УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА СТИКА И СПОСОБ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 2024 года по МПК A24F40/46 

Изобретение относится к области курительных принадлежностей, в частности конструкциям электронагревательных средств курительных устройств с электрическим приводом.

С целью обеспечения достаточности раскрытия изобретения и обеспечения возможности проведения информационного поиска в отношении заявляемого технического решения ниже приведен перечень терминов, используемых в описании заявляемого изобретения.

Стик - стержень из спрессованного табака, заменителя табака или его производных (восстановленный или разрыхленный табак) или его заменителей, обернутый специальной бумагой и снабженный мундштуком, предназначенный для использования в электронагревательных средствах курительных устройств. Также дополнительно может включать ламинаризатор-охладитель, фильтр и другие элементы.

Приемная гильза - элемент нагревательного средства курительного устройства, предназначенный для закрепления стика внутри курительного устройства и последующего нагрева стержня стика.

Ламинаризатор воздушного потока - элемент нагревательного средства курительного устройства, предназначенный для обеспечения равномерного прохождения воздушного потока сквозь стик.

Нагреватель (нагревательный элемент) - элемент нагревательного средства курительного устройства, предназначенный для нагрева стика и проходящего сквозь него воздуха до температуры, требуемой для выпаривания из стика эфирных веществ и/или никотина.

Пользователь - лицо, осуществляющее процесс курения стика с помощью курительного устройства.

Электрический привод - электрическая система, служащая для привода в движение функциональных органов устройства для выполнения определенного технологического процесса, в частности нагревания.

Уровень техники

В курительных изделиях, например, таких как сигареты и сигары, в процессе использования для создания табачного дыма сжигают табак. Процесс горения продуцирует выработку вредных веществ, попадающих в организм курящего.

С целью минимизации вреда здоровью курящего, предпринимались попытки создания альтернативы этим курительным изделиям в виде продуктов, осуществляющих передачу никотина в отсутствие процесса горения и без создания табачного дыма. Примерами таких продуктов являются электрические курительные устройства класса «HNB» (Heat not burn - англ. «нагревать, не зажигать») - устройства, которые осуществляют подачу никотин-содержащего аэрозоля, получаемого с помощью нагрева табака или его заменителя, а не сжигания.

Из уровня техники известны электрические устройства для генерирования и доставки никотин-содержащих аэрозолей пользователю, а также эфирных веществ, содержащих заменители никотина. Такие устройства содержат нагреватель и один или несколько входов для ввода воздуха в устройство. Важными пользовательскими свойствами таких устройств является достаточная, но не чрезмерная температура воздуха, подаваемого в стик, отсутствие возможности возгорания стика, а также длительность эксплуатации курительного устройства на одном заряде аккумулятора курительного устройства.

Большинство существующих устройств для нагрева табака не являются энергоэффективными в достаточной мере. Низкая энергоэффективность известных устройств обусловлена тем, что часть тепла, исходящего от нагревателя курительного устройства не применяется для подогрева табачного стика или проходящего сквозь него воздуха, а создает побочный (паразитный) нагрев корпуса всего устройства, после чего тепло рассеивается в окружающем пространстве.

В ходе патентного поиска были обнаружены документы, определяющие уровень техники и не считающиеся особо релевантным по отношению к заявленному изобретению, например:

«Бесконтактное нагревательное устройство без горения» (патент ЕР 3970540 А1, приоритет от 23.03.2022) - в данном техническом решении в отличие от заявляемого технического решения предусмотрено применение одного керамического нагревателя с пористой структурой, тогда как в заявляемом техническом решении используется несколько нагревателей.

«Интеллектуальное равномерное нагревательное устройство для негорючего нагреваемого табака» (патент JP 6969036 В2, приоритет от 24.11.2021) - ключевыми отличиями данного технического решения от заявленного технического решения является использование трех камер нагрева вместо двух, а также использование нагревательного стержня, которое может привести к возгоранию табака.

«Картриджный узел с вентиляционным воздушным потоком» (патент РФ №2769066, 28.03.2022) - заявляемое техническое решение представляет собой нагреватель, тогда как данное запатентованное техническое решение представляет собой картриджный узел с мундштуком. В данном устройстве фактически реализована одна камера нагрева и один нагреватель, в отличие от заявленного технического решения, где реализованы два нагревателя и фактически две камеры нагрева.

«Нагревание курительного материала», (патент РФ №2766196, приоритет от 09.02.2022) - в отличие от заявляемого технического решения в данной системе используется один нагреватель и одна камера нагрева курительного материала, разделенная на зоны нагрева, тогда как в заявляемом техническом решении используется несколько камер нагрева стика и несколько нагревателей.

«Набор для курения, обеспечивающий линеарный поток», (патент CN210901374U, приоритет от 03.07.2020) - данное техническое решение представляет собой не сам по себе нагреватель для стика, а полное устройство для курения, включающее корпус, устройство электропитания, отличающийся наличием прямого канала для хода воздуха.

«Атомайзер и электронная сигарета из него» (патент US 11147314 В2, приоритет от 08.09.2016) - данное техническое решение хоть и содержит некоторые общие принципы работы в виде использования двухкамерного нагрева воздуха, но в целом представляет собой устройство другого типа. В частности, в данном патенте описывается атомайзер, предназначенный для создания аэрозоля из хранящейся в нем же жидкости, тогда как заявляемое техническое решение предназначено для нагрева стиков.

Вышеуказанные технические решения, как и заявляемое изобретение, предназначены для нагрева стика без возгорания табака, однако существенно отличаются особенностями реализации: наличием и количеством нагревателей, их типами, наличием и количеством нагревательных камер и способом их сообщения между собой, а также другими особенностями.

В качестве прототипа заявляемого изобретения можно рассматривать техническое решение, раскрытое в публикации US 7506187 B2 «Нагревающее аэрозольно-генерирующее изделие с нагревающей концевой деталью» (патент US 11178898 B2, приоритет 13.10.2016).

Техническое решение, представленное в публикации US 7506187 B2, описывает нагревающее аэрозоль-генерирующее изделие для использования с аэрозоль-генерирующим устройством, содержащим нагревательный элемент в виде стержня, мундштуковый фильтр и аэрозоль-образующий субстрат, при этом дистальный конец нагретого аэрозоль-генерирующего изделия охватывается негорючим теплопроводящим материалом.

В отличие от вышеуказанного прототипа в заявленном техническом решении сусцепторный элемент нагревателя в виде стержня, проникающего внутрь стика, не используется. Напротив, в заявленном техническом решении исключается контакт нагревательного элемента с табачным изделием с целью осуществления процесса нагрева и недопущении горения стержня стика. Также в вышеуказанном техническом решении применен один нагреватель, тогда как в заявленном техническом решении используется большее количество нагревателей. Такой нагрев позволяет обеспечить последовательный нагрев воздуха, проходящего сквозь стик.

Техническая задача, для решения которой предназначено настоящее изобретение, заключается в увеличении количества циклов эксплуатации (нагревов) стиков на одном заряде аккумулятора электрического курительного устройства, а также повышения пользовательских свойств такого устройства за счет обеспечения более равномерной подачи температурно-однородного никотин-содержащего аэрозоля пользователю.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении энергоэффективности нагрева стика в курительном устройстве до температуры, при которой происходит выделение аэрозоля, содержащего никотин и/или эфирные вещества и равномерная подача полученного температурно-однородного аэрозоля пользователю.

Заявленный технический результат достигается при использовании заявляемого устройства для нагрева стика в электронном курительном устройстве за счет последовательного нагрева воздуха, поступающего в устройство для нагрева стика и проходящего сквозь стик за счет использования паразитного тепла, выделяемого наружной поверхностью нагревателя, для предварительного нагрева воздуха, подаваемого к стику.

Раскрытие изобретения

Для решения поставленной задачи и достижения вышеуказанного технического результата предлагается устройство для нагрева стика.

Изобретение раскрывается и поясняется на следующих чертежах:

Фиг. 1 - Общая схема устройства для нагрева стика

Фиг. 2 - Схема движения потока воздуха внутри устройства для нагрева стика.

Заявленное устройство для нагрева табака изображено на фиг. 1. Устройство содержит корпус 5, внутри которого размещены нагреватели 10 и 11, приемная гильза 3, ламинаризатор воздушного потока 4, внутри корпуса расположена трубка с наружной винтовой спиралью 6, один из нагревателей расположен между приемной гильзой 3 и трубкой с наружной винтовой спиралью 6, а другой нагреватель 11 примыкает к ламинаризатору воздушного потока 4.

Корпус устройства с двух сторон закрыт крышками. В одной крышке выполнены отверстие для установки стика 8 с уплотнителями 1, предназначенными для закрепления стика внутри гильзы 3. Также в крышке выполнены отверстия для забора воздуха 2. В другой крышке 13, расположенной со стороны, которой устройство для нагрева табака присоединяется к курительному устройству, установлены уплотнители 7, через которые проходят провода питания нагревателей и датчиков температуры, предназначенные для подключения к курительному устройству.

Приемная гильза 3 в пресечении с ламинаризатором воздушного потока 4 образует полость для установки стика 8. При этом с одной стороны приемная гильза 3 открыта, а с другой стороны гильза 3 закрыта ламинаризатором воздушного потока 4, за которым расположен нагреватель 11.

Нагреватель 10 внешней поверхности стика расположен между гильзой 3 и наружной металлической трубкой 6 с наружной винтовой спиралью. Данный нагреватель 10 может быть выполнен кольцевым. Также в одном из вариантов исполнения устройства вместо одного кольцевого нагревателя могут быть использованы два полукольцевых нагревателя, также возможно исполнение с более дробным разделением нагревательного кольца на три и более нагревателя. Расположение кольцевого нагревателя между гильзой и спиральным каналом обеспечивает возможность применения паразитного тепла, исходящего от нагревателя во внешнюю среду для предварительного подогрева воздуха, проходящего через спиральный канал к стику.

Между корпусом и нагревателями 1 и 2 расположена трубка с наружной винтовой спиралью 6. Трубка расположена таким образом, что зазор между трубкой и корпусом образует спиральный воздушный канал 9.

Трубка непосредственно контактирует с наружной поверхностью нагревателей 10 и 11. Контакт нагревателей 10 и 11 с трубкой позволяет максимально эффективно использовать паразитное тепло нагревателей 10 и 11. Таким образом, воздух, проходящий через спиральный канал, сначала подогревается за счет тепла от наружной части нагревателей, после чего доводится до необходимой температуры, проходя через внутреннюю часть нагревателя 11 и получая тепло непосредственно у спирали нагревателя 11. Нагреватель 11 представляет собой спиральный нагреватель, закрепленный внутри заявленного устройства с помощью втулки 12.

Наружная винтовая спираль может быть выполнена с переменным шагом, что позволяет обеспечить последовательное изменение скорости прохождения воздуха сквозь спиральный канал, и, как следствие, обеспечить постепенный нагрев проходящего сквозь спиральный канал воздуха за счет изменения времени воздействия излучаемого тепла от нагревателей на воздух, проходящий сквозь спиральный воздушный канал. Таким образом достигается равномерный прогрева воздуха, проходящего через устройство: на входе устройства, где температура спирального канала ниже воздух двигается медленнее и время прогрева увеличивается, тогда как проходя вдоль наружной поверхности второго нагревателя, воздух двигается быстрее, так как температура второго нагревателя выше, а соответственно и время на нагрев требуется меньше.

В результате воздух, проходящий по спиральному каналу при осуществлении процесса курения пользователем, с одной стороны препятствует передаче тепла от нагревателей 1 и 2 к корпусу устройства, с другой стороны предварительно подогревается, и попадает в нагреватель 11 уже подогретым, что снижает энергозатраты на дальнейший его подогрев до нужной температуры. Это обеспечивает более равномерное распределение тепла по устройству и плавный прогрев воздуха без резких перепадов температуры.

Использование металлической трубки с наружной винтовой спиралью позволяет равномерно распределить паразитное тепло от нагревателей 1 и 2 по всей длине спирального воздушного канала, образованного между трубкой, спиралью и корпусом устройства.

Проходя через нагреватель 2 воздух нагревается до требуемой температуры, после чего попадает в ламинаризатор воздушного потока, который обеспечивает равномерное истечение воздуха по площади торца стика и выравнивание температуры выходящего из ламинизатора воздуха по площади стика. Ламинаризатор имеет вентиляционные отверстия для обеспечения требуемого потока воздуха от нагревателя к стику. Проходя через стик горячий воздух выпаривает из стика эфирные вещества, в результате полученный температурно-однородный аэрозоль попадает в ротовую полость пользователя.

На фиг. 2 изображена схема движения воздуха внутри устройства для нагрева стика при эксплуатации устройства для нагрева стика, в частности осуществлении процесса курения пользователем. Нагрев стика осуществляется комбинированным методом: нагреватель 10 осуществляет периферийный нагрев стика и подогревает воздух, проходящий сквозь спиральный канал, после чего подогретый нагревателем 10 воздушный поток нагревается до необходимой температуры при помощи нагревателя 11, проходит сквозь стик и на выходе продуцирует аэрозоль, содержащий эфирные вещества и никотин, в случае использования табачного стика.

Способ эксплуатации устройства для нагрева стика осуществляется следующим образом.

Устройство для нагрева стика подсоединяют к курительному устройству с электрическим приводом, содержащим по меньшей мере аккумулятор, датчики температуры и электронную систему управления нагревом. Курительное устройство с электрическим приводом обеспечивает подачу электрической энергии к устройству для нагрева стика, которая обеспечивает функционирование нагревателей устройства для нагрева стика.

В приемную гильзу устройства для нагрева стика помещают стик так, чтобы торец стика соприкасался с наружной поверхностью ламинаризатор а воздушного потока.

С помощью нагревателя, расположенного между приемной гильзой и трубкой с наружной винтовой спиралью, нагревают поверхность стика, а также воздух, поступающий внутрь устройства для нагрева стика через спиральный воздушный канал.

С помощью нагревателя, расположенного за ламинаризатором воздушного потока, осуществляют нагрев стика до температуры, требуемой для выпаривания эфирных веществ. Нагретый до требуемой температуры воздух проходит через ламинаризатор воздушного потока, обеспечивающий равномерное истечение воздуха по площади торца стика внутрь курительного материала, находящегося в стике, для равномерного его прогрева.

Вариантом исполнения заявляемого способа эксплуатации устройства для нагрева стика является способ, отличающийся от вышеуказанного тем, что в промежутках между осуществлением процесса курения пользователем нагреватели устройства для нагрева стика работают в режиме прогрева, который заключается в том, что мощность, потребляемая в режиме прогрева нагревателями отличается для того, чтобы большая часть мощности была направлена на кольцевой нагреватель, который имеет большую площадь соприкосновения со стиком, а меньшая часть мощности была направлена на спиральный нагреватель, который ассистирует в подогреве, нагревая трубку с наружной винтовой спиралью. Таким образом, соотношения мощности, потребляемой в режиме прогрева между кольцевым и спиральным нагревателем могут составлять около 1:(0,4…0,9).

Процесс курения пользователем происходит таким образом, что поток воздуха проходит через нагретую вторым нагревателем винтовую спираль, а затем попадает внутрь второго нагревателя и в стик. Из этого следует, что спиральный нагреватель при курении вносит больший вклад в нагрев стика, чем первый, поэтому в режиме курения кольцевой нагреватель может работать при подаче на него всего 10-40% мощности относительно режима прогрева. Температуру спирального нагревателя во время курения можно регулировать в зависим ости от используемых стиков (с различной крепостью, массой табачной набивки и т.д.). Соотношения мощности, потребляемой в режиме курения, между кольцевым и спиральным нагревателем может составлять около 0,2:(0,2…1).

На фиг. 2 приведена схема движения потока воздуха внутри устройства для нагрева стика.

Таким образом, использование двух нагревателей в режиме прогрева сокращает время прогрева стика и делает прогрев эффективнее. Использование частичной мощности нагревателей в режиме курения позволяет экономичнее расходовать энергию аккумулятора курительного устройства.

Пример осуществления изобретения.

Приводимый далее пример предназначен исключительно для пояснения сущности изобретения на одном из возможных вариантов исполнения заявляемого устройства для нагрева стика и способа его эксплуатации и не должен быть использован для сужения объема правовой охраны заявляемого изобретения. Заявляемое техническое решение может быть осуществлено, например, следующим образом.

Корпус устройства для нагрева стика выполнен из полиамида РА66. Крышки выполнены из полиуретана. Устройство для нагрева стика подключено к курительному устройству с электрическим приводом, содержащим по меньшей мере аккумулятор, датчики температуры и электронную систему управления нагревом.

Гильза выполнена из нержавеющей стали AISI 302. Трубка с наружной винтовой спиралью выполнена из нержавеющей стали или алюминия 6061. Кольцевой нагреватель представляет собой один кольцевой нагреватель, выполненный на металлической основе. Спиральный нагреватель выполнен из сплава меди с вольфрамом, нихрома, фехраля или других сплавов.

Ламинаризатор выполнен из нержавеющей стали и содержит несколько отверстий. За счет использования ламинаризатора обеспечивается выравнивание температуры выходящего из ламинаризатора воздуха по площади торца стика.

При реализации заявляемого изобретения в примере вышеприведенной конфигурации устройство функционирует со следующими показателями:

Расход воздуха - 17,5 мл/с, что соответствует п. 4.3 ГОСТ ISO 3308-2015. График работы по расходу: 30 с без расхода воздуха, затем цикл 1 с увеличение расхода до максимального (затяжка), 4 с максимальный расход, - 1 с - падение расхода до нуля, 8 с нулевой расход (перерыв), затем цикл затяжка-перерыв 11 раз.

Указанный выше пример конфигурации заявляемого устройства является одним из примеров конфигурации, в которых может быть использовано заявляемое изобретение и достигнут заявляемый технический результат.Любой из описанных выше альтернативных вариантов может быть использован как по отдельности, так и в комбинации.

Для рассмотрения различных аспектов заявляемого изобретения и его представления настоящее описание показывает на частном примере варианта выполнения возможность реализации изобретения для достижения заявленного технического результата. Преимущества и признаки, приведенные в описании, относятся к вариантам исполнения и не являются исчерпывающими и (или) исключающими. Они представлены только для улучшения понимания и разъяснения заявленных признаков.

Варианты исполнения, примеры, функции, признаки, конструкции и (или) иные особенности примера реализации изобретения, приведенного в описании, не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение, определяемое формулой, или эквиваленты формулы, и что в рамках области притязаний и (или) существа изобретения могут быть использованы другие варианты исполнения и модификации.

Изобретение относится к конструкциям электронагревательных средств курительных устройств с электрическим приводом. Технический результат заключается в повышении энергоэффективности нагрева стика в курительном устройстве с электрическим приводом до температуры, при которой происходит выделение никотина и/или эфирных веществ. Достигается это за счет того, что в устройстве для нагрева стика, содержащем корпус, внутри которого размещены два нагревателя, приемная гильза, трубка, ламинаризатор воздушного потока, расположенная внутри корпуса трубка непосредственно контактирует с наружной поверхностью нагревателей и выполнена снаружи с винтовой спиралью, обеспечивающей увеличение скорости движения воздуха вдоль наружной поверхности нагревателей, при этом один из нагревателей расположен между приемной гильзой и упомянутой трубкой, а другой нагреватель примыкает к ламинаризатору воздушного потока, обеспечивающему равномерное истечение воздуха по площади торца стика и выравнивание температуры выходящего из ламинаризатора воздуха по площади торца стика, при этом нагреватель, расположенный между приемной гильзой и трубкой с наружной винтовой спиралью, выполнен кольцевым или выполнен в виде разделенных по длине частей кольца. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для нагрева стика, содержащее корпус, внутри которого размещены два нагревателя, приемная гильза, трубка, ламинаризатор воздушного потока, отличающееся тем, что расположенная внутри корпуса трубка непосредственно контактирует с наружной поверхностью нагревателей и выполнена снаружи с винтовой спиралью, обеспечивающей увеличение скорости движения воздуха вдоль наружной поверхности нагревателей, при этом один из нагревателей расположен между приемной гильзой и упомянутой трубкой, а другой нагреватель примыкает к ламинаризатору воздушного потока, обеспечивающему равномерное истечение воздуха по площади торца стика и выравнивание температуры выходящего из ламинаризатора воздуха по площади торца стика, при этом нагреватель, расположенный между приемной гильзой и трубкой с наружной винтовой спиралью, выполнен кольцевым или выполнен в виде разделенных по длине частей кольца.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кольцевой нагреватель выполнен резистивным на металлической или на керамической основе.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что кольцевой нагреватель выполнен инфракрасным или индукционным.

4. Способ эксплуатации устройства для нагрева стика по п. 1, при котором устройство для нагрева стика подсоединяют к курительному устройству, содержащему, по меньшей мере, аккумулятор, датчики температуры и электронную систему управления нагревом, в приемную гильзу устройства для нагрева стика помещают стик так, чтобы торец стика соприкасался с наружной поверхностью ламинаризатора воздушного потока, с помощью нагревателя, расположенного между приемной гильзой и трубкой с наружной винтовой спиралью, нагревают поверхность стика, а также воздух, поступающий внутрь устройства для нагрева стика, проходящий через спиральный воздушный канал, с помощью другого нагревателя, примыкающего к ламинаризатору, осуществляют нагрев воздуха перед подачей его внутрь стика до температуры, требуемой для выпаривания эфирных веществ или никотина из стика, нагретый до требуемой температуры воздух пропускают через ламинаризатор воздушного потока, обеспечивая равномерное истечение воздуха по площади торца стика и выравнивание температуры выходящего из ламинаризатора воздуха по площади торца стика.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что предварительно осуществляют прогрев стика путем подачи большей части мощности на нагреватель, расположенный между приемной гильзой и трубкой с наружной винтовой спиралью, а во время процесса курения большую часть электрической мощности подают на нагреватель, примыкающий к ламинаризатору воздушного потока, причем соотношение мощности, потребляемой в режиме прогрева, между кольцевым нагревателем и примыкающим к ламинаризатору нагревателем, составляет 1:(0,4-0,9).