ГЕНЕРАТОР АЭРОЗОЛЯ Российский патент 2023 года по МПК A24F40/10 A24F40/30 A24F40/40 A24F40/42 A24F40/44 A61M15/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к получению аэрозоля, в особенности к устройствам генерации аэрозоля, таким как электронные сигареты и схожие по функциям ингаляторы, использующие вапоризацию вследствие нагрева.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В существующих устройствах генерации аэрозоля, использующих вапоризацию жидкой среды, внешний нагреватель нагревает жидкую среду вместе с пропитанным жидкостью фитилем или фитилеподобным капиллярно-пористый элементом. При нагреве жидкой среды выше точки кипения вблизи горячих поверхностей нагревателя и нагретого фитиля могут образовываться паровые карманы вследствие эффекта Лейденфроста. Паровые карманы снижают поток тепла обуславливая появление горячих пятен и микровзрывов, в результате которых происходит перегрев и высушивание нагревателя и капиллярно-пористого элемента, что приводит к производству вредных веществ и соединений, мигрирующих в организм пользователя при вдыхании аэрозоля.

Указанные недостатки исключаются настоящим изобретением, которое позволяет вапоризовать жидкую среду без образования паровых карманов, обеспечивая, тем самым, улучшение формирования вдыхаемого аэрозоля, снижение рисков для здоровья.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение решает проблему возникающих вследствие эффекта Лейденфроста паровых карманов у «горячих поверхностей» известных из уровня техники нагревателей и/или капиллярно-пористых элементов. В соответствии с настоящим изобретением, капиллярно-пористый элемент выполнен с возможностью пропускания энергии электромагнитного поля, использующегося для внутреннего нагрева жидкой среды в капиллярно-пористом элементе, вследствие чего температура капиллярно-пористого элемента остается ниже температуры жидкой среды при нагреве.

Термин «жидкая среда» применяется в описании в отношении любого вещества в жидком состоянии, например, содержащего глицерин, пропиленгликоль, воду, ароматизаторы, никотин, алкоголь, которые используются при формировании аэрозоля.

Термин «капиллярно-пористый элемент» применяется в описании в отношении любой структуры или материала, обладающих способностью капиллярной передачи жидкой среды, т.е. быть насыщенными жидкой средой и транспортировать ее с удержанием от утечки благодаря капиллярным силам. Примерами капиллярно-пористых элементов могут быть также, например, волокнистые, губчатые структуры и/или материалы, имеющие открытые капилляры и/или поры.

В соответствие с примером осуществления изобретения, приводится устройство генерации аэрозоля, использующее энергию электромагнитного поля для нагрева и вапоризации жидкой среды для аэрозолизации, содержащий капиллярно-пористый компонент, имеющий первую поверхность, проницаемую для жидкой среды, вторую поверхность, проницаемую для электромагнитного поля, и третью поверхность, проницаемую для пара жидкого вещества, выполненный с возможностью капиллярной передачи жидкой среды в направлении от первой поверхности к третьей поверхности под второй поверхностью, при этом капиллярно-пористый компонент выполнен с возможностью пропускания энергии электромагнитного поля.

Термины "первый", "второй," и т.д. в отношении поверхностей капиллярно-пористого элемента применяется в описании только для удобства различия между поверхностями, а не внесения иерархии в их отношении.

В типичном примере осуществления, капиллярно-пористый компонент выполнен из материала, выбранного из группы, состоящей из соединений оксида алюминия (Al₂O₃) и оксида титана (TiO₂).

Третья поверхность капиллярно-пористого элемента может содержать вторую поверхность капиллярно-пористого элемента.

Вторая поверхность капиллярно-пористого элемента может быть непроницаемой для пара жидкой среды.

Капиллярно-пористый элемент может содержать множество, предпочтительно массив микроструктур, таких как, например, микростолбики и микросопла, сформированных третьей поверхностью на капиллярно-пористом элемента.

В предпочтительном примере осуществления капиллярно-пористый элемент выполнен с возможностью пропускания энергии электромагнитного поля, для которого жидкая среда, имеющая толщину слоя менее 1000 мкм является диссипативной.

В другом примере устройство генерации аэрозоля, содержащее капиллярно-пористый элемент, может содержать резервуар жидкой среды далее содержащий контейнер, выполненный с возможностью содержания жидкой среды, сопряженный с первой поверхностью капиллярно-пористого элемента; и источник электромагнитного поля, далее содержащий излучатель, направленный к второй поверхности капиллярно-пористого элемента, выполненный с возможностью генерации электромагнитного поля, имеющего энергию, достаточную для вапоризации жидкой среды.

Термин «резервуар» применяется в описание в отношении любого устройства выполненного с возможностью содержать и хранить жидкую среду.

Термин «источник электромагнитного поля» применяется в описание в отношении любого электрического устройства, содержащего по крайней мере элемент, излучающий энергию электромагнитного поля или излучатель, производящий электромагнитное поле за счет движения электрических зарядов. В предпочтительных примерах, излучатель энергии электромагнитного поля может содержать лазер, светоизлучающий диод, лампу, магнетрон, электроды.

Источник электромагнитного поля может содержать средство формирования поля, такое как рефлектор, линзу, волновод, резонатор стоячей волны, сконфигурированные электроды.

Капиллярно-пористый элемент, контейнер и излучатель могут быть выполнен с возможностью отсоединения от устройства.

В следующем примере, устройство генерации аэрозоля, содержащее капиллярно-пористый элемент, может содержать воздуховод имеющий вход и выход, содержащий по крайней мере вторую или третью сторону капиллярно-пористого элемента.

Капиллярно-пористый элемент может быть выполнен, а источник электромагнитного поля может быть сконфигурирован с возможностью импульсного режима вапоризации, генерируя последовательность импульсов энергии, имеющую такие длительность импульсов и задержки между импульсами, что температура жидкой среды циклически поднимается выше точки кипения жидкой среды во время импульса и падает ниже точки кипения во время задержки между импульсами в последовательности импульсов.

В соответствии с изобретением, способ генерации аэрозоля содержит обеспечение устройством генерации аэрозоля, содержащим капиллярно-пористый элемент, резервуар жидкой среды с контейнером, сопряженным с первой поверхностью капиллярно-пористого элемента, источник электромагнитного поля с излучателем, направленный к второй поверхности капиллярно-пористого элемента; приведение жидкой среды в контакт с первой поверхностью капиллярно-пористого элемента; и генерацию энергии электромагнитного поля, достаточной для вапоризации жидкой среды.

Способ генерации аэрозоля может включать обеспечение устройством генерации аэрозоля, содержащим еще и воздуховод, содержащий по крайней мере вторую или третью сторону капиллярно-пористого элемента; и направление воздуха через воздуховод.

Способ генерации аэрозоля в импульсном режиме содержит устройство выполненное с возможностью вапоризации в импульсном режиме; приведение жидкой среды в контакт с первой поверхностью капиллярно-пористого элемента; и генерацию последовательности импульсов энергии электромагнитного поля имеющих длительность импульсов и задержки менее 100 мс, выбранных так, чтобы температура жидкой среды циклически поднималась выше точки кипения во время импульса и опускалась ниже точки кипения во время задержки в последовательности импульсов. При этом, задержка между импульсами в последовательности импульсов может превышать время восполнения жидкой среды, вапоризованной во время импульса, предшествующего задержке.

Настоящее изобретение может быть лучше понято из следующих ниже подробного описания с рисунками.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ

ФИГ. 1 - схематический вид генератора аэрозоля с капиллярно-пористым элементом по настоящему изобретению, имеющим поверхность, проницаемую как для энергии электромагнитного поля, так и для пара жидкой среды.

ФИГ. 2 - схематический вид генератора аэрозоля с капиллярно-пористым элементом по настоящему изобретению, имеющим поверхность, проницаемую для энергии электромагнитного поля, но не проницаемую для пара жидкой среды.

ФИГ. 3 - схематический вид генератора аэрозоля с капиллярно-пористым элементом по настоящему изобретению, содержащим множество поверхностных микроструктур.

ФИГ. 4 - схематический вид генератора аэрозоля с капиллярно-пористым элементом по настоящему изобретению, содержащим множество сквозных микроструктур.

ФИГ. 5 - иллюстрация к примеру генератора аэрозоля с капиллярно-пористым элементом по настоящему изобретению, сконфигурированного для избирательного нагрева водосодержащей жидкой среды энергией электромагнитного поля в инфракрасном диапазоне.

ФИГ. 6 - иллюстрация к примеру генератора аэрозоля с капиллярно-пористым элементом по настоящему изобретению, сконфигурированного для импульсного режима вапоризации.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Было бы целесообразным иметь безопасное устройство и способ, позволяющие генерировать аэрозоль при значительно меньшим рисках здоровью пользователя, как представлено ниже.

На ФИГ. 1 схематически показан вариант 10 устройства, использующего энергию электромагнитного поля для нагрева и вапоризации жидкой среды, из которой формируется аэрозоль. Как видно на ФИГ. 1, устройство генерации аэрозоля 10 содержит капиллярно-пористый элемент 12, имеющий первую поверхность 122 проницаемую для жидкой среды 14, вторую поверхность 124 проницаемую для энергии электромагнитного поля 16 и третью поверхность 126 проницаемую для пара 142 жидкой среды 14. Капиллярно-пористый элемент 12 выполнен с возможностью капиллярной передачи жидкой среды 12, наподобие фитилю, в направлении от первой поверхности 122 к третьей поверхности 126 под второй поверхностью 124.

В соответствии с раскрытым принципом избирательного нагрева, капиллярно-пористый элемент 12 выполнен с возможностью пропускания энергии электромагнитного поля 16 так, что энергия электромагнитного поля 16 увеличивает внутреннюю энергию преимущественно не в материале капиллярно-пористого элемента 12, а в жидкой среде 14, которая может удерживаться в капиллярно-пористой структуре капиллярно-пористого элемента 12. Из-за рефракций и рассеяний на капиллярно-пористой структуре, капиллярно-пористый элемент 12 может не быть прозрачным, даже если выполнен из прозрачного материала, но может диффузно пропускать энергию электромагнитного поля 16. В этих условиях, материал капиллярно-пористого элемента 14 нагревается в меньшей степени, чем жидкая среда 12 когда подвергаются воздействию электромагнитного поля 16.

В вышеприведенном примере, капиллярно-пористый элемент 12 выполнен с возможностью пропускания электромагнитной энергии 16, которая диссипируется в жидкой среде 14. Однако, с точки зрения раскрытого в настоящем изобретении принципа избирательного нагревания, не имеет значения посредством каких специфических механизмов энергия электромагнитного поля 16 может быть преобразована во внутреннюю энергию жидкой среды 14, обуславливая рост температуры жидкой среды 14. Например (не показано), капиллярно-пористый элемент 12 может быть выполнен с возможностью пропускания энергии переменного электромагнитного поля 12, вводимую в электрически проводящую или непроводящую жидкую среду 14 с инициированием роста температуры, например, вследствие индуцирования токов, например вихревых, или, например, колебаний диполярных молекул.

Капиллярно-пористый элемент 12 может быть выполнен с применением известных из уровня техники способов изготовления, например, таких фитилеподобных структур, как волокнистые, губчатые, плетенные структуры. Благодаря капиллярным силам, структура капиллярно-пористого элемента 12 удерживает жидкую среду 14 от вытекания, но выпускает жидкую среду 14 при нагреве от воздействия энергией электрического поля 16 из-за падения вязкости, капиллярных сил и давления расширяющегося пара. Капиллярно-пористая структура может иметь вес порядка 100 г/м², толщину, превышающую 0.3 мм и быть механически стабильной, например, подобно известным из уровня техники химически инертным высокотемпературным фильтрам из керамического или стеклянного волокна. Скорость потока жидкости в таких фильтрах обычно выше чем в хлопчатобумажной вате. Пористость капиллярно-пористого элемента 12 может достигать 90%, делая возможным скорость пропускания жидкой среды 14 более 3 мкл/смм², выдерживая давление более 0.3 г/мм² для поддержки целостности в присутствии горячих газов в порах.

Как показано на ФИГ. 1, третья поверхность 126 может содержать вторую поверхность 124 капиллярно-пористого элемента 12 так, что третья и вторая поверхности могут быть физически одной и той же поверхностью. Как нагрев и вапоризация жидкой среды 14 энергией электромагнитного поля 16, так и выпуск пара 142 жидкой среды 14 внаружу капиллярно-пористого элемента 12, например, в окружающий воздух 146, может быть осуществлен через одну и туже поверхность капиллярно-пористого элемента 12.

В проиллюстрированном на ФИГ. 2 примере генератора аэрозоля 20, вторая поверхность 124 непроницаема для пара 142 жидкой среды 14. В капиллярно-пористом элементе 12 есть путь для распространения пара 142 жидкой среды 14 из под второй поверхности 124 к третьей поверхности 126 и далее наружу. Нагрев и вапоризация жидкой среды 14 энергией электромагнитного поля 16 в этом примере может производиться под второй поверхностью 124 через второй поверхностью 124, в то время как выпуск пара 142 жидкой среды 14 наружу капиллярно-пористого элемента 12 может быть осуществлен через третью поверхность 126.

Показанный на ФИГ. 3 пример генератора аэрозоля 30 содержит капиллярно-пористый элемент 12, имеющий множество, предпочтительно упорядоченный массив, микроструктур 1262, сформированных третьей поверхностью 126 в направлении наружу от капиллярно-пористого элемента 12 для улучшения формирования аэрозоля. Микроструктуры 1262 могут быть, например, выполнены в виде микростолбиков (не показано) или представлять собой естественную шероховатость наподобие микростолбикам (не показано) для увеличения площади третьей поверхности 126 через которую пар 142 жидкой среды 14 может быть выпущен из капиллярно-пористого элемента 12 во время вапоризации.

В другом примере, микроструктуры 1262 могут быть микросоплами, сформированными третьей поверхностью 126 в направлении вовнутрь капиллярно-пористого элемента 12 для улучшения формирования аэрозоля. Термин «микросопло» применяется в описании в отношении к полому устройству, выполненному с возможностью управления, в частности направления и ускорения пара 142 жидкой среды 14, протекающего сквозь микросопло. Микросопла 1262 могут иметь изменяющееся поперечное сечение и конусообразно спрофилированными, как показано на ФИГ. 3. Естественная шероховатость может также обладать направляющим и ускоряющим профилем (не показано). Благодаря проницаемости третьей поверхности 126, расширяющийся горячий пар 142 жидкой среды 14 выводится через поверхность 126 вовнутрь микросопел 1262, которые благодаря своему профилю направляют и ускоряют пар 142 в направлении из под третьей поверхности 126 наружу от микросопел в виде узких направленных струй 144. Падающее давление и температура в паровых струях 144 улучшают формирование аэрозоля в струях 144 при смешивании с окружающим воздухом 146.

На Фиг. 4 показан пример генератора аэрозоля 40, в котором микросопла 1262 выполнены сквозными в направлении от второй поверхности 124 капиллярно-пористого элемента 12 для улучшения смешивания с окружающим воздухом 146.

Вторая поверхность 124 капиллярно-пористого элемента 12 в примерах 20, 30, показанных на ФИГ. 2 и ФИГ. 3 может быть выполнена непроницаемой одним из способов, известных из уровня техники, например, соединением, спеканием или сращиванием пористого и непористого слоев одного материала.

ФИГ. 5 является иллюстрацией к примеру генератора аэрозоля 50 в соответствии с настоящим изобретением, в котором материал капиллярно-пористого элемента 12 содержит соединения оксида алюминия (Al₂O₃), такие как, например, сапфир, корунд, алюмоксидная керамика, и/или оксида титана (TiO₂), например титаноксидную керамику. Жидкая среда 14 может содержать композицию глицерина, пропиленгликоля и воды, обычно применяемой для производства вдыхаемого аэрозоля. При этом, энергия электромагнитного поля 16 может перекрывать инфракрасный диапазон. Как показано на ФИГ. 5, например, вода, имеющая спектр потерь 504 может быть более диссипативной для энергии электромагнитного поля 16, чем сапфир, имеющий спектр потерь 502 в инфракрасном диапазоне, так что сапфир имеет спектральное окно пропускания в этом диапазоне, в отличие от диссипативной воды, что делает возможным ее избирательный нагрев энергией электромагнитного поля 16.

Другие примеры могут включать капиллярно-пористый элемент 12 содержащий другие соединения оксида алюминия (Al₂O₃) и оксида титана (TiO₂), имеющими окно пропускания в инфракрасной области спектра и жидкой среды 14, содержащей глицерин, пропиленгликоль и воду, являющимися диссипативными в этом диапазоне спектра. То же относится, например, к микроволновому спектру энергии электромагнитного поля 16 и избирательному нагреву электрически проводящей жидкой среды 14.

В данной группе примеров предпочтительно, чтобы материал капиллярно-пористого элемента 12 пропускал энергию электромагнитного поля 16, для которой слой жидкой среды 14 толщиной менее 1000 мкм был бы диссипативным. В примере проиллюстрированном на ФИГ. 5, капиллярно-пористый элемент 12 выполнен из сапфира для избирательного нагрева жидкой среды 14, содержащей воду, в спектральном диапазоне 506, включающем длину волны от 1.4 мкм до около 10.5 мкм. В пределах этого диапазона, энергия электромагнитного поля 16 диссипируется в слое жидкой среды 14 имеющей толщину менее 1000 мкм.

На ФИГ. 6 приведены иллюстрации к примеру генератора аэрозоля 60 содержащего капиллярно-пористый элемент, выполненный для работы в импульсном режиме избирательного нагрева и вапоризации. Импульсы 602 электромагнитной энергии 16 могут следовать в последовательности один за другим, обуславливая профиль нагревания 606 жидкой среды 14 и лежащий в области меньших температур профиль нагревания 604 капиллярно-пористого элемента 12. Как показано на ФИГ. 6, последовательность импульсов 602 содержит длительность импульса т и задержку между импульсами δ. Для уменьшения передачи тепла от жидкой среды 14 к материалу капиллярно-пористого элемента 12, предпочтительно, если капиллярно-пористый элемент 12 имеет характеристическое время нагрева (время термической релаксации) меньше, чем длительность импульсов т и характеристическое время нагрева (время термической релаксации) жидкой среды 14 в порах или капиллярах капиллярно-порстого элемента 12. Также предпочтительно, если время термической релаксации и время восполнения капиллярно-пористого элемента 12 меньше времени задержки δ. Как время термической релаксации, так и время восполнения капиллярно-пористого элемента 12 ассоциируются с размером пор или капилляров капиллярно-пористого элемента 12. В большинстве практических примеров, как время термической релаксации, так и время восполнения капиллярно-пористого элемента 12 могут лежать в пределах от около 1 мкс до 100 мс в случае пор или капилляров, имеющих поперечные размеры, лежащие оценочно в пределах от 1 мкм to 500 мкм.

В группе примеров, например 10, 20, 30, 40, проиллюстрированных на ФИГ. 1 - ФИГ. 4, генератор аэрозоля содержит резервуар 18, который может содержать контейнер, выполненный с возможностью содержания и хранения жидкой среды 14, сопряженный с первой поверхностью 122 капиллярно-пористого элемента 12; и источник энергии электромагнитного поля 22 далее содержащий излучатель 222, направленный ко второй поверхности 124 капиллярно-пористого элемента 12. Источник энергии электромагнитного поля 22 сконфигурирован с возможностью генерации энергии электромагнитного поля 16 такой величины, чтобы вапоризовать жидкую среду 14 в капиллярно-пористом элементе 12. В примерах генератора аэрозоля 20, 30, 40 пар 142 может выводиться через третью поверхность 126, в то время как вторая поверхность 124, обращенная к излучателю 222 и непроницаемая для пара 142, противостоит третьей поверхности 126, как показано на ФИГ. 2 и ФИГ. 4.

В примере генератора аэрозоля 10, пар 142 выводится через третью поверхность 126, которая также обращена к излучателю 222, как показано на ФИГ. 1. В этом примере, резервуар 18 содержит первую поверхность 122 капиллярно-пористого элемента 12, обеспечивая интеграцию капиллярно-пористого элемента 12 с резервуаром 18. В других примерах, капиллярно-пористый элемент 12 может выполнять функции контейнера или резервуара и быть самим по себе резервуаром 18. В дальнейших примерах, третья поверхность 126 капиллярно-пористого элемента 12 может располагаться по периферии по отношению к другим поверхностям 122, 124, как в примерах генератора аэрозоля 20, 30, 40, показанного на ФИГ. 2 - ФИГ. 4.

Источник энергии электромагнитного поля 22 является электрическим устройством, содержащим излучатель 222 и производящим электромагнитное поле за счет движения электрических зарядов в излучающем поле элементе или излучателе 222, как показано на ФИГ. 1. Источник энергии электромагнитного поля может также содержать средства формирования энергии поля 224, например, для направления, или ведения энергии электромагнитного поля 16 к капиллярно-пористому элементу 12, собирать энергию электромагнитного поля 16 на капиллярно-пористом элементе 12, вводить энергию электромагнитного поля 16 в капиллярно-пористый элемент 12. Источник электромагнитной энергии 22 может содержать контролируемое пользователем электрическое устройство управления 226, выполненное с возможностью управления движением электрических зарядов в излучателе 222, а также источник электрической мощности, например, батарею 228, для активации излучателя 222 и устройства управления 226. Излучатель 222 энергии электромагнитного поля 16 может быть выполнен, в зависимости от применяемых диапазонов длин волн, в виде, например, светоизлучающего диода, лазер, лампы инфракрасного диапазона, магнетрона в микроволновом диапазоне, электродов различной конфигурации, например, параллельной или коаксиальной. Средство формирования энергии электромагнитного поля 224 может быть выполнено в виде, например, специфичного для применяемого диапазона длины волны рефлектора, линзы, волновода, резонатора стоячей волны, электродов, например, параллельных или коаксиальных, обеспечивающих наиболее эффективное преобразование энергии электромагнитного поля 16 во внутреннюю энергию жидкой среды 14 в капиллярно-пористом элементе 12. Например, рефлектор 224, выполненный в форме эллипсоида, может быть использован для сбора энергии электромагнитного поля 16 излучателя 222, содержащего галогенную лампу. Другие примеры могут быть приведены из уровня техники.

В примере генератора аэрозоля 50 на ФИГ. 5, источник энергии электромагнитного поля 22 может содержать излучатель 222, например, мощный диод, лазер или лампу инфракрасного диапазона, излучающий энергию электромагнитного поля 16 в диапазоне длин волн приблизительно от 1.4 мкм до 10.5 мкм.

Резервуар 18 может выполнен с возможностью отсоединения, например, вместе с излучателем 222. В другом примере, излучатель 222 может быть сам по себе отсоединяемым, например, для замены.

Излучатель 222 может быть выполнен с возможностью экранирования энергии электромагнитного поля 16 в пространстве вне капиллярно-пористого элемента 12.

Как показано на ФИГ. 1 - ФИГ. 4, примеры генератора аэрозоля 10, 20, 30, 40 могут содержать воздуховод 20 имеющий вход 202 и выход 204 и содержащий третью поверхность 126 капиллярно-пористого элемента 12. Вследствие отрицательного давления, обусловленного вдыханием со стороны выхода 204, окружающий воздух 146 проникает через вход 202 в воздуховод 20 и течет по третьей поверхности 126 капиллярно-пористого элемента 12. При смешивании с воздухом 146, пар 142 формирует аэрозоль 206 в струях 144, который вытекает из выхода 204.

В примерах генератора аэрозоля 10, 20, 30, показанных на ФИГ. 1 - ФИГ. 3 воздуховод 20 направляет окружающий воздух 146 вдоль капиллярно-пористого элемента 12. В примере генератора аэрозоля 40, показанном на ФИГ. 4, воздуховод 20 направляет окружающий воздух 146 через капиллярно-пористый элемент 12, точнее через микросопла 1264 сформированные третьей поверхностью 126 капиллярно-пористого элемента 12. Во время вапоризации, расширяющийся пар 142 выводится из капиллярно-пористого элемента 12 через третью поверхность 126 вовнутрь микросопел 1264 и затем, движимые негативным давлением вдоха пользователя, ускоряются микросоплами 1264 и выводятся наружу от капиллярно-пористого элемента 12 в форме тонких направленных высокоскоростных паровых струй 144. Падение давления и температуры в микросоплах 1264 и струях 144 благоприятно влияют на формирование аэрозоля 204.

В проиллюстрированном на ФИГ. 6 примере, капиллярно-пористый элемент 12 может быть выполнен, источник энергии электромагнитного поля 22 может быть сконфигурирован с возможностью вапоризации в импульсном режиме. При этом, электрическое устройство управления 226 и излучатель 222 могут быть выполнены с возможностью излучения энергии электромагнитного поля 16 в виде последовательности импульсов 602, имеющей длительность импульсов т и время задержки между импульсами δ, как показано на ФИГ 6. В импульсном режиме, температура жидкой среды 14 периодически поднимается выше токи кипения Т_в во время длительности импульса т и падает ниже точки кипения Т_в во время длительности задержки δ между импульсами, обуславливая профиль нагрева 606 жидкой среды 14 и, лежащий в области более низких температур, профиль нагрева 604 капиллярно-пористого элемента 12. В данном примере, капиллярно-пористый элемент 12 имеет характеристическое время нагрева (время термической релаксации) меньше, чем длительность импульсов т и характеристическое время нагрева (время термической релаксации) жидкой среды 14 в порах и капиллярах капиллярно-пористого элемента 12. В данном примере является предпочтительным, если капиллярно-пористый элемент 12 имеет время термической релаксации и время восполнения вапоризованной во время импульса жидкой среды 14 меньше, чем время задержки δ. Как время термической релаксации, так и время восполнения капиллярно-пористого элемента 12 ассоциируются с размером пор или капилляров капиллярно-пористого элемента 12. В большинстве практических примеров, как время термической релаксации, так и время восполнения капиллярно-пористого элемента 12 могут лежать в пределах от около 1 мкс до 100 мс в случае пор или капилляров, имеющих поперечные размеры, лежащие оценочно в пределах от 1 мкм до 500 мкм.

В соответствии с настоящим изобретением раскрывается способ генерации аэрозоля, включающий обеспечение устройством генерации аэрозоля, содержащим, как раскрыто выше, капиллярно-пористый элемент 12, выполненный с возможностью передачи энергии электромагнитного поля 16, например, в спектральном диапазоне 506, показанном на ФИГ. 5; резервуар 18 выполненный с возможностью содержания жидкой среды 14, диссипативной, например, в диапазоне 506, сопряженная с первой поверхностью 122 капиллярно-пористого элемента 12; и источник энергии электромагнитного поля 22 с излучателем 222, направленным к второй поверхности 124, выполненным с возможностью излучения энергии электромагнитного поля 16, например в спектральном диапазоне 506. Предпочтительными выбором в спектральном диапазне 506 могут быть спектральные полосы 1400 нм - 1900 нм, 2700 нм - 3300 нм, 6000 нм - 10000 нм. Жидкая среда 14 приводится в соприкосновение с первой поверхностью 122 капиллярно-пористого элемента 12, что может также включать шаг наполнения резервуара 18 жидкой средой 14. Излучатель 222 источника энергии электромагнитного поля 22 излучает энергию электромагнитного поля 16, например в спектральном диапазоне 506, достаточную для инициирования вапоризации жидкой среды 12 в капиллярно-пористом элементе 12.

Капиллярно-пористый элемент 12, излучатель 22, резервуар 18, могут быть выполнены с возможностью отсоединения и, тем самым, замены. Способ генерации аэрозоля в этом случае может включать шаг отсоединения и, тем самым, замены вышеназванных элементов.

При наличии в устройстве генерации аэрозоля воздухопровода 20, способ генерации аэрозоля может содержать шаг направления воздуха 146 через воздухопровод, например, во время затяжки или вдоха пользователя.

Капиллярно-пористый элемент 12 может быть выполнен, а источник энергии электромагнитного поля 22 может быть сконфигурирован с возможностью импульсного избирательного нагрева и вапоризации. Управляющее устройство 224 управляет излучателем 222 так, что тот генерирует энергию электромагнитного поля 16 в виде последовательности импульсов энергии 602, как показано на ФИГ. 6, имеющей длительность импульсов, в соответствии со способом в этом случае, длительность импульсов т и задержки 5 менее 100 мс, в пределах 1 мкс до 100 мс. Энергия электромагнитного поля 602 обуславливает периодический рост температуры 606 жидкой среды 14 выше точки кипения Т_в в течении длительности импульсов и падение температуры ниже точки кипения ниже точки кипения Т_в во время задержки между в последовательности импульсов 602. Импульсы 602 электромагнитной энергии 16 могут следовать в последовательности один за другим, обуславливая профиль нагревания 606 жидкой среды 14 и лежащий в области меньших температур из-за избирательного нагрева профиль нагревания 604 капиллярно-пористого элемента 12. Предпочтительно, если характеристическое время нагрева (время термической релаксации) и время время восполнения капиллярно-пористого элемента 12 жидкой средой 14 меньше, чем 100 мс, в пределах 1 мкс до 100 мс.

Настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами осуществления, приведеными в качестве примеров. Объем настоящего изобретения скорее включает как комбинации, так и субкомбинации различных признаков, описанных выше, а также их вариации и модификации, которые могут возникнуть у специалистов в данной области после прочтения предшествующего описания и которые не раскрыты в предшествующем уровне техники.

Группа изобретений относится к генерации аэрозоля, в особенности к электронным сигаретам и ингаляторам, в которых жидкие среды подвергают вапоризации для получения вдыхаемых аэрозолей. Устройство для генерации аэрозоля воздействием энергией электромагнитного поля на жидкую среду содержит капиллярно-пористый компонент, выполненный с возможностью капиллярной передачи жидкой среды, при этом капиллярно-пористый компонент выполнен с возможностью передачи энергии электромагнитного поля. Капиллярно-пористый компонент содержит оксид алюминия, оксид титана. Аэрозоль генерируют воздействием энергией электромагнитного поля на жидкую среду, избирательно нагревая жидкую среду путем введения энергии электромагнитного поля в насыщенный передаваемой жидкой средой капиллярно-пористый компонент, температура которого благодаря передаче энергии электромагнитного поля не превышает температуру жидкой среды. Благодаря избирательности нагрева в процессе вапоризации жидкой среды не образуются паровые карманы эффекта Лейденфроста. В импульсном режиме избирательного нагрева и вапоризации длительность и задержку импульсов излучаемой энергии электромагнитного поля согласуют со временем термической релаксации жидкой среды в капиллярных порах капиллярно-пористого компонента. Пар выводят через поверхность капиллярно-пористого компонента в содержащийся в генераторе аэрозоля воздуховод, частично образованный множеством микроструктур, благоприятно влияющих на образование аэрозоля. При необходимости раздельно заменяют источник энергии электромагнитного поля и капиллярно-пористый компонент с контейнером для жидкой среды. Обеспечивается улучшение формирования вдыхаемого аэрозоля, снижение рисков для здоровья. 5 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для генерации аэрозоля воздействием энергией электромагнитного поля на жидкую среду, содержащее капиллярно-пористый компонент, выполненный с возможностью капиллярной передачи жидкой среды, при этом капиллярно-пористый компонент выполнен с возможностью передачи энергии электромагнитного поля.

2. Устройство по п. 1, при этом капиллярно-пористый компонент содержит оксид алюминия и/или оксид титана.

3. Устройство по п. 1, при этом капиллярно-пористый компонент имеет первую поверхность, проницаемую для жидкой среды, вторую поверхность, проницаемую для энергии электромагнитного поля, и третью поверхность, проницаемую для пара жидкой среды, и выполнен с возможностью капиллярной передачи жидкой среды в направлении от первой поверхности к третьей поверхности под второй поверхностью.

4. Устройство по п. 3, при этом третья поверхность капиллярно-пористого компонента содержит вторую поверхность капиллярно-пористого компонента.

5. Устройство по п. 3, при этом вторая поверхность капиллярно-пористого компонента непроницаема для пара жидкой среды.

6. Устройство по п. 3, при этом третьей поверхностью капиллярно-пористого компонента сформировано множество микроструктур.

7. Устройство по п. 6, в котором микроструктуры имеют вид микростолбиков, и/или микросопел, и/или подобных им шероховатостей.

8. Устройство по п. 7, в котором микросопла являются сквозными микросоплами, вытянутыми с второй поверхности капиллярно-пористого компонента.

9. Устройство по п. 1, в котором энергия электромагнитного поля диссипируется в слое жидкой среды для аэрозолизации толщиной менее 1000 мкм.

10. Устройство по п. 3, содержащее резервуар жидкой среды, содержащий контейнер, выполненный с возможностью содержания жидкой среды и сопряженный с первой поверхностью капиллярно-пористого компонента, и источник энергии электромагнитного поля, содержащий излучатель, излучающий энергию электромагнитного поля в направлении к второй поверхности капиллярно-пористого компонента.

11. Устройство по п. 10, в котором излучатель выполнен с возможностью экранирования энергии электромагнитного поля в пространстве вне капиллярно-пористого компонента.

12. Устройство по п. 10, в котором источник энергии электромагнитного поля в качестве излучателя содержит по крайней мере одно из следующих средств излучения: лазер, светоизлучающий диод, лампу, магнетрон, электроды.

13. Устройство по п. 12, в котором источник энергии электромагнитного поля, содержащий в качестве излучателя электроды, выполнен с возможностью воздействия на электрически проводящую и/или полярную жидкую среду.

14. Устройство по п. 10, при этом источник энергии электромагнитного поля содержит по крайней мере одно из следующих средств формирования и ввода в капиллярно-пористый компонент энергии электромагнитного поля: рефлектор, линзу, волновод, резонатор стоячей волны, электроды.

15. Устройство по п. 10, при этом излучатель энергии электромагнитного поля и капиллярно-пористый компонент с контейнером выполнены с возможностью раздельного отсоединения.

16. Устройство по п. 10, содержащее воздуховод, содержащий по крайней мере вторую или третью поверхность капиллярно-пористого компонента, при этом воздуховод частично образован множеством микроструктур.

17. Устройство по п. 10, при этом источник энергии электромагнитного поля сконфигурирован с возможностью генерации последовательности импульсов энергии электромагнитного поля, имеющих длительность и задержку в диапазоне от 1 мкс до 100 мс, согласованные со временем термической релаксации жидкой среды в капиллярных порах капиллярно-пористого компонента для избирательного нагревания жидкой среды с вапоризацией в импульсном режиме.

18. Способ генерации аэрозоля, содержащий: обеспечение устройством по п. 10; приведение жидкой среды в контакт с первой поверхностью капиллярно-пористого компонента; и генерацию энергии электромагнитного поля, достаточной для вапоризации жидкой среды.

19. Способ генерации аэрозоля, содержащий: обеспечение устройством по п. 15; приведение жидкой среды в контакт с первой поверхностью капиллярно-пористого компонента; генерацию энергии электромагнитного поля, достаточной для вапоризации жидкой среды; и отсоединение по крайней мере капиллярно-пористого компонента, или контейнера, или излучателя энергии электромагнитного поля для замены.

20. Способ генерации аэрозоля, содержащий: обеспечение устройством по п. 16; приведение жидкой среды в контакт с первой поверхностью капиллярно-пористого компонента; генерацию энергии электромагнитного поля, достаточной для вапоризации жидкой среды; и направление воздуха через воздуховод.

21. Способ генерации аэрозоля, содержащий: обеспечение устройством по п. 17; приведение жидкой среды в контакт с первой поверхностью капиллярно-пористого компонента; и генерацию последовательности импульсов энергии электромагнитного поля, имеющих длительность и задержку в диапазоне от 1 мкс до 100 мс, согласованных со временем термической релаксации жидкой среды в капиллярных порах капиллярно-пористого компонента для избирательного нагревания жидкой среды с вапоризацией в импульсном режиме.

22. Способ по п. 21, в котором длительность задержки между импульсами согласована со временем восполнения жидкой среды, вапоризованной во время импульса, предшествующего задержке.