Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к генерирующему аэрозоль материалу, который испускает аэрозоль и/или газ при нагреве.
Уровень техники
Табачный материал нагревается в курительных изделиях с целью высвобождения веществ, содержащихся в этом материале, и их подачи в виде аэрозоля.
Во многих курительных изделиях тепло, обеспечивающее тепловую энергию для высвобождения дымообразующего аэрозоля из табачного материала, образуется посредством физико-химических процессов разложения, которые происходят во время горения и могут быть комбинацией окислительного разложения, пиролиза, пиросинтеза и дистилляции. Однако существует тенденция к образованию значительной тепловой энергии, генерируемой при горении, поэтому часто возникают сложности в отношении регулирования количества высвобождаемого тепла.
Сущность изобретения
По первому аспекту изобретения предлагается устройство для генерирования вдыхаемого аэрозоля и/или газа, содержащее генерирующий аэрозоль материал, который имеет объединенный с ним нагревательный элемент с электрическим сопротивлением, так чтобы генерирующий аэрозоль материал мог нагреваться посредством прямого контакта с нагревательным элементом с электрическим сопротивлением, при этом генерирующий аэрозоль материал предусмотрен в качестве единой структуры и/или покрытия, которое может нагреваться для генерирования множества доз вдыхаемого аэрозоля и/или газа.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может многократно нагреваться нагревательным элементом для генерирования доз вдыхаемого аэрозоля и/или газа.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал содержит генерирующий аэрозоль агент.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал содержит никотин.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал содержит табачный материал.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал содержит неорганический материал наполнителя.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал содержит связующее.
В некоторых вариантах выполнения, по меньшей мере, часть нагревательного элемента с электрическим сопротивлением имеет форму сетки или спирали.
В некоторых вариантах выполнения, по меньшей мере, часть нагревательного элемента с электрическим сопротивлением, по меньшей мере, частично погружена в генерирующий аэрозоль материал или покрыта этим материалом.
В некоторых вариантах выполнения, по меньшей мере, часть генерирующего аэрозоль материала, по меньшей мере, частично окружена нагревательным элементом с электрическим сопротивлением.
В некоторых вариантах выполнения первый участок генерирующего аэрозоль материала может нагреваться независимо от второго участка генерирующего аэрозоль материала нагревательным элементом с электрическим сопротивлением.
В некоторых вариантах выполнения первый участок и второй участок имеют различные химические составы.
В некоторых вариантах выполнения, по меньшей мере, один участок генерирующего аэрозоль материала должен перемещаться из первого положения во второе положение для нагрева нагревательным элементом с электрическим сопротивлением.
В некоторых вариантах выполнения нагрев генерирующего аэрозоль материала нагревательным элементом с электрическим сопротивлением должен инициироваться и/или регулироваться пользователем устройства.
В некоторых вариантах выполнения устройство является устройством с нагревом без горения.
По второму аспекту настоящего изобретения предлагается способ изготовления устройства для генерирования вдыхаемого аэрозоля и/или газа по первому аспекту, при этом вышеуказанный способ содержит нанесение суспензии генерирующего аэрозоль материала на нагревательный элемент с электрическим сопротивлением.
В некоторых вариантах выполнения суспензия наносится посредством литья суспензии на нагревательный элемент с электрическим сопротивлением. В некоторых вариантах выполнения суспензия наносится посредством погружения нагревательного элемента с электрическим сопротивлением в суспензию. В некоторых вариантах выполнения суспензия экструдируется с нагревательным элементом с электрическим сопротивлением или на нагревательный элемент с электрическим сопротивлением.
По третьему аспекту настоящего изобретения предлагается использование устройства по первому аспекту для генерирования аэрозоля и/или газа, содержащего никотин.
По четвертому аспекту настоящего изобретения предлагается использование генерирующего аэрозоль материала, как определено в первом аспекте, для генерирования аэрозоля и/или газа, содержащего никотин, посредством нагрева материала в прямом контакте с нагревательным элементом с электрическим сопротивлением.
По пятому аспекту настоящего изобретения предлагается композитная структура, содержащая нагревательный элемент с электрическим сопротивлением, который, по меньшей мере, частично погружен или покрыт генерирующим аэрозоль материалом, при этом вышеуказанный материал находится в прямом контакте с нагревательным элементом с электрическим сопротивлением и может нагреваться для генерирования множества доз выдыхаемого аэрозоля и/или газа.
В некоторых вариантах выполнения нагревательный элемент с электрическим сопротивлением является сеткой.
В некоторых вариантах выполнения композитная структура может перемещаться для нагрева различных участков структуры.
В некоторых вариантах выполнения различные участки композитной структуры могут нагреваться независимо отдельными источниками питания или посредством переключения подачи питания с одного участка на другой.
В некоторых вариантах выполнения композитная структура имеет форму удлиненной полосы или ленты.
В некоторых вариантах выполнения композитная структура содержит генерирующий аэрозоль материал, как определено в первом аспекте изобретения.
По шестому аспекту настоящего изобретения предлагается изделие, содержащее композитную структуру по пятому аспекту изобретения и средства для перемещения композитной структуры с целью обеспечения нагрева ее различных участков.
В некоторых вариантах выполнения композитная структура имеет форму удлиненной полосы или ленты, и средство для ее перемещения имеет форму катушки.
Краткое описание чертежей
Ниже приводится описание вариантов выполнения только в качестве примера со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
фиг. 1 – схематичный вид генерирующего аэрозоль материала, нанесенного на нагревательный элемент из металлической сетки, по варианту выполнения изобретения (не в масштабе);
фиг. 2 – вид в разрезе генерирующего аэрозоль материала, нанесенного на нагревательный элемент из металлической сетки, по варианту выполнения изобретения (не в масштабе);
фиг. 3 – схематичный вид генерирующего аэрозоль материала, нанесенного на нагревательный элемент из металлической сетки, соединенный с источником питания, по варианту выполнения изобретения (не в масштабе);
фиг. 4 – схематичный вид двух нагревательных элементов из металлической сетки, каждый из которых покрыт генерирующим аэрозоль материалом и соединен с последовательным источником питания для обеспечения раздельного последовательного нагрева каждого элемента по варианту выполнения изобретения (не в масштабе);
фиг. 5 – схематичный вид генерирующего аэрозоль материала, нанесенного на нагревательный элемент из металлической спирали по варианту выполнения изобретения (не в масштабе);
фиг. 6 – вид в разрезе генерирующего аэрозоль материала, нанесенного на нагревательный элемент из металлической спирали, по варианту выполнения изобретения (не в масштабе);
фиг. 7 – схематичный вид генерирующего аэрозоль материала, нанесенного на нагревательный элемент из металлической спирали, соединенный с источником питания, по варианту выполнения изобретения (не в масштабе);
фиг. 8 – схематичный вид двух нагревательных элементов из металлической спирали, каждый из которых покрыт генерирующим аэрозоль материалом и соединен с последовательным источником питания для обеспечения раздельного последовательного нагрева каждого элемента по варианту выполнения изобретения (не в масштабе);
фиг. 9 – схематичный вид генерирующего аэрозоль материала, окруженного нагревательным элементом из металлической сетки, соединенным с источником питания по варианту выполнения изобретения (не в масштабе);
фиг. 10 – схематичный вид генерирующего аэрозоль материала, окруженного нагревательным элементом из металлической спирали, соединенным с источником питания по варианту выполнения изобретения (не в масштабе);
фиг. 11 – схематичный вид последовательной камеры для генерирования аэрозоля, включающей в себя несколько нагревательных элементов, содержащих генерирующий аэрозоль материал, при этом каждый из указанных элементов может быть отдельно расположен в герметизированной камере в уплотненной капсуле с электрическими контактами для соединения с последовательным источником питания с целью обеспечения раздельного последовательного нагрева каждого элемента по варианту выполнения изобретения (не в масштабе);
фиг. 12 – схематичное изображение курительного изделия, содержащего последовательную камеру для генерирования аэрозоля по варианту выполнения изобретения (не в масштабе);
фиг. 13 – схематичное изображение вставления последовательной камеры для генерирования аэрозоля в курительное изделие (не в масштабе);
фиг. 14 – схематичное изображение схемной логики электрического нагревательного элемента в курительном изделии по варианту выполнения изобретения (не в масштабе);
фиг. 15 – схематичное изображение нагревательного элемента с покрытием, соединенного с источником нагрева, в формате кассеты с приводом кассеты для перемещения элемента в зону нагрева (не в масштабе);
фиг. 16 – схематичное изображение курительного изделия, содержащего камеру для генерирования аэрозоля с кассетой по варианту выполнения изобретения (не в масштабе);
фиг. 17 – схематичное изображение схемной логики электрического нагревательного элемента в формате кассеты в курительном изделии по варианту выполнения изобретения (не в масштабе);
фиг. 18 – схематичное изображение испытательного устройства для проверки генерирования аэрозоля с целью исследования способности к генерированию аэрозоля (не в масштабе).
Подробное описание
Настоящее изобретение относится к устройствам для образования вдыхаемого аэрозоля и/или газа и к устройствам, содержащим генерирующий аэрозоль материал, который может нагреваться для испускания вдыхаемого аэрозоля. В частности, настоящее изобретение относится к устройствам, содержащим генерирующий аэрозоль материал в контакте с источником тепла, который является нагревательным элементом с электрическим сопротивлением.
Генерирующий аэрозоль материал соединен с нагревательным элементом с электрическим сопротивлением, так чтобы генерирующий аэрозоль материал и нагревательный элемент образовывали одно целое или композитную структуру. В некоторых вариантах выполнения нагревательный элемент с электрическим сопротивлением, по меньшей мере, частично погружен или покрыт генерирующим аэрозоль материалом. В некоторых вариантах выполнения нагревательный элемент с электрическим сопротивлением, по меньшей мере, частично окружает генерирующий аэрозоль материал.
В некоторых вариантах выполнения нагрев генерирующего аэрозоль материала не ведет к значительному сгоранию материала. В некоторых вариантах выполнения нагрев не вызывает никакого горения или, по существу, никакого горения генерирующего аэрозоль материала.
Использование электроэнергии для нагрева генерирующего аэрозоль материала в курительном изделии имеет много преимуществ. В частности, оно имеет много преимуществ по сравнению с использованием горения.
Горение является сложным процессом, который генерирует аэрозоли посредством комбинации интерактивных физико-химических процессов, которые могут включать в себя окислительное разложение, пиролиз, пиросинтез и дистилляцию. Это, в общем, ведет к генерированию сложных аэрозолей. Например, дым, образующийся из сгорающего курительного изделия, содержащего табак, является сложной динамической смесью более чем 5000 идентифицированных составляющих.
Экзотермические процессы горения могут быть самоподдерживающимися и могут приводить к получению значений интенсивности теплообразования и теплоты сгорания, которые являются достаточными для разрушения горючей матрицы. В некоторых случаях матрица может быть полностью разрушена до зольного остатка, который может содержать неорганические негорючие материалы. В горящих сигаретах могут достигаться очень высокие температуры в результате экзотермической реакции горения. Между затяжками сигаретой (период неполного сгорания между затяжками) центр зоны горения в табачном стержне сигареты может достигать температур вплоть до 800°C. Во время затяжки сигаретой периферия зоны горения в табачном стержне сигареты может достигать температур вплоть до 910°C.
Использование нагревательных систем с электрическим сопротивлением является преимуществом, поскольку упрощается управление интенсивностью теплообразования и обеспечивается более легкое генерирование более низких уровней тепла по сравнению с использованием горения.
Таким образом, использование электрических нагревательных систем обеспечивает улучшенный контроль во время генерирования аэрозоля и/или газа из генерирующих аэрозоль материалов. Кроме того, обеспечивается генерирование аэрозоля и/или газа без горения вместо полного разрушения в результате горения. Электрические нагревательные системы также могут способствовать генерированию аэрозоля и/или газа из, по существу, негорючих материалов, таких как неорганические сорбенты, с ингредиентами, которые при нагреве генерируют аэрозоль или газ.
В устройствах по изобретению нагревательный элемент с электрическим сопротивлением обеспечивает среду для прохождения электрического тока и генерирования тепла. Когда электрический ток проходит через элемент, температура элемента повышается, и контактирующий с ним генерирующий аэрозоль материал нагревается.
Повышение температуры генерирующего аэрозоль материала может оказывать соответствующее влияние на генерирующий аэрозоль материал. В некоторых вариантах выполнения это может приводить к генерированию газа и/или аэрозоля. В некоторых вариантах выполнения повышение температуры генерирующего аэрозоль материала может приводить к образованию газа и/или аэрозоля, который имеет необходимые органолептические показатели и/или содержит никотин.
Эффект, производимый генерирующим аэрозоль материалом, который нагревается нагревательным элементом, будет зависеть от химического состава генерирующего аэрозоль материала, а также температуры, до которой он нагревается.
Генерирующий аэрозоль материал, включенный в состав устройств по изобретению, может иметь любой пригодный химический состав.
Устройства по изобретению могут обеспечивать многочисленные подачи или порции аэрозоля и/или газа. Это означает, что генерирующий аэрозоль материал может нагреваться для получения достаточного количества аэрозоля и/или газа для осуществления множества затяжек. Это может быть достигнуто посредством нагрева генерирующего аэрозоль материала в течение периода времени, достаточного для получения объема аэрозоля и/или газа, пригодного для множества подач. В некоторых вариантах выполнения это может предусматривать постоянный нагрев генерирующего аэрозоль материала. Как вариант, это может предусматривать последовательные более кратковременные периоды нагрева генерирующего аэрозоль материала, при этом, по усмотрению, во время каждого периода будет производиться одна подача или обеспечиваться одна порция аэрозоля и/или газа. В последних вариантах выполнения один и тот же генерирующий аэрозоль материал может нагреваться многократно с помощью одного и того же нагревательного элемента с целью обеспечения множества подач или порций аэрозоля и/или газа.
В некоторых вариантах выполнения устройства по изобретению включают в себя генерирующий аэрозоль материал в форме единой структуры. Это означает, что материал получают в цельном виде. Эта единая структура может быть получена, например, посредством экструзии, литья или формования. Эта структура или покрытие может быть образована из суспензии, которая подвергается сушке для получения генерирующего аэрозоль материала в твердой форме. В некоторых вариантах выполнения суспензия подвергается сушке в контакте с нагревательным элементом, так чтобы генерирующий аэрозоль материал имел твердую форму и сцепление с нагревательным элементом.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может содержать генерирующий аэрозоль агент. В этом контексте «генерирующий аэрозоль агент» представляет собой агент, который способствует генерированию аэрозоля. Генерирующий аэрозоль агент может способствовать генерированию аэрозоля посредством способствования сублимации газа в твердое состояние или конденсации газа в жидкость. В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль агент может улучшать подачу ароматизатора из генерирующего аэрозоль материала.
В генерирующий аэрозоль материал по изобретению может быть включен любой пригодный генерирующий аэрозоль агент. Пригодные генерирующие аэрозоль агенты включают в себя без ограничения: высокомолекулярный спирт, такой как сорбит, глицерин или гликоли, такие как пропиленгликоль или триэтиленгликоль; невысокомолекулярный спирт, такой как одноатомные спирты, углеводороды с высокой температурой кипения, кислоты, такие как молочная кислота, производные глицерина, сложные эфиры, такие как диацетин, триацетин, триэтиленгликольдиацетат, триэтилцитрат или изопропилмиристат, и сложные эфиры алифатической карбоновой кислоты, такие как метилстеарат, диметилдодеканедиоат и диметилтетрадеканедиоат.
В состав генерирующего аэрозоль материала может быть включено любое пригодное количество и концентрация генерирующих аэрозоль агентов. В некоторых вариантах выполнения количество и концентрация генерирующего аэрозоль материала могут использоваться в качестве средства для регулирования количеств аэрозоля и/или газа, генерируемого материалом при нагреве. В некоторых вариантах выполнения в состав материала может быть включено большее количество и концентрация генерирующего аэрозоль материала для генерирования при нагреве большего количества аэрозоля и/или газа.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может содержать приблизительно 5 – 50% или 10 – 20% масс. генерирующего аэрозоль агента. В некоторых вариантах выполнения преимущественно генерирующий аэрозоль материал может содержать приблизительно 10 – 30% или 20 – 40% масс. генерирующего аэрозоль агента. В некоторых из этих вариантов выполнения генерирующий аэрозоль агент может быть глицерином.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может содержать одно или несколько соединений с целью понижения температуры кипения одного или нескольких других веществ в генерирующем аэрозоль материале. В некоторых из этих вариантов выполнения генерирующий аэрозоль материал может содержать одно или несколько соединений с целью образования азеотропной смеси с одним или несколькими другими веществами в генерирующем аэрозоль материале.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может содержать один или несколько ароматизаторов. В данном контексте термины «вкусовое вещество» и «ароматизатор» относятся к материалам, которые могут использоваться для создания желаемого вкуса и аромата в изделии для взрослых потребителей, если это разрешают государственные нормативные правовые акты.
Они могут включать в себя экстракты (например, лакрицу, гортензию, лист белой японской магнолии, ромашку, пажитник, гвоздику, ментол, мяту японскую, анисовое семя, корицу, траву, гаултерию, вишню, ягоду, персик, яблоко, драмбьюи, бурбон, шотландский виски, виски, мяту курчавую, перечную мяту, лаванду, кардамон, сельдерей, каскарилью, мускатный орех, сандаловое дерево, кокосовое масло, бергамот, герань, экстракт меда, розовое масло, ваниль, лимонное масло, апельсиновое масло, кассия, тмин, коньяк, жасмин, канангу душистую, шалфей, фенхель, перец гвоздичный, имбирь, анис, кориандр, кофе или мятное масло из мяты любого вида), усилители вкуса, блокираторы участка рецепторов горечи, активаторы или стимуляторы участка рецепторов обоняния, сахар и/или заменители сахара (например, сукралозу, ацесульфам калия, аспартам, сахарин, цикламат, лактозу, сахарозу, глюкозу, фруктозу, сорбит или маннитол) и другие добавки, такие как древесный уголь, хлорофилл, минералы, растительное сырье или вещества для освежения полости рта. Они могут быть имитационными, искусственными или натуральными ингредиентами или их смесями. Они могут иметь любую форму, например, могут быть маслом, жидкостью или порошком.
В вариантах выполнения, в которых генерирующий аэрозоль материал содержит один или несколько ароматизаторов, преимущественно материал может содержать количество и концентрацию ароматизаторов, пригодные для подачи их требуемых количеств в аэрозоль и/или газ, генерируемый из генерирующего аэрозоль материала. В некоторых вариантах выполнения требуемое количество может быть количеством, которое обеспечивает улучшенный процесс восприятия для взрослых пользователей устройствами изобретения.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может содержать никотин. В некоторых вариантах выполнения преимущественно материал может содержать количество и концентрацию никотина, пригодные для подачи требуемых количеств никотина в аэрозоль и/или газ, генерируемые при нагреве генерирующего аэрозоль материала.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал высвобождает никотин более контролируемым и эффективным образом по сравнению с обычными сжигаемыми сигаретами. В обычных сигаретах никотин высвобождается между затяжками, поскольку, табак продолжает гореть. Однако в некоторых вариантах выполнения в устройствах настоящего изобретения генерирующий аэрозоль материал может нагреваться только по желанию, что может иметь место при вдыхании аэрозоля и/или газа, генерируемого в устройстве.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может содержать больше приблизительно 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9% или 10% масс. никотина. В некоторых вариантах выполнения материал может содержать меньше приблизительно 25%, 20%, 15%, 10% или 5% масс. никотина. В некоторых вариантах выполнения материал может содержать приблизительно 4% масс. никотина.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может содержать табачный материал, в котором табачный материал является материалом, содержащим табак или его производные. В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может содержать заменитель табака.
Табак, используемый в генерирующем аэрозоль материале или обрабатываемый для получения табачного материала, такого как экстракт табака, для использования в генерирующем аэрозоль материале, может быть любым пригодным табаком, таким как отдельные марки или смеси, резаный табак или цельнолистовой табак, включая сюда табачные смеси Virginia и/или Burley. Он также может быть табаком в виде мелких частиц или пыли, расширенного табака, стеблей, расширенных стеблей и других материалов из обработанных стеблей, таких как резаные свернутые стебли.
В вариантах выполнения, в которых генерирующий аэрозоль материал содержит табачный материал, этот табачный материал может иметь соответствующий химический состав и может быть приготовлен по любому пригодному процессу. В некоторых вариантах выполнения табачный материал может содержать одно или несколько веществ в твердой и/или жидкой фазе. В этих вариантах выполнения табачный материал может иметь любое пригодное содержание твердых частиц или жидкости.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может содержать больше приблизительно 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9% или 10% масс. никотина. В некоторых вариантах выполнения материал может содержать меньше приблизительно 25%, 20%, 15%, 10% или 5% масс. никотина. В некоторых вариантах выполнения материал может содержать приблизительно 4% масс. никотина.
В некоторых вариантах выполнения табачный материал может содержать экстракт табака. Табачный экстракт является составом из табака, который получают с помощью способа, содержащего обработку табака растворителем, совместно с любыми другими пригодными процессами экстракции.
В некоторых вариантах выполнения экстракт табака может быть получен посредством способа, содержащего обработку табака водой. В некоторых вариантах выполнения обработка табака водой может содержать добавление воды к табаку, отделение полученного жидкого экстракта на основе воды от нерастворимой части исходного табачного сырья и, по усмотрению, удаление излишка воды для образования экстракта табака. Можно использовать любые пригодные способы фильтрации, такие как центробежная фильтрация твердых частиц или вакуумная фильтрация с восходящим движением жидкости. Можно использовать любые пригодные способы испарительного концентрирования, такие как вакуумный вращающийся диск, вакуумное падение или выпаривание с восходящей пленкой. Такие процессы известны специалистам в области фильтрации и испарительного концентрирования.
В некоторых вариантах выполнения экстракт табака может приготавливаться посредством способа, содержащего этапы удаления или уменьшения концентрации определенных веществ. Например, экстракт табака может обрабатываться бентонитом для уменьшения содержания белка и/или поливинилполипирролидоном для уменьшения содержания полифенола.
В некоторых варрантах выполнения экстракт табака может приготавливаться посредством способа, содержащего этапы добавления или увеличения концентрации одного или нескольких веществ. В некоторых из этих вариантов выполнения можно добавлять, например, генерирующие аэрозоль агенты и/или ароматизаторы.
Экстракт табака, входящий в состав генерирующего аэрозоль материала в устройствах изобретения, может иметь любой пригодный химический состав. Он может иметь любой пригодное содержание твердых частиц и жидкости. Содержание твердых частиц экстракта табака может оказывать значительное влияние на структурную стабильность генерирующего аэрозоль материала при добавлении к нагревательному элементу с электрическим сопротивлением и может оказывать значительное влияние на изменение материала при нагреве.
Эксперименты показывают, что генерирующий аэрозоль материал, приготовленный посредством сушки суспензии генерирующего аэрозоль материала, который содержит экстракт табака с содержанием твердых частиц приблизительно 55%, пригоден для изобретения. Подробное описание этих экспериментов представлено ниже в разделе «Примеры». В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может быть приготовлен посредством сушки суспензии генерирующего аэрозоль материала, который содержит экстракт табака с содержанием твердых частиц, по меньшей мере, приблизительно 40%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95% или 99%. В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может быть приготовлен посредством сушки суспензии генерирующего аэрозоль материала, который содержит экстракт табака с содержанием твердых частиц приблизительно 55%.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может содержать любые пригодные вещества вместо экстракта табака или в добавление к нему. Примеры пригодных веществ включают в себя без ограничения: воду, связующее, неорганический материал наполнителя и генерирующий аэрозоль агент. В некоторых вариантах выполнения такие вещества могут быть добавлены к генерирующему аэрозоль материалу во время процесса приготовления восстановленного табачного материала. В некоторых вариантах выполнения такие вещества могут быть добавлены к генерирующему аэрозоль материалу посредством процесса, содержащего пропитывание табачного материала.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может содержать один или несколько неорганических материалов наполнителя. Генерирующий аэрозоль материал может содержать любые пригодные неорганические материалы наполнителя. Пригодные неорганические материалы наполнителя включают в себя без ограничения: карбонат кальция (т.е. мел), перлит, вермикулит, диатомит, коллоидный кремнезем, окись магния, сульфат магния, карбонат магния и пригодные неорганические сорбенты, такие как молекулярные сита.
Неорганический материал наполнителя может быть включен в состав генерирующего аэрозоль материала для любой соответствующей цели. В некоторых вариантах выполнения он может действовать в качестве сорбента и/или опоры для других веществ в генерирующем аэрозоль материале. В некоторых вариантах выполнения он может действовать как структура для адсорбции других веществ перед их высвобождением при нагреве. В некоторых вариантах выполнения он может действовать в качестве сорбента и/или опоры для генерирующего аэрозоль агента, такого как глицерин, и/или для других веществ, которые оказывают влияние на органолептические показатели аэрозоля, генерируемого при нагреве.
В некоторых вариантах выполнения неорганический материал наполнителя может быть включен в состав генерирующего аэрозоль материала для обеспечения дополнительной прочности. В некоторых вариантах выполнения он может быть включен в состав генерирующего аэрозоль материала вместе с экстрактом табака, и в этом случае он может способствовать удерживанию экстракта табака и/или обеспечивать его дополнительную прочность.
Неорганический материал наполнителя может быть включен в состав генерирующего аэрозоль материала в любом пригодном количестве и концентрации. В некоторых вариантах выполнения преимуществом является включение в состав генерирующего аэрозоль материала большого количества неорганического материала наполнителя для увеличения его прочности. В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может содержать приблизительно 1 – 90%, 45 – 95%, 50 – 90%, 55 – 85%, 60 – 80% или 65 – 75% масс. неорганического материала наполнителя. В некоторых из этих вариантов выполнения неорганический материал наполнителя может быть мелом.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может содержать одно или несколько связующих. Генерирующий аэрозоль материал может содержать любое пригодное связующее. В некоторых вариантах выполнения связующее содержит один или несколько составляющих элементов из числа элементов, к которым относятся альгинат, целлюлоза или модифицированная целлюлоза, крахмал или модифицированный крахмал и природная камедь.
Пригодные связующие включают в себя без ограничения: альгинатные соли, содержащие любой пригодный катион, такие как альгинат натрия, альгинат кальция и альгинат калия; целлюлозу или модифицированную целлюлозу, такую как гидроксипропилцеллюлоза и карбоксиметилцеллюлоза; крахмал или модифицированный крахмал; пектиновые соли, содержащие любой пригодный катион, такие как пектат натрия; ксантановая камедь, гуаровая камедь и любые другие пригодные природные камеди.
Связующее может быть включено в состав генерирующего аэрозоль материала в любом пригодном количестве и концентрации. Количество и концентрация связующего, включенного в состав материала, могут варьироваться в зависимости от состава материала, природы источника нагрева, например, нагревательного элемента с электрическим сопротивлением, и необходимых свойств устройства, в состав которого включено связующее.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может содержать приблизительно 3 – 50%, 5 – 40%, 10 – 35% или 15 – 30% масс. связующего. В некоторых из этих вариантов выполнения связующее может быть альгинатом натрия. В некоторых вариантах выполнения преимущественно материал может содержать приблизительно 20 – 25% масс. связующего. В некоторых из этих вариантов выполнения связующее может быть альгинатом натрия.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может содержать воду. Вода может быть включена в состав генерирующего аэрозоль материала для любой пригодной цели и может быть очищена посредством использования любого пригодного способа очистки, такого как обратный осмос, дистилляция и/или ионный обмен. В некоторых вариантах выполнения она может быть включена в состав материала для его увлажнения. Как вариант или дополнительно, она может быть включена в состав материала для модификации органолептических показателей аэрозоля и/или газа, генерируемого из материала при нагреве.
В состав генерирующего аэрозоль материала может быть включено любое пригодное количество воды. Например, некоторые генерирующие аэрозоль материалы на неорганической основе могут содержать 3 – 10% воды. Например, некоторые генерирующие аэрозоль материалы на основе табака могут содержать 10 – 15% воды.
В некоторых вариантах выполнения как подробно описано ниже, генерирующий аэрозоль материал может наноситься на источник тепла в форме суспензии, которая подвергается сушке для образования твердого покрытия или слоя или монолитной формы. Суспензия может включать в себя воду, часть которой удаляется во время сушки суспензии.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может содержать один или несколько из приведенных ниже элементов в любой возможной комбинации: генерирующий аэрозоль агент, такой как глицерин; неорганический материал наполнителя, такой как мел; связующее, такое как альгинат натрия; ароматизатор, никотин или воду.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может содержать теплопроводящие частицы. Они могут улучшать интенсивность теплопередачи от нагревательного элемента с электрическим сопротивлением к генерирующему аэрозоль материалу. Как вариант или в дополнение они могут улучшать интенсивность теплопередачи от одной области генерирующего аэрозоль материала к другой области генерирующего аэрозоль материала.
Приведенное ниже описание суспензии и параметров для всех компонентов относится к возможным количествам и/или концентрациям компонентов в суспензии для получения генерирующего аэрозоль материала (а не к компонентам полученного генерирующего аэрозоль материала, если не указано иначе).
В данном контексте суспензия представляет собой жидкость гель, раствор, суспензию или эмульсию. Она необязательно должна включать в себя твердые частицы вещества. В некоторых вариантах выполнения она имеет форму, готовую для нанесения на поверхность источника тепла, так чтобы после сушки она образовывала покрытие или закрывала источник тепла.
В некоторых вариантах выполнения суспензия имеет консистенцию и содержание воды, которые делают ее пригодной для литья или погружения или распыления на источник тепла. В других вариантах выполнения суспензия может иметь консистенцию и содержание воды, которые делают ее пригодной для экструзии, например, для образования стержня генерирующего аэрозоль материала вокруг, которого может быть помещен или образован источник тепла.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может быть приготовлен посредством сушки суспензии, содержащей приблизительно 30 – 80%, 40 – 70% или 50 – 60% масс. табачного материала. В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может быть приготовлен посредством сушки суспензии, содержащей приблизительно 55% масс. табачного материала.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может быть приготовлен посредством сушки суспензии, содержащей приблизительно 30 – 80%, 40 – 70% или 50 – 60% масс. экстракта табака. В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может быть приготовлен посредством сушки суспензии, содержащей приблизительно 55% масс. экстракта табака.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может быть приготовлен посредством сушки суспензии, содержащей приблизительно 1 – 40%, 2 – 18%, 4 – 16%, 6 – 14% или 8 – 13% масс. связующего. В некоторых из этих вариантов выполнения связующее может быть альгинатом натрия. В некоторых вариантах выполнения преимущественно генерирующий аэрозоль материал может быть приготовлен посредством сушки суспензии, содержащей приблизительно 10% масс. связующего. В некоторых из этих вариантов выполнения связующее может быть альгинатом натрия.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может быть приготовлен посредством сушки суспензии, содержащей приблизительно 10 – 50%, 15 – 45%, 20 – 40% или 25 – 35% масс. воды. В некоторых вариантах выполнения преимущественно генерирующий аэрозоль материал может быть приготовлен посредством сушки суспензии, содержащей приблизительно 30% масс. воды.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может быть приготовлен посредством сушки суспензии, содержащей приблизительно 1 – 40%, 2 – 15%, 3 – 10% или 4 – 6% масс. генерирующего аэрозоль агента. В некоторых вариантах выполнения преимущественно генерирующий аэрозоль материал может быть приготовлен посредством сушки суспензии, содержащей приблизительно 5% масс. генерирующего аэрозоль агента. В некоторых из этих вариантов выполнения генерирующий аэрозоль агент может быть глицерином.
Эксперименты показывают, что генерирующий аэрозоль материал, приготовленный посредством сушки суспензии, содержащей приблизительно 340 г экстракта табака, 60 г альгината натрия, 200 г воды и 35 г глицерина, имеет свойства, пригодные для использования в качестве генерирующего аэрозоль материала в устройствах по изобретению. Подробное описание этих экспериментов представлено ниже в разделе «Примеры». Генерирующий аэрозоль материал, приготовленный посредством сушки суспензии, содержащей эти вещества в таких же или схожих соотношениях, может быть пригоден для устройств по изобретению.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может быть приготовлен посредством сушки суспензии, в которой содержание твердых частиц составляет приблизительно 35 – 95%, 40 - 90%, 45 – 85%, 50 – 80%, 55 – 75% или 60 - 70% масс. экстракта табака. В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может быть приготовлен посредством сушки суспензии, в которой содержание твердых частиц составляет приблизительно 65% масс. экстракта табака.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может быть приготовлен посредством сушки суспензии, в которой содержание твердых частиц составляет приблизительно 5 – 35%, 10 - 30% или 15 – 25% масс. связующего. В некоторых из этих вариантов выполнения связующее может быть альгинатом натрия. В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может быть приготовлен посредством сушки суспензии, в которой содержание твердых частиц составляет приблизительно 20% масс. связующего. В некоторых из этих вариантов выполнения связующее может быть альгинатом натрия.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может быть приготовлен посредством сушки суспензии, в которой содержание твердых частиц составляет приблизительно 5 – 20% или 10 – 25% масс. генерирующего аэрозоль агента. В некоторых из этих вариантов выполнения генерирующий аэрозоль агент может быть глицерином. В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может быть приготовлен посредством сушки суспензии, в которой содержание твердых частиц составляет приблизительно 20% масс. генерирующего аэрозоль агента. В некоторых из этих вариантов выполнения генерирующий аэрозоль агент может быть глицерином.
Эксперименты показывают, что генерирующий аэрозоль материал, приготовленный посредством сушки суспензии, в которой содержание твердых частиц составляет приблизительно 65% масс. экстракта табака, 20% масс. альгината натрия и 13% масс. глицерина, имеет свойства, пригодные для использования в качестве генерирующего аэрозоль материала в устройствах по изобретению. Подробное описание этих экспериментов представлено ниже в разделе «Примеры». Генерирующий аэрозоль материал, приготовленный посредством сушки суспензии с таким или схожим содержанием твердых частиц, может быть пригоден для устройств по изобретению.
В некоторых вариантах выполнения в генерирующий аэрозоль материал могут быть включены дополнительные ингредиенты для улучшения органолептических показателей генерируемых аэрозолей. В некоторых случаях вода, ароматизаторы, приправы или вещества, которые могут быть кислотными или щелочными, изменяют вкус, запах и органолептическое воздействие аэрозоля. В некоторых вариантах выполнения эти дополнительные ингредиенты могут придавать мягкий или сладкий вкус. В некоторых вариантах выполнения они могут вызывать явно выраженные органолептические эффекты.
Генерирующий аэрозоль материал может нагреваться в устройствах по изобретению до любой пригодной температуры с помощью источника тепла, такого как нагревательный элемент с электрическим сопротивлением. Генерирующий аэрозоль материал может нагреваться до конкретной температуры с целью обеспечения определенного восприятия.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может нагреваться до температуры, достаточной для значительного увеличения интенсивности испарения и/или сублимации вещества в генерирующем аэрозоль материале, но недостаточной для инициирования горения. Это может иметь место в случае, когда устройства по изобретению являются устройствами с нагревом без горения. В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может нагреваться до температуры, достаточной для инициирования горения. Это может иметь место в случае, когда устройство является сгораемым устройством.
В некоторых вариантах выполнения устройство может быть выполнено с возможностью нагрева генерирующего аэрозоль материала до температуры приблизительно 50 – 400°C, 100 – 350°C, 150 – 350°C, 150 – 330°C или 180 – 300°C.
Температура, до которой генерирующий аэрозоль материал нагревается в устройствах по изобретению, будет зависеть от свойств источника тепла. Например, нагревательный элемент с электрическим сопротивлением нагревает генерирующий аэрозоль материал в устройствах по изобретению. Он осуществляет нагрев посредством создания проводящей среды, которая препятствует течению электрического тока и, таким образом, преобразует электрическую энергию в тепловую энергию.
В состав устройства по изобретению могут быть включены одно или несколько нагревательных элементов с электрическим сопротивлением. В вариантах выполнения, в состав которых включено несколько нагревательных элементов, эти элементы могут быть одинаковыми или отличаться друг от друга.
Нагревательный элемент с электрическим сопротивлением может содержать любую пригодную проводящую среду. В некоторых вариантах выполнения нагревательный элемент с электрическим сопротивлением содержит металл или металлический сплав. Преимущественно нагревательный элемент с электрическим сопротивлением может содержать металл или металлический сплав, поскольку металлы являются превосходными проводниками электрического тока и тепловой энергии.
Пригодные металлы включают в себя без ограничения: медь, алюминий, платину, вольфрам, золото, серебро и титан. Пригодные металлические сплавы включают в себя без ограничения: нихром и нержавеющую сталь. Нержавеющая сталь эффективно показала себя во время экспериментов, как описано ниже в разделе «Примеры».
В некоторых вариантах выполнения металл или металлический сплав могут иметь покрытие из другого материала, которое является более стойким к воздействию коррозии по сравнению с этим металлом или металлическим сплавом. В некоторых вариантах выполнения этот материал также может быть металлом или металлическим сплавом, например, золотом или серебром.
Нагревательный элемент с электрическим сопротивлением, используемый в устройствах по изобретению, может иметь соответствующие размеры и форму. В некоторых вариантах выполнения преимущественно форма нагревательного элемента имеет высокое соотношение площади поверхности к объему с целью способствования рассеянию тепловой энергии и нагрева генерирующего аэрозоль материала. Нагревательный элемент может иметь любую пригодную форму и может включать в себя только в качестве пояснительных примеров: прямые или линейные провода; плоские листы; изогнутые или криволинейные провода, например, в форме катушки или спирали; и фасонные или неплоские листы, например листы, сложенные в зигзагообразной форме, или гофрированные листы. Листы могут быть сплошными или перфорированными, например, с одним или несколькими отверстиями.
В некоторых вариантах выполнения, по меньшей мере, часть нагревательного элемента с электрическим сопротивлением имеет форму сетки. В некоторых вариантах выполнения, по меньшей мере, часть нагревательного элемента имеет форму металлической сетки. Сетка имеет высокое соотношение площади поверхности к объему. Кроме того, сетка преимущественно закрывает большую площадь поверхности с небольшим количеством материала.
В вариантах выполнения, в которых нагревательный элемент является сеткой или металлической сеткой, он может быть плоским или, по существу, плоским. Эта плоская сетка может иметь любые пригодные размеры. В некоторых вариантах выполнения сетка может быть удлиненной или прямоугольной. В некоторых вариантах выполнения плоская сетка может быть прямоугольной шириной приблизительно 0,3 – 2 см или 0,75 – 1,25 см. В некоторых вариантах выполнения плоская сетка может быть прямоугольной длиной приблизительно 3 – 6 см или 4 – 5 см. В некоторых вариантах выполнения плоский лист может быть прямоугольным шириной приблизительно 1 см и длиной приблизительно 5 см. В некоторых вариантах выполнения сетка является узкой и удлиненной подобно ленте и т.п.
В некоторых вариантах выполнения, в которых нагревательный элемент содержит сетку, он может быть, по существу, плоским, будучи внедренным в устройства по настоящему изобретению. В других вариантах выполнения сетка может быть обернута таким образом, чтобы она образовывала конфигурацию обертывания, и в некоторых случаях эта конфигурация обертывания может иметь цилиндрическую форму.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал наносится на сетку для образования листа. В некоторых вариантах выполнения лист является плоским или, по существу, плоским. В других вариантах выполнения лист свертывается для получения конфигурации свертывания. В некоторых вариантах выполнения свернутый лист может быть развернут пользователем устройства. В некоторых вариантах выполнения лист может быть развернут для обнаружения свежего генерирующего аэрозоль материала, который еще не был нагрет. В некоторых вариантах выполнения лист может быть развернут для обнаружения свежего генерирующего аэрозоль материала после того, как уже был нагрет материал, который уже был открыт. Это может увеличивать количество материала, который может быть нагрет, и увеличивать период времени, в течение которого может использоваться устройство.
В вариантах выполнения, в которых генерирующий аэрозоль материал наносится на сетку для образования листа и в которых лист свертывается для получения конфигурации свертывания, лист может быть обернут вокруг катушки. Катушка может способствовать развертыванию листа. В некоторых вариантах выполнения катушка может иметь цилиндрическую форму.
В некоторых вариантах выполнения лист может содержать участки генерирующего аэрозоль материала, которые могут независимо нагреваться. В некоторых вариантах выполнения смежные участки листа, содержащие генерирующий аэрозоль материал и нагревательный элемент с электрическим сопротивлением, разделены изоляционными средствами.
В некоторых вариантах выполнения, по меньшей мере, часть нагревательного элемента с электрическим сопротивлением имеет форму спирали. В некоторых вариантах выполнения, по меньшей мере, часть нагревательного элемента имеет форму металлической спирали.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал наносится на поверхность или, по меньшей мере, часть поверхности спирали.
В некоторых альтернативных вариантах выполнения спираль или цилиндрический нагревательный элемент (например, образованный из сетки) окружает генерирующий аэрозоль материал, который имеет монолитную форму. Например, генерирующий аэрозоль материал может быть экструдирован в форме стержня или цилиндра. В некоторых вариантах выполнения источник тепла контактирует с генерирующим аэрозоль материалом для его нагрева. В таких вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может перемещаться и/или может быть заменен, так чтобы источник тепла мог нагревать свежий генерирующий аэрозоль материал.
В вариантах выполнения, в которых нагревательный элемент содержит металлическую сетку и/или металлическую спираль, важной характеристикой нагревательного элемента может быть диаметр или калибр отдельных металлических нитей. Это связано с тем, что диаметр нитей влияет на их способность проводить электрический ток и тепло, которое может рассеиваться, когда электрический ток проходит через нити. В некоторых вариантах выполнения нагревательный элемент может содержать металлические нити, диаметр которых наиболее соответствует интенсивности теплообразования, которое необходимо в устройствах по изобретению. В некоторых вариантах выполнения меньший диаметр может предпочтительным по сравнению с большим диаметром, поскольку меньший диаметр имеет тенденцию к испусканию тепла с большей интенсивностью по сравнению с большим диаметром при прохождении электрического тока одинаковой величины.
Электропроводность и теплопроводность нагревательного элемента являются критичными для его функционирования. Нагревательный элемент может иметь любую пригодную электропроводность и теплопроводность при условии, что они пригодны для нагрева генерирующего аэрозоль материала в устройствах по изобретению.
В некоторых вариантах выполнения преимущественно нагревательный элемент может иметь высокую электропроводность; в других вариантах выполнения преимущественно нагревательный элемент может иметь низкую электропроводность. Это связано с тем, что электропроводность нагревательного элемента обуславливает величину электрического тока, генерируемого при заданном напряжении, что само по себе обуславливает два фактора: интенсивность, с которой элемент испускает тепло, и интенсивность, с которой он потребляет электрический ток.
В вариантах выполнения, в которых нагревательный элемент имеет высокую электропроводность, интенсивность тепловыделения будет высокой, и интенсивность расхода электроэнергии также будет высокой. Это связано с тем, что величина тока будет высокой, что ведет к испусканию большего количества тепла и большему расходу электроэнергии. В вариантах выполнения, в которых нагревательный элемент имеет низкую электропроводность, интенсивность тепловыделения будет низкой, и интенсивность расхода электроэнергии также будет низкой. Это связано с тем, что величина тока будет низкой, что ведет к испусканию меньшего количества тепла и меньшему расходу электроэнергии.
В некоторых вариантах выполнения нагревательный элемент может иметь электропроводность, наиболее соответствующую устройству, в которой он устанавливается, с учетом доступного значения электрического тока и того, как быстро тепло должно передаваться генерирующему аэрозоль материалу.
В устройствах по изобретению через нагревательный элемент может проходить электрический ток соответствующей величины. В некоторых вариантах выполнения преимущественно через нагревательный элемент может проходить сильный электрический ток, поскольку это повышает интенсивность теплопередачи генерирующему аэрозоль материалу. В некоторых вариантах выполнения преимущественно через нагревательный элемент может проходить низкий электрический ток, поскольку это уменьшает интенсивность расхода электроэнергии. В некоторых вариантах выполнения через нагревательный элемент может проходить электрический ток величиной приблизительно 0,3 – 8 А, 2 – 6 А или 4 – 6 А.
Для прохождения электрического тока через нагревательный элемент в устройствах по изобретению могут использоваться любые пригодные средства. Нагревательные элементы могут находиться в постоянном контакте с источником питания или они могут приходить в контакт с источником питания только когда используется устройство и должен нагреваться генерирующий аэрозоль материал. В других вариантах выполнения нагревательные элементы могут находиться в постоянном контакте с генерирующим аэрозоль материалом или они могут приходить в контакт с генерирующим аэрозоль материалом только когда используется устройство и должен нагреваться генерирующий аэрозоль материал. Создание контакта может предусматривать относительное перемещение элементов.
В некоторых вариантах выполнения могут использоваться одна или несколько батарей для обеспечения разности потенциалов и прохождения постоянного тока через нагревательный элемент. В этих вариантах выполнения одна или несколько батарей могут быть соединены с нагревательным элементом любым пригодным способом, например, посредством использования проводов и/или зажимов. В вариантах выполнения, в которых для создания нескольких источников питания используются несколько батарей, эти батареи могут быть одинаковыми или отличаться друг от друга.
Батарея, используемая в устройствах по изобретению, может иметь соответствующие характеристики. Например, она может быть перезаряжаемой или неперезаряжаемой и может быть сменной или несменной.
Батарея, используемая в устройствах по изобретению, может иметь соответствующее напряжение. В некоторых вариантах выполнения высоковольтная батарея может быть предпочтительной по сравнению с низковольтной батареей, поскольку она генерирует более высокий электрический ток, и металлическая сетка выделяет тепло с большей интенсивностью. В некоторых вариантах выполнения батарея, установленная в устройства по изобретению, имеет напряжение приблизительно 0,5 – 10 В, 2 – 8 В или 4 – 6 В.
Напряжение батарее, используемой в устройствах, можно выбирать на основании величины электрического тока, который должен протекать через нагревательный элемент. В вариантах выполнения, в которых нагревательный элемент имеет высокое электрическое сопротивление, батарея может иметь высокое напряжение; в вариантах выполнения, в которых нагревательный элемент имеет низкое электрическое сопротивление, батарея может иметь низкое напряжение.
Батарея, используемая в устройствах, может иметь соответствующую зарядную емкость. В некоторых вариантах выполнения батарея с высокой зарядной емкостью может быть предпочтительной по сравнению с батареей с низкой зарядной емкостью, поскольку это позволяет батарее обеспечивать разность потенциалов в течение более длительного периода времени.
В устройствах по изобретению одна или несколько батарей могут быть соединены с нагревательным элементом с электрическим сопротивлением с помощью соответствующей электронной схемы. В некоторых вариантах выполнения одна или несколько батарей могут быть соединены с несколькими нагревательными элементами в устройстве. В некоторых вариантах выполнения два или несколько нагревательных элементов могут получать питание от одной или нескольких батарей независимо друг от друга. В некоторых вариантах выполнения два или несколько нагревательных элементов могут последовательно получать питание от одной или нескольких батарей.
Способ и степень, до которой генерирующий аэрозоль материал находится в контакте с нагревательным элементом, также оказывают влияние на генерирование аэрозоля и/или газа при нагревании генерирующего аэрозоль материала.
Генерирующий аэрозоль материал может контактировать с нагревательным элементом любым пригодным образом, при условии, что температура нагревательного элемента будет достаточной для нагрева генерирующего аэрозоль материала с целью образования аэрозоля. По меньшей мере, в нескольких вариантах выполнения для обеспечения горения генерирующего аэрозоль материала температура не является высокой.
В некоторых вариантах выполнения нагревательный элемент, по меньшей мере, частично, может быть погружен в генерирующий аэрозоль материал или покрыт этим материалом. В некоторых вариантах выполнения нагревательный элемент может быть в форме сетки, и генерирующий аэрозоль материал может быть нанесен на сетку. В некоторых вариантах выполнения нагревательный элемент может быть в форме спирали, и генерирующий аэрозоль материал может быть нанесен на спираль.
В некоторых вариантах выполнения преимущественно большая часть или весь нагревательный элемент может быть погружен в генерирующий аэрозоль материал или покрыт этим материалом, поскольку это повышает эффективность теплопередачи от нагревательного элемента к генерирующему аэрозоль материалу.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может быть, по меньшей мере, частично окружен нагревательным элементом. В некоторых из этих вариантов выполнения част или весь генерирующий аэрозоль материал в устройствах по изобретению может быть в форме монолита. В вариантах выполнения, в которых генерирующий аэрозоль материал имеет форму монолита, он может быть образован с помощью процесса, содержащего экструзию
В некоторых вариантах выполнения нагревательный элемент может быть в форме сетки и может быть обернут вокруг части или всего генерирующего аэрозоль материала. В некоторых вариантах выполнения нагревательный элемент может быть в форме спирали и может быть обернут вокруг части или всего генерирующего аэрозоль материала. В некоторых из этих вариантов выполнения часть или весь генерирующий аэрозоль материал может быть расположен в центре металлической спирали.
Со ссылкой на фиг. 1 с целью объяснения, но не ограничения предлагается лист 1, содержащий генерирующий аэрозоль материал 3, нанесенный на металлическую сетку 2 по иллюстративному варианту выполнения настоящего изобретения. Согласно этому иллюстративному варианту выполнения большая часть металлической сетки 2 погружена в генерирующий аэрозоль материал 3.
Со ссылкой на фиг. 2 с целью объяснения, но не ограничения предлагается вид в разрезе листа 1, содержащего генерирующий аэрозоль материал 3, отлитый на металлической сетке 2, как показан на фиг. 1.
Со ссылкой на фиг. 3 с целью объяснения, но не ограничения предлагается лист 1, содержащий генерирующий аэрозоль материал 3, нанесенный на металлическую сетку 2, как показано на фиг. 1, и соединенный с источником 4 питания. На фиг. 4 показано несколько листов 1, соединенных с источником 4 питания, при этом переключающие устройства 5 обеспечивают управление подачей питания к каждому листу 1.
Со ссылкой на фиг. 5 с целью объяснения, но не ограничения предлагается спираль 11 с покрытием. Как показано в разрезе на фиг. 6, спираль 11 с покрытием содержит генерирующий аэрозоль материал 13, нанесенный на металлическую спираль 12 по иллюстративному варианту выполнения настоящего изобретения.
Со ссылкой на фиг. 7 с целью объяснения, но не ограничения предлагается спираль 11 с покрытием, как показано на фиг. 5, соединенная с источником 14 питания. На фиг. 8 показано несколько спиралей 11, соединенных с источником 14 питания, при этом переключающие устройства 15 обеспечивают управление подачей питания к каждой спирали 11.
Со ссылкой на фиг. 9 с целью объяснения, но не ограничения предлагается монолит 21 генерирующего аэрозоль материала с обернутым вокруг него нагревательным элементом 23 из металлической сетки. Нагревательный элемент 23 из металлической сетки соединен с источником 24 питания.
Со ссылкой на фиг. 10 с целью объяснения, но не ограничения предлагается монолит 31 генерирующего аэрозоль материала с обернутым вокруг него нагревательным элементом 33 из металлической спирали. Нагревательный элемент 33 из металлической спирали соединен с источником 34 питания.
В некоторых вариантах выполнения первый участок или секция генерирующего аэрозоль материала может нагреваться источником тепла, таким как нагревательный элемент с электрическим сопротивлением, независимо от второго участка или секции генерирующего аэрозоль материала. В некоторых из этих вариантов выполнения первый участок генерирующего аэрозоль материала может иметь другой химический состав по сравнению со вторым участком генерирующего аэрозоль материала. Это может обеспечивать генерирование различных аэрозолей и/или газов в устройствах по изобретению.
В некоторых вариантах выполнения различные участки генерирующего аэрозоль материала могут генерировать различные ароматы и/или создавать различные чувственные восприятия.
В некоторых вариантах выполнения различные участки генерирующего аэрозоль материала могут нагреваться независимо и/или последовательно. В некоторых вариантах выполнения пользователь устройства может инициировать и/или выбирать, какой из участков должен нагреваться, и, таким образом, какие аэрозоли и/или газы должны генерироваться.
В некоторых вариантах выполнения изобретения, по меньшей мере, некоторая часть генерирующего аэрозоль материала должна перемещаться в устройстве из первого положения во второе положение с целью нагрева источником тепла. В некоторых из этих вариантов выполнения генерирующий аэрозоль материал может перемещаться по желанию пользователя устройства. В некоторых вариантах выполнения это перемещение будет приводить нагреватель с электрическим сопротивлением в контакт с источником питания.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал содержит два или несколько участков, и генерирующий аэрозоль материал может перемещаться для способствования последовательному нагреву двух или нескольких участков генерирующего аэрозоль материала. Например, это перемещение может приводить нагреватель с электрическим сопротивлением в контакт с источником питания.
В некоторых вариантах выполнения нагревательный элемент с электрическим сопротивлением содержит две или несколько частей, которые получают питание независимо, так чтобы участки генерирующего аэрозоль материала, связанные с различными частями нагревательного элемента, нагревались независимо и/или последовательно. В некоторых вариантах выполнения различные части нагревательного элемента с электрическим сопротивлением получают питание независимо с помощью частей, имеющих раздельные источники питания, такие как отдельные батареи. В некоторых вариантах выполнения различные части нагревательного элемента с электрическим сопротивлением получают питание независимо с помощью одного или нескольких переключателей, связывающих эти части с одним источником питания.
Со ссылкой на фиг. 15 с целью объяснения, но не ограничения предлагается лента 41, содержащая генерирующий аэрозоль материал, отлитый на сетку, действующую в качестве нагревательного элемента с электрическим сопротивлением. Лента 41 содержит множество участков 42 и может перемещаться. Участки 42 разделяются изолирующим средством 43, таким как изолирующую полоса, и каждый участок содержит секцию генерирующего аэрозоль материала, покрывающего секцию нагревательного элемента. Перемещение ленты 41 последовательно приводит секцию нагревательного элемента в контакт с источником 44 питания, например, с батареей. Эта батарея подает питание на нагревательный элемент, нагревающий участок генерирующего аэрозоль материала в контакте с участком нагревательного элемента. Лента 41 должна перемещаться для нагрева нового участка ленты, приводя новую секцию нагревательного элемента в контакт с источником питания для нагрева генерирующего аэрозоль материала.
Лента 41 обернута вокруг двух катушек 45, 46, одна из которых может приводиться в движение для перемещения ленты. В некоторых вариантах выполнения приводная катушка 46 может поворачиваться вручную. В других вариантах выполнения она может приводиться в движение двигателем 47. Таким образом, лента 41 и катушки 45, 46, образуют картридж или «кассету» 48. Приводная катушка 48 может вращаться для наматывания ленты 41 на приводную катушку 46, в результате чего лента 41 будет разматываться с другой катушки 45. Таким образом, лента 41 может перемещаться, перемещая различные участки 42 для совмещения или контакта с источником 44 питания.
Со ссылкой на фиг. 16 с целью объяснения, но не ограничения предлагается устройство по иллюстративному варианту выполнения настоящего изобретения. Устройство 52 содержит картридж 57, показанный на фиг. 15 и содержащий ленту 51 и катушки 55, 56. Устройство также содержит источник 54 питания, цепь 53 управления для управления независимым и последовательным нагревом секций ленты 51, и блок 58 привода от двигателя, который приводит в действие приводную катушку 56. Устройство также содержит камеру 61 образования аэрозоля, в которой аэрозоль из нагреваемого генерирующего аэрозоль материала может образовываться и вдыхаться через мундштук 59 устройства. Течение воздуха через устройство 52 показано стрелками. Окружающий воздух поступает через вентиляционные отверстия в корпусе и/или кожухе 60 устройства 52 и протекает через кассету и нагреваемый генерирующий аэрозоль материал, захватывая газ и пар, генерируемые посредством нагрева. Затем поток воздуха движется в камеру 61 образования аэрозоля, где образуется аэрозоль. Далее аэрозоль, транспортируемый потоком воздуха, выходит из устройства через мундштук 59. В некоторых вариантах выполнения поток воздуха может генерироваться посредством вдыхания или выдыхания во время использования устройства 52.
Со ссылкой на фиг. 17 с целью объяснения, но не ограничения предлагается общее описание электронной схемы, используемой для управления генерированием тепла посредством источника тепла в устройстве типа устройства, показанного на фиг. 16. Регулятор температуры предусмотрен для предотвращения излишнего нагрева нагревательных элементов. Эта схема предусматривает использование индикаторов состояния для указания различных характеристик электронного устройства.
Генерирующий аэрозоль материал может контактировать с нагревательным элементом с электрическим сопротивлением и может быть включен в состав генерирующего аэрозоль устройства для образования устройств по изобретению любым приемлемым образом.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал может контактировать с нагревательным элементом, включенным в состав генерирующего аэрозоль устройства. В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал и нагревательный элемент могут быть включены в состав устройства пользователем. В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал и нагревательный элемент могут быть предусмотрены в картридже, и картридж может быть вставлен в устройство. В некоторых из этих вариантов выполнения этот картридж может быть сменным.
В вариантах выполнения, в которых генерирующий аэрозоль материал и нагревательный элемент предусмотрены в картридже, картридж может иметь любую пригодную конструкцию.
В некоторых вариантах выполнения картридж может содержать одну или несколько областей на его поверхности для соединения нагревательного элемента картриджа с источником питания в устройстве. В некоторых вариантах выполнения эти области могут быть закрыты крышкой типа колпачка, если картридж не был добавлен в состав устройства. В некоторых вариантах выполнения картридж может содержать одно или несколько отверстий для прохождения воздуха, газа и/или аэрозоля. В некоторых вариантах выполнения эти отверстия быть закрыты крышкой типа колпачка, если картридж не был добавлен в состав устройства.
В вариантах выполнения, в которых генерирующий аэрозоль материал и нагревательный элемент предусмотрены в картридже, картридж может комбинироваться с другими частями генерирующего аэрозоль устройства любым пригодным образом. В некоторых вариантах выполнения он может быть прикреплен к другим частям устройства посредством фрикционной посадки и/или резьбовой посадки или прессовой посадки.
Со ссылкой на фиг. 11 с целью объяснения, но не ограничения предлагается картридж 101 по варианту выполнения изобретения. Он содержит три нагревательных элемента 102 с электрическим сопротивлением, которые покрыты генерирующим аэрозоль материалом (не показан). Они могут нагреваться независимо и последовательно. Картридж 101 содержит воздушные отверстия 103. Картридж по усмотрению содержит два торцевых колпачка 105, 106, которые привертываются или напрессовываются в требуемое положение на концы картриджа 101. Торцевые колпачки 105, 106 закрывают электрические контакты нагревательных элементов 102 и воздушные отверстия или вентиляционные отверстия 104.
Со ссылкой на фиг. 12 с целью объяснения, но не ограничения показан картридж 101 (представленный на фиг. 11), включенный в состав устройства 110 по варианту выполнения изобретения. Устройство 110 содержит источник 111 питания типа батареи. Устройство 110 также содержит цепь 112 управления для управления независимым и последовательным нагревом нагревательных элементов 102 в картридже 101. Устройство 110 также содержит камеру 113 для образования аэрозоля, в которой аэрозоль из генерирующего аэрозоль материала может образовываться и вдыхаться через мундштук 114 устройства. Течение воздуха через устройство 110 показано стрелками. Окружающий воздух поступает через вентиляционные отверстия в корпусе и или кожухе 115 устройства 110 и протекает через картридж 101 и нагреваемый генерирующий аэрозоль материал, захватывая газ и пар, генерируемые посредством нагрева. Затем поток воздуха движется в камеру 113 образования аэрозоля, где образуется аэрозоль. Далее аэрозоль, транспортируемый потоком воздуха, выходит из устройства 110 через мундштук 114. В некоторых вариантах выполнения поток воздуха может генерироваться посредством вдыхания или выдыхания во время использования устройства 110.
Со ссылкой на фиг. 13 с целью объяснения, но не ограничения показан картридж 101 (представленный на фиг. 11), включенный в состав устройства 110, показанного на фиг. 12. Торцевые колпачки 105, 106 удаляют с картриджа перед вставление картриджа 101 в устройство посредством резьбовой посадки или механизма зажимной посадки.
Со ссылкой на фиг. 14 с целью объяснения, но не ограничения предлагается общее описание электронной схемы, используемой для управления генерированием тепла посредством тепловых элементов в устройстве типа устройства, показанного на фиг. 12. Регулятор температуры предусмотрен для предотвращения излишнего нагрева нагревательных элементов. Эта схема предусматривает использование индикаторов состояния для указания различных характеристик электронного устройства.
Генерирующие аэрозоль устройства по изобретению могут содержать какие-либо пригодные компоненты в добавление к генерирующему аэрозоль материалу и источнику нагрева, который, например, может быть нагревательным элементом с электрическим сопротивлением.
В некоторых вариантах выполнения устройства могут содержать исполнительный механизм, при этом исполнительный механизм может приводиться в действие для инициирования источника тепла. В некоторых вариантах выполнения исполнительный механизм может инициировать прохождение электрического тока через, по меньшей мере, часть нагревательного элемента с электрическим сопротивлением для генерирования тепла. В некоторых из этих вариантов выполнения исполнительный механизм может быть соединен или соединен с переключателем в электрической цепи. Как вариант или в добавление исполнительный механизм может быть соединен или соединен с элементом для регулирования положения генерирующего аэрозоль материала и/или нагревательного элемента в устройстве.
В некоторых вариантах выполнения в добавление или как альтернатива устройству, имеющему исполнительный механизм, источник тепла типа нагревательного элемента с электрическим сопротивлением может инициироваться, при создании градиента давления в устройстве. Этот градиент давления, например, может быть создан при выдыхании или вдыхании, осуществляемом через устройство. В некоторых вариантах выполнения нагревательный элемент с электрическим сопротивлением может нагреваться при выдыхании или вдыхании.
В некоторых вариантах выполнения устройство может содержать индикатор, который указывает одну или несколько характеристик нагревательного элемента и/или генерирующего аэрозоль материала. Например, устройство может содержать индикатор для указания температуры нагревательного элемента с электрическим сопротивлением и/или генерирующего аэрозоль материала. Например, устройство может содержать индикатор для указания степени, до которой генерирующий аэрозоль материал высвобождает аэрозоль и/или газ.
В некоторых вариантах выполнения устройство может содержать цепь обратной связи регулирования температуры для регулирования температуры нагревательного элемента. Она может использоваться для обеспечения оптимальной температуры для генерирования аэрозоля посредством нагрева.
В некоторых вариантах выполнения устройство может содержать изолирующий слой между наружной стороной устройства и нагревательным элементом с электрическим сопротивлением.
Для получения генерирующего аэрозоль материала в контакте с источником тепла можно использовать любой пригодный процесс. В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал разделен с источником тепла и приводится в физический контакт или при сборке устройств по изобретению или при их использовании. Например, в некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал предусмотрен в форме монолита, который приходит в контакт с источником тепла. Для получения максимального контакта между генерирующим аэрозоль материалом и источником тепла этот источник тепла может частично окружать генерирующий аэрозоль материал, контактируя с его наружной поверхностью. Монолитная форма генерирующего аэрозоль материала может быть образована посредством литья или экструзии или любого другого пригодного способа.
В других вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал и источник тепла скомбинированы, например, в форме композитного изделия. В таких вариантах выполнения источник нагрева может быть покрыт генерирующим аэрозоль материалом и/или погружен в него.
По второму аспекту изобретения предлагается способ изготовления генерирующих аэрозоль устройств по изобретению, который содержит нанесение суспензии генерирующего аэрозоль материала на источник тепла типа нагревательного элемента с электрическим сопротивлением. В некоторых вариантах выполнения это предусматривает нанесение суспензии генерирующего аэрозоль материала на источник тепла и/или погружение источника тепла в суспензию генерирующего аэрозоль материала.
Для подготовки источника тепла и суспензии генерирующего аэрозоль материала перед их комбинированием могут использоваться любые пригодные процесс или процессы. В некоторых вариантах выполнения источник тепла может быть нагревательным элементом с электрическим сопротивлением, таким как металлическая сетка или спираль. В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал образован из суспензии, которая наносится на источник тепла и затем подвергается сушке. В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал и суспензия, используемая для его приготовления, содержат табачный материал.
В некоторых вариантах выполнения генерирующий аэрозоль материал приготавливается посредством способа, содержащего образование суспензии. Для образования суспензии компоненты генерирующего аэрозоль материала могут добавляться в любом приемлемом порядке. В вариантах выполнения, в которых генерирующий аэрозоль материал содержит экстракт табака, воду, альгинат натрия и глицерин, экстракт табака может добавляться в воду перед добавлением альгината натрия и затем глицерина. В некоторых вариантах выполнения суспензия может подвергаться смешиванию во время и/или после добавления ее компонентов, и в этих вариантах выполнения она может подвергаться смешиванию в течение любых пригодных промежутков времени. Промежуток времени, в течение которого суспензия подвергается смешиванию, будет зависеть от ее состава и объема и может варьироваться соответствующим образом. В некоторых вариантах выполнения суспензия может подвергаться смешиванию по мере необходимости для получения, по существу, однородного состава суспензии перед ее комбинированием с источником тепла для образования композитного изделия.
В некоторых вариантах выполнения суспензия может быть образована посредством, в первую очередь, добавления экстракта табака в воду и смешивания в течение приблизительно 30 секунд перед очень медленным добавлением альгината натрия для предотвращения образования завихрения в суспензии, смешивания состава в течение приблизительно 10 минут и последующего добавления глицерина. В некоторых вариантах выполнения суспензия затем может быть подвергнута дополнительному смешиванию и может быть подвергнута дополнительному смешиванию в течение любого пригодного промежутка времени. В некоторых вариантах выполнения суспензия затем может быть подвергнута дополнительному смешиванию в течение приблизительно 1 - 20 минут, например, приблизительно 5 минут.
В некоторых вариантах выполнения суспензия генерирующего аэрозоль материала может быть образована посредством процесса, содержащего добавление одного одной или нескольких добавок, таких как ароматизаторы.
После приготовления суспензии генерирующего аэрозоль материала и, в соответствующем случае, получения или подготовки источника тепла они комбинируются. В некоторых вариантах выполнения они могут комбинироваться посредством заливки суспензии генерирующего аэрозоль материала на источник тепла или погружения источника тепла в суспензию. В некоторых вариантах выполнения они могут комбинироваться посредством экструзии суспензии генерирующего аэрозоль материала на источник тепла или соэкструзии суспензии генерирующего аэрозоль материала с источником тепла. В некоторых вариантах выполнения источник тепла является нагревательным элементом с электрическим сопротивлением, таким как сетка или спираль.
В вариантах выполнения, в которых суспензия генерирующего аэрозоль материала заливается на источник тепла, этот источник тепла может быть помещен на плиту перед заливкой на него суспензии. В некоторых вариантах выполнения суспензия может заливаться на источник тепла таким образом, чтобы она равномерно распространялась по источнику тепла с получением любой соответствующей толщины или глубины. В некоторых вариантах выполнения суспензия может заливаться на источник тепла таким образом, чтобы она имела толщину или глубину приблизительно 0,5 - 5 мм, 0,6 – 4 мм, 0,7 – 3 мм, 0,8 – 2 мм или 0,9 – 2 мм. В некоторых вариантах выполнения суспензия может заливаться на источник тепла таким образом, чтобы она распространялась равномерно и имела толщину или глубину приблизительно 1 мм.
После комбинирования с источником тепла суспензия может подвергаться сушке и может подвергаться сушке с использованием любого пригодного способа сушки. В некоторых вариантах выполнения суспензия может подвергаться сушке в теплом воздухе (например, в печи). В этих вариантах выполнения суспензия может подвергаться сушке при любой приемлемой температуре в течение любого приемлемого промежутка времени. В некоторых вариантах выполнения суспензия может подвергаться сушке при температуре приблизительно 40 – 90°C или 50 – 80°C. В некоторых вариантах выполнения суспензия может подвергаться сушке при температуре приблизительно 60°C или 80°C. В некоторых вариантах выполнения суспензия табачного материала может подвергаться сушке в течение приблизительно 30 – 120 минут или 60 – 120 минут.
В некоторых вариантах выполнения суспензия может подвергаться сушке при температуре приблизительно 60°C в течение приблизительно 70 минут. В других вариантах выполнения суспензия может подвергаться сушке при температуре приблизительно 80°C в течение приблизительно 110 минут. Эксперименты показали, что эти условия позволяют получать композитные листы с характеристиками, приемлемыми для устройств по изобретению.
В вариантах выполнения, в которых суспензия генерирующего аэрозоль материала заливается на источник нагрева на плите, готовая композитная структура может быть удалена с плиты.
В некоторых вариантах выполнения композитная структура может быть удалена с использованием изделия для доступа к пространству между структурой и плитой, такого как нож. Как вариант или в добавление композитная структура может быть удалена посредством увеличения температуры точки контакта между структурой и плитой, например, посредством использования пара.
В некоторых вариантах выполнения композитная структура может быть доведена до кондиции после удаления с плиты. В некоторых вариантах выполнения композитная структура может быть доведена до кондиции при температуре приблизительно 20 - 25°C, например, приблизительно 22°C. Как вариант или в дополнение, композитная структура может быть доведена до кондиции с помощью воздуха с относительной влажностью приблизительно 50 – 80%, например, приблизительно, 60%. Как вариант или в дополнение, композитная структура может быть доведена до кондиции в течение промежутка времени приблизительно 6 – 24 часа, например, приблизительно, 12 часов. В некоторых вариантах выполнения композитная структура может быть доведена до кондиции в воздухе при температуре приблизительно 22°C с относительной влажностью приблизительно 60% в течение 12 часов.
В некоторых вариантах выполнения композитная структура может храниться при температуре приблизительно равной окружающей температуре при любой приемлемой влажности в течение любого приемлемого промежутка времени перед внедрением в устройство по изобретению. Это может способствовать повышению прочности композитной структуры.
После комбинирования суспензии генерирующего аэрозоль материала с источником тепла, сушки, доведения до кондиции и хранения полученная композитная структура может быть разделена на отдельные части. Эти отдельные части затем могут быть внедрены в одно или несколько устройств. В некоторых из этих вариантов выполнения композитная структура может иметь форму листа или полосы и может быть разрезана на отдельные части с помощью соответствующего способа резки. В других вариантах выполнения композитная структура может быть разделена на части посредством включения в ее состав изолирующих средств между смежными частями, например, изолирующих полос.
По третьему аспекту изобретения предлагается использование устройства по изобретению для генерирования газа и/или аэрозоля, содержащего никотин.
В некоторых вариантах выполнения устройства могут использоваться для генерирования газа и/или аэрозоля, который содержит одно или несколько других веществ помимо никотина. Например, устройства могут использоваться для генерирования газа и/или аэрозоля, который содержит один или несколько ароматизаторов и/или разбавителей. В некоторых вариантах выполнения устройства могут использоваться для генерирования содержащего никотин аэрозоля с соответствующими органолептическими показателями.
В некоторых вариантах выполнения устройство при использовании может быть устройством с нагревом без горения.
По четвертому аспекту настоящего изобретения предлагается использование генерирующего аэрозоль материала, определяемого по первому аспекту, для генерирования аэрозоля и/или газа, содержащего никотин, посредством нагрева в контакте с источником тепла, таким как нагревательный элемент с электрическим сопротивлением.
По пятому аспекту настоящего изобретения предлагается композитная структура, содержащая источник тепла, такой как нагревательный элемент с электрическим сопротивлением, который, по меньшей мере, частично погружен или покрыт генерирующим аэрозоль материалом, определяемым в первом аспекте изобретения. Примеры таких структур показаны на фиг. 1 и 5.
По шестому аспекту настоящего изобретения предлагается кассета, содержащая композитную структуру по пятому аспекту изобретения и средство для перемещения композитной структуры, обеспечивающее нагрев различных участков. Пример такой кассеты показан на фиг. 15. Такая кассета в некоторых вариантах выполнения может быть вставлена в устройство, содержащее источник питания, такой как батарея, и электрические соединители, которые будут контактировать с композитной структурой.
Примеры
В приведенных ниже примерах выражения «твердые частицы» или «содержание твердых частиц» относятся ко всему экстракту или суспензии, исключая воду, и могут включать в себя компоненты, которые сами по себе являются жидкостью при комнатной температуре и давлении, например, глицерином.
В этих примерах выражение «высококачественная вода обратного осмоса [RO]» относится к умягченной воде, которая подвергается дополнительной очистке посредством обратного осмоса.
Пример 1: Экстракция табака и состав экстракта
4,5 кг мелкоизмельченной табачной смеси Virginia была подвергнута экстракции с 80 кг воды (качество обратного осмоса [RO]) при температуре 60°C в течение 25 – 30 минут с легким перемешиванием. Полученная смесь была отфильтрована, и затем экстракт был сконцентрирован до требуемого содержания твердых частиц в диапазоне 45 – 60%, используя процесс испарительной концентрации. В таблице 1 приведен состав полученного экстракта табака.
Таблица 1
Этот экстракт табака использовался для получения генерирующего аэрозоль материала, как описано в Примере 2.
Пример 2: Генерирующий аэрозоль материал – процесс получения и состав
Получение генерирующего аэрозоль материала, содержащего экстракт табака, включает в себя связывание экстракта табака с генерирующим аэрозоль агентом, таким как глицерин, используя гидроколлоидный связующий агент. Далее полученный гель был нанесен на нагревательный элемент из металлической сетки. Полученный гель, нанесенный на металлическую сетку посредством комбинации внутренних поперечных связей и сушки, позволяет получить слой генерирующего аэрозоль материала, нанесенного на нагревательный элемент или связанного с ним.
Генерирующий аэрозоль материал был подготовлен посредством использования приведенной ниже процедуры. Вода (качество RO, 201 г) была добавлена к экстракту табака (339 г, содержание твердых частиц 53,1%) в смесителе с большими сдвиговыми усилиями. К этой смеси медленно добавляли порошок альгината натрия (60 г) при одновременной работе смесителя с большими сдвиговыми усилиями в импульсном режиме для обеспечения равномерного распределения порошка альгината. Для полного гидратирования альгината после завершения этапа добавления смеситель с большими сдвиговыми усилиями был переключен на выполнение непрерывного смешивания в течение 10 минут. Во время этого процесса смесь загустела до получения гелеобразной консистенции. В суспензию был добавлен глицерин (37 г), который смешивался в течение 5 минут.
Полученный материал представлял собой густую, но жидкую суспензию. Содержание твердых частиц в суспензии составляло 43,49%. Эта суспензия была залита непосредственно на сетку из нержавеющей стали, помещенную на опорную металлическую плиту, способствующую выполнению процесса литья. Сетка из нержавеющей стали имела нити из металла наружным диаметром 0,17 мм и размер сетки 40. Сетка была помещена в предварительно подогретую печь при температуре 80°C на 113 минут. Подвергнутый сушке генерирующий аэрозоль материал был оставлен охлаждаться. Он выглядел как целостный лист, прикрепленный к металлической сетке. Состав генерирующего аэрозоль материала показан в таблице 2.
Таблица 2
(г)
компоненте (г)
частиц материала (% масс. сухого вещества)
Генерирующий аэрозоль материал, нанесенный на металлическую сетку, образовывал композитную листовую структуру, которая удаляется с опорной плиты с помощью пара, если это необходимо, используя режущий нож.
Полосы сетки из нержавеющей стали, покрытые генерирующим аэрозоль материалом, были разрезаны на части следующих размеров:
1 см шириной x 5 см длиной
1 см шириной x 3,5 см длиной
0,8 см шириной x 5 см длиной
Исследование способности к генерированию аэрозоля в зависимости от подаваемой электроэнергии с указанием температур, достигаемых посредством использования такого композитного материала, описано в Примере 3.
Пример 3: Генерирование аэрозоля посредством использования электроэнергии
Данная процедура включает в себя крепление электрических соединителей типа «пружинных зубчатых зажимов» к периферийным участкам сетки из нержавеющей стали с нанесенным покрытием и обеспечение надлежащего электрического контакта. Стальная сетка действует в качестве нагревательного элемента, обеспечивающего источник тепла для генерирующего аэрозоль материала, вызывая образование аэрозоля и/или газа. Источником электропитания был HAMEG HMP4030. Температуру нагреваемой сетки из нержавеющей стали с покрытием измеряли с помощью тепловизора FLUKE Ti32.
В этом случае генерирование аэрозоля наблюдали визуально в виде тумана, поднимающегося от сетки с покрытием. Помимо запаха, напоминающего сырость, был обнаружен теплый табак. Значения подводимого электропитания и измеренные температуры представлены в таблице. 3.
Таблица 3
Наиболее высокая температура рядом с электрическими контактами
Наиболее высокая температура рядом с электрическими контактами
Наиболее высокая температура (примерно 213°C) рядом с электрическими контактами
Пример 4: Экстракция табака, получение генерирующего аэрозоль материала и генерирование аэрозоля посредством использования электроэнергии
Описание примера полного процесса получения экстракта табака, получения генерирующего аэрозоль материала из экстракта табака и генерирования из него аэрозоля посредством использования электроэнергии. Вышеуказанный процесс содержит:
(i) приготовление водного экстракта из табака (процедура экстракции табака);
(ii) приготовление генерирующего аэрозоль материала из экстракта табака (получение генерирующего аэрозоль материала);
(iii) генерирование атмосферного аэрозоля из генерирующего аэрозоль материала, используя нагревательный элемент с электропитанием (генерирование атмосферного аэрозоля посредством электрически нагреваемого элемента).
Кроме того, были измерены количества выбранных веществ, переносимых из генерирующего аэрозоль материала для получения свободного атмосферного аэрозоля в результате нагрева посредством нагревательного элемента с электропитанием, и была подсчитана величина переноса в процентах выбранных веществ.
Пример 4 (i): Процедура экстракции табака
3,0 кг мелкоизмельченной табачной смеси Burley была подвергнута экстракции с 80 кг воды (качество RO) при температуре 60°C в течение 25 – 30 минут с легким перемешиванием. Полученная смесь была отфильтрована, и затем экстракт был сконцентрирован до требуемого содержания твердых частиц в диапазоне 45 – 60%, используя процесс испарительной концентрации. В таблице 4 приведен состав полученного экстракта табака.
Таблица 4: Состав экстракта табака
Этот материал использовался для получения генерирующего аэрозоль материала на основе экстракта табака, как описано в Примере (ii).
Пример 4 (ii): Приготовление генерирующего аэрозоль материала
Принцип, используемый для получения генерирующего аэрозоль материала схож с принципом, описанным в Примере 2.
Генерирующий аэрозоль материал на основе экстракта табака был приготовлен с использованием описанной ниже процедуры.
Экстракт табака (200,93 г, содержание твердых частиц 41,8%) был помещен в смеситель с большими сдвиговыми усилиями. К этой смеси медленно добавляли порошок альгината натрия (27,7 г) при одновременной работе смесителя с большими сдвиговыми усилиями в импульсном режиме для обеспечения равномерного распределения порошка альгината. Для полного гидратирования альгината после завершения этапа добавления смеситель с большими сдвиговыми усилиями был переключен на выполнение непрерывного смешивания в течение 10 минут. Во время этого процесса смесь загустела до получения гелеобразной консистенции. В суспензию был добавлен глицерин (20,62 г), который смешивался в течение 5 минут.
Полученный материал представлял собой густую, но жидкую суспензию. Содержание твердых частиц в суспензии составляло 53,09%. Эта суспензия была залита непосредственно на полосы сетки из нержавеющей стали, помещенные на опорную металлическую плиту, способствующую выполнению процесса литья. Плита была помещена в предварительно подогретую печь при температуре 70°C на 290 минут. Подвергнутый сушке генерирующий аэрозоль материал был оставлен охлаждаться. Он выглядел как целостный лист, прикрепленный к металлической сетке. Состав генерирующего аэрозоль материала показан в таблице 5.
Таблица 5:
(г)
Генерирующий аэрозоль материал, нанесенный на металлическую сетку, образовывал структуру, которая удаляется с опорной плиты с помощью пара, если это необходимо, используя режущий нож.
Генерирующий аэрозоль материал был подвергнут анализу на содержание воды, никотина и глицерина, результаты которого представлены в таблице 6.
Таблица 6: Анализ генерирующего аэрозоль материала
(мг/г)
WWB
(мг/г)
DWB
(мг/г)
WWB
(мг/г)
DWB
(%)
Примечание: WWB: влажная основа; DWB: сухое вещество.
На полосы из металлической сетки с приблизительными размерами 4,5 см в длину и 1,0 см в ширину было нанесено покрытие для подтверждения надлежащего сцепления генерирующего аэрозоль материала с проволочной сеткой. Однако они не использовались в этом эксперименте для генерирования аэрозоля. Для подтверждения технологичности материала генерирующий аэрозоль материал был отформован вокруг спиралей из нихрома, которые действуют в качестве нагревательных элементов как альтернатива нагревательным элементам из сетки из нержавеющей стали. Эти элементы были собраны в испытательном устройстве для проверки генерирования аэрозоля с целью исследования способности к генерированию аэрозоля, как описано в Примере 4 (iii).
Была исследована способность к генерированию аэрозоля генерирующего аэрозоль материала в зависимости от подаваемого питания и достигнутой температуры.
Пример 4 (iii): Генерирование атмосферного аэрозоля с помощью электронагревательного элемента
Испытательное устройство для проверки генерирования аэрозоля, используемое для оценки способности к генерированию аэрозоля генерирующего аэрозоль материала в этом Примере состоит стеклянной трубки со съемными стеклянными наконечниками, в которую посредством металлостеклянного спая проходят два вольфрамовых стержня, действующие в качестве электродов. На фиг. 18 показана оснастка, которая включает в себя следующие компоненты:
201 - впуск воздуха;
202 – курительная машина или насос для непрерывного всасывания;
203 – съемный стеклянный наконечник: притертое стеклянное соединение 40/38;
204 – стеклянная трубка (19 см длиной x 3,5 см диаметром);
205 – нагревательный элемент (показана геометрия спирали), покрытый генерирующим аэрозоль материалом: соединен с электродами;
206 – электроды (вольфрамовые стержни), проходящие через стекло посредством металлостеклянного спая;
207 – соединители для соединения с источником электропитания;
208 – держатель Кембридж-фильтра с фильтром для улавливания частиц.
Генерирующий аэрозоль материал был подвергнут оценке на способность к генерированию аэрозоля с помощью двух «режимов курения»:
Испытание 1: объем затяжки 80 мл в течение 3 секунд каждые 30 секунд;
Испытание 2: непрерывное втягивание воздуха через нагретую спираль, покрытую генерирующим аэрозоль материалом, с расходом 2,5 л/с.
В ходе выполнения обоих экспериментальных испытаний состав нихромовой проволоки и размеры спиральных нагревательных элементов были одинаковыми, как показано в таблице 7.
Таблица 7: Состав нихромовой проволоки и размеры нагревательной спирали
(диаметр 0,2134 мм)
Испытание 1
Элемент, спираль из нихромовой проволоки, состав которой указан в таблице 7, включал в себя 0,41 г генерирующего аэрозоль материала, осажденного в контакте с нагревательной проволочной спиралью.
Процедура, предусматривающая крепление электрических соединителей типа «пружинных зубчатых зажимов» к концам нихромовой спирали с нанесенным на нее генерирующим аэрозоль материалом (вышеуказанные концы не имели покрытия), обеспечивала надлежащий контакт. С испытательного устройства для проверки генерирования аэрозоля были удалены стеклянные наконечники, и каждый конец электрически нагреваемой спирали с нанесенным на нее генерирующим аэрозоль материалом был прикреплен к соответствующему вольфрамовому электроду, проходящему в стеклянную трубку, для получения надлежащего электрического контакта. Стеклянные наконечники были снова установлены на трубку, и держатель Кембридж-фильтра с фильтром для улавливания частиц был установлен как показано на фиг. 18, после чего с ним была соединена курительная машина.
Снаружи стеклянной трубки к вольфрамовым стержням, выступающим наружу стеклянной трубки, был подсоединен источник питания для подачи электропитания и нагрева спирали и генерирующего аэрозоль материала, расположенных внутри стеклянной трубки (фиг. 18).
Источником электропитания был Weir, модель 413D. Температуру нагретой спирали с покрытием измеряли с помощью тепловизора (FLUKE Ti32).
Для втягивания воздуха с помощью устройства был включен двигатель курительной машины. После включения электропитания были измерены и зарегистрированы значения тока и температуры на поверхности генерирующего аэрозоль материала. Во время периода между затяжками (30 секунд) белый густой непрозрачный аэрозоль генерировался в оболочке устройства, внутри которой была помещена нагревательная спираль с нанесенным на нее генерирующим аэрозоль материалом, при этом, как было видно, аэрозоль выходил из открытого конца испытательного устройства. Количество генерируемого аэрозоля подсчитывалось посредством анализа осадка на внутренних поверхностях стеклянной трубки испытательного устройства и осадка, улавливаемого подушкой Кембридж-фильтра (внутри держателя Кембридж-фильтра), через которую аэрозоль втягивался с помощью двигателя курительной машины. Этот эксперимент был предназначен специально для измерения количества аэрозоля, осаждаемого на подушке Кембридж-фильтра, и не предусматривал оценки проникновения осадка через подушку фильтра. Данные по количествам выбранных веществ в полученном генерируемом аэрозоле представлены в таблице 8.
Таблица 8: Количества веществ в генерируемом аэрозоле
Ниже в таблице 9 представлены данные по процентному переходу никотина, глицерина и воды из генерирующего аэрозоль материала в аэрозоль в зависимости от подачи электропитания совместно с величиной проходящего тока и температурой поверхности генерирующего аэрозоль материала, нанесенного на электрически нагреваемый спиральный элемент.
Таблица 9: Процентный переход выбранных веществ в аэрозоль
Следует отметить, что в этом испытании в анализе были учтены отложения аэрозоля на стенках. Однако состав анализируемых веществ может быть представлен в газовой фазе, и, таким образом, они могут проникать через Кембридж-фильтр, предназначенный для улавливания компонентов аэрозоля в фазе частиц. Кроме того, как было видно, аэрозоль выходил из открытого конца испытательного устройства. Эти факторы являются причиной недостоверного измерения уровней анализируемых веществ в виде аэрозоля и, таким образом, недостоверной оценки перехода из генерирующего аэрозоль материала в аэрозоль при нагреве.
Испытание 2
Элемент, спираль из нихромовой проволоки, состав которой указан в таблице 7 (такой же, как для Испытания 1), включал в себя 0,48 г генерирующего аэрозоль материала, осажденного в контакте с нагревательной проволочной спиралью.
Во время проведения Испытания 2 использовалось такое же испытательное устройство и была выполнена так же процедура, как в случае Испытания 1, за исключением режима непрерывного всасывания воздуха с расходом 2,5 л/с через нагревательную спираль с нанесенным на нее генерирующим аэрозоль материалом. С помощью этой процедуры аэрозоль втягивался на подушку Кембридж-фильтра, улавливающую аэрозоль. Данные по Испытанию 2 представлены в таблице 10.
Таблица 10: Количества веществ в генерируемом аэрозоле
Ниже в таблице 11 представлены данные по процентному переходу никотина, глицерина и воды из генерирующего аэрозоль материала в аэрозоль в зависимости от подачи электропитания совместно с величиной проходящего тока и температурой поверхности генерирующего аэрозоль материала, нанесенного на электрически нагреваемый спиральный элемент.
Таблица 11: Процентный переход выбранных веществ в аэрозоль
Следует отметить, что в этом испытании в анализе не были учтены отложения аэрозоля на стенках. Кроме того, состав анализируемых веществ может быть представлен в газовой фазе в добавление к фазе частиц, и, таким образом, они могут проникать через Кембридж-фильтр, предназначенный для улавливания компонентов аэрозоля в фазе частиц. Два этих фактора являются причиной недостоверного измерения уровней анализируемых веществ в виде аэрозоля и, таким образом, недостоверной оценки перехода из генерирующего аэрозоль материала в аэрозоль при нагреве.
Рассмотрение Примера 4
Можно видеть, что во время обоих испытаний наблюдался значительный переход никотина и глицерина из генерирующего аэрозоль материала в свободный аэрозоль после подачи электропитания для нагрева нагревательной спирали даже при использовании аналитических способов, которые ведут к заниженным оценкам. Это убедительно показывает, что электрический нагрев генерирующего аэрозоль материала является достаточным для получения аэрозоля с высоким содержанием никотина и глицерина. Данные показывают, что при таких условиях независимо от того, что оба вещества имеют высокие температуры кипения, величина перехода никотина превышает величину перехода глицерина в обоих испытаниях.
Для устранения различных проблем и усовершенствования уровня техники в настоящем описании в целом в пояснительной форме представлены различные варианты выполнения, посредством которых заявленное изобретение может быть внедрено на практике, и предлагаются усовершенствованные устройства для генерирования аэрозоля. Преимущества и отличительные признаки раскрытия являются только репрезентативным примером вариантов выполнения и не являются исчерпывающими и/или исключительными. Они предназначены только для способствования пониманию и изучению заявленных отличительных признаков. Следует принять во внимание, что преимущества, варианты выполнения, примеры, функции, отличительные признаки, структуры и/или другие аспекты изобретения не должны рассматриваться в качестве ограничений изобретения, как определено в формуле изобретения, или ограничений эквивалентов формулы изобретения, и что могут использоваться другие варианты выполнения, и могут быть выполнены модификации без отклонения от объема и/или сущности изобретения. Различные варианты выполнения могут соответственно содержать, состоять, или состоять, по существу, из различных комбинаций раскрытых элементов, компонентов, отличительных признаков, частей, этапов, средств и т.д. Кроме того, настоящее раскрытие включает в себя незаявленные в настоящее время изобретения, которые могут быть заявлены впоследствии.
Изобретение относится к генерирующему аэрозоль материалу, который испускает аэрозоль и/или газ при нагреве. Устройство для генерирования вдыхаемого аэрозоля и/или газа содержит генерирующий аэрозоль материал, который имеет объединенный с ним нагревательный элемент с электрическим сопротивлением, по меньшей мере, частично погруженный в генерирующий аэрозоль материал, так что генерирующий аэрозоль материал нагревается посредством прямого контакта с нагревательным элементом с электрическим сопротивлением. При этом генерирующий аэрозоль материал выполнен в виде единой структуры и/или покрытия, которое может нагреваться для генерирования множества доз вдыхаемого аэрозоля и/или газа, в котором генерирующий аэрозоль материал является литым или экструдированным материалом и, по меньшей мере, часть нагревательного элемента с электрическим сопротивлением имеет форму сетки. Техническим результатом изобретения является регулирование количества высвобождаемого тепла. 5 н. и 12 з.п. ф-лы, 18 ил., 11 табл.
1. Устройство для генерирования вдыхаемого аэрозоля и/или газа, содержащее генерирующий аэрозоль материал, который имеет объединенный с ним нагревательный элемент с электрическим сопротивлением, по меньшей мере, частично погруженный в генерирующий аэрозоль материал, так что генерирующий аэрозоль материал нагревается посредством прямого контакта с нагревательным элементом с электрическим сопротивлением, при этом генерирующий аэрозоль материал выполнен в виде единой структуры и/или покрытия, которое может нагреваться для генерирования множества доз вдыхаемого аэрозоля и/или газа,
в котором генерирующий аэрозоль материал является литым или экструдированным материалом и, по меньшей мере, часть нагревательного элемента с электрическим сопротивлением имеет форму сетки.
2. Устройство по п. 1, в котором генерирующий аэрозоль материал содержит никотин.
3. Устройство по п. 1 или 2, в котором генерирующий аэрозоль материал содержит генерирующий аэрозоль агент.
4. Устройство по любому из пп. 1-3, в котором генерирующий аэрозоль материал содержит табачный материал.
5. Устройство по любому из пп. 1-4, в котором генерирующий аэрозоль материал содержит неорганический материал наполнителя.
6. Устройство по любому из пп. 1-5, в котором генерирующий аэрозоль материал содержит связующее.
7. Устройство по любому из пп. 1-6, в котором, по меньшей мере, часть генерирующего аэрозоль материала, по меньшей мере, частично окружена нагревательным элементом с электрическим сопротивлением.
8. Устройство по любому из пп. 1-7, в котором первый участок генерирующего аэрозоль материала может нагреваться независимо от второго участка генерирующего аэрозоль материала нагревательным элементом с электрическим сопротивлением, при этом дополнительно первый участок и второй участок имеют различные химические составы.
9. Устройство по любому из пп. 1-8, в котором, по меньшей мере, один участок генерирующего аэрозоль материала выполнен с возможностью перемещения из первого положения во второе положение для нагрева нагревательным элементом с электрическим сопротивлением.
10. Устройство по любому из пп. 1-9, в котором нагрев генерирующего аэрозоль материала нагревательным элементом с электрическим сопротивлением инициируется и/или регулируется пользователем устройства.
11. Устройство по любому из пп. 1-10, которое является устройством с нагревом без горения.
12. Способ изготовления устройства для генерирования вдыхаемого аэрозоля и/или газа по любому из пп. 1-11, включающий нанесение суспензии генерирующего аэрозоль материала на нагревательный элемент с электрическим сопротивлением, при этом суспензию наносят посредством литья на нагревательный элемент с электрическим сопротивлением или суспензию экструдируют с нагревательным элементом с электрическим сопротивлением или на нагревательный элемент с электрическим сопротивлением, причем по меньшей мере, часть нагревательного элемента с электрическим сопротивлением имеет форму сетки.
13. Использование устройства по любому из пп. 1-11 для генерирования аэрозоля и/или газа, содержащего никотин.
14. Композитная структура, содержащая нагревательный элемент с электрическим сопротивлением, который, по меньшей мере, частично погружен в генерирующий аэрозоль материал или покрыт генерирующим аэрозоль материалом, при этом вышеуказанный материал находится в прямом контакте с нагревательным элементом с электрическим сопротивлением с возможностью нагрева для генерирования множества доз вдыхаемого аэрозоля и/или газа, в которой использован генерирующий аэрозоль материал по любому из пп. 1-11, при этом генерирующий аэрозоль материал является литым или экструдированным материалом, причем по меньшей мере, часть нагревательного элемента с электрическим сопротивлением имеет форму сетки.
15. Композитная структура по п. 14, которая может перемещаться для нагрева различных участков структуры и/или в которой различные участки структуры могут нагреваться независимо отдельными источниками питания или посредством переключения подачи питания с одного участка на другой, при этом композитная структура имеет форму удлиненной полосы или ленты.
16. Изделие, содержащее композитную структуру по п. 14 или 15 и средство для перемещения композитной структуры для обеспечения нагрева различных участков структуры.
17. Изделие по п. 16, в котором композитная структура имеет форму удлиненной полосы или ленты, а средство для ее перемещения имеет форму катушки.
| US 5060671 A, 29.10.1991 | |||
| 1972 |
|
SU430559A1 | |
| US 2007102013 A1, 10.05.2007 | |||
| Станок для завивки заготовок сверла | 1954 |
|
SU103281A1 |
| ИСКУССТВЕННОЕ КУРИТЕЛЬНОЕ ИЗДЕЛИЕ (ВАРИАНТЫ) И ЕГО ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ | 2002 |
|
RU2297781C2 |
| Курительное изделие типа сигареты | 1988 |
|
SU1837814A3 |
