аэрозоль-образующем субстрате означает, что эффективное нагревание может быть осуществлено с минимальными тепловыми потерями. Использование нагревательного элемента в аэрозоль-образующем субстрате также означает, что внешний диаметр устройства может быть минимизирован, поскольку изоляция не является необходимой, по сравнению с расположенными снаружи нагревательными элементами. Расстояние, которое требуется для перемещения нагревательного элемента в аэрозоль-образующем субстрате, может быть выполнено очень малым и является меньше, чем потребовалось бы для перемещения между соответствующими участками субстрата, если бы нагревательные элементы были расположены снаружи аэрозоль-образующего субстрата.
Позиционирующий механизм может быть присоединен к корпусу. Предпочтительно, позиционирующий механизм дополнительно содержит механизм зацепления. Механизм зацепления предназначен для перемещения нагревательного элемента к или от внутренней поверхности внутренней полости. Более предпочтительно, механизм зацепления предназначен для перемещения нагревательного элемента для контактирования (или наоборот) с внутренними поверхностями аэрозоль-образующего субстрата. Это обеспечивает эффективную теплопередачу от нагревательного элемента к аэрозоль-образующем субстрате в процессе нагревания. Механизм зацепления также обеспечивает плавное перемещение между позициями нагревания, когда нагревательный элемент не активирован, и для легкого введения и удаления аэрозоль-образующего субстрата.
Нагревательный элемент может быть размещен в прямом тепловом контакте с аэрозоль-образующим субстратом или может быть размещен вблизи субстрата без контактирования с ним. Альтернативно нагревательный элемент может быть в непрямом контакте с аэрозоль-образующим субстратом. Например, между нагревательным элементом и аэрозоль-образующим субстратом может быть предусмотрен проводящий слой. Проводящим слоем может быть слой фольги, который проводит тепло от нагревательного элемента к аэрозоль-образующем субстрате, но предотвращает разрушение аэрозоль-образующего субстрата, вызванное перемещением нагревательного элемента. Он также может распределять площадь теплового контакта или усилие контакта таким образом, чтобы не разрушать аэрозоль-образующий субстрат.
Предпочтительно, нагревательный элемент нагревается электричеством. Однако, можно использовать другие схемы нагревания для нагревания нагревательного элемента, например, при подведении тепла от другого источника тепла или при нагревании нагревательного элемента магнитной индукцией.
Внутренняя полость аэрозоль-образующего субстрата может быть любых размера и формы, предусмотренных так, что нагревательный элемент и любые необходимые части позиционирующего механизма могут быть размещены в ней. Предпочтительно, устройство выполнено для приема аэрозоль-образующего субстрата, который является по существу трубчатым. Предпочтительно, трубчатый аэрозоль-образующий субстрат образует отверстие, продолжающееся, по меньшей мере, через участок ее длины, и позиционирующий механизм выполнен для перемещения нагревательного элемента в различные позиции вдоль указанного участка длины аэрозоль-образующего субстрата.
Может быть желательно для электрически нагреваемого курительного устройства имитировать насколько возможно традиционную сигарету, закуриваемую с конца. При перемещении нагревательного элемента продольно (т.е. по длине устройства) с нагреванием различных участков аэрозоль-образующего субстрата в устройстве большое число отдельных затяжек может быть осуществлено без воздействия на диаметр устройства. Соответственно, устройство может быть выполнено с близкой имитацией формы традиционной сигареты, закуриваемой с конца. Перемещение нагревателя по окружности для нагревания отдельных участков аэрозоль-образующего субстрата является альтернативным вариантом в соответствии с настоящим изобретением.
Предпочтительно, нагревательный элемент является по существу кольцеобразным или круглым. Это является особенно предпочтительным, когда нагревательный элемент предназначен для перемещения по длине трубчатого аэрозоль-образующего субстрата. Кольцеобразный или круглый нагревательный элемент может эффективно нагревать соответствующий кольцеобразный или круглый участок аэрозоль-образующего субстрата.
Предпочтительно, нагревательный элемент является упругим, так что он возвращает свою исходную форму после сгибания, сжатия или растяжения. Предпочтительно, механизм зацепления прикреплен к по меньшей мере одному концу нагревательного элемента. Механизм зацепления выполнен для перемещения, по меньшей мере, одного конца нагревательного элемента чтобы радиально раздвинуть или сжать нагревательный элемент. Механизм зацепления может иметь радиальное плечо, присоединенное к концу нагревательного элемента и выполненное для вращения вокруг продольной оси. Таким образом, радиальное плечо перемещается с раздвиганием или сжатием нагревательного элемента.
Согласно другому аспекту изобретения предлагается аэрозоль-генерирующее устройство, содержащее: корпус для приема аэрозоль-образующего субстрата; нагревательный элемент для нагревания участка аэрозоль-образующего субстрата; и позиционирующий механизм для перемещения нагревательного элемента из первой позиции рядом с первым участком аэрозоль-образующего субстрата во вторую позицию на расстоянии от аэрозоль-образующего субстрата а затем в третью позицию рядом со вторым участком аэрозоль-образующего субстрата.
Аэрозоль-образующий субстрат может быть подвижной относительно корпуса или может оставаться неподвижной относительно корпуса в процессе работы позиционирующего механизма.
В устройстве, в котором нагревательный элемент перемещается относительно аэрозоль-образующего субстрата для нагревания различных участков, трудно нагревать аэрозоль-образующий субстрат. Настоящее изобретение предусматривает позиции нагревания для нагревательного элемента рядом с аэрозоль-образующего субстрата, так что может осуществляться эффективное нагревание. Это также позволяет нагревательному элементу удаляться от аэрозоль-образующего субстрата с обеспечением перемещения нагревательного элемента (или аэрозоль-образующего субстрата) относительно друг друга без разрушения нагревательного элемента или аэрозоль-образующего субстрата. Это обеспечивает нагревание нового участка аэрозоль-образующего субстрата.
Предпочтительно, устройство выполнено для приема аэрозоль-образующего субстрата, который является по существу трубчатым. Аэрозоль-образующий субстрат может иметь продольную ось с третьей позицией, продольно отстоящей от первой позиции.
Предпочтительно, нагревательный элемент является по существу кольцеобразным или круглым. Это является особенно предпочтительным, когда нагревательный элемент выполнен для перемещения по длине аэрозоль-образующего субстрата. Кольцеобразный, спиралевидный или круглый нагревательный элемент может эффективно нагревать соответствующий кольцеобразный, спиралевидный или круглый участок аэрозоль-образующего субстрата.
Нагревательный элемент может быть расположен снаружи аэрозоль-образующего субстрата в первой, второй и третьей позициях. Более предпочтительно, аэрозоль-образующий субстрат содержит трубчатый участок, при этом нагревательный элемент выполнен так, что помещается внутри трубчатого участка в первой, второй и третьей позициях.
Предпочтительно, нагревательный элемент является упругим, так что он возвращает свою исходную форму после сгибания, сжатия или растяжения. Предпочтительно, позиционирующий механизм прикреплен к по меньшей мере одному концу нагревательного элемента. Для спиралевидного или кольцеобразного нагревательного элемента позиционирующий механизм выполнен для перемещения, по меньшей мере, одного конца нагревательного элемента в периферическом направлении, чтобы радиально раздвигать или сжимать нагревательный элемент. Нагревательный элемент имеет по существу фиксированную длину. При перемещении одного конца нагревательного элемента в периферическом направлении относительно другого конца радиус кривизны нагревательного элемента может быть изменен. Это обеспечивает перемещение нагревательного элемента в контакт и из контакта с аэрозоль-образующего субстрата. Указанный механизм может быть использован как в случае, когда нагревательный элемент расположен внутри аэрозоль-образующего субстрата, так и в случае, когда нагревательный элемент расположен снаружи аэрозоль-образующего субстрата. Если нагревательный элемент находится снаружи аэрозоль-образующего субстрата, нагревательный элемент может быть выполнен с возможностью захвата и высвобождения аэрозоль-образующего субстрата. Аналогично, если нагревательный элемент находится внутри аэрозоль-образующего субстрата, он может быть выполнен с возможностью перемещения для контактирования (и наоборот) с внутренней поверхностью аэрозоль-образующего субстрата. Позиционирующий механизм может также содержать жесткое радиальное плечо, присоединенное к первому концу нагревательного элемента и выполненное для вращения вокруг второго конца. Таким образом, конец радиального плеча перемещается по окружности.
Согласно другому аспекту изобретения предусматривается аэрозоль-генерирующее устройство, содержащее: корпус для приема аэрозоль-образующего субстрата, имеющего внутреннюю полость; нагревательный элемент, который выполнен так, что помещается во внутренней полости аэрозоль-образующего субстрата; и позиционирующий механизм, который выполнен для перемещения нагревательного элемента к и от внутренней поверхности указанной внутренней полости.
Предпочтительно, позиционирующий механизм выполнен для перемещения нагревательного элемента к и от внутренней поверхности указанной внутренней полости. Это обеспечивает эффективную теплопередачу от нагревательного элемента к аэрозоль-образующем субстрате в процессе нагревания. Он также обеспечивает легкое введение и выведение аэрозоль-образующего субстрата. Устройство может содержать множество нагревательных элементов. Нагревательные элементы могут идти вдоль длины внутренней полости. Позиционирующий механизм может быть выполнен для перемещения нагревательного элемента или элементов по окружности во внутренней полости субстрата.
Предпочтительно, нагревательный элемент является по существу кольцеобразным или круглым. Предпочтительно, нагревательный элемент является упругим, позиционирующий механизм прикреплен к по меньшей мере одному концу нагревательного элемента. Позиционирующий механизм является выполненным для перемещения конца нагревательного элемента в периферическом направлении чтобы радиально раздвинуть или сжать нагревательный элемент. Позиционирующий механизм может иметь радиальное плечо, присоединенное к концу нагревательного элемента и выполненное для поворачивания вокруг продольной оси. Таким образом, конец радиального плеча перемещается по окружности с раздвиганием или сжатием нагревательного элемента.
Согласно еще одному аспекту изобретения предлагается способ нагревания аэрозоль-образующего субстрата, содержащий: перемещение нагревательного элемента для контактирования или размещения рядом с первым участком поверхности аэрозоль-образующего субстрата; активирование нагревательного элемента для нагревания первого участка аэрозоль-образующего субстрата; удаление нагревательного элемента от поверхности аэрозоль-образующего субстрата; перемещение нагревательного элемента для контактирования или размещения рядом со вторым участком поверхности аэрозоль-образующего субстрата; и активирование нагревательного элемента для нагревания второго участка аэрозоль-образующего субстрата.
Нагревательный элемент может быть кольцеобразным или спиральным и, таким образом, имеет радиальный размер, и стадия перемещения нагревательного элемента для контактирования с (или наоборот) аэрозоль-образующим субстратом может включать в себя увеличение или уменьшение радиального размера нагревательного элемента.
Нагревательный элемент может быть расположен во внутренней полости аэрозоль-образующего субстрата. Альтернативно или дополнительно, нагревательный элемент может быть расположен снаружи аэрозоль-образующего субстрата.
Каждая из стадий перемещения нагревательного элемента может осуществляться при работе позиционирующего механизма, соединенного с нагревательным элементом.
В каждом из аспектов изобретения позиционирующий механизм может активироваться механически или электронно. Устройство может содержать микроконтроллер. Микроконтроллер может быть предназначен для управления подачей электрической энергии к нагревательному элементу. Кроме того, микроконтроллер может быть предназначен для активирования позиционирующего механизма после подачи заданного количества или продолжительности подачи электрической энергии к нагревательному элементу.
В каждом из аспектов изобретения позиционирующий механизм может быть полностью механическим и основываться на ручном перемещении пользователем элемента на устройстве для работы позиционирующего механизма. Альтернативно, позиционирующий механизм может приводиться в действие автоматически с использованием электрически питаемого механизма, такого как механизм электромагнитного, электростатического или пьезоэлектрического активирования. Альтернативно, позиционирующий механизм может приводиться в действие комбинацией механического и электрического механизмов. Позиционирующий механизм может также включать храповый механизм или другое средство для обеспечения того, чтобы один и тот же участок аэрозоль-образующего субстрата не мог быть нагрет дважды.
Нагревательный элемент требует подачи энергии. Предпочтительно, в первом, втором, третьем и четвертом аспектах изобретения позиционирующий механизм выполнен для подведения электричества к нагревательному элементу. Позиционирующий механизм поэтому, предпочтительно, содержит материалы с низким удельным сопротивлением, но с механической жесткостью, такие как медь. Однако, отдельная электропроводка может быть альтернативно предназначена для подачи электрической энергии к нагревательному элементу.
Предпочтительно, нагревательный элемент имеет сравнительно высокое удельное сопротивление чтобы давать рост значительного эффекта джоулевого нагревания, и может быть формован из различных материалов, включая такие материалы, как нихромовый сплав или титановый сплав и другие, которые могут иметь подобные свойства. Нагревательный элемент обычно имеет удельное сопротивление в интервале от 140 до 170 мкОм/см. Как описано ранее, желательно, чтобы нагревательный элемент был упругим и имел подходящую механическую прочность с тем, чтобы обеспечить прочное и надежное нагревательное устройство в течение многих циклов использования. Это является важным фактором при выборе материала, дающего требуемое сопротивление.
В каждом из аспектов изобретения устройство может содержать множество нагревательных элементов. Устройство может содержать два, три, четыре или более нагревательных элементов. Позиционирующий механизм может быть выполнен для перемещения части или всех нагревательных элементов. Устройство может содержать первый нагревательный элемент, выполненный для его помещения во внутреннюю полость аэрозоль-образующего субстрата, и второй нагревательный элемент для размещения снаружи аэрозоль-образующего субстрата. Позиционирующий механизм может быть выполнен для перемещения первого и второго нагревательных элементов согласованным образом, так что первый и второй нагревательные элементы позиционируются для одновременного нагревания одного и того же или разных участков аэрозоль-образующего субстрата.
Еще другой аспект настоящего изобретения может содержать перемещение множества нагревательных элементов одновременно или последовательно для нагревания одного и того же или разных участков аэрозоль-образующего субстрата. Нагревательные элементы могут быть расположены внутри или снаружи или как внутри, так и снаружи аэрозоль-образующего субстрата.
В каждом из аспектов изобретения рабочая температура нагревательного элемента может составлять приблизительно 50-500°C. В зависимости от аэрозоль-образующего субстрата, предпочтительно, рабочая температура нагревательного элемента может составлять приблизительно 50-100°C. Для других аэрозоль-образующих субстратов, предпочтительно, рабочая температура нагревательного элемента может составлять приблизительно 250-300°C. Температура должна быть достаточно высокой для образования аэрозоля с требуемым размером капель при значительном снижении риска или избежании пиролиза и сгорания. Интервал рабочей температуры, необходимый для образования аэрозоля и избежания пиролиза и сгорания, зависит от различных компонентов аэрозоль-образующего субстрата, их комбинаций и поверхности контактирования конструкции нагревателя. Однако, температурный интервал от 50 до 500°C является адекватным для образования аэрозоля при значительном снижении риска или избежании пиролиза и сгорания.
Как известно специалистам в данной области техники, аэрозоль представляет собой суспензию твердых частиц или капель жидкости в газе, таком как воздух. В первом, втором, третьем и четвертом аспектах изобретения аэрозоль-образующий субстрат, предпочтительно, содержит табаксодержащий материал, содержащий летучие душистые соединения табака, которые высвобождаются из аэрозоль-образующего субстрата при нагревании. Альтернативно или дополнительно аэрозоль-образующий субстрат может содержать нетабачный материал. В первом, втором, третьем и четвертом аспектах изобретения, предпочтительно, аэрозоль-образующий субстрат дополнительно содержит подходящий аэрозоль-образователь. Аэрозоль-образователем может быть любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которые при использовании облегчают образование плотного и стабильного аэрозоля, и которые являются по существу стойкими к термическому разложению при рабочей температуре. Подходящие аэрозоль-образователи являются хорошо известными в технике и включают в себя, например, многоатомные спирты, такие как глицеринмоно-, ди- или триацетат, и алифатические эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Предпочтительными аэрозоль-образователями для использования в курительных изделиях согласно настоящему изобретению являются многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и, наиболее предпочтительно, глицерин. Другим подходящим аэрозоль-образователем является пропиленгликоль.
В каждом из аспектов изобретения аэрозоль-образующим субстратом является, предпочтительно, твердый аэрозоль-образующий субстрат. Твердый аэрозоль-образующий субстрат может содержать, например, одно или более из порошка, гранул, таблеток, кусков, трубок или листов, содержащих одно или более из листа травы, листа табака, фрагментов табачных жилок, восстановленного табака, гомогенизированного табака, экструдированного табака и вспушенного табака. Твердый аэрозоль-образующий субстрат может быть в сыпучей форме или может быть предусмотрена в подходящем контейнере или картридже. Необязательно, твердый аэрозоль-образующий субстрат может содержать дополнительные табачные или нетабачные летучие душистые соединения, высвобождающиеся при нагревании аэрозоль-образующего субстрата.
В каждом из аспектов изобретения, необязательно, твердая аэрозоль-образующий субстрат может быть предусмотрена на или заделана в термостойкий носитель. В предпочтительном варианте носителем является трубчатый носитель, имеющий тонкий слой твердой аэрозоль-образующего субстрата, нанесенный на его внутреннюю поверхность или на его наружную поверхность или как на его внутреннюю, так и наружную поверхности. Такой трубчатый носитель может быть образован, например, из бумаги или бумагоподобного материала, нетканого холста из углеродных волокон, металлической сетки с открытыми ячейками с низкой массой или перфорированной металлической фольги, или любой другой термостойкой полимерной матрицы. Альтернативно, носитель может иметь форму порошка, гранул, таблеток, кусков, трубок, лент или листов.
В каждом из аспектов изобретения твердый аэрозоль-образующий субстрат может быть нанесена на поверхность носителя в форме, например, листа, пены, геля или суспензии. Твердый аэрозоль-образующий субстрат может быть нанесена на всю поверхность носителя или альтернативно может быть нанесена по шаблону чтобы обеспечить неоднородную выработку вкуса в процессе использования.
В каждом из аспектов изобретения альтернативно носителем может быть нетканая ткань или пучок волокон, в которые вводятся табачные компоненты. Нетканая ткань или пучок волокон могут содержать, например, углеродные волокна, натуральные целлюлозные волокна или волокна из производных целлюлозы.
В каждом из аспектов изобретения альтернативно аэрозоль-образующим субстратом может быть жидкий аэрозоль-образующий субстрат. Если используется жидкий аэрозоль-образующий субстрат, то электрическая курительная система, предпочтительно, содержит средство для удерживания жидкости. Например, жидкий аэрозоль-образующий субстрат может содержаться в контейнере. Альтернативно или дополнительно, жидкий аэрозоль-образующий субстрат может быть адсорбирована в пористом материале носителя. Пористый материал носителя может быть выполнен из любых подходящих адсорбирующих пробки или тела, например, вспененного металла или полимерного материала, полипропиленовых, териленовых, найлоновых волокон или керамики. Жидкий аэрозоль-образующий субстрат может оставаться в пористом материале носителя до использования электрической курительной системы, или альтернативно материал жидкого аэрозоль-образующего субстрата может высвобождаться в пористом материале носителя в процессе использования или непосредственно перед использованием. Например, жидкий аэрозоль-образующий субстрат может быть предусмотрена в капсуле. Оболочка капсулы, предпочтительно, расплавляется при нагревании и высвобождает жидкий аэрозоль-образующий субстрат в пористый материал носителя. Капсула может необязательно содержать твердое вещество в комбинации с жидкостью.
В каждом из аспектов изобретения в процессе работы аэрозоль-образующий субстрат может полностью содержаться в аэрозоль-генерирующем устройстве. В этом случае пользователь может делать затяжку из мундштучного конца электрической курительной системы. Альтернативно, в процессе работы аэрозоль-образующий субстрат может частично содержаться в электронагреваемом курительном устройстве. В этом случае аэрозоль-образующий субстрат может образовывать часть отдельного изделия, и пользователь может делать затяжку непосредственно из этого отдельного изделия.
В каждом аспекте изобретения электронагреваемое курительное устройство может дополнительно содержать датчик для определения показателя потока воздуха пользователя, делающего затяжку. В таком варианте, предпочтительно, датчик соединяется с энергопитанием, и система предназначена для подключения, по меньшей мере, одного нагревателя, когда датчик определяет пользователя, делающего затяжку. Альтернативно, система может дополнительно содержать вручную работающий переключатель для пользователя, начинающего затяжку.
В каждом из аспектов изобретения система может содержать энергопитание. В одном предпочтительном варианте энергопитанием является источник постоянного тока. В одном варианте энергопитанием является литий-ионный аккумулятор. Альтернативно, энергопитанием является никель-металлгидридный аккумулятор, никель-кадмиевый аккумулятор или литий-фосфатный аккумулятор.
В каждом аспекте изобретения электронагреваемое курительное устройство может дополнительно содержать интерфейс. Интерфейс может альтернативно или дополнительно облегчать другие функциональность и характеристики курительной системы. Для этой цели соединением может быть проволочное соединение (такое как USB-соединение) или беспроволочное соединение (такое как Bluetooth-соединение). Предпочтительно, интерфейс облегчает бинаправленное сообщение между вторичным устройством и интеллектуальным устройством, или главной ЭВМ, которая имеет собственную вычислительную способность и способна действовать как первичное энергопитание. Это может обеспечить передачу данных вниз от интеллектуального устройства, или главной ЭВМ, к вторичному устройству и передачу вверх от вторичного устройства к интеллектуальному устройству, или главной ЭВМ.
Характеристики, описанные в отношении одного аспекта изобретения, могут быть также применимы к другому аспекту изобретения.
Вариант изобретения будет дополнительно описан только путем примера со ссылкой на прилагающиеся чертежи, на которых:
Фиг. 1 - схематичный вид основных элементов аэрозоль-генерирующего устройства по изобретению;
Фиг. 2 - схематичный вид аэрозоль-генерирующего устройства согласно варианту изобретения;
Фиг. 3 - схематичный вид в сечении устройства по Фиг. 2:
Фиг. 4 - схематичный вид аэрозоль-генерирующего устройства согласно другому варианту изобретения;
Фиг. 5 - схематичный вид в сечении устройства по Фиг. 4:
Фиг. 6 - вид в перспективе конструкция нагревателя в варианте по Фиг. 2; и
Фиг. 7 - блок-схема, показывающая стадии, осуществляемые в процессе работы устройства по Фиг. 2.
На Фиг. 1 схематично показано электрически питаемое курительное устройство. Устройство содержит корпус 100, содержащий аккумулятор 110, контрольные электронные устройства 120 и нагреватель 140 вместе с позиционирующим механизмом для перемещения нагревателя. Нагреватель 140 расположен в гнезде 130, выполненном для размещения расходуемого элемента 150, содержащего аэрозоль-образующий субстрат. Расходуемый элемент также содержит фильтрующий элемент 160, через который пользователь вдыхает аэрозоль, образованный в устройстве. Аэрозоль-образующий субстрат нагревается нагревателем и высвобождает испарившиеся душистые соединения. Пары зарождают образование аэрозоля, который выводится через фильтр 160 при вдыхании пользователя.
Нагреватель выполнен и регулируется для обеспечения коротких выбросов тепла на основе затяжки. Нагреватель нагревает новый участок аэрозоль-образующего субстрата для каждой затяжки с обеспечением того, что достигаются желательное количество и желательные характеристики аэрозоля.
На Фиг. 2 и 3 устройство нагревателя с Фиг. 1 показано более подробно. Нагреватель 140 расположен и выполнен для размещения в полости в аэрозоль-образующем субстрате. Полость имеет впуск 170 воздуха. Аэрозоль-образующий субстрат 180 выполнен трубчатой формы и образует канал, имеющий продольную ось. Также предусмотрен датчик потока для определения воздушного потока через устройство. Нагреватель 140 содержит по существу кольцеобразный или круглый нагревательный элемент 200, установленный на субстрате 210. Нагревательный элемент 200 в данном примере имеет спиральную форму. Позиционирующий механизм предназначен для перемещения нагревательного элемента продольно по направлению стрелки А. Это может быть достигнуто при перемещении нагревательного элемента 200 в отдельности или при перемещении несущей колонки 210. Более подробное описание одной частной конструкции предусмотрено ниже со ссылкой на Фиг. 6.
Позиционирующий механизм содержит механизм зацепления для перемещения нагревательного элемента к или от аэрозоль-образующего субстрата в процессе позиционирования. На Фиг. 3 представлено поперечное сечение нагревательного элемента с Фиг. 2 и показан механизм зацепления. Один конец нагревательного элемента 200 соединен с субстратом 210 радиальным плечом 220, а другой конец нагревательного элемента - радиальным плечом 230. Поворот двух радиальных плеч 220 и 230 относительно друг друга изменяет радиус кривизны нагревательного элемента 200, так что нагревательный элемент может быть радиально раздвинут или сжат. В первом, раздвинутом положении, нагревательный элемент находится в контакте с аэрозоль-образующим субстратом по существу по всей ее длине. Во втором, сжатом положении нагревательный элемент 200 отстоит от аэрозоль-образующего субстрата, позволяя ему легко перемещаться в продольном направлении. Относительный поворот радиальных плеч может быть достигнут при повороте одного плеча и сохранении другого плеча неподвижным относительно корпуса или при повороте обоих плеч одновременно или последовательно.
Электрическая энергия подается к нагревательному элементу 200 через опору 210. Сама опора может быть формована полностью или частично из проводящего материала, или на или в опоре 210 может быть обеспечен отдельный проводящий путь.
На Фиг. 4 схематически показана альтернативная конструкция нагревателя и позиционирующий механизм согласно изобретению. Нагреватель с Фиг. 4 содержит удлиненный нагревательный элемент 400, установленный на опоре 410 с радиальным плечом 420. Нагревательный элемент 400 выполнен для нагревания участка аэрозоль-образующего субстрата по существу по всей длине канала. Нагревательный элемент поворачивается для нагревания различных участков аэрозоль-образующего субстрата позиционирующим механизмом, который содержит опору 410 и шаговый электродвигатель (не показано) для вращения опоры.
Нагревательный элемент 400 на Фиг. 4 показан в контакте с аэрозоль-образующим субстратом 180. Нагревательный элемент может быть отведен механизмом зацепления, выполненным для перемещения плеч 420, в сторону от аэрозоль-образующего субстрата с использованием электромагнитного рабочего органа.
Электрическая энергия подается к нагревательному элементу 400 через опору 410. Сама опора может быть формована полностью или частично из проводящего материала, или на или в опоре 410 может быть обеспечен отдельный проводящий путь.
На Фиг. 5 представлен вид с конца конструкции нагревателя с Фиг. 4.
На Фиг. 6 показан механизм зацепления для раздвигания и сжатия нагревательного элемента типа, показанного на Фиг. 2 и 3. Механизм зацепления содержит нажимную кнопку 600. Нажатие кнопки 600 запускает вращение несущих штоков 610. Механизм зацепления выполнен так, что прикладывает вращение к одному штоку, противоположное вращению другого штока. Вращательное движение передается к торсионным валам 620, которые скреплены с любым концом спирального нагревательного элемента 630. Торсионные валы и несущие штоки являются более жесткими, чем нагревательный элемент. Вращение торсионных валов увеличивает угловое расстояние, проходимое нагревательным элементом, и, таким образом, снижает диаметр спирального нагревательного элемента. При нажатой кнопке 600 нагревательный элемент 630 поэтому отходит в сторону от аэрозоль-образующего субстрата и может быть перемещен в продольном направлении на новую позицию без фрикционного взаимодействия с аэрозоль-образующим субстратом.
Когда кнопка высвобождается, упругий нагревательный элемент 630 пружинит обратно к своей исходной форме и, таким образом, снова контактирует с аэрозоль-образующим субстратом. Если требуется, в кнопочном механизме может быть предусмотрено дополнительное средство подмагничивания. Электрические контакты 640 пружинно подмагничиваются для контактирования с несущими штоками 610, так что электрический контакт поддерживается с обеспечением вращения несущих штоков.
Нагревательный элемент перемещается продольно с использованием работающего вручную продольного позиционирующего механизма. Вся конструкция, показанная на Фиг. 6, может перемещаться в корпусе устройства. Гибкая проводка может использоваться для обеспечения электрического контакта между контактами 640 и электрическими контактами, фиксированными на корпусе (не показано), так что продольное перемещение конструкции может согласовываться еще с обеспечением подачи электрической энергии. Продольное перемещение конструкции может быть простым скользящим перемещением несущего элемента 650 по внутреннему каналу корпуса. Упругое плечо или выступ могут быть предусмотрены на несущем элементе для зацепления с элементами на внутренней поверхности канала с созданием щелкающего шума, когда они проходят друг по другу. Элементы на внутренней поверхности канала могут быть отстоящими, так что единственный щелчок информирует пользователя, что нагревательный элемент достиг нового ненагретого участка аэрозоль-образующего субстрата.
Более сложные механизмы продольного перемещения нагревательного элемента являются конечно возможными, включая автоматические механизмы, которые перемещают нагревательный элемент продольно, когда кнопка 600 нажимается, или после каждого активирования нагревательного элемента, или при ощущении вдыхания пользователя. Такие автоматические механизмы могут питаться энергией, например, постоянным магнитом и соленоидом или шаговым электродвигателем.
Можно также включать механизм определения позиции вместе с работающим вручную позиционирующим механизмом чтобы предотвратить нагревание одного и того же участка аэрозоль-образующего субстрата дважды. Например, оптический датчик может быть введен в конструкцию или корпус для определения позиции нагревательного элемента. Микроконтроллер может тогда отключить подачу энергии к нагревательному элементу или подать видимый или слышимый сигнал тревоги, если определяется, что нагревательный элемент находится в позиции, в которой он уже активировался для данной аэрозоль-образующего субстрата.
На Фиг. 7 представлена блок-схема, показывающая пример работы нагревателя в соответствии с Фиг. 2, 3 и 6. Когда новый аэрозоль-образующий субстрат устанавливается в гнездо, нагревательный элемент находится в сокращенной конфигурации. В системе, показанной на Фиг. 6, это означает, что кнопка 600 является нажатой. На стадии 700, как только новый аэрозоль-образующий субстрат является установленной, нагревательный элемент раздвигается механизмом зацепления в контакте с внутренней поверхностью аэрозоль-образующего субстрата. Нагревательный элемент позиционируется как можно ближе к концу фильтра аэрозоль-образующего субстрата. Это минимизирует время первой затяжки пользователя. На стадии 705 поток воздуха через устройство обнаруживается датчиком потока, показывающим, что пользователь делает затяжку. После обнаружения потока воздуха микроконтроллер подает энергию к нагревательному элементу на стадии 710. После фиксированной продолжительности или фиксированного количества энергии микроконтроллер отключает энергию к нагревательному элементу на стадии 715.
На стадии 720 число затяжек для аэрозоль-образующего субстрата возрастает. Число затяжек используется для обеспечения того, чтобы только фиксированное число циклов нагревания использовалось на каждой аэрозоль-образующем субстрате с тем, чтобы ни один участок аэрозоль-образующего субстрата не нагревался дважды. Увеличение числа затяжек может быть выполнено до, одновременно с или после подачи энергии к нагревательному элементу.
На стадии 725 микроконтроллер проверяет число затяжек для определения, требуется ли замена аэрозоль-образующего субстрата. Если нет, то нагревательный элемент перемещается к новому участку аэрозоль-образующего субстрата позиционирующим механизмом. Сначала на стадии 730 нагревательный элемент сокращается при нажатии кнопки 600 (или автоматическим средством). Нагревательный элемент затем перемещается продольно на новую позицию на стадии 735, как описано со ссылкой на Фиг. 7. Новая позиция может быть непосредственно рядом с предыдущей позицией или может быть на расстоянии от нее. В данном примере нагревательный элемент просто перемещается на соседнюю позицию, на одну ступень дальше от конца фильтра аэрозоль-образующего субстрата. Поскольку он находится в требуемой продольной позиции, кнопка 600 высвобождается, и нагревательный элемент раздвигается и входит в контакт с новым участком аэрозоль-образующего субстрата на стадии 740. Нагревательный элемент тогда готов для подачи следующей затяжки, и способ возвращается на стадию 705.
Если на стадии 725 микроконтроллер определяет, что все доступные площади аэрозоль-образующего субстрата уже использованы, тогда аэрозоль-образующий субстрат должна быть заменена. Для пользователя может быть предусмотрено видимое и слышимое указание. Чтобы заменить аэрозоль-образующий субстрат, кнопку 600 нажимают для сокращения нагревательного элемента на стадии 745. Аэрозоль-образующий субстрат тогда может быть легко выдвинут из устройства. Когда нагревательный элемент является сокращенным, он перемещается продольно в исходную позицию, ближайшую к фильтру, на стадии 750. Для введения нового аэрозоль-образующего субстрата кнопка остается нажатой или нажимается снова, если она была высвобождена, с сокращением нагревательного элемента. На стадии 755, если используется автоматический механизм, нагревательный элемент может удерживаться в сокращенном состоянии до тех пор, пока не обнаружится новый аэрозоль-образующий субстрат. Как только обнаружится новый аэрозоль-образующий субстрат, способ начинается снова со стадии 700.