УСТРОЙСТВО, ГЕНЕРИРУЮЩЕЕ АЭРОЗОЛЬ, С НАГРЕВАТЕЛЬНЫМ ПОКРЫТИЕМ
AEROSOL GENERATING DEVICE WITH HEATING COATING

Изобретение относится к устройству, генерирующему аэрозоль, для генерирования вдыхаемого аэрозоля.Известны устройства, генерирующие аэрозоль,которые нагревают, но не сжигают субстрат, генерирующий аэрозоль, такой как табак. Эти устройства нагревают субстрат, генерирующий аэрозоль, до достаточно высокой температуры для создания аэрозоля для вдыхания пользователем.
Эти устройства, генерирующие аэрозоль, обычно содержат нагревательную камеру, при этом относительно сложный нагревательный элемент расположен внутри нагревательной камеры или окружает нагревательную камеру. Изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее субстрат, генерирующий аэрозоль, может быть вставлено в нагревательную камеру и нагрето нагревательным элементом. Нагревательный элемент обычно выполнен в виде нагревательной пластины и проникает в субстрат, генерирующий аэрозоль, изделия, генерирующего аэрозоль, когда изделие вставлено в нагревательную камеру. Обычные нагревательные элементы преимущественно нагревают центр субстрата, генерирующего аэрозоль.
Из документа предшествующего уровня техники WO 2013/098395 A1, (опубл. 04.07.2013) известно устройство для генерирования аэрозоля, которое содержит полость для размещения субстрата, выполненную с возможностью размещения субстрата, из которого образуется аэрозоль; внутренний нагреватель, расположенный внутри полости для размещения субстрата; наружный нагреватель, расположенный по периметру полости для размещения субстрата; и контроллер, выполненный с возможностью регулирования подачи энергии к внутреннему нагревателю или к наружному нагревателю, или к обоим нагревателям: внутреннему нагревателю и наружному нагревателю, таким образом, чтобы наружный нагреватель имел более низкую температуру, чем внутренний нагреватель.
Следовательно, существует необходимость предоставления нагревательного элемента, который является недорогим и обеспечивает равномерный нагрев.
Для достижения этой и других целей в настоящем изобретении предложено устройство, генерирующее аэрозоль, для генерирования вдыхаемого аэрозоля. Устройство содержит нагревательную камеру, выполненную с возможностью размещения изделия, генерирующего аэрозоль, содержащего субстрат, генерирующий аэрозоль. Нагревательная камера содержит нагревательный элемент. Нагревательный элемент является электрически резистивным покрытием.
Выполнение нагревательного элемента в виде электрически резистивного покрытия имеет несколько преимуществ. Покрытие может достичь более равномерного распределения тепла, поскольку покрытие может нагревать относительно большую область вставленного изделия, генерирующего аэрозоль. Более равномерное распределение тепла также имеет эффект, заключающийся в том, что нагрев может быть более энергоэффективным, поскольку нагреватель может работать при температуре, которая немного ниже.
Возможная форма нагревательного элемента может варьироваться, когда нагревательный элемент выполнен в виде электрически резистивного покрытия. Форма нагревательного элемента, таким образом, не ограничена обычными формами нагревателя, такими как однонаправленно изогнутая форма, например цилиндрическая или коническая. Сложные формы, такие как куполообразная, параболическая, или поверхности сложной формы возможны в случае электрически резистивного покрытия.
Обычные нагреватели в виде катушки могут создавать электромагнитное поле, которое может вызывать электромагнитные помехи. Электромагнитные помехи могут вызывать необходимость дополнительных слоев металлического материала для экранирования электромагнитного поля. В настоящем изобретении такие дополнительные компоненты не являются необходимыми ввиду того, что электрически резистивное покрытие не создает электромагнитное поле, вызывающее электромагнитные помехи.
Электрически резистивное покрытие (или пленка) может быть образовано посредством химического осаждения из паровой фазы при атмосферном давлении (APCVD), вакуумного испарения, распыления, обычного CVD, плазменного CVD или пламенного пиролиза. Альтернативно, материал может быть нанесен с использованием других обычных способов нанесения покрытия, таких как мокрое распыление, порошковое покрытие или нанесение покрытия погружением. В некоторых вариантах осуществления покрытие может быть нанесено посредством спекания порошка. В зависимости от выбранного состава материала и способа нанесения покрытие может требовать этапа высыхания, отверждения или фиксации.
Электрически резистивное покрытие может быть нанесено на боковую стенку нагревательной камеры, в частности на внутреннюю стенку боковой стенки, обращенную к внутренней части нагревательной камеры.
Покрытие, предусмотренное на боковой стенке нагревательной камеры, может обеспечить возможность непосредственного нагрева субстрата, генерирующего аэрозоль, который содержится в изделии, генерирующем аэрозоль, вставленном в нагревательную камеру. Боковая стенка нагревательной камеры предпочтительно содержит основание нагревательной камеры, а также стенку, окружающую продольную ось нагревательной камеры. Нагревательная камера содержит отверстие для вставки изделия, генерирующего аэрозоль, которое не образует часть боковой стенки. Нагревательная камера может иметь полую трубчатую форму для вставки изделия, генерирующего аэрозоль, с цилиндрической формой, напоминающей обычную сигарету. Отверстие нагревательной камеры для вставки изделия может быть круглым.
Электрически резистивное покрытие может быть предусмотрено в дополнение к дополнительному нагревательному элементу, такому как нагревательная пластина, расположенному по центру в нагревательной камере. Субстрат, генерирующий аэрозоль, может затем быть равномерно нагрет изнутри, а также снаружи.
Электрически резистивное покрытие может содержать электрически резистивные частицы и связующее.
Резистивные частицы обеспечивают резистивные нагревательные свойства покрытия. Подходящие электрически резистивные материалы включают, но без ограничения: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически проводящую керамику (такую как, например, дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, сплавы металлов и композитные материалы, изготовленные из керамического материала и металлического материала. Такие композитные материалы могут содержать легированную или нелегированную керамику. Примеры подходящей легированной керамики включают легированные карбиды кремния. Примеры подходящих металлов включают титан, цирконий, тантал и металлы из платиновой группы. Примеры подходящих сплавов металлов включают нержавеющую сталь, никель-, кобальт-, хром-, алюминий-, титан-, цирконий-, гафний-, ниобий-, молибден-, тантал-, вольфрам-, олово-, галлий-, марганец- и железосодержащие сплавы, а также суперсплавы на основе никеля, железа, кобальта, нержавеющей стали, Timetal и сплавы на основе железа-марганца-алюминия. В композитных материалах электрически резистивный материал может быть необязательно встроен в изоляционный материал, инкапсулирован в него или покрыт им, или наоборот, в зависимости от кинетики переноса энергии и требуемых внешних физико-химических свойств.
В другом варианте осуществления материал электрически резистивного покрытия состоит из тонкой пленки молекулярно связанного материала такого как, но без ограничения, оксид олова или легированный оксид олова, который создан из отдельных исходных веществ, таких как хлорид олова, метиловый спирт, H2O, и легирующих примесей DFE, таких как дифторэтан (DFE) и пентахлорид сурьмы.
Связующее связывает резистивные частицы материала и может быть полимерным, керамическим материалом или эмалевой фриттой. Подходящие полимеры включают, но без ограничения, фторполимеры, акриловые полимеры и акрилат.
Связующее может быть выполнено с возможностью приклеивания к боковой стенке нагревательной камеры. Связующее может быть выполнено в виде материала, устойчивого к механическому повреждению, вследствие чего электрически резистивное покрытие не повреждается во время вставки и извлечения изделий, генерирующих аэрозоль, и работы устройства, генерирующего аэрозоль.
Подложка может быть расположена между электрически резистивным покрытием и нагревательной камерой.
Подложка, на которую нанесен материал покрытия, может быть выполнена с возможностью выдерживать рабочую температуру электрически резистивного покрытия и предпочтительно не является электрически проводящим. Подходящие материалы включают, но без ограничения, керамические материалы, оксид бериллия (BeO), стеклокерамику, материалы из семейства стеклянных материалов, нитрид алюминия, кварц и эмалированные металлы. Подложка может оптимизировать связь между электрически резистивным покрытием и боковой стенкой нагревательной камеры.
Подложка может быть выполнена теплоизоляционной. Использование теплоизоляционного материала для подложки препятствует передаче тепла через боковую стенку нагревательной камеры и направляет сгенерированное тепло к внутренней части нагревательной камеры и тем самым к вставленному изделию, генерирующему аэрозоль. Это повышает энергоэффективность и рабочие характеристики устройства.
Устройство может дополнительно содержать контроллер, источник питания и контакты, при этом контакты электрически контактируют с электрически резистивным покрытием, и при этом контроллер может быть выполнен с возможностью управления подачей питания (мощности) от источника питания на электрически резистивное покрытие посредством контактов.
Источник питания предпочтительно выполнен в виде батареи. Контакты предпочтительно расположены на расстоянии друг от друга на противоположных концах электрически резистивного покрытия, вследствие чего электропитание, подаваемое на электрически резистивное покрытие, проходит равномерно через покрытие, тем самым создавая равномерное распределение тепла по поверхности покрытия. Один контакт может быть расположен у основания боковой стенки нагревательной камеры, тогда как второй контакт может иметь форму кольца, расположенного по радиальной периферии боковой стенки нагревательной камеры. Другими словами, один контакт может быть расположен у основания нагревательной камеры, тогда как другой контакт может быть расположен возле отверстия нагревательной камеры.
Электрически резистивное покрытие может быть нанесено на всю боковую стенку нагревательной камеры. Нанесение покрытия на всю боковую стенку нагревательной камеры может способствовать равномерному нагреву изделия, генерирующего аэрозоль, вставленного в нагревательную камеру.
Электрически резистивное покрытие может быть нанесено на секцию боковой стенки нагревательной камеры, смежную с отверстием нагревательной камеры.
В этом варианте осуществления электрически резистивное покрытие не предусмотрено у основания нагревательной камеры. Таким образом, изделие, генерирующее аэрозоль, преимущественно нагревается смежно с отверстием нагревательной камеры. Это имеет положительный эффект, который заключается в том, что меньше остатков выходит из изделия, генерирующего аэрозоль, возле основания нагревательной камеры. Таким образом, загрязнение нагревательной камеры после извлечения изделия, генерирующего аэрозоль, может быть уменьшено. В связи с этим обычные изделия, генерирующие аэрозоль, содержат внешнюю обертку, расположенную вокруг внешней окружности изделия, генерирующего аэрозоль, тогда как часть изделия, генерирующего аэрозоль, обращенная к основанию нагревательной камеры, во время и после вставки изделия, генерирующего аэрозоль, в нагревательную камеру не покрыта оберткой. Таким образом, остатки субстрата, генерирующего аэрозоль, могут преимущественно выходить из изделия, генерирующего аэрозоль, через эту часть изделия. За счет того, что у основания нагревательной камеры не предусмотрено электрически резистивное покрытие, уменьшается нагрев субстрата в этой области, тем самым уменьшая выход субстрата в твердом или газообразном состоянии из изделия смежно с основанием нагревательной камеры. Загрязнение нагревательной камеры может таким образом быть эффективно уменьшено.
Электрически резистивное покрытие может быть нанесено на несколько отдельных секций нагревательной камеры, при этом каждая секция электрически резистивного покрытия может быть выполнена отдельно управляемой и эксплуатируемой.
Предоставление нескольких секций электрически резистивного покрытия имеет эффект, заключающийся в том, что создают несколько нагревательных элементов. Этими несколькими нагревательными элементами можно управлять отдельно для нагрева отдельных частей субстрата, генерирующего аэрозоль, в изделии, генерирующем аэрозоль, вставленном в нагревательную камеру. Предпочтительно во время работы устройства, например, когда пользователь делает затяжку из устройства, первая часть субстрата, генерирующего аэрозоль, нагревается для генерирования аэрозоля за счет работы первой секции электрически резистивного покрытия. После затяжки пользователя или после израсходования субстрата, генерирующего аэрозоль, по прошествии заданного времени вторая секция электрически резистивного покрытия может быть активирована, и первая секция может быть деактивирована. Таким путем несколько частей субстрата, генерирующего аэрозоль, могут быть последовательно нагреты для генерирования аэрозоля посредством последовательной работы нескольких секций электрически резистивного покрытия. В связи с этим, разные секции электрически резистивного покрытия снабжены отдельными контактами. Также контроллер может содержать несколько секций контроллера для управления несколькими секциями электрически резистивного покрытия.
Толщина электрически резистивного покрытия может быть выполнена разной в разных местах.
Путем изменения толщины электрически резистивного покрытия в разных местах реализованы разные электрические сопротивления в разных местах электрически резистивного покрытия. Следовательно, разные температуры нагрева реализованы при одинаковом напряжении в этих разных секциях или местах электрически резистивного покрытия. Это может быть использовано для испарения разных частей субстрата, генерирующего аэрозоль, другим способом. Несколько независимо управляемых секций электрически резистивного покрытия, как описано выше, можно комбинировать с разными толщинами этих разных секций.
Электрически резистивное покрытие может быть нанесено на внешнюю часть боковой стенки нагревательной камеры, при этом боковая стенка может быть выполнена теплопроводной.
Этот вариант осуществления является особенно преимущественным, если электрически резистивное покрытие является хрупким, с трудом поддающимся очистке или склонным к органическому загрязнению. Следовательно, электрически резистивное покрытие может быть нанесено на внешнюю поверхность боковой стенки нагревательной камеры между корпусом устройства, генерирующего аэрозоль, и боковой стенкой нагревательной камеры. Корпус устройства, генерирующего аэрозоль, а также боковая стенка нагревательной камеры, таким образом, предотвращают вхождение электрически резистивного покрытия в контакт с изделием, генерирующим аэрозоль, субстратом, генерирующим аэрозоль, или другими наружными элементами, которые могут повредить электрически резистивное покрытие. Во всех вариантах осуществления, описанных в контексте этого изобретения, электрически резистивное покрытие может быть нанесено либо непосредственно на боковую стенку нагревательной камеры, обращенную к внутренней части нагревательной камеры, либо на внешнюю часть боковой стенки нагревательной камеры, как описано в последнем варианте осуществления. Предпочтительно покрытие наносят на внутреннюю сторону боковой стенки, обращенную к внутренней части нагревательной камеры, и не на внешнюю часть нагревательной камеры.
Основание нагревательной камеры может иметь форму полусферы. В этом варианте осуществления тепловая энергия, генерируемая у основания нагревательной камеры внутри полусферы, направляется к центральной точке проецируемой сферы. Следовательно, субстрат, генерирующий аэрозоль, изделия, генерирующего аэрозоль, расположенный в этой точке, быстро нагревается для очень быстрого создания аэрозоля. Покрытие, генерирующее аэрозоль, предусмотренное в этом варианте осуществления у основания нагревательной камеры в форме полусферы, может быть предусмотрено в виде секции электрически резистивного покрытия, которой можно управлять отдельно. Эта секция может работать вначале для очень быстрого создания аэрозоля, тогда как дополнительные секции электрически резистивного покрытия могут работать с большей продолжительностью для создания аэрозоля в течение длительного периода времени.
Изобретение дополнительно относится к способу изготовления устройства, генерирующего аэрозоль, для генерирования вдыхаемого аэрозоля, при этом способ включает следующие этапы:
предоставление нагревательной камеры, выполненной с возможностью размещения изделия, генерирующего аэрозоль, содержащего субстрат, генерирующий аэрозоль; и
покрытие нагревательной камеры электрически резистивным покрытием, выступающим в качестве нагревательного элемента.
Изобретение описано более подробно далее со ссылками на сопроводительные графические материалы, на которых:
на фиг. 1 показано устройство, генерирующее аэрозоль, согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2 показаны варианты осуществления нагревательного элемента устройства, генерирующего аэрозоль, предоставленного на внутренней части боковой стенки нагревательной камеры и предоставленного на внешней части боковой стенки нагревательной камеры;
на фиг. 3 показаны варианты осуществления расположения нагревательного элемента и секций нагревательного элемента; и
на фиг. 4 показан вариант осуществления основания нагревательной камеры, имеющего полусферическую форму.
На фиг. 1 показано устройство, генерирующее аэрозоль, согласно настоящему изобретению. Устройство содержит нагревательную камеру 10. Изделие 12, генерирующее аэрозоль, может быть вставлено в нагревательную камеру 10. Нагревательная камера 10 содержит боковую стенку 14. Электрически резистивное покрытие 16 предусмотрено на боковой стенке 14 нагревательной камеры 10 для облегчения нагревательного элемента.
Электрически резистивное покрытие 16 может быть предусмотрено в дополнение к дополнительному нагревательному элементу, такому как нагревательный штырь или нагревательная пластина, расположенные выровненными по центру вдоль продольной оси нагревательной камеры 10, или нагревательная катушка, расположенная вокруг нагревательной камеры 10. Однако предпочтительно электрически резистивное покрытие 16 является только нагревательным элементом устройства, генерирующего аэрозоль, для нагрева субстрата, генерирующего аэрозоль, содержащегося в изделии 12, генерирующем аэрозоль.
На фиг. 1 электрически резистивное покрытие 16 нанесено на внутреннюю поверхность боковой стенки 14 нагревательной камеры 10. Таким образом, электрически резистивное покрытие 16 излучает тепло непосредственно в направлении изделия 12, генерирующего аэрозоль, вставленного в нагревательную камеру 10.
На фиг. 1 дополнительно показаны контакты 18, 20, электрически соединенные с электрически резистивным покрытием 16, вследствие чего электрический ток может быть подан в направлении электрически резистивного покрытия 16 и проходить через электрически резистивное покрытие 16. Как можно видеть на фиг. 1, первый контакт 18 расположен у основания нагревательной камеры 10, тогда как второй контакт 20 расположен возле отверстия нагревательной камеры 10. Таким путем ток, проходящий через электрически резистивное покрытие 16 и поданный на электрически резистивное покрытие 16 посредством контактов 18, 20, проходит равномерно через электрически резистивное покрытие 16. Второй электрод 20 предпочтительно предусмотрен в виде кольцеобразного электрода смежно с отверстием нагревательной камеры 10.
Для подачи электрической энергии в направлении электрически резистивного покрытия 16 и через него предусмотрен контроллер 22, который контактирует с источником 24 питания. Источник 24 питания выполнен в виде батареи.
На фиг. 2 показаны два варианта осуществления электрически резистивного покрытия 16. На фиг. 2A электрически резистивное покрытие 16 нанесено непосредственно на внутреннюю поверхность боковой стенки 14 нагревательной камеры 10. Электрически резистивное покрытие 16 содержит электрически резистивные частицы 26, а также связующее 28. Электрически резистивные частицы 26 встроены в связующее 28. Таким образом, связующее 28 выступает в качестве носителя.
На фиг. 2B электрически резистивное покрытие 16 нанесено на внешнюю часть боковой стенки 14 нагревательной камеры 10. Электрически резистивное покрытие 16 в этом варианте осуществления и во всех других вариантах осуществления может быть выполнено в виде электрически резистивного покрытия 16, как изображено на фиг. 2A, т.е. состоящего из электрически резистивных частиц 26 и связующего 28. Во всех вариантах осуществления слой из одного материала, как показано на фиг. 2B, может также быть использован для электрически резистивного покрытия 16. Предоставление электрически резистивного покрытия 16 на внешней части боковой стенки 14 нагревательной камеры 10, как изображено на фиг. 2B, имеет преимущество, которое заключается в том, что электрически резистивное покрытие 16 защищено боковой стенкой 14 нагревательной камеры 10 от загрязнения или повреждения. В варианте осуществления, показанном на фиг. 2B, боковая стенка 14 нагревательной камеры 10 предпочтительно выполнена из теплопроводного материала, вследствие чего тепло, излучаемое электрически резистивным покрытием 16, передается внутренней части нагревательной камеры 10 и в субстрат, генерирующий аэрозоль, расположенный в нагревательной камере 10, посредством вставки изделия 12, генерирующего аэрозоль.
На фиг. 3 показаны несколько вариантов осуществления расположения электрически резистивного покрытия 16. На фиг. 3A электрически резистивное покрытие 16 не предусмотрено на всей боковой стенке 14 нагревательной камеры 10, как изображено на фиг. 1 и фиг. 2. В варианте осуществления, показанном на фиг. 3A, электрически резистивное покрытие 16 предусмотрено только на секции нагревательной камеры 10, смежной с отверстием нагревательной камеры 10. В этом варианте осуществления изделие 12, генерирующее аэрозоль, вставленное в нагревательную камеру 10, не нагревается равномерно электрически резистивным покрытием 16, а выборочно нагревается в зависимости от расположения электрически резистивного покрытия 16. Как показано на фиг. 3A, электрически резистивное покрытие 16 предпочтительно нагревает часть изделия 12, генерирующего аэрозоль, расположенную смежно с отверстием нагревательной камеры 10. Таким путем преимущественно происходит нагрев субстрата, генерирующего аэрозоль, возле электрически резистивного покрытия 16. Благодаря этому загрязнение нагревательной камеры 10 остатками субстрата, генерирующего аэрозоль, которые выходят из части изделия 12, генерирующего аэрозоль, обращенной к основанию нагревательной камеры 10, может быть уменьшено.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 3B, предусмотрены несколько секций электрически резистивного покрытия 16, которые являются индивидуально и отдельно управляемыми и эксплуатируемыми. Эти разные секции электрически резистивного покрытия 16 могут быть использованы для нагрева разных секций субстрата, генерирующего аэрозоль.
На фиг. 3C показан вариант осуществления, в котором предусмотрены разные секции электрически резистивного покрытия 16, каждая из которых имеет разную толщину. Эти разные толщины приводят к разному электрическому сопротивлению соответствующих секций и, следовательно, разным температурам нагрева. Секции, изображенные на фиг. 3C, могут быть выполнены отдельно управляемыми и эксплуатируемыми или в виде одного слоя покрытия.
На фиг. 4 показан вариант осуществления нагревательной камеры 10, в котором основание нагревательной камеры 10 образовано в виде полусферы. Следовательно, электрически резистивное покрытие 16, нанесенное на область полусферы, имеет полусферическую форму. Тепло, излучаемое покрытием в этой области, таким образом, сосредоточено в центральной точке изделия 12, генерирующего аэрозоль, тем самым приводя к быстрому нагреву и генерированию аэрозоля в этой части субстрата, генерирующего аэрозоль, изделия 12, генерирующего аэрозоль.