СИСТЕМА, ГЕНЕРИРУЮЩАЯ ПАР, И СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ПАРА Российский патент 2024 года по МПК A24F40/44 A24D3/17 

Настоящее изобретение относится к системе, генерирующей аэрозоль, и картриджу для системы, генерирующей аэрозоль, которая выполнена с возможностью нагревания текучего субстрата, образующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля. В частности, настоящее изобретение относится к удерживаемой рукой системе, генерирующей аэрозоль, выполненной с возможностью генерирования аэрозоля для вдыхания пользователем.

Субстраты, образующие аэрозоль, для использования в определенных системах, генерирующих аэрозоль, могут содержать смесь различных компонентов. Например, жидкие субстраты, образующие аэрозоль, для использования в электронных сигаретах могут содержать смесь никотина и одного или более веществ для образования аэрозоля и необязательно ароматизаторы или кислотные вещества для корректировки сенсорного восприятия аэрозоля пользователем.

Жидкие субстраты, генерирующие аэрозоль, также могут содержать частицы, такие как микрочастицы (например, имеющие диапазон диаметров от 1 до 5 микрометров) или наночастицы (например, имеющие диапазон диаметров от 10 нанометров до сотен нанометров, такой как от 10 до 500 нанометров, или такой как от 10 до 100 нанометров, или такой как от 100 до 500 нанометров). Такие частицы могут оставаться от обработки и подготовки жидкости. Например, один или более компонентов жидкости могут быть получены путем дистилляции или экстракции из биологических растений, таких как листья табака, и полученный жидкий компонент может содержать некоторое количество твердых частиц в качестве остатков такой дистилляции или экстракции. Кроме того, фильтрация частиц из жидкого субстрата, генерирующего аэрозоль, во время его обработки не обязательно полностью исключает присутствие частиц в системе, генерирующей аэрозоль. Например, частицы могут образовываться в жидкости после наполнения ею системы, генерирующей аэрозоль, например, во время хранения системы, генерирующей аэрозоль. В качестве иллюстрации электрически нейтральные наночастицы в суспензиях могут агломерировать и коагулировать через период времени, составляющий обычно порядка 10 часов, в соответствии с процессом агрегации по Смолуховскому, описанным в литературе.

В некоторых удерживаемых рукой системах, генерирующих аэрозоль, которые генерируют аэрозоль из жидкого субстрата, образующего аэрозоль, капиллярный материал может переносить субстрат в сообщение по текучей среде с элементом, генерирующем аэрозоль, для преобразования в аэрозоль, а также может восполнять субстрат, который был преобразован в аэрозоль элементом, генерирующим аэрозоль. Такой капиллярный материал может содержать поры, которые доставляют субстрат к элементу, генерирующему аэрозоль, за счет капиллярного эффекта. Таким образом, любые частицы в субстрате, образующем аэрозоль, могут переноситься в капиллярный материал и потенциально в сообщение по текучей среде с элементом, генерирующем аэрозоль. Такие частицы потенциально могут прикрепляться к порам капиллярного материала и накапливаться в них. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления такие частицы могут потенциально прикрепляться к элементу, генерирующему аэрозоль, и накапливаться на нем, вызывая образование нежелательных продуктов. Например, если элемент, генерирующий аэрозоль, содержит нагревательный элемент, частицы, которые прикрепляются к такому нагревательному элементу, потенциально могут нагреваться несколько раз при использовании устройства, что может приводить к образованию продуктов термического разложения. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления такие частицы могут переноситься в аэрозоль, генерируемый элементом, генерирующим аэрозоль.

В документе US 2018020737 A1 описывается проницаемый для жидкости узел нагревателя для системы генерации аэрозоля, включающий в себя колпачок и по существу плоский электропроводящий и проницаемый для жидкости нагревательный элемент. Крышка включает в себя полый корпус с первым отверстием крышки и вторым отверстием крышки. Первое отверстие крышки находится противоположно второму отверстию крышки. Нагревательный элемент выполнен с возможностью испарения образующего аэрозоль субстрата. Нагревательный элемент установлен на крышке таким образом, что нагревательный элемент проходит через первое отверстие крышки. Картридж для системы генерации аэрозоля включает в себя узел нагревателя, часть для хранения жидкости, мундштук и фиксатор.

В документе RU 2681866 C2 описывается картридж для использования в генерирующей аэрозоль системе, который содержит жидкостную контейнерную часть, содержащую корпус для хранения образующего аэрозоль субстрата, имеющий отверстие; и нагревательный узел, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент, закрепленный на корпусе и проходящий поперек отверстия корпуса, при этом по меньшей мере один нагревательный элемент нагревательного узла имеет ширину, которая меньше, чем ширина отверстия корпуса, а нагревательный элемент является проницаемым для текучей среды и содержит множество электропроводных нитей. Технический результат заключается в обеспечении повышения эффективности нагрева и образования аэрозоля.

Было бы желательно обеспечить компоновку для системы, генерирующей аэрозоль, в которой подавляется пропускание частиц в элемент, генерирующий аэрозоль.

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

кожух, содержащий впуск для воздуха, выпуск для воздуха и проход для потока воздуха, проходящий между ними;

резервуар, удерживающий субстрат, генерирующий аэрозоль; и

нагревательный узел, содержащий:

нагревательный элемент и

капиллярный материал, при этом одна сторона капиллярного материала находится в сообщении по текучей среде с нагревательным элементом, а противоположная сторона капиллярного материала находится в сообщении по текучей среде с резервуаром таким образом, чтобы переносить субстрат, образующий аэрозоль, к нагревательному элементу за счет капиллярного эффекта,

при этом нагревательный элемент выполнен с возможностью нагревания субстрата, генерирующего аэрозоль, с генерированием пара, и

при этом нагревательный узел выполнен с возможностью подавления пропускания частиц в субстрате, генерирующем аэрозоль, в проход для потока воздуха.

В пределах подходящей части или частей системы пар может конденсироваться в аэрозоль для вдыхания пользователем.

В некоторых конфигурациях нагревательный элемент необязательно содержит резистивный нагревательный элемент. Необязательно нагревательный элемент представляет собой или содержит первую сетку. Первая сетка может допускать перенос (например, одно или более из диффузии, потока или капиллярного транспорта) элемента, генерирующего аэрозоль через нее, при этом подавляя перенос частиц через нее. Первая сетка может иметь размер отверстий, меньший, чем размер частиц. В иллюстративной конфигурации первая сетка имеет размер отверстий, равный нулю. Например, если размер отверстий равен нулю, просвет вокруг плотно переплетенных проволок составляет приблизительно 2-3% от диаметра проволоки, что определяется пластичной вязкой деформацией переплетенных проволок. В качестве иллюстрации, для проволоки диаметром 16 микрон просвет вокруг проводов составляет приблизительно 0,5 микрона, что означает, что большинство частиц размером больше 0,5 микрона можно отфильтровать с использованием первой сетки, имеющей размер отверстий, равный нулю.

Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления нагревательный узел необязательно также содержит фильтр. Предпочтительно фильтр расположен достаточно близко к нагревательному элементу, чтобы подавлять контакт любых частиц в субстрате, генерирующем аэрозоль, с нагревательным элементом, например, для частичного или полного предотвращения агломерации дополнительных частиц после фильтрации и перед достижением нагревательного элемента. Необязательно фильтр может быть расположен между резервуаром и капиллярным материалом. Фильтр может допускать перенос (например, одно или более из диффузии, потока или капиллярного транспорта) элемента, генерирующего аэрозоль, через него, при этом подавляя перенос частиц через него. Например, фильтр может представлять собой или содержать вторую сетку. В иллюстративной конфигурации вторая сетка имеет размер отверстий, равный нулю. Или, например, фильтр может представлять собой или содержать керамический элемент, содержащий поры. Поры необязательно содержат сеть открытых, сообщающихся пор. Керамический элемент необязательно содержит Al₂O₃ или AlN.

Термин «размер отверстий равен нулю» или «нулевое отверстие» подразумевается, что сетка содержит просветы между соседними проволоками или нитями сетки, но если смотреть вдоль линии, перпендикулярной к сетке, видимые сквозные отверстия в сетке отсутствуют. Таким образом, для сетки, имеющей размер отверстий, равный нулю, при проецировании проволок или нитей сетки по линии, перпендикулярной по отношению к сетке, на двумерную плоскость, между двумерными проекциями проволок или нитей не должно быть видимых промежутков.

В различных конфигурациях, предусмотренных в данном документе, по меньшей мере один компонент нагревательного узла необязательно имеет пористость приблизительно от 40% до 60%. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления по меньшей мере один компонент нагревательного узла необязательно имеет отверстия со средним диаметром от приблизительно 1 мкм до приблизительно 2 мкм.

Нагревательные узлы согласно настоящему изобретению могут подавлять попадание частиц в субстрате, генерирующем аэрозоль, в проход для потока воздуха, например, путем подавления контактирования частиц по текучей середе с элементом, генерирующим аэрозоль (таким как нагревательный элемент), или, например, путем подавления переноса частиц через элемент, генерирующий аэрозоль, что является преимуществом. Таким образом, нагревательные узлы согласно настоящему изобретению могут подавлять пропускание частиц, например, тех, которые являются остаточными от обработки субстрата, генерирующего аэрозоль, или которые образуются внутри системы по настоящему изобретению (например, внутри резервуара), в проход для потока воздуха. Кроме того, хотя некоторые из нагревательных узлов согласно настоящему изобретению описаны с указанием резистивных нагревательных элементов, следует понимать, что можно применять другие типы нагревательных элементов, которые подходят для этого, такие как индуктивные нагревательные элементы или другие типы.

Как указано выше, нагревательный узел также может содержать капиллярный материал, такой как керамический элемент, содержащий поры. Капиллярный материал (например, керамический элемент) получает субстрат, образующий аэрозоль, из резервуара и либо может нагреваться элементом, генерирующим аэрозоль, с образованием пара, либо может переносить субстрат к нагревательному элементу, на котором образуется пар, что является преимуществом. Капиллярный материал (например, керамический элемент) может содержать промежутки или отверстия, которые втягивают текучий субстрат, образующий аэрозоль, в капиллярный материал за счет капиллярного эффекта. Например, структура капиллярного материала (например, керамического элемента) может образовывать или содержать множество мелких каналов или трубок, через которые субстрат, образующий аэрозоль, может переноситься за счет капиллярного эффекта. В качестве иллюстрации поры необязательно могут содержать сеть сообщающихся пор, при этом поры необязательно имеют средний диаметр от приблизительно 1 мкм до приблизительно 2 мкм. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления необязательно поры содержат отверстия, образованные в капиллярном материале (например, керамическом элементе). Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления капиллярный материал (например, керамический элемент) необязательно имеет пористость, составляющую приблизительно от 40% до 60%.

Капиллярный материал может содержать любой(ые) подходящий(ие) некерамический(ие) материал(ы), керамический(ие) материал(ы) или комбинацию керамических и некерамических материалов. Примеры подходящих материалов, которые можно применять в капиллярном материале, включают губчатый или вспененный материал, материалы на основе графита в форме волокон или спеченных порошков, вспененный металлический или пластмассовый материал, волокнистый материал, например, выполненный из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетилцеллюлозные, полиэфирные или склеенные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна или нейлоновые волокна, или материалы на основе керамики в виде волокон или спеченных порошков. В одной конфигурации керамический материал необязательно может содержать Al₂O₃ или AlN.

Капиллярный материал может иметь любые капиллярность и пористость, подходящие для применения с текучими субстратами, генерирующими аэрозоль, имеющими различные физические или химические свойства. Физические свойства субстрата, образующего аэрозоль, могут включать, без ограничения перечисленными: вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температуру кипения и давление пара, которые обеспечивают возможность переноса текучего субстрата, образующего аэрозоль, в капиллярный материал и через него за счет капиллярного эффекта. В некоторых конфигурациях капиллярный материал может иметь размер пор достаточно маленький для того, чтобы подавлять перенос частиц в капиллярный материал или через него, и, таким образом, подавлять сообщение по текучей среде (например, прямой контакт) между частицами и элементом, генерирующим аэрозоль. Таким образом, капиллярный материал может обеспечивать фильтр или действовать как фильтр, который блокирует достижение частицами элемента, генерирующего аэрозоль. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления в некоторых конфигурациях сам элемент, генерирующий аэрозоль (например, нагревательный элемент) может быть выполнен с возможностью подавления попадания частиц в проход для потока воздуха. То есть сам элемент, генерирующий аэрозоль, может обеспечивать фильтр или действовать как фильтр, который блокирует пропускание частиц через элемент, генерирующий аэрозоль, даже когда он испаряет субстрат, генерирующий аэрозоль.

Один или оба из капиллярного материала и элемента, генерирующего аэрозоль, могут содержать поры, которые меньше по меньшей мере некоторых частиц, подавляя, таким образом, перенос частиц через них. Например, может быть предпочтительным подавление переноса частиц с диаметрами более 10 микрометров, или с диаметрами более 5 микрометров, или с диаметрами более 1 микрометра. Однако в некоторых случаях может быть предпочтительным обеспечение возможности переноса некоторых частиц с диаметрами менее 1 микрометра или с диаметрами менее 0,5 микрометра, или с диаметрами менее 0,1 микрометра, или с диаметрами менее 50 нм. Например, может быть полезно сохранять в жидкости остаточные белки и жирные кислоты, поскольку они могут усиливать аромат. Остаточные жирные кислоты могут иметь диаметры порядка 1 нм, а белки могут иметь диаметры порядка 10 нм. В некоторых конфигурациях нагревательный узел (например, элемент, генерирующий аэрозоль, или фильтр) может быть выполнен с возможностью допускать перенос жирных кислот и белков и может быть выполнен с возможностью подавлять перенос частиц размером более 50 нм или более 100 нм.

Необязательно резервуар, удерживающий субстрат, генерирующий аэрозоль, может содержать материал-носитель для удержания субстрата, образующего аэрозоль. Материал-носитель может необязательно представлять собой пеноматериал, губку или совокупность волокон. Материал-носитель необязательно может быть образован из полимера или сополимера. В одном варианте осуществления материал-носитель представляет собой или содержит скрученный полимер. Субстрат, образующий аэрозоль, может выделяться в несущий материал во время использования. Например, субстрат, образующий аэрозоль, может быть представлен в капсуле, которая может быть соединена по текучей среде с капиллярным материалом.

В некоторых конфигурациях система, генерирующая пар, согласно настоящему изобретению необязательно дополнительно содержит картридж и мундштук, выполненный с возможностью присоединения к картриджу, при этом картридж содержит по меньшей мере одно из резервуара и нагревательного узла.

Например, в различных конфигурациях, предусмотренных в данном документе, картридж может содержать кожух, имеющий соединительный конец и мундштучный конец, удаленный от соединительного конца, при этом соединительный конец выполнен с возможностью соединения с блоком управления системы, генерирующей аэрозоль. Нагревательный узел может быть расположен полностью внутри картриджа или расположен полностью внутри блока управления, или может быть частично расположен внутри картриджа и частично расположен внутри блока управления. Например, нагревательный элемент (элемент, генерирующий аэрозоль) может быть расположен внутри картриджа или может быть расположен внутри блока управления, и капиллярный материал независимо может быть расположен внутри картриджа или может быть расположен внутри блока управления. Необязательно сторона капиллярного материала, которая находится в сообщении по текучей среде, также может находиться в сообщении по текучей среде с проходом для потока воздуха. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления сторона капиллярного материала, которая находится в сообщении по текучей среде, может быть непосредственно обращена к отверстию в мундштучном конце. Такая ориентация планарного элемента, генерирующего аэрозоль, обеспечивает возможность простой сборки картриджа во время изготовления.

Электропитание может подаваться на элемент, генерирующий аэрозоль, от присоединенного блока управления через соединительный конец кожуха. В некоторых конфигурациях, элемент, генерирующий аэрозоль, необязательно расположен ближе к соединительному концу, чем к отверстию на мундштучном конце. Это позволяет обеспечить простой и короткий путь электрического соединения между источником питания в блоке управления и элементом, генерирующим аэрозоль.

Первая и вторая стороны элемента, генерирующего аэрозоль (например, нагревательного элемента), могут быть по существу планарными. Элемент, генерирующий аэрозоль, может содержать по существу плоский нагревательный элемент, что обеспечивает простое изготовление. С геометрической точки зрения термин «по существу плоский» используется для обозначения нагревательного элемента, имеющего форму по существу двумерного топологического многообразия. Таким образом, по существу плоский нагревательный элемент проходит в двух направлениях по поверхности в значительно большей мере, чем в третьем направлении. В частности, размеры по существу плоского нагревательного элемента в двух измерениях в пределах поверхности по меньшей мере в пять раз больше, чем в третьем измерении, перпендикулярном этой поверхности. Примером по существу плоского нагревательного элемента является структура между двумя по существу воображаемыми параллельными поверхностями, при этом расстояние между этими двумя воображаемыми поверхностями по существу меньше, чем протяженность в пределах этих поверхностей. В некоторых вариантах осуществления по существу плоский нагревательный элемент является планарным. В других вариантах осуществления по существу плоский нагревательный элемент является криволинейным вдоль одного или более измерений, например, образуя куполообразную форму или мостовую форму.

Нагревательный элемент может содержать одну или множество электрически проводящих нитей. Термин «нить» относится к электрической дорожке, расположенной между двумя электрическими контактами. Нить может произвольным образом разветвляться и расходиться на несколько путей или нитей, соответственно, или несколько электрических путей могут сходиться в один путь. Форма поперечного сечения нити может быть круглой, квадратной, плоской или любой другой. Нить может быть расположена прямолинейным или криволинейным образом.

Нагревательный элемент может представлять собой или может содержать массив нитей или проволок, например, расположенных параллельно друг другу. В некоторых конфигурациях нити или проволоки могут образовывать сетку. Сетка может быть тканой или нетканой. Сетка может быть образована с использованием разных типов плетеных или решетчатых структур. Например, по существу плоский нагревательный элемент может быть выполнен из проволоки, которая образует проволочную сетку. Необязательно сетка имеет конструкцию с гладким переплетением. Необязательно нагревательный элемент содержит проволочную решетку, изготовленную из сетчатой полосы. Однако следует понимать, что можно использовать любую подходящую конфигурацию и материал резистивного нагревательного элемента.

Например, нити нагревательного элемента могут содержать любой материал с подходящими электрическими свойствами или могут быть образованы из него. Подходящие материалы включают, без ограничения: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически «проводящая» 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® представляет собой зарегистрированный товарный знак компании Titanium Metals Corporation. Примерами материалов являются нержавеющая сталь и графит, более предпочтительно нержавеющая сталь марок 300 серии, таких как AISI 304, 316, 304L, 316L. Кроме того, нагревательный элемент может содержать комбинации вышеописанных материалов. Например, комбинация материалов может использоваться для улучшения регулирования сопротивления нагревательного элемента. Например, материалы с высоким собственным сопротивлением могут комбинироваться с материалами с низким собственным сопротивлением. Это может обеспечить преимущество, если один из материалов является более предпочтительным по другим показателям, например, стоимости, обрабатываемости или другим физическим и химическим параметрам. По существу плоская компоновка нитей с повышенным сопротивлением обеспечивает преимущество, состоящее в снижении паразитных потерь. Нагреватели с высоким удельным сопротивлением обеспечивают преимущество, состоящее в возможности более эффективного использования энергии батареи.

В одной неограничивающей конфигурации нагревательный элемент содержит проволоки или образован из них. Более предпочтительно проволока изготовлена из металла, наиболее предпочтительно из нержавеющей стали. Электрическое сопротивление сетки, матрицы или тканого полотна из электрически проводящих нитей нагревательного элемента может составлять от 0,3 до 4 Ом. Необязательно электрическое сопротивление равно или выше 0,5 Ом. Необязательно электрическое сопротивление сетки, матрицы или тканого полотна из электрически проводящих нитей составляет от 0,6 до 0,8 Ом, например, приблизительно 0,68 Ом. Электрическое сопротивление сетки, матрицы или тканого полотна из электрически проводящих нитей необязательно может быть по меньшей мере на порядок и необязательно по меньшей мере на два порядка больше, чем электрическое сопротивление электрически проводящих контактных участков. Это обеспечивает локализацию тепла, сгенерированного за счет прохождения тока через нагревательный элемент, на сетке или матрице из электрически проводящих нитей. Полезно, чтобы нагревательный элемент имел низкое общее сопротивление, если питание в систему подается от батареи. Система с низким сопротивлением и высоким током обеспечивает возможность подачи высокой мощности на нагревательный элемент. Это обеспечивает возможность быстрого нагрева нагревательным элементом электрически проводящих нитей до необходимой температуры.

Нагревательный узел может содержать части электрических контактов, электрически соединенные с нагревательным элементом. Части электрических контактов могут представлять собой две электропроводные контактные площадки или содержать их. Электрически проводящие контактные площадки могут быть расположены на области кромки нагревательного элемента. В качестве иллюстрации, по меньшей мере две электрически проводящие контактные площадки могут быть расположены по краям нагревательного элемента. Электрически проводящая контактная площадка может быть прикреплена непосредственно к электрически проводящим нитям нагревательного элемента. Электрически проводящая контактная площадка может содержать накладку из олова. В альтернативном варианте осуществления электрически проводящая контактная площадка может представлять собой единое целое с нагревательным элементом.

В конфигурациях, содержащих кожух, части контактов могут быть открыты через соединительный конец кожуха для обеспечения контакта с электрическими контактными штырями в блоке управления.

Резервуар может содержать кожух резервуара. Нагревательный узел или любой его подходящий компонент могут быть прикреплены к кожуху резервуара. Кожух резервуара может содержать формованный компонент или крепление, при этом формованный компонент или крепление сформованы поверх нагревательного узла. Формованный компонент или крепление может покрывать полностью или частично нагревательный элемент и может частично или полностью изолировать части электрического контакта от одного или обоих из прохода для потока воздуха и субстрата, образующего аэрозоль. Формованный компонент или крепление может содержать по меньшей мере одну стенку, образующую часть кожуха резервуара. Формованный компонент или крепление может образовывать путь потока от резервуара к капиллярному материалу.

Кожух может быть выполнен из формуемого пластмассового материала, такого как полипропилен (PP) или полиэтилентерефталат (PET). Кожух может частично или полностью образовывать стенку резервуара. Кожух и резервуар могут быть выполнены за одно целое. В альтернативном варианте осуществления резервуар может быть выполнен отдельно от кожуха и соединен с кожухом.

В конфигурациях, в которых система согласно настоящему изобретению содержит картридж, картридж может содержать съемный мундштук, через который пользователь может вытягивать аэрозоль. Съемный мундштук может покрывать отверстие на мундштучном конце. В альтернативном варианте осуществления картридж может быть выполнен таким образом, чтобы пользователь имел возможность осуществления затяжки непосредственно через отверстие на мундштучном конце.

Картридж может быть выполнен с возможностью повторной заправки текучим субстратом, образующим аэрозоль. В альтернативном варианте осуществления картридж может быть выполнен с возможностью утилизации в случае израсходования текучего субстрата, образующего аэрозоль, в резервуаре.

В конфигурациях, в которых система согласно настоящему изобретению дополнительно содержит блок управления, указанный блок управления может содержать по меньшей мере один элемент электрического контакта, выполненный с возможностью обеспечения электрического соединения с элементом, генерирующим аэрозоль, когда блок управления соединен с картриджем. Элемент электрического контакта необязательно может быть удлиненным. Элемент электрического контакта необязательно может быть подпружиненным. Элемент электрического контакта необязательно может контактировать с электрической контактной площадкой в картридже. Необязательно блок управления может содержать соединительный участок для взаимодействия с соединительным концом картриджа. Необязательно блок управления может содержать источник питания. Необязательно блок управления может содержать схему управления, выполненную с возможностью управления подачей мощности от источника питания на генерирующий аэрозоль элемент.

Схема управления необязательно может содержать микроконтроллер. Микроконтроллер предпочтительно представляет собой программируемый микроконтроллер. Схема управления может содержать дополнительные электронные компоненты. Схема управления может быть выполнена с возможностью регулирования подачи мощности на элемент, генерирующий аэрозоль. Мощность может подаваться на элемент, генерирующий аэрозоль, непрерывно после активации системы, или она может подаваться прерывисто, например, от затяжки к затяжке. Мощность может подаваться на элемент, генерирующий аэрозоль, в виде импульсов электрического тока.

Блок управления может содержать источник питания, выполненный с возможностью подачи мощности на по меньшей мере одно из системы управления и элемента, генерирующего аэрозоль. Элемент, генерирующий аэрозоль, может содержать независимый источник питания. Система, генерирующая аэрозоль, может содержать первый источник питания, выполненный с возможностью подачи питания на схему управления, и второй источник питания, выполненный с возможностью подачи питания на элемент, генерирующий аэрозоль.

Каждый такой источник питания может представлять собой или содержать источник питания постоянного тока. Источник питания может представлять собой или содержать батарею. Батарея может представлять собой или содержать литиевую батарею, например, литий-кобальтовую, литий-железо-фосфатную, литий-титановую или литий-полимерную батарею. Батарея может представлять собой или содержать никель-металлогидридную батарею или никель-кадмиевую батарею. Источник питания может представлять собой или содержать устройство накопления заряда другого типа, такое как конденсатор. Необязательно источник питания может нуждаться в перезарядке, и он может быть выполнен с возможностью выполнения множества циклов зарядки и разрядки. Источник питания может иметь емкость, которая обеспечивает возможность накопления достаточного количества энергии для одного или более сеансов использования; например, источник питания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, равного приблизительно шести минутам, что соответствует обычному времени, затрачиваемому на выкуривание обычной сигареты, или в течение периода времени, кратного шести минутам. В другом примере источник питания может обладать достаточной емкостью для обеспечения возможности осуществления предварительно заданного количества затяжек или отдельных активаций нагревательного узла.

Система, генерирующая аэрозоль, может представлять собой или содержать удерживаемую рукой систему, генерирующую аэрозоль. Система, генерирующая аэрозоль, может быть выполнена таким образом, чтобы пользователь имел возможность прилагать всасывающее воздействие на мундштуке для втягивания аэрозоля через отверстие на мундштучном конце. Система, генерирующая аэрозоль, может иметь размер, сравнимый с размером обычной сигары или сигареты. Система, генерирующая аэрозоль, необязательно может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Система, генерирующая аэрозоль, может иметь наружный диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.

Необязательно кожух может быть продолговатым. Кожух может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примеры подходящих материалов включают металлы, сплавы, пластмассы или композитные материалы, содержащие один или более из таких материалов, или термопластичные материалы, подходящие для применения в пищевой или фармацевтической промышленности, например, полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэтилен. Материал может быть легким и нехрупким.

Картридж, блок управления или система, генерирующая аэрозоль, могут содержать детектор затяжки, имеющий связь со схемой управления. Детектор затяжки может быть выполнен с возможностью обнаружения осуществления пользователем затяжки через проход для потока воздуха. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления картридж, блок управления или система, генерирующая аэрозоль, могут содержать датчик температуры, имеющий связь со схемой управления. Картридж, блок управления или система, генерирующая аэрозоль, могут содержать пользовательское средство ввода, такое как переключатель или кнопка. Пользовательское средство ввода может обеспечивать для пользователя возможность включения и выключения системы. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления картридж, блок управления или система, генерирующая аэрозоль, необязательно могут содержать средство индикации для индикации определенного количества текучего субстрата, образующего аэрозоль, находящегося в резервуаре, для пользователя. Схема управления может быть выполнена с возможностью активации средства индикации после определения количества текучего субстрата, образующего аэрозоль, удерживаемого в резервуаре. Средство индикации может необязательно включать одно или более из следующего: световые индикаторы, такие как светодиоды, дисплей, такой как жидкокристаллический дисплей, звуковые средства индикации, такие как динамик или зуммер, и вибрационные средства. Схема управления может быть выполнена с возможностью одного или более из следующего: включения световых индикаторов, отображения количества на дисплее, вывода звуков через динамик или зуммер и обеспечения вибрации вибрационным средством.

Резервуар может удерживать текучий субстрат, образующий аэрозоль, такой как жидкость или гель. В данном документе субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой субстрат, способный выделять летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут высвобождаться путем нагревания субстрата, образующего аэрозоль, с образованием пара. Пар может конденсироваться с образованием аэрозоля. Текучий субстрат, образующий аэрозоль, при комнатной температуре может представлять собой жидкость или содержать ее. Текучий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать как жидкие, так и твердые компоненты. Текучий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин. Содержащий никотин текучий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать матрицу из никотиновой соли. Текучий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Текучий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Текучий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие ароматические соединения табака, которые выделяются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагреве. Текучий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Текучий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал, не содержащий табака. Текучий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения.

Текучий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать одно или более веществ для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля представляет собой любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которые при использовании способствуют образованию плотного и стабильного аэрозоля и являются по существу устойчивыми к термическому разложению при рабочей температуре системы. Примеры подходящих веществ для образования аэрозоля включают глицерин и пропиленгликоль. 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. Текучий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать воду, растворители, этанол, растительные экстракты и натуральные или искусственные ароматизаторы.

Текучий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин и по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля может представлять собой глицерин или пропиленгликоль. Вещество для образования аэрозоля может содержать как глицерин, так и пропиленгликоль. Концентрация никотина в текучем субстрате, образующем аэрозоль, может составлять от приблизительно 0,5% до приблизительно 10%, например, приблизительно 2%.

Во втором аспекте изобретения предложен способ генерирования пара, включающий:

удерживание, посредством резервуара, субстрата, генерирующего аэрозоль, содержащего частицы;

обеспечение нагревательного узла, содержащего:

нагревательный элемент и

капиллярный материал, при этом одна сторона капиллярного материала находится в сообщении по текучей среде с нагревательным элементом, а противоположная сторона капиллярного материала находится в сообщении по текучей среде с резервуаром;

перенос, посредством капиллярного материала, субстрата, генерирующего аэрозоль, к нагревательному элементу за счет капиллярного эффекта;

нагревание посредством нагревательного элемента субстрата, генерирующего аэрозоль, с генерированием пара, и

подавление посредством нагревательного узла пропускания частиц в проход для потока воздуха.

Признаки системы согласно первому аспекту настоящего изобретения могут быть применены ко второму аспекту настоящего изобретения.

Конфигурации изобретения будут далее подробно описаны лишь в качестве примера со ссылками на прилагаемые графические материалы, на которых:

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

на Фиг. 2A представлено схематическое изображение конкретного примера конфигурации системы, генерирующей аэрозоль, показанной на Фиг. 1, в соответствии с настоящим изобретением;

на Фиг. 2B-2F представлены схематические изображения компонентов системы, генерирующей аэрозоль, показанной на Фиг. 2A, в соответствии с настоящим изобретением;

на Фиг. 3A-3C представлены иллюстративные изображения примеров сеток в соответствии с настоящим изобретением;

на Фиг. 4A-4B представлены графики характеристик различных предложенных конфигураций систем, генерирующих аэрозоль, в соответствии с настоящим изобретением;

на Фиг. 5 показана последовательность операций в примере способа в соответствии с настоящим изобретением.

На Фиг. 1 представлено схематическое изображение системы 100, генерирующей аэрозоль (системы, генерирующей пар), в соответствии с настоящим изобретением. Система 100 содержит два основных компонента: картридж 20 и блок 10 управления. Соединительный конец 2 картриджа 20 разъемно соединен с соответствующим соединительным концом 1 блока 10 управления. Блок 10 управления содержит батарею 12, которая в этом примере представляет собой перезаряжаемую литий-ионную батарею, и схему 13 управления. Система 100, генерирующая аэрозоль, является портативной и может иметь размер, сравнимый с размером обычной сигары или сигареты.

Картридж 20 содержит кожух 21, содержащий нагревательный узел 30 и резервуар 24. Текучий субстрат, образующий аэрозоль, удерживается в резервуаре 24 и может содержать такие частицы, как остатки от процесса обработки и подготовки субстрата, или такие, которые могут образовываться после заполнения резервуара 24 субстратом. Нагревательный узел 30 принимает субстрат из резервуара 24 и нагревает субстрат с генерированием пара. Более конкретно, нагревательный узел 30 содержит капиллярный материал 31 и нагревательный элемент 32. Одна сторона капиллярного материала 31 находится в сообщении по текучей среде с резервуаром 24 таким образом, что капиллярный материал 31 принимает субстрат, генерирующий аэрозоль, из резервуара 24 за счет капиллярного эффекта. Противоположная сторона капиллярного материала 31 находится в сообщении по текучей среде с нагревательным элементом 32 с возможностью переноса субстрата, генерирующего аэрозоль, к нагревательному элементу 32. Необязательно капиллярный материал 31 является планарным. В некоторых конфигурациях нагреватель 32 необязательно содержит резистивный нагревательный элемент.

В показанной конфигурации проход 23 для потока воздуха проходит через картридж 20 от впуска 29 для воздуха, вдоль нагревательного узла 30 и через проход 23 через резервуар 24 к отверстию 22 на мундштучном конце в кожухе 21 картриджа. Нагревательный элемент 32 выполнен с возможностью нагревания в нем субстрата, генерирующего аэрозоль, с генерированием пара, который пропускается в проход 23 для потока воздуха. Дополнительно нагревательный узел 30 выполнен с возможностью подавления пропускания частиц в субстрате, генерирующем аэрозоль, в проход 23 для потока воздуха. Например, капиллярный материал 31 может действовать в качестве фильтра, который подавляет пропускание частиц из резервуара 24 в нагревательный элемент 32. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления нагревательный элемент 32 может представлять собой или содержать сетку, которая испаряет субстрат, генерирующий аэрозоль, который она получает посредством капиллярного материала 31, при этом препятствуя пропусканию в проход 23 для потока воздуха любых частиц внутри такого субстрата. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления нагревательный узел 30 может содержать подходящим образом расположенный фильтр (такой как сетка), например, расположенный между резервуаром 24 и капиллярным материалом 31, который подавляет перенос частиц в один или оба из капиллярного материала 31 и нагревательного элемента 32.

Система 100 выполнена таким образом, что пользователь имеет возможность осуществления затяжки или всасывания через отверстие 22 на мундштучном конце картриджа 20 для втягивания аэрозоля в свой рот. В процессе работы, когда пользователь делает затяжку на отверстии 22 на мундштучном конце, воздух втягивается в проход 23 для потока воздуха и через него от впуска 29 для воздуха и вдоль нагревательного узла 30, как показано пунктирной стрелкой на Фиг. 1, к отверстию 22 на мундштучном конце. Схема 13 управления управляет подачей электроэнергии от батареи 12 к картриджу 20 посредством электрических соединений 15 (в блоке 10 управления), соединенных с электрическими соединениями 34 (в картридже 20), когда система активирована. Это, в свою очередь, регулирует количество и свойства пара, создаваемого нагревательным узлом 30. Схема 13 управления может содержать датчик потока воздуха, и схема 13 управления может подавать электропитание на нагревательный узел 30, когда пользователь осуществляет затяжку на картридже 20, что обнаруживается датчиком потока воздуха. Управляющая компоновка данного типа является общепринятой в системах, генерирующих аэрозоль, таких как ингаляторы и электронные сигареты. Таким образом, при осуществлении пользователем затяжки на отверстии 22 на мундштучном конце картриджа 20 нагревательный узел 30 активируется и вырабатывает пар, захватываемый потоком воздуха, проходящим через проход 29 для потока воздуха. Пар по меньшей мере частично охлаждается внутри прохода 23 для потока воздуха с образованием аэрозоля, который затем втягивается в рот пользователя через отверстие 22 на мундштучном конце. Полезно, если нагревательный узел 30 выполнен с возможностью подавления переноса частиц в субстрате, генерирующем аэрозоль, в один или оба из капиллярного материала 31 и нагревательного элемента 32 или через них. Соответственно, нагревательный узел 30 может быть выполнен с возможностью подавлять прикрепление или накопление частиц в порах капиллярного материала 31 и, таким образом, подавлять уменьшение потока через капиллярный материал, которое в противном случае может вызываться таким прикреплением или накоплением. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления нагревательный узел 30 может быть выполнен с возможностью подавлять прикрепление частиц к нагревателю 32 или накопление в нем и, таким образом, препятствовать образованию продуктов термического разложения, которые в противном случае могут образовываться в результате такого прикрепления или накопления. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления нагревательный узел 30 может быть выполнен с возможностью подавлять пропускание частиц через нагреватель 32 и, таким образом, препятствовать попаданию таких частиц в пар и образующийся аэрозоль.

Примеры конфигураций нагревательных узлов, содержащих капиллярные материалы, нагревательные элементы и необязательные фильтры, описаны в других частях данного документа, например, со ссылкой на Фиг. 3A-5D. Например, капиллярный материал необязательно может включать керамику или стекло. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления нагревательный элемент необязательно может содержать металл.

Следует понимать, что нагревательный элемент и капиллярный материал соответственно и независимо могут быть расположены в любой подходящей части системы 100 и в любых подходящих положениях друг относительно друга. Например, в таких конфигурациях, как показано на Фиг. 1, нагревательный элемент 32 может находиться в прямом контакте с капиллярным материалом 31, а в других конфигурациях (не показанных конкретно) нагревательный элемент 32 может быть расположен на расстоянии от капиллярного материала 31. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления как нагревательный элемент 32, так и капиллярный материал 31 могут быть расположены в картридже 20, а в других конфигурациях (не показанных конкретно) нагревательный элемент 32 может быть расположен внутри блока 10 управления, а капиллярный материал 31 может быть расположен внутри картриджа 20. В дополнительных конфигурациях (не показанных конкретно) и нагревательный элемент, и капиллярный материал могут быть расположены внутри блока управления, или нагревательный элемент может быть расположен внутри картриджа, а капиллярный материал может быть расположен внутри блока управления. Независимо от соответствующей части системы, в которой расположены капиллярный материал и нагревательный элемент, капиллярный материал и нагревательный элемент могут в соответствующих случаях находиться в прямом контакте друг с другом или могут быть расположены на расстоянии друг от друга. В конфигурациях, в которых нагревательный узел 30 дополнительно содержит фильтр, который подавляет пропускание частиц в один или более из капиллярного материала 31, нагревательного элемента 32 и прохода 23 для потока воздуха, фильтр может быть расположен в любой подходящей части системы 100. Например, фильтр может контактировать с одним или обоими из капиллярного материала 31 и нагревательного элемента 32.

На Фиг. 2A представлено схематическое изображение конкретного примера конфигурации системы, генерирующей аэрозоль, согласно Фиг. 1, а на Фиг. 2B-2F представлены схематические изображения компонентов системы, генерирующей аэрозоль, согласно Фиг. 2А. Компоненты, показанные на Фиг. 2A-2F, можно соответствующим образом использовать в качестве компонентов системы 100, показанной на Фиг. 1.

Система 200, показанная на Фиг. 2A-2F, содержит два основных компонента: картридж 220 и блок 210 управления. Соединительный конец 202 картриджа 220 разъемно соединен с соответствующим соединительным концом 201 блока 210 управления посредством зажима 224. Блок 210 управления содержит батарею 212, которая в данном примере представляет собой перезаряжаемую литий-ионную батарею, и схему управления (не показанную конкретно, но выполненную аналогично схеме 13 управления, описанной со ссылкой на Фиг. 1), расположенную внутри кожуха 211 и электрически соединенную с батареей 212 посредством соединителя 217. Соединительный элемент 218 и торцевая крышка 219 могут надежно герметизировать батарею 212 в кожухе 211. Переключатель 216, соединенный со схемой управления, позволяет пользователю включать и выключать систему 200. Система 800, генерирующая аэрозоль, является портативной и может иметь размер, сравнимый с размером обычной сигары или сигареты.

Картридж 220 содержит кожух 221, который содержит резервуар (не показанный конкретно, но выполненный аналогично резервуару 24, описанному со ссылкой на Фиг. 1). Текучий субстрат, образующий аэрозоль, удерживается в резервуаре и может содержать такие частицы, как остатки от процесса обработки и подготовки субстрата, или такие, которые могут образовываться после заполнения резервуара субстратом. Картридж 220 дополнительно содержит соединение 240 с уплотнением, уплотнительный язычок 241 и нагревательный узел 230. Нагревательный узел 230 соединен с кожухом 221 посредством соединения 240 с уплотнением, и необязательный уплотнительный язычок 241 блокирует поток субстрата из резервуара внутри кожуха 221 до тех пор, пока он не будет извлечен пользователем (например, путем вытягивания).

Нагревательный узел 230 получает субстрат из резервуара внутри кожуха 221 (например, после удаления уплотнительного язычка 241) и нагревает субстрат с генерированием пара, при этом подавляя пропускание частиц из резервуара в канал 223 для потока воздуха. Более конкретно, нагревательный узел 230 включает нагревательный блок 233, содержащий нагревательный элемент 232, расположенный в нем, капиллярный материал 231, расположенный рядом с нагревательным элементом 232, впитывающий материал 235, сообщающийся по текучей среде с резервуаром посредством каналов 228 для текучей среды, необязательный фильтр 234, расположенный между капиллярным материалом 231 и впитывающим материалом 235, и крышку 236 узла. Одна сторона капиллярного материала 231 находится в сообщении по текучей среде с резервуаром, например, посредством необязательного фильтра 234, впитывающего материала 235 и каналов 228 для текучей среды, так что капиллярный материал 231 получает субстрат, генерирующий аэрозоль, за счет капиллярного эффекта. Противоположная сторона капиллярного материала 231 находится в сообщении по текучей среде с нагревательным элементом 232 с возможностью переноса субстрата, генерирующего аэрозоль, к нагревательному элементу 232. Необязательно капиллярный материал 231 является планарным. В некоторых конфигурациях нагревательный элемент 232 необязательно содержит резистивный нагревательный элемент. Необязательно нагревательный элемент 232 содержит сетчатый нагревательный элемент, выполненный из множества нитей. Подробности конструкции этого типа нагревательного элемента можно найти, например, в WO2015/117702. Впитывающий материал 235 может быть выполнен аналогично любому из капиллярных материалов, описанных в данном документе, и может быть, но необязательно, выполнен с возможностью подавления переноса частиц к нагревательному элементу 232.

В показанной конфигурации проход 223 для потока воздуха проходит через картридж 220 от впуска 229 для воздуха, вдоль нагревательного узла 230, где пар захватывается потоком воздуха, и через проход (не показан конкретно) в кожухе 221 картриджа к отверстию 222 на мундштучном конце. Нагревательный элемент 232 выполнен с возможностью нагревания в нем субстрата, генерирующего аэрозоль, с генерированием пара, который пропускается в проход 223 для потока воздуха. Дополнительно нагревательный узел 230 выполнен с возможностью подавления пропускания частиц в субстрате, генерирующем аэрозоль, в проход 223 для потока воздуха. Например, капиллярный материал 231 может действовать в качестве фильтра, который подавляет пропускание частиц из резервуара к нагревательному элементу 232. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления нагревательный элемент 232 может представлять собой или содержать сетку, которая испаряет субстрат, генерирующий аэрозоль, который она получает посредством капиллярного материала 231, при этом препятствуя пропусканию в проход 223 для потока воздуха любых частиц внутри такого субстрата. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления нагревательный узел 230 необязательно может содержать фильтр 234 (такой как сетка), например, расположенный в любом подходящем месте между резервуаром и капиллярным материалом 231, который подавляет перенос частиц в один или оба из капиллярного материала 231 и нагревательного элемента 232. Систему 200 можно использовать аналогично системе 100, описанной со ссылкой на Фиг. 1.

Полезно, если нагревательный узел 230 выполнен с возможностью подавления переноса частиц в субстрате, генерирующем аэрозоль, в один или оба из капиллярного материала 231 и нагревательного элемента 232 или через них. Соответственно, нагревательный узел 230 может быть выполнен с возможностью подавлять прикрепление или накопление частиц в порах капиллярного материала 231 и, таким образом, подавлять уменьшение потока через капиллярный материал, которое в противном случае может вызываться таким прикреплением или накоплением. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления нагревательный узел 230 может быть выполнен с возможностью подавлять прикрепление частиц к нагревателю 232 или накопление в нем и, таким образом, препятствовать образованию продуктов термического разложения, которые в противном случае могут образовываться в результате такого прикрепления или накопления. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления нагревательный узел 230 может быть выполнен с возможностью подавлять пропускание частиц через нагреватель 232 и, таким образом, препятствовать попаданию таких частиц в пар и образующийся аэрозоль.

Капиллярный материал 231, нагревательный элемент 232 и необязательный фильтр 234 независимо могут включать любые подходящие материалы или комбинации материалов и любую подходящую конфигурацию, которые позволяют нагревательному элементу 232 нагревать субстрат, генерирующий аэрозоль, достаточно для генерирования пара, при этом подавляя пропускание частиц из субстрата, генерирующего аэрозоль, в этот пар. Например, один или более из капиллярного материала 331, нагревательного элемента 232 и необязательного фильтра 234 необязательно могут содержать пористую керамику или синтетический материал. Примеры пористой керамики, подходящей для применения в одном или более из капиллярного материала 231, нагревательного элемента 232 и необязательного фильтра 234, включают Al₂O₃ или AlN. Примеры синтетических материалов, подходящих для применения в одном или более из капиллярного материала 231, нагревательного элемента 232 и необязательного фильтра 234, включают ацетилцеллюлозу, нитроцеллюлозу (коллодион), полиамид (нейлон), полипропилен, поликарбонат (Nuclepore, нуклепор) и политетрафторэтилен (Teflon, тефлон). В некоторых конфигурациях один или более из капиллярного материала 231, нагревательного элемента 232 и необязательного фильтра 234 содержат сложную сеть тонких, сообщающихся каналов. В некоторых конфигурациях один или более из капиллярного материала 231, нагревательного элемента 232 и необязательного фильтра 234 содержат приблизительно цилиндрические поры с приблизительно одинаковым диаметром, которые проходят непосредственно через них, такие как поликарбонатные фильтры (Nuclepore, нуклепор).

Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления один или более из капиллярного материала 331, нагревательного элемента 232 и необязательного фильтра 234 необязательно могут иметь пористость 40-60%. Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления один или более из капиллярного материала 331, нагревательного элемента 232 и необязательного фильтра 234 необязательно могут иметь средний диаметр пор, составляющий 1-2 мкм. Дополнительно поры одного или более из капиллярного материала 331, нагревательного элемента 232 и необязательного фильтра 234 могут иметь любую подходящую конфигурацию. Например, поры необязательно могут включать сеть сообщающихся пор или могут содержать отверстия, образованные внутри соответствующего элемента, или могут включать как такую сеть, так и такие отверстия.

Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления один или более из капиллярного материала 331, нагревательного элемента 232 и необязательного фильтра 234 могут содержать сетку, которая может содержать один или более слоев сетки. Необязательно сетка образована из проволоки, имеющей диаметр приблизительно от 10 до 100 мкм. Сетка может содержать отверстия с диаметром от 0 до 200 мкм, например, от 0 до 100 мкм, или от 0 до 10 мкм, или от 0 до 1 мкм, или от 0 до 0,1 мкм, или от 0 до 0,05 мкм, или приблизительно 0 мкм. Сетка, имеющая нулевой размер отверстий (отверстие 0 мкм) может содержать проходы между проволоками, которые соответствуют порядку пластичной деформации проволок, например, 2-3% или приблизительно 2%. Для примера, в сетке, образованной с применением проволок размером 17 мкм, проходы вокруг проволок могут иметь размер приблизительно 0,5 мкм. В конфигурациях, включающих множество сеток, сетки могут быть расположены параллельно друг другу и необязательно могут быть расположены на расстоянии друг от друга. Сетки множества могут отличаться друг от друга. Например, сетки могут включать первую сетку с первым размером отверстий и вторую сетку с относительно меньшим размером отверстий, причем вторая сетка расположена ближе к нагревательному элементу 232, чем первая сетка. Сетки могут включать более двух различных сеток, расположенных таким образом.

Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления сетка может быть образована из антикоррозийного материала, такого как нержавеющая сталь, что будет преимуществом. 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.

Дополнительно или в альтернативном варианте осуществления, в тех конфигурациях, в которых сетка образована из множества нитей, нити могут необязательно 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.

Например, на Фиг. 3A-3C представлены изображения примеров сеток, которые необязательно могут быть включены в или выполнены как один или более из капиллярного материала 331, нагревательного элемента 232 и необязательного фильтра 234. Сетка, показанная на Фиг. 3A, имеет диаметр проволоки 17 мкм и отверстие приблизительно 60 мкм, что обеспечивает относительно большие промежутки, которые могут обеспечивать возможность переноса через них относительно больших частиц, если такие частицы присутствуют в субстрате, генерирующем аэрозоль; таким образом, нагревательный узел предпочтительно выполнен с возможностью подавления переноса таких частиц к нагревательному элементу. Сетка, показанная на Фиг. 3B-3C, которая на Фиг. 3B показана с тем же увеличением, что и на Фиг. 3A, а на Фиг. 3C показана с большим увеличением, имеет диаметр проволоки 17 мкм и нулевое отверстие (0 мкм), что обеспечивает значительно меньшие отверстия, которые могут подавлять перенос через них частиц в широком диапазоне размеров, включая относительно маленькие частицы, например, частицы, большие, чем проходы вокруг проволок, которые, как указано в другой части данного документа, составляют приблизительно 0,5 мкм и определяются пластической деформацией проволок в плетении; соответственно, отдельный компонент нагревательного узла не обязательно должен быть выполнен с возможностью подавлять перенос таких частиц к нагревательному элементу, поскольку сетка может осуществлять такое подавление. В одной неограничивающей конфигурации сетка может использоваться как нагревательный элемент, например, как нагревательный элемент 32 системы 100, показанной на Фиг. 1, или как нагревательный элемент 232 системы 200, показанной на Фиг. 2A-2F, который выполнен из плотной сетки с отверстиями, которые меньше частиц, подлежащих удалению, без открытого пространства между проволоками (что является иллюстрацией сетки с нулевым отверстием), или содержит такую сетку. Высокая плотность такой сетки не обязательно будет влиять на скорость, с которой испаряется субстрат, генерирующий аэрозоль, поскольку пар может диффундировать (проходить) между проволоками, тогда как проникновение твердых частиц или их агломератов в проход для потока воздуха и, таким образом, в аэрозоль, подавляется.

В некоторых конфигурациях нагревательный элемент 232 и необязательный фильтр 234 образованы из сеток. Сетка фильтра 234 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 232 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. 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.

На Фиг. 4A-4B представлены графики характеристик различных конфигураций систем, генерирующих аэрозоль, в соответствии с настоящим изобретением. Более конкретно, на Фиг. 4A-4B показаны испытания ASM (испытания в ускоренном режиме) системы, содержащей нагреватель с плотной сеткой из 16 микронной проволоки 304 марки AISI, имеющей нулевой размер отверстий, в сравнении с нагревателем, характеризующимся диаметром 16 микрон и размером отверстий 50 микрон. В тестах, показанных на Фиг. 4A, массу аэрозоля на затяжку (первый график) измеряли при подаваемой мощности 6 Вт, трехсекундной затяжке объемом 55 мл, и промежутке между затяжками, равном 27 секунд. Испытание, показанное на Фиг. 4B, соответствует электрическому сопротивлению сетчатого нагревателя во время затяжки. Сопротивление пропорционально температуре, и плоская часть профилей сопротивления указывала на то, что температура нагревателя стабильна при достаточной подаче жидкости на сетку. Из Фиг. 4A-4B можно понять, что применение сетки с нулевым отверстием не оказывает негативного влияния на эффективность.

Обращаясь вновь к Фиг. 2A-2F, картридж 220 может быть собран путем формования сперва опорной конструкции вокруг нагревательного элемента 232. Собранный таким образом нагревательный блок 233 может включать нагревательный элемент 232, такой как сетчатый нагреватель, прикрепленный к паре контактных площадок (не показаны конкретно), содержащих, например, олово или другой подходящий материал, имеющий меньшее электрическое сопротивление, чем нагревательный элемент 232. Далее нагревательный блок 233 может быть прикреплен к соединению 240 с уплотнением, например, с помощью сварки или клея, необязательно с расположенным между ними уплотнительным язычком 241. Капиллярный материал 231 может быть вставлен в нагревательный блок 233 смежно с нагревательным элементом 232, необязательный фильтр 234 может быть вставлен в нагревательный блок 233 смежно с капиллярным материалом 231, и впитывающий материал 235 может быть вставлен в нагревательный блок 233 смежно с необязательным фильтром 234 (если он предусмотрен) или смежно с капиллярным материалом 231 (если необязательный фильтр 234 не предусмотрен). Следует отметить, что необязательный фильтр 234, если предусмотрен, может быть расположен в любом подходящем месте в системе 200. Например, впитывающий материал 235 может быть вставлен в нагревательный блок 233 смежно с капиллярным материалом 231, и фильтр 234 может быть вставлен в нагревательный блок 233 смежно с впитывающим материалом 235, таким образом, что впитывающий материал 235 отделяет капиллярный материал 231 от необязательного фильтра 234. Затем крышку 236 узла прикрепляют к нагревательному блоку 233. Следует отметить, что компоненты картриджа 220 могут быть собраны в любом подходящем порядке и в любой подходящей компоновке.

Далее вкратце будет описан пример порядка работы системы 100. Сначала включают систему с помощью переключателя на блоке 10 управления (не показан на Фиг. 1). Система может содержать датчик потока воздуха, сообщающийся по текучей среде с проходом для потока воздуха, и она может быть активирована затяжками. Это означает, что схема 13 управления выполнена с возможностью подачи питания на нагревательный узел 30 на основании сигналов от датчика потока воздуха. Если пользователь хочет вдохнуть аэрозоль, он осуществляет затяжку через отверстие 22 на мундштучном конце системы. В альтернативном варианте осуществления подача питания на нагревательный узел 30 может быть основана на активации переключателя пользователем. При подаче питания на нагревательный узел 30 этот нагревательный узел 32 нагревается до температуры выше температуры испарения текучего субстрата, образующего аэрозоль. За счет этого субстрат, генерирующий аэрозоль, испаряется и выходит в проход 23 для потока воздуха, а пропускание частиц в субстрате, генерирующем аэрозоль, подавляется нагревательным узлом 30. Смесь воздуха, втягиваемого через впуск 29 для воздуха, и пара от нагревательного элемента 32 втягивается через проход 23 для потока воздуха в направлении отверстия 22 на мундштучном конце. При перемещении через проход 23 для потока воздуха пар по меньшей мере частично охлаждается с образованием аэрозоля, который по существу не содержит твердых частиц и по существу не содержит продуктов разложения таких частиц, и который затем втягивается в рот пользователя. В момент окончания осуществления затяжки пользователем или по истечении установленного периода времени прерывается подача питания на нагревательный узел 30, и нагреватель снова охлаждается перед следующей затяжкой. Следует понимать, что аналогичная последовательность операций в соответствующих случаях может быть осуществлена с помощью системы 200, показанной на Фиг. 2A-2F.

На Фиг. 5 показана последовательность операций в примере способа 500. Хотя операции способа 500 описаны со ссылкой на элементы систем 100, 200, следует понимать, что операции могут быть реализованы любыми другими выполненными соответствующим образом системами.

Способ 500 включает удерживание, посредством резервуара, субстрата, генерирующего аэрозоль, содержащего частицы (51). Например, субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой или содержать жидкость или гель и может удерживаться внутри резервуара, выполненного аналогично резервуару 24, показанному на Фиг. 1, или резервуара, выполненного аналогично резервуару, описанному со ссылкой на Фиг. 2A-2F. Частицы могут быть остатками от получения или обработки субстрата, генерирующего аэрозоль, или могут образовываться в резервуаре.

Способ 500, показанный на Фиг. 5, также включает обеспечение нагревательного узла, содержащего нагревательный элемент и капиллярный материал (52). Примеры конфигураций нагревательных узлов, которые включают нагревательные элементы, капиллярные материалы и необязательные фильтры, описаны выше со ссылкой на Фиг. 1, 2A-2F и 3A-3C. В некоторых конфигурациях нагревательный элемент и капиллярный материал являются смежными друг с другом.

Способ 500, показанный на Фиг. 5, также включает перенос, посредством капиллярного материала, субстрата, генерирующего аэрозоль, к нагревательному элементу за счет капиллярного эффекта (53). Например, капиллярный материал может находиться в сообщении по текучей среде с резервуаром посредством одного или более каналов для текучей среды или посредством впитывающего материала, или и того, и другого, например, как описано со ссылкой на Фиг. 1 и 2A-2F. Капиллярный материал может иметь любую подходящую конфигурацию пор, которая может втягивать и принимать субстрат и транспортировать субстрат к нагревательному элементу за счет капиллярного эффекта, например, как описано со ссылкой на Фиг. 1 и 2A-2F.

Способ 500, показанный на Фиг. 5, также включает нагревание посредством нагревательного элемента субстрата, генерирующего аэрозоль, с генерированием пара (54). Например, нагревательный элемент соответственно может нагревать субстрат, генерирующий аэрозоль, с генерированием пара, как описано со ссылкой на нагревательный элемент 32 на Фиг. 1, или как описано со ссылкой на нагревательный элемент 232 на Фиг. 2A-2F, 3A-3C или 4A-4B. Образующийся таким образом пар может конденсироваться в аэрозоль в проходе для потока воздуха.

Способ 500, показанный на Фиг. 5, также включает подавление посредством нагревательного узла пропускания частиц в канал (55) для потока воздуха. Например, любой подходящий компонент нагревательного узла, такой как один или более из нагревательного элемента, капиллярного материала или необязательного фильтра, например, описанных со ссылкой на Фиг. 1, 2A-2F или 3A-3C, может блокировать пропускание частиц в субстрате, генерирующем аэрозоль, к нагревательному элементу или через него.

Хотя некоторые конфигурации настоящего изобретения были описаны по отношению к системе, содержащей блок управления и отдельный, но выполненный с возможностью присоединения картридж, следует понимать, что элементы могут быть в соответствующих случаях представлены в цельной системе, генерирующей аэрозоль.

Также следует понимать, что возможны альтернативные геометрические параметры в рамках объема настоящего изобретения. В частности, картридж и блок управления и любые их компоненты могут иметь другую форму и конфигурацию.

Система, генерирующая аэрозоль, имеющая описанную конструкцию, обладает рядом преимуществ. Возможность попадания твердых частиц или продуктов их термического разложения в субстрате, генерирующем аэрозоль, в аэрозоль и, таким образом, вдыхание их пользователем можно уменьшить путем подавления переноса таких частиц в проход для потока воздуха. Возможность повреждения твердыми частицами в субстрате, генерирующем аэрозоль, системы, например, в результате прикрепления к капиллярному материалу и накопления в нем со снижением потока субстрата к нагревательному элементу, значительно снижается. Конструкция является надежной и недорогой, она может улучшить впечатления пользователей и продлить срок службы системы.

Группа изобретений относится к устройствам, генерирующим аэрозоль. Система содержит кожух, содержащий впуск для воздуха, выпуск для воздуха и проход для потока воздуха между ними, резервуар, удерживающий субстрат, генерирующий аэрозоль, и нагревательный узел, содержащий нагревательный элемент и капиллярный материал. Одна сторона капиллярного материала находится в сообщении по текучей среде с нагревательным элементом, а его противоположная сторона находится в сообщении по текучей среде с резервуаром таким образом, чтобы переносить субстрат, образующий аэрозоль, к нагревательному элементу. Нагревательный элемент выполнен с возможностью нагревания субстрата, генерирующего аэрозоль, с генерированием пара и содержит по меньшей мере одну сетку. Сетка имеет нулевой размер отверстий, так что при проецировании проволок или нитей сетки по линии, перпендикулярной по отношению к сетке, на двумерную плоскость, между двумерными проекциями проволок или нитей нет видимых промежутков, чтобы подавлять пропускание частиц в субстрате, генерирующем аэрозоль, в проход для потока воздуха. Повышается эффективность нагрева и образования аэрозоля за счет подавления пропускания частиц в элемент, генерирующий аэрозоль. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Система, генерирующая пар, содержащая:

кожух, содержащий впуск для воздуха, выпуск для воздуха и проход для потока воздуха, проходящий между ними;

резервуар, удерживающий субстрат, генерирующий аэрозоль; и

нагревательный узел, содержащий:

нагревательный элемент; и

капиллярный материал, при этом одна сторона капиллярного материала находится в сообщении по текучей среде с нагревательным элементом, а противоположная сторона капиллярного материала находится в сообщении по текучей среде с резервуаром таким образом, чтобы переносить субстрат, образующий аэрозоль, к нагревательному элементу за счет капиллярного эффекта,

при этом нагревательный элемент выполнен с возможностью нагревания субстрата, генерирующего аэрозоль, с генерированием пара и

при этом нагревательный узел содержит по меньшей мере одну сетку, причем указанная по меньшей мере одна сетка имеет нулевой размер отверстий, так что при проецировании проволок или нитей сетки по линии, перпендикулярной по отношению к сетке, на двумерную плоскость, между двумерными проекциями проволок или нитей нет видимых промежутков, чтобы подавлять пропускание частиц в субстрате, генерирующем аэрозоль, в проход для потока воздуха.

2. Система, генерирующая пар, по п. 1, отличающаяся тем, что указанная по меньшей мере одна сетка представляет собой одно или более из, или входит в качестве части в одно или более из нагревательного элемента, или капиллярного материала.

3. Система, генерирующая пар, по любому из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что нагревательный элемент содержит резистивный нагревательный элемент.

4. Система, генерирующая пар, по п. 3, отличающаяся тем, что указанная по меньшей мере одна сетка включает в себя первую сетку, при этом нагревательный элемент представляет собой или содержит указанную первую сетку.

5. Система, генерирующая пар, по п. 4, отличающаяся тем, что первая сетка имеет размер отверстий, меньший, чем размер частиц.

6. Система, генерирующая пар, по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что нагревательный узел дополнительно содержит фильтр, при этом по меньшей мере одна сетка представляет собой фильтр или является его частью.

7. Система, генерирующая пар, по п. 6, отличающаяся тем, что фильтр расположен между резервуаром и капиллярным материалом.

8. Система, генерирующая пар, по любому из пп. 6, 7, отличающаяся тем, что указанная по меньшей мере одна сетка включает в себя вторую сетку, причем указанный фильтр представляет собой или содержит указанную вторую сетку.

9. Система, генерирующая пар, по любому из пп. 6, 7, отличающаяся тем, что фильтр содержит керамический элемент, содержащий поры.

10. Система, генерирующая пар, по п. 9, отличающаяся тем, что поры содержат сеть открытых, сообщающихся пор.

11. Система, генерирующая пар, по любому из пп. 9, 10, отличающаяся тем, что керамический элемент содержит Al₂O₃ или AlN.

12. Система, генерирующая пар, по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что по меньшей мере один компонент нагревательного узла имеет пористость от 40% до 60%.

13. Система, генерирующая пар, по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что по меньшей мере один компонент нагревательного узла имеет отверстия со средним диаметром от 1 мкм до 2 мкм.

14. Система, генерирующая аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что субстрат, генерирующий аэрозоль, содержит никотин.

15. Система, генерирующая пар, по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая картридж и мундштук, выполненный с возможностью присоединения к картриджу, при этом картридж содержит по меньшей мере одно из резервуара и нагревательного узла.

16. Система, генерирующая пар, по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что пар по меньшей мере частично конденсируется в аэрозоль в канале для потока воздуха.

17. Способ генерирования пара, причем указанный способ включает в себя этапы, на которых:

удерживают субстрат, генерирующий аэрозоль, при помощи резервуара;

обеспечивают нагревательный узел, содержащий:

нагревательный элемент; и

капиллярный материал, при этом одна сторона капиллярного материала находится в сообщении по текучей среде с нагревательным элементом, а противоположная сторона капиллярного материала находится в сообщении по текучей среде с резервуаром;

переносят субстрат, генерирующий аэрозоль, к нагревательному элементу посредством капиллярного материала за счет капиллярного эффекта;

нагревают посредством нагревательного элемента субстрат, генерирующий аэрозоль, для генерирования пара, и

подавляют пропускание частиц в субстрате, генерирующем аэрозоль, в проход для потока воздуха посредством нагревательного узла, причем нагревательный узел содержит по меньшей мере одну сетку, и при этом указанная по меньшей мере одна сетка имеет нулевой размер отверстий, тем самым при проецировании проволок или нитей сетки по линии, перпендикулярной по отношению к сетке, на двумерную плоскость, между двумерными проекциями проволок или нитей нет видимых промежутков.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что указанная по меньшей мере одна сетка представляет собой одно или более из, или входит в качестве части в одно или более из нагревательного элемента или капиллярного материала.

19. Способ по любому из пп. 17, 18, отличающийся тем, что нагревательный узел дополнительно содержит фильтр, при этом по меньшей мере одна сетка представляет собой фильтр или является его частью.