УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ АЭРОЗОЛЬОБРАЗУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА
DEVICE FOR HEATING AEROSOL FORMING MATERIAL

Область техники
Изобретение относится к устройству для нагревания аэрозольобразующего материала.
Уровень техники
Курительные изделия, такие как сигареты, сигары и т.п. при использовании создают табачный дым при сжигании табака. Предприняты попытки создания альтернатив таким курительным изделиям путем изготовления продуктов, выделяющих соединения фактически без горения и, следовательно, без создания дыма или аэрозоля, получаемых разложением, например, при горении табака или в процессе сжигания. Примерами таких продуктов являются так называемые продукты heat-not-burn («нагревать, но не сжигать»), а также продукты или устройства для нагревания табака, выделяющие химические соединения, которые могут образовывать аэрозоль при нагревании аэрозольобразующего материала, но не его горении. Аэрозольобразующим материалом может быть, например, табак или другие нетабачные продукты, которые могут содержать никотин.
Раскрытие изобретения
Изобретение относится к устройству для нагревания аэрозольобразующего материала и создания аэрозоля и/или газа для вдыхания. Устройство содержит корпус; расположенный в нем держатель, включающий в себя одну или несколько полостей, каждая из которых предназначена для размещения в ней аэрозольобразующего материала; и нагреватель, содержащий один или несколько нагревательных элементов для нагрева помещенного в одну или несколько полостей аэрозольобразующего материала с целью выработки аэрозоля и/или газа для вдыхания, при этом указанные один или несколько нагревательных элементов расположены снаружи одной или нескольких полостей.
Держатель может включать в себя множество полостей, каждая из которых приспособлена для размещения в ней аэрозольобразующего материала, а нагреватель может содержать множество нагревательных элементов, каждый из которых размещен снаружи соответствующей полости и приспособлен для нагрева расположенного в этой полости аэрозольобразующего материала с целью выработки аэрозоля и/или газа для вдыхания.
Держатель этого устройства может быть выполнен с возможностью извлечения его из корпуса и замены запасным держателем.
Держатель может быть выполнен из листа, при этом одна или каждая из нескольких полостей может представлять собой углубление, выполненное в этом листе.
Держатель может представлять собой лист, имеющий плоскую поверхность и защитный слой, покрывающий по меньшей мере участок указанной плоской поверхности, при этом по меньшей мере одна полость образована частью защитного слоя и покрытой ею частью плоской поверхности.
Держатель может представлять собой гибкую полоску материала, при этом одна или несколько полостей по меньшей мере частично образованы этой полоской.
Устройство дополнительно может содержать привод перемещения гибкой полоски для нагрева нагревателем разных полостей.
Привод может включать в себя установленную с возможностью вращения катушку, на которую намотана часть гибкой полоски.
Изобретение также относится к устройству для нагревания аэрозольобразующего материала и создания аэрозоля и/или газа для вдыхания, содержащему корпус; расположенный в нем держатель, включающий в себя одну или несколько полостей, каждая из которых предназначена для размещения в ней аэрозольобразующего материала; и нагреватель, содержащий один или несколько нагревательных элементов для нагрева помещенного в одну или несколько полостей аэрозольобразующего материала с целью выработки аэрозоля и/или газа для вдыхания, при этом по меньшей мере одна полость одного или нескольких углублений имеет соответствующий один или несколько нагревательных элементов, представляющих собой спираль или сетку.
Изобретение также относится к способу изготовления держателя для аэрозольобразующего материала, включающему в себя этапы, на которых размещают в одной или нескольких полостях держателя относительно влажный аэрозольобразующий материал, содержащий определенный процент воды, и обрабатывают указанный относительно влажный аэрозольобразующий материал для уменьшения в нем процентного содержания воды и получения относительно сухого аэрозольобразующего материала в указанной одной или нескольких полостях.
Изобретение поясняется чертежами.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показано устройство для нагревания аэрозольобразующего материала, вид в перспективе;
на фиг. 2 - устройство по фиг. 1, вид сбоку в разрезе;
на фиг. 3 - держатель аэрозольобразующего материала, вид сверху;
на фиг. 4 - держатель аэрозольобразующего материала и нагреватель, вид в продольном разрезе;
на фиг. 5 - вариант выполнения держателя аэрозольобразующего материала, вид сверху;
на фиг. 6 - другой вариант выполнения держателя аэрозольобразующего материала, вид сверху;
на фиг. 7а - вариант выполнения держателя для аэрозольобразующего материала и нагревателя, вид в продольном разрезе;
на фиг. 7b - другой вариант выполнения держателя для аэрозольобразующего материала и нагревателя, вид в продольном разрезе;
на фиг. 7с - еще один вариант выполнения держателя для аэрозольобразующего материала и нагревателя, вид в продольном разрезе;
на фиг. 8а - еще один вариант выполнения держателя аэрозольобразующего материала, вид сверху;
на фиг. 8b - разрез по А-А на фиг. 8а;
на фиг. 9 - еще один вариант выполнения держателя аэрозольобразующего материала и нагревателя, вид в продольном разрезе;
на фиг. 10 - держатель и нагреватель по фиг. 9 совместно с принципиальной схемой привода и схемой управления питанием;
на фиг. 11 - модульный нагреватель аэрозольобразующего материала;
на фиг. 12а -12с - различные формы выполнения устройства, виды в перспективе;
на фиг. 13 - многоуровневая структура размещения нагревателей и держателей;
на фиг. 14 - этапы изготовления держателя с одним или несколькими углублениями, содержащими аэрозольобразующий материал.
Осуществления изобретения
Используемый термин «аэрозольобразующий материал» включает в себя материалы, которые при нагревании выделяют испаренные компоненты. «Аэрозольобразующий материал» представляет собой любой табакосодержащий материал и может, например, включать в себя один или несколько табаков, производные продуктов табака, включая табачные экстракты, расширенный табак, восстановленный табак или заменители табака. «Аэрозольобразующий материал» также может содержать другие не табачные продукты, например, ароматизаторы, которые в зависимости от конкретного продукта могут содержать или не содержать никотин, материалы-заполнители, такие как карбонат кальция и/или сорбенты, глицерол, пропиленгликоль или триацетин. Аэрозольобразующий материал может также содержать связующее вещество, например, альгинат натрия.
На фиг. 1 показано устройство 1 для нагревания аэрозольобразующего материала (на фиг.1 не виден) с целью испарения по меньшей мере одного его компонента. Устройство 1 представляет собой так называемое устройство «heat not burn» («нагрев без горения»). В этом примере устройство 1 в целом выполнено продолговатым, имеющим внешний корпус 2 по существу в виде прямоугольного параллелепипеда и крышку 2а. Устройство 1 может быть выполнено из любого подходящего материала, например, внешний корпус 2 может быть выполнен из пластмассы или металла. Устройство 1 содержит мундштук 3, через который пользователь может втягивать испаренный в указанном устройстве материал. Мундштук 3 (или по меньшей мере его кончик) может быть выполнен из материала, комфортного для ощущения губами, например, из пластмассы или материалов на основе силоксанового каучука.
Как показано на фиг. 2, устройство 1 содержит камеру 5 нагрева, в которой при использовании находится держатель 7 нагреваемого и испаряемого аэрозольобразующего материала 9. Камера 5 нагрева сообщается по текучей среде с мундштуком 3. Камера 5 нагрева также содержит нагреватель 11 аэрозольобразующего материала 9. Между камерой 5 нагрева и мундштуком 3 может быть расположена зона 6 конденсации и образования аэрозоля (или она может быть образована частью мундштука 3).
Устройство 1 также содержит отсек 13 электроники и питания, который в этом примере содержит блок 15 электроуправления и источник 17 электропитания. В этом примере камера 5 нагрева и отсек 13 электроники и питания примыкают друг к другу вдоль продольной оси устройства 1. Блок 15 электроуправления может содержать контроллер, такой как микропроцессор, выполненный с возможностью управления нагревателем 11 так, как будет описано далее.
Источником 17 электропитания может быть батарея, которая может быть перезаряжаемой или не перезаряжаемой. Например, могут использоваться никель-кадмиевые батареи, однако могут быть использованы любые другие подходящие батареи. Батарея 17 электрически соединена с нагревателем 11 в камере 5 нагрева для подачи на него электрической энергии, когда это необходимо, под управлением блока 15 электроуправления для нагревания аэрозольобразующего материала 9 (как отмечено выше, для его испарения без сжигания или пиролиза этого материала).
Как показано на фиг.2, устройство 1 может содержать ручной выключатель 18, например, в виде нажимной кнопки, и/или датчик 19, например, расхода воздуха, каждый из которых может быть функционально подключен к блоку 15 электроуправления. Ручной выключатель 18 может быть расположен на крышке 2а корпуса 2, где он может быть приведен в действие пользователем. В этом примере датчик 19 представляет собой датчик расхода воздуха и установлен в задней части камеры 5 нагрева устройства 1.
Устройство 1 содержит также одно или несколько входных отверстий 20 для воздуха в корпусе 2. В этом примере отверстия выполнены в задней стенке 2b корпуса 2 и в основной стенке 2с корпуса 2 около торца, на котором установлен мундштук 3.
В другом примере держатель 7 представляет собой тонкий лист из подходящего материала, имеющий по меньшей мере одну полость, например, углубление 7а, полученное прессованием, или травлением, или иным способом для размещения в нем аэрозольобразующего материала 9. Понятие «полость» подразумевает любое углубление, выемку, впадину или тому подобное, по меньшей мере частично образованное держателем для размещения аэрозольобразующего материала 9.
Держатель 7 может быть изготовлен, например, из металлического листа, например меди, алюминия, нержавеющей стали, серебра, золота, или сплава, или из керамического материала, или из материала с металлическим покрытием.
Как показано на фиг. 3, держатель 7 имеет множество образованных в нем углублений 7а, каждое из которых приспособлено для размещения аэрозольобразующего материала 9. Углубления 7а могут быть расположены в виде нормальной матрицы или сетки, например, сетки из девяти углублений, как показано на фиг. 3. В примере на фиг. 3 сетка из девяти углублений 7а содержит три строки с тремя углублениями 7а, расположенными параллельно продольной оси держателя 7, и три столбца с углублениями 7а, расположенными перпендикулярно этой продольной оси.
Внутреннюю поверхность каждого углубления 7а частично или полностью покрывает слой аэрозольобразующего материала 9.
Нагреватель 11 в устройстве 1 включает в себя один или несколько нагревательных элементов 11а, размещенных в камере 5 нагрева около нижней части держателя 7. Нагреватель 11 также содержит электрические соединители 11b для соединения нагревательных элементов 11а с блоком 15 электроуправления.
Нагреватель 11 включает в себя множество нагревательных элементов 11а, совмещенных с сеткой углублений 7а, образованных в держателе 7. Соответственно, в примере по фиг. 2 и 3 нагреватель 11 содержит девять нагревательных элементов 11а, совмещенных с сеткой углублений 7а так, что каждый нагревательный элемент 11а расположен с возможностью нагрева аэрозольобразующего материала 9 в соответствующем углублении 7а.
Блок 15 электроуправления и электрические соединители 11b для нагревательных элементов 11а предпочтительно выполнены так, что по меньшей мере два и более, предпочтительно все нагревательные элементы 11а могут питаться электрической энергией независимо друг от друга, например, включаться при необходимости по очереди (через некоторое время) или все вместе (одновременно).
В качестве нагревательных элементов 11а могут быть использованы резистивные нагревательные элементы, содержащие, например, резистивный провод, намотанный в виде спирали или сформированный в виде сетки. В других примерах нагревательные элементы 11а могут содержать керамический материал, например, нитридалюминиевую и нитридкремниевую керамику, которая может быть слоистой или спеченной. Возможны и другие нагревательные конструкции, содержащие, например, инфракрасные нагревательные элементы 11а, которые нагревают посредством инфракрасного излучения, или индуктивные нагревательные элементы. Индуктивный нагревательный элемент может содержать индукционную катушку и токоприемник. Управляемая блоком 15 электроуправления индукционная катушка генерирует переменное магнитное поле, которое вызывает нагревание токоприемника за счет вихревых токов и/или, если токоприемник является магнитным элементом, за счет магнитного гистерезиса. Токоприемник может иметь любую подходящую форму (например, он сам может быть в виде катушки) и может быть выполнен из любого подходящего материала.
Преимуществом показанного на фиг. 2 и 3 устройства, в котором держатель 7 отделен от нагревателя 11, заключается в том, что держатель 7 может быть извлечен пользователем из корпуса 2 после расходования всего аэрозольобразующего материала 9, и заменен другим сменным держателем. Таким образом, указанный держатель 7 может быть расходной частью, отдельной от остальной части устройства 1, и может быть удален после его использования. Благодаря этому в камеру 5 нагрева при необходимости может быть вставлен новый держатель 7 с аэрозольобразующим материалом.
Для замены держателя 7 пользователь может просто открыть крышку 2а корпуса 2, удалить отработавший держатель 7 и вставить новый. Крышка 2а может быть прикреплена к корпусу 2 посредством любых подходящих средств, например, посредством шарнира, магнита или установленного заподлицо закрывающего сдвижного элемента.
Корпус 2 может быть выполнен из изоляционного материала или покрыт изоляционным материалом (на фигурах не показано), обладающим свойствами, достаточными для снижения передачи тепла за счет теплопроводности настолько, чтобы внешняя поверхность корпуса оставалась достаточно холодной. Это создает удобство удерживания устройства руками. С внутренней стороны корпуса может иметься изоляция для защиты блока 15 электроуправления и источника 17 электропитания от повышенной температуры относительно температуры окружающей среды. Благодаря этому блок 15 электроуправления и источник 17 электропитания могут быть защищены от возможного теплового повреждения из-за близости нагревателя 11.
Мундштук 3 может быть выполнен отделяемым от корпуса 2, так что неоднократно использованный мундштук, покрытый отложениями так, что он не может быть легко очищен, может быть заменен другим, новым мундштуком.
При использовании тепло, выделяемое нагревательным элементом 11а, нагревает расположенный над ним аэрозольобразующий материал 9 в углублении 7а, образуя аэрозоль и/или газ или пар. При затяжке пользователем через мундштук 3 воздух всасывается в камеру 5 нагрева через одно или несколько впускных отверстий 20 (показано пунктирными стрелками на фиг. 2), и смесь из всасываемого воздуха и аэрозоля и/или газа или пара проходит в зону 6 конденсации и образования аэрозоля, где горячие газ или пары охлаждаются за счет конденсации некоторого количества аэрозоля с образованием дополнительного количества аэрозоля, в результате чего при затяжке пользователем аэрозоль поступает в мундштук 3 холодным.
В этом примере, по меньшей мере некоторое количество воздуха, всасываемого через корпус 2, когда пользователь производит затяжку, проходит непосредственно через нагревательные элементы 11а и, таким образом, нагревается и горячим смешивается с аэрозолем и/или газом или паром.
В других примерах воздух проходит только поверх держателя, не втягиваясь под нагревательные элементы 11а.
Ещё в одном примере устройство 1 выполнено так, что весь объем входящего потока воздуха направляется поверх нагревательных элементов 11а, прежде чем он проходит через углубления 7а, обеспечивая тем самым взаимодействие предварительно нагретого воздуха повышенной температуры с аэрозольобразующим материалом 9, что способствует более эффективному образованию аэрозоля.
В некоторых примерах устройство 1 выполнено так, что весь объем входящего потока воздуха поступает в устройство 1 непосредственно снаружи и, следовательно, первоначально на входе в устройство 1 находится при температуре внешней окружающей среды и протекает поверх углублений 7а. В этом случае температура воздуха повышается при протекании через углубления 7а, что может быть необходимо, если в аэрозольобразующем материале 9 присутствуют легко испаряемые ароматизирующие вещества или другие летучие вещества, которые обладают сенсорной активностью.
При каждой затяжке через мундштук 3 для инициирования нагревания пользователь может приводить в действие выключатель 18 для подачи электроэнергии от источника 17 электропитания, управляемого блоком 15 электроуправления, к одному или нескольким нагревательным элементам 11а.
Нагревание может быть автоматически инициировано при затяжке пользователем через мундштук 3 посредством датчика 19, например, расхода воздуха, за счет подвода электроэнергии от источника 17 электропитания, управляемого блоком 15 электроуправления, к одному или нескольким нагревательным элементам 11а.
В другом примере нагревание может быть инициировано вручную перед каждой затяжкой, а датчик 19 автоматически отключает электропитание после завершения каждой затяжки, когда расход воздуха сокращается в устройстве 1 почти до нуля. В результате может быть сэкономлена энергия батареи, а пользователь может вручную управлять переключением нагревательных элементов 11а в положение «включено».
В примерах, в которых электрическая энергия может быть подведена к нагревательным элементам 11а независимо друг от друга, определенный нагревательный элемент 11а или комбинация из нагревательных элементов 11а, к которым электроэнергия подводится при каждой затяжке пользователя, может изменяться от одной затяжки к другой в соответствии с предварительно заданной последовательностью управления подводом электроэнергии, управляемой блоком 15 электроуправления.
Предпочтительно нагревательные элементы 11а могут приводиться в действие последовательно, т.е. один нагревательный элемент на затяжку пользователя, так что аэрозоль и/или газ образуется на последовательной основе при каждой затяжке.
Предпочтительно включение каждого нагревательного элемента 11а вызывает быстрое испарение аэрозольобразующего материала 9 в соответствующем углублении 7а. В связи с этим, например, включение каждого нагревательного элемента 11а приводит к нагреванию аэрозольобразующего материала 9 в углублении до температуры от 140 до 300°С, предпочтительно от 180 до 250°С. Следует учесть, что нагревательным элементом 11а можно управлять так, чтобы его температура достигала любого значения от 200 до 800°С, причем эта температура может быть изменена и выбрана, в частности, для образования аэрозоля.
Электроэнергию, потребляемую каждым нагревательным элементом 11а, можно регулировать посредством предварительного программирования блока 15 электроуправления для соответствия индивидуальным требованиям нагревания каждого из множества углублений 7а, выполненных в держателе 7 и содержащих аэрозольобразующий материал 9.
Следует отметить, что в любом конкретном углублении 7а может быть размещена любая комбинация указанных материалов.
Например, аэрозольобразующий материал 9, находящийся в по меньшей мере одном углублении 7а, содержит ароматизатор, например, ментол. В этом случае аэрозольобразующий материал 9, находящийся по меньшей мере в одном углублении 7а, может содержать ароматизатор и небольшое количество материала на основе табака или не на основе табака. Следует отметить, что для нагревательного элемента 11а, предназначенного для нагревания размещенного в углублении 7а аэрозольобразующего материала 9, содержащего ароматизатор, но не содержащего материала на основе табака, отсутствует необходимость нагревания аэрозольобразующего материала 9 до температуры, которая необходима для нагревания аэрозольобразующего материала 9, содержащего упомянутый материал на основе табака. Например, в таком случае для выделения подходящего количества ароматизирующего вещества может быть достаточна температура всего от 55 до 65°С.
Аэрозольобразующий материал 9 в различных углублениях 7а может содержать разные ароматизаторы.
Например, один или несколько нагревательных элементов 11а автоматически управляются посредством датчика 19, обнаруживающего затяжку, а один или несколько других нагревательных элементов 11а управляются вручную посредством выключателя 18.
Управляемые вручную нагревательные элементы 11а могут быть предназначены для нагревания определенного ароматизатора, выделение которого пользователь желает контролировать.
Температуру, до которой нагревается аэрозольобразующий материал 9, содержащий ароматизатор, также можно изменять (например, она может быть изменена пользователем, который меняет продолжительность времени, в течение которого активирован выключатель) для изменения интенсивности вкуса ароматизатора, ощущаемого пользователем.
Несмотря на то, что на фиг. 2 каждый нагревательный элемент 11а показан в целом линейной формы, это не является обязательным. Например, каждый нагревательный элемент может иметь криволинейную форму, кривизна которой по существу соответствует кривизне нагреваемого им углубления. Такая конструкция способствует равномерному нагреванию аэрозольобразующего материала в углублении и обеспечивает хорошую интенсивность нагревания.
Держатель 7 может иметь защитный слой (не показан), закрывающий сверху выемку или углубление 7а для герметизации размещенного в нем аэрозольобразующего материала 9. Пользователь может удалить указанный защитный слой, например, сорвав его для раскрытия аэрозольсодержащего материала 9, находящегося в каждом углублении 7а, до или после установки держателя 7 в корпус 2. После установки держателя 7 в корпус 2 пользователь может закрыть его крышкой 2а, чтобы устройство было готово к использованию.
Защитный слой (не показан) может быть выполнен из любого подходящего материала, например, полиимида, такого как Kapton™, бумаги, полимера, целлофана или алюминиевой фольги и может быть прикреплен к держателю 7 посредством любого подходящего средства, например клея.
Защитный слой предпочтительно является термостойким и не оказывает отрицательного воздействия на вкусовые качества аэрозольобразующего материала 9, ощущаемые пользователем.
Если держатель 7 устанавливают в корпус 2 и закрывают крышкой 2а без удаления защитного слоя, устройство 1 имеет средства для разрыва этого защитного слоя над каждым углублением 7а и открытия поверхности аэрозольобразующего материала 9, находящегося в углублениях 7а, при этом указанный разрыв слоя осуществляется перед нагреванием.
Держатель 7 может быть выполнен в виде так называемой «блистерной упаковки» с участками защитного слоя над углублениями 7а, легко разрываемыми для открывания размещенного в углублениях 7а аэрозольобразующего материала. На нижней поверхности крышки 2а корпуса 2 могут быть выполнены выступы (не показаны), имеющие такое же пространственное расположение, что и углубления 7а. Эти выступы при надавливании пользователем на крышку 2а сверху вниз при переводе её в закрытое положение разрывают участки защитного слоя над углублениями 7а и открывают поверхности аэрозольобразующего материала 9, находящегося в этих углублениях.
В другом примере в устройстве 1 содержатся средства разрыва, разрывающие защитный слой над одним или несколькими углублениями 7а каждый раз, когда пользователь приводит в действие выключатель 18, или когда датчик 19 каждый раз автоматически определяет, что пользователь произвел затяжку через мундштук 3.
На фиг. 4 и 5 показан альтернативный вариант выполнения держателя 7′ и нагревателя 11′. В этом примере держатель 7′ выполнен аналогично описанному выше держателю 7, а нагреватель 11′ содержит один или несколько нагревательных элементов 11′а, каждый из которых расположен внутри соответствующего углубления 7′а. Таким образом, находящийся в углублении 7′а аэрозольобразующий материал 9 покрывает нагревательный элемент 11′а, который находится внутри углубления 7′а.
В этом примере каждый нагревательный элемент 11′a представляет собой спираль (например, плоскую, или полукруглую, или виток спирали) или сетку, образованную из резистивной электрической проволоки. Аэрозольобразующий материал 9 в каждом углублении 7′а покрывает спираль или сетчатый нагревательный элемент 11′a, размещенный в этом углублении 7′а. Преимущество такого выполнения заключается в том, что оно способствует однородному быстрому испарению находящегося в углублениях 7′а аэрозольобразующего материала. Кроме того, при таком выполнении длина каждого витка или сетки может быть выбрана так, чтобы обеспечить определенные характеристики теплопередачи.
Как показано на фиг. 5, в каждом углублении 7′а держателя 7′ может быть выполнена пара сквозных отверстий 31, что позволяет соединить нагревательные элементы 11′а с электрическими соединителями 11b.
Как показано на фиг. 6, держатель 7 может содержать первое множество стенок 41, проходящих вертикально от его основания и параллельно его продольной оси, и второе множество стенок 43, также проходящих вертикально от его основания и перпендикулярно его продольной оси. Эти стенки совместно образуют множество секций 45, каждая из которых содержит соответствующую одну из полостей, в данном случае углублений 7а. При этом между указанными секциями 45 и нижней частью крышки 2а корпуса 2 имеется достаточно свободного пространства, обеспечивающего прохождение аэрозоля и/или газа.
В качестве альтернативы, первое и второе множества стенок 41 и 43, образующих секции 45, могут быть частью внутренней конструкции корпуса 2, а не выполнены за одно целое с держателем 7.
Указанные стенки 41 и 43 могут выполнять функцию теплозащитных экранов. Поскольку посредством этих экранов в отдельной секции может быть создано препятствие отводу тепла от углублений 7а, аэрозольобразующий материал 9 будет эффективно нагреваться.
В некоторых случаях, в частности, когда держатель 7 содержит электрически проводящий материал, между нагревательными элементами 11а и держателем 7 может быть размещен электрический изолятор 100, 110 для предотвращения короткого замыкания (фиг. 7а и 7b). Такой электрический изолятор 100, 110 может, например, содержать полиимид, такой как Kapton™. Как показано на фиг. 7а, электрический изолятор может быть выполнен в виде электроизоляционной ленты, прикрепленной к нижней поверхности (т.е. к стороне, обращенной к нагревательным элементам 11а) держателя 7. В качестве альтернативы, как показано на фиг. 7b, может быть использован электрический изолятор 110, отдельный от держателя 7 и образующий изоляционный слой между нагревательными элементами 11а и нижней поверхностью держателя 7. Указанный изоляционный слой может быть выполнен в виде непрерывной полосы, которая или непрерывно отделяет всю нижнюю поверхность держателя 7 от нагревательных элементов 11а, или, как показано на фиг.7b, в виде множества дискретных участков, каждый из которых размещен между нагревательным элементом 11а и частью нижней поверхности держателя 7, которую нагревает этот нагревательный элемент 11а .
Как показано на фиг. 7с, в некоторых случаях по периметру каждого углубления в держателе 7 расположен теплозащитный экран 120 (показанный парой вертикальных линий), препятствующий отводу тепла от этих углублений и способствующий достаточному нагреву аэрозольобразующего материала 9.
Для теплозащитных экранов подходят такие материалы, как керамика, аэрогели (в том числе структуры пористые внутри - пористые силикагели), волокнистые изоляционные материалы, например, неорганические минеральные волокна.
На фиг. 8а и 8b схематично показано альтернативное выполнение держателя 70, который может быть использован в устройстве 1 вместо описанного выше держателя 7.
Держатель 70 содержит плоскую пластину 72 и прикрепленную к её поверхности прозрачную блистерную упаковку 74 для образования защитной крышки. Блистерная упаковка 74 содержит множество полусферических блистеров 76, расположенных сеткой. В этом примере сетка включает в себя две строки и четыре столбца. Каждый блистер 76 закрывает соответствующую часть поверхности пластины 72 и вместе с этой частью образует полость 78, в которой находится аэрозольобразующий материал 9. Аэрозольобразующий материал 9 помещен в каждую полость 78.
Плоская пластина 72 может быть выполнена из любого подходящего теплопроводного и термостойкого материала, например, полиимида, такого как Kapton™, или металла, такого как алюминий. Блистерная упаковка 74 быть выполнена из любого подходящего термостойкого материала, например, из подходящего полимера, фольги или ламинированных пленок.
Блистерная упаковка 74 может быть прикреплена к пластине 72 посредством средства 80 фиксации. Средством фиксации может быть адгезив, например, клей, такой как поливинилацетат (ПВА).
Как схематично показано на фиг. 8а, между поверхностью пластины 72 и блистерной упаковкой 74 клей 80 может быть расположен в виде решетки из пересекающихся дорожек (показанных на фиг. 8а штриховыми линиями), который прочно прикрепляет блистерную упаковку 74 к поверхности прямой пластины 72.
При изготовлении держателя 70 может быть использован трафарет (не показан), чтобы обеспечить точное расположение аэрозольобразующего материала 9 и клеевых дорожек.
Для использования держатель 70 помещают в камеру 5 нагрева устройства 1 (как было описано в приведенном выше примере в отношении держателя 7), так что каждая полость 78 находится над соответствующим нагревательным элементом 11а нагревателя 11. Нагреватель 11 и связанный с нем блок 15 электроуправления могут быть использованы для нагрева держателя 70 любым из описанных выше способов в отношении держателя 7. Как показано на фиг. 8b, в каждом блистере 76 имеется одно или несколько отверстий 76а, позволяющих выходить из полости 78 аэрозолю и/или газу или пару, полученным из аэрозольобразующего материала 9.
Одно или несколько отверстий 76а могут быть образованы в блистерах 76 перед введением держателя 70 в корпус 2. Например, одно или несколько отверстий могут быть выполнены при изготовлении держателя 70, или они могут быть выполнены пользователем. В другом примере само устройство может быть снабжено средствами образования одного или нескольких отверстий 76а, когда держатель 70 находится в корпусе 2.
Одним из преимуществ полностью герметичной блистерной упаковки является обеспечение установленного срока годности и сохранение свежести аэрозольобразующего материала 9.
Преимущество такого типа держателя 70 заключается в том, что он позволяет нагревать аэрозольобразующий материал 9 до температуры, достаточной для образования аэрозоля без нежелательного повреждения самой блистерной упаковки 74 при её нагреве.
На фиг. 9 и 10 схематично показан другой вариант выполнения держателя 170, который может быть использован в устройстве 1 вместо описанного выше держателя 7.
Держатель 170 представляет собой полоску 172 из гибкого материала, содержащую одну или несколько полостей 178, каждая из которых образована посредством формирования в этой полоске 172 впадин, например, посредством травления, прессования или вдавливания. Как показано на фиг. 9 и 10, множество таких полостей 178 может быть расположено с равными интервалами в продольном направлении по длине полоски 172.
В каждую из полостей 178 может быть помещен аэрозольобразующий материал 9, как это было описано выше для других вариантов выполнения.
Полоска 172 может быть выполнена из тонкого металлического листа, например, меди, алюминия, нержавеющей стали, серебра, золота и сплава, или представлять собой тонкий лист с металлическим покрытием или керамический лист.
Держатель 170 дополнительно может иметь защитную герметизирующую полоску или пленку (на фиг. 9 и фиг. 10 не показана), которая покрывает полоску 172 и герметизирует аэрозольобразующий материал 9, находящийся внутри полостей 178. Герметизирующая полоска может быть прикреплена к полоске 172 любым подходящим способом, например, она может быть приварена или приклеена. Герметизирующая полоска может быть выполнена из любого походящего материала, например, из полиимида Kapton™, или металла, такого как указано выше, подходящего полимера или фольги.
Держатель 170 дополнительно содержит пару расположенных на расстоянии друг от друга цилиндрических катушек 180 и 182, к которым прикреплена полоска 172. Полоска 172 с одного конца намотана на первую катушку 180, а с другого конца - на вторую катушку 182.
При использовании устройства держатель 170 устанавливается в камеру 5 нагрева устройства 1. Одна из катушек 180, 182, в этом примере - первая катушка 180, соединена посредством передаточного звена 184 с электродвигателем 186, размещенным внутри корпуса, например, в камере 13 электроники/питания. Электродвигатель 186 при его активировании вращает первую катушку 180. При вращении первой катушки 180 полоска 172 наматывается на первую катушку 180, сматываясь со второй катушки 182. На фиг. 9 направление перемещения полоски показано стрелкой.
Каждая из полостей 178, содержащих аэрозольобразующий материал 9 (на фиг. 9 и 10 не показан), может располагаться непосредственно над соответствующим нагревательным элементом 11а, как показано на фиг. 9 и 10, так что при включении одного или нескольких нагревательных элементов 11а в соответствии с этим включением образуются аэрозоль и/или газ/пар. После использования аэрозольобразующего материала, находящегося в одной или нескольких полостей 178, включение электродвигателя 186 приводит к вращению первой катушки 180, в результате чего участок полоски 172, на котором находится одна или несколько отработанных полостей 178, наматывается на первую катушку 180, а новый участок полоски 172 с одной или несколькими неиспользованными полостями 178, сматывается со второй катушки 182, устанавливая, тем самым одну или несколько новых неиспользованных полостей 178 с аэрозольобразующим материалом над нагревательными элементами 11а.
Перемещение полоски 172 может осуществляться автоматически в соответствии с включением одного или нескольких нагревательных элементов 11а или посредством ручной активации пользователем выключателя 18 или датчика 19, обнаруживающего производимую через мундштук 3 затяжку.
Как схематично показано на фиг. 10, источник 17 электропитания используется для питания как электродвигателя 186, так и через электрические соединители 11b нагревательных элементов 11а. Блок 15 электроуправления может быть выполнен с возможностью точного выбора интервала времени между включением нагревательных элементов 11а и электродвигателя 186.
После израсходования аэрозольобразующего материала 9 во всех полостях 178 держателя 170, он может быть извлечен из корпуса 2 и заменен новым.
Если держатель 170 имеет защитную герметизирующую полоску или пленку, которая покрывает сверху полоску 172 и герметизирует аэрозольобразующий материал в полостях 178, то устройство 1 может быть снабжено средствами для пробивания отверстий в герметизирующей полоске над каждой полостью 178 для создания одного или нескольких отверстий для выпуска из полости 178 аэрозоля и/или газа или пара, которые выделяются из аэрозольобразующего материала 9.
В рассмотренных выше примерах корпус 2 устройства 1 содержит крышку 2а для обеспечения доступа к камере 5 нагрева, чтобы пользователь мог вставлять и удалять держатель 7. В качестве альтернативы, на фиг. 11 схематично показано устройство 1, которое выполнено модульным. Такое устройство содержит отсек 13а питания с источником электроэнергии (например, батарейку), отсек 13b электроники с блоком управления, камеру 5 нагрева и камеру образования аэрозоля (охлаждения), объединенную с мундштуком 3. По меньшей мере одна часть устройства 1, образующая камеру 5 нагрева, выполнена с возможностью отделения от другой части этого устройства, чтобы держатель 7 (на фиг. 11 не показан) можно было вставлять в камеру 5 нагрева для его использования и затем удалять после израсходования всего аэрозольобразующего материала 9.
Часть устройства 1, образующая отсек 13а питания, также может быть выполнена разъемной для обеспечения возможности вставления или удаления батарей и доступа к блоку электроуправления. Наконец, как было отмечено выше, мундштук и камера 3 образования аэрозоля могут быть выполнены отделяемыми от остальной части устройства 1 для облегчения его очистки.
На фиг. 11 стрелками Х показан поток воздуха, проходящий через камеру 5 нагрева при выполнении пользователем затяжки, а стрелками Y показан поток воздуха, проходящий через аэрозольобразующую камеру и мундштук 3 во время затяжки.
В показанном на фиг. 1 примере, устройство 1 имеет преимущественно прямоугольное сечение. В альтернативных вариантах устройство 1 может иметь любую подходящую форму, например, с по существу овальным поперечным сечением, как показано на фиг. 12а, с по существу круглым поперечным сечением, как показано на фиг. 12b, и с сечением в виде многоугольника, например, шестиугольное сечение, показанное на фиг. 12с.
Несмотря на то, что в описанных выше примерах устройство 1 содержит в камере 5 нагрева один держатель 7, 70, 170, в качестве альтернативны оно может содержать несколько держателей, расположенных в камере 5 нагрева, например, один над другим.
Как схематично показано на фиг. 13, такая многоуровневая структура состоит из множества держателей 270 и множества нагревателей 11, каждый из которых нагревает соответствующий держатель 270. Каждый нагреватель 11 содержит множество нагревательных элементов 11а (на фиг. 13 для ясности обозначено только два), каждый из которых приспособлен для нагрева полости 270а в соответствующем держателе 270. Каждый держатель 270 может иметь, например, форму любого из описанных выше держателей и содержать одну или несколько полостей 270а (для ясности на фиг. 13 обозначены только две полости) для размещения в них описанного выше аэрозольобразующего материала 9. Каждый держатель 270 может быть снабжен герметизирующим покрытием (на фиг. 13 не показано), приспособленным для герметизации находящегося в полостях 270а аэрозольобразующего материала 9. Любое герметизирующее покрытие может быть удалено, или в нем могут быть пользователем пробиты отверстия перед использованием, или устройство 1 может иметь средства прокалывания герметизирующего покрытия для обеспечения выхода образующегося аэрозоля и/или газа при использовании устройства.
Каждый держатель и связанное с ним нагревательное приспособление 11 образуют пару, и эти пары держателей 270 и нагревательных приспособлений 11 размещены в камере 5 нагрева (на фиг. 13 не показана) одна над другой через одинаковые промежутки. Каждая пара, состоящая из держателя 270 и нагревательного приспособления 11, может быть расположена между разделительными слоями 280, образующими между этими парами тепловую и/или электрическую изоляцию. Каждый разделительный слой 280 может быть выполнен из любого подходящего материала для тепловой и/или электрической изоляции указанной пары, например, из металла, сплава, металла с гальваническим покрытием или термостойких пластмассовых материалов.
Каждый из нагревателей 11 подключен к блоку 15 электроуправления (на фиг. 13 не показан) устройства 1. Блок 15 электроуправления может быть выполнен так, чтобы каждым нагревательным элементом 11а в любом выбранном нагревателе 11 можно было управлять любым из описанных выше способов.
Блок 15 электроуправления может быть выполнен так, чтобы каждый нагреватель 11 управлялся независимо от других нагревателей 11. Блок 15 электроуправления может быть выполнен так, чтобы одновременно множество нагревательных элементов 11а одного нагревателя 11 находилось в рабочем состоянии, и/или одновременно множество нагревательных элементов 11а разных нагревателей 11 находилось в рабочем состоянии.
Например, блок 15 электроуправления может быть выполнен так, что используется один из нагревателей 11, пока не будет израсходован весь аэрозольобразующий материал 9 (или большая его часть), нагреваемый посредством указанного нагревателя в держателе 270, после чего блок 15 электроуправления переключается на использование другого нагревателя 11 и так далее, пока в устройстве 1 не будет израсходован весь аэрозольобразующий материал 9 (или его большая часть). В некоторых случаях пользователь может вручную управлять блоком 15 электроуправления для переключения одного нагревателя 11 на другой нагреватель 11, если пользователь определит, что используемый в данный момент держатель 270 больше не производит достаточного количества аэрозоля. В других примерах блок 15 электроуправления может автоматически переключать использование одного нагревателя 11 на использование другого нагревателя 11 в ответ на показание датчика 290, свидетельствующее о том, что используемый в настоящее время держатель 270 больше не производит достаточное количество аэрозоля.
Следует отметить, что при использовании описанных многоуровневых структур в устройстве 1 период времени между заменой держателей увеличивается.
Несмотря на то, что в рассмотренных выше примерах полости показаны на виде сверху по существу овальными, следует понимать, что это сделано только для упрощения или иллюстрации, и эти полости могут иметь любую подходящую форму (например, форму окружности или сплющенного овала на виде сверху).
В каждом из описанных выше вариантов выполнения нагревательные элементы могут иметь любую подходящую форму, включая упомянутые выше резистивные нагревательные элементы, инфракрасные нагревательные элементы и индуктивные нагревательные элементы.
Способ изготовления описанного выше держателя 7, содержащего аэрозольобразующий материал, проиллюстрирован на фиг. 14.
На первом этапе множество углублений 57а, образующих в держателе 57 матрицу или сетку, заполняют влажным аэрозольобразующим материалом 60. Аэрозольобразующий материал 60 может содержать одно или несколько следующих веществ, используемых по отдельности или в комбинации: глицерол, экстракт табака, никотин, ароматизатор с экстрактом табака, связующие вещества, такие как альгинат, камедь и карбонат кальция. Аэрозольобразующий материал 60 может быть в форме влажного геля, суспензии, жидкости или тому подобного и включать в себя относительно большое процентное содержание воды.
Аэрозольобразующий материал может содержать, например, (с содержанием на основе веса в сухом состоянии):
Карбонат кальция 0 -75%
Глицерол 10 - 60%
Альгинат 1 - 30%
Никотин 0 - 4%
Экстракт табака 0-50%
Содержание воды составляет от 40 до 90%
На втором этапе держатель 57 помещают в сухую окружающую среду, например, в печь (не показана) для уменьшения весового процента воды в аэрозольобразующем материале до относительно небольшой величины с получением в результате сухого аэрозольобразующего материала 9 (подобного описанному выше), в котором весовой процент воды является относительно малым по сравнению с весовым процентом влажного аэрозольобразующего материала 60. Например, держатель 57 выдерживают в печи при температуре около 45°С в течение нескольких часов, например, от 2 до 4 часов. В другом примере держатель размещают в печи при температуре приблизительно от 60 до 80°С в течение от 10 до 60 минут или высушивают при температуре от 100 до 110°С в течение от 5 до 20 минут.
Обычно процентное содержание воды в аэрозольобразующем материале 60 уменьшают от начального весового процента, составляющего приблизительно от 40 до 90%, до конечного весового процента, составляющего приблизительно от 5 до 40%.
Сухой аэрозольобразующий материал 9 может представлять собой высушенный гель.
В некоторых примерах на сухой аэрозольобразующий материал 9 напыляют или иным образом осаждают экстракт табака, даже если он уже присутствует в материале. В других примерах перед высушиванием на аэрозольобразующий материал 9 напыляют или иным образом осаждают экстракт табака, даже если он присутствует в этом материале.
На третьем этапе (не показан) держатель 57 разрезают на множество малых частей, каждая из которых содержит матрицу или сетку из углублений, содержащих сухой аэрозольобразующий материал 9. Матрица или сетка из углублений может представлять собой, например, матрицу или сетку 9×9.
На четвертом этапе углубление или углубления 57а каждой малой части закрывают защитным слоем 62 для герметизации в нем аэрозольобразующего материала 9, чтобы сохранить его ароматические свойства.
Указанный защитный слой может принимать такие же формы, что и защитные слои, описанные выше в отношении держателя 7.
Несмотря на то, что в рассмотренном выше примере влажный аэрозольобразующий материал 60 обрабатывают посредством нагревания для снижения процентного содержания воды, следует понимать, что для получения такого же эффекта могут быть использованы другие виды обработки. Например, находящийся в углублениях 57а влажный аэрозольобразующий материал 60 для снижения в нем процентного содержания воды может быть подвергнут сублимации.
Преимущество находящегося в углублении или углублениях относительно сухого аэрозольобразующего материала заключается в том, что при использовании в устройстве, например, в устройстве 1, когда аэрозольобразующий материал нагревается для создания аэрозоля и/или газа, этот аэрозоль и/или газ имеет температуру, комфортную для пользователя. В отличие от аэрозоля и/или газа, создаваемого в подобных условиях, из аэрозольобразующего материала, который имеет относительно высокое содержание воды и который по меньшей мере иногда из-за высокого содержания воды может создавать аэрозоль и/или газ, имеющий такую температуру, что он ощущается пользователем не комфортно горячим. Кроме того, уменьшение количества избыточной воды при нагревании снижает потребление электрической энергии.
При реализации изобретение в различных вариантах его осуществления должно соответствовать требованиям действующего законодательства и/или техническим условиям (нормативам), относящимся, например, к ароматизаторам, добавкам, выбросам в атмосферу, компонентам и/или тому подобному. Например, изобретение может быть осуществлено так, чтобы устройство соответствовало действующим нормативам как до, так и после его настройки пользователем. При этом изобретение может быть осуществлено с соответствием действующим нормам во всех выбранных пользователем местах. Некоторые варианты осуществления изобретения, могут быть реализованы так, что они во всех выбранных пользователем местах удовлетворяют или превосходят требуемый показатель (показатели) нормативов, например, такие, как полученная в экспериментах пороговая величина (величины)/верхний предел (пределы) для содержания выбросов и/или компонентов дыма.
Описанные выше различные варианты выполнения устройства представлены только для лучшего понимания и пояснения изобретения. Эти варианты выполнения приведены в качестве примера и не являются исчерпывающими и/или исключительными. Следует понимать, что описанные преимущества, варианты выполнения, примеры, действия, характерные особенности, конструктивное выполнение и/или другие аспекты изобретения не следует рассматривать как ограничения изобретения, охарактеризованного пунктами формулы, или ограничения эквивалентов пунктов формулы, и могут быть осуществлены различные модификации без выхода за границы объема и/или сущности изобретения. Различные варианты осуществления изобретения могут подходящим образом содержать, состоять из или по существу состоять из потенциально возможных комбинаций описанных выше элементов, компонентов, характерных особенностей, частей, стадий, средств и т.д., помимо тех, которые, в частности, описаны выше.