Система, генерирующая аэрозоль, имеющая нагреватель в сборе, и картридж для системы, генерирующей аэрозоль, имеющей проницаемый для жидкости нагреватель в сборе
Изобретение относится к картриджу для применения в электрически управляемой системе, генерирующей аэрозоль, который содержит часть для хранения жидкости, содержащую жесткий корпус, удерживающий жидкий субстрат, образующий аэрозоль, при этом корпус имеет отверстие; и проницаемый для жидкости нагреватель в сборе, содержащий множество электрически проводящих нитей, имеющих диаметр от 8 мкм до 100 мкм, причем проницаемый для жидкости нагреватель в сборе прикреплен к корпусу и продолжается поперек отверстия корпуса, при этом нагреватель в сборе является по существу плоским. Технический результат заключается в обеспечении надежности. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 29 ил.
Настоящее изобретение относится к системам, генерирующим аэрозоль, которые содержат нагреватель в сборе, который подходит для испарения жидкости. В частности, изобретение относится к удерживаемым рукой системам, генерирующим аэрозоль, таким как электрически управляемые курительные системы.
Одним типом системы, генерирующей аэрозоль, является электрически управляемая курительная система. Известны удерживаемые рукой электрически управляемые курительные системы, состоящие из части устройства, содержащей батарею и управляющую электронику, и части картриджа, содержащей источник подачи субстрата, образующего аэрозоль, и электрически управляемый испаритель. Картридж, содержащий как источник подачи субстрата, образующего аэрозоль, так и испаритель, иногда называется «картриджем-распылителем». Испаритель, как правило, содержит катушку из проволоки нагревателя, намотанной на удлиненный фитиль, пропитанный жидким субстратом, образующим аэрозоль. Часть картриджа, как правило, содержит не только источник подачи субстрата, образующего аэрозоль, и электрически управляемый испаритель, но также мундштук, через который при использовании пользователь делает затяжку для втягивания аэрозоля в свой рот.
Тем не менее, данная компоновка имеет недостаток, который заключается в том, что картриджи являются относительно дорогими для производства. Это имеет место, потому что изготовление фитиля и катушки в сборе является сложным. Также, электрические контакты между катушкой из проволоки нагревателя и электрическими контактами, через которые электрический ток подается от части устройства, должны быть аккуратно обработаны во время изготовления. Кроме того, данные картриджи включают мундштучную часть для защиты нежесткого фитиля и катушки в сборе во время транспортировки. Но включение полного и надежного мундштука в каждый картридж означает, что каждый картридж будет иметь высокие материальные затраты.
Необходимо предоставить нагреватель в сборе, подходящий для системы, генерирующей аэрозоль, такой как удерживаемая рукой электрически управляемая курительная система, который является недорогим для производства и надежным. Дополнительно необходимо предоставить нагреватель в сборе, который эффективнее предыдущих нагревателей в сборе в системах, генерирующих аэрозоль.
В первом аспекте предоставлена система, генерирующая аэрозоль, включающая:
часть для хранения жидкости, содержащую корпус, удерживающий жидкий субстрат, образующий аэрозоль, при этом корпус имеет отверстие; и
проницаемый для жидкости нагреватель в сборе, содержащий множество электрически проводящих нитей, при этом проницаемый для жидкости нагреватель в сборе прикреплен к корпусу и продолжается поперек отверстия корпуса.
Предоставление нагревателя в сборе, который продолжается поперек отверстия части для хранения жидкости, обеспечивает надежную конструкцию, которая является относительно простой для изготовления. Данная компоновка обеспечивает большую площадь контакта между нагревателем в сборе и жидким субстратом, образующим аэрозоль. Корпус может являться жестким корпусом. В данном контексте «жесткий корпус» означает самонесущий корпус. Жесткий корпус части для хранения жидкости предпочтительно предоставляет механическую опору для нагревателя в сборе. Нагреватель в сборе может являться по существу плоским, что обеспечивает простое изготовление. В данном контексте «по существу плоский» означает образованный первоначально в одной плоскости и не обернутый вокруг или иным образом приспособленный для соответствия изогнутой или иной неплоской форме. Геометрически термин «по существу плоская» компоновка электрически проводящих нитей используется для обозначения компоновки электрически проводящих нитей, которая имеет форму по существу двухмерного топологического многообразия. Таким образом, по существу плоская компоновка электрически проводящих нитей продолжается в двух измерениях вдоль поверхности по существу дальше, чем в третьем измерении. В частности, размеры по существу плоской компоновки нитей в двух измерениях в пределах поверхности по меньшей мере в 5 раз превышают размер в третьем измерении, перпендикулярном поверхности. Примером по существу плоской компоновки нитей является структура между двумя по существу воображаемыми параллельными поверхностями, при этом расстояние между данными двумя воображаемыми поверхностями по существу меньше, чем протяженность в пределах плоскостей. В некоторых вариантах осуществления по существу плоская компоновка нитей является планарной. В других вариантах осуществления по существу плоская компоновка нитей является изогнутой вдоль одного или нескольких измерений, например, образуя куполообразную форму или мостовую форму.
Термин «нить» используется по всему настоящему описанию для обозначения электрического тракта, расположенного между двумя электрическими контактами. Нить может произвольно разветвляться и разделяться на несколько трактов или нитей, соответственно, или несколько электрических трактов могут сходиться в один тракт. Нить может иметь круглое, квадратное, плоское или любое другое поперечное сечение. Нить может быть расположена в прямой или изогнутой форме.
Термин «компоновка нитей» используется по всему настоящему описанию для обозначения компоновки одной или предпочтительно множества нитей. Компоновка нитей может представлять собой матрицу нитей, например, расположенных параллельно друг другу. Предпочтительно, нити могут образовывать сетку. Сетка может являться тканой или нетканой.
Плоский нагреватель в сборе может быть легко обработан во время изготовления и предоставляет надежную конструкцию.
Система может преимущественно содержать устройство и картридж, который соединен с возможностью съема с устройством, при этом часть для хранения жидкости и нагреватель в сборе обеспечены в картридже и устройство содержит источник питания. Производство картриджа может являться низкозатратным, надежным и массовым. В данном контексте картридж, «соединенный с возможностью съема» с устройством, означает, что картридж и устройство могут быть соединены и отсоединены друг от друга без значительного повреждения как устройства, так и картриджа.
Система может представлять собой электрически управляемую курительную систему.
Электрически проводящие нити могут находиться в одной плоскости. Плоский нагреватель в сборе может быть легко обработан во время изготовления и предоставляет надежную конструкцию.
Электрически проводящие нити могут образовывать промежутки между собой, и данные промежутки могут иметь ширину от 10 мкм до 100 мкм. Предпочтительно, нити создают капиллярный эффект в промежутках, так что при использовании жидкость, подлежащая испарению, втягивается в промежутки, увеличивая площадь контакта между нагревателем в сборе и жидкостью.
Электрически проводящие нити могут образовывать сетку размером от 160 до 600 меш по стандарту США (+/- 10%) (т.е. от 160 до 600 нитей на дюйм (+/- 10%)). Ширина промежутков предпочтительно составляет от 75 мкм до 25 мкм. Процентное соотношение открытой площади сетки, которое является отношением площади промежутков к общей площади сетки, предпочтительно составляет от 25% до 56%. Сетка может быть образована с использованием различных типов плетеных или решетчатых структур. В качестве альтернативы, электрически проводящие нити состоят из матрицы нитей, расположенных параллельно друг другу.
Сетка, матрица или материал из электрически проводящих нитей также может характеризоваться своей способностью удерживать жидкость, как хорошо известно в данной области техники.
Электрически проводящие нити могут иметь диаметр от 10 мкм до 100 мкм, предпочтительно от 8 мкм до 50 мкм и более предпочтительно от 8 мкм до 39 мкм. Нити могут иметь круглое поперечное сечение или могут иметь сплющенное поперечное сечение.
Площадь сетки, матрицы или материала из электрически проводящих нитей может быть небольшой, предпочтительно менее или равной 25 мм2, позволяя встраивать его в удерживаемую рукой систему. Сетка, матрица или материал из электрически проводящих нитей может, например, иметь прямоугольную форму и размеры, равные 5 мм на 2 мм. Предпочтительно, сетка или матрица электрически проводящих нитей занимает площадь от 10% до 50% площади нагревателя в сборе. Более предпочтительно, сетка или матрица электрически проводящих нитей занимает площадь от 15% до 25% площади нагревателя в сборе. Использование размеров сетки, матрицы или материала из электрически проводящих нитей, занимающих 10% и 50% площади, или составляющих не более 25 мм2, снижает величину общей мощности, необходимой для нагрева сетки, матрицы или материала из электрически проводящих нитей, при этом все еще обеспечивая достаточный контакт сетки, матрицы или материала из электрически проводящих нитей с жидкостью, предоставляемой одним или несколькими испаряемыми капиллярными материалами.
Нити нагревателя могут быть образованы путем травления листового материала, такого как фольга. Это может быть особенно преимущественным в том случае, если нагреватель в сборе содержит матрицу параллельных нитей. Если нагреватель в сборе содержит сетку или материал из нитей, нити могут быть образованы по отдельности и связаны вместе. В качестве альтернативы, нити нагревателя могут штамповаться из электрически проводящей фольги, например, из нержавеющей стали.
Нити нагревателя в сборе могут быть образованы из любого материала с подходящими электрическими свойствами. Подходящие материалы включают, помимо всего прочего: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически «проводящая» керамика (такая как, например, дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, сплавы металлов и композиционные 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 и сплавы на основе железа, марганца и алюминия. Timetal® представляет собой зарегистрированную торговую марку компании Titanium Metals Corporation. Нити могут быть покрыты одним или несколькими изоляторами. Предпочтительными материалами для электрически проводящих нитей являются нержавеющая сталь марок 304, 316, 304L, 316L, а также графит. Кроме того, компоновка электрически проводящих нитей может содержать сочетания вышеописанных материалов. Сочетание материалов может также использоваться для улучшения управления сопротивлением по существу плоской компоновки нитей. Например, материалы с высоким собственным сопротивлением могут комбинироваться с материалами с низким собственным сопротивлением. Это может обеспечить преимущество в том случае, если один из материалов является более предпочтительным по другим причинам, например, исходя из цены, обрабатываемости или других физических и химических параметров. Преимущественно, по существу плоская компоновка нитей с увеличенным сопротивлением снижает паразитные потери. Преимущественно, нагреватели с высоким удельным сопротивлением обеспечивают более эффективное использование энергии батареи. Энергия батареи пропорционально разделяется на энергию, потерянную на печатной плате и контактах, и энергию, поданную на компоновку электрически проводящих нитей. Таким образом, энергия, доступная для компоновки электрически проводящих нитей в нагревателе, тем выше, чем выше сопротивление компоновки электрически проводящих нитей.
В приведенном в качестве примера варианте осуществления по существу плоская компоновка нитей может быть составлена из двух типов металлических проволок, которые образуют проволочную сетку. В таком варианте осуществления высокорезистивные проволоки предпочтительно ориентированы в направлении протекания электрического тока, например, проволоки, изготовленные из хромоникелевого сплава. Соответственно, в данном варианте осуществления низкорезистивные проволоки расположены по существу перпендикулярно проволокам с высоким электрическим сопротивлением. Например, низкорезистивные проволоки могут являться проволоками из нержавеющей стали. Преимущественно, относительно более дешевые проволоки с низким сопротивлением образуют опору для проволок с высоким электрическим сопротивлением. Кроме того, проволоки с высоким электрическим сопротивлением, как правило, являются менее гибкими, чем проволоки из нержавеющей стали, и, таким образом, они могут быть легко изготовлены в виде тонких проволок. Следовательно, в таком преимущественном варианте осуществления изобретения относительно толстые проволоки с высоким электрическим сопротивлением объединяются с тонкими проволоками из нержавеющей стали с низким электрическим сопротивлением с дополнительным преимуществом, которое заключается в том, что более тонкие проволоки из нержавеющей стали улучшают смачивание по существу плоской компоновки нитей вследствие увеличенных капиллярных сил.
В качестве альтернативы, компоновка электрически проводящих нитей может быть образована из ткани из углеродных нитей. Ткань из углеродных нитей имеет преимущество в том, что она, как правило, является более экономически эффективной, чем металлические нагреватели с высоким удельным сопротивлением. Также, ткань из углеродных нитей, как правило, является более гибкой, чем металлическая сетка. Еще одним преимуществом является то, что контакт между тканью из углеродных нитей и транспортной средой, такой как материал с высокой высвобождающей способностью, может хорошо сохраняться во время сборки проницаемого для жидкости нагревателя в сборе.
Надежный контакт между проницаемым для жидкости нагревателем в сборе и транспортной средой, например, капиллярной транспортной средой, такой как фитиль, изготовленный из волокон или пористого керамического материала, улучшает непрерывное смачивание проницаемого для жидкости нагревателя в сборе. Это преимущественно снижает вероятность перегрева компоновки электрически проводящих нитей и самопроизвольного термического разложения жидкости.
Нагреватель в сборе может содержать электрически изолирующий субстрат, на котором поддерживаются нити. Электрически изолирующий субстрат может содержать любой подходящий материал, и предпочтительно, чтобы этот материал был способен выдерживать высокие температуры (свыше 300градусовЦельсия) и резкие изменения температуры. Примером подходящего материала является полиимидная пленка, такая как Kapton®. Электрически изолирующий субстрат может иметь образованное в нем отверстие с проходящими поперек этого отверстия электрически проводящими нитями. Нагреватель в сборе может содержать электрические контакты, соединенные с электрически проводящими нитями. Например, электрические контакты могут быть приклеены, приварены или механически прикреплены к компоновке электрически проводящих нитей. В качестве альтернативы, компоновка электрически проводящих нитей может быть напечатана на электрически изолирующем субстрате, например, с использованием металлических чернил. В такой компоновке электрически изолирующий субстрат предпочтительно является пористым материалом, так что компоновка электрически проводящих нитей может быть непосредственно нанесена на поверхность пористого материала. Предпочтительно, в таком варианте осуществления пористость субстрата выполняет функцию «отверстия» электрически изолирующего субстрата, через которое жидкость может втягиваться в направлении компоновки электрически проводящих нитей.
Электрическое сопротивление сетки, матрицы или материала из электрически проводящих нитей элемента нагревателя предпочтительно составляет от 0,3 Ом до 4 Ом. Более предпочтительно, электрическое сопротивление сетки, матрицы или материала из электрически проводящих нитей составляет от 0,5 Ом до 3 Ом, а еще более предпочтительно - приблизительно 1 Ом. Электрическое сопротивление сетки, матрицы или материала из электрически проводящих нитей предпочтительно по меньшей мере на порядок и более предпочтительно по меньшей мере на два порядка больше, чем электрическое сопротивление частей контакта. Это обеспечивает локализацию тепла, сгенерированного посредством прохождения тока через элемент нагревателя, на сетке или матрице электрически проводящих нитей. Низкое общее сопротивление элемента нагревателя является преимущественным, если система получает питание от батареи. Система с низким сопротивлением и высоким током обеспечивает возможность подачи высокой мощности на элемент нагревателя. Это обеспечивает быстрый нагрев элементом нагревателя электрически проводящих нитей до необходимой температуры.
Первая и вторая части электрически проводящего контакта могут быть непосредственно прикреплены к электрически проводящим нитям. Части контакта могут быть расположены между электрически проводящими нитями и электрически изолирующим субстратом. Например, части контакта могут быть образованы из медной фольги, которая нанесена на изолирующий субстрат. Части контакта также могут быть более просто связаны с нитями, чем изолирующий субстрат.
В качестве альтернативы, первая и вторая части электрически проводящего контакта могут являться одним целым с электрически проводящими нитями. Например, элемент нагревателя может быть образован посредством травления проводящего листа для обеспечения множества нитей между двумя частями контакта.
Нагреватель в сборе может содержать по меньшей мере одну нить, выполненную из первого материала, и по меньшей мере одну нить, выполненную из второго материала, отличного от первого материала. Это может быть выгодно по электрическим или механическим причинам. Например, одна или несколько нитей могут быть образованы из материала, сопротивление которого сильно изменяется в зависимости от температуры, такого как сплав железа и алюминия. Это обеспечивает использование величины сопротивления нитей для определения температуры или изменений температуры. Это может быть использовано в системе обнаружения затяжки и для управления температурой нагревателя для ее поддержания в пределах необходимого температурного диапазона. Резкие изменения температуры могут также использоваться в качестве показателей для обнаружения изменений потока воздуха после нагревателя в сборе в результате затяжки пользователем из системы.
Корпус части для хранения жидкости преимущественно содержит капиллярный материал. Капиллярный материал является материалом, который активно передает жидкость от одного конца материала к другому. Капиллярный материал преимущественно ориентирован в корпусе таким образом, чтобы передавать жидкость на нагреватель в сборе.
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 трубок с каналами. Волокна или нити могут быть, в целом, выровнены для передачи жидкости на нагреватель. В качестве альтернативы, капиллярный материал может содержать губкообразный или пенообразный материал. Структура капиллярного материала образует множество небольших каналов или трубок, через которые может транспортироваться жидкость за счет капиллярного действия. Капиллярный материал может содержать любой подходящий материал или сочетание материалов. Примеры подходящих материалов представляют собой губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спекшихся порошков, вспененный металлический или пластиковый материал, волокнистый материал, например, выполненный из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетатцеллюлозные, полиэфирные, или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамика. Капиллярный материал может иметь любые подходящие капиллярность и пористость с тем, чтобы использовать его с жидкостями с разными физическими свойствами. Жидкость имеет физические свойства, включая, помимо всего прочего, вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температуру кипения и давление пара, которые обеспечивают возможность транспортировки жидкости через капиллярное устройство за счет капиллярного действия.
Капиллярный материал может находиться в контакте с электрически проводящими нитями. Капиллярный материал может продолжаетсяь внутри промежутков между нитями. Нагреватель в сборе может втягивать жидкий субстрат, образующий аэрозоль, внутрь промежутков за счет капиллярного действия. Капиллярный материал может находиться в контакте с электрически проводящими нитями по существу на всем протяжении отверстия. В одном варианте осуществления капиллярный материал, находящийся в контакте с компоновкой электрически проводящих нитей, может являться нитчатым фитилем. Предпочтительно, нитчатый фитиль имеет первую секцию и вторую секцию, при этом первая секция расположена по существу перпендикулярно компоновке электрически проводящих нитей, достигая части для хранения жидкости картриджа. Предпочтительно, вторая секция нитчатого фитиля расположена по существу параллельно компоновке электрически проводящих нитей. Предпочтительно, нити нитчатого фитиля являются непрерывными от первой секции нитчатого фитиля до второй секции нитчатого фитиля. Это обеспечивает быструю транспортировку жидкости в направлении компоновки электрически проводящих нитей через первую секцию нитчатого фитиля и в то же время быстрое распределение по всей компоновке электрически проводящих нитей через вторую секцию нитчатого фитиля. Это преимущественно обеспечивает непрерывное смачивание всей компоновки электрически проводящих нитей. Непрерывное смачивание может предотвратить перегрев и самопроизвольное разложение жидкости вследствие перегрева.
Предпочтительно, компоновка электрически проводящих нитей содержит по меньшей мере несколько нитей, изготовленных из сплавов или покрытых пленками, которые чувствительны к наличию жидкости, такой как вода. Это обеспечивает обнаружение смачивания компоновки электрически проводящих нитей, например, посредством соединения чувствительных проволок со схемой, которая контролирует электрическое сопротивление проволок и приостанавливает работу нагревателя или понижает электрический ток в случае обнаружения сухой границы контакта. Это преимущественно повышает безопасность системы, генерирующей аэрозоль. В одном варианте осуществления нити, которые используются для обнаружения смачивания, являются проволоками из нержавеющей стали, которые покрыты пленками из нитрида индия (InN) или оксида алюминия (Al2O3). При использовании, жидкость, такая как вода, сокращает количество электронов на таких пленочных поверхностях и сохраняет высокое электрическое удельное сопротивление пленки до тех пор, пока пленочная поверхность не станет сухой. Затем удельное сопротивление быстро падает. Падение удельного сопротивления обнаруживается подсоединенной электрической схемой.
Преимущественно, нагреватель в сборе и капиллярный материал могут иметь такой размер, чтобы иметь приблизительно одинаковую площадь. В данном контексте «приблизительно» означает, что площадь нагревателя в сборе может превышать площадь капиллярного материала на 0-15%. Форма нагревателя в сборе может быть также подобна форме капиллярного материала, так что нагреватель в сборе и материал по существу перекрываются. Если нагреватель в сборе и материал имеют по существу подобные размер и форму, изготовление может быть упрощено, а надежность процесса изготовления улучшена. Как обсуждается далее, капиллярный материал может включать два или более капиллярных материала, включая один или несколько слоев капиллярного материала, находящихся в непосредственном контакте с сеткой, матрицей или материалом из электрически проводящих нитей нагревателя в сборе для способствования генерированию аэрозоля. Капиллярные материалы могут включать материалы, описанные в данном документе.
По меньшей мере один из капиллярных материалов может иметь достаточный объем для обеспечения наличия минимального количества жидкости в указанном капиллярном материале для предотвращения «сухого нагрева», который происходит, если недостаточное количество жидкости предоставляется на капиллярный материал, находящийся в контакте с сеткой, матрицей или материалом из электрически проводящих нитей. Минимальный объем указанного капиллярного материала может быть обеспечен для обеспечения 20-40 затяжек пользователем. Средний объем жидкости, испаряемой во время затяжки, длиной от 1 до 4 секунд, как правило, составляет 1-4 мг жидкости. Таким образом, обеспечение по меньшей мере одного капиллярного материала, имеющего объем для удержания 20-160 мг жидкости, содержащей жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может предотвратить сухой нагрев.
Корпус может содержать два или более различных капиллярных материалов, при этом первый капиллярный материал, находящийся в контакте с элементом нагревателя, имеет более высокую температуру термического разложения, а второй капиллярный материал, находящийся в контакте с первым капиллярным материалом, но не находящийся в контакте с элементом нагревателя, имеет более низкую температуру термического разложения. Первый капиллярный материал эффективно действует как разделитель, отделяющий элемент нагревателя от второго капиллярного материала, так что второй капиллярный материал не подвергается воздействию температур, превышающих его температуру термического разложения. В данном контексте «температура термического разложения» означает температуру, при которой материал начинает разлагаться и терять массу в результате образования газообразных продуктов. Второй капиллярный материал может преимущественно занимать больший объем, чем первый капиллярный материал, и может удерживать большее количество субстрата, образующего аэрозоль, чем первый капиллярный материал. Второй капиллярный материал может иметь лучшие капиллярные свойства, чем первый капиллярный материал. Второй капиллярный материал может быть дешевле первого капиллярного материала. Второй капиллярный материал может представлять собой полипропилен.
Первый капиллярный материал может отделять нагреватель в сборе от второго капиллярного материала расстоянием по меньшей мере 1,5 мм и предпочтительно от 1,5 мм до 2 мм с целью обеспечения достаточного снижения температуры за первым капиллярным материалом.
Часть для хранения жидкости может быть расположена на первой стороне электрически проводящих нитей, а канал для потока воздуха расположен на противоположной стороне электрически проводящих нитей относительно части для хранения жидкости, так что поток воздуха после электрически проводящих нитей вовлекает испаренный жидкий субстрат, образующий аэрозоль.
В дополнение к электрическому нагревателю в сборе, который расположен в непосредственной близости или находится в контакте с транспортной средой для жидкости, система, генерирующая аэрозоль, может включать по меньшей мере один дополнительный электрический нагреватель в сборе, находящийся в функциональной связи с частью для хранения жидкости. Дополнительный электрический нагреватель в сборе, находящийся в функциональной связи с частью для хранения жидкости, может увеличить расход жидкости из части для хранения жидкости. Это является особенно преимущественным в случае, если часть для хранения жидкости содержит среду с высокой удерживающей способностью, в которой хранится жидкость. Преимущественным является использование среды с высокой удерживающей способностью для хранения жидкости в части для хранения жидкости. Например, использование среды с высокой удерживающей способностью снижает вероятность утечки. В случае поломки или трещины в корпусе картриджа пролитая жидкость может привести к непреднамеренному контакту с активными электрическими компонентами и биологическими тканями. Тем не менее, поскольку жидкость притягивается вследствие сил смачиваемости к поверхности среды с высокой удерживающей способностью, существенная протечка жидкости является менее вероятной по сравнению с резервуарами, заполненными свободной жидкостью, в случае механических трещин в корпусе картриджа. Тем не менее, поскольку среда с высокой удерживающей способностью будет в основном удерживать по меньшей мере часть жидкости, она в свою очередь не будет доступна для создания аэрозоля. Преимущественно, обеспечение дополнительных нагревательных узлов увеличивает отношение расхода части для хранения жидкости, то есть отношение между количеством жидкости, удаленной из части для хранения жидкости, и количеством жидкости, которая не может быть удалена из части для хранения жидкости.
Предпочтительно, дополнительный электрический нагреватель в сборе расположен рядом с областями среды с высокой удерживающей способностью, которые с меньшей вероятностью будут исчерпаны первичным электрическим нагревателем в сборе, например, большинством областей среды с высокой удерживающей способностью, наиболее удаленных от первого электрического нагревателя в сборе. Предпочтительно, дополнительный электрический нагреватель в сборе расположен на нижней стенке корпуса, то есть на стенке, противоположной электрическому нагревателю в сборе. В качестве альтернативы или дополнения, дополнительный электрический нагреватель в сборе расположен на боковой стенке корпуса.
Предпочтительно, дополнительный электрический нагреватель в сборе управляется таким образом, чтобы активироваться только при необходимости, например, если обнаружено снижение потока жидкости. Например, дополнительный электрический нагреватель в сборе может быть активирован при обнаружении снижения уровня смачивания первого электрического нагревателя в сборе.
В качестве альтернативы или дополнения, корпус имеет внутреннюю нецилиндрическую, например, коническую форму, так что более широкая секция внутренней нецилиндрической формы направлена в направлении электрического нагревателя в сборе, и внутренняя меньшая секция продолжается в противоположном направлении. Это обеспечивает увеличение релевантности гравитационных сил, действующих на жидкость, для перемещения жидкости в направлении электрического нагревателя в сборе, в частности, если система, генерирующая аэрозоль, находится по существу в горизонтальной ориентации. Горизонтальная ориентация является ориентацией, в которой электрический нагреватель в сборе находится по существу на одном вертикальном уровне с частью для хранения жидкости. Данная горизонтальная ориентация является типичной во время использования системы, генерирующей аэрозоль.
В качестве альтернативы или дополнения, картридж, содержащий электрический нагреватель в сборе и корпус, расположен в системе, генерирующей аэрозоль, так что электрический нагреватель в сборе расположен поперек отверстия корпуса на стороне части для хранения жидкости, удаленной от мундштука системы, генерирующей аэрозоль. Это может являться благоприятным для канала потока аэрозоля внутри системы, генерирующей аэрозоль. Например, в вертикальной компоновке системы, генерирующей аэрозоль, мундштук находится сверху и корпус расположен в перевернутом положении, то есть жидкость расположена над электрическим нагревателем в сборе. В таком варианте осуществления вместо того, чтобы противостоять гравитационным силам, гравитационные силы способствуют капиллярным силам для перемещения жидкости в направлении электрического нагревателя в сборе.
Предпочтительно, корпус содержит два элемента, при этом первый элемент является крышкой, а второй элемент является резервуаром, при этом крышка закрывает резервуар. Предпочтительно, в соответствии с изобретением крышка содержит или находится в непосредственном контакте с нагревателем в сборе. Предпочтительно, резервуар содержит жидкость и при наличии первый капиллярный материал или как первый, так и второй капиллярные материалы. Предпочтительно, материал крышки выполнен из материала с высокой температурой термического разложения, такого как полиэфирэфиркетон (PEEK) или Kapton®. Предпочтительно, крышка имеет размер, достаточный для отделения резервуара от нагревателя в сборе расстоянием по меньшей мере 1,5 мм и предпочтительно от 1,5 мм до 2 мм с целью обеспечения достаточного снижения температуры за крышкой. Преимущественно, в таком варианте осуществления материал резервуара может быть выполнен из более экономически эффективного материала с более низкой температурой термического разложения, такого как, например, полиэтилен или полипропилен.
Впускное отверстие для воздуха может быть, например, расположено в главном корпусе системы. Окружающий воздух направляется в систему, продолжается нагревательный элемент на дальнем конце картриджа и вовлекает аэрозоль, образованный посредством нагрева субстрата, образующего аэрозоль, в картридже. Воздух, содержащий аэрозоль, может быть затем направлен вдоль картриджа между корпусом картриджа и главным корпусом на расположенный ниже по потоку конец системы, где он смешивается с окружающим воздухом из дополнительного маршрута потока (либо до, либо по достижении расположенного ниже по потоку конца).
Впускное отверстие второго канала, расположенного в области дальнего конца корпуса картриджа, может быть также обеспечено в альтернативной системе, в которой нагревательный элемент расположен на ближнем конце картриджа. Второй маршрут потока может не только продолжаетсяь наружу картриджа, но также через картридж. Затем окружающий воздух попадает в картридж через полуоткрытую стенку картриджа, продолжается через картридж и выходит из картриджа посредством прохождения через нагревательный элемент, расположенный на ближнем конце картриджа. Следовательно, окружающий воздух может продолжаетсяь через субстрат, образующий аэрозоль, или через один или несколько каналов, расположенных в твердом субстрате, образующем аэрозоль, так что окружающий воздух не продолжается через сам субстрат, но продолжается через каналы рядом с субстратом.
Для обеспечения попадания окружающего воздуха в картридж по меньшей мере одно полуоткрытое впускное отверстие обеспечено на стенке корпуса картриджа, предпочтительно стенке напротив нагревательного элемента, предпочтительно нижней стенке. Полуоткрытое впускное отверстие обеспечивает попадание воздуха в картридж, но ни воздух, ни жидкость не выходит из картриджа через полуоткрытое впускное отверстие. Полуоткрытое впускное отверстие может являться, например, полупроницаемой мембраной, проницаемой только для воздуха в одном направлении, но непроницаемой для воздуха и жидкости в противоположном направлении. Полуоткрытое впускное отверстие может также являться, например, одноходовым клапаном. Предпочтительно, полуоткрытые впускные отверстия обеспечивают прохождение воздуха через впускное отверстие только при соблюдении конкретных условий, например, минимального понижения давления в картридже или объема воздуха, проходящего через клапан или мембрану.
Такие одноходовые клапаны могут являться, например, коммерчески доступными клапанами, такими как, например, использующимися в медицинских устройствах, например, LMS Mediflow One-Way, LMS SureFlow One-Way или LMS Check Valves (перекрестные мембраны). Подходящими мембранами для применения совместно с картриджем, имеющим поток воздуха, проходящий через картридж, являются, например, вентилируемые мембраны, которые используются в медицинских устройствах, например, Qosina Ref. 11066, вентилируемая крышка с гидрофобным фильтром или клапаны, которые используются в детских бутылочках. Данные клапаны и мембраны могут быть изготовлены из любого материала, подходящего для применений в электрически нагреваемых курительных системах. Могут быть использованы материалы, подходящие для медицинских устройств, и FDA одобренные материалы; например, графен, имеющий очень высокое механическое сопротивление и термостойкость в пределах широкого диапазона температур. Предпочтительно, клапаны изготовлены из мягкого упругого материала для поддержки непроницаемого для жидкости включения одного или нескольких клапанов в стенку корпуса емкости.
Прохождение окружающего воздуха через субстрат способствует образованию аэрозоля субстратом, образующим аэрозоль. Во время затяжки возникает понижение давления в картридже, которое может активировать полуоткрытые впускные отверстия. Затем окружающий воздух продолжается через картридж, предпочтительно материал (HRM) с высокой удерживающей способностью или с высокой высвобождающей способностью, или жидкость, и пересекает нагревательный элемент, следовательно, создавая и поддерживая образование аэрозоля из жидкости, когда нагревательный элемент достаточным образом нагревает жидкость. Кроме того, вследствие понижения давления, возникающего во время затяжки, подача жидкости в транспортном материале, таком как капиллярный материал, на нагревательный элемент может быть ограничена. Поток окружающего воздуха через картридж может выравнять перепады давления внутри картриджа и, следовательно, способствовать свободному капиллярному действию в направлении нагревательного элемента.
В качестве дополнения или альтернативы, полуоткрытое впускное отверстие может быть также обеспечено в одной или нескольких боковых стенках корпуса картриджа. Полуоткрытые впускные отверстия в боковых стенках предоставляют боковой поток воздуха в картридж в направлении открытого верхнего конца корпуса картриджа, где расположен нагревательный элемент. Предпочтительно, боковые потоки воздуха проходят через субстрат, образующий аэрозоль.
Система может дополнительно содержать электрическую схему, соединенную с нагревателем в сборе и электрическим источником питания, при этом электрическая схема выполнена с возможностью контроля электрического сопротивления нагревателя в сборе или одной или нескольких нитей нагревателя в сборе, и с возможностью управления подачей питания на нагреватель в сборе, в зависимости от электрического сопротивления нагревателя в сборе или одной или нескольких нитей.
Электрическая схема может содержать микропроцессор, который может представлять собой программируемый микропроцессор. Электрическая схема может содержать дополнительные электронные компоненты. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью регулирования подачи питания на нагреватель в сборе. Питание может подаваться на нагреватель в сборе непрерывно после активации системы или может подаваться с перерывами, например, от затяжки к затяжке. Питание может подаваться на нагреватель в сборе в виде импульсов электрического тока.
Система преимущественно включает источник питания, как правило, батарею, внутри главной части корпуса. В качестве альтернативы, источник питания может представлять собой устройство накопления заряда другого типа, такое как конденсатор. Источник питания может требовать перезарядки и может обладать емкостью, позволяющей накапливать достаточно энергии для одного или нескольких сеансов курения; например, источник питания может иметь достаточную емкость для того, чтобы позволить непрерывно генерировать аэрозоль в течение приблизительно шести минут или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере источник питания может иметь достаточную емкость для того, чтобы обеспечить возможность осуществления заданного количества затяжек или отдельных активаций нагревателя в сборе.
Предпочтительно, система, генерирующая аэрозоль, содержит корпус. Предпочтительно, корпус является удлиненным. Корпус может содержать любой подходящий материал или сочетание материалов. Примеры подходящих материалов включают металлы, сплавы, пластмассы или композиционные материалы, содержащие один или несколько из данных материалов, или термопласты, подходящие для применения в пищевой или фармацевтической промышленности, например, полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэтилен. Предпочтительно, материал является легким и нехрупким.
Предпочтительно, система, генерирующая аэрозоль, является портативной. Система, генерирующая аэрозоль, может иметь размер, сопоставимый с размером традиционной сигары или сигареты. Курительная система может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Курительная система может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.
Субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут быть высвобождены путем нагревания субстрата, образующего аэрозоль.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие вкусоароматические соединения табака, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагревании. Субстрат, образующий аэрозоль, в качестве альтернативы может содержать материал, не содержащий табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как ароматизаторы.
Во втором аспекте предоставлен картридж для применения в электрически управляемой системе, генерирующей аэрозоль, содержащий:
часть для хранения жидкости, содержащую корпус, удерживающий жидкий субстрат, образующий аэрозоль, при этом корпус имеет отверстие; и
проницаемый для жидкости нагреватель в сборе, содержащий множество электрически проводящих нитей, при этом проницаемый для жидкости нагреватель в сборе продолжается поперек отверстия корпуса части для хранения жидкости.
Картридж с данной конструкцией может являться жестким, надежным и низкозатратным. Нагреватель в сборе может быть по существу плоским без необходимости какой-либо обмотки проволоки нагревателя вокруг капиллярного фитиля.
Электрически проводящие нити могут находиться в одной плоскости. Плоский нагреватель в сборе может быть легко обработан во время изготовления и предоставляет надежную конструкцию.
Электрически проводящие нити могут образовывать промежутки между собой, и данные промежутки могут иметь ширину от 10 мкм до 100 мкм. Предпочтительно, нити создают капиллярный эффект в промежутках, так что при использовании жидкость, подлежащая испарению, втягивается в промежутки, увеличивая площадь контакта между нагревателем в сборе и жидкостью.
Электрически проводящие нити могут образовывать сетку размером от 160 до 600 меш по стандарту США (+/- 10%) (т.е. от 160 до 600 нитей на дюйм (+/- 10%)). Ширина промежутков предпочтительно составляет от 75 мкм до 25 мкм. Процентное соотношение открытой площади сетки, которое является отношением площади промежутков к общей площади сетки, предпочтительно составляет от 25 до 56%. Сетка может быть образована с использованием различных типов плетеных или решетчатых структур. В качестве альтернативы, электрически проводящие нити состоят из матрицы нитей, расположенных параллельно друг другу.
Электрически проводящие нити могут иметь диаметр от 10 мкм до 100 мкм, предпочтительно от 8 мкм до 50 мкм и более предпочтительно от 8 мкм до 39 мкм. Нити могут иметь круглое поперечное сечение или могут иметь сплющенное поперечное сечение. Нити нагревателя могут быть образованы путем травления листового материала, такого как фольга. Это может быть особенно преимущественным в том случае, если нагреватель в сборе содержит матрицу параллельных нитей. Если нагреватель в сборе содержит сетку или материал из нитей, нити могут быть образованы по отдельности и связаны вместе.
Площадь сетки, матрицы или материала из электрически проводящих нитей может быть небольшой, предпочтительно менее или равной 25 мм2, позволяя встраивать его в удерживаемую рукой систему. Сетка, матрица или материал из электрически проводящих нитей может, например, иметь прямоугольную форму и размеры, равные 5 мм на 2 мм. Предпочтительно, сетка или матрица электрически проводящих нитей занимает площадь от 10% до 50% площади нагревателя в сборе. Более предпочтительно, сетка или матрица электрически проводящих нитей занимает площадь от 15 до 25% площади нагревателя в сборе.
Электрически проводящие нити могут содержать любой подходящий электрически проводящий материал. Предпочтительными материалами для электрически проводящих нитей являются нержавеющая сталь марок 304, 316, 304L, 316L, а также графит.
Электрическое сопротивление сетки, матрицы или материала из электрически проводящих нитей элемента нагревателя предпочтительно составляет от 0,3 до 4 Ом. Более предпочтительно, электрическое сопротивление сетки, матрицы или материала из электрически проводящих нитей составляет от 0,5 до 3 Ом, а еще более предпочтительно - приблизительно 1 Ом. Электрическое сопротивление сетки, матрицы или материала из электрически проводящих нитей предпочтительно по меньшей мере на порядок и более предпочтительно по меньшей мере на два порядка больше, чем электрическое сопротивление частей контакта.
Корпус части для хранения жидкости может содержать капиллярный материал, как описано в отношении первого аспекта. Капиллярный материал может быть ориентирован в корпусе таким образом, чтобы передавать жидкость на нагреватель в сборе. Капиллярный материал может находиться в контакте с нагревателем в сборе. Капиллярный материал может продолжаетсяь внутри промежутков между нитями.
Как описано в отношении первого аспекта, корпус может содержать два или более различных капиллярных материалов, при этом первый капиллярный материал, находящийся в контакте с элементом нагревателя, имеет более высокую температуру термического разложения, а второй капиллярный материал, находящийся в контакте с первым капиллярным материалом, но не находящийся в контакте с элементом нагревателя, имеет более низкую температуру термического разложения. Первый капиллярный материал может отделять нагреватель в сборе от второго капиллярного материала расстоянием по меньшей мере 1,5 мм и предпочтительно от 1,5 до 2 мм с целью обеспечения достаточного снижения температуры за первым капиллярным материалом.
Как описано в отношении первого аспекта, нагреватель в сборе может содержать по меньшей мере одну нить, выполненную из первого материала, и по меньшей мере одну нить, выполненную из второго материала, отличного от первого материала.
Нагреватель в сборе может содержать электрически изолирующий субстрат, на котором поддерживаются нити, при этом нити проходят поперек отверстия, образованного в субстрате. Электрически изолирующий субстрат может содержать любой подходящий материал, и предпочтительно, чтобы этот материал был способен выдерживать высокие температуры (свыше 300oC) и резкие изменения температуры. Примером подходящего материала является полиимидная пленка, такая как Kapton®.
Нагреватель в сборе может содержать электрически проводящий контакт, находящийся в контакте со множеством нитей. Электрически проводящий контакт может быть обеспечен между корпусом части для хранения жидкости и электрически изолирующим субстратом. Электрически проводящий контакт может быть обеспечен между нитями и электрически изолирующим субстратом. Отверстие может быть образовано в электрически изолирующем слое, и картридж может содержать два электрически проводящих контакта, расположенных на противоположных сторонах отверстия относительно друг друга.
Преимущественно, получение доступа к электрически проводящему контакту осуществляется с внешней стороны картриджа. Нагреватель в сборе может продолжаетсяь в боковой плоскости и электрически проводящий контакт может продолжаетсяь в сторону за пределы корпуса части для хранения жидкости. Затем картридж может быть выполнен с возможностью вставки в устройство, генерирующее аэрозоль, в направлении, перпендикулярном боковой плоскости, посредством чего электрически проводящий контакт вступает в контакт с электрическим контактом на устройстве.
Корпус части для хранения жидкости может иметь по существу цилиндрическую форму, при этом отверстие расположено на одном конце цилиндра. Корпус части для хранения жидкости может иметь по существу круглое поперечное сечение.
Нагреватель в сборе преимущественно покрывается съемным покрытием или уплотнением перед использованием. Покрытие или уплотнение может защитить субстрат от деградации во время хранения и транспортировки.
В предпочтительном варианте осуществления картридж не содержит электрического источника питания.
В третьем аспекте предоставлен способ изготовления картриджа для применения в электрически управляемой системе, генерирующей аэрозоль, включающий:
обеспечение части для хранения жидкости, содержащей корпус, имеющий отверстие;
заполнение части для хранения жидкости жидким субстратом, образующим аэрозоль; и
прикрепление проницаемого для жидкости нагревателя в сборе, содержащего множество электрически проводящих нитей, к части для хранения жидкости, при этом проницаемый для жидкости нагреватель в сборе продолжается поперек отверстия корпуса части для хранения жидкости.
Этап заполнения части для хранения жидкости может быть выполнен до или после этапа прикрепления нагревателя в сборе к части для хранения жидкости.
Этап прикрепления может, например, включать тепловую склейку, приклеивание или сваривание нагревателя в сборе и части для хранения жидкости. Часть для хранения жидкости может содержать капиллярный материал.
Признаки, описанные в отношении одного аспекта, могут быть в равной степени применены и к другим аспектам изобретения. В частности, признаки, описанные в отношении первого аспекта, могут быть в равной степени применены ко второму аспекту и третьему аспекту.
В данном контексте «электрически проводящий» означает образованный из материала, имеющего удельное сопротивление 1×10-4 Ом·м или меньше. В данном контексте «электрически изолирующий» означает образованный из материала, имеющего удельное сопротивление 1×104 Ом·м или больше. В данном контексте «проницаемый для жидкости» в отношении нагревателя в сборе означает, что субстрат, образующий аэрозоль, в газообразной фазе и возможно в жидкой фазе может легко продолжаетсяь через нагреватель в сборе.
Варианты осуществления изобретения будут далее описаны исключительно в качестве примера со ссылкой на сопроводительные графические материалы, на которых:
на фиг. 1a-1d показаны схематические иллюстрации системы, включающей картридж, в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 2 показана схематическая иллюстрация механизма фиксации для мундштучной части системы, показанной на фиг. 1;
на фиг. 3 показан покомпонентный вид картриджа, показанного на фиг. 1a-1d;
на фиг. 4 показан покомпонентный вид альтернативного картриджа для применения в системе, как показано на фиг. 1a-1d;
на фиг. 5a показан вид снизу в перспективе картриджа, показанного на фиг. 2;
на фиг. 5b показан вид сверху в перспективе картриджа, показанного на фиг. 2, с удаленным покрытием;
на фиг. 6 показан подробный вид нагревателя в сборе, использующегося в картридже, показанном на фиг. 2;
на фиг. 7 показан подробный вид альтернативного нагревателя в сборе, который может быть использован в картридже, показанном на фиг. 2;
на фиг. 8 показан подробный вид дополнительного альтернативного нагревателя в сборе, который может быть использован в картридже, показанном на фиг. 2;
на фиг. 9 показан подробный вид еще одного дополнительного альтернативного нагревателя в сборе, который может быть использован в картридже, показанном на фиг. 2;
на фиг. 10 показан подробный вид альтернативного механизма для осуществления электрического контакта между устройством и нагревателем в сборе;
на фиг. 11a-11b проиллюстрированы некоторые формы корпуса картриджа, которые могут быть использованы для обеспечения правильного выравнивания картриджа в устройстве;
на фиг. 12a показан подробный вид нитей нагревателя, на котором показан мениск жидкого субстрата, образующего аэрозоль, между нитями;
на фиг. 12b показан подробный вид нитей нагревателя, на котором показан мениск жидкого субстрата, образующего аэрозоль, между нитями и капиллярный материал, проходящий между нитями;
на фиг. 13a, 13b и 13c проиллюстрированы альтернативные способы изготовления нагревателя в сборе в соответствии с изобретением; и
на фиг. 14 проиллюстрирована альтернативная конструкция части для хранения жидкости, включающей нагреватель в сборе.
На фиг. 15a и 15b проиллюстрированы дополнительные альтернативные варианты осуществления части для хранения жидкости, включающей нагреватель в сборе.
На фиг. 16 проиллюстрирован альтернативный вариант осуществления ориентации потока воздуха и картриджа относительно устройства, генерирующего аэрозоль.
На фиг. 17 показано поперечное сечение системы картриджа с материалом с высокой удерживающей способностью и прохождение воздуха через HRM;
на фиг. 18 показано поперечное сечение еще одной системы картриджа с материалом с высокой удерживающей способностью и прохождение воздуха через картридж;
на фиг. 19 показан покомпонентный вид системы картриджа, показанной на фиг. 18;
на фиг. 20 показано поперечное сечение системы картриджа с жидкостью и прохождение воздуха через жидкость.
На фиг. 1a-1d показаны схематические иллюстрации системы, генерирующей аэрозоль, включающей картридж, в соответствии с вариантом осуществления изобретения. На фиг. 1a показан схематический вид устройства 10, генерирующего аэрозоль, и отдельного картриджа 20, которые вместе образуют систему, генерирующую аэрозоль. В данном примере система, генерирующая аэрозоль, является электрически управляемой курительной системой.
Картридж 20 содержит субстрат, образующий аэрозоль, и выполнен с возможностью вмещения в полость 18 внутри устройства. Картридж 20 должен быть выполнен с возможностью замены пользователем, если субстрат, образующий аэрозоль, обеспеченный в картридже, исчерпан. На фиг. 1a показан картридж 20 сразу перед вставкой в устройство, при этом стрелка 1, показанная на фиг. 1a, указывает на направление вставки картриджа.
Устройство 10, генерирующее аэрозоль, является портативным и имеет размер, сопоставимый с размером традиционной сигары или сигареты. Устройство 10 содержит главную часть 11 и мундштучную часть 12. Главная часть 11 содержит батарею 14, такую как литий-железо-фосфатная батарея, управляющую электронику 16 и полость 18. Мундштучная часть 12 соединена с главной частью 11 посредством шарнирного соединения 21 и может перемещаться между открытым положением, как показано на фиг. 1, и закрытым положением, как показано на фиг. 1d. Мундштучная часть 12 расположена в открытом положении для обеспечения вставки и удаления картриджей 20 и расположена в закрытом положении, когда система должна быть использована для генерирования аэрозоля, как будет описано. Мундштучная часть содержит множество впускных отверстий 13 для воздуха и выпускное отверстие 15. При использовании, пользователь делает затяжку со стороны выпускного отверстия для втягивания воздуха сквозь впускные отверстия 13 для воздуха через мундштучную часть в выпускное отверстие 15 и впоследствии в рот или легкие пользователя. Внутренние перегородки 17 обеспечены для того, чтобы вынуждать воздух протекать через мундштучную часть 12 мимо картриджа, как будет описано.
Полость 18имеет круглое поперечное сечение и такой размер, чтобы вмещать корпус 24 картриджа 20. Электрические соединители 19 обеспечены по сторонам полости 18 для обеспечения электрического соединения между управляющей электроникой 16 и батареей 14 и соответствующими электрическими контактами на картридже 20.
На фиг. 1b показана система, показанная на фиг. 1a, со вставленным в полость 18 картриджем и удаленным покрытием 26. В данном положении электрические соединители находятся напротив электрических контактов на картридже, как будет описано.
На фиг. 1c показана система, показанная на фиг. 1b, с полностью удаленным покрытием 26 и перемещенной в закрытое положение мундштучной частью 12.
На фиг. 1d показана система, показанная на фиг. 1c, с находящейся в закрытом положении мундштучной частью 12. Мундштучная часть 12 удерживается в закрытом положении механизмом фиксации, как схематически проиллюстрировано на фиг. 2. На фиг. 2 проиллюстрирована главная часть 11 и мундштучная часть 12, соединенные посредством шарнирного соединения 21. Мундштучная часть 12 содержит проходящий вовнутрь зуб 8. Когда мундштучная часть находится в закрытом положении, зуб 8 зацепляет фиксатор 6 на главной части устройства. Фиксатор 6 смещается пружиной 5 смещения для зацепления зуба 8. Кнопка 4 прикрепляется к фиксатору 6. Кнопка 4 может быть нажата пользователем в противоположность действию пружины 5 смещения для высвобождения зуба 8 из фиксатора 6, что позволяет мундштучной части перемещаться в открытое положение. Теперь специалисту в данной области техники будет очевидно, что могут быть использованы другие подходящие механизмы для удерживания мундштука в закрытом положении, такие как защелкивающееся соединение или магнитный затвор.
Мундштучная часть 12 в закрытом положении удерживает картридж в электрическом контакте с электрическими соединителями 19, так что при использовании поддерживается хорошее электрическое соединение независимо от ориентации системы. Мундштучная часть 12 может включать кольцевой эластомерный элемент, который контактирует с поверхностью картриджа и сжимается между жестким элементом корпуса мундштука и картриджем, когда мундштучная часть 12 находится в закрытом положении. Это обеспечивает поддержание хорошего электрического соединения несмотря на допуски на изготовление.
Конечно, в качестве альтернативы или дополнения могут быть использованы другие механизмы для поддержания хорошего электрического соединения между картриджем и устройством. Например, корпус 24 картриджа 20 может быть оснащен резьбой или канавкой (не проиллюстрированной), которая входит в зацепление с соответствующей канавкой или резьбой (не проиллюстрировано), образованную в стенке полости 18. Резьбовое соединение между картриджем и устройством может быть использовано для обеспечения правильного вращательного выравнивания, а также удерживания картриджа в полости и обеспечения хорошего электрического соединения. Резьбовое соединение может распространяться только на половину оборота или меньше картриджа или может распространяться на несколько оборотов. В качестве альтернативы или дополнения, электрические соединители 19 могут быть смещены для обеспечения контакта с контактами на картридже, как будет описано со ссылкой на фиг. 8.
На фиг. 3 показан покомпонентный вид картриджа 20. Картридж 20 содержит, в целом, круглый цилиндрический корпус 24, который имеет размер и форму, выбранные для вмещения в полость 18. Корпус содержит капиллярный материал 22, который пропитан жидким субстратом, образующим аэрозоль. В данном примере субстрат, образующий аэрозоль, содержит 39% по весу глицерина, 39% по весу пропиленгликоля, 20% по весу воды и ароматизаторов и 2% по весу никотина. Капиллярный материал является материалом, который активно передает жидкость от одного конца к другому, и может быть изготовлен из любого подходящего материала. В данном примере капиллярный материал образован из полиэфира.
Корпус имеет открытый конец, к которому прикрепляется нагреватель в сборе 30. Нагреватель в сборе 30 содержит субстрат 34, имеющий отверстие 35, образованное в нем, пару электрических контактов 32, прикрепленных к субстрату и отделенных друг от друга зазором 33, и множество электрически проводящих нитей 36 нагревателя, заполняющих отверстие и прикрепленных к электрическим контактам на противоположных сторонах отверстия 35.
Нагреватель в сборе 30 покрыт съемным покрытием 26. Покрытие содержит непроницаемый для жидкости лист пластмассы, который приклеен к нагревателю в сборе, но который может быть легко снят. Выступ обеспечен на стороне покрытия для обеспечения пользователю возможности взяться за покрытие при его снятии. Теперь специалисту в данной области техники будет очевидно, что несмотря на то, что приклеивание описано в качестве способа крепления непроницаемого листа пластмассы к нагревателю в сборе, могут быть использованы другие способы, известные специалистам в данной области техники, включая тепловую склейку или ультразвуковую сварку, при условии, что покрытие может быть легко удалено потребителем.
На фиг. 4 показан покомпонентный вид альтернативного приведенного в качестве примера картриджа. Картридж, показанный на фиг. 4, имеет такие же размер и форму, что и картридж, показанный на фиг. 3, и имеет такой же корпус и нагреватель в сборе. Тем не менее, капиллярный материал внутри картриджа, показанного на фиг. 4, отличается от капиллярного материала, показанного на фиг. 3. Картридж, показанный на фиг. 4, содержит два отдельных капиллярных материала 27, 28. Диск первого капиллярного материала 27 обеспечен для контакта с элементом 36, 32 нагревателя при использовании. Большая часть второго капиллярного материала 28 обеспечена на противоположной стороне первого капиллярного материала 27 относительно нагревателя в сборе. Как первый капиллярный материал, так и второй капиллярный материал удерживают жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Первый капиллярный материал 27, который находится в контакте с элементом нагревателя, имеет более высокую температуру термического разложения (по меньшей мере 160°C или выше, такую как приблизительно 250 oC), чем второй капиллярный материал 28. Первый капиллярный материал 27 эффективно действует как разделитель, отделяющий элемент 36, 32 нагревателя от второго капиллярного материала 28, так что второй капиллярный материал не подвергается воздействию температур, превышающих его температуру термического разложения. Перепад температур в первом капиллярном материале таков, что второй капиллярный материал подвергается воздействию температур ниже его температуры теплового разложения. Второй капиллярный материал 28 может быть выбран таким образом, чтобы обладать лучшими капиллярными свойствами, чем первый капиллярный материал 27, может удерживать больше жидкости на единицу объема, чем первый капиллярный материал, и может быть дешевле первого капиллярного материала. В данном примере первый капиллярный материал представляет собой теплостойкий материал, такой как стеклопластик или материал, содержащий стеклопластик, и второй капиллярный материал представляет собой полимер, такой как подходящий капиллярный материал. Приведенные в качестве примера подходящие капиллярные материалы включают капиллярные материалы, обсужденные в данном документе, и в альтернативных вариантах осуществления могут включать полиэтилен высокой плотности (HDPE) или полиэтилентерефталат (PET).
На фиг. 5a показан вид снизу в перспективе картриджа, показанного на фиг. 3. Как показано на фиг. 5a, нагреватель в сборе продолжается в боковой плоскости и продолжается в сторону за пределы корпуса 24, так что нагреватель в сборе образует фланец вокруг верхней части корпуса 24. Открытые части электрических контактов 32 обращены в направлении вставки картриджа, так что, когда картридж полностью вставлен в полость 18, открытые части контактов 32 находятся в контакте с электрическими соединителями 19. Выступ, обеспеченный на стороне покрытия 26 для обеспечения пользователю возможности взяться за покрытие при его снятии, может быть хорошо виден. На фиг. 5a также проиллюстрирована задающая часть 25, образованная на основании картриджа для обеспечения правильной ориентации картриджа в полости устройства. Задающая часть 25 является частью корпуса 24, изготовленного методом литья под давлением, и выполнена с возможностью вмещения в соответствующий паз (не проиллюстрированный) в основании полости 18. После вмещения задающей части 25 в паз в полости, контакты 32 выравниваются с соединителями 19.
На фиг. 5b показан вид сверху в перспективе картриджа, показанного на фиг. 3, с удаленным покрытием. Нити 36 нагревателя являются открытыми в отверстии 35 в субстрате 34, так что испаренный субстрат, образующий аэрозоль, может выходить в поток воздуха через нагреватель в сборе.
Корпус 24 образован из термопласта, такого как полипропилен. Нагреватель в сборе 30 приклеен к корпусу 24 в данном примере. Тем не менее, существует несколько возможных способов сборки и заполнения картриджа.
Корпус картриджа может быть образован посредством литья под давлением. Капиллярные материалы 22, 27, 28 могут быть образованы посредством отрезания подходящих длин капиллярного материала от длинного стержня капиллярных волокон. Нагреватель в сборе может быть собран с использованием процесса, как описано со ссылкой на фиг. 11a, 11b и 11c. В одном варианте осуществления сборка картриджа осуществляется следующим образом: сначала в корпус 24 вставляется один или несколько капиллярных материалов 22, 27, 28. Затем заданный объем жидкого субстрата, образующего аэрозоль, вводится в корпус 24 и впитывается капиллярными материалами. Затем нагреватель в сборе 30 проталкивается в направлении открытого конца корпуса и прикрепляется к корпусу 24 посредством приклеивания, сварки, тепловой склейки, ультразвуковой сварки или других способов, которые теперь будут очевидны специалисту в данной области техники. Температура корпуса предпочтительно удерживается ниже 160°C во время любой операции уплотнения для предотвращения нежелательного удаления летучих соединений из субстрата, образующего аэрозоль. Капиллярный материал после разрезания может иметь такую длину, чтобы продолжаетсяь наружу открытого конца корпуса 24 до тех пор, пока он не будет сжат нагревателем в сборе. Это способствует транспортировке субстрата, образующего аэрозоль, в промежутки элемента нагревателя при использовании.
В другом варианте осуществления вместо прижатия нагревателя в сборе 30 к корпусу 24, а затем уплотнения, нагреватель в сборе и открытый конец корпуса могут быть сначала подвергнуты быстрому нагреву, а затем прижаты друг к другу для связывания нагревателя в сборе 30 и корпуса 24.
Также возможным является объединение нагревателя в сборе 30 и корпуса 24 перед заполнением корпуса субстратом, образующим аэрозоль, а затем введение субстрата, образующего аэрозоль, внутрь корпуса 24. В данном случае нагреватель в сборе может быть прикреплен к картриджу с использованием любых описанных способов. Нагреватель в сборе или корпус затем прокалывается с использованием полой иглы и субстрат, образующий аэрозоль, вводится в капиллярный материал 22, 27, 28. Любое отверстие, выполненное полой иглой, затем уплотняется посредством тепловой склейки или с использованием уплотнительной ленты.
На фиг. 6 показана иллюстрация первого нагревателя в сборе 30 в соответствии с изобретением. Нагреватель в сборе содержит сетку, образованную из нержавеющей стали марки 304L, с размером сетки приблизительно 400 меш по стандарту США (приблизительно 400 нитей на дюйм). Нити имеют диаметр приблизительно 16 мкм. Сетка соединена с электрическими контактами 32, которые отделены друг от друга зазором 33 и образованы из медной фольги, имеющей толщину приблизительно 30 мкм. Электрические контакты 32 обеспечены на полиимидном субстрате 34, имеющем толщину приблизительно 120 мкм. Нити, образующие сетку, образуют промежутки между нитями. Промежутки в данном примере имеют ширину приблизительно 37 мкм, хотя могут быть использованы большие или меньшие промежутки. Использование сетки с данными приблизительными размерами обеспечивает возможность образования в промежутках мениска субстрата, образующего аэрозоль, и втягивания сеткой нагревателя в сборе субстрата, образующего аэрозоль, за счет капиллярного действия. Открытая площадь сетки, т.е. отношение площади промежутков к общей площади сетки, преимущественно составляет от 25 до 56%. Общее сопротивление нагревателя в сборе составляет приблизительно 1 Ом. Сетка предоставляет значительную часть данного сопротивления, так что большая часть тепла производится сеткой. В данном примере сетка имеет электрическое сопротивление, которое более чем в 100 раз превышает электрическое сопротивление электрических контактов 32.
Субстрат 34 является электрически изолирующим и в данном примере образован из полиимидного листа, имеющего толщину приблизительно 120 мкм. Субстрат имеет круглую форму и диаметр 8 мм. Сетка имеет прямоугольную форму и длину сторон 5 мм и 2 мм. Данные размеры предоставляют возможность выполнения полной системы, имеющей размер и форму, подобные традиционной сигарете или сигаре. Другим примером размеров, которые были признаны эффективными, являются круглый субстрат диаметром 5 мм и прямоугольная сетка размером 1 мм x 4 мм.
На фиг. 7 показана иллюстрация альтернативного приведенного в качестве примера нагревателя в сборе в соответствии с изобретением. Нагреватель в сборе, показанный на фиг. 7, является подобным показанному на фиг. 6, но сетка 36 заменена матрицей параллельных электрически проводящих нитей 37. Матрица нитей 37 образована из нержавеющей стали марки 304L и имеет диаметр приблизительно 16 мкм. Субстрат 34 и медный контакт 32 являются такими же, как описано со ссылкой на фиг. 6.
На фиг. 8 показана иллюстрация еще одного альтернативного нагревателя в сборе в соответствии с изобретением. Нагреватель в сборе, показанный на фиг. 8, является подобным показанному на фиг. 7, но в нагревателе в сборе, показанном на фиг. 8, нити 37 связаны непосредственно с субстратом 34 и контакты 32 затем связаны с нитями. Как и раньше, контакты 32 отделены друг от друга изолирующим зазором 33 и образованы из медной фольги, имеющей толщину приблизительно 30 мкм. Подобная компоновка нитей субстрата и контактов может быть использована для нагревателя сеточного типа, как показано на фиг. 6. Наличие контактов в качестве крайнего слоя может являться благоприятным для обеспечения надежного электрического контакта с источником питания.
На фиг. 9 показана иллюстрация альтернативного нагревателя в сборе в соответствии с изобретением. Нагреватель в сборе, показанный на фиг. 9, содержит множество нитей 38 нагревателя, которые вместе с электрическими контактами 39 образуют одно целое. Как нити, так и электрические контакты образованы из фольги из нержавеющей стали, которая протравливается для образования нитей 38. Контакты 39 отделены зазором 33 за исключением тех случаев, когда соединены нитями 38. Фольга из нержавеющей стали обеспечена на полиимидном субстрате 34. Нити 38 снова предоставляют значительную часть данного сопротивления, так что большая часть тепла производится нитями. В данном примере нити 38 имеют электрическое сопротивление, которое более чем в 100 раз превышает электрическое сопротивление электрических контактов 39.
В картридже, показанном на фиг. 3, 4 и 5, контакты 32 и нити 36, 38 расположены между слоем 34 субстрата и корпусом 24. Тем не менее, возможной является установка нагревателя в сборе на корпусе картриджа иным образом, чтобы полиимидный субстрат был расположен непосредственно рядом с корпусом 24. На фиг. 10 проиллюстрирована компоновка данного типа. На фиг. 10 показан нагреватель в сборе, содержащий сетку 56 из нержавеющей стали, прикрепленную к контактам 52 из медной фольги. Медные контакты 52 прикреплены к полиимидному субстрату 54. Отверстие 55 образовано в полиимидном субстрате 54. Полиимидный субстрат приварен к корпусу 24 картриджа. Капиллярный материал 22, пропитанный субстратом, образующим аэрозоль, заполняет корпус и продолжается через отверстие для контакта с сеткой 55. Как показано, картридж вмещается в главную часть 11 устройства и удерживается между электрическими соединителями 59 и мундштучной частью 12. В данном варианте осуществления для электрического соединения электрических соединителей 59 с контактами 52 соединители 59 выполнены с возможностью прокалывания полиимидного субстрата 54, как показано. Электрические соединители выполнены с заостренными концами и вступают в контакт с нагревателем в сборе под действием пружин 57. Может быть выполнено предварительное прорезание полиимидного субстрата для обеспечения хорошего электрического контакта или на нем могут быть обеспечены отверстия, так что прокалывание субстрата может не являться необходимым. Пружины 57 также обеспечивают поддержание хорошего электрического контакта между контактами 52 и соединителями 59 независимо от ориентации системы в отношении гравитации.
Одно из средств обеспечения правильной ориентации картриджа 20 в полости 18 устройства было описано со ссылкой на фиг. 5a и 5b. Задающая часть 25 может быть образована в качестве части формованного корпуса 24 картриджа для обеспечения правильной ориентации. Тем не менее, очевидно, что возможны другие способы обеспечения правильной ориентации картриджа. В частности, если корпус изготовлен методом литья под давлением, существуют практически неограниченные возможности в отношении формы картриджа. После выбора необходимого внутреннего объема картриджа, форма картриджа может быть выполнена таким образом, чтобы подходить под любую полость. На фиг. 11a показан базовый вид одного возможного корпуса 70 картриджа, который обеспечивает ориентацию картриджа в двух возможных ориентациях. Корпус 70 картриджа включает две симметрично расположенные канавки 72. Канавки могут продолжаетсяь частично или полностью вверх по стороне корпуса 70. Соответствующие ребра (не проиллюстрированные) могут быть образованы на стенках полости устройства, так что картридж может быть вмещен в полость только с двумя возможными ориентациями. В варианте осуществления, показанном на фиг. 11a, возможным является наличие лишь одного ребра в полости, так что одна из канавок 72 не заполняется ребром и может быть использована в качестве канала для потока воздуха внутри устройства. Конечно, возможным является ограничение картриджа одной ориентацией внутри полости посредством обеспечения только одной канавки в корпусе. Это проиллюстрировано на фиг. 11b, на которой показан корпус 74 картриджа с одной канавкой 76.
Несмотря на то, что в описанных вариантах осуществления имеются картриджи с корпусами, имеющими по существу круглое поперечное сечение, возможным конечно же является образование корпусов картриджа других форм, таких как прямоугольное поперечное сечение или треугольное поперечное сечение. Данные формы корпуса обеспечат необходимую ориентацию внутри полости соответствующей формы для обеспечения электрического соединения между устройством и картриджем.
Капиллярный материал 22 преимущественно ориентирован в корпусе 24 таким образом, чтобы передавать жидкость на нагреватель в сборе 30. После сборки картриджа нити 36, 37, 38 нагревателя могут находиться в контакте с капиллярным материалом 22 и, следовательно, субстрат, образующий аэрозоль, может передаваться непосредственно на сеточный нагреватель. На фиг. 12a показан подробный вид нитей 36 нагревателя в сборе, на котором показан мениск 40 жидкого субстрата, образующего аэрозоль, между нитями 36 нагревателя. Как показано, субстрат, образующий аэрозоль, находится в контакте с большей частью поверхности каждой нити, так что большая часть тепла, сгенерированного нагревателем в сборе, продолжается непосредственно в субстрат, образующий аэрозоль. В отличие от этого, в традиционных нагревателях в сборе с фитилем и катушкой лишь небольшая часть проволоки нагревателя находится в контакте с субстратом, образующим аэрозоль. На фиг. 12b показан подробный вид, подобный показанному на фиг. 12a, на котором показан пример капиллярного материала 27, который продолжается внутрь промежутков между нитями 36. Капиллярный материал 27 является первым капиллярным материалом, показанным на фиг. 4. Как показано, транспортировка жидкости на нити может быть обеспечена посредством обеспечения капиллярного материала, содержащего тонкие нити волокон, которые проходят внутрь промежутков между нитями 36.
При использовании нагреватель в сборе работает путем резистивного нагрева. Ток продолжается через нити 36, 37, 38 под управлением управляющей электроники 16 для нагрева нитей до необходимого температурного диапазона. Сетка или матрица нитей имеет значительно более высокое электрическое сопротивление, чем электрические контакты 32 и электрические соединители 19, так что высокие температуры локализуются на нитях. Система может быть выполнена с возможностью генерирования тепла посредством обеспечения электрического тока на нагреватель в сборе в ответ на затяжку пользователем или может быть выполнена с возможностью непрерывного генерирования тепла, пока устройство находится во «включенном» состоянии. Различные материалы для нитей могут подходить для различных систем. Например, в непрерывно нагреваемой системе подходящими являются графитовые нити, поскольку они имеют относительно низкую удельную теплоемкость и совместимы с нагревом с использованием низкого тока. В системе, активируемой при затяжке, в которой тепло генерируется кратковременными вспышками с использованием импульсов высокого тока, нити из нержавеющей стали, имеющие высокую удельную теплоемкость, могут являться более подходящими.
В системе, активируемой при затяжке, устройство может содержать датчик затяжки, выполненный с возможностью обнаружения того, что пользователь втягивает воздух через мундштучную часть. Датчик затяжки (не проиллюстрированный) соединен с управляющей электроникой 16 и управляющая электроника 16 выполнена с возможностью подачи тока на нагреватель в сборе 30 только при определении того, что пользователь осуществляет затяжку из устройства. Любой подходящий датчик потока воздуха может быть использован в качестве датчика затяжки, например, микрофон.
В возможном варианте осуществления изменения сопротивления одной или нескольких нитей 36, 38 или элемента нагревателя в целом могут быть использованы для обнаружения изменения температуры элемента нагревателя. Это может быть использовано для регулировки питания, подаваемого на элемент нагревателя, для обеспечения того, чтобы он оставался в пределах необходимого температурного диапазона. Резкие изменения температуры могут также использоваться в качестве показателей для обнаружения изменений потока воздуха после элемента нагревателя в результате затяжки пользователем из системы. Одна или несколько нитей могут являться специально предназначенными температурными датчиками и могут быть образованы из материала, имеющего подходящий для данной цели температурный коэффициент сопротивления, такого как сплав железа и алюминия, Ni-Cr, платина, вольфрам или проволока из сплавов.
Поток воздуха через мундштучную часть при использовании системы проиллюстрирован на фиг. 1d. Мундштучная часть включает внутренние перегородки 17, которые в качестве одного целого сформованы с внешними стенками мундштучной части и обеспечивают поток воздуха через нагреватель в сборе 30 на картридж, где испаряется субстрат, образующий аэрозоль, при втягивании воздуха из впускных отверстий 13 в выпускное отверстие 15. По мере прохождения воздуха через нагреватель в сборе испаренный субстрат вовлекается в поток воздуха и охлаждается для образования аэрозоля перед выходом из выпускного отверстия 15. Соответственно, при использовании субстрат, образующий аэрозоль, по мере испарения продолжается через нагреватель в сборе посредством прохождения через промежутки между нитями 36, 37, 38.
Существует ряд возможностей в отношении изготовления и материалов нагревателя в сборе. На фиг. 13a показана схематическая иллюстрация первого способа изготовления нагревателя в сборе. Ряд отверстий 82 предоставляется в рулоне полиимидной пленки 80. Отверстия 82 могут быть образованы посредством штамповки. Полосы медной фольги 84 наносятся на полиимидную пленку 80 между отверстиями. Ленты сетки 86 из нержавеющей стали затем наносятся на полиимидную пленку 80 поверх медной фольги 84 и отверстий 82 в направлении, перпендикулярном полосам медной фольги. Отдельные нагреватели в сборе 30 могут затем вырезаться или штамповаться вокруг каждого отверстия 82. Каждый нагреватель в сборе 30 включает часть медной фольги на противоположных сторонах отверстия, образующей электрические контакты, и полоска сетки из нержавеющей стали заполняет отверстие от одной части меди до другой, как показано на фиг. 6.
На фиг. 13b проиллюстрирован еще один возможный процесс изготовления. В процессе, показанном на фиг. 13b, полиимидная пленка 80 типа, использующегося в процессе, показанном на фиг. 13a, покрывается фольгой 90 из нержавеющей стали. Полиимидная пленка 80 имеет ряд образованных в ней отверстий 82, но данные отверстия покрыты фольгой 90 из нержавеющей стали. Фольга 90 затем протравливается для образования нитей 38, заполняющих отверстия 82, и отделения частей контакта на противоположных сторонах отверстий. Отдельные нагреватели в сборе 92 могут затем вырезаться или штамповаться вокруг каждого отверстия 82. Это предоставляет нагреватель в сборе типа, показанного на фиг. 9.
На фиг. 13c проиллюстрирован дополнительный альтернативный процесс. В процессе, показанном на фиг. 13c, сначала подготавливается материал 100 на основе графита. Материал 100 на основе графита содержит полосы электрически резистивных волокон, подходящих для применения в качестве нитей нагревателя, рядом с полосами относительно непроводящих волокон. Данные полосы волокон сплетаются вместе с полосами относительно электрически проводящих волокон, которые проходят перпендикулярно резистивным и непроводящим волокнам. Данный материал 100 затем связывается со слоем полиимидной пленки 80 типа, описанного со ссылкой на фиг. 13a и 13b, имеющего ряд отверстий 82. Отдельные нагреватели в сборе 102 могут затем вырезаться или штамповаться вокруг каждого отверстия. Каждый нагреватель в сборе 102 включает часть полосы проводящих волокон на противоположных сторонах отверстия и полосы электрически резистивных волокон, заполняющих отверстие.
Конструкция картриджа, показанная на фиг. 5a и 5b, имеет несколько преимуществ. Тем не менее, возможны альтернативные конструкции картриджа, использующие подобный тип нагревателя в сборе. На фиг. 14 проиллюстрирована альтернативная конструкция картриджа, которая подходит для различных схем потока воздуха через систему. В варианте осуществления, показанном на фиг. 14, картридж 108 выполнен с возможностью вставки в устройство в направлении, указанном стрелкой 110. Картридж 108 содержит корпус 112, который имеет форму, подобную половине цилиндра, и одна сторона которого открыта. Нагреватель в сборе 114 располагается на открытой стороне и приклеивается или приваривается к корпусу 112. Нагреватель в сборе 114 содержит электрически изолирующий субстрат 116, такой как полиимид, имеющий образованное в нем отверстие. Элемент нагревателя, содержащий сетку 118 из нержавеющей стали и пару контактных полосок 120, связан с электрически изолирующим субстратом 116 и заполняет отверстие. Контактные полоски 120 огибают корпус 112 для образования контактных площадок на изогнутой поверхности корпуса. Электрические контактные площадки выполнены с возможностью контакта с соответствующими контактами (не проиллюстрированными) в устройстве, генерирующем аэрозоль. Корпус 112 заполнен капиллярным материалом (невидимым на фиг. 14), пропитанным субстратом, образующим аэрозоль, как описано со ссылкой на вариант осуществления, показанный на фиг. 1a-1d.
Картридж, показанный на фиг. 14, выполнен с возможностью потока воздуха через нагреватель в сборе 114 в направлении, противоположном стрелке 110. Воздух втягивается в систему через впускное отверстие для воздуха, обеспеченное в главной части устройства, и всасывается через нагреватель в сборе 114 в мундштучную часть устройства (или картриджа) и в рот пользователя. Воздух, втягивающийся в систему, может быть направлен, например, в направлении, параллельно вдоль сетки 118, соответствующим расположением впускных отверстий для воздуха.
Альтернативные варианты осуществления картриджа 108 проиллюстрированы на фиг. 15a и 15b. На фиг. 15a дополнительно показаны контактные полоски 120, расположенные на расстоянии друг от друга и проходящие по длине внешней поверхности, имеющей сетку 118. На фиг. 15b дополнительно показаны контакты 120, имеющие приблизительно L-образную форму. Обе конструкции картриджа, проиллюстрированные на фиг. 15a и 15b, могут быть использованы для обеспечения еще больших площадей контакта для дополнительного обеспечения простого контакта с контактами 19 при необходимости. Полоски 120, как проиллюстрировано на фиг. 15a, могут быть также выполнены с возможностью скольжения по контакту 19, который выполнен в рельсовой конфигурации (не проиллюстрированной) для приема полосок 120 для дополнительного расположения картриджа. Такая рельсовая конфигурация может преимущественно предоставлять периодическую очистку контактов 19, поскольку вставка и удаление картриджа будут иметь чистящий эффект на основе трения контакта, скользящего внутрь и наружу по рельсам.
На фиг. 16 проиллюстрирован еще один вариант осуществления системы, генерирующей аэрозоль, включающей проницаемый для жидкости электрический нагреватель в сборе. На фиг. 16 проиллюстрирована система, в которой нагреватель в сборе 30 обеспечен на конце картриджа 20, который находится напротив мундштучной части 12. Поток воздуха попадает во впускное отверстие 1601 для воздуха и продолжается мимо нагревателя в сборе и через выпускное отверстие 1603 для воздуха вдоль маршрута 1605 потока. Электрические контакты могут быть расположены в любом удобном месте. Такая конфигурация является преимущественной, поскольку она обеспечивает более короткие электрические соединения внутри системы.
Другие конструкции картриджа, включающие нагреватель в сборе в соответствии с настоящим изобретением, могут быть теперь представлены специалистом в данной области техники. Например, картридж может включать в себя мундштучную часть, может включать в себя более одного нагревателя в сборе и может иметь любую необходимую форму. Кроме этого, нагреватель в сборе в соответствии с изобретением может использоваться в системах других типов, отличающихся от уже описанных, таких как увлажнители, освежители воздуха и другие системы, генерирующие аэрозоль.
Приведенные в качестве примера варианты осуществления, описанные выше, представлены для пояснения, а не ограничения. Ввиду вышеописанных приведенных в качестве примера вариантов осуществления, другие варианты осуществления, соответствующие вышеуказанным приведенным в качестве примера вариантам осуществления, теперь будут очевидны специалисту в данной области техники.
На фиг. 17 проиллюстрировано поперечное сечение системы картриджа, при этом маршрут потока содержит поток воздуха, направленный через картридж. Проницаемый для жидкости нагреватель, например, сеточный нагреватель 30, содержит электрически проводящие нити 36 нагревателя, заполняющие отверстие корпуса 400. Для уплотнения верхней части корпуса 400 уплотнительный слой 48, например, полимерный слой, обеспечен между верхним краем корпуса 400 и нагревателем 30. Кроме того, уплотнительный диск 47, например, полимерный диск, обеспечен на верхней стороне нагревателя 30. С использованием уплотнительного диска 47 может осуществляться управление потоком воздуха через нагреватель, в частности, могут быть обеспечены ограничения потока воздуха. Уплотнительный диск может быть также расположен на нижней стороне нагревателя 30.
Корпус 400 картриджа содержит капиллярный материал, содержащий жидкость, такой как материал (HRM) 41 с высокой удерживающей способностью или с высокой высвобождающей способностью, служащий в качестве резервуара для жидкости и направляющий жидкость в направлении нагревателя 30 для испарения на нагревателе. Еще один капиллярный материал, капиллярный диск 44, например, волокнистый диск, расположен между HRM 41 и нагревателем 30. Материал капиллярного диска 44 может являться более теплостойким, чем HRM 41, вследствие его близкого расположения относительно нагревателя 30. Капиллярный диск поддерживается во влажном состоянии с использованием жидкости, образующей аэрозоль, HRM для безопасного обеспечения жидкости для испарения при активации нагревателя.
Корпус 400 оснащен воздухопроницаемым дном 45. Воздухопроницаемое дно оснащено впускным отверстием 450 для потока воздуха. Впускное отверстие 450 для потока воздуха обеспечивает поток воздуха через дно 45 в корпус в одном и только этом направлении. Ни воздух, ни жидкость не может выходить из корпуса через воздухопроницаемое дно 45. Воздухопроницаемое дно 45 может, например, содержать полупроницаемую мембрану в качестве впускного отверстия 450 для потока воздуха, или может являться нижним покрытием, содержащим один или несколько одноходовых клапанов, как будет показано далее.
Если незначительное понижение давления преобладает на стороне нагревателя, как это бывает во время затяжки, воздух может продолжаетсяь через впускное отверстие 450 для потока воздуха в картридж. Поток 200 воздуха будет продолжаетсяь через HRM 41 и через нагреватель 30. Затем поток 200 воздуха, содержащего аэрозоль, будет протекать на расположенный ниже по потоку конец устройства, генерирующего аэрозоль, предпочтительно, в расположенный по центру канал в мундштуке.
Боковые стенки корпуса 400 могут быть также оснащены боковыми воздухопроницаемыми секциями 46 для обеспечения последующих потоков воздуха в корпус. Боковые воздухопроницаемые секции 46 могут быть выполнены в качестве впускных отверстий 450 для потока воздуха в воздухопроницаемом дне 45.
На фиг. 18 компоновка и функции системы картриджа являются в основном такими же, как показанные на фиг. 10. Тем не менее, центральное отверстие 412 обеспечено в HRM 41. Воздух, попадающий во впускное отверстие 450 для потока воздуха в дне 45 корпуса, продолжается через центральное отверстие 412. Поток воздуха продолжается рядом с HRM в картридже. С использованием факультативных боковых воздухопроницаемых секций 46 в боковой стенке корпуса 400 боковой поток воздуха может быть обеспечен через HRM 41.
На фиг. 19 показан покомпонентный вид системы картриджа, показанной на фиг. 11. Кольцеобразный трубчатый HRM 41 обеспечен в корпусе 400. Дно 45 корпуса является диском, содержащим одноходовой клапан 49, расположенный в центре диска и выровненный с центральным отверстием 412 в HRM 41. Такой одноходовой клапан может, например, являться коммерчески доступным клапаном, таким как, например, использующийся в медицинских устройствах или детских бутылочках.
На фиг. 20 показано поперечное сечение еще одного варианта осуществления системы картриджа. Для одинаковых или подобных элементов используются одинаковые номера позиций. В данном варианте осуществления корпус 400 заполнен жидкостью 411, образующей аэрозоль. Корпус может быть изготовлен из металлического материала, пластикового материала, например, полимерного материала, или стекла. Клапан 49 может быть непосредственно сформован в дне 45 корпуса. Дно 45 может быть также оснащено полостью для непроницаемого для воздуха узла с клапаном. Вследствие того, что клапаны предпочтительно изготовлены из гибкого материала, может быть достигнут непроницаемый узел с использованием материала дна.
В вышеизложенных системах картриджа, как описано в отношении фиг. 17-20, корпус 400 картриджа может также являться отдельной емкостью картриджа в дополнение к корпусу картриджа, как описано, например, в отношении фиг. 1. В частности, картридж, содержащий жидкость 411, является предварительно изготовленным продуктом, который может быть вставлен в корпус картриджа, обеспеченный в системе, генерирующей аэрозоль, для вмещения предварительно изготовленного картриджа.
1. Картридж для применения в электрически управляемой системе, генерирующей аэрозоль, содержащий:
часть для хранения жидкости, содержащую жесткий корпус, удерживающий жидкий субстрат, образующий аэрозоль, при этом корпус имеет отверстие; и
проницаемый для жидкости нагреватель в сборе, содержащий множество электрически проводящих нитей, имеющих диаметр от 8 мкм до 100 мкм, причем проницаемый для жидкости нагреватель в сборе прикреплен к корпусу и продолжается поперек отверстия корпуса, при этом нагреватель в сборе является по существу плоским.
2. Картридж по п. 1, отличающийся тем, что множество нитей образует сетку.
3. Картридж по п. 1, отличающийся тем, что множество нитей состоит из множества нитей, расположенных параллельно друг другу.
4. Картридж по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что корпус части для хранения жидкости содержит капиллярный материал.
5. Картридж по п. 4, отличающийся тем, что капиллярный материал имеет по существу такой же размер и форму, что и нагреватель в сборе, и капиллярный материал находится в контакте с нагревателем в сборе, и при этом жидкий субстрат, образующий аэрозоль, втягивается через капиллярный материал к электрически проводящей нити.
6. Картридж по п. 4, отличающийся тем, что капиллярный материал продолжается в промежутки между нитями.
7. Картридж по п. 4, отличающийся тем, что капиллярный материал включает первый капиллярный материал и второй капиллярный материал, при этом первый капиллярный материал находится в контакте с нагревателем в сборе, а второй капиллярный материал находится в контакте с первым капиллярным материалом и отделен от нагревателя в сборе первым капиллярным материалом, при этом первый капиллярный материал имеет более высокую температуру термического разложения, чем второй капиллярный материал.
8. Картридж по п. 7, отличающийся тем, что второй капиллярный материал удерживает от 20 до 160 мг жидкости.
9. Картридж по п. 8, отличающийся тем, что температура термического разложения первого капиллярного материала составляет по меньшей мере 160°C и предпочтительно по меньшей мере 250°C.
10. Картридж по любому из пп. 1-3, 5-9, отличающийся тем, что нагреватель в сборе содержит по меньшей мере одну нить, выполненную из первого материала, и по меньшей мере одну нить, выполненную из второго материала, отличного от первого материала.
11. Картридж по любому из пп. 1-3, 5-9, отличающийся тем, что нагреватель в сборе содержит электрически изолирующий субстрат, на котором расположены нити.
12. Картридж по любому из пп. 1-3, 5-9, отличающийся тем, что нагреватель в сборе содержит электрически проводящий контакт, находящийся в контакте с множеством нитей.
13. Картридж по п. 12, отличающийся тем, что нагреватель в сборе продолжается в боковой плоскости, а электрически проводящий контакт продолжается в сторону за пределы корпуса части для хранения жидкости.
14. Система, генерирующая аэрозоль, содержащая главный блок и картридж по любому из пп. 1-13, причем картридж соединен с возможностью съема с главным блоком, при этом главный блок содержит источник питания.
15. Система, генерирующая аэрозоль, по п. 14, отличающаяся тем, что дополнительно содержит электрическую схему, соединенную с нагревателем в сборе и электрическим источником питания, при этом электрическая схема выполнена с возможностью контроля электрического сопротивления нагревателя в сборе или одной или нескольких нитей нагревателя в сборе и с возможностью управления подачей питания от электрического источника питания на нагреватель в сборе в зависимости от электрического сопротивления нагревателя в сборе или одной или нескольких нитей.
16. Способ изготовления картриджа для применения в электрически управляемой системе, генерирующей аэрозоль, включающий:
обеспечение части для хранения жидкости, содержащей корпус, имеющий отверстие;
заполнение части для хранения жидкости жидким субстратом, образующим аэрозоль; и
прикрепление по существу плоского проницаемого для жидкости нагревателя в сборе, содержащего множество электрически проводящих нитей, к части для хранения жидкости, при этом нити имеют диаметр от 8 мкм до 100 мкм, а проницаемый для жидкости нагреватель в сборе продолжается поперек отверстия корпуса части для хранения жидкости.
