СИСТЕМА, ГЕНЕРИРУЮЩАЯ АЭРОЗОЛЬ, И КАРТРИДЖ С ЗАЩИТОЙ ОТ УТЕЧКИ Российский патент 2024 года по МПК A24F40/10 

Настоящее изобретение относится к системам, генерирующим аэрозоль, и, в частности, к системам, генерирующим аэрозоль, которые производят аэрозоль для вдыхания пользователем.

Одним из типов системы, генерирующей аэрозоль, является курительная система с электрическим нагревом, которая генерирует аэрозоль для вдыхания пользователем. Курительные системы с электрическим нагревом могут иметь различные формы. Одним из популярных типов системы для курения с электрическим нагревом является электронная сигарета, которая испаряет жидкий субстрат, образующий аэрозоль, или другую конденсированную форму субстрата, образующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля.

В публикации WO 2015/117702 A описана система, генерирующая аэрозоль, которая нагревает жидкий субстрат с образованием аэрозоля. Нагрев осуществляется с помощью сетки из нагревательных нитей. Жидкость из резервуара для жидкости к сетке перемещает капиллярный материал с одной стороны сетки. Канал для потока воздуха находится на другой стороне сетки. Испаренный жидкий субстрат, образующий аэрозоль, проходит через сетку в канал для потока воздуха. Сетка, вместе с капиллярным материалом, используется для предотвращения попадания капель жидкости в канал для потока воздуха. Однако некоторое количество капель жидкости может проходить через сетку или вокруг нее в канал для потока воздуха. Кроме того, некоторое количество испаренного субстрата может конденсироваться на стенках канала для потока воздуха и образовывать капли значительного размера.

Образование крупных капель жидкости в канале для потока воздуха нежелательно, так как большие капли жидкости могут вызывать неприятные ощущения у пользователя, если они достигают рта пользователя или выходят из системы иным образом. Капли жидкости также могут повредить или нарушить работу других частей системы, в частности, электронных компонентов системы. Поэтому желательно предотвращать попадание капель жидкости в эти части системы.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложена система, генерирующая аэрозоль, содержащая:

субстрат, образующий аэрозоль;

впускное отверстие для воздуха;

выпускное отверстие для воздуха;

канал для потока воздуха, проходящий от впускного отверстия для воздуха до выпускного отверстия для воздуха;

распылительную камеру в канале для потока воздуха;

элемент, генерирующий аэрозоль, в распылительной камере, выполненный с возможностью распыления субстрата, образующего аэрозоль, с генерированием аэрозоля; и

впускной фильтр в канале для потока воздуха между впускным отверстием для воздуха и распылительной камерой.

Преимущественно впускной фильтр выполнен таким образом, чтобы давать возможность воздуху проходить в канал для потока воздуха из впускного отверстия для воздуха через впускной фильтр, но при этом выполнен таким образом, чтобы предотвращать прохождение капель жидкости больше предварительно заданного размера в канале для потока воздуха через впускной фильтр к впускному отверстию для воздуха.

Впускной фильтр может содержать сетку. Сетка может перекрывать канал для потока воздуха таким образом, чтобы воздух, проходящий от впускного отверстия для воздуха к выпускному отверстию для воздуха через канал для потока воздуха, обязательно проходил через сетку.

В некоторых вариантах реализации впускной фильтр содержит сетку, образованную из проволоки, имеющей диаметр от приблизительно 10 мкм до приблизительно 100 мкм. Впускной фильтр может содержать сетку, имеющую промежутки с диаметром от 20 до 200 мкм.

Впускной фильтр может содержать множество сеток. Сетки этого множества могут быть расположены параллельно друг другу, на расстоянии друг от друга вдоль канала для потока воздуха. Обеспечение множества сеток может снизить вероятность утечки жидкости через фильтр.

Сетки множества могут отличаться друг от друга. Например, впускной фильтр может содержать первую сетку с первым размером отверстий и вторую сетку с относительно меньшим размером отверстий, причем первая сетка расположена ближе к элементу, генерирующему аэрозоль, чем вторая сетка. При такой компоновке капли большего размера блокируются первой сеткой. Это предотвращает забивание второй сетки более крупными каплями, что может значительно снизить поток воздуха. Более мелкие капли, которые проходят через первую сетку, блокируются второй сеткой и могут проходить обратно через первую сетку и возвращаться в распылительную камеру. Впускной фильтр может содержать более двух различных сеток, расположенных таким образом.

Система, генерирующая аэрозоль, может дополнительно содержать выпускной фильтр в канале для потока воздуха между выпускным отверстием для воздуха и распылительной камерой. Выпускной фильтр может быть выполнен таким образом, чтобы давать возможность аэрозолю выходить из канала для потока воздуха через выпускной фильтр, но при этом выполнен таким образом, чтобы предотвращать прохождение капель жидкости больше предварительно заданного размера в канале для потока воздуха через выпускной фильтр.

Выпускной фильтр может содержать сетку. Выпускной фильтр может содержать множество сеток таким же образом, как описано применительно к впускному фильтру. Сетки этого множества могут быть расположены параллельно друг другу, на расстоянии друг от друга вдоль канала для потока воздуха.

Сетки этого множества могут отличаться друг от друга для эффективного блокирования капель разных размеров.

Выпускной фильтр может содержать сетку, образованную из проволоки, имеющей диаметр от приблизительно 10 мкм до приблизительно 100 мкм. Выпускной фильтр может содержать сетку, имеющую промежутки с диаметром от 20 до 200 мкм.

Если впускной или выпускной фильтр содержит сетку, сетка может быть преимущественно выполнена из коррозионностойкого материала, такого как нержавеющая сталь. Сетка может быть покрыта материалом, который увеличивает гидрофобность или олеофобность сетки. Например, нанопокрытия из карбида кремния, оксида кремния, фторполимеров, оксида титана или оксида алюминия могут быть нанесены на сетку или на нити, перед образованием сетки из нитей, путем осаждения жидкой фазы, осаждения паровой фазы или термического плазменного испарения.

Если впускной или выпускной фильтр содержит сетку, образованную из множества нитей, нити могут быть расположены в виде квадратного переплетения, при котором угол между нитями, которые контактируют друг с другом, составляет приблизительно 90°. Однако можно использовать другие углы между нитями, которые контактируют друг с другом. Предпочтительно угол между нитями, которые контактируют друг с другом, составляет от 30° до 90°. Множество нитей может содержать тканый или нетканый материал.

Канал для потока воздуха может проходить по прямой линии между впускным отверстием для воздуха и выпускным отверстием для воздуха. Это обеспечивает простоту конструкции и сборки и снижает вероятность скопления конденсата в определенных местах пути потока воздуха.

Система, генерирующая аэрозоль, может содержать камеру субстрата для удерживания субстрата, генерирующего аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть жидким при комнатной температуре. В этом случае камера субстрата может быть описана как резервуар для жидкости. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть твердым при комнатной температуре или может находиться в другой конденсированной форме, такой как гель, при комнатной температуре. Элемент, генерирующий аэрозоль, может быть расположен, по меньшей мере частично, между камерой субстрата и каналом для потока воздуха.

Элемент, генерирующий аэрозоль, может содержать нагревательный элемент. Нагрев субстрата, образующего аэрозоль, может приводить к высвобождению летучих соединений из субстрата, образующего аэрозоль, в виде пара. Затем пар охлаждается в потоке воздуха с образованием аэрозоля.

Нагревательный элемент может быть выполнен с возможностью функционирования за счет резистивного нагрева. Другими словами, нагревательный элемент может быть выполнен с возможностью генерирования тепла при прохождении электрического тока через нагревательный элемент.

Нагревательный элемент может быть выполнен с возможностью функционирования за счет индукционного нагрева. Другими словами, нагревательный элемент может содержать токоприемник, который в процессе работы нагревается вихревыми токами, индуцированными в токоприемнике. Гистерезисные потери также могут вносить вклад в индукционный нагрев.

Нагревательный элемент может быть расположен с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, за счет проводимости. Нагревательный элемент может находиться в сообщении по текучей среде, например, в прямом или непрямом контакте, с субстратом, образующим аэрозоль. Нагревательный элемент может быть расположен с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, за счет конвекции. В частности, нагревательный элемент может быть выполнен с возможностью нагрева потока воздуха, который затем проходит через субстрат, образующий аэрозоль, или около него.

Нагревательный элемент может быть проницаемым для текучей среды. В частности, нагревательный элемент может позволять пару из субстрата, образующего аэрозоль, проходить через нагревательный элемент в распылительную камеру. Нагревательный элемент может быть расположен между распылительной камерой и камерой субстрата, образующего аэрозоль. Нагревательный элемент может отделять распылительную камеру от камеры субстрата, образующего аэрозоль. Одна сторона нагревательного элемента может находиться в сообщении по текучей среде, например, в прямом или непрямом контакте, с каналом для потока воздуха, а противоположная сторона нагревательного элемента может находиться в сообщении по текучей среде, например, в прямом или непрямом контакте, с субстратом, образующим аэрозоль.

В некоторых вариантах осуществления нагревательный элемент представляет собой в целом плоский, проницаемый для текучей среды нагревательный элемент, такой как сетка, перфорированная пластина или перфорированная фольга.

Нагревательный элемент может содержать сетку, образованную из множества электропроводных нитей. Электропроводные нити могут образовывать промежутки между нитями, и эти промежутки могут иметь ширину от 10 до 100 мкм. Предпочтительно нити создают капиллярный эффект в промежутках, за счет чего в процессе использования испаряемый жидкий субстрат, образующий аэрозоль, втягивается в эти промежутки, что увеличивает площадь контакта между узлом нагревателя и жидкостью.

Электропроводные нити могут образовывать сетку с размером от 160 до 600 меш по стандарту США (+/- 10%) (т. е. от 160 до 600 нитей на дюйм (+/- 10%)). Ширина указанных промежутков предпочтительно составляет от 75 до 25 мкм. Процент открытой площади сетки, который является отношением площади промежутков к общей площади сетки, предпочтительно составляет от 25% до 56%. Сетка может быть образована с использованием разных типов плетеных или решетчатых структур. В альтернативном варианте осуществления электропроводные нити состоят из матрицы нитей, расположенных параллельно друг другу.

Электропроводные нити могут иметь диаметр от 8 до 100 мкм, предпочтительно от 8 до 50 мкм и более предпочтительно от 8 до 39 мкм.

Площадь сетки, матрицы или тканого материала из электропроводных нитей может быть небольшой, предпочтительно меньшей или равной 25 мм², что обеспечивает возможность ее встраивания в удерживаемую рукой систему. Сетка, матрица или тканый материал из электропроводных нитей могут иметь, например, прямоугольную форму и размеры 5 мм на 2 мм.

Электропроводные нити могут содержать любой подходящий электропроводный материал. Подходящие материалы включают, без ограничения: полупроводники, такие как легированная керамика, электро-«проводная» керамика (такая как, например, дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, сплавы металлов и композитные материалы, изготовленные из керамического материала и металлического материала. Такие композитные материалы могут содержать легированную или нелегированную керамику. Примеры подходящей легированной керамики включают легированные карбиды кремния. Примеры подходящих металлов включают титан, цирконий, тантал и металлы из платиновой группы. Примеры подходящих сплавов металлов включают нержавеющую сталь, константан, никель-, кобальт-, хром-, алюминий-, титан-, цирконий-, гафний-, ниобий-, молибден-, тантал-, вольфрам-, олово-, галлий-, марганец- и железосодержащие сплавы, а также суперсплавы на основе никеля, железа, кобальта, нержавеющей стали, Timetal®, сплавы на основе железа и алюминия, а также сплавы на основе железа, марганца и алюминия. Timetal® - зарегистрированный товарный знак компании Titanium Metals Corporation. Нити могут быть покрыты одним или более изоляционными материалами. Предпочтительными материалами для электропроводных нитей являются нержавеющие стали марок 304, 316, 304L и 316L, а также графит.

Электрическое сопротивление сетки, матрицы или тканого материала из электропроводных нитей нагревательного элемента предпочтительно составляет от 0,3 до 4 Ом. Более предпочтительно электрическое сопротивление сетки, матрицы или тканого материала из электропроводных нитей составляет от 0,5 до 3 Ом, более предпочтительно приблизительно 1 Ом.

Система может содержать электрические контакты, прикрепленные к нагревательному элементу. Электрический ток может протекать к нагревательному элементу и от него через электрические контакты. Электрическое сопротивление сетки, матрицы или тканого материала из электропроводных нитей предпочтительно по меньшей мере на порядок и более предпочтительно по меньшей мере на два порядка выше электрического сопротивления электрических контактов. Это гарантирует, что тепло будет генерироваться нагревательным элементом, а не электрическими контактами.

Элемент, генерирующий аэрозоль, может распылять субстрат, образующий аэрозоль, путем, отличным от нагрева. Например, элемент, генерирующий аэрозоль, может содержать вибрирующую мембрану или может продавливать субстрат, образующий аэрозоль, через мелкую сетку.

Камера субстрата, образующего аэрозоль, может содержать капиллярный материал или другой материал, удерживающий жидкость, выполненный с возможностью обеспечения подачи субстрата, образующего аэрозоль, к нагревательному элементу или другому элементу, генерирующему аэрозоль.

Капиллярный материал может иметь волокнистую или губчатую структуру. Капиллярный материал предпочтительно содержит пучок капилляров. Например, капиллярный материал может содержать множество волокон, нитей или других трубок с узкими каналами. Волокна или нити могут быть в целом выровнены таким образом, чтобы переносить жидкость к нагревателю. В альтернативном варианте осуществления капиллярный материал может содержать губкообразный или пенообразный материал. Структура капиллярного материала образует множество мелких каналов или трубок, по которым жидкость может перемещаться за счет капиллярного эффекта. Капиллярный материал может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примерами подходящих материалов являются губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спеченных порошков, вспененный металлический или пластмассовый материал, волоконный материал, например, изготовленный из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетилцеллюлозные, сложнополиэфирные или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамика.

Капиллярный материал может находиться в сообщении по текучей среде, например, в прямом или непрямом контакте, с электропроводными нитями нагревательного элемента. Капиллярный материал может проходить внутрь промежутков между нитями. Нагревательный элемент может втягивать жидкий субстрат, образующий аэрозоль, в промежутки за счет капиллярного эффекта.

Корпус может содержать два или более различных капиллярных материалов, при этом первый капиллярный материал, находящийся в контакте с нагревательным элементом, имеет более высокую температуру термического разложения, а второй капиллярный материал, находящийся в контакте с первым капиллярным материалом, но не находящийся в контакте с нагревательным элементом, имеет более низкую температуру термического разложения. Первый капиллярный материал эффективно действует как разделитель, отделяющий нагревательный элемент от второго капиллярного материала, так что второй капиллярный материал не подвергается воздействию температур, превышающих температуру его термического разложения. В данном документе термин «температура термического разложения» означает температуру, при которой материал начинает разлагаться и терять массу в результате образования газообразных побочных продуктов. Второй капиллярный материал может преимущественно занимать больший объем, чем первый капиллярный материал, и может удерживать большее количество субстрата, образующего аэрозоль, чем первый капиллярный материал. Второй капиллярный материал может иметь лучшие капиллярные свойства, чем первый капиллярный материал. Второй капиллярный материал может быть менее дорогостоящим или иметь более высокую заполняемость, чем первый капиллярный материал. Второй капиллярный материал может представлять собой полипропилен.

Система, генерирующая аэрозоль, может содержать внутреннюю часть корпуса, образующую распылительную камеру. Внутренняя часть корпуса может быть размещена во внешней части корпуса. Внешняя часть корпуса может содержать мундштук, на котором пользователь осуществляет затяжку для втягивания воздуха через канал для потока воздуха от впускного отверстия для воздуха к выпускному отверстию для воздуха. Впускной фильтр может быть расположен на внутренней части корпуса. Впускной фильтр может быть расположен на внешней поверхности внутренней части корпуса. Выпускной фильтр может быть расположен на внутренней части корпуса. Выпускной фильтр может быть расположен на внешней поверхности внутренней части корпуса.

Впускной фильтр или выпускной фильтр либо и впускной фильтр, и выпускной фильтр могут быть прикреплены к внутренней части корпуса посредством зажима. Например, выпускной фильтр может быть зажат между двумя частями корпуса. Впускной фильтр или выпускной фильтр либо и впускной фильтр, и выпускной фильтр могут быть прикреплены к внутренней части корпуса посредством многослойного литья. Другими словами, участок внутренней части корпуса может быть отлит вокруг впускного фильтра или выпускного фильтра.

Система, генерирующая аэрозоль, может содержать множество впускных отверстий для воздуха. Система, генерирующая аэрозоль, может содержать впускной фильтр в каждом впускном отверстии для воздуха. Система, генерирующая аэрозоль, может содержать множество выпускных отверстий для воздуха. Система, генерирующая аэрозоль, может содержать выпускной фильтр в каждом выпускном отверстии для воздуха.

Система, генерирующая аэрозоль, может содержать внешнюю часть корпуса. Внешняя часть корпуса может быть выполнена с возможностью удерживания пользователем в одной руке. Внешняя часть корпуса может быть образована из пластмассового материала или металла.

Система, генерирующая аэрозоль, может быть выполнена с возможностью повторного заполнения субстратом, образующим аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть жидким при комнатной температуре. Субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой гель или быть твердым при комнатной температуре. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть представлен в форме капсулы или таблетки или может быть представлен в форме частиц.

Субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут высвобождаться в результате нагрева субстрата, образующего аэрозоль.

Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, которые выделяются из образующего аэрозоль субстрата при нагреве. В альтернативном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал, не содержащий табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля представляет собой любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которые при использовании способствует образованию плотного и стабильного аэрозоля и являются по существу стойкими к термическому разложению при рабочей температуре системы. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны в данной области техники и включают, без ограничения: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин; сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как моно-, ди- или триацетат глицерина; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Предпочтительными веществами для образования аэрозоля являются многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и, наиболее предпочтительно, глицерин.Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как вкусоароматические вещества и воду.

Система может дополнительно содержать электрическую схему, соединенную с нагревательным элементом и с электрическим источником питания; при этом электрическая схема выполнена с возможностью отслеживания электрического сопротивления нагревательного элемента или одной или более нитей нагревательного элемента и с возможностью управления подачей питания на нагревательный элемент от источника питания в зависимости от электрического сопротивления нагревательного элемента или, в частности, электрического сопротивления одной или более нитей.

Электрическая схема может содержать микропроцессор, который может представлять собой программируемый микропроцессор, микроконтроллер или специализированную интегральную схему (ASIC) либо другую электронную схему, способную обеспечивать управление. Электрическая схема может содержать дополнительные электронные компоненты. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью регулирования подачи питания на нагревательный элемент. Питание может подаваться на нагревательный элемент непрерывно после активации системы, или оно может подаваться с перерывами, например, от затяжки к затяжке. Питание может подаваться на нагревательный элемент в форме импульсов электрического тока.

Система может представлять собой электрическую курительную систему. Система может представлять собой удерживаемую рукой генерирующую аэрозоль систему. Система, генерирующая аэрозоль, может иметь размер, сопоставимый с обычной сигарой или сигаретой. Курительная система может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Курительная система может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.

Система преимущественно содержит источник питания, как правило, батарею, такую как литий-железо-фосфатную батарею, внутри главной части корпуса. В альтернативном варианте осуществления источник питания может представлять собой устройство накопления заряда другого типа, такое как конденсатор. Источник питания может нуждаться в перезарядке, и он может иметь емкость, обеспечивающую возможность накопления достаточного количества энергии для одного или более сеансов курения. Например, источник питания может иметь достаточную емкость для обеспечения непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, равного приблизительно шести минутам, что соответствует типовому времени, необходимому для выкуривания обычной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В еще одном примере источник питания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности осуществления предварительно заданного количества затяжек или отдельных активаций нагревателя.

Система, генерирующая аэрозоль, может содержать картридж и часть устройства, при этом при использовании картридж соединен с частью устройства. Картридж может содержать субстрат, образующий аэрозоль, распылительную камеру и элемент, генерирующий аэрозоль. Часть устройства может содержать источник питания и схему управления, соединенную с источником питания. Часть устройства соединена с картриджем для обеспечения подачи питания от источника питания к элементу, генерирующему аэрозоль.

Картридж может содержать выпускное отверстие для воздуха. Картридж может содержать выпускной фильтр. Картридж может содержать впускное отверстие для воздуха и впускной фильтр. Картридж может содержать внутреннюю часть корпуса и внешнюю часть корпуса. Часть устройства может содержать корпус устройства, который входит во взаимодействие с внутренней частью корпуса или внешней частью корпуса либо и той, и другой. Канал для потока воздуха может проходить через картридж и часть устройства либо может проходить только через часть картриджа.

Электрические контакты могут находиться в картридже и могут входить во взаимодействие с соответствующими электрическими контактами на части устройства.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен картридж для системы, генерирующей аэрозоль, с электрическим нагревом, причем картридж, содержит:

субстрат, генерирующий аэрозоль;

впускное отверстие для воздуха;

выпускное отверстие для воздуха;

канал для потока воздуха, проходящий от впускного отверстия для воздуха до выпускного отверстия для воздуха;

распылительную камеру в канале для потока воздуха;

элемент, генерирующий аэрозоль, в распылительной камере, выполненный с возможностью распыления субстрата, образующего аэрозоль, с генерированием аэрозоля; и

впускной фильтр в канале для потока воздуха между впускным отверстием для воздуха и распылительной камерой.

Картридж согласно второму аспекту может иметь признаки картриджа, описанные применительно к первому аспекту изобретения.

Настоящее изобретение обеспечивает ряд преимуществ. В частности, настоящее изобретение уменьшает утечку жидкости из системы, генерирующей аэрозоль, или из картриджа в системе, генерирующей аэрозоль. Присутствие впускного фильтра устраняет необходимость в отдельном впускном затворе или крышке, которые необходимо снимать перед использованием. Наличие впускного фильтра также обеспечивает некоторую защиту элемента, генерирующего аэрозоль, от остатков других объектов, попадающих в канал для потока воздуха из пространства снаружи системы или картриджа. Согласно настоящему изобретению также предложена система, которая является надежной и простой в изготовлении.

Варианты осуществления настоящего изобретения далее будут описаны исключительно в качестве примера со ссылками на прилагаемые графические материалы, на которых:

на ФИГ. 1 схематически проиллюстрирована система, генерирующая аэрозоль, согласно настоящему изобретению;

на ФИГ. 2 показан вид в разрезе картриджа согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения; и

на ФИГ. 3 показан увеличенный вид картриджа, представленного на ФИГ. 2.

На ФИГ. 1 схематически проиллюстрирована система, генерирующая аэрозоль, согласно настоящему изобретению. Система, генерирующая аэрозоль представляет собой удерживаемую рукой курительную систему, которая выполнена с возможностью генерирования аэрозоля для вдыхания пользователем. В частности, система, показанная на ФИГ. 1, представляет собой курительную систему, которая образует аэрозоль, содержащий никотин и вкусоароматические соединения.

Система, представленная на ФИГ. 1, содержит две части: часть 10 устройства и картридж 20. При использовании картридж 20 прикреплен к части 10 устройства.

Часть 10 устройства содержит корпус 18 устройства, который содержит перезаряжаемую батарею 12 и электрическую схему 14 управления. Перезаряжаемая батарея 12 представляет собой литий-железо-фосфатную батарею. Схема 14 управления содержит программируемый микропроцессор и датчик потока воздуха.

Картридж 20 содержит корпус 34 картриджа, который прикреплен к корпусу 18 устройства посредством защелкивающегося соединения. Корпус 34 картриджа удерживает элемент, генерирующий аэрозоль, который в данном примере представляет собой нагревательный элемент 32. Нагревательный элемент 32 может представлять собой резистивный нагревательный элемент. Питание подается на нагревательный элемент от батареи 12 под управлением схемы управления, как будет описано далее. Картридж также удерживает субстрат, образующий аэрозоль, в камере 30 субстрата. В данном примере субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой жидкую смесь при комнатной температуре, которая содержит никотин, вкусоароматические вещества, вещество для образования аэрозоля, такое как глицерин или пропиленгликоль, и воду. Капиллярный материал 33 предусмотрен в камере 30 субстрата и расположен таким образом, чтобы способствовать доставке субстрата, образующего аэрозоль, к нагревательному элементу, независимо от ориентации системы относительно силы тяжести.

В системе образован канал 22 для потока воздуха. В этом примере часть канала для потока воздуха проходит через картридж 20, а часть канала для потока воздуха проходит через часть 10 устройства. Датчик потока воздуха, включенный в схему управления, расположен таким образом, чтобы определять поток воздуха через часть канала для потока воздуха в части устройства. Канал для потока воздуха проходит от впускного отверстия 16 для воздуха до выпускного отверстия 28 для воздуха. Выпускное отверстие 28 для воздуха находится на мундштучном конце картриджа. В процессе использования, когда пользователь делает затяжку на мундштучном конце картриджа, воздух втягивается от впускного отверстия 16 для воздуха через канал 22 для потока воздуха к выпускному отверстию 28 для воздуха.

Часть канала для потока воздуха образует распылительную камеру 23. Нагревательный элемент 32 расположен в распылительной камере. Нагревательный элемент 32 представляет собой сетчатый нагревательный элемент из нержавеющей стали. Нагревательный элемент 32 обычно является плоским, при этом одна сторона находится в сообщении по текучей среде, например, в прямом или непрямом контакте, с жидкостью в камере 30 субстрата, а противоположная сторона находится в сообщении по текучей среде, например, в прямом или непрямом контакте, с воздухом, проходящим через распылительную камеру 23. Во время работы жидкий субстрат, образующий аэрозоль, нагретый нагревательным элементом, испаряется с образованием пара. Пар может проходить через сетчатый нагревательный элемент в распылительную камеру. Пар увлекается воздухом, проходящим через распылительную камеру 23, и остывает с образованием аэрозоля перед выходом из системы через выпускное отверстие 28 для воздуха.

Впускной фильтр 24 расположен в канале для потока воздуха раньше по потоку относительно нагревательного элемента. Выпускной фильтр 26 расположен в канале для потока воздуха дальше по потоку относительно нагревательного элемента. В данном документе «раньше» и «дальше» по потоку определяются относительно направления потока воздуха через канал 22 для потока воздуха во время целевого использования устройства. Распылительная камера расположена между впускным и выпускным фильтрами.

Впускной фильтр 24 содержит сетку. Сетка предотвращает выход капель жидкости, имеющих диаметр, превышающий определенный диаметр, из распылительной камеры 23 через впускное отверстие 24 для воздуха. Аналогично выпускной фильтр 26 содержит сетку. Сетка выпускного фильтра предотвращает выход капель жидкости, имеющих диаметр, превышающий определенный диаметр, из распылительной камеры 23 через выпускное отверстие 26 для воздуха. Сетка впускного фильтра может быть такой же, как сетка выпускного фильтра, или отличаться от нее. Конкретный пример подробно описан со ссылкой на ФИГ. 2 и 3.

В этом примере система, состоящая из части устройства и картриджа, является удлиненной, имеет длину, значительно превышающую ее ширину или толщину. Мундштучный конец находится на одном конце системы. Такая форма позволяет пользователю удобно держать систему в одной руке в процессе использования системы. Можно сказать, что длина системы проходит в продольном направлении. Канал для потока воздуха проходит в продольном направлении через проницаемый для текучей среды нагревательный элемент 32. Проницаемый для текучей среды нагревательный элемент обычно является плоским и проходит параллельно продольному направлению. Нагревательный элемент также может быть удлиненным, при этом его длина проходит в продольном направлении. Такое расположение позволяет разместить нагревательный элемент с относительно большой площадью поверхности в узкой системе, которую удобно держать.

Во время работы нагревательный элемент может активироваться только во время затяжек, которые делает пользователь, или может быть активирован постоянно после включения устройства. В первом случае затяжки, которые делает пользователь, определяются, когда датчик потока определяет поток воздуха через канал для потока воздуха выше порогового значения потока воздуха. В ответ на выходной сигнал датчика расхода схема управления подает питание на нагревательный элемент. Подача питания на нагревательный элемент может обеспечиваться в течение предварительно заданного периода времени после определения затяжки, сделанной пользователем, или может контролироваться до выполнения условия выключения, на основании сигналов от датчика потока и/или на основании других входных сигналов, полученных схемой управления, таких как результаты измерения температуры или сопротивления нагревательного элемента. В одном из примеров нагревательный элемент получает 6 Вт мощности в течение 3 секунд после обнаружения затяжки, которую делает пользователь. Нагревательный элемент нагревается, когда на него подается питание. Когда он достаточно горячий, жидкий субстрат, образующий аэрозоль, вблизи нагревательного элемента, испаряется.

Во втором случае после активации системы питание на нагревательные элемент подается постоянно. Активация может быть основана на входном сигнале от пользователя в систему, например, на нажатии кнопки. В одном варианте осуществления после активации на нагревательный элемент подается мощность 3,3 Вт независимо от затяжек, которые делает пользователь. Опять же, это можно отрегулировать на основании других входных сигналов схемы управления, таких как измеренные значения температуры или сопротивления нагревательного элемента. Система может выключаться по истечении предварительно заданного времени после активации или на основании дополнительного входного сигнала от пользователя.

В другом альтернативном варианте осуществления может использоваться гибридная схема питания, в которой между затяжками, которые делает пользователь, подается более низкая мощность, такая как 3,3 Вт, а в течение 2 секунд после определения каждой затяжки, которую делает пользователь, подается более высокая мощность, такая как 7 Вт. Это может обеспечить генерирование большего объема аэрозоля. В одной неограничивающей конфигурации мощность, равная приблизительно 7 Вт, нагревает сетчатый нагревательный элемент до температуры приблизительно 220°C.

Генерируемый пар проходит через сетчатый нагревательный элемент в распылительную камеру, где он увлекается потоком воздуха через канал для потока воздуха. Пар охлаждается в потоке воздуха, образуя аэрозоль. Аэрозоль втягивается через выпускной фильтр 26 в рот пользователя.

Жидкость, которая испаряется нагревательным элементом, выходит из капиллярного материала 33. Эта жидкость замещается жидкостью, которая все еще остается в камере 30 субстрата, так что вблизи нагревательного элемента находится жидкость, готовая к следующей затяжке пользователя.

Возможно, что не весь субстрат, образующий аэрозоль, вытягиваются из системы затяжками пользователя. В этом случае субстрат, образующий аэрозоль, может конденсироваться с образованием крупных капель в распылительной камере 23. Также некоторое количество жидкости может проходить через нагревательный элемент, не подвергаясь испарению, как во время использования, так и в промежутках между сеансами использования системы. Впускной фильтр 24 предотвращает вытекание крупных капель из распылительной камеры наружу в направлении впускного отверстия 16 для воздуха. Таким образом, впускной фильтр защищает как пользователя, так и электронные компоненты и батарею внутри части устройства от утечки жидкости из картриджа.

Аналогичным образом выпускной фильтр предотвращает вытекание крупных капель жидкости из распылительной камеры наружу в направлении выпускного отверстия 28 для воздуха. Большие капли могут создать неприятные ощущения для пользователя, если он достигают рта пользователя.

Впускной фильтр может содержать более одного слоя сетки. Слои могут иметь разные размеры. Впускной фильтр может содержать более мелкую сетку или сетки, чем выпускной фильтр, поскольку выпускной фильтр должен обеспечивать возможность прохождения некоторых капель жидкости в образованном аэрозоле, в то время как желательно предотвращать прохождение по существу всех капель жидкости к впускному отверстию для воздуха, при условии, что впускной фильтр обеспечивает достаточный поток воздуха в распылительную камеру от впускного отверстия для воздуха.

На ФИГ. 2 показан вид в перспективе в разрезе картриджа согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. На ФИГ. 3 показаны компоненты картриджа, представленного на ФИГ. 3, в увеличенном виде.

Картридж может содержать внешний корпус 34. Внутри внешнего корпуса 34 находится внутренний корпус 31. Внутренний корпус удерживает узел нагревателя. Узел нагревателя содержит крепление 39 нагревателя, которое поддерживает сетчатый нагревательный элемент 32. Капиллярный материал (не показан) удерживается внутри держателя 39 нагревателя в сообщении по текучей среде, например, в прямом или непрямом контакте, с нагревательным элементом 32. Картридж также содержит элементы 37 электрических контактов, которые проходят между сетчатым нагревательным элементом и внешней поверхностью картриджа на конце части устройства картриджа (противоположном мундштучному концу). Элементы 37 электрических контактов взаимодействуют с соответствующими электрическими контактами на части устройства системы для обеспечения подачи питания на нагревательный элемент 32. Впускной фильтр 24 прижат к впускному концу внутреннего корпуса 31 зажимным кольцом 36. Выпускной фильтр 26 зажат между внутренним корпусом 31 и внешним корпусом 34. Канал для потока воздуха образован через внутренний корпус и внешний корпус и проходит через оба фильтра 24, 26. Внутренний корпус образует распылительную камеру. Предусмотрен эластомерный уплотнительный элемент 35 для обеспечения непроницаемого для жидкости уплотнения между внутренним корпусом 31 и внешним корпусом 34.

В этом примере впускной фильтр и выпускной фильтр 26 образованы из идентичных сеток. Сетка впускного фильтра изготовлена из проволоки из нержавеющей стали с диаметром от приблизительно 3 мкм до приблизительно 50 мкм. Отверстия сетки имеют диаметр от приблизительно 10 мкм до приблизительно 100 мкм. Сетка покрыта карбидом кремния.

Сетка нагревательного элемента 32 также образована из нержавеющей стали и имеет размер сетки, составляющий приблизительно 400 меш по стандарту США (приблизительно 400 нитей на дюйм). Нити имеют диаметр от приблизительно 3 мкм до приблизительно 50 мкм, например, приблизительно 16мкм. Нити, образующие указанную сетку, образуют промежутки между нитями. В данном примере указанные промежутки имеют ширину приблизительно от 10 до 50 мкм, например, приблизительно 37 мкм, хотя могут использоваться и промежутки большего или меньшего размера. Использование сетки с указанными примерными размерами обеспечивает возможность образования менисков субстрата, образующего аэрозоль, в указанных промежутках и возможность втягивания образующего аэрозоль субстрата сеткой узла нагревателя за счет капиллярного эффекта. Открытая площадь сетки нагревательного элемент, т.е. отношение площади промежутков к общей площади сетки, предпочтительно составляет от 15% до 75%, например, от 25% до 56%. Общее электрическое сопротивление узла нагревателя составляет от приблизительно 0,5 Ом до приблизительно 1 Ом.

Внутренний корпус и внешний корпус могут быть выполнены из пластмассового материала или металла. Аналогично крепление нагревателя может быть изготовлено из термостойкого пластмассового материала.

Картридж, изображенный на ФИГ. 2 и 3, легко собирается. Узел внутреннего корпуса 31, узел нагревателя, впускной фильтр 24, зажимное кольцо 36, выпускной фильтр 26 и уплотнительный элемент 35 могут быть описаны как распылительный узел. Распылительный узел собирают в первую очередь. Затем распылительный узел вставляют во внешний корпус 34. Пара выступов на внутреннем корпусе входит в соответствующие отверстия на внешнем корпусе, прикрепляя внутренний корпус к внешнему корпусу. Камера 30, удерживающая субстрат, образующий аэрозоль, образована как внутренним, так и внешним корпусами. Внешний корпус может содержать жидкий (или находящийся в другой конденсированной фазе) субстрат, образующий аэрозоль, перед присоединением распылительного узла. В альтернативном варианте осуществления камера субстрата, образующего аэрозоль, может быть заполнена через заправочное отверстие (не показано) после присоединения распылительного узла к внешнему корпусу.

Картридж, представленный на ФИГ. 2 и ФИГ. 3, работает как описано со ссылкой ФИГ. 1.

В описанных примерах как впускной фильтр, так и выпускной фильтр находятся в картридже. Однако должно быть ясно, что, например, впускной фильтр может быть расположен внутри части устройства. Аналогично выпускной фильтр может быть расположен в отдельном съемном элементе мундштука. Также должно быть понятно, что форма и размер канала для потока воздуха и, в частности, распылительной камеры могут быть изменены для обеспечения конкретных желаемых свойств аэрозоля, доставляемого пользователю.

Следует понимать, что, хотя в описанных примерах используется жидкий субстрат, образующий аэрозоль, обеспечение впускного фильтра или выпускного фильтра либо как впускного фильтра, так и выпускного фильтра является полезным в системах, в которых применяются другие формы субстрата, образующего аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, который представляет собой твердое вещество или гель при комнатной температуре, все же может высвобождать летучие компоненты, которые конденсируются в жидкую форму в распылительной камере. Например, субстрат, образующий аэрозоль, может быть предоставлен в форме гелевой таблетки. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак.

Также должно быть понятно, что, хотя в примерах описано использование резистивного нагревательного элемента для образования аэрозоля, обеспечение впускного фильтра или выпускного фильтра либо как впускного фильтра, так и выпускного фильтра является полезным в системах, которые работают с использованием различных типов нагревательного элемента, таких как нагревательный элемент с индуктивным нагревом. Нагревательный элемент не обязательно должен представлять собой проницаемый для жидкости нагревательный элемент, расположенный между субстратом, образующим аэрозоль, и каналом для потока воздуха. Нагревательный элемент может представлять собой нагреватель печного типа, который нагревает стенки камеры субстрата, образующего аэрозоль, с образованием пара. Пар может проходить в канал для потока воздуха через клапан или паропроницаемую мембрану или элемент. Аналогичным образом, обеспечение фильтров в канале для потока воздуха может быть полезным для систем, которые образуют аэрозоль за счет того, что сначала поток воздуха нагревается в канале для потока воздуха, а затем нагретый воздух проходит через субстрат, образующий аэрозоль, или около него. Обеспечение фильтров в канале для потока воздуха может быть выгодным для систем, которые образуют аэрозоль с помощью средств, отличных от нагрева.

Группа изобретений относится к системе, генерирующей аэрозоль, и картриджу для системы, генерирующей аэрозоль, с электрическим нагревом. Система, генерирующая аэрозоль, содержит корпус и субстрат, образующий аэрозоль и по меньшей мере частично расположенный в указанном корпусе. Корпус содержит впускное отверстие для воздуха, расположенное на первой части корпуса; выпускное отверстие для воздуха, расположенное на второй части корпуса; канал для потока воздуха, проходящий через корпус от впускного отверстия для воздуха до выпускного отверстия для воздуха; распылительную камеру в канале для потока воздуха; элемент, генерирующий аэрозоль, в распылительной камере, выполненный с возможностью распыления субстрата, образующего аэрозоль, с генерированием аэрозоля; и впускной фильтр в канале для потока воздуха между впускным отверстием для воздуха и распылительной камерой. Впускной фильтр содержит множество сеток, включающее в себя первую сетку с первым размером отверстий и вторую сетку со вторым размером отверстий. Второй размер отверстий отличается от первого размера отверстий. Изобретения препятствуют прохождению капель жидкости больше предварительно заданного размера в канале для потока воздуха через выпускной фильтр. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система, генерирующая аэрозоль и содержащая:

корпус и

субстрат, образующий аэрозоль и по меньшей мере частично расположенный в указанном корпусе;

при этом корпус содержит:

впускное отверстие для воздуха, расположенное на первой части корпуса;

выпускное отверстие для воздуха, расположенное на второй части корпуса;

канал для потока воздуха, проходящий через корпус от впускного отверстия для воздуха до выпускного отверстия для воздуха;

распылительную камеру в канале для потока воздуха;

элемент, генерирующий аэрозоль, в распылительной камере, выполненный с возможностью распыления субстрата, образующего аэрозоль, с генерированием аэрозоля; и

впускной фильтр в канале для потока воздуха между впускным отверстием для воздуха и распылительной камерой;

при этом впускной фильтр содержит множество сеток, включающее в себя первую сетку с первым размером отверстий и вторую сетку со вторым размером отверстий, причем второй размер отверстий отличается от первого размера отверстий.

2. Система, генерирующая аэрозоль, по п. 1, дополнительно содержащая выпускной фильтр в канале для потока воздуха между выпускным отверстием для воздуха и распылительной камерой.

3. Система, генерирующая аэрозоль, по п. 2, в которой выпускной фильтр содержит сетку.

4. Система, генерирующая аэрозоль, по любому из пп. 1-3, в которой множество сеток содержит сетку, образованную из проволоки, имеющей диаметр от 10 до 100 мкм.

5. Система, генерирующая аэрозоль, по любому из пп. 1-4, в которой множество сеток содержит сетку, имеющую промежутки с диаметром от 20 до 200 мкм.

6. Система, генерирующая аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, в которой канал для потока воздуха проходит по прямой линии между впускным отверстием для воздуха и выпускным отверстием для воздуха.

7. Система, генерирующая аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, в которой элемент, генерирующий аэрозоль, содержит нагревательный элемент.

8. Система, генерирующая аэрозоль, по п. 7, в которой нагревательный элемент представляет собой сетчатый нагревательный элемент.

9. Система, генерирующая аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, в которой впускной фильтр содержит гидрофобное или олеофобное покрытие.

10. Система, генерирующая аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, в которой корпус содержит:

картридж, соединенный с частью устройства, причем картридж содержит:

субстрат, образующий аэрозоль, распылительную камеру и элемент, генерирующий аэрозоль;

при этом часть устройства содержит источник питания и схему управления, соединенную с источником питания, и соединена с картриджем для обеспечения подачи питания от источника питания к элементу, генерирующему аэрозоль.

11. Система, генерирующая аэрозоль, по п. 10, в которой картридж содержит впускное отверстие для воздуха и впускной фильтр.

12. Картридж для системы, генерирующей аэрозоль, с электрическим нагревом, содержащий:

корпус картриджа;

субстрат, образующий аэрозоль и по меньшей мере частично расположенный в корпусе картриджа;

впускное отверстие для воздуха, расположенное на первой части корпуса картриджа;

выпускное отверстие для воздуха, расположенное на второй части корпуса картриджа;

канал для потока воздуха, проходящий через корпус картриджа от впускного отверстия для воздуха до выпускного отверстия для воздуха;

распылительную камеру в канале для потока воздуха;

элемент, генерирующий аэрозоль, в распылительной камере, выполненный с возможностью распыления субстрата, образующего аэрозоль, с генерированием аэрозоля; и

впускной фильтр в канале для потока воздуха между впускным отверстием для воздуха и распылительной камерой;

при этом впускной фильтр содержит множество сеток, включающее в себя первую сетку с первым размером отверстий и вторую сетку со вторым размером отверстий, причем второй размер отверстий отличается от первого размера отверстий.