НАГРЕВАТЕЛЬ В СБОРЕ ДЛЯ СИСТЕМЫ, ГЕНЕРИРУЮЩЕЙ АЭРОЗОЛЬ, КАРТРИДЖ ДЛЯ СИСТЕМЫ, ГЕНЕРИРУЮЩЕЙ АЭРОЗОЛЬ, СИСТЕМА, ГЕНЕРИРУЮЩАЯ АЭРОЗОЛЬ, И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАГРЕВАТЕЛЯ В СБОРЕ ДЛЯ СИСТЕМЫ, ГЕНЕРИРУЮЩЕЙ АЭРОЗОЛЬ Российский патент 2025 года по МПК A24F40/46 

Настоящее изобретение относится к нагревателю в сборе для системы, генерирующей аэрозоль. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение относится к нагревателю в сборе для удерживаемой рукой электрической системы, генерирующей аэрозоль, для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля и доставки аэрозоля в рот пользователя. Настоящее изобретение также относится к картриджу для системы, генерирующей аэрозоль, содержащей нагреватель в сборе, систему, генерирующую аэрозоль, и способ изготовления нагревателя в сборе.

Известны удерживаемые рукой электрические устройства и системы, генерирующие аэрозоль, которые состоят из части в виде устройства, содержащей батарею и управляющую электронику, части для содержания или вмещения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, и электрического нагревателя для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля. Нагреватель, как правило, содержит катушку из проволоки, которая намотана вокруг удлиненного фитиля, который переносит жидкий субстрат, образующий аэрозоль, из части для хранения жидкости к нагревателю. Через катушку из проволоки может быть пропущен электрический ток для нагрева нагревателя и, следовательно, генерирования аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль. Также имеется мундштучная часть, через которую пользователь может втягивать аэрозоль в рот.

В дополнение к фитилю часть для хранения жидкости может содержать абсорбирующий материал для удержания жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Следовательно, изготовление нагревателя в сборе для известных устройств, генерирующих аэрозоль, и предоставление средств переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к нагревательной проволоке может включать сборку по меньшей мере трех компонентов. Это увеличивает сложность сборочной линии и количество задействованных производственных этапов.

Другая проблема с известными устройствами, генерирующими аэрозоль, возникает, если пользователь продолжает использовать устройство, генерирующее аэрозоль, после того, как жидкий субстрат, образующий аэрозоль, был израсходован. В этой ситуации, как известно, некоторые материалы, используемые для формирования капиллярных материалов, разлагаются при нагреве в сухом состоянии и выделяют нежелательные побочные продукты, которые могут быть потенциально вредными. Кроме того, как известно, некоторые волокнистые капиллярные материалы выделяют волокна при нагреве в сухом состоянии.

В документе WO 2020/065077 А1 описывается нагревательный узел для генерирующей аэрозоль системы. Указанный нагревательный узел содержит проницаемый для текучей среды нагреватель для нагрева жидкого образующего аэрозоль субстрата для образования аэрозоля и пористый элемент для переноса жидкого образующего аэрозоль субстрата к проницаемому для текучей среды нагревателю. При этом указанный проницаемый для текучей среды нагреватель нанесен на пористую наружную поверхность пористого элемента.

Было бы желательно предусмотреть нагреватель в сборе для системы, генерирующей аэрозоль, который имеет меньшее количество частей, необходимых для сборки. Было бы желательно предусмотреть нагреватель в сборе для системы, генерирующей аэрозоль, который более простой в изготовлении. Также было бы желательно предусмотреть нагреватель в сборе, который снижает риск получения нежелательных побочных продуктов.

Согласно одному примеру настоящего изобретения предусмотрен нагреватель в сборе для системы, генерирующей аэрозоль. Нагреватель в сборе может содержать проницаемый для текучей среды нагревательный элемент для нагрева жидкого субстрата, образующего аэрозоль, для образования аэрозоля. Нагреватель в сборе может содержать материал для переноса, предназначенный для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу. Материал для переноса может содержать керамику. Керамика может быть нанесена на проницаемую для текучей среды поверхность проницаемого для текучей среды нагревательного элемента. Керамика может быть нанесена непосредственно на проницаемую для текучей среды поверхность проницаемого для текучей среды нагревательного элемента.

Согласно одному примеру настоящего изобретения предусмотрен нагреватель в сборе для системы, генерирующей аэрозоль, причем нагреватель в сборе содержит: проницаемый для текучей среды нагревательный элемент для нагрева жидкого субстрата, образующего аэрозоль, для образования аэрозоля; и материал для переноса, предназначенный для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу, при этом материал для переноса содержит керамику, которая нанесена непосредственно на проницаемую для текучей среды поверхность проницаемого для текучей среды нагревательного элемента.

Как используется в настоящем документе, термин «нанесенный» предназначен для обозначения того, что материал для переноса образован в ходе некоторого вида процесса физического осаждения, химического осаждения или электрического осаждения на поверхности проницаемого для текучей среды нагревательного элемента. Термин «нанесенный» не предназначен для охвата образования материала для переноса как отдельной дискретной части, которая просто прикреплена к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу или размещена в контакте с ним. Для исключения неопределенности термин «нанесенный» включает электрофоретическое осаждение.

Как используется в настоящем документе, термин «нанесенный непосредственно» означает, что материал для переноса нанесен на поверхность проницаемого для текучей среды нагревательного элемента в непосредственном контакте с проницаемым для текучей среды нагревательным элементом без промежуточных компонентов, расположенных между материалом для переноса и проницаемым для текучей среды нагревательным элементом.

Преимущественно при нанесении материала для переноса непосредственно на проницаемый для текучей среды нагревательный элемент, материал для переноса образует единое целое с проницаемым для текучей среды нагревательным элементом. Другими словами, материал для переноса и проницаемый для текучей среды нагревательный элемент образованы в виде единого целого или части. Вместо двух компонентов, т.е. отдельного материала для переноса и нагревательного элемента, нагреватель в сборе содержит только один компонент. Это уменьшает количество дискретных частей нагревателя в сборе, которые необходимо собрать, и делает сборку более простой. Это также устраняет необходимость в дополнительных компонентах для сборки нагревателя в сборе, например, в каркасе или держателе для удержания компонентов вместе. Кроме того, другие компоненты нагревателя в сборе могут быть подключены непосредственно к нагревателю в сборе. Например, электрические контакты могут быть подключены непосредственно к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу. Дополнительно образование проницаемого для текучей среды нагревательного элемента и материала для переноса в виде единого целого компонента гарантирует, что проницаемый для текучей среды нагревательный элемент находится в сообщении по текучей среде с материалами для переноса и способствует подаче жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к нагревательному элементу.

Преимущество образования материала для переноса из керамики заключается в том, что это уменьшает некоторые проблемы, которые могут возникнуть при использовании волокнистых капиллярных материалов, таких как получение нежелательных побочных продуктов, вызванных ситуацией сухого нагрева. По сравнению с некоторыми волокнами на основе полимеров, керамика относительно инертна и термически и структурно стабильна в более широком диапазоне температур. Использование керамического материала для переноса также снижает риск попадания сегментов волокна в устройство.

Проницаемый для текучей среды нагревательный элемент может содержать множество промежутков или прорезей, которые проходят от первой стороны ко второй стороне нагревательного элемента. Множество промежутков или прорезей преимущественно позволяют текучей среде проникать через нагревательный элемент.

Материал для переноса может содержать множество каналов, предназначенных для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, ко множеству прорезей проницаемого для текучей среды нагревательного элемента. Каждый канал из множества каналов может быть капиллярным каналом, который переносит текучую среду с одного конца материала для переноса на другой конец посредством капиллярного действия. Материал для переноса может включать любую подходящую керамику. Материал для переноса может содержать любую подходящую инертную керамику или биосовместимую керамику. Примерами подходящей керамики являются Al₂O₃, ZrO₂ и керамика из фосфата кальция, включающая гидроксиапатит.

Для каждой из прорезей проницаемого для текучей среды нагревательного элемента или по меньшей мере для большей части (например, более 50 процентов) каждой из прорезей проницаемого для текучей среды нагревательного элемента материал для переноса может содержать соответствующий канал, предназначенный для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к его соответствующей прорези. Для более чем 60 процентов, предпочтительно для более чем 7 0 процентов и более предпочтительно для более чем 80 процентов прорезей проницаемого для текучей среды нагревательного элемента, материал для переноса может содержать соответствующий канал, предназначенный для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к его соответствующей прорези. От 50 процентов до 85 процентов, предпочтительно от 60 процентов до 85 процентов и более предпочтительно от 70 процентов до 85 процентов прорезей проницаемого для текучей среды нагревательного элемента, материал для переноса может содержать соответствующий канал, предназначенный для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к его соответствующей прорези. Это означает, что каждая прорезь или по меньшей мере каждая из большей части прорезей имеет свой собственный выделенный канал, который способствует подаче жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу. Это также означает, что жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может быть подан в каждую прорезь или по меньшей мере в большую часть прорезей. Это способствует обеспечению того, что каждая часть проницаемого для текучей среды нагревательного элемента, которая имеет прорезь, или по меньшей мере большая часть каждой части проницаемого для текучей среды нагревательного элемента, которая имеет прорезь, получает подачу жидкого субстрата, образующего аэрозоль, и подача равномерно распределена по проницаемому для текучей среды нагревательному элементу.

Материал для переноса может иметь толщину, определенную между первой поверхностью материала для переноса и противоположной второй поверхностью материала для переноса. Проницаемый для текучей среды нагревательный элемент может быть расположен на первой поверхности, а вторая поверхность может быть расположена с возможностью приема жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Множество каналов может проходить через толщину материала для переноса между первой и второй поверхностями материала для переноса. Множество каналов, проходящих через толщину материала для переноса, может способствовать подаче жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из части для хранения текучей среды к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу. Толщина материала для переноса может составлять от 0,5 до 6 мм.

Множество каналов может быть расположено с возможностью обеспечения потока жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в одном направлении между первой и второй поверхностями материала для переноса. Преимущественно это может привести к более эффективному переносу жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу. В стандартном пористом керамическом материале поры соединены между собой изотропным образом и текучая среда может проникать в любом направлении через керамику и не обязательно по направлению к нагревательному элементу. Путем предоставления каналов через керамику текучая среда протекает через материал для переноса в одном направлении, то есть от второй поверхности, где жидкий субстрат, образующий аэрозоль, поступает к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу.

Множество каналов может проходить по существу линейно в направлении по существу ортогональном первой поверхности материала для переноса. Преимущественно это может привести к более эффективному переносу жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу, поскольку текучая среда проходит кратчайший путь к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу, то есть по прямой линии.

Каждая прорезь из множества прорезей проницаемого для текучей среды нагревательного элемента может иметь размер поперечного сечения от 20 до 300 мкм. Было обнаружено, что это особенно эффективный диапазон размеров, позволяющий жидкому субстрату, образующему аэрозоль, проникать в прорези проницаемого для текучей среды нагревательного элемента и особенно эффективно генерировать аэрозоль при нагреве проницаемым для текучей среды нагревательным элементом.

Предпочтительно каждая прорезь из множества прорезей проницаемого для текучей среды нагревательного элемента может иметь размер поперечного сечения от 20 до 200 мкм, более предпочтительно от 20 до 100 мкм, более предпочтительно от 50 до 80 мкм и еще более предпочтительно приблизительно 7 0 мкм.

Размеры поперечного сечения каждого канала из множества каналов вдоль длины каналов могут быть по существу такими же, как размеры поперечного сечения прорезей проницаемого для текучей среды нагревательного элемента. Это обеспечивает беспрепятственный поток жидкого субстрата, образующего аэрозоль, через каналы.

Размеры поперечного сечения каждого канала из множества каналов вдоль длины каналов могут быть по существу такими же, как размеры поперечного сечения соответствующей прорези проницаемого для текучей среды нагревательного элемента. Это обеспечивает беспрепятственный поток жидкого субстрата, образующего аэрозоль, через каналы.

Нагреватель в сборе может дополнительно содержать электрические контакты для подачи электропитания на проницаемый для текучей среды нагревательный элемент. Электрические контакты могут быть непосредственно подключены к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу. Преимущественно за счет непосредственного подключения электрических контактов к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу дополнительно уменьшено количество компонентов, которые необходимо собрать и подключить на сборочной линии.

Электрические контакты могут быть расположены на противоположных концах проницаемого для текучей среды нагревательного элемента. Части электрического контакта могут содержать две электропроводящие контактные площадки.

Электропроводящие контактные площадки могут быть расположены в области кромки проницаемого для текучей среды нагревательного элемента. Предпочтительно по меньшей мере две электропроводящие контактные площадки могут быть расположены по краям нагревательного элемента. Электропроводящая контактная площадка может быть прикреплена непосредственно к электропроводящим нитям проницаемого для текучей среды нагревательного элемента. Электропроводящая контактная площадка может содержать накладку из олова. В качестве альтернативы электропроводящая контактная площадка может представлять собой единое целое с проницаемым для текучей среды нагревательным элементом.

Материал для переноса может содержать первый материал для переноса, расположенный на первой стороне проницаемого для текучей среды нагревательного элемента. Нагреватель в сборе может дополнительно содержать второй материал для переноса, расположенный на второй стороне проницаемого для текучей среды нагревательного элемента. Это эффективно зажимает проницаемый для текучей среды нагревательный элемент между первым и вторым материалами для переноса, что может способствовать улучшению надежности нагревателя в сборе.

Проницаемый для текучей среды нагревательный элемент может содержать электрически резистивный нагревательный элемент.

Проницаемый для текучей среды нагревательный элемент может быть изготовлен из любого подходящего электропроводного материала. Подходящие материалы включают, но без ограничения: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически «проводящую» керамику (такую как, например, дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, сплавы металлов и композитные материалы, изготовленные из керамического материала и металлического материала. Такие композиционные 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 зарегистрированную торговую марку компании «Titanium Metals Corporation». Предпочтительно проницаемый для текучей среды нагревательный элемент изготовлен из нержавеющей стали, более предпочтительно из нержавеющей стали серии 300, такой как AISI 304, 316, 304L, 316L.

Кроме того, проницаемый для текучей среды нагревательный элемент может содержать комбинации вышеописанных материалов. Комбинацию материалов можно использовать для улучшения управления сопротивлением по существу плоского нагревательного элемента. Например, материалы с высоким собственным сопротивлением могут комбинироваться с материалами с низким собственным сопротивлением. Это может быть преимущественным, если один из материалов является более предпочтительным по другим причинам, например, из-за стоимости, обрабатываемости или других физических и химических параметров. Преимущественно нагреватели с высоким удельным сопротивлением обеспечивают возможность более эффективного использования энергии батареи.

Проницаемый для текучей среды нагревательный элемент может содержать по существу плоский нагревательный элемент, что обеспечивает простое изготовление. Геометрически термин «по существу плоский» нагревательный элемент используется для обозначения нагревательного элемента, имеющего форму по существу двумерного топологического многообразия. В некоторых примерах по существу плоский нагревательный элемент может проходить в двух направлениях по поверхности в значительно большей мере, чем в третьем измерении. В некоторых примерах размеры по существу плоского нагревательного элемента в двух измерениях в пределах поверхности могут быть по меньшей мере в пять раз больше, чем в третьем измерении, перпендикулярном этой поверхности. В некоторых примерах по существу плоский проницаемый для текучей среды нагревательный элемент может содержать две по существу воображаемые параллельные плоские поверхности. В некоторых примерах по существу плоский нагревательный элемент может быть структурой между двумя по существу воображаемыми параллельными плоскими поверхностями, при этом расстояние между этими двумя воображаемыми поверхностями по существу меньше, чем протяженность в пределах этих поверхностей. В некоторых примерах только одна из двух по существу воображаемых параллельных поверхностей может быть плоской. В некоторых примерах осуществления по существу плоский нагревательный элемент может быть планарным. В других примерах по существу плоский нагревательный элемент может быть изогнутым вдоль одного или более измерений, например, образуя куполообразную форму или мостовую форму.

Проницаемый для текучей среды нагревательный элемент может содержать одну или несколько электрически проводящих нитей. Термин «нить» используется для обозначения электрического пути, расположенного 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. Нить может иметь круглую, квадратную, плоскую или любую другую форму поперечного сечения. Нить может быть расположена прямолинейным или криволинейным образом.

Проницаемый для текучей среды нагревательный элемент может представлять собой матрицу нитей, например, расположенных параллельно друг другу. Предпочтительно нити могут образовывать сетку. Сетка может быть плетеной или неплетеной. Сетка может быть образована с использованием различных типов плетеных или решетчатых структур. Альтернативно электропроводящий

нагревательный элемент содержит матрицу нитей или тканое полотно из нитей. Сетка, матрица или тканое полотно из электропроводящих нитей также могут характеризоваться своей способностью удерживать жидкость.

В предпочтительном примере по существу плоский нагревательный элемент может быть выполнен из проволоки, которая образует проволочную сетку. Предпочтительно сетка имеет конструкцию полотняного переплетения. Предпочтительно

нагревательный элемент представляет собой проволочную решетку, выполненную из полосок сетки.

Электропроводящие нити могут образовывать промежутки между нитями, и промежутки могут иметь ширину от 10 микрометров до 100 микрометров. Предпочтительно нити создают капиллярное действие в промежутках, так что при использовании жидкость, предназначенная для испарения, втягивается в промежутки, увеличивая площадь контакта между нагревательным элементом и жидким субстратом, образующим аэрозоль.

Электропроводящие нити могут образовывать сетку размером от 60 до 240 нитей на сантиметр (+/- 10 процентов). Предпочтительно плотность сетки составляет от 100 до 140 нитей на сантиметр (+/-10 процентов). Более предпочтительно плотность сетки составляет приблизительно 115 нитей на сантиметр. Ширина промежутков может составлять от 20 микрометров до 300 микрометров, предпочтительно от 50 микрометров до 100 микрометров, более предпочтительно приблизительно 7 0 микрометров. Процентная доля открытой площади сетки, которая является отношением площади промежутков к общей площади сетки, может составлять от 40 процентов до 90 процентов, предпочтительно от 85 процентов до 80 процентов, более предпочтительно приблизительно 82 процента.

Электропроводящие нити могут иметь ширину или диаметр от 10 микрометров до 100 микрометров, предпочтительно от 10 микрометров до 50 микрометров, более предпочтительно от 12 микрометров до 25 микрометров и наиболее предпочтительно приблизительно 16 микрометров. Нити могут иметь круглое поперечное сечение или могут иметь сплющенное поперечное сечение.

Площадь сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводящих нитей может быть небольшой, например, меньшей или равной 50 квадратным миллиметрам, предпочтительно меньшей или равной 25 квадратным миллиметрам, более предпочтительно приблизительно 15 квадратным миллиметрам. Размер выбирается так, чтобы включить нагревательный элемент в удерживаемую рукой систему. Использование размеров сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводящих нитей, составляющих менее или равных 50 квадратным миллиметрам, снижает величину общей мощности, необходимой для нагрева сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводящих нитей, при этом все еще обеспечивая достаточный контакт сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводящих нитей с жидким субстратом, образующим аэрозоль. Сетка, матрица или тканое полотно из электропроводящих нитей может, например, иметь прямоугольную форму с длиной, составляющей от 2 миллиметров до 10 миллиметров, и шириной, составляющей от 2 миллиметров до 10 миллиметров. Предпочтительно сетка имеет размеры приблизительно 5 миллиметров на 3 миллиметра.

Предпочтительно нити изготовлены из проволоки. Более предпочтительно проволока изготовлена из металла, наиболее предпочтительно из нержавеющей стали.

Электрическое сопротивление сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводящих нитей нагревательного элемента может составлять от 0,3 Ом до 4 Ом. Предпочтительно электрическое сопротивление равно или выше 0,5 Ом. Более предпочтительно электрическое сопротивление сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводящих нитей составляет от 0,6 Ом до 0,8 Ом и наиболее предпочтительно приблизительно 0,68 Ом. Электрическое сопротивление сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводящих нитей предпочтительно по меньшей мере на порядок и более предпочтительно по меньшей мере на два порядка больше чем электрическое сопротивление любых электропроводящих контактных частей. Это обеспечивает локализацию тепла, сгенерированного посредством прохождения тока через нагревательный элемент, на сетке или матрице из электропроводящих нитей. Преимущественно нагревательный элемент имеет 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 электропроводящих нитей до необходимой температуры.

Альтернативно проницаемый для текучей среды нагревательный элемент может содержать нагревательную пластину или мембрану, в которой выполнен ряд прорезей. Прорези могут быть выполнены, например, посредством травления или механической обработки. Указанные пластина или мембрана могут быть выполнены из любого материала с подходящими электрическими свойствами, такого как материалы, описанные выше в отношении проницаемого для текучей среды нагревательного элемента.

Согласно другому примеру настоящего изобретения предусмотрен картридж для системы, генерирующей аэрозоль. Картридж может содержать нагреватель в сборе в соответствии с любым из примеров нагревателей в сборе, описанных выше. Картридж может содержать часть или отделение для хранения жидкости, предназначенные для удержания жидкого субстрата, образующего аэрозоль.

Согласно другому примеру настоящего изобретения предусмотрен картридж для системы, генерирующей аэрозоль, причем картридж содержит нагреватель в сборе согласно любому из примеров нагревателей в сборе, описанных выше, и часть или отделение для хранения жидкости, предназначенные для удержания жидкого субстрата, образующего аэрозоль.

Термины «часть для хранения жидкости» и «отделение для хранения жидкости» используются в данном документе взаимозаменяемо. Часть или отделение для хранения жидкости может иметь первую и вторую части для хранения, находящиеся в сообщении друг с другом. Первая часть для хранения отделения для хранения жидкости может быть на стороне нагревателя в сборе, противоположной стороне, на которой находится вторая часть для хранения отделения для хранения жидкости. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, содержится в первой и второй частях отделения для хранения жидкости.

В качестве преимущества первая часть для хранения отделения для хранения больше, чем вторая часть для хранения отделения для хранения жидкости. Картридж может быть выполнен с возможностью обеспечения пользователю возможности втягивания или всасывания из картриджа для вдыхания аэрозоля, генерируемого в картридже. При использовании отверстие на мундштучном конце картриджа обычно располагается над нагревателем в сборе, при этом первая часть для хранения отделения для хранения расположена между отверстием на мундштучном конце и нагревателем в сборе. Если первая часть отделения для хранения жидкости больше, чем вторая часть отделения для хранения жидкости, то это обеспечивает доставку жидкости от первой части отделения для хранения жидкости ко второй части отделения для хранения жидкости и, таким образом, к нагревателю в сборе во время использования под действием силы тяжести.

Картридж может иметь мундштучный конец, через который пользователь может втягивать генерируемый аэрозоль, и соединительный конец, выполненный с возможностью соединения с устройством, генерирующим аэрозоль, при этом первая сторона нагревателя в сборе обращена к мундштучному концу, а вторая сторона нагревателя в сборе обращена к соединительному концу.

Картридж может образовывать закрытый путь или проход для потока воздуха от впускного отверстия для воздуха мимо первой стороны нагревателя в сборе к отверстию на мундштучном конце картриджа. Закрытый проход для потока воздуха может проходить через первую или вторую часть для хранения отделения для хранения жидкости. В одном варианте осуществления путь для потока воздуха проходит между первой и второй частями для хранения отделения для хранения жидкости. В дополнение проход для потока воздуха может проходить через первую часть для хранения отделения для хранения жидкости. Например, первая часть для хранения отделения для хранения жидкости может иметь кольцевое поперечное сечение, причем проход для потока воздуха проходит от нагревателя в сборе до части в виде мундштучного конца через первую часть для хранения отделения для хранения жидкости. В качестве альтернативы проход для потока воздуха может проходить от нагревателя в сборе до отверстия на мундштучном конце, смежного с первой частью для хранения отделения для хранения жидкости.

Альтернативно или в дополнение картридж может содержать материал с удерживающей способностью для удержания жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Удерживающий материал может находиться в первой части для хранения отделения для хранения жидкости, во второй части для хранения отделения для хранения жидкости, или как в первой, так и во второй частях для хранения отделения для хранения жидкости. Удерживающий материал может представлять собой пеноматериал, губку или совокупность волокон. Удерживающий материал может быть образован из полимера или сополимера. В одном варианте осуществления удерживающий материал представляет собой скрученный полимер. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может высвобождаться внутрь удерживающего материала во время использования. Например, жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может быть предусмотрен в капсуле.

Картридж в качестве преимущества содержит жидкий субстрат, образующий аэрозоль. В контексте данного документа термин «субстрат, образующий аэрозоль» относится к субстрату, способному высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут высвобождаться в результате нагрева субстрата, образующего аэрозоль.

Субстрат, образующий аэрозоль, может быть жидким при комнатной температуре. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать как жидкие, так и твердые компоненты. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, содержащий никотин, может представлять собой матрицу из никотиновой соли. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные вкусоароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагреве. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал, не содержащий табака. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения.

Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать одно или более веществ для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля представляет собой любое подходящее известное соединение или любую смесь соединений, которая, при использовании способствует образованию плотного и стабильного аэрозоля и является по существу устойчивой к термической деградации 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, но без ограничения: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин, сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как глицерол моно-, ди- или триацетат; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать воду, растворители, этанол, растительные экстракты и натуральные или искусственные вкусоароматические добавки.

Жидкий 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 жидком субстрате, образующем аэрозоль, может составлять от приблизительно 0,5% до приблизительно 10%, например, приблизительно 2%.

Картридж может содержать корпус. Корпус может быть выполнен из полученного формованием пластмассового материала, такого как полипропилен (РР) или полиэтилентерефталат (PET). Корпус может частично или полностью образовывать стенку одной или обеих частей отделения для хранения жидкости. Корпус и отделение для хранения жидкости могут быть выполнены как единое целое. В качестве альтернативы отделение для хранения жидкости может быть выполнено отдельно от корпуса и соединено с корпусом.

Согласно другому примеру настоящего изобретения предложена система, генерирующая аэрозоль. Система, генерирующая аэрозоль, может содержать картридж в соответствии с любым из примеров картриджей, описанных выше. Система, генерирующая аэрозоль, может содержать устройство, генерирующее аэрозоль. Картридж может быть разъемно присоединен к устройству, генерирующему аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать источник питания для нагревателя в сборе.

Согласно другому примеру настоящего изобретения предусмотрена система, генерирующая аэрозоль, содержащая: картридж согласно любому из примеров картриджей, описанных выше; и устройство, генерирующее аэрозоль; при этом картридж разъемно присоединен к устройству, генерирующему аэрозоль, причем устройство, генерирующее аэрозоль, содержит источник питания для нагревателя в сборе.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать схему управления, выполненную с возможностью управления подачей электропитания на нагреватель в сборе.

Схема управления может содержать микропроцессор. Микропроцессор может представлять собой программируемый микропроцессор, микроконтроллер или специализированную интегральную схему (ASIC) или другую электронную схему, способную обеспечивать управление. Схема управления может содержать дополнительные электронные компоненты. Например, в некоторых вариантах осуществления схема управления может содержать любое из следующего: датчики, переключатели, отображающие элементы. Питание может подаваться на нагреватель в сборе непрерывно после активации устройства или может подаваться с перерывами, например от затяжки к затяжке. Питание может подаваться на нагреватель в сборе в виде импульсов электрического тока, например, посредством широтно-импульсной модуляции (РИМ).

Источник питания может представлять собой источник питания постоянного тока. Источник питания может представлять собой батарею. Батарея может представлять собой батарею на основе лития, например, литий-кобальтовую, литий-железо-фосфатную, литий-титанатную или литий-полимерную батарею. Батарея может представлять собой никель-металл-гидридную батарею или никель-кадмиевую батарею. Источник питания может представлять собой другой вид устройства накопления заряда, такой как конденсатор. Источник питания может быть перезаряжаемым и быть выполнен с возможностью осуществления множества циклов заряда и разряда. Источник питания может иметь емкость, которая делает возможным накопление достаточного количества энергии для одного или более применений пользователем; например, источник питания может иметь достаточную емкость, чтобы сделать возможным непрерывное генерирование аэрозоля в течение периода, составляющего приблизительно шесть минут, что соответствует обычному времени, затрачиваемому на выкуривание традиционной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере источник питания может иметь емкость, достаточную для обеспечения возможности осуществления заданного количества затяжек или отдельных активаций нагревателя в сборе.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать корпус.

Корпус может быть продолговатым. Корпус 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 (РЕЕК) и полиэтилен. Материал предпочтительно является легким и нехрупким.

Система, генерирующая аэрозоль, может представлять собой удерживаемую рукой систему, генерирующую аэрозоль. Система, генерирующая аэрозоль, может представлять собой удерживаемую рукой систему, генерирующую аэрозоль, выполненную с возможностью обеспечения осуществления пользователем затяжки из мундштука для втягивания аэрозоля через отверстие на мундштучном конце. Система, генерирующая аэрозоль, может иметь размер, сопоставимый с размером традиционной сигары или сигареты. Система, генерирующая аэрозоль, может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Система, генерирующая аэрозоль, может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.

Согласно другому примеру настоящего изобретения предусмотрен способ изготовления нагревателя в сборе для системы, генерирующей аэрозоль. Способ может включать предоставление проницаемого для текучей среды нагревательного элемента. Способ может включать предоставление материала для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу. Материал для переноса может быть предоставлен путем нанесения керамики на проницаемый для текучей среды нагревательный элемент. Материал для переноса может быть предоставлен путем нанесения керамики непосредственно на проницаемый для текучей среды нагревательный элемент.

Согласно другому примеру настоящего изобретения предусмотрен способ изготовления нагревателя в сборе для системы, генерирующей аэрозоль, причем способ включает: предоставление проницаемого для текучей среды нагревательного элемента, предоставление материала для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу; при этом материал для переноса предоставляют путем нанесения керамики непосредственно на проницаемый для текучей среды нагревательный элемент.

Преимущественно при нанесении материала для переноса непосредственно на проницаемый для текучей среды нагревательный элемент, материал для переноса образует единое целое с проницаемым для текучей среды нагревательным элементом. Другими словами, материал для переноса и проницаемый для текучей среды нагревательный элемент образованы в виде единого целого или части. Материал для переноса и проницаемый для текучей среды нагревательный элемент образованы в виде единого целого или части на одном этапе изготовления. Вместо двух компонентов, т.е. отдельного материала для переноса и нагревательного элемента, нагреватель в сборе содержит только один компонент. Это уменьшает количество дискретных частей нагревателя в сборе, которые необходимо собрать, и делает сборку более простой. Это также устраняет необходимость в дополнительных компонентах для сборки нагревателя в сборе, например, в каркасе или держателе для удержания компонентов вместе. Кроме того, другие компоненты нагревателя в сборе могут быть подключены непосредственно к нагревателю в сборе. Например, электрические контакты могут быть подключены непосредственно к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу.

Материал для переноса может быть нанесен непосредственно на проницаемый для текучей среды нагревательный элемент путем электрофоретического осаждения.

Как используется в настоящем документе, термин «электрофоретическое осаждение» относится к процессу, в котором коллоидные частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в жидкой среде, мигрируют под воздействием электрического поля (электрофореза) и наносятся на проводящие субстраты, такие как проницаемый для текучей среды нагревательный элемент, который действует как электрод.

Электрофоретическое осаждение может способствовать приданию нагревателю в сборе ряда характеристик. Преимущественно керамический материал для переноса соединяется с проницаемым для текучей среды нагревательным элементом для получения цельного нагревателя в сборе, содержащего проницаемый для текучей среды нагревательный элемент и цельный материал для переноса. Керамический материал для переноса будет нанесен в форме нижележащего проницаемого для текучей среды нагревательного элемента, который действует как электрод в процессе электрофоретического осаждения. Кроме того, нанесенный керамический материал для переноса будет сохранять эту форму по мере увеличения толщины нанесенного керамического слоя во время процесса осаждения. Следовательно, керамический материал для переноса будет иметь по существу линейные каналы, отходящие от проницаемого для текучей среды нагревательного элемента. Каналы будут иметь по существу ту же форму и размеры, что и нижележащие прорези в проницаемом для текучей среды нагревательном элементе. Таким образом, каналы будут обеспечивать однонаправленный поток жидкости через материал для переноса по направлению к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу за счет капиллярного действия.

Материал для переноса может быть нанесен посредством нанесения керамических частиц на проницаемый для текучей среды нагревательный элемент, при этом средний размер керамических частиц составляет от 0,05 до 0,7 мкм. Было обнаружено, что данный диапазон размеров керамических частиц является особенно эффективным для получения материала для переноса, обладающего подходящими свойствами.

Размер керамических частиц может зависеть от типа используемой керамики. Например, для инертной керамики, такой как Al₂O₃ и ZrO₂, размер частиц может составлять от 0,2 до 0,7 мкм. Для биосовместимой керамики, такой как гидроксиапатит, размер частиц может составлять от 50 до 600 нанометров.

В способе могут быть использованы частицы разных типов керамики для создания разных керамических слоев внутри нанесенного материала для переноса. Разные типы керамики могут быть использованы для придания разных свойств материалу для переноса.

Способ может дополнительно включать отжиг нагревателя в сборе после нанесения материала для переноса. Способ может дополнительно включать спекание нагревателя в сборе после нанесения материала для переноса. Спекание приводит к коалесценции керамических частиц и уменьшению пор или пространств между керамическими частицами. Это может способствовать уменьшению латерального потока жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из каналов через корпус керамики и вместо этого поддерживает жидкий субстрат, образующий аэрозоль, в каналах, так что жидкость эффективно течет по каналам к прорезям в проницаемом для текучей среды нагревательном элементе.

Настоящее изобретение определено в формуле изобретения. Однако ниже представлен не являющийся исчерпывающим перечень неограничивающих примеров. Любой один или более из признаков этих примеров можно комбинировать с любым одним или более признаками другого примера, варианта осуществления или аспекта, описанного в данном документе.

Пример Ex1: нагреватель в сборе для системы, генерирующей аэрозоль, причем нагреватель в сборе содержит: проницаемый для текучей среды нагревательный элемент для нагрева жидкого субстрата, образующего аэрозоль; и материал для переноса, предназначенный для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу.

Пример Ех2: нагреватель в сборе по примеру Ex1, где материал для переноса содержит керамику, которая нанесена непосредственно на проницаемую для текучей среды поверхность проницаемого для текучей среды нагревательного элемента.

Пример Ех3: нагреватель в сборе по примеру Ex1 или примеру Ех2, где проницаемый для текучей среды нагревательный элемент содержит множество прорезей, позволяющих текучей среде проникать через нагревательный элемент.

Пример Ех4: нагреватель в сборе по примеру Ех3, где материал для переноса содержит множество каналов,

предназначенных для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, ко множеству прорезей проницаемого для текучей среды нагревательного элемента.

Пример Ех5: нагреватель в сборе по примеру Ех4, где для каждой из прорезей проницаемого для текучей среды нагревательного элемента материал для переноса содержит соответствующий канал, предназначенный для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к его соответствующей прорези.

Пример Ех6: нагреватель в сборе по любому предыдущему примеру, где материал для переноса имеет толщину, определенную между первой поверхностью материала для переноса и противоположной второй поверхностью материала для переноса, при этом проницаемый для текучей среды нагревательный элемент расположен на первой поверхности, а вторая поверхность расположена с возможностью приема жидкого субстрата, образующего аэрозоль, причем множество каналов проходит через толщину материала для переноса между первой и второй поверхностями материала для переноса.

Пример Ех7: нагреватель в сборе по примеру Ех6, где множество каналов расположено с возможностью обеспечения потока жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в одном направлении между первой и второй поверхностями материала для переноса.

Пример Ех8: нагреватель в сборе по примеру Ех6 или примеру Ех7, где множество каналов проходит по существу линейно в направлении по существу ортогональном первой поверхности материала для переноса.

Пример Ех9: нагреватель в сборе по любому предыдущему примеру, где каждая прорезь из множества прорезей проницаемого для текучей среды нагревательного элемента имеет размер поперечного сечения от 20 до 300 мкм.

Пример Ех10: нагреватель в сборе по любому из примеров Ех5-Ех9, где размеры поперечного сечения каждого канала из множества каналов вдоль длины каналов являются по существу такими же, как размеры поперечного сечения соответствующей прорези проницаемого для текучей среды нагревательного элемента.

Пример Ex11: нагреватель в сборе по любому предыдущему примеру, дополнительно содержащий электрические контакты для подачи электропитания на проницаемый для текучей среды нагревательный элемент, где электрические контакты

непосредственно подключены к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу.

Пример Ех12: нагреватель в сборе по любому предыдущему примеру, где проницаемый для текучей среды нагревательный элемент является по существу плоским.

Пример Ех13: нагреватель в сборе по любому предыдущему примеру, где материал для переноса содержит керамику, выбранную из одного или более из оксида алюминия, оксида циркония и гидроксиапатита.

Пример Ех14: нагреватель в сборе по любому из примеров Ех5-Ех13, где каждая прорезь проницаемого для текучей среды нагревательного элемента по существу выровнена с соответствующим каналом.

Пример Ех15: нагреватель в сборе по любому из примеров Ех4-Ех14, где форма поперечного сечения каналов является по существу такой же, как и форма поперечного сечения прорезей.

Пример Ех1б: нагреватель в сборе по любому из примеров Ех11-Ех15, где электрические контакты расположены на противоположных сторонах проницаемого для текучей среды нагревательного элемента.

Пример Ех17: нагреватель в сборе по любому предыдущему примеру, где материал для переноса содержит первый материал для переноса, расположенный на первой стороне проницаемого для текучей среды нагревательного элемента, при этом нагреватель в сборе содержит второй материал для переноса, расположенный на второй стороне проницаемого для текучей среды нагревательного элемента.

Пример Ex18: нагреватель в сборе по любому предыдущему примеру, где проницаемый для текучей среды нагревательный элемент содержит сетчатый нагреватель, содержащий множество пересекающихся нагревательных нитей.

Пример Ex19: нагреватель в сборе по примеру Ех18, где ширина или диаметр нагревательных нитей составляет от 10 до 100 мкм.

Пример Ех20: картридж для системы, генерирующей аэрозоль, причем картридж содержит нагреватель в сборе по любому из предыдущих примеров и часть для хранения жидкости для удержания жидкого субстрата, образующего аэрозоль.

Пример Ех21: система, генерирующая аэрозоль, содержащая: картридж по примеру Ех20; и устройство, генерирующее аэрозоль; где картридж разъемно присоединен к устройству, генерирующему аэрозоль, причем устройство, генерирующее аэрозоль, содержит источник питания для нагревателя в сборе.

Пример Ех22: способ изготовления нагревателя в сборе для системы, генерирующей аэрозоль, причем способ включает: предоставление проницаемого для текучей среды нагревательного элемента; предоставление материала для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу.

Пример Ех23: способ по примеру Ех22, где материал для переноса предоставлен посредством нанесения керамики

непосредственно на проницаемый для текучей среды нагревательный элемент.

Пример Ех24: способ по примеру Ех23, где материал для переноса нанесен непосредственно на проницаемый для текучей среды нагревательный элемент путем электрофоретического осаждения.

Пример Ех25: способ по примеру Ех23 или примеру Ех24, где материал для переноса нанесен посредством нанесения керамических частиц на проницаемый для текучей среды нагревательный элемент, при этом средний размер керамических частиц составляет от 0,05 до 0,7 мкм.

Пример Ех26: способ по любому из примеров Ех23-Ех25, дополнительно включающий спекание нагревателя в сборе после нанесения материала для переноса.

Далее примеры будут дополнительно описаны со ссылкой на фигуры, на которых:

на фиг.1 схематически представлен вид в перспективе нагревателя в сборе согласно одному примеру настоящего изобретения.

На фиг.2 схематически показан вид сбоку в поперечном разрезе нагревателя в сборе, показанного на фиг.1, вдоль линии А-А на фиг.1.

На фиг.3 представлено схематическое изображение примера системы, генерирующей аэрозоль, содержащей картридж и устройство, генерирующее аэрозоль.

На фиг.4 представлено схематическое изображение устройства, используемого для электрофоретического осаждения.

На фиг.5А представлено схематическое изображение электрофоретического осаждения керамических частиц на части сетчатого нагревателя согласно одному примеру настоящего изобретения.

На фиг.5В представлено схематическое изображение, показывающее керамические частицы на фиг.4А после процесса спекания.

Со ссылкой на фиг.1 показан нагреватель в сборе 10, содержащий сетчатый нагревательный элемент 12 и керамический материал 14 для переноса. Сетчатый нагревательный элемент 12 содержит ряд электропроводящих нитей 13, изготовленных из нержавеющей стали и проницаемых для текучей среды. Керамический материал 14 для переноса был нанесен непосредственно на проницаемую для текучей среды нижнюю поверхность (не показана на фиг.1) сетчатого нагревательного элемента 12 посредством электрофоретического осаждения. Для образования материала 14 для переноса может быть использована любая подходящая керамика и примеры подходящей керамики обсуждены ниже.

Керамический материал 14 для переноса неподвижно прикреплен к нижней поверхности сетчатого нагревательного элемента 12 для образования цельного нагревателя в сборе 10. Керамический материал 14 для переноса выполнен с возможностью переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль (не показан), к сетчатому нагревательному элементу 12. Множество промежутков или прорезей 16 определены между нитями 13 сетчатого нагревательного элемента 12. Во время нагрева испаряемый субстрат, образующий аэрозоль, может высвобождаться из нагревателя в сборе 10 через прорези 16 для генерирования аэрозоля.

Нагреватель в сборе 10 дополнительно содержит пару электрических контактов 15 для подачи электропитания на сетчатый нагревательный элемент 12. Электрические контакты 15 содержат пару оловянных площадок, которые присоединены непосредственно к сетчатому нагревательному элементу и расположены на противоположных сторонах сетки. Хотя электрические контакты покрывают некоторые прорези сетчатого нагревательного элемента 12, это составляет лишь небольшую долю от общего количества прорезей сетчатого нагревательного элемента и не оказывает существенного влияния на генерирование аэрозоля.

На фиг.2 показан вид в поперечном разрезе нагревателя в сборе 10, показанного вдоль линии А-А на фиг.1. Сетчатый нагревательный элемент 12 расположен на первой поверхности 14а керамического материала 14 для переноса. Противоположная вторая поверхность 14b керамического материала 14 для переноса расположена с возможностью приема или контакта с жидким субстратом, образующим аэрозоль. Керамический материал 14 для переноса содержит множество каналов 18, предназначенных для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, ко множеству прорезей 16, расположенных между нитями 13 сетчатого нагревательного элемента 12. Множество каналов 18 проходят через толщину Т керамического материала 14 для переноса между первой 14а и второй 14b поверхностями керамического материала 14 для переноса. Для каждой из прорезей 16 сетчатого нагревательного элемента 12, керамический материал 14 для переноса содержит соответствующий канал 18, предназначенный для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к его соответствующей прорези 16. Следует отметить, что фиг.2 представлена без соблюдения масштаба. Для наглядности каналы 18, нити 13 и прорези 16 были увеличены, и показано меньше каналов 18, нитей 13 и прорезей 16, чем присутствовало бы в реальном нагревателе в сборе.

Как более подробно рассмотрено ниже, керамический материал 14 для переноса был образован посредством электрофоретического осаждения керамических частиц на сетчатом нагревательном элементе 12. После осаждения керамического материала 14 для переноса он приобретает ту же форму и размеры, что и сетчатый нагревательный элемент 12, поскольку керамические частицы осаждаются только на электропроводящих нитях 13 сетчатого нагревательного элемента 12, а не в пространстве прорезей 16. Следовательно, по мере увеличения толщины Т осажденного керамического материала 14 для переноса во время процесса электрофоретического осаждения, множество каналов 18 образуются через толщину Т керамического материала для переноса, каждый канал 18 соответствует его соответствующему отверстию 16. Следует понимать, что из-за производственных допусков в процессе электрофоретического осаждения прозрачный канал 18 через толщину Т материала 14 для переноса не может быть образован для каждой отдельной прорези 16 нагревательного элемента 12. Однако канал 18 будет образован для большинства прорезей 16, то есть для более 50 процентов прорезей 16, и, как правило, доля прорезей 16, для которых образован канал 18, намного выше, например, для более 80 или 90 процентов прорезей 16.

Множество каналов 18 проходят по существу линейно в направлении по существу ортогональном первой поверхности 14а керамического материала для переноса. После электрофоретического осаждения керамического материала 14 для переноса нагреватель в сборе обычно спекается, что приводит к коалесценции керамических частиц и уменьшению размера любых пор между частицами. Это способствует уменьшению латерального потока жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из каналов через корпус керамики и вместо этого поддерживает жидкий субстрат, образующий аэрозоль, в каналах 18. Следовательно, множество каналов 18 обеспечивают протекание жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в одном направлении от второй поверхности 14b керамического материала 14 для переноса, которая принимает или находится в контакте с жидким субстратом, образующим аэрозоль, к первой поверхности 14а керамического материала 14 для переноса, на которой расположен сетчатый нагревательный элемент 12.

Как видно на фиг.2, размеры поперечного сечения каждого канала из множества каналов 18 вдоль длины каналов являются по существу такими же, как размеры поперечного сечения соответствующей прорези 16 канала в сетчатом нагревательном элементе 12. В зависимости от пространства между нитями 13 сетчатого нагревательного элемента 12 прорези 16 могут иметь размер поперечного сечения от 20 до 300 мкм. В данном диапазоне размеров множество каналов 18 действуют как капилляры или капиллярные каналы и переносят жидкий субстрат, образующий аэрозоль, к сетчатому нагревательному элементу 12 за счет капиллярного действия.

На фиг.3 представлено схематическое изображение примера системы, генерирующей аэрозоль. Система, генерирующая аэрозоль, содержит два основных компонента, картридж 100 и основную часть или устройство 200, генерирующее аэрозоль. Соединительный конец 115 картриджа 100 разъемно соединен с соответствующим соединительным концом 205 устройства 200, генерирующего аэрозоль. Каждый из соединительного конца 115 картриджа 100 и соединительного конца 205 устройства 200, генерирующего аэрозоль, имеет электрические контакты или соединения (не показаны), которые выполнены с возможностью взаимодействия для обеспечения электрического соединения между картриджем 100 и устройством 200, генерирующим аэрозоль. Устройство 200, генерирующее аэрозоль, содержит источник питания в виде батареи 210, которая в данном примере представляет собой перезаряжаемую литий-ионную батарею, и схему 220 управления. Система, генерирующая аэрозоль, является портативной и имеет размер, сопоставимый с размером традиционной сигары или сигареты. Мундштук 125 расположен на конце картриджа 100, противоположном соединительному концу 115.

Картридж 100 содержит корпус 105, содержащий нагреватель в сборе 10 по фиг.1 и 2, и отделение или часть для хранения жидкости, имеющее первую часть 130 для хранения и вторую часть 135 для хранения. В отделении для хранения жидкости удерживается жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Хотя на фиг.1 это не показано, первая часть 130 для хранения отделения для хранения жидкости соединена со второй частью 135 для хранения отделения для хранения жидкости, так что обеспечена возможность прохождения жидкости, находящейся в первой части 130 для хранения, во вторую часть 135 для хранения. Нагреватель в сборе 10 вмещает жидкость из второй части 135 для хранения отделения для хранения жидкости. По меньшей мере часть керамического материала для переноса нагревателя в сборе 10 проходит во вторую часть 135 для хранения отделения для хранения жидкости для контакта с жидким субстратом, образующим аэрозоль, находящимся в нем.

Проход 140, 145 для потока воздуха проходит через картридж 100 от впускного отверстия 150 для воздуха, образованного на боковой стороне корпуса 105, мимо сетчатого нагревательного элемента нагревателя в сборе 10 и от нагревателя в сборе 10 до мундштучного отверстия 110, образованного в корпусе 105 на конце картриджа 100, противоположном соединительному концу 115.

Компоненты картриджа 100 расположены таким образом, что первая часть 130 для хранения отделения для хранения жидкости находится между нагревателем в сборе 10 и мундштучным отверстием 110, а вторая часть 135 для хранения отделения для хранения жидкости находится с противоположной стороны нагревателя в сборе 10 относительно мундштучного отверстия 110. Другими словами, нагреватель в сборе 10 лежит между двумя частями 130, 135 отделения для хранения жидкости и вмещает жидкость из второй части 135 для хранения. Первая часть 130 для хранения отделения для хранения жидкости находится ближе к мундштучному отверстию 110, чем вторая часть 135 для хранения отделения для хранения жидкости. Проход 14 0, 145 для потока воздуха проходит мимо сетчатого нагревательного элемента нагревателя в сборе 10 и между первой 130 и второй 135 частями отделения для хранения жидкости.

Система, генерирующая аэрозоль, выполнена таким образом, что пользователь имеет возможность осуществления затяжки или втягивания через мундштук 125 картриджа для втягивания аэрозоля в свой рот через мундштучное отверстие 110. При эксплуатации, когда пользователь осуществляет затяжку через мундштук 125, воздух втягивается через проход 140, 145 для потока воздуха из впускного отверстия 150 для воздуха мимо нагревателя в сборе 10 к мундштучному отверстию 110. Схема 220 управления управляет подачей электропитания от батареи 210 на картридж 100 при активации системы. Это, в свою очередь, регулирует количество и свойства пара, производимого нагревателем в сборе 10. Схема 220 управления может содержать датчик потока воздуха (не показан), и эта схема 220 управления может подавать электропитание на нагреватель в сборе 10, когда датчик потока воздуха обнаруживает затяжки, осуществляемые пользователем. Данный тип расположения элементов управления является традиционным в системах, генерирующих аэрозоль, таких как ингаляторы и электронные сигареты. При осуществлении пользователем затяжки через мундштучное отверстие 110 картриджа 100 происходит активация нагревателя в сборе 10, и он генерирует пар, захватываемый потоком воздуха, проходящим через проход 140 для потока воздуха. Пар охлаждается в потоке воздуха в проходе 145 с образованием аэрозоля, который затем втягивается в рот пользователя через мундштучное отверстие 110.

При эксплуатации мундштучное отверстие 110, как правило, является самой высокой точкой системы. Конструкция картриджа 100, и, в частности, расположение нагревателя в сборе 10 между первой и второй частями 130, 135 для хранения отделения для хранения жидкости, обеспечивает преимущество, поскольку используется сила тяжести для обеспечения доставки жидкого субстрата в нагреватель в сборе 10 даже тогда, когда отделение для хранения жидкости опустошается, но при этом предотвращается избыточная подача жидкости в нагреватель в сборе 10, что могло бы привести к утечке жидкости внутрь прохода 14 0 для потока воздуха.

На фиг.4 представлено схематическое изображение устройства 300, используемого для электрофоретического осаждения

керамического материала для переноса на сетчатый нагревательный элемент. Устройство 300 содержит контейнер 302, удерживающий суспензию 304 керамических частиц 306 в растворителе при низком рН. Керамические частицы 306 заряжены так, что они перемещаются под действием электрического поля. В настоящем примере керамические частицы 306 отрицательно заряжены. Керамические частицы 306 хорошо диспергированы в растворителе посредством магнитного перемешивания 308. Кроме того, добавки (не показаны), такие как диспергирующие или стабилизирующие средства, обычно добавляют для предотвращения агломерации или флокуляции.

Электропроводящий сетчатый нагревательный элемент 310 из нержавеющей стали погружен в керамическую суспензию 304 и подключен к положительному выводу источника 312 питания. Сетчатый нагревательный элемент образует рабочий электрод и предоставляет целевой субстрат, на который могут быть нанесены керамические частицы 306. Противоэлектрод 314, расположенный напротив сетчатого нагревательного элемента 310, также погружен в керамическую суспензию 304 и подключен к отрицательному выводу источника 312 питания таким образом, что он имеет полярность, противоположную полярности сетчатого нагревательного элемента 310. Кроме того, электрод 316 сравнения вставлен в керамическую суспензию 304. Электрод 316 сравнения имеет стабильный и четко определенный потенциал и его можно использовать как сравнение для измерения относительных потенциалов сетчатого

нагревательного элемента 310 и противоэлектрода, чтобы можно было точно управлять подаваемым напряжением.

Напряжение подают между сетчатым нагревательным элементом 310 и противоэлектродом 314 от источника 312 питания таким образом, что отрицательно заряженные керамические частицы 306 перемещаются к положительно заряженному сетчатому

нагревательному элементу 310 под действием прикладываемого электрического поля. Керамические частицы 306 сталкиваются с поверхностью сетчатого нагревательного элемента 310 и образуют слой осажденной керамики. По мере продолжения

электрофоретического осаждения толщина керамического слоя увеличивается и образуется материал для переноса с однонаправленными каналами размером с прорези в сетчатом нагревательном элементе 310. После осаждения полученный керамический слой отжигают и спекают при высоких температурах, как более подробно рассмотрено ниже.

На фиг.5А представлено схематическое изображение, показывающее слой керамических частиц 306, который был осажден посредством электрофоретического осаждения на часть сетчатого нагревательного элемента 310. Керамические частицы 306 осаждаются только на нитях 310а сетчатого нагревательного элемента 310. Слой керамических частиц 306 не проходит в промежутки или прорези ЗЮЬ к сторонам нитей 310а, которые остаются свободными и в конечном итоге образуют каналы в керамическом материале для переноса.

На фиг.5 В представлено схематическое изображение, показывающее керамические частицы 306 на фиг.5А после процесса спекания. Как видно на фиг.5 В, спекание привело к коалесценции керамических частиц 306 и уменьшению пор или пространств между керамическими частицами. Это способствует уменьшению латерального потока жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из каналов через корпус керамики и вместо этого поддерживает жидкий субстрат, образующий аэрозоль, в каналах, так что жидкость эффективно течет по каналам к соответствующей прорези 310b в сетчатом нагревательном элементе 310.

Для осаждения материала для переноса может быть использована любая подходящая керамика. Например, может быть использована инертная керамика, такая как Al₂O₃ и ZrO₂. В качестве альтернативы может быть использована биосовместимая керамика, такая как гидроксиапатит. Преимущество обоих этих типов керамики заключается в том, что они снижают риск получения токсичных соединений или нежелательных побочных продуктов.

Ниже приведены примеры, показывающие материалы и условия процесса, необходимые для осаждения керамики на сетчатых нагревательных элементах посредством электрофореза.

Группа изобретений относится к электрическим устройствам и системам, генерирующим аэрозоль. Нагреватель в сборе (10) для системы, генерирующей аэрозоль, содержит: проницаемый для текучей среды нагревательный элемент (12) для нагрева жидкого субстрата, образующего аэрозоль, содержащий множество прорезей (16), позволяющих текучей среде проникать через нагревательный элемент (12); материал (14) для переноса, содержащий множество каналов (18), предназначенных для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к множеству прорезей (16) проницаемого для текучей среды нагревательного элемента (12). Материал (14) для переноса содержит керамику, которая осаждена непосредственно на проницаемой для текучей среды поверхности проницаемого для текучей среды нагревательного элемента (12). Причем для более 50 процентов прорезей (16) проницаемого для текучей среды нагревательного элемента (12) материал (14) для переноса содержит соответствующий канал (18), предназначенный для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к его соответствующей прорези (16). Таким образом обеспечивается уменьшение количества частей нагревателя и, как следствие, упрощение его сборки, а также снижение риска получения нежелательных побочных продуктов, вызванных ситуацией сухого нагрева. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил, 2 пр.

1. Нагреватель в сборе для системы, генерирующей аэрозоль, при этом нагреватель в сборе содержит:

проницаемый для текучей среды нагревательный элемент для нагрева жидкого субстрата, образующего аэрозоль, для образования аэрозоля, при этом проницаемый для текучей среды нагревательный элемент содержит множество прорезей, позволяющих текучей среде проникать через нагревательный элемент; и

материал для переноса, содержащий множество каналов, предназначенных для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к множеству прорезей проницаемого для текучей среды нагревательного элемента;

при этом материал для переноса содержит керамику, которая осаждена непосредственно на проницаемой для текучей среды поверхности проницаемого для текучей среды нагревательного элемента; и

причем для более 50 % прорезей проницаемого для текучей среды нагревательного элемента материал для переноса содержит соответствующий канал, предназначенный для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к его соответствующей прорези.

2. Нагреватель в сборе по п. 1, отличающийся тем, что для каждой из прорезей проницаемого для текучей среды нагревательного элемента материал для переноса содержит соответствующий канал, предназначенный для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к его соответствующей прорези.

3. Нагреватель в сборе по п. 1 или 2, отличающийся тем, что материал для переноса имеет толщину, определенную расстоянием между первой поверхностью материала для переноса и противоположной второй поверхностью материала для переноса, при этом проницаемый для текучей среды нагревательный элемент расположен на первой поверхности, а вторая поверхность расположена с возможностью приема жидкого субстрата, образующего аэрозоль, причем множество каналов проходит через толщину материала для переноса между первой и второй поверхностями материала для переноса.

4. Нагреватель в сборе по п. 3, отличающийся тем, что множество каналов расположено с возможностью обеспечения потока жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в одном направлении между первой и второй поверхностями материала для переноса.

5. Нагреватель в сборе по п. 3 или 4, отличающийся тем, что множество каналов проходит по существу линейно в направлении по существу ортогональном первой поверхности материала для переноса.

6. Нагреватель в сборе по любому предыдущему пункту, отличающийся тем, что каждая прорезь из множества прорезей проницаемого для текучей среды нагревательного элемента имеет размер поперечного сечения от 20 до 300 мкм.

7. Нагреватель в сборе по любому предыдущему пункту, отличающийся тем, что размеры поперечного сечения каждого канала из множества каналов вдоль длины каналов являются по существу такими же, как размеры поперечного сечения прорезей проницаемого для текучей среды нагревательного элемента.

8. Нагреватель в сборе по любому предыдущему пункту, отличающийся тем, что дополнительно содержит электрические контакты для подачи электропитания на проницаемый для текучей среды нагревательный элемент, при этом электрические контакты непосредственно подключены к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу.

9. Нагреватель в сборе по любому предыдущему пункту, отличающийся тем, что проницаемый для текучей среды нагревательный элемент является по существу плоским.

10. Нагреватель в сборе по любому предыдущему пункту, отличающийся тем, что проницаемый для текучей среды нагревательный элемент содержит сетчатый нагреватель, содержащий множество пересекающихся нагревательных нитей.

11. Картридж для системы, генерирующей аэрозоль, причем картридж содержит нагреватель в сборе по любому из предыдущих пунктов и часть для хранения жидкости для удержания жидкого субстрата, образующего аэрозоль.

12. Система, генерирующая аэрозоль, содержащая:

картридж по п. 11 и

устройство, генерирующее аэрозоль;

причем картридж съемно присоединен к устройству, генерирующему аэрозоль, и при этом устройство, генерирующее аэрозоль, содержит источник питания для нагревателя в сборе.

13. Способ изготовления нагревателя в сборе для системы, генерирующей аэрозоль, причем способ включает в себя этапы, на которых:

обеспечивают проницаемый для текучей среды нагревательный элемент,

обеспечивают материал для переноса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к проницаемому для текучей среды нагревательному элементу;

при этом материал для переноса обеспечен посредством осаждения керамики непосредственно на проницаемый для текучей среды нагревательный элемент; и

причем материал для переноса осажден непосредственно на проницаемый для текучей среды нагревательный элемент путем электрофоретического осаждения.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что материал для переноса осажден посредством осаждения керамических частиц на проницаемом для текучей среды нагревательном элементе, при этом средний размер керамических частиц составляет от 0,05 до 0,7 мкм.

15. Способ по п. 13 или 14, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя этап, на котором спекают нагреватель в сборе после осаждения материала для переноса.