Аэрозоль-генерирующее устройство с капиллярным интерфейсом
Изобретение относится к аэрозоль-генерирующему устройству, которое содержит участок для хранения аэрозоль-образующего субстрата; испаритель для нагревания аэрозоль-образующего субстрата; капиллярный материал для транспортировки аэрозоль-образующего субстрата из участка для хранения к испарителю под действием капиллярных сил; и пористый материал между капиллярным материалом и испарителем. Технический результат заключается в исключении повреждения капиллярного материала. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение относится к аэрозоль-генерирующему устройству для нагревания аэрозоль-образующего субстрата. В частности, но не только, настоящее изобретение относится к электрическому аэрозоль-генерирующему устройству для нагревания жидкого аэрозоль-образующего субстрата.
WO-A-2009/132793 раскрывает электрически нагреваемую курительную систему. Жидкость содержится в участке для хранения жидкости, и капиллярный фитиль имеет первый конец, который проходит в участок для хранения жидкости для контакта с жидкостью, содержащейся в нем, и второй конец, который выходит из участка для хранения жидкости. Нагревательный элемент нагревает второй конец капиллярного фитиля. Нагревательный элемент присутствует в форме спирально намотанного электрического нагревательного элемента, который находится в электрическом соединении с источником электроэнергии и окружает второй конец капиллярного фитиля. В процессе использования нагревательный элемент может быть приведен в действие пользователем и подключен к источнику электроэнергии. Затяжка через мундштук пользователем заставляет воздух втягиваться в электрически нагреваемую курительную систему через капиллярный фитиль и нагревательный элемент и после этого в рот пользователя.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы улучшить образование аэрозоля в аэрозоль-генерирующих устройствах или системах.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагается аэрозоль-генерирующее устройство, содержащее участок для хранения аэрозоль-образующего субстрата; испаритель для нагревания аэрозоль-образующего субстрата; капиллярный материал для транспортировки аэрозоль-образующего субстрата из участка для хранения к испарителю под действием капиллярных сил и пористый материал между капиллярным материалом и испарителем.
Согласно следующему аспекту настоящего изобретения предлагается картридж, содержащий участок для хранения аэрозоль-образующего субстрата; испаритель для нагревания аэрозоль-образующего субстрата; капиллярный материал для транспортировки аэрозоль-образующего субстрата из участка для хранения к испарителю под действием капиллярных сил и пористый материал между капиллярным материалом и испарителем.
Аэрозоль-генерирующее устройство и картридж совместно образуют аэрозоль-генерирующую систему для испарения аэрозоль-образующего субстрата. Картридж или устройство может содержать участок для хранения аэрозоль-образующего субстрата. Испаритель, капиллярный материал и пористый материал могут содержаться в аэрозоль-генерирующем устройстве. Испаритель, капиллярный материал и пористый материал могут также содержаться в картридже.
Согласно следующему аспекту настоящего изобретения предлагается аэрозоль-генерирующая система, содержащая аэрозоль-генерирующее устройство в сочетании с картриджем, причем картридж или аэрозоль-генерирующее устройство содержит участок для хранения аэрозоль-образующего субстрата; причем картридж или аэрозоль-генерирующее устройство содержит испаритель для нагревания аэрозоль-образующего субстрата и образования аэрозоля; причем картридж или аэрозоль-генерирующее устройство содержит капиллярный материал для транспортировки аэрозоль-образующего субстрата из участка для хранения к испарителю под действием капиллярных сил; и при этом картридж или аэрозоль-генерирующее устройство содержит пористый материал между капиллярным материалом и испарителем.
Согласно всем аспектам настоящего изобретения участок для хранения может представлять собой участок для хранения жидкости. Согласно всем аспектам настоящего изобретения аэрозоль-образующий субстрат может представлять собой жидкий аэрозоль-образующий субстрат.
В качестве альтернативы аэрозоль-образующий субстрат может представлять собой субстрат любого другого типа, например, газообразный субстрат или гелеобразный субстрат, или любое сочетание субстратов разнообразных типов.
Аэрозоль-генерирующее устройство или система предназначается для испарения аэрозоль-образующего субстрата и образования аэрозоля. Картридж или аэрозоль-генерирующее устройство может содержать аэрозоль-образующий субстрат или может предназначаться для содержания аэрозоль-образующего субстрата. Как известно специалистам в данной области техники, аэрозоль представляет собой взвесь твердых частиц или жидких капель в газе, таком как воздух.
Предпочтительно, капиллярный материал расположен таким образом, что он находится в контакте с аэрозоль-образующим субстратом в участке для хранения. Согласно одному варианту выполнения жидкость в капиллярном материале испаряется нагревателем, образуя пересыщенный пар. Пересыщенный пар смешивается с воздушным потоком и переносится этим потоком. В процессе движения пар конденсируется, образуя аэрозоль, и этот аэрозоль переносится ко рту пользователя. Жидкий аэрозоль-образующий субстрат имеет подходящие физические свойства, в том числе поверхностное натяжение и вязкость, которые позволяют жидкости перемещаться через капиллярный материал под действием капиллярных сил.
Настоящее изобретение предоставляет ряд преимуществ. Во-первых, пористый материал может представлять собой опорную конструкцию для капиллярного материала, которая не допускает повреждения капиллярного материала, например расщепление, изгиб или уплощение. Это является особенно актуальным, если капиллярный материал представляет собой гибкий материал и пористый материал представляет собой жесткий материал. Если капиллярный материал оказывается защищенным от повреждения, становится более вероятным устойчивое образование аэрозоля, даже после многократного использования аэрозоль-генерирующего устройства. Во-вторых, можно сократить производственные расходы, потому что капиллярный материал может представлять собой простой и относительно дешевый материал. Пористый материал может представлять собой более прочный и дорогостоящий материал. Таким образом, более дорогостоящий материал требуется использовать только для небольшого количества пористого материала, а относительно дешевый материал можно использовать для основной массы устройства.
Капиллярный материал может представлять собой любой подходящий материал или сочетание материалов, которые способны перемещать аэрозоль-образующий субстрат к испарителю. Капиллярный материал предпочтительно представляет собой пористый материал, но это условие не является обязательным. Капиллярный материал может иметь волокнистую или губчатую структуру. Капиллярный материал предпочтительно содержит пучок капилляров. Например, капиллярный материал может содержать множество волокон, или нитей, или других тонких канальцев. В качестве альтернативы капиллярный материал может содержать губкообразный или пенообразный материал. В структуре капиллярного материала образуется множество канальцев или трубочек, через которые аэрозоль-образующий субстрат может перемещаться под действием капиллярных сил из участка для хранения к испарителю. Конкретный выбор предпочтительного капиллярного материала или материалов будет зависеть от физических свойств аэрозоль-образующего субстрата. Примеры подходящих капиллярных материалов включают губчатые или пенообразные материалы, материалы на керамической или графитовой основе в форме волокон или спеченных порошков, вспененные металлические или пластмассовые материалы, волокнистые материалы, которые составляют, например, пряденые или экструдированные волокна, такие как ацетатцеллюлозные, сложнополиэфирные или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамические волокна. Капиллярный материал может иметь любую подходящую капиллярность, таким образом, чтобы его можно было использовать с жидкостями, имеющими различные физические свойства. Жидкость имеет физические свойства, в том числе, но не ограничиваясь этим, следующие: вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температура кипения и давление пара, которые позволяют жидкости перемещаться через капиллярный материал.
Пористый материал может содержать любой подходящий материал или сочетание материалов, которые являются проницаемыми для аэрозоль-образующего субстрата и позволяют аэрозоль-образующему субстрату перемещаться от капиллярного материала к испарителю. Материал или сочетание материалов также являются инертными по отношению к аэрозоль-образующему субстрату. Пористый материал может представлять собой капиллярный материал или нет. Пористый материал может содержать гидрофильный материал, чтобы улучшать распределение и распространение аэрозоль-образующего субстрата. Это может способствовать устойчивому образованию аэрозоля. Конкретный выбор предпочтительного материала или материалов будет зависеть от физических свойств аэрозоль-образующего субстрата. Примеры подходящих капиллярных материалов включают губчатые или пенообразные материалы, материалы на керамической или графитовой основе в форме волокон или спеченных порошков, вспененные металлические или пластмассовые материалы, волокнистые материалы, которые составляют, например, пряденые или экструдированные волокна, такие как ацетатцеллюлозные, сложнополиэфирные или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамические волокна. Пористый материал может иметь любую подходящую пористость, таким образом, чтобы его можно было использовать с жидкостями, имеющими различные физические свойства.
Пористый материал и капиллярный материал предпочтительно представляют собой различные материалы. Предпочтительно капиллярный материал и пористый материал находятся в контакте, поскольку это обеспечивает хорошее перемещение жидкости.
Участок для хранения может защищать аэрозоль-образующий субстрат от атмосферного воздуха (потому что воздух, как правило, не может поступать в участок для хранения жидкости). Участок для хранения может защищать аэрозоль-образующий субстрат от света, таким образом, что значительно уменьшается риск разрушения аэрозоль-образующего субстрата. Кроме того, можно обеспечивать высокий уровень гигиены. Участок для хранения может быть не выполнен для повторного заполнения. Таким образом, когда аэрозоль-образующий субстрат в участке для хранения расходуется, картридж следует заменять. В качестве альтернативы, участок для хранения может быть выполнен для повторного заполнения. В таком случае картридж можно заменять после определенного числа заполнений участка для хранения. Предпочтительно участок для хранения предназначается для содержания аэрозоль-образующего субстрата в течение заданного числа затяжек.
Согласно предпочтительному варианту выполнения аэрозоль-генерирующее устройство является электрическим и испаритель содержит электрический нагреватель для нагревания аэрозоль-образующего субстрата.
Электрический нагреватель может содержать единственный нагревательный элемент. В качестве альтернативы, электрический нагреватель может содержать более чем один нагревательный элемент, например два, или три, или четыре, или пять, или шесть, или более нагревательных элементов. Нагревательный элемент или нагревательные элементы можно располагать соответствующим образом, чтобы наиболее эффективно нагревать аэрозоль-образующий субстрат.
По меньшей мере, один электрический нагревательный элемент предпочтительно содержит диэлектрический материал. Подходящие диэлектрические материалы включают, но не ограничиваются этим, следующие: полупроводники, такие как легированные керамические материалы, электропроводные керамические материалы (такие как, например, дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, металлические сплавы и композитные материалы, изготовленные из керамического материала и металлического материала. Такие композитные материалы могут содержать легированные или нелегированные керамические материалы. Примеры подходящих легированных керамических материалов включают легированные карбиды кремния. Примеры подходящих металлов включают титан, цирконий, тантал и металлы платиновой группы. Примеры подходящих металлических сплавов включают нержавеющую сталь, константан, содержащие никель, кобальт, хром, алюминий, титан, цирконий, гафний, ниобий, молибден, тантал, вольфрам, олово, галлий, марганец и железо сплавы, а также сверхпрочные сплавы, основу которых составляют никель, железо, кобальт, нержавеющая сталь, Timetal®, сплавы на основе железа и алюминия и сплавы на основе железа, марганца и алюминия. Timetal® представляет собой зарегистрированный товарный знак компании Titanium Metals Corporation (дом 1999, Бродвей, помещение 4300, Денвер, штат Колорадо. США). В композитных материалах диэлектрический материал можно необязательно внедрять или инкапсулировать в изоляционный материал или покрывать им, или наоборот, в зависимости от требуемой кинетики переноса энергии и внешних физико-химических свойств. Нагревательный элемент может содержать металлическую травленую фольгу, изолированную между двумя слоями инертного материала. В таком случае инертный материал может содержать полностью полиимидный материал Kapton®, или фольгу из слюды. Kapton® представляет собой зарегистрированный товарный знак E. I. du Pont de Nemours and Company (дом 1007, Маркет-стрит, Уилмингтон, штат Делавэр, 19898, США).
В качестве альтернативы, по меньшей мере, один электрический нагревательный элемент может содержать инфракрасный нагревательный элемент, источник света или индуктивный нагревательный элемент.
По меньшей мере, один электрический нагревательный элемент может принимать любую подходящую форму. Например, по меньшей мере, один электрический нагревательный элемент может принимать форму нагревательной пластины. В качестве альтернативы, в качестве, по меньшей мере, одного электрического нагревательного элемента может быть обеспечена оболочка или подложка, имеющая различные электропроводные части, или диэлектрическая металлическая трубка. В качестве альтернативы, по меньшей мере, один электрический нагревательный элемент может представлять собой дисковый (торцевой) нагреватель или сочетание дискового нагревателя с нагревательными иглами или стержнями. В качестве альтернативы, по меньшей мере, один электрический нагревательный элемент может содержать гибкий листовой материал. Другие альтернативы предусматривают нагревательную проволоку или нить, которую составляет, например, платина, вольфрам, сплав никеля и хрома или другой сплав, или нагревательная плитка. Необязательно нагревательный элемент может быть внедрен в объем или нанесен на поверхность жесткого материала-носителя.
По меньшей мере, один электрический нагревательный элемент может содержать теплоотвод или тепловой резервуар, содержащий материал, который способен поглощать и сохранять тепло, а после этого высвобождать тепло с течением времени для нагревания аэрозоль-образующего субстрата. Теплоотвод может быть изготовлен из любого подходящего материала, такого как подходящий металлический или керамический материал. Предпочтительно используется имеющий высокую теплоемкость материал (тепловой аккумулятор переменной температуры) или материал, способный поглощать и после этого высвобождать тепло в ходе обратимого процесса, такого как высокотемпературный фазовый переход. Подходящие тепловые аккумуляторы переменной температуры включают такие материалы, как гель диоксида кремния, оксид алюминия, углерод, стеклоткань, стекловолокно, минералы, металлы или сплавы, такие как алюминий, серебро или свинец, а также целлюлозный материал. Другие подходящие материалы, которые способны высвобождать тепло в процессе обратимого фазового перехода, включают парафин, ацетат натрия, нафталин, воск, полиэтиленоксид, металл, соль металла, смесь эвтектических солей или сплав.
Теплоотвод может быть расположен таким образом, чтобы он находился в непосредственном контакте с аэрозоль-образующим субстратом, который перемещается из участка для хранения, и был способен передавать накопленное тепло непосредственно аэрозоль-образующему субстрату. В качестве альтернативы тепло, сохраняемое в теплоотводе или тепловом резервуаре, можно передавать аэрозоль-образующему субстрату посредством теплового проводника, такого как металлическая трубка.
По меньшей мере, один нагревательный элемент может нагревать аэрозоль-образующий субстрат посредством теплопроводности. Нагревательный элемент может находиться, по меньшей мере, частично в контакте с аэрозоль-образующим субстратом. В качестве альтернативы тепло от нагревательного элемента может передаваться аэрозоль-образующему субстрату через проводник тепла.
В качестве альтернативы, по меньшей мере, один нагревательный элемент может передавать тепло поступающему атмосферному воздуху, который втягивается через аэрозоль-генерирующее устройство в процессе использования, и при этом, в свою очередь, нагревается аэрозоль-образующий субстрат посредством конвекции. Атмосферный воздух может нагреваться перед прохождением через аэрозоль-образующий субстрат. В качестве альтернативы атмосферный воздух может сначала втягиваться через аэрозоль-образующий субстрат и затем нагреваться.
Однако настоящее изобретение не ограничивается нагревательными испарителями, но может быть использовано в аэрозоль-генерирующих устройствах и системах, в которых пар и образующийся в результате аэрозоль производят, используя механический испаритель, например, но не ограничиваясь этим, пьезоиспаритель или распылитель, с применением сжатой жидкости.
Если испаритель представляет собой электрический нагреватель, предпочтительно, пористый материал представляет собой термостойкий материал. Предпочтительно электроэнергия поступает в нагревательный элемент или элементы до тех пор, пока нагревательный элемент или элементы не достигают температуры, составляющей приблизительно от 200°C до 440°C. В этом заключается отличие от традиционных сигарет, в которых температура горения табака и сигаретной обертки может достигать 800°C. Таким образом, термин «термостойкий» в настоящем описании означает материал, который способен выдерживать температуры, составляющие более чем приблизительно 200°C, или предпочтительнее более чем приблизительно 250°C, или еще предпочтительнее вплоть до приблизительно 440°C, без заметного разложения. Пример подходящего материала представляет собой керамический материал.
Таким образом, следующее преимущество данного варианта выполнения настоящего изобретения заключается в том, что пористый материал может предотвращать повреждение капиллярного материала в результате перегрева. Пористый материал может также обеспечивать улучшенное равномерное распределение тепла. Это может способствовать устойчивому образованию аэрозоля. Подходящие термостойкие материалы могут оказаться дорогостоящими. Однако капиллярный материал должен только выдерживать температуры на границе раздела между капиллярным и пористым материалами, потому что пористый материал обеспечивает термостойкий барьер между капиллярным материалом и электрическим нагревателем. Эти температуры являются ниже, чем температуры на нагревательном элементе или элементах. Таким образом, можно использовать меньшее количество потенциально дорогостоящего термостойкого материала. Это сокращает производственные расходы. Термостойкий материал обеспечивает изоляцию между нагревателем и капиллярным материалом.
Предпочтительно пористый материал содержит электроизоляционный материал. Если испаритель содержит электрический нагреватель, это предотвращает любое короткое замыкание нагревательных элементов.
Согласно одному варианту выполнения пористый материал представляет собой просто слой пористого материала между испарителем и капиллярным материалом. Согласно альтернативному варианту выполнения пористый материал представляет собой покрытие из пористого материала на испарителе. Согласно альтернативному варианту выполнения испаритель расположен внутри пористого элемента, причем пористый элемент содержит пористый материал. Таким образом, испаритель расположен внутри пористого элемента, и часть пористого элемента между испарителем и капиллярным материалом образует пористый материал. Испаритель и пористый элемент можно изготавливать за одно целое (интегрально). Термин «изготавливать за одно целое (интегрально)» означает, что испаритель и пористый элемент изготавливаются совместно, составляя единое изделие.
Согласно особенно предпочтительному варианту выполнения аэрозоль-генерирующее устройство является электрическим, испаритель содержит электрический нагреватель для нагревания аэрозоль-образующего субстрата и электрический нагреватель и пористый элемент, содержащий пористый материал, изготовлены за одно целое (интегрально). Согласно одной конфигурации электрический нагреватель расположен внутри пористого элемента таким образом, что, когда пористый элемент прилегает к капиллярному материалу, часть пористого элемента между электрическим нагревателем и капиллярным материалом образует пористый материал. Согласно данному варианту выполнения, пористый элемент содержит термостойкий материал.
Согласно одному варианту выполнения, капиллярный материал содержит продолговатый капиллярный канал для перемещения жидкого аэрозоль-образующего субстрата из участка для хранения жидкости к испарителю, причем капиллярный канал имеет первый конец, продолжающийся в участок для хранения жидкости, и второй конец, противоположный первому концу, причем испаритель предназначается, чтобы испарять жидкий аэрозоль-образующий субстрат во втором конце капиллярного канала.
Согласно данному варианту выполнения в процессе использования жидкость перемещается из участка для хранения жидкости под действием капиллярных сил из первого конца капиллярного канала ко второму концу капиллярного канала. Пористый материал находится между вторым концом капиллярного канала и испарителем. Жидкость во втором конце капиллярного канала и в пористом материале испаряется, образуя пересыщенный пар. Капиллярный канал может иметь форму фитиля. Капиллярный канал может содержать волокна или нити, которые, как правило, ориентированы продольном направлении аэрозоль-генерирующего устройства или системы. В качестве альтернативы, капиллярный канал может содержать губкообразный или пенообразный материал, которому придана форма стержня. Этот стержнеобразный канал может проходить в продольном направлении аэрозоль-генерирующего устройства или системы.
Согласно предпочтительному варианту выполнения капиллярный материал содержит продолговатый капиллярный канал для перемещения жидкого аэрозоль-образующего субстрата из участка для хранения жидкости, причем капиллярный канал имеет первый конец, продолжающийся в участок для хранения жидкости, и второй конец, противоположный первому концу, и испаритель содержит электрический нагреватель, который предназначается, чтобы нагревать жидкий аэрозоль-образующий субстрат во втором конце капиллярного канала. Пористый материал находится между вторым концом капиллярного канала и электрическим нагревателем. Когда нагреватель содержится, жидкость во втором конце капиллярного канала и в пористом материале испаряется нагревателем, образуя пересыщенный пар.
Согласно одному варианту выполнения пористый материал представляет собой «рукав» из пористого материала, который по существу окружает второй конец капиллярного канала.
Рукав из пористого материала может окружать второй конец капиллярного канала в достаточной степени, таким образом, что капиллярный канал не находится в контакте с испарителем. Это оказывается особенно важным, когда испаритель содержит электрический нагреватель, поскольку капиллярный материал может не быть термостойким. Рукав из пористого материала может обеспечивать защиту и опору для капиллярного канала. Пористый рукав не обязательно должен окружать весь капиллярный канал, при том условии, что пористый рукав предотвращает любые контакты между капиллярным каналом и испарителем, которые могли бы нанести повреждение капиллярному каналу.
В качестве альтернативы или дополнения пористый материал может содержать крышку из пористого материала, которая по существу закрывает второй конец капиллярного канала.
Крышка из пористого материала может закрывать второй конец капиллярного канала в достаточной степени, таким образом, что капиллярный канал не находится в контакте с испарителем. Это оказывается особенно важным, когда испаритель содержит электрический нагреватель, поскольку капиллярный материал может не быть термостойким. Крышка из пористого материала может обеспечивать защиту и опору для капиллярного канала. Например, если капиллярный канал содержит множество волокон или нитей, крышка из пористого материала может уменьшать вероятность расщепления или разрыва капиллярного канала. Пористая крышка не обязательно должна закрывать весь капиллярный канал, при том условии, что пористая крышка предотвращает любые контакты между капиллярным каналом и испарителем, которые могли бы нанести повреждение капиллярному каналу.
Согласно одному особенно предпочтительному варианту выполнения картридж содержит мундштук; источник электроэнергии и электрический контур расположены в устройстве; капиллярный материал содержит продолговатый капиллярный канал для транспортировки аэрозоль-образующего субстрата из участка для хранения жидкости, причем капиллярный канал имеет первый конец, продолжающийся в участок для хранения, и второй конец, противоположный первому концу; испаритель содержит электрический нагреватель, присоединяемый к источнику электроэнергии, для нагревания аэрозоль-образующего субстрата во втором конце капиллярного канала; причем участок для хранения, капиллярный канал и электрический нагреватель расположены в картридже.
Участок для хранения, а также необязательно капиллярный канал и нагреватель, можно извлекать из аэрозоль-генерирующей системы как единый компонент.
Согласно одному варианту выполнения участок для хранения содержит внутренний канал, испаритель проходит, по меньшей мере, через часть внутреннего канала в участок для хранения, и капиллярный материал содержит капиллярный материал, по меньшей мере, частично выстилающий внутренний канал.
Согласно данному варианту выполнения в процессе использования жидкость перемещается из участка для хранения жидкости под действием капиллярных сил через капиллярный материал, выстилающий внутренний канал. Внутренняя поверхность капиллярного материала предпочтительно находится в контакте с жидким аэрозоль-образующим субстратом в участке для хранения жидкости. Пористый материал находится между внешней поверхностью капиллярного материала и испарителем. Жидкость вблизи внешней поверхности капиллярного материала и в пористом материале испаряется, образуя пересыщенный пар. Капиллярный материал может представлять собой любой подходящий капиллярный материал, которому придана трубчатая форма. Трубка из капиллярного материала может проходить на протяжении всей или части длины внутреннего канала в участке для хранения жидкости.
Согласно предпочтительному варианту выполнения участок для хранения жидкости имеет внутренний канал, испаритель содержит электрический нагреватель, продолжающийся, по меньшей мере, через часть внутреннего канала в участке для хранения жидкости, и капиллярный материал содержит капиллярный материал, по меньшей мере, частично выстилающий внутренний канал, причем электрический нагреватель предназначается, чтобы нагревать жидкий аэрозоль-образующий субстрат вблизи внешней поверхности капиллярного материала. Пористый материал находится между внешней поверхностью капиллярного материала и электрическим нагревателем. Когда нагреватель содержится, жидкость вблизи внешней поверхности капиллярного материала испаряется нагревателем, образуя пересыщенный пар.
Согласно данному варианту выполнения пористый материал предпочтительно содержит трубку из пористого материала внутри капиллярного материала, который выстилает или частично выстилает внутренний канал участка для хранения жидкости.
Трубка из пористого материала может быть расположена таким образом, что внешняя поверхность капиллярного материала не находится в контакте с испарителем. Это оказывается особенно важным, когда испаритель содержит электрический нагреватель, поскольку капиллярный материал капиллярного материала может не быть термостойким. Пористый материал должен действовать только в качестве барьера вблизи испарителя.
Согласно одному особенно предпочтительному варианту выполнения картридж содержит мундштук; источник электроэнергии и электрический контур расположены в устройстве; участок для хранения жидкости имеет внутренний канал; испаритель содержит электрический нагреватель для нагревания жидкого аэрозоль-образующего субстрата, присоединяемый к источнику электроэнергии и продолжающийся, по меньшей мере, через часть внутреннего канала в участке для хранения жидкости; капиллярный материал представляет собой капиллярный материал, по меньшей мере, частично выстилающий внутренний канал; причем участок для хранения жидкости, капиллярный материал и электрический нагреватель располагаются в картридже.
Участок для хранения жидкости, а также необязательно капиллярный канал и нагреватель, можно извлекать из аэрозоль-генерирующей системы как единый компонент.
Жидкий аэрозоль-образующий субстрат предпочтительно имеет физические свойства, такие как, например, температура кипения и давление пара, которые являются подходящими для использования в устройстве, картридже или системе. Если температура кипения является чрезмерно высокой, испарение жидкости оказывается невозможным, но если температура кипения является чрезмерно низкой, жидкость может испаряться чрезмерно быстро. Жидкость предпочтительно содержит содержащий табачный материал, содержащий летучие табачные ароматизирующие соединения, которые высвобождаются из жидкости при нагревании. В качестве альтернативы или дополнения жидкость может содержать нетабачный материал. Жидкость может содержать водные растворы, неводные растворители, такие как этанол, растительные экстракты, никотин, натуральные или искусственные ароматизирующие вещества или любое их сочетание. Предпочтительно жидкость дополнительно содержит образующее аэрозоль вещество. Примеры подходящих образующих аэрозоль веществ представляют собой глицерин и пропиленгликоль.
Аэрозоль-генерирующее устройство или картридж может содержать, по меньшей мере, один воздушный впуск. Аэрозоль-генерирующее устройство или картридж может содержать, по меньшей мере, один воздушный выпуск. Аэрозоль-генерирующее устройство или картридж может содержать образующую аэрозоль камеру, расположенную между воздушным впуском и воздушным выпуском, таким образом, чтобы определять путь воздушного потока от воздушного впуска до воздушного выпуска через образующую аэрозоль камеру и чтобы аэрозоль перемещался к воздушному выпуску и в рот пользователя. Согласно вариантам выполнения, в которых участок для хранения жидкости содержит внутренний канал, предпочтительный путь воздушного потока от воздушного впуска к воздушному выпуску проходит через внутренний канал. Образующая аэрозоль камера просто содействует или способствует образованию аэрозоля.
Аэрозоль-генерирующее устройство может приводиться в действие электричеством и может дополнительно содержать источник электроэнергии. Аэрозоль-генерирующее устройство может дополнительно содержать электрический контур. Согласно одному варианту выполнения электрический контур содержит датчик, который обнаруживает воздушный поток, показывая, что пользователь делает затяжку. В таком случае электрический контур предпочтительно предназначается, чтобы подавать импульс электрического тока к испарителю, когда датчик обнаруживает, что пользователь делает затяжку. Предпочтительно продолжительность импульса электрического тока устанавливают заблаговременно в зависимости от желаемого количества жидкости, которое подлежит испарению. Электрический контур предпочтительно запрограммирован для данной цели. В качестве альтернативы электрический контур может содержать управляемый вручную переключатель, с помощью которого пользователь может начинать затяжку. Продолжительность импульса электрического тока предпочтительно устанавливают заблаговременно в зависимости от желаемого количества жидкости, которое подлежит испарению. Электрический контур предпочтительно запрограммирован для данной цели.
Предпочтительно устройство или картридж или система содержит корпус. Предпочтительно корпус является продолговатым. Если аэрозоль-генерирующее устройство или картридж содержит продолговатый капиллярный канал, продольная ось капиллярного канала и продольная ось корпуса могут быть по существу параллельными. Согласно одному варианту выполнения корпус содержит съемную вставку, содержащую участок для хранения жидкости, капиллярный канал и нагреватель. Согласно данному варианту выполнения эти детали можно извлекать из корпуса как единый компонент. Это может оказаться полезным, например, для повторного заполнения или замены участка для хранения.
Корпус может содержать любой подходящий материал или сочетание материалов. Примеры подходящих материалов включают металлы, сплавы, пластмассы или композитные материалы, содержащие один или несколько из перечисленных выше материалов, или термопластические материалы, которые являются подходящими для содержания продуктов питания или фармацевтических изделий, например полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэтилен. Предпочтительно данный материал является легким и нехрупким.
Предпочтительно аэрозоль-генерирующее устройство и картридж являются портативными как отдельно, так и совместно. Предпочтительное аэрозоль-генерирующее устройство является пригодным для многократного использования пользователем. Предпочтительно картридж выбрасывается пользователем, например, когда не остается больше жидкости, содержащейся в участке для хранения жидкости. Аэрозоль-генерирующее устройство и картридж могут совместно образовывать аэрозоль-генерирующую систему, которая представляет собой курительную систему и которая может иметь размер, сопоставимый с размером традиционной сигары или сигареты. Курительная система может иметь суммарную длину, составляющую от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Курительная система может иметь внешний диаметр, составляющий от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.
Предпочтительная аэрозоль-генерирующая система представляет собой приводимую в действие электричеством курительную систему.
Согласно настоящему изобретению предусматривается также аэрозоль-генерирующая система, содержащая: участок для хранения аэрозоль-образующего субстрата; испаритель для нагревания аэрозоль-образующего субстрата и образования аэрозоля; капиллярный материал для транспортировки аэрозоль-образующего субстрата из участка для хранения к испарителю под действием капиллярных сил и пористый материал между капиллярным материалом и испарителем. Согласно данному варианту выполнения аэрозоль-генерирующая система не содержит отдельное устройство и картридж.
Согласно особенно предпочтительному варианту выполнения капиллярный материал представляет собой полипропилен, а пористый материал представляет собой керамический материал, например глинозем (оксид алюминия).
Отличительные характеристики, которые описаны по отношению к одному аспекту настоящего изобретения могут оказаться применимыми и к другому аспекту настоящего изобретения.
Далее настоящее изобретение будет подробно описано, исключительно в качестве примера, со ссылкой на сопровождающие чертежи, в числе которых:
Фиг. 1 представляет один пример аэрозоль-генерирующей системы;
Фиг. 2 - схематичный вид в сечении первого варианта выполнения картриджа для использования с аэрозоль-генерирующим устройством в изготовлении аэрозоль-генерирующей системы, такой как система, представленная на Фиг. 1;
Фиг. 3 - схематичный вид в сечении второго варианта выполнения картриджа для использования с аэрозоль-генерирующим устройством в изготовлении аэрозоль-генерирующей системы, такой как система, представленная на Фиг. 1;
Фиг. 4 - схематичный вид в сечении третьего варианта выполнения картриджа для использования с аэрозоль-генерирующим устройством в изготовлении аэрозоль-генерирующей системы, такой как система, представленная на Фиг. 1;
Фиг. 5 - схематичный вид в сечении четвертого варианта выполнения картриджа для использования с аэрозоль-генерирующим устройством в изготовлении аэрозоль-генерирующей системы, такой как система, представленная на Фиг. 1; и
Фиг. 6 представляет график зависимости температуры от времени при нагревании для трех конфигураций аэрозоль-генерирующей системы.
Фиг. 1 представляет один пример аэрозоль-генерирующей системы. Хотя это не представлено определенным образом на Фиг. 1, аэрозоль-генерирующая система содержит аэрозоль-генерирующее устройство, которое предпочтительно является пригодным для многократного использования, в сочетании с картриджем, который предпочтительно предназначается для однократного использования. Проиллюстрированная на Фиг. 1 система представляет собой приводимую в действие электричеством курительную систему. Курительная система 100 на Фиг. 1 содержит корпус 101, имеющий первый конец, который представляет собой картридж 103, и второй конец, который представляет собой устройство 105. В данном устройстве предусмотрены источник электроэнергии в форме батареи 107, электрический контур в форме оборудования 109 и обнаруживающая затяжку система 111. В картридже предусмотрены участок для хранения 113, содержащий жидкость 115, капиллярный материал в форме продолговатого капиллярного канала 117 и испаритель в форме нагревателя 119. Следует отметить, что нагреватель лишь схематически представлен на Фиг. 1. Согласно примерному варианту выполнения, который представлен на Фиг. 1, один конец капиллярного канала 117 проходит в участок для хранения жидкости 113, и другой конец капиллярного канала 117 окружен нагревателем 119. Нагреватель присоединяется к электрическому контуру через соединения 121, которые могут проходить за пределами участка для хранения жидкости 113 (не представлено на Фиг. 1). Корпус 101 также содержит воздушный впуск 123, воздушный выпуск 125 на конце картриджа и образующую аэрозоль камеру 127.
В процессе использования система работает следующим образом. Жидкость 115 транспортируется под действием капиллярных сил из участка для хранения жидкости 113 от конца капиллярного канала 117, который проходит в участок для хранения жидкости, к другому концу капиллярного канала, который окружен нагревателем 119. Когда пользователь делает затяжку через воздушный выпуск 125, атмосферный воздух втягивается через воздушный впуск 123. В конфигурации, представленной на Фиг. 1, обнаруживающая затяжку система 111 обнаруживает затяжку и приводит в действие нагреватель 119. Батарея 107 подает электроэнергию к нагревателю 119 для нагревания конца капиллярного канала 117, окруженного нагревателем. Жидкость в этом конце капиллярного канала 117 испаряется нагревателем 119, образуя пересыщенный пар. При этом испаряющаяся жидкость заменяется новой жидкостью, которая перемещается вдоль капиллярного канала 117 под действием капиллярных сил (Это иногда называется термином «перекачивающее действие».) Образующийся пересыщенный пар смешивается с воздушным потоком и переносится им от воздушного впуска 123. В образующей аэрозоль камере 127 пар конденсируется и образует пригодный для вдыхания аэрозоль, который переносится к выпуску 125 и в рот пользователя.
Согласно варианту выполнения, который представлен на Фиг. 1, оборудование 109 и обнаруживающая затяжку система 111 предпочтительно являются программируемыми. Оборудование 109 и обнаруживающую затяжку систему 111 можно использовать для управления операцией образования аэрозоля.
Фиг. 1 представляет один пример аэрозоль-генерирующей системы согласно настоящему изобретению. Однако возможны и другие многочисленные примеры. Аэрозоль-генерирующая система просто должна содержать или содержит жидкий аэрозоль-образующий субстрат, который находится в участке для хранения, испаритель для нагревания жидкого аэрозоль-образующего субстрата, капиллярный материал для перемещения жидкого аэрозоль-образующего субстрата к испарителю и пористый материала некоторого типа (описание представлено ниже по отношению к Фиг.2-6) между капиллярным материалом и испарителем. Например, система не обязательно должна приводиться в действие электричеством. Например, система не обязательно должна представлять собой курительную систему. Кроме того, система может не содержать нагреватель, и в таком случае может присутствовать другое устройство, которое испаряет жидкий аэрозоль-образующий субстрат. Например, может использоваться другая конфигурация капиллярного материала. Например, не обязательно должна быть предусмотрена обнаруживающая затяжку система. Вместо этого система может управляться в ручном режиме, например, пользователь может управлять переключателем во время выполнения затяжки. Например, можно изменять общую форму и размер корпуса.
Как обсуждается выше, согласно настоящему изобретению, предлагается пористый материал между капиллярным материалом и испарителем. Варианты выполнения настоящего изобретения, содержащие пористый материал, далее будут описаны по отношению к Фиг. 2-6. Данные варианты выполнения основаны на примере, представленном на Фиг. 1, хотя он является применимым и к другим вариантам выполнения. Следует отметить, что Фиг. 1-5 являются схематическими по своей природе. В частности, представленные на чертежах компоненты не обязательно должны соответствовать действительному масштабу, как по отдельности, так и по отношению друг к другу.
На Фиг. 2 представлен схематичный вид первого варианта выполнения картриджа для использования с аэрозоль-генерирующим устройством в изготовлении аэрозоль-генерирующей системы, такой как система, представленная на Фиг. 1. Картридж 200 содержит участок для хранения 113, капиллярный канал 117 и нагреватель 119. Участок для хранения жидкости 113 содержит жидкий аэрозоль-образующий субстрат 115. На Фиг. 2 нагреватель 119 присутствует в форме нагревательной спирали, присоединенной к электрическому контуру (не представлено) через электрические соединения 121. Нагреватель 119 и электрические соединения 121 представлены схематически на Фиг. 2, причем электрические соединения могут проходить за пределами участка для хранения жидкости 113, хотя это не представлено на Фиг. 2. Кроме того, предусмотрен пористый материал в форме пористого рукава 201, окружающего конец капиллярного канала 117, который выходит из участка для хранения жидкости 113.
Пористый рукав 201 обеспечивает опорную конструкцию для капиллярного канала 117. Предпочтительно пористый рукав 201 содержит жесткий материал. Таким образом, пористый рукав 201 предотвращает или уменьшает вероятность повреждения капиллярного канала 117, например расщепления, изгиба или уплощения. Пористый рукав 201 может сохранять свое положение посредством вставки в паз корпуса или другой части аэрозоль-генерирующего устройства или картриджа, когда картридж находится в сборке с аэрозоль-генерирующим устройством. Пористый рукав 201 предпочтительно содержит термостойкий материал, который может защищать капиллярный канал 117 от потенциального повреждения в результате перегрева под действием нагревателя. Таким образом, пористый рукав действует как тепловой барьер. Пористый рукав 201 может также улучшать тепловое распределение. Пористый рукав 201 может становиться более эффективной при перемещении жидкости, когда аэрозоль-генерирующая система нагревается. На Фиг. 2 размер пористого рукава 201 является малым по сравнению с размером капиллярного канала 117. Таким образом, может потребоваться лишь небольшое количество термостойкого материала. Поскольку термостойкий материал может оказаться дорогостоящим, это может сокращать производственные расходы. Согласно данному варианту выполнения, пористый рукав 201 содержит электроизоляционный материал, таким образом, чтобы не вызывать короткое замыкание через нагревательные спирали.
На Фиг. 2 пористый рукав 201 не покрывает конец капиллярного канала 117. Хотя на Фиг. 2 пористый рукав 201 окружает весь конец капиллярного канала, который выходит из участка для хранения жидкости 113, пористый рукав может просто покрывать капиллярный канал вблизи нагревателя 119, таким образом, чтобы предотвращать повреждение в результате перегрева капиллярного канала 117. Требуемый диаметр пористого рукава 201 будет зависеть от размера капиллярного канала 117 и участка для хранения жидкости 113. Требуемая длина пористого рукава 201 будет зависеть от размера нагревателя 119, который, в свою очередь, будет зависеть от желательного количества жидкости, подлежащего испарению. Требуемая толщина пористого рукава 201 будет зависеть от требуемых свойств изоляции и пористости.
На Фиг. 3 представлен схематичный вид второго варианта выполнения картриджа для использования с аэрозоль-генерирующим устройством в изготовлении аэрозоль-генерирующей системы, такой как система, представленная на Фиг. 1. Картридж 300 содержит участок для хранения 113, капиллярный канал 117 и нагреватель 119. Участок для хранения жидкости 113 содержит жидкий аэрозоль-образующий субстрат 115. Как и на Фиг. 2, на Фиг. 3, нагреватель 119 присутствует в форме нагревательной спирали, присоединенной к электрическому контуру (не представлено) через электрические соединения 121. Нагреватель 119 и электрические соединения 121 представлены схематически на Фиг. 3, причем электрические соединения могут проходить за пределами участка для хранения жидкости 113, хотя это не представлено. Кроме того, предусмотрен пористый материал в форме пористой крышки 301, окружающей конец капиллярного канала 117, который выходит из участка для хранения жидкости 113, и закрывающей конец капиллярного канала 117.
Пористая крышка 301 обеспечивает опорную конструкцию для капиллярного канала 117. Предпочтительно пористая крышка 301 содержит жесткий материал. Таким образом, пористая крышка 301 предотвращает или уменьшает вероятность повреждения капиллярного канала 117, например расщепления, изгиба или уплощения. В частности, поскольку конец капиллярного канала 117 является закрытым, вероятность расщепления капиллярного материала по существу уменьшается. Пористая крышка 301 может сохранять свое положение посредством вставки в паз корпуса или другой части аэрозоль-генерирующего устройства или картриджа, когда картридж находится в сборке с аэрозоль-генерирующим устройством. Пористая крышка 301 предпочтительно содержит термостойкий материал, который может защищать капиллярный канал 117 от потенциального повреждения в результате перегрева под действием нагревателя. Таким образом, пористая крышка действует как тепловой барьер. Пористая крышка 301 может также улучшать тепловое распределение. Пористая крышка 301 может становиться более эффективной при перемещении жидкости, когда аэрозоль-генерирующая система нагревается. На Фиг. 3 размер пористой крышки 301 является малым по сравнению с размером капиллярного канала 117. Таким образом, может потребоваться лишь небольшое количество термостойкого материала. Поскольку термостойкий материал может оказаться дорогостоящим, это может сокращать производственные расходы. Согласно данному варианту выполнения пористая крышка 301 содержит электроизоляционный материал, таким образом, чтобы не вызывать короткое замыкание через нагревательные спирали.
На Фиг. 3 пористая крышка 301 окружает весь конец капиллярного канала, который выходит из участка для хранения жидкости 113, и также покрывает конец капиллярного канала 117. Однако пористая крышка может просто покрывать капиллярный канал вблизи нагревателя 119, таким образом, чтобы предотвращать повреждение в результате перегрева капиллярного канала 117. Требуемый диаметр пористой крышки 301 будет зависеть от размера капиллярного канала 117 и участка для хранения жидкости 113. Требуемая длина пористой крышки 301 будет зависеть от размера нагревателя 119, который, в свою очередь, будет зависеть от желательного количества жидкости, подлежащего испарению. Требуемая толщина пористой крышки 301 будет зависеть от требуемых свойств изоляции и пористости.
На Фиг. 4 представлен схематичный вид третьего варианта выполнения картриджа для использования с аэрозоль-генерирующим устройством в изготовлении аэрозоль-генерирующей системы, такой как система, представленная на Фиг. 1. Картридж 400 содержит участок для хранения жидкости 113 и капиллярный канал 117, причем, как и на Фиг. 2 и 3, участок для хранения жидкости 113 содержит жидкий аэрозоль-образующий субстрат 115. Кроме того, предусмотрен пористый элемент 401, окружающий конец капиллярного канала 117, который выходит из участка для хранения жидкости 113. Нагревательная пластина или пластины 403 расположены внутри пористого элемента 401. Часть пористого элемента 401 между нагревательной пластиной или пластинами 403 и капиллярным каналом 117 образует пористый материал 405. Нагревательные пластины 403 присоединены к электрическому контуру (не представлено) через электрические соединения 121. Нагревательные пластины 403 и электрические соединения 121 представлены схематически на Фиг. 4, причем электрические соединения могут проходить за пределами участка для хранения жидкости 113, хотя это не представлено.
Пористый элемент 401 обеспечивает опорную конструкцию для капиллярного канала 117. Предпочтительно, пористый элемент 401 содержит жесткий материал. Таким образом, пористый элемент 401 предотвращает или уменьшает вероятность повреждения капиллярного канала 117, например расщепления, изгиба или уплощения. Пористый элемент 401 может сохранять свое положение посредством вставки в паз корпуса или другой части аэрозоль-генерирующего устройства или картриджа, когда картридж находится в сборке с аэрозоль-генерирующим устройством. Пористый элемент 401 предпочтительно содержит термостойкий материал, который может защищать капиллярный канал 117 от потенциального повреждения в результате перегрева под действием нагревательной пластины или пластин 403. Таким образом, часть 405 пористого элемента 401 между нагревательными пластинами 403 и капиллярным каналом 117 действует как тепловой барьер. Пористый элемент 401 может также улучшать тепловое распределение. Пористый элемент 401 может становиться более эффективным при перемещении жидкости, когда аэрозоль-генерирующая система нагревается. На Фиг. 4 размер пористого элемента 401 является малым по сравнению с размером капиллярного канала 117. Таким образом, может потребоваться лишь небольшое количество термостойкого материала. Поскольку термостойкий материал может оказаться дорогостоящим, это может сокращать производственные расходы. Согласно данному варианту выполнения, пористый элемент 401 содержит электроизоляционный материал таким образом, чтобы не вызывать короткое замыкание через нагревательную пластину или пластины.
На Фиг. 4 пористый элемент 401 окружает весь конец капиллярного канала, который выходит из участка для хранения жидкости 113. Однако пористый элемент 401 может быть короче, чем открытая часть капиллярного канала. На Фиг. 4 пористый элемент 401 не покрывает конец капиллярного канала 117, хотя пористый элемент 401 может покрывать конец капиллярного канала, аналогично варианту выполнения, который представлен на Фиг. 3. Нагревательные пластины 403 могут принимать любую форму, подходящую для нагревания жидкого аэрозоль-образующего субстрата в капиллярном канале 117 и пористый элемент 401. Требуемый диаметр пористого элемента 401 будет зависеть от размера капиллярного канала 117 и участка для хранения жидкости 113. Требуемая длина пористого элемента 401 будет зависеть от размера и формы нагревательных пластин, которые, в свою очередь, будут зависеть от желательного количества жидкости, подлежащего испарению. Требуемая толщина пористого элемента 401, в частности пористый материал 405, будет зависеть от требуемых свойств изоляции и пористости. Предпочтительно, нагревательные пластины 403 и пористый элемент 401 изготовлены за одно целое (интегрально); таким образом, их изготавливают вместе как одну деталь. Это упрощает производство.
На Фиг. 5 представлен схематичный вид четвертого варианта выполнения картриджа для использования с аэрозоль-генерирующим устройством в изготовлении аэрозоль-генерирующей системы, такой как система, представленная на Фиг. 1. Однако вариант выполнения, который представлен на Фиг. 5, предусматривает форму, которая значительно отличается от формы картриджей, представленных на Фиг. 1-4. На Фиг. 5 картридж 500 содержит участок для хранения 501, который присутствует в форме резервуара, имеющего внутренний канал 503. На Фиг. 5 участок для хранения жидкости 501 содержит жидкий аэрозоль-образующий субстрат 505. Предпочтительно картридж удобно сочетается с аэрозоль-генерирующим устройством, и внутренний канал 503 образует часть пути воздушного потока для движения воздуха в воздушный впуск или впуски 123 (см. Фиг. 1) к воздушному выпуску 125 (см. Фиг. 1). Внутренний канал 503 выстлан полностью или частично капиллярным материалом в форме капиллярного интерфейса 507 («интерфейс» – означает «промежуточный элемент»). Нагреватель 509 проходит через внутренний канал 503. На Фиг. 5 нагреватель 509 присутствует в форме нагревательной спирали. Нагревательная спираль присоединяется к электрическому контуру (не представлен) через электрические соединения (также не представлены). Кроме того, предусмотрен пористый материал в форме пористой трубки 511, выстилающей или частично выстилающей внутренний канал 503 и создающей барьер между нагревателем 509 и капиллярным интерфейсом 507. Предпочтительно нагреватель 509 находится в контакте с пористой трубкой 511, и предпочтительно пористая трубка 511 находится в контакте с капиллярным интерфейсом 507. Это обеспечивает хорошее перемещение жидкого аэрозоль-образующего субстрата из участка для хранения жидкости 501 к нагревателю 509.
Работа согласно варианту выполнения, представленному на Фиг. 5, является аналогичной работе согласно вариантам выполнения, представленным на Фиг. 1-4. В процессе использования жидкий аэрозоль-образующий субстрат 505 транспортируется под действием капиллярных сил из участка для хранения жидкости 501 с той стороны капиллярного интерфейса 507, которая находится в контакте с жидкостью, к той стороне капиллярного интерфейса 507, которая находится в контакте с пористой трубкой 511. Когда пользователь делает затяжку через воздушный выпуск, атмосферный воздух втягивается через внутренний канал 503 и нагреватель 509 приводится в действие. Нагреватель 509 нагревает жидкий аэрозоль-образующий субстрат 505 в капиллярном интерфейсе 507 и в пористой трубке 511, и пористая трубка 511 защищает капиллярный интерфейс 507 от повреждения в результате перегрева. Жидкость испаряется нагревателем, образуя пересыщенный пар, и при этом испаряющаяся жидкость заменяется дополнительной жидкостью, которая перемещается через капиллярный интерфейс 507 и в пористую трубку 511. Пересыщенный пар смешивается с воздушным потоком и переносится им через внутренний канал и в рот пользователя.
Пористая трубка 511 обеспечивает опорную конструкцию для капиллярного интерфейса 507. Предпочтительно пористая трубка 511 содержит жесткий материал. Таким образом, пористая трубка 511 предотвращает или уменьшает вероятность того, что капиллярный интерфейс 507 оказывается поврежденным, например расщепленным или деформированным. Пористая трубка 511 может также способствовать обеспечению того, что капиллярный интерфейс 507 сохраняет свое положение и выстилает внутренний канал 503. Пористая трубка 511 предпочтительно содержит термостойкий материал, который может защищать капиллярный интерфейс 507 от потенциального повреждения в результате перегрева под действием нагревателя 509. Таким образом, пористая трубка 511 действует как тепловой барьер. Пористая трубка 511 может также улучшать тепловое распределение. Пористая трубка 511 может становиться более эффективной при перемещении жидкости, когда аэрозоль-генерирующая система нагревается. На Фиг. 5 длина пористой трубки 511 является малой по сравнению с длиной капиллярного интерфейса 507. Таким образом, может потребоваться лишь небольшое количество термостойкого материала. Поскольку термостойкий материал может оказаться дорогостоящим, это может сокращать производственные расходы. Согласно данному варианту выполнения пористая трубка 511 может содержать электроизоляционный материал, таким образом, чтобы не вызывать короткое замыкание через нагревательные спирали.
На Фиг. 5 пористая трубка 511 не проходит по всей длине участка для хранения жидкости 501 и капиллярного интерфейса 507, хотя это является возможным. Пористая трубка 511 может проходить по любой длине участка для хранения жидкости 501 и капиллярного интерфейса 507, при том условии, что она обеспечивает барьер для капиллярного интерфейса 507 вблизи нагревателя 509. Требуемый диаметр пористой трубки 511 будет зависеть от размера внутреннего канала 503 участка для хранения жидкости 501. Требуемая длина пористой трубки 511 будет зависеть от размера нагревателя 509, который, в свою очередь, будет зависеть от желательного количества жидкости, подлежащего испарению. Требуемая толщина пористой трубки 511 будет зависеть от требуемых свойств изоляции и пористости.
Варианты выполнения, которые проиллюстрированы на Фиг. 2-5, предусматривают капиллярный материал и пористый материал. Капиллярный материал может представлять собой любой подходящий материал или сочетание материалов, которые оказываются способными перемещать жидкий аэрозоль-образующий субстрат к нагревателю. Примеры подходящих капиллярных материалов включают губчатые или пенообразные материалы, материалы на керамической или графитовой основе в форме волокон или спеченных порошков, вспененные металлические или пластмассовые материалы, волокнистые материалы, которые составляют, например, пряденые или экструдированные волокна, такие как ацетатцеллюлозные, сложнополиэфирные или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамические волокна. Капиллярный материал может иметь любую подходящую капиллярность, таким образом, чтобы его можно было использовать с жидкостями, имеющими различные физические свойства.
Пористый материал может содержать любой подходящий материал или сочетание материалов, которые являются проницаемыми для жидкого аэрозоль-образующего субстрата и позволяют жидкому аэрозоль-образующему субстрату перемещаться от капиллярного материала к нагревателю. Пористый материал может представлять собой материал, который является пористым по своей природе, например керамический материал, такой как глинозем (оксид алюминия). В качестве альтернативы пористый материал может представлять собой материал, имеющий множество изготовленных в нем мелких отверстий, которые обеспечивают перемещение жидкого аэрозоль-образующего субстрата к испарителю. Пористый материал может содержать гидрофильный материал, чтобы улучшать распределение и распространение жидкого аэрозоль-образующего субстрата. Конкретный выбор предпочтительного материала или материалов будет зависеть от физических свойств жидкого аэрозоль-образующего субстрата. Примеры подходящих материалов представляют собой капиллярный материал, например губкообразные или пенообразные материалы, материалы на основе керамики или графита в форме волокон или спеченных порошков, вспененные металлические или пластмассовые материалы, волокнистые материалы, изготовленные, например, из пряденых или экструдированных волокон, таких как ацетат-целлюлозные, сложнополиэфирные, связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамические волокна. Пористый материал может иметь любую подходящую пористость, таким образом, чтобы его можно было использовать с жидкостями, имеющими различные физические свойства. Согласно вариантам выполнения, которые проиллюстрированы на Фиг. 2-5, пористый материал представляет собой отдельный компонент. Однако могут быть предусмотрены и другие формы пористого материала. Например, пористый материал может представлять собой пористое покрытие на нагревателе или части нагревателя. Другие варианты выполнения также являются возможными.
Фиг. 2-5 представляют примеры картриджей для использования с аэрозоль-генерирующим устройством согласно настоящему изобретению. Другие примеры также являются возможными. Предпочтительно картридж предназначается для одноразового использования в сочетании с аэрозоль-генерирующим устройством, которое может быть пригодным для многократного использования. Картридж можно повторно заполнять или заменять, когда жидкость расходуется. Таким образом, когда жидкий аэрозоль-образующий субстрат в картридже расходуется, картридж можно извлекать и заменять новым картриджем, или пустой картридж можно повторно заполнять. Однако аэрозоль-генерирующее устройство можно не быть предназначено для работы в сочетании с отдельным картриджем. Вместо этого аэрозоль-генерирующее устройство может содержать или содержит жидкий аэрозоль-образующий субстрат в участке для хранения и содержать испаритель для нагревания жидкого аэрозоль-образующего субстрата, капиллярный материал для перемещения жидкого аэрозоль-образующего субстрата к испарителю и пористый материал между испарителем и капиллярным материалом. Другими словами, аэрозоль-генерирующее устройство может содержать все компоненты, описанные по отношению к картриджу. Кроме того, аэрозоль-генерирующее устройство может содержать источник электроэнергии и электрический контур.
На Фиг. 1-5 испаритель содержит электрический нагреватель и пористый материал защищает капиллярный материал от повреждения в результате перегрева. Пористый материал также улучшает тепловое распределение, которое приводит к более устойчивому образованию аэрозоля. Согласно одному предпочтительному варианту выполнения капиллярный материал представляет собой полипропилен и пористый материал представляет собой керамический материал. Авторы настоящего изобретения сравнивали конфигурации теплового распределения в полипропиленовом капиллярном материале и в керамическом защитном материале с конфигурацией теплового распределения без пористого материала. Если капиллярный материал представляет собой полипропилен, и никакой пористый материал не присутствует, было обнаружено, что после нагревания в течение лишь 2 секунд температура в капиллярном материале превышает температуру плавления полипропилена. Температура не является однородной, и присутствуют ступенчатые температурные градиенты и горячие точки. Таким образом, несмотря даже на то, что полипропилен представлял бы собой удобный (и относительно дешевый) материал для использования в качестве капиллярного материала, его невозможно использовать (без пористого материала), поскольку полипропилен расплавился бы в таких условиях. С другой стороны, если капиллярный материал представляет собой керамический материал и никакой пористый материал не присутствует, было обнаружено, что после нагревания в течение лишь 2 секунд температура в капиллярном материале не превышает температуру плавления керамического материала (которая значительно превосходит температуру плавления полипропилена). Таким образом, керамический материал представлял бы собой идеальный материал в качестве капиллярного материала, но он является относительно дорогостоящим. Согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения капиллярный материал представляет собой полипропилен и присутствует керамический пористый материал. Согласно данному варианту выполнения было обнаружено, что температура полипропиленового капиллярного материала оказывается значительно ниже, чем его температура при использовании одного полипропиленового капиллярного материала, потому что керамический защитный материал защищает капиллярный материал. Кроме того, обнаружено, что температура является относительно однородной. Таким образом, основная масса требуемого материала может представлять собой (относительно дешевый) полипропилен, но полипропилен может быть защищен от температуры, превышающей его температуру плавления, керамическим защитным материалом.
Фиг. 6 представляет график зависимости температуры (°C) от времени (с) при нагревании для каждой из трех конфигураций, которые описаны выше. Фиг. 6 представляет максимальную температуру, достигаемую после нагревания в течение 2 секунд. Кривая 601 представляет собой кривую нагревания для конфигурации, содержащей полипропиленовый капиллярный материал и не содержащей пористый материал. Температура, достигаемая в капиллярном материале после нагревания в течение 2 секунд, составляет приблизительно 400°C. Кривая 603 представляет собой кривую нагревания для конфигурации, содержащей керамический капиллярный материал и не содержащей пористый материал. Температура, достигаемая в капиллярном материале после нагревания в течение 2 секунд, составляет менее чем 100°C. Кривая 605 представляет собой кривую нагревания для варианта выполнения настоящего изобретения, содержащего полипропиленовый капиллярный материал вместе с керамическим защитным материалом. Температура, достигаемая в капиллярном материале, составляет лишь приблизительно 150°C. Таким образом, данный вариант выполнения настоящего изобретения отличается значительным понижением максимальной температуры, достигаемой в капиллярном материале, и в то же время исключает необходимость использования дорогостоящего керамического материала в больших количествах.
Таким образом, согласно настоящему изобретению аэрозоль-генерирующее устройство, картридж или система содержит пористый материал между капиллярным материалом и испарителем. Пористый материал обеспечивает опорную конструкцию для капиллярного материала и может сокращать производственные расходы, а если испаритель содержит нагреватель, он может защищать капиллярный материал от повреждения в результате перегрева. Варианты выполнения пористого материала описаны по отношению к Фиг. 2-6. Отличительные характеристики, описанные по отношению к одному варианту выполнения, могут также оказаться применимыми к другому варианту выполнения.
1. Аэрозоль-генерирующее устройство, содержащее:
участок для хранения аэрозоль-образующего субстрата;
испаритель для нагревания аэрозоль-образующего субстрата;
капиллярный материал для транспортировки аэрозоль-образующего субстрата из участка для хранения к испарителю под действием капиллярных сил; и
пористый материал между капиллярным материалом и испарителем.
2. Устройство по п. 1, в котором данное аэрозоль-генерирующее устройство является электрическим и испаритель содержит электрический нагреватель для нагревания аэрозоль-образующего субстрата.
3. Устройство по п. 1, в котором пористый материал содержит термостойкий материал.
4. Устройство по любому из пп. 1-3, в котором испаритель расположен внутри пористого элемента, причем пористый элемент содержит пористый материал.
5. Устройство по любому из пп. 1-3, в котором капиллярный материал содержит продолговатый капиллярный канал для транспортировки аэрозоль-образующего субстрата из участка для хранения к испарителю, причем данный капиллярный канал имеет первый конец, продолжающийся в участок для хранения, и второй конец, противоположный первому концу, причем испаритель выполнен для испарения аэрозоль-образующего субстрата во втором конце капиллярного канала.
6. Устройство по п. 5, в котором пористый материал содержит рукав из пористого материала, по существу окружающий второй конец капиллярного канала.
7. Устройство по п. 5, в котором пористый материал содержит крышку из пористого материала, по существу покрывающую второй конец капиллярного канала.
8. Устройство по любому из пп. 1-3, в котором участок для хранения содержит внутренний канал, испаритель проходит, по меньшей мере, через часть внутреннего канала в участок для хранения и капиллярный материал содержит капиллярный интерфейс, по меньшей мере, частично выстилающий внутренний канал.
9. Картридж, содержащий:
участок для хранения аэрозоль-образующего субстрата;
испаритель для нагревания аэрозоль-образующего субстрата;
капиллярный материал для транспортировки аэрозоль-образующего субстрата из участка для хранения к испарителю под действием капиллярных сил; и
пористый материал между капиллярным материалом и испарителем.
10. Картридж по п. 9, в котором аэрозоль-генерирующее устройство является электрическим и испаритель содержит электрический нагреватель для нагревания аэрозоль-образующего субстрата, причем электрический нагреватель подсоединяется к источнику электроэнергии в аэрозоль-генерирующем устройстве.
11. Картридж по п. 9, в котором пористый материал содержит термостойкий материал.
12. Картридж по п. 10, в котором испаритель расположен внутри пористого элемента, причем пористый элемент содержит пористый материал.
13. Картридж по любому из пп. 9-12, в котором капиллярный материал содержит продолговатый капиллярный канал для транспортировки аэрозоль-образующего субстрата из участка для хранения к испарителю, причем капиллярный канал имеет первый конец, продолжающийся в участок для хранения, и второй конец, противоположный первому концу, причем испаритель выполнен для испарения аэрозоль-образующего субстрата во втором конце капиллярного канала.
14. Картридж по любому из пп. 9-12, в котором участок для хранения содержит внутренний канал, испаритель проходит, по меньшей мере, через часть внутреннего канала в участке для хранения и капиллярный материал содержит капиллярный материал, по меньшей мере, частично выстилающий внутренний канал.
15. Аэрозоль-генерирующая система, содержащая:
аэрозоль-генерирующее устройство в сочетании с картриджем, причем картридж или аэрозоль-генерирующее устройство содержит участок для хранения аэрозоль-образующего субстрата;
причем картридж или аэрозоль-генерирующее устройство содержит испаритель для нагревания аэрозоль-образующего субстрата и образования аэрозоля;
причем картридж или аэрозоль-генерирующее устройство содержит капиллярный материал для транспортировки аэрозоль-образующего субстрата из участка для хранения к испарителю под действием капиллярных сил; и
при этом картридж или аэрозоль-генерирующее устройство содержит пористый материал между капиллярным материалом и испарителем.
