Система для генерирования жидкокапельного аэрозоля (варианты)
Группа изобретений относится к вариантам выполнения системы, генерирующей аэрозоль. Система, генерирующая аэрозоль, содержит кожух, в котором образовано выпускное отверстие для потока воздуха, жидкий субстрат, образующий аэрозоль, генератор аэрозоля, выполненный с возможностью генерирования аэрозоля из жидкого субстрата, образующего аэрозоль, перфорированную пластину, расположенную между генератором аэрозоля и выпускным отверстием для потока воздуха. В перфорированной пластине образовано множество отверстий, проходящих через перфорированную пластину. Электрод расположен между генератором аэрозоля и перфорированной пластиной, причем перфорированная пластина является электрически проводящей. Система, генерирующая аэрозоль, выполнена с возможностью генерирования разности электрических потенциалов между электродом и перфорированной пластиной. Обеспечивается контроль максимального размера капель аэрозоля, который генерируется системой. Стабильный размер капель аэрозоля обеспечивает стабильные ощущения пользователя при использовании устройства. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 11 ил.
Настоящее изобретение относится к системам, генерирующим аэрозоль, содержащим перфорированную пластину, расположенную между генератором аэрозоля и выпускным отверстием для потока воздуха. Настоящее изобретение относится также к системам, генерирующим аэрозоль, в том числе, и к цепи зарядки аэрозоля, содержащей электрод, расположенный для сообщения с аэрозолем по текучей среде.
Из уровня техники известны устройства для генерирования аэрозолей для вдыхания пользователем. Такие системы обычно нагревают жидкость, чтобы испарять жидкость и образовывать аэрозоль. Такие устройства обычно содержат часть для хранения жидкости или резервуар для хранения запаса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, или жидкости для электронных сигарет, а также нагреватель для нагревания жидкости для электронных сигарет, чтобы генерировать аэрозоль. Такие устройства также содержат путь потока воздуха, сообщающийся с нагревателем так, чтобы аэрозоль мог проходить по пути потока воздуха и доставляться пользователю.
Качество аэрозоля, который генерируется известными устройствами, можно оценить, используя ряд различных факторов. Факторы могут включать в себя количество генерируемого аэрозоля, плотность капель в аэрозоле, температуру аэрозоля и скорость доставки аэрозоля.
EP 3 200 559 A2 раскрывает сменный распылительный блок, включающий в себя распыляющее устройство. Распылительный узел содержит корпус и нагревательное устройство, расположенное в корпусе. Корпус имеет цилиндрическую форму и имеет впускное отверстие для воздуха и выпускное отверстие для воздуха на двух противоположных концах. Нагревательное устройство расположено между впускным отверстием для воздуха и выпускным отверстием для воздуха. Деталь электрического соединения дополнительно предусмотрена на нижнем конце корпуса и предназначена для соединения двух выводов нагревательного элемента. Корпус определяет по меньшей мере одно впускное отверстие для жидкости. Между нагревательным устройством и выпускным отверстием для воздуха располагается фильтрующая сетка. Фильтрующая сетка предназначена для предотвращения попадания в мундштук крупных капель жидкости, которые не распылены должным образом.
US 5 267 555 A раскрывает являющееся наиболее близким аналогом устройство, содержащее трубчатый корпус, который включает в себя входную секцию, в которую может быть введен отмеренный поток влажного лекарственного аэрозоля. Корпус также включает выпускную секцию, которая может быть соединена со ртом пациента или соответствующим каналом, идущим ко рту, отделенным сужением или центральной перегородкой, включая коническую внутреннюю стенку, которая образует отверстие между входной и выходной секциями, и имеет тенденцию к увеличению скорости частиц аэрозоля, когда они проходят через ионное поле, которое создается внутри круглого электрода, установленного в перегородке и подвергаемого воздействию потока газа и аэрозоля через отверстие. Соединительная трубка проходит сбоку от корпуса и соединяет с ней трубопровод или шланг, который обеспечивает подачу воздуха для сушки из подходящего источника, а также содержит изолированный провод высокого напряжения и изолированный провод заземления. Вывод и провод заземления подключены к генератору высокого напряжения, а провод заземления подключен к круглому электроду, в то время как вывод высокого напряжения заканчивается на конце электрода, который расположен по существу коаксиально с круглым электродом на входной стороне отверстия.
Было бы желательно предоставить систему, генерирующую аэрозоль, которая облегчает доставку аэрозоля, что может обеспечить улучшенные ощущения пользователя. Было бы желательно предоставить систему, генерирующую аэрозоль, которая облегчает стабильную доставку аэрозоля.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложена система, генерирующая аэрозоль, содержащая кожух, в котором образовано выпускное отверстие для потока воздуха, и жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Система также содержит генератор аэрозоля, выполненный с возможностью образования аэрозоля из жидкого субстрата, образующего аэрозоль, а также перфорированную пластину, расположенную между генератором аэрозоля и выпускным отверстием для потока воздуха. В перфорированной пластине образовано множество отверстий, проходящих через перфорированную пластину.
В контексте настоящего документа термин «субстрат, образующий аэрозоль» означает субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Такие летучие соединения могут высвобождаться путем нагревания субстрата, образующего аэрозоль, или других средств для образования аэрозоля. Надлежащий субстрат может иметь жидкую форму, такую как жидкость для электронных сигарет.
Авторы настоящего изобретения определили, что свойством аэрозоля, которое может влиять на ощущения пользователя, является средний размер капель аэрозоля. В частности, авторы настоящего изобретения определили, что аэрозоль, содержащий средний размер капель, который является слишком большим, может отрицательным образом влиять на ощущения пользователя.
Системы, генерирующие аэрозоль, согласно настоящему изобретению содержат перфорированную пластину между генератором аэрозоля и выпускным отверстием для потока воздуха. Поэтому в процессе использования аэрозоль, произведенный генератором аэрозоля, должен пройти через перфорированную пластину перед тем, как его можно будет вдохнуть. Преимущественно не допускается прохождение через перфорированную пластину никаких капель аэрозоля, которые больше, чем отверстия в перфорированной пластине. Поэтому преимущественно перфорированная пластина может быть выполнена с возможностью ограничения максимального размера капель аэрозоля, доставляемого пользователю. Например, капля аэрозоля, которая больше, чем отверстие в перфорированной пластине, может блокироваться пластиной, в которой образовано каждое отверстие.
Преимущественно при контроле максимального размера капель аэрозоля, который генерируется системой, генерирующей аэрозоль, перфорированная пластина может облегчать стабильную доставку аэрозоля пользователю. Стабильный размер капель аэрозолей, предоставляемых системами, генерирующими аэрозоль, согласно настоящему изобретению обеспечивает стабильные ощущения пользователя.
Перфорированная пластина может содержать листовой материал, содержащий множество отверстий, проходящих через листовой материал. Листовой материал может быть единым элементом. Множество отверстий может быть образовано в листовом материале с помощью любого подходящего технологического процесса. Множество отверстий может быть образовано с помощью по меньшей мере одного из сверления, пробивания, лазерной перфорации и электронно-искровой обработки.
Перфорированная пластина может иметь многослойную конструкцию, образованную из нескольких элементов, в которых совместно образовано множество проходов, проходящих через конструкцию, причем множество проходов формирует множество отверстий. Перфорированная пластина может содержать множество продолговатых элементов, соединенных так, что они образуют планарную многослойную конструкцию. Перфорированная пластина может содержать массив нитей или жил, причем каждое из множества отверстий образовано проходом, образованным между последовательными нитями или жилами.
Массив нитей может быть образован множеством параллельных нитей, которые образуют между собой продолговатые отверстия. В контексте данного документа термин «параллельный» означает «по существу параллельный», в пределах плюс или минус 10 градусов, предпочтительно в пределах плюс или минус 5 градусов. Предпочтительно массив нитей образован первым множеством параллельных нитей и вторым множеством параллельных нитей, причем первое множество нитей является перпендикулярным второму множеству нитей. Множество отверстий может представлять собой решетку с отверстиями. Предпочтительно первое множество параллельных нитей и второе множество параллельных нитей находятся в одной плоскости.
Предпочтительно каждая из нитей, которая образует перфорированную пластину, имеет максимальную толщину от приблизительно 10 микрометров до приблизительно 500 микрометров. Преимущественно, при условии, что нити имеют максимальную толщину в указанном диапазоне, они могут блокировать большие капли аэрозоля.
Перфорированная пластина может содержать сетку.
Генератор аэрозоля может содержать нагреватель. В процессе использования нагреватель испаряет жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Предпочтительно нагреватель представляет собой электрический нагреватель.
Нагреватель может быть резистивным нагревателем.
Нагреватель может быть индукционным нагревателем. Генератор аэрозоля может дополнительно содержать токоприемник, причем индукционный нагреватель выполнен с возможностью индукционного нагревания токоприемника в процессе использования. Индукционный нагреватель может быть расположен вокруг части токоприемника.
Система, генерирующая аэрозоль, может содержать резервуар, вмещающий жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Резервуар может быть расположен внутри кожуха.
Генератор аэрозоля может быть расположен на выпускном отверстии резервуара. Система, генерирующая аэрозоль, может содержать элемент передачи жидкости, приспособленный для передачи жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из резервуара в генератор аэрозоля. Элемент передачи жидкости может содержать по меньшей мере одно из фитиля или капиллярной трубки.
Генератор аэрозоля может содержать сопло в сборе. В процессе использования капли жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из резервуара выбрасываются через сопло. Генератор аэрозоля может содержать пьезоэлектрический компонент. В процессе использования пьезоэлектрический компонент выбрасывает капли жидкого субстрата, образующего аэрозоль, через сопло. Сопло находится в сообщении по текучей среде с резервуаром. Сопло может образовывать часть резервуара. Пьезоэлектрический компонент может быть расположен внутри резервуара. Генератор аэрозоля может содержать сетку, закрывающую выпускное отверстие сопла. В процессе использования жидкий субстрат, образующий аэрозоль, проходит через сетку по мере того, как капли жидкого субстрата, образующего аэрозоль, выбрасываются из выпускного отверстия сопла.
Предпочтительно каждое отверстие перфорированной пластины имеет максимальную ширину в плоскости, которая определяется перфорированной пластиной. Предпочтительно максимальная ширина каждого отверстия составляет от приблизительно 10 микрометров до приблизительно 100 микрометров. Преимущественно капли аэрозоля диаметром более приблизительно 100 микрометров могут быть удалены или могут изменить размер на меньшие капли посредством отверстий, имеющих максимальную ширину менее приблизительно 100 микрометров. Преимущественно отверстия, имеющие максимальную ширину более приблизительно 10 микрометров, могут способствовать прохождению достаточного потока воздуха через перфорированную пластину для уменьшения или сведения к минимуму конденсации капель аэрозоля на перфорированной пластине.
Каждое из отверстий может быть по существу квадратным или по существу прямоугольным.
Предпочтительно кожух образует канал для потока воздуха, проходящий между генератором аэрозоля и выпускным отверстием для потока воздуха. Предпочтительно перфорированная пластина проходит поперек канала для потока воздуха. Преимущественно перфорированная пластина гарантирует, что в процессе использования аэрозоль, генерируемый генератором аэрозоля, проходит через перфорированную пластину перед тем, как этот аэрозоль вдыхают через выпускное отверстие для потока воздуха. Предпочтительно перфорированная пластина задает плоскость, причем эта плоскость проходит перпендикулярно относительно продольной оси канала для потока воздуха. Предпочтительно в процессе использования эта плоскость проходит перпендикулярно относительно направления потока воздуха через канал для потока воздуха.
Предпочтительно генератор аэрозоля приспособлен так, чтобы направлять аэрозоль, генерируемый генератором аэрозоля, в направлении перфорированной пластины. Преимущественно направление генерируемого аэрозоля непосредственно на перфорированную пластину может максимально увеличивать скорость капель аэрозоля, когда они достигают перфорированной пластины. Преимущественно максимальное увеличение скорости капель, когда они встречаются с перфорированной пластиной, может способствовать блокированию более крупных капель, когда они проходят через отверстия в перфорированной пластине. Преимущественно максимальное увеличение скорости капель может уменьшать или сводить к минимуму собирание и скопление капель на перфорированной пластине. Преимущественно максимальное увеличение скорости капель может уменьшать или сводить к минимуму потребность в очистке системы, генерирующей аэрозоль.
Перфорированная пластина может быть изготовлена из любого подходящего материала. Перфорированная пластина может быть выполнена из полимерного материала. Предпочтительно перфорированная пластина выполнена из металла. К подходящим металлам относятся стали. Предпочтительно перфорированная пластина выполнена из нержавеющей стали.
Система, генерирующая аэрозоль, может также содержать электрод, расположенный между генератором аэрозоля и перфорированной пластиной, при этом электрод выполнен с возможностью электростатической зарядки аэрозоля. Предпочтительно, когда предусмотрен электрод, перфорированная пластина является электрически проводящей, причем система, генерирующая аэрозоль, выполнена с возможностью создания разности электрических потенциалов между электродом и перфорированной пластиной. Альтернативно, когда предусмотрен электрод, перфорированная пластина может быть электроизолирующей.
Преимущественно капли аэрозоля, генерируемые генератором аэрозоля, могут электростатически заряжаться электродом так, что эти капли аэрозоля электростатически притягиваются к перфорированной пластине. Преимущественно электростатические силы притягивания ускоряют движение капель в направлении к перфорированной пластине. Преимущественно ускорение движения капель аэрозоля в направлении к перфорированной пластине может увеличивать скорость капель, проходящих через перфорированную пластину. Преимущественно такая увеличенная скорость капель может способствовать блокированию более крупных капель, когда они проходят через перфорированную пластину. Преимущественно такое блокирование более крупных капель может уменьшать или сводить к минимуму собирание и скопление капель на перфорированной пластине. Преимущественно такие уменьшенные или сведенные к минимуму собирание и скопление капель могут уменьшать или сводить к минимуму потребность в очистке системы, генерирующей аэрозоль.
Предпочтительно система, генерирующая аэрозоль, выполнена с возможностью создания разности электрических потенциалов между электродом и перфорированной пластиной от приблизительно 0,5 киловольта до приблизительно 50 киловольт, более предпочтительно от приблизительно 5 киловольт и до приблизительно 15 киловольт, наиболее предпочтительно приблизительно 10 киловольт. Преимущественно при обычных габаритах системы, генерирующей аэрозоль, разность электрических потенциалов ниже приблизительно 50 киловольт является недостаточной для того, чтобы вызвать пробой в воздухе внутри системы. Преимущественно разность электрических потенциалов выше 0,5 киловольта может быть достаточно сильной для того, чтобы обеспечить достаточное ускорение движения заряженных капель аэрозоля в направлении к перфорированной пластине. Разность потенциалов может быть обеспечена с использованием трансформатора в системе, генерирующей аэрозоль. Разность потенциалов может быть обеспечена с использованием по меньшей мере одного повышающего преобразователя.
Предпочтительно расстояние между электродом и перфорированной пластиной составляет от приблизительно 1 миллиметра до приблизительно 50 миллиметров, более предпочтительно от приблизительно 3 миллиметров до приблизительно 10 миллиметров. Преимущественно расстояния в пределах этих диапазонов могут уменьшить или свести к минимуму риск электрического пробоя в воздухе внутри системы, в частности в сочетании с предпочтительными диапазонами разности электрических потенциалов, указанными в данном документе. Преимущественно расстояния в пределах предпочтительного диапазона от приблизительно 3 миллиметров до приблизительно 10 миллиметров могут обеспечивать возможность создания системы, генерирующей аэрозоль, с размером, который более точно напоминает обычную сигарету. Преимущественно система, генерирующая аэрозоль, имеющая размер, подобный размеру обычной сигареты, может обеспечить для системы, генерирующей аэрозоль, возможность легких хранения или транспортировки подобно обычной сигарете.
Предпочтительно перфорированная пластина заземлена относительно электрода. Заземление перфорированной пластины может обеспечить возможность того, что капли аэрозоля, которые были заряжены электродом, будут отдавать свой заряд перфорированной пластине. Заземление перфорированной пластины может обеспечить возможность того, что капли аэрозоля, доставляемые пользователю, будут нейтральными, или незаряженными.
Перфорированная пластина может быть не заземлена относительно электрода, так что капли аэрозоля сохраняют свой заряд при прохождении через отверстия в перфорированной пластине, и пользователю для вдыхания доставляются заряженные капли аэрозоля.
Предпочтительно система, генерирующая аэрозоль, также содержит схему управления.
В вариантах осуществления, в которых генератор аэрозоля содержит по меньшей мере одно из электрического нагревателя и пьезоэлектрического компонента, предпочтительно схема управления выполнена с возможностью управления подачей электропитания на электрический нагреватель, пьезоэлектрический компонент или на оба.
В вариантах осуществления, в которых система, генерирующая аэрозоль, содержит электрод, предпочтительно схема управления выполнена с возможностью управления подачей электропитания на электрод для создания разности электрических потенциалов между электродом и перфорированной пластиной. Схема управления может быть выполнена с возможностью управления подачей электропитания на перфорированную пластину для облегчения создания разности электрических потенциалов между электродом и перфорированной пластиной. Предпочтительно схема управления соединена с перфорированной пластиной и выполнена с возможностью измерения электрического тока в перфорированной пластине во время использования. Преимущественно измерение электрического тока в перфорированной пластине может предоставлять указание расхода аэрозоля через перфорированную пластину. Другими словами, заряженные капли аэрозоля, попадающие на перфорированную пластину, могут генерировать электрический ток в перфорированной пластине. Скорость, с которой заряженные капли проходят через массив, будет изменять электрический ток, измеряемый в перфорированной пластине. Преимущественно измерение электрического тока в перфорированной пластине в процессе использования может обеспечивать схеме управления возможность оценивания количества аэрозоля, доставленного пользователю. Преимущественно оценка количества аэрозоля, доставляемого пользователю, может обеспечивать возможность отслеживания работы и эффективности системы, генерирующей аэрозоль, с течением времени. Например, оценивание количества аэрозоля, доставляемого пользователю, может использоваться для оценивания количества жидкого субстрата, образующего аэрозоль, остающегося в системе, генерирующей аэрозоль.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать воду.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать вещество для образования аэрозоля. В контексте настоящего документа термин «вещество для образования аэрозоля» относится к любым подходящим известным соединению или смеси соединений, которые при использовании способствуют образованию плотного и стабильного аэрозоля. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны в данной области техники и включают, но без ограничения: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин, сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как глицерол моно-, ди- или триацетат; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Предпочтительными веществами для образования аэрозоля являются многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и, наиболее предпочтительно, глицерин или полиэтиленгликоль.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно из никотина или табачного продукта. Дополнительно или альтернативно жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другое целевое соединение для доставки пользователю. В вариантах осуществления, в которых жидкий субстрат, образующий аэрозоль, содержит никотин, никотин может содержаться в жидком субстрате, образующем аэрозоль, вместе с веществом для образования аэрозоля.
Предпочтительно система, генерирующая аэрозоль, содержит впускное отверстие для потока воздуха. Предпочтительно впускное отверстие для потока воздуха находится в сообщении по текучей среде с генератором аэрозоля. Во время использования воздух заходит в систему, генерирующую аэрозоль, через впускное отверстие для потока воздуха и выходит из системы, генерирующей аэрозоль, через выпускное отверстие для потока воздуха.
Предпочтительно система, генерирующая аэрозоль, содержит по меньшей мере один блок питания. В вариантах осуществления, в которых генератор аэрозоля содержит по меньшей мере один из электрического нагревателя и пьезоэлектрического компонента, предпочтительно по меньшей мере один блок питания выполнен с возможностью обеспечения подачи электропитания на электрический нагреватель, пьезоэлектрический компонент или на оба.
В вариантах осуществления, в которых система, генерирующая аэрозоль, содержит электрод, предпочтительно, по меньшей мере один блок питания выполнен с возможностью обеспечения подачи электропитания на электрод для создания разности электрических потенциалов между электродом и перфорированной пластиной. По меньшей мере один блок питания может быть выполнен с возможностью обеспечения подачи электропитания на перфорированную пластину для облегчения создания разности электрических потенциалов между электродом и перфорированной пластиной.
По меньшей мере один блок питания может содержать первый блок питания, выполненный с возможностью обеспечения подачи электропитания на генератор аэрозоля, и второй блок питания, выполненный с возможностью обеспечения подачи электропитания на электрод.
В вариантах осуществления, в которых система, генерирующая аэрозоль, содержит схему управления, предпочтительно схема управления выполнена с возможностью управления подачей электропитания от по меньшей мере одного блока питания на по меньшей мере одно из генератора аэрозоля, электрода и перфорированной пластины.
По меньшей мере один блок питания может содержать батарею, такую как перезаряжаемая литий-ионная батарея. По меньшей мере один блок питания может содержать другой вид устройства накопления заряда, такой как конденсатор. По меньшей мере один блок питания может нуждаться в перезарядке. По меньшей мере один блок питания может иметь емкость, которая позволяет хранить достаточное количество энергии для одного или более применений системы, генерирующей аэрозоль. Например, по меньшей мере один блок питания может обладать достаточной емкостью для обеспечения непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, равного приблизительно шести минутам, что соответствует обычному времени, которое требуется для выкуривания обычной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере по меньшей мере один блок питания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности осуществления предварительно заданного количества затяжек или отдельных активаций.
Некоторые аспекты или компоненты системы, генерирующей аэрозоль, могут быть отделяемыми, съемными или же однократного или разового употребления. Система выполнена с возможностью использования для создания вдыхаемого аэрозоля, когда она полностью собрана, как далее описано в данном документе. Система, генерирующая аэрозоль, может содержать отсек блока питания и отсек генерирования аэрозоля, выполненный с возможностью прикрепления к отсеку блока питания. В вариантах осуществления, в которых система, генерирующая аэрозоль, содержит по меньшей мере одно из блока питания и схемы управления, предпочтительно блок питания и схема управления располагаются в отсеке блока питания. Предпочтительно жидкий субстрат, образующий аэрозоль, и выпускное отверстие для потока воздуха предоставлены в отсеке генерирования аэрозоля. Каждый из генератора аэрозоля и перфорированной пластины могут составлять часть отсека блока питания или отсека генерирования аэрозоля.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предусматривается система, генерирующая аэрозоль, содержащая кожух, в котором образовано выпускное отверстие для потока воздуха; жидкий субстрат, образующий аэрозоль; блок питания; контроллер; генератор аэрозоля, выполненный с возможностью генерирования аэрозоля из жидкого субстрата, образующего аэрозоль; и цепь зарядки аэрозоля, содержащую заземление цепи и электрод, приспособленный для сообщения по текучей среде с аэрозолем, генерируемым генератором аэрозоля, причем контроллер выполнен с возможностью управления подачей электропитания от блока питания на электрод, чтобы заряжать электрод до разности потенциалов от приблизительно 0,5 киловольта до приблизительно 30 киловольт относительно заземления цепи. Предпочтительно контроллер выполнен с возможностью зарядки электрода до разности потенциалов от приблизительно 5 киловольт до приблизительно 15 киловольт, наиболее предпочтительно приблизительно 10 киловольт относительно заземления цепи.
Преимущественно в процессе использования электрод заряжает, или ионизирует, капли аэрозоля, генерируемого генератором аэрозоля. После того, как капли заряжены, в заряженных каплях появляются силы отталкивания. Электростатические заряды каждой частицы жидкости для электронных сигарет в каждой капле отталкивают друг друга, а поверхностное натяжение, действующее на внешней поверхности каждой капли, удерживает каждую каплю от распада. Чем больше капля, тем больше частиц жидкости для электронных сигарет содержится внутри капли, и тем больше в капле электростатических сил отталкивания после того, как капля заряжена. На называемой рэлеевской границе внутренние силы отталкивания преодолевают силы поверхностного натяжения, и капли разделяются на несколько капель меньшего размера. Данный процесс известен, как кулоновское деление. Авторы настоящего изобретения поняли, что зарядка капель генерируемого аэрозоля таким образом, чтобы капли больше максимального, предварительно определенного размера, достигали своей рэлеевской границы и разделялись на капли меньшего размера, обеспечивает надежный и устойчивый механизм ограничения максимального размера капель аэрозоля и обеспечивает более однородный аэрозоль, который пользователю более приятно вдыхать. Точную величину, до которой заряжаются капли, можно выбирать для конкретного жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Преимущественно при обычных габаритах системы, генерирующей аэрозоль, разность электрических потенциалов ниже приблизительно 30 киловольт является недостаточной для того, чтобы вызвать пробой в воздухе внутри системы.
Авторы настоящего изобретения поняли, что ощущения пользователя могут быть особо благоприятными, когда максимальный размер капель аэрозоля равен приблизительно 2 микрометра или меньше. Также авторы настоящего изобретения поняли, что для обычных жидких субстратов, образующих аэрозоль, разность электрических потенциалов по меньшей мере приблизительно 0,5 киловольта является достаточной, чтобы электрически зарядить капли размером более приблизительно 2 микрометра до электрического заряда, превышающего рэлеевскую границу.
Разность потенциалов может быть обеспечена с использованием трансформатора в системе, генерирующей аэрозоль. Разность потенциалов может быть обеспечена с использованием по меньшей мере одного повышающего преобразователя.
Блок питания может представлять собой единственный блок питания, и контроллер может быть выполнен с возможностью управления подачей электропитания от единственного блока питания на генератор аэрозоля и на цепь зарядки аэрозоля. Блок питания может содержать первый и второй блоки питания, причем контроллер выполнен с возможностью управления подачей электропитания от первого блока питания на генератор аэрозоля и с возможностью управления подачей электропитания от второго блока питания на цепь зарядки аэрозоля.
Генератор аэрозоля может содержать нагреватель. В процессе использования нагреватель испаряет жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Предпочтительно нагреватель представляет собой электрический нагреватель.
Нагреватель может быть резистивным нагревателем.
Нагреватель может быть индукционным нагревателем. Генератор аэрозоля может дополнительно содержать токоприемник, причем индукционный нагреватель выполнен с возможностью индукционного нагревания токоприемника в процессе использования. Индукционный нагреватель может быть расположен вокруг части токоприемника.
Система, генерирующая аэрозоль, может содержать резервуар, вмещающий жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Резервуар может быть расположен внутри кожуха.
Генератор аэрозоля может быть расположен на выпускном отверстии резервуара. Система, генерирующая аэрозоль, может содержать элемент передачи жидкости, приспособленный для передачи жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из резервуара в генератор аэрозоля. Элемент передачи жидкости может содержать по меньшей мере одно из фитиля или капиллярной трубки.
Генератор аэрозоля может содержать сопло в сборе. В процессе использования капли жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из резервуара выбрасываются через сопло. Генератор аэрозоля может содержать пьезоэлектрический компонент. В процессе использования пьезоэлектрический компонент выбрасывает капли жидкого субстрата, образующего аэрозоль, через сопло. Сопло находится в сообщении по текучей среде с резервуаром. Сопло может образовывать часть резервуара. Пьезоэлектрический компонент может быть расположен внутри резервуара. Генератор аэрозоля может содержать сетку, закрывающую выпускное отверстие сопла. В процессе использования жидкий субстрат, образующий аэрозоль, проходит через сетку по мере того, как капли жидкого субстрата, образующего аэрозоль, выбрасываются из выпускного отверстия сопла.
Система, генерирующая аэрозоль, может содержать внутренний канал для потока воздуха, находящийся в сообщении по текучей среде с генератором аэрозоля. Предпочтительно внутренний канал для потока воздуха проходит между впускным отверстием для потока воздуха и выпускным отверстием для потока воздуха. В процессе использования поток воздуха, проходящий через канал для потока воздуха, может подбирать генерируемый аэрозоль, по мере того как поток воздуха проходит через генератор аэрозоля. Поток воздуха, содержащий генерируемый аэрозоль, может выходить из выпускного отверстия для потока воздуха для вдыхания пользователем. Исходя из расположения впускного отверстия для потока воздуха и выпускного отверстия для потока воздуха, относительное расположение элементов в системе, генерирующей аэрозоль, согласно настоящему изобретению может определяться в соответствии с тем, располагаются ли они выше или ниже по ходу потока относительно других элементов. Впускное отверстие для потока воздуха находится выше по ходу потока относительно выпускного отверстия для потока воздуха. Генератор аэрозоля находится ниже по ходу потока относительно впускного отверстия для потока воздуха и выше по ходу потока относительно электрода.
Предпочтительно электрод расположен ниже по ходу потока относительно генератора аэрозоля и выше по ходу потока относительно выпускного отверстия для потока воздуха. Электрод может содержать по меньшей мере один из кольцевого электрода и сетчатого электрода. Предпочтительно в процессе использования аэрозоль, генерируемый генератором аэрозоля, проходит через электрод.
Электрод может представлять собой сопло, выполненное с возможностью направлять аэрозоль в выпускное отверстие для потока воздуха. Предпочтительно сопло образует выпускное отверстие сопла, через которое аэрозоль протекает в выпускное отверстие для потока воздуха. Заряженное сопло может создавать электрическое поле в окружающей области. В частности, электрод в виде сопла может создавать электрическое поле в выпускном отверстии сопла. В процессе использования генерируемый аэрозоль проходит через выпускное отверстие сопла, в результате чего капли аэрозоля ионизируются. Преимущественно конфигурация сопла для электрода гарантирует, что все капли аэрозоля должны пройти рядом с электродом, а значит через электрическое поле. Преимущественно конфигурация сопла обеспечивает эффективный узел ионизации. В вариантах осуществления, в которых генератор аэрозоля содержит сопло в сборе, сопло генератора аэрозоля и сопло электрода могут быть одним и тем же соплом.
В вариантах осуществления, в которых система, генерирующая аэрозоль, содержит резервуар для хранения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, резервуаром может быть первый резервуар. Система, генерирующая аэрозоль, может дополнительно содержать второй резервуар для ионизируемой жидкости. Второй резервуар может содержать ионизируемую жидкость. Некоторые жидкие субстраты, образующие аэрозоль, которые могут быть предпочтительными для вдыхания, могут не быть легкоионизируемыми. Ионизируемая жидкость может быть более легкоионизируемой, чем данный жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Ионизируемая жидкость может ионизироваться при более низкой разности потенциалов, чем данный жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Большая пропорция ионизируемой жидкости может ионизироваться при заданной разности потенциалов, чем пропорция данного жидкого субстрата, образующего аэрозоль, при одинаковой разности потенциалов. Преимущественно ионизируемая жидкость может облегчать ионизацию жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Предпочтительно система, генерирующая аэрозоль, выполнена с возможностью объединения ионизируемой жидкости из второго резервуара с жидким субстратом, образующим аэрозоль, из первого резервуара. Система, генерирующая аэрозоль, может быть выполнена с возможностью объединения ионизирующей жидкости и жидкого субстрата, образующего аэрозоль, перед превращением в аэрозоль жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Система, генерирующая аэрозоль, может быть выполнена с возможностью объединения ионизирующей жидкости и жидкого субстрата, образующего аэрозоль, после превращения в аэрозоль жидкого субстрата, образующего аэрозоль, и выше по ходу потока относительно электрода. Ионизируемая жидкость может представлять собой по меньшей мере одну из пригодной для образования аэрозоля и летучей. Подходящая ионизируемая жидкость может содержать этанол.
В вариантах осуществления, в которых генератор аэрозоля содержит сопло в сборе, сопло сопла в сборе может быть образовано двумя соосными соплами. Два соосных сопла могут включать первое сопло, выполненное с возможностью выбрасывания жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из первого резервуара, и второе сопло, выполненное с возможностью выбрасывания ионизируемой жидкости из второго резервуара. Преимущественно два соосных сопла создают соосные потоки жидкого субстрата, образующего аэрозоль, и ионизируемой жидкости, один в другом. Преимущественно это может способствовать смешиванию жидкого субстрата, образующего аэрозоль, и ионизируемой жидкости. Преимущественно это может в результате дать более однородную смесь жидкого субстрата, образующего аэрозоль, и ионизируемой жидкости, которая может облегчать зарядку капель аэрозоля электродом.
Предпочтительно контроллер выполнен с возможностью управления подачей электропитания на по меньшей мере одно из первого сопла и второго сопла. Контроллер может быть выполнен с возможностью управления подачей одинакового электропитания на первое и второе сопла, чтобы заряжать первое и второе сопла до одинаковой разности потенциалов относительно заземления цепи. Контроллер может быть выполнен с возможностью управления подачей различного электропитания на первое и второе сопла, чтобы заряжать первое и второе сопла до разных разностей потенциалов относительно заземления цепи. Контроллер может быть выполнен с возможностью управления подачей электропитания только на одно из первого сопла и второго сопла.
Система, генерирующая аэрозоль, может дополнительно содержать электрически проводящую перфорированную пластину, расположенную между электродом и выпускным отверстием для потока воздуха. В перфорированной пластине образовано множество отверстий, проходящих через перфорированную пластину. Заряженный аэрозоль, произведенный генератором аэрозоля и электродом, должен пройти через перфорированную пластину перед тем, как аэрозоль можно будет вдохнуть. Преимущественно не допускается прохождение через перфорированную пластину никаких капель аэрозоля, которые больше, чем отверстия, образованные в перфорированной пластине. Поэтому преимущественно перфорированная пластина может быть выполнена с возможностью ограничения максимального размера капель аэрозоля, доставляемого пользователю.
Перфорированная пластина может содержать любой из необязательных или предпочтительных признаков перфорированной пластины, описанных в настоящем документе в отношении первого аспекта настоящего изобретения.
Предпочтительно система, генерирующая аэрозоль, выполнена так, что, когда электрод заряжен, чтобы создавать разность потенциалов между электродом и заземлением цепи, разность потенциалов также создается между электродом и перфорированной пластиной. Преимущественно при использовании капли аэрозоля, которые электростатически заряжены электродом, электростатически притягиваются к перфорированной пластине. Преимущественно электростатические силы притягивания ускоряют движение капель в направлении к перфорированной пластине. Преимущественно ускорение движения капель аэрозоля в направлении к перфорированной пластине может увеличивать скорость капель, проходящих через перфорированную пластину. Преимущественно ускорение капель аэрозоля может способствовать блокированию более крупных капель, когда они проходят через перфорированную пластину. Преимущественно ускорение капель аэрозоля может уменьшать или сводить к минимуму собирание и скопление капель на перфорированной пластине. Преимущественно ускорение капель аэрозоля может уменьшать или сводить к минимуму потребность в очистке системы, генерирующей аэрозоль.
Контроллер может быть выполнен с возможностью управления подачей электропитания на перфорированную пластину для облегчения создания разности электрических потенциалов между электродом и перфорированной пластиной.
Перфорированная пластина может быть соединена с заземлением цепи схемы зарядки аэрозоля или представлять собой ее часть.
Предпочтительно расстояние между электродом и перфорированной пластиной составляет от приблизительно 1 миллиметра до приблизительно 50 миллиметров, более предпочтительно от приблизительно 3 миллиметров до приблизительно 10 миллиметров. Преимущественно расстояния в пределах этих диапазонов могут уменьшить или свести к минимуму риск электрического пробоя в воздухе внутри системы, в частности в сочетании с диапазонами разности электрических потенциалов согласно второму аспекту настоящего изобретения. Преимущественно расстояния в пределах предпочтительного диапазона от приблизительно 3 миллиметров до приблизительно 10 миллиметров могут обеспечивать возможность создания системы, генерирующей аэрозоль, с размером, который более точно напоминает обычную сигарету. Преимущественно система, генерирующая аэрозоль, имеющая размер, подобный размеру обычной сигареты, может обеспечить для системы, генерирующей аэрозоль, возможность легких хранения или транспортировки подобно обычной сигарете.
Предпочтительно контроллер соединен с перфорированной пластиной и выполнен с возможностью измерения электрического тока в перфорированной пластине во время использования. Преимущественно измерение электрического тока в перфорированной пластине может предоставлять указание расхода аэрозоля через перфорированную пластину. Другими словами, заряженные капли аэрозоля, попадающие на перфорированную пластину, могут генерировать электрический ток в перфорированной пластине. Скорость, с которой заряженные капли проходят через перфорированную пластину, будет изменять электрический ток, измеряемый в перфорированной пластине. Преимущественно измерение электрического тока в перфорированной пластине в процессе использования может обеспечивать схеме управления возможность оценивания количества аэрозоля, доставленного пользователю. Преимущественно оценивание количества аэрозоля, доставляемого пользователю, может обеспечивать возможность отслеживания работы и эффективности системы, генерирующей аэрозоль, с течением времени. Например, оценивание количества аэрозоля, доставляемого пользователю, может использоваться для оценивания количества жидкого субстрата, образующего аэрозоль, остающегося в системе, генерирующей аэрозоль.
Предпочтительно перфорированная пластина электрически соединена с заземлением цепи.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать воду.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать вещество для образования аэрозоля. В контексте настоящего документа термин «вещество для образования аэрозоля» относится к любым подходящим известным соединению или смеси соединений, которые при использовании способствуют образованию плотного и стабильного аэрозоля. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны в данной области техники и включают, но без ограничения: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин, сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как глицерол моно-, ди- или триацетат; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Предпочтительными веществами для образования аэрозоля являются многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и, наиболее предпочтительно, глицерин или полиэтиленгликоль.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно из никотина или табачного продукта. Дополнительно или альтернативно жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другое целевое соединение для доставки пользователю. В вариантах осуществления, в которых жидкий субстрат, образующий аэрозоль, содержит никотин, никотин может содержаться в жидком субстрате, образующем аэрозоль, вместе с веществом для образования аэрозоля.
Блок питания может содержать первый блок питания, выполненный с возможностью обеспечения подачи электропитания на генератор аэрозоля, и второй блок питания, выполненный с возможностью обеспечения подачи электропитания на электрод.
Блок питания может содержать батарею, такую как перезаряжаемая литий-ионная батарея. Блок питания может содержать другой вид устройства хранения заряда, такой как конденсатор. Блок питания может нуждаться в перезарядке. Блок питания может иметь емкость, которая позволяет хранить достаточное количество энергии для одного или более применений системы, генерирующей аэрозоль. Например, блок питания может обладать достаточной емкостью для обеспечения непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, равного приблизительно шести минутам, что соответствует обычному времени, необходимому для выкуривания обычной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере блок питания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности осуществления предварительно заданного количества затяжек или отдельных активаций.
Некоторые аспекты или компоненты системы, генерирующей аэрозоль, могут быть отделяемыми, съемными или же однократного или разового употребления. Система выполнена с возможностью использования для создания вдыхаемого аэрозоля, когда она полностью собрана, как далее описано в данном документе. Система, генерирующая аэрозоль, может содержать отсек блока питания и отсек генерирования аэрозоля, выполненный с возможностью прикрепления к отсеку блока питания. Предпочтительно блок питания и контроллер располагаются в отсеке блока питания. Предпочтительно жидкий субстрат, образующий аэрозоль, и выпускное отверстие для потока воздуха предоставлены в отсеке генерирования аэрозоля. Каждый из генератора аэрозоля и электрода может составлять часть отсека блока питания или отсека генерирования аэрозоля.
Признаки, описанные в отношении одного аспекта или варианта осуществления, могут быть применены и к другим аспектам и вариантам осуществления. Теперь, исключительно в качестве примера, будут описаны конкретные варианты осуществления, со ссылкой на графические материалы, на которых:
на фиг. 1 показано схематичное представление первого варианта осуществления системы, генерирующей аэрозоль, согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2 и 3 показано устройство генератора аэрозоля для использования с настоящим изобретением;
на фиг. 4 показано устройство нагревателя для использования с настоящим изобретением;
на фиг. 5 показана перфорированная пластина согласно настоящему изобретению;
на фиг. 6 показано схематичное представление второго варианта осуществления системы, генерирующей аэрозоль, согласно настоящему изобретению;
на фиг. 7 показано схематичное представление второго варианта осуществления с альтернативной конструкцией электрода;
на фиг. 8 и 9 показано схематичное представление третьего варианта осуществления системы, генерирующей аэрозоль, согласно настоящему изобретению;
на фиг. 10 показано схематичное представление конкретной конфигурации третьего варианта осуществления системы, генерирующей аэрозоль, согласно настоящему изобретению; и
на фиг. 11 показано схематическое представление конфигурации сопла системы, генерирующей аэрозоль, представленной на фиг. 10.
На фиг. 1 показано схематическое представление системы 10, генерирующей аэрозоль. Система 10, генерирующая аэрозоль, содержит кожух 12 со впускным отверстием 14 для потока воздуха и выпускным отверстием 16 для потока воздуха. Внутри кожуха 12 расположен блок 13 питания и блок 18 управления, резервуар 20 жидкого субстрата 21, образующего аэрозоль, генератор 22 аэрозоля и перфорированная пластина 24.
Генератор 22 аэрозоля в первой конфигурации представляет собой бак 26, отдельный от резервуара 20, но сообщающийся по текучей среде с резервуаром 20 так, что жидкий субстрат 21, образующий аэрозоль, может вытекать из резервуара 20 в бак 26 для превращения в аэрозоль. Бак 26 содержит пьезоэлектрический компонент 28 и сетку 30. Вместе пьезоэлектрический компонент 28 и сетка 30 выполнены с возможностью превращения в аэрозоль жидкого субстрата, образующего аэрозоль, внутри бака 26. Как показано на фиг. 2, когда пьезоэлектрический компонент 28 не возбужден, жидкий субстрат 21, образующий аэрозоль, из резервуара 20 может входить в бак 26 через одноходовой клапан 32. Как показано на фиг. 3, когда пьезоэлектрический компонент 28 возбужден, пьезоэлектрический компонент 28 вибрирует и сжимает жидкий субстрат, образующий аэрозоль, в баке 26. Пьезоэлектрический компонент 28 возбуждается при прохождении переменного электрического тока через пьезоэлектрический компонент 28. Электрический ток подается блоком 13 питания и блоком 18 управления. При возбуждении пьезоэлектрический компонент 28 изгибается или искривляется, и давление в баке 26 повышается. Одноходовой клапан 32 мешает, или препятствует, обратному прохождению потока жидкого субстрата, образующего аэрозоль, через одноходовой клапан 32, и поэтому давление внутри бака 26 проталкивает жидкий субстрат, образующий аэрозоль, через сетку 30 и выталкивает через сопло 34 в виде капель аэрозоля. Таким способом жидкий субстрат 21, образующий аэрозоль, превращается в аэрозоль.
Генератор 22 аэрозоля во второй конфигурации представляет собой нагреватель 36 в сборе, выполненный с возможностью нагревания жидкого субстрата 21, образующего аэрозоль, так, чтобы испарять жидкий субстрат 21, образующий аэрозоль, и создавать аэрозоль. Иллюстративный нагреватель 36 в сборе показан на фиг. 4. Нагреватель 36 в сборе содержит фитиль 38 и спираль 40 нагревателя. Фитиль 38 проходит в резервуар 20 для передачи жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из резервуара 20 на спираль 40 нагревателя. Фитиль 38 может представлять собой отрезок поглощающего материала или капиллярной трубки для транспортировки жидкого субстрата, образующего аэрозоль, с помощью капиллярного эффекта. Питание на спираль 40 нагревателя подается посредством блока 13 питания и блока 18 управления. Спираль 40 нагревателя представляет собой спираль из резистивного проводникового материала, предпочтительно из металла, который резистивно нагревается, когда электрический ток проходит через спираль 40 нагревателя. Блок 13 питания и блок 18 управления пропускают электрический ток через спираль 40 нагревателя для нагревания и испарения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в фитиле 38.
Альтернативно нагреватель 36 в сборе может представлять собой резистивный нагреватель в альтернативной конфигурации, такой так резистивная сетка, расположенная на одном конце или вдоль протяженности фитиля. Альтернативно нагреватель 36 в сборе может представлять собой резистивный нагреватель в форме стержня или лезвия, выступающих в резервуар 20. Альтернативно нагреватель 36 в сборе может представлять собой комбинацию токоприемника, находящегося в тепловом контакте с фитилем или выступающего в резервуар 20, и индукционной спирали, выполненной с возможностью индукционного нагревания токоприемника.
Аэрозоль, генерируемый генератором 22 аэрозоля, подбирается потоком воздуха, проходящим через систему 10, генерирующую аэрозоль, когда пользователь втягивает воздух через выпускное отверстие 16 для потока воздуха. Генератор 22 аэрозоля может иметь такое управление и питание, что аэрозоль генерируется только тогда, когда пользователь делает затяжку из системы 10, генерирующей аэрозоль. Датчик давления может быть встроен в блок 18 управления, чтобы определять, когда пользователь делает затяжку из системы 10, генерирующей аэрозоль.
Обе конфигурации генератора 22 аэрозоля, показанные на фиг. 2-4, могут создавать широкий диапазон размеров капель в генерируемом аэрозоле. Для того, чтобы обеспечить однородность размеров капель в генерируемом аэрозоле путем удаления или изменения размера капель, которые превышают желаемый максимальный размер, в этом первом варианте осуществления настоящего изобретения система, генерирующая аэрозоль, также содержит перфорированную пластину 24 между генератором 22 аэрозоля и выпускным отверстием 16 для потока воздуха. В процессе использования аэрозоль, генерируемый генератором 22 аэрозоля, направляется к перфорированной пластине 24. Перфорированная пластина 24 содержит множество отверстий 54, проходящих через перфорированную пластину 24. Отверстия 54 имеют диаметр приблизительно 10 микрометров. Перфорированная пластина 24 выполнена с возможностью удаления или изменения размера тех капель, диаметр которых превышает 10 микрометров. В варианте осуществления, показанном на фиг. 5, перфорированная пластина 24 содержит множество выровненных нитей 51. Нити 51 могут быть выполнены из нержавеющей стали. Нити 51 соединены с внутренними стенками кожуха 12 так, что они проходят по всей ширине внутреннего канала для потока воздуха, проходящего между впускным отверстием 14 для потока воздуха и выпускным отверстием 16 для потока воздуха. В настоящем варианте осуществления перфорированная пластина 24 содержит первый ряд выровненных нитей 52 и второй ряд выровненных нитей 53, который перпендикулярен первому ряду, для обеспечения решетки с квадратными отверстиями 54 между нитями 51. Другими словами, перфорированная пластина 24 состоит из решетки, которая определяет множество отверстий 54.
Аэрозоль, генерируемый генератором 22 аэрозоля, направляется через перфорированную пластину 24. Капли в аэрозоле, которые больше, чем отверстия 54, блокируются нитями 51. Таким образом аэрозоль, который выходит из выпускного отверстия 16 для потока воздуха, не содержит никаких капель, которые больше, чем отверстия 54.
На фиг. 6 показано схематическое представление второго варианта осуществления системы 60, генерирующей аэрозоль. Второй вариант осуществления содержит много таких же элементов, что и первый вариант осуществления, например, кожух 12 с впускным отверстием 14 для потока воздуха и выпускным отверстием 16 для потока воздуха. Одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения одинаковых частей. Внутри кожуха 12 расположен блок 13 питания и блок 18 управления, резервуар 20 жидкого субстрата 21, образующего аэрозоль, и генератор 22 аэрозоля. Любая из конфигураций генератора 22 аэрозоля, показанных на фиг. 2-4, может использоваться во втором варианте осуществления настоящего изобретения. Второй вариант осуществления системы 60, генерирующей аэрозоль, дополнительно содержит электрод 62. Аэрозоль, генерируемый генератором 22 аэрозоля, проходит по электроду 62 по мере того, как капли аэрозоля направляются к выпускному отверстию 16 для потока воздуха, и электрод 62 ионизирует, или заряжает, капли аэрозоля. Электрод 62 может содержать по меньшей мере одно из сетки, кольца или пластины с отверстием посередине, через которое может проходить аэрозоль. В данной конфигурации аэрозоль втягивается через электрод 62 потоком воздуха, создаваемым, когда пользователь делает затяжку из системы. По мере того как капли проходят через электрическое поле, созданное электродом 62, капли ионизируются. Как описано в настоящем документе, капли, имеющие диаметр более 2 микрометров, заряжаются выше их рэлеевской границы. Это гарантирует, что капли диаметром более 2 микрометров разрушаются по мере того, как внутренние электростатические силы преодолевают поверхностное натяжение.
В альтернативном устройстве, которое показано на фиг. 7, электрод может быть соплом 64. Весь аэрозоль, генерируемый генератором 22 аэрозоля, должен проходить через заряженное сопло 64. Поэтому все капли аэрозоля будут проходить через центр электрического поля, созданного электродом 64. Сопло 64 направляет заряженный аэрозоль в сторону выпускного отверстия 16 для потока воздуха для вдыхания. Зарядка капель генерируемого аэрозоля до предварительно заданного уровня заряда, который выбирается в зависимости от используемого жидкого субстрата, образующего аэрозоль, и который известен как рэлеевская граница, гарантирует, что капли, размер которых превышает предварительно заданный максимальный размер, разрушаются по мере того, как внутренние электростатические силы отталкивания преодолевают поверхностное натяжение. Только капли, размер которых меньше предварительно заданного размера, выходят через выпускное отверстие 16 для потока воздуха для вдыхания.
В третьем варианте осуществления объединены признаки первого и второго вариантов осуществления. На фиг. 8 и 9 показаны схематические представления альтернатив третьего варианта осуществления системы 70, генерирующей аэрозоль. В данном третьем варианте осуществления аэрозоль заряжается электродом 62 (фиг. 8) или 64 (фиг. 9) и также проходит через перфорированную пластину 24 перед вдыханием. Перфорированную пластину 24 электрически заземляют относительно электрода 62 или 64. Поэтому капли, заряженные электродом 62 или 64, электростатически притягиваются к перфорированной пластине 24 и ускоряются в направлении перфорированной пластине 24.
Разность потенциалов между электродом 62 или 64 и перфорированной пластиной 24, а также расстояние между электродом 62 или 64 и перфорированной пластиной, выбирают так, чтобы обеспечить электрическое поле, которое является недостаточным для того, чтобы привести к электрическому пробою в воздухе между электродом 62 или 64 и перфорированной пластиной 24, но может быть достаточно сильным, чтобы дать возможность каплям с диаметром более 2 микрометров заряжаться до уровня выше рэлеевской границы.
В еще одной альтернативной конфигурации третьего варианта осуществления настоящего изобретения система 80, генерирующая аэрозоль, дополнительно содержит второй резервуар 72, расположенный в кожухе 12. Данная конфигурация показана на фиг. 10. Второй резервуар 72 содержит ионизируемую жидкость 73. Генератор 22 аэрозоля выбрасывает жидкий субстрат 21, образующий аэрозоль, и ионизируемую жидкость 73, в этом случае этанол, через соосные сопла 68 и 65 соответственно, как показано на фиг. 11. По меньшей мере одно из сопел 65, 68 образует электрод данной конфигурации, так, что смесь ионизируемой жидкости и жидкого субстрата, образующего аэрозоль, которая выбрасывается из сопел 65, 68, ионизируется. Данная конфигурация может частично подходить при использовании жидкого субстрата, образующего аэрозоль, который может быть трудно ионизировать без добавления ионизируемой жидкости.
В любой из конфигураций третьего варианта осуществления системы 70, 80, генерирующей аэрозоль, перфорированная пластина 24 может быть соединена с блоком 18 управления таким образом, что любой электрический ток в перфорированной пластине 24 можно измерить. Альтернативно устройство или цепь измерения электрического тока могут быть предоставлены отдельно от блока 18 управления. По мере того как заряженные капли проходят через перфорированную пластину 24, капли передают свой заряд на заземленную перфорированную пластину 24, которая будет создавать ток в перфорированной пластине 24. Поэтому посредством измерения тока в перфорированной пластине 24 можно определить скорость капель, которые проходят через массив.
Приведенные в качестве примера варианты осуществления, описанные выше, не предназначены для ограничения объема формулы изобретения. Специалистам в данной области техники будут очевидны и другие варианты осуществления, согласующиеся с вышеописанными приведенными в качестве примера вариантами осуществления.
1. Система, генерирующая аэрозоль, содержащая:
кожух, в котором образовано выпускное отверстие для потока воздуха;
жидкий субстрат, образующий аэрозоль;
генератор аэрозоля, выполненный с возможностью генерирования аэрозоля из жидкого субстрата, образующего аэрозоль;
перфорированную пластину, расположенную между генератором аэрозоля и выпускным отверстием для потока воздуха, причем в перфорированной пластине образовано множество отверстий, проходящих через перфорированную пластину; и
электрод, расположенный между генератором аэрозоля и перфорированной пластиной, причем перфорированная пластина является электрически проводящей, и при этом система, генерирующая аэрозоль, выполнена с возможностью генерирования разности электрических потенциалов между электродом и перфорированной пластиной.
2. Система, генерирующая аэрозоль, по п.1, в которой перфорированная пластина образована из первого множества параллельных нитей и второго множества параллельных нитей, при этом первое множество нитей является перпендикулярным второму множеству нитей, так что перфорированная пластина образует решетку с отверстиями.
3. Система, генерирующая аэрозоль, по п.2, в которой каждая из нитей, которые образуют перфорированную пластину, имеет максимальную толщину от 10 микрометров до 500 микрометров.
4. Система, генерирующая аэрозоль, по пп.1, 2 или 3, которая выполнена с возможностью генерирования разности электрических потенциалов между электродом и перфорированной пластиной в диапазоне от 0,5 киловольта до 30 киловольт.
5. Система, генерирующая аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, в которой расстояние между электродом и перфорированной пластиной составляет от 1 миллиметра до 50 миллиметров.
6. Система, генерирующая аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, которая дополнительно содержит схему управления, подключенную к перфорированной пластине и выполненную с возможностью измерения электрического тока, проходящего в перфорированной пластине во время использования.
7. Система, генерирующая аэрозоль, по п.1, в которой перфорированная пластина содержит листовой материал, содержащий множество отверстий, проходящих через листовой материал.
8. Система, генерирующая аэрозоль, по п.1, в которой перфорированная пластина содержит многослойную конструкцию, сформированную из множества элементов, которые вместе определяют множество проходов, проходящих через эту конструкцию, причем множество проходов образуют упомянутое множество отверстий.
9. Система, генерирующая аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, в которой генератор аэрозоля включает в себя нагреватель.
10. Система, генерирующая аэрозоль, по п.9, в которой нагреватель представляет собой электрический нагреватель, такой как резистивный нагреватель.
11. Система, генерирующая аэрозоль, по п.9, в которой нагреватель представляет собой индукционный нагреватель, и в которой генератор аэрозоля включает в себя токоприемник, а индукционный нагреватель выполнен с возможностью индукционного нагревания токоприемника в процессе использования.
12. Система, генерирующая аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, при этом система, генерирующая аэрозоль, включает в себя резервуар, вмещающий жидкий субстрат, образующий аэрозоль.
13. Система, генерирующая аэрозоль, по п.12, в которой генератор аэрозоля расположен на выпускном отверстии резервуара.
14. Система, генерирующая аэрозоль, по любому из пп.12, 13, при этом система, генерирующая аэрозоль, содержит элемент передачи жидкости, приспособленный для передачи жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из резервуара в генератор аэрозоля.
15. Система, генерирующая аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, в которой генератор аэрозоля содержит сопло в сборе.
16. Система, генерирующая аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, в которой максимальная ширина каждого отверстия составляет от 10 микрометров до 100 микрометров.
17. Система, генерирующая аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, в которой перфорированная пластина заземлена относительно электрода.
18. Система, генерирующая аэрозоль, содержащая:
кожух, в котором образовано выпускное отверстие для потока воздуха;
жидкий субстрат, образующий аэрозоль;
блок питания;
контроллер;
генератор аэрозоля, выполненный с возможностью генерирования аэрозоля из жидкого субстрата, образующего аэрозоль;
цепь зарядки аэрозоля, содержащую заземление цепи и электрод, приспособленный для сообщения по текучей среде с аэрозолем, генерируемым генератором аэрозоля, причем контроллер выполнен с возможностью управления подачей электрического питания от блока питания на электрод, чтобы заряжать электрод до разности потенциалов в диапазоне от 0,5 киловольта до 30 киловольт относительно заземления цепи; и
перфорированную пластину, расположенную между электродом и выпускным отверстием для потока воздуха, причем в перфорированной пластине образовано множество отверстий, проходящих через перфорированную пластину.
19. Система, генерирующая аэрозоль, по п.18, в которой электрод представляет собой сопло, выполненное с возможностью направлять аэрозоль в выпускное отверстие для потока воздуха.
20. Система, генерирующая аэрозоль, по п.18 или 19, в которой расстояние между электродом и перфорированной пластиной составляет от 1 миллиметра до 50 миллиметров.
21. Система, генерирующая аэрозоль, по пп.18, 19 или 20, в которой перфорированная пластина электрически соединена с заземлением цепи.
22. Система, генерирующая аэрозоль, по любому из пп.18-21, в которой контроллер соединен с перфорированной пластиной и выполнен с возможностью измерения электрического тока, проходящего в перфорированной пластине во время использования.
23. Система, генерирующая аэрозоль, по любому из пп.18-22, в которой перфорированная пластина образована из первого множества параллельных нитей и второго множества параллельных нитей, причем первое множество нитей перпендикулярно второму множеству нитей, так что перфорированная пластина образует решетку с отверстиями.
24. Система, генерирующая аэрозоль, по п.18, которая дополнительно содержит первый резервуар, содержащий жидкий субстрат, образующий аэрозоль, и второй резервуар, содержащий ионизируемую жидкость.
25. Система, генерирующая аэрозоль, по п.24, в которой электрод образован двумя соосными соплами, включающими первое сопло, выполненное с возможностью выбрасывания жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из первого резервуара, и второе сопло, выполненное с возможностью выбрасывания ионизируемой жидкости из второго резервуара.
