RU2849425C1 - Устройство, генерирующее аэрозоль, и система, генерирующая аэрозоль - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к удерживаемому рукой электрическому устройству (100), генерирующему аэрозоль, которое выполнено с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля и доставки аэрозоля в рот пользователя, а также относится к системе, содержащей такое устройство, генерирующее аэрозоль и содержащее: нагреватель (106) для нагрева субстрата, образующего аэрозоль; и множество слоев теплоизоляции (108), расположенных вокруг по меньшей мере части нагревателя (106), причем множество слоев теплоизоляции (108) содержит слой, распределяющий тепло; при этом слой, распределяющий тепло, содержит корпус (102) устройства (100), генерирующего аэрозоль. Распределяя тепло, слой, распределяющий тепло, предотвращает образование горячих участков на внешней поверхности корпуса. Техническим результатом является уменьшение теплопередачи от нагревателя к корпусу устройства, что обеспечивает удобство удержания на протяжении всего использования устройства. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к устройству и системе, генерирующим аэрозоль. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение относится к удерживаемому рукой электрическому устройству, генерирующему аэрозоль, которое выполнено с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля и доставки аэрозоля в рот пользователя. Настоящее изобретение также относится к системе, генерирующей аэрозоль, содержащей устройство, генерирующее аэрозоль, и изделие, генерирующее аэрозоль, для использования с устройством, генерирующим аэрозоль.

В данной области техники известны устройства, генерирующие аэрозоль, в которых субстрат, образующий аэрозоль, нагревается для получения аэрозоля (см., например, публикации W0 2020/225098 А1 и RU 2728556 С2). Такие устройства обычно содержат корпус, содержащий батарею и управляющую электронику, часть или полость для приема или удержания субстрата, образующего аэрозоль, электрический нагреватель, расположенный для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля, и мундштук для подачи генерируемого аэрозоля пользователю.

Субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой твердый субстрат, образующий аэрозоль, например, в форме табачного стержня или заглушки из табака. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, можно нагревать с помощью нагревателей, расположенных снаружи субстрата или внутри субстрата. Альтернативно субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой жидкий субстрат, образующий аэрозоль. В этом случае нагреватель обычно содержит нагревательный элемент в виде катушки из проволоки, которая намотана вокруг удлиненного фитиля, который переносит жидкий субстрат, образующий аэрозоль, из части для хранения жидкости к нагревательному элементу.

Проблема, с которой могут столкнуться электрические устройства, генерирующие аэрозоль, заключается в том, что внешний корпус устройства может нагреваться из-за передачи тепла от нагревателя к внешнему корпусу. В частности, область внешнего корпуса, непосредственно перекрывающая нагреватель, может стать особенно горячей, создавая так называемый «горячий участок» на внешнем корпусе. Проблема более выражена в устройствах, в которых нагреватель расположен снаружи субстрата, образующего аэрозоль, поскольку в таких устройствах нагреватель расположен ближе к внешнему корпусу устройства. Если температура внешнего корпуса поднимется выше 50 градусов Цельсия, пользователю может стать неудобно держать устройство, генерирующее аэрозоль.

Было бы желательно создать устройство, генерирующее аэрозоль, которое уменьшает теплопередачу от нагревателя к корпусу устройства. Также было бы желательно создать устройство, генерирующее аэрозоль, которое остается удобным для удержания на протяжении всего использования устройства.

Согласно одному примеру настоящего изобретения предложено устройство, генерирующее аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать нагреватель для нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать множество слоев теплоизоляции, расположенных вокруг по меньшей мере части нагревателя. Множество слоев теплоизоляции может содержать слой, распределяющий тепло.

Согласно примеру настоящего изобретения предусмотрено устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее: нагреватель для нагрева субстрата, образующего аэрозоль; и множество слоев теплоизоляции, расположенных вокруг по меньшей мере части нагревателя, причем множество слоев теплоизоляции содержит слой, распределяющий тепло.

В контексте данного документа, термин «распределитель тепла» или «слой, распределяющий тепло» относится к теплообменнику, который передает тепло между источником тепла и теплоотводом или вторичным теплообменником, площадь поверхности и геометрия которого обычно больше, чем у источника тепла. Теплоотводом или вторичным теплообменником может быть воздух или окружающая атмосфера, а распределитель тепла может, например, представлять собой единое целое или лист материала. В этом случае распределитель тепла функционирует, распределяя тепло по всей площади листа. Теплоотводом или вторичным теплообменником может быть другой объект с более низкой температурой, чем у источника тепла.

Предпочтительно, слой, распределяющий тепло, помогает распределять тепло по своей площади, чтобы уменьшить образование горячих участков на поверхности внешнего корпуса. Преимущество использования множества слоев теплоизоляции в отличие от одного слоя теплоизоляции заключается в том, что можно использовать разные свойства разных слоев изоляции. Например, в вышеописанной компоновке слой, распределяющий тепло, из множества слоев теплоизоляции облегчает распределение тепла, в то время как другой теплоизоляционный слой из множества слоев теплоизоляции способствует уменьшению или замедлению передачи тепла к внешнему корпусу устройства. Таким образом, это улучшает

теплоизоляционные свойства устройства по сравнению с использованием только одного теплоизоляционного слоя. Устройство, генерирующее аэрозоль, удобнее держать в руках, поскольку внешняя температура устройства ниже и уменьшается вероятность возникновения горячих участков. Кроме того, пространство внутри удерживаемого рукой электрического устройства, генерирующего аэрозоль, для размещения изоляции ограничено. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что использование нескольких более тонких слоев теплоизоляции обеспечивает улучшенные тепловые характеристики по сравнению с использованием одного более толстого слоя изоляции.

Дополнительным преимуществом уменьшения теплопередачи к внешнему корпусу устройства, генерирующего аэрозоль, является то, что устройство может удерживать больше тепла для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, что приводит к улучшенному генерированию аэрозоля.

Множество слоев теплоизоляции может содержать первый теплоизоляционный слой. Множество слоев теплоизоляции может содержать второй теплоизоляционный слой. Предпочтительно каждый из первого и второго теплоизоляционных слоев способствует уменьшению теплопередачи от нагревателя к внешнему корпусу устройства, генерирующего аэрозоль, за счет теплопроводности и конвекции.

Множество слоев теплоизоляции может дополнительно содержать слой, отражающий излучение. В контексте данного документа термин «отражатель излучения» относится к объекту, который отражает тепловое излучение. Например, отражатель излучения может содержать лист материала, который отражает тепловое излучение. Соответственно, отражатель излучения уменьшает теплопередачу излучением за счет блокирования или предотвращения прохождения части падающего теплового излучения через отражатель. Таким образом, отражатель излучения действует как изолятор, отражающий излучение.

Предпочтительно, излучаемый отражатель помогает уменьшить теплопередачу к внешнему корпусу устройства, генерирующего аэрозоль, посредством излучения.

Предпочтительно, чтобы отражатель излучения находился на расстоянии от нагревателя.

Слой, отражающий излучение, может быть расположен между первым и вторым теплоизоляционными слоями. Такая компоновка предотвращает непосредственный контакт отражателя излучения с нагревателем и позволяет избежать теплопередачи через отражатель излучения посредством теплопроводности. Это также помогает уменьшить потенциальное потускнение или разрушение отражающей поверхности отражателя излучения, которое может быть вызвано непосредственным контактом нагревателя с отражателем излучения. Кроме того, данная компоновка предоставляет объект для обратного отражения тепла, то есть нагреватель и один из первого и второго теплоизоляционных слоев, расположенных внутри отражателя излучения, могут принимать отраженное тепло от отражателя излучения.

Излучаемый отражатель может быть изготовлен из любого подходящего материала, способного генерировать отражающую поверхность. Подходящие материалы включают, но не ограничиваются ими, металлы, металлические сплавы, металлизированные полимеры, стекло или керамику.

Множество слоев теплоизоляции может быть расположено вокруг или по периметру по существу всей наружной поверхности нагревателя для обеспечения теплоизоляции в радиальном направлении. Размер множества слоев теплоизоляции может быть больше размера нагревателя, так что множество слоев теплоизоляции выходят за пределы нагревателя, обеспечивая большую изолирующую поверхность. В частности, длина множества слоев теплоизоляции может быть больше длины нагревателя.

По меньшей мере один слой изоляции может быть расположен на одном конце нагревателя или напротив него, то есть поперек продольной оси устройства, генерирующего аэрозоль, для обеспечения теплоизоляции в осевом направлении. По меньшей мере один слой изоляции может быть расположен между нагревателем и схемой управления устройством, генерирующим аэрозоль. По меньшей мере один слой изоляции может содержать множество слоев теплоизоляции.

Слой, распределяющий тепло, может быть самым внешним слоем из множества слоев теплоизоляции. При такой компоновке любое тепло, проходящее через первый и второй теплоизоляционные слои, распределяется по площади распределителя тепла, что снижает вероятность возникновения горячего участка.

Слой, распределяющий тепло, может быть расположен между первым и вторым теплоизоляционными слоями. При такой компоновке любое тепло, которое проходит через один из первого и второго теплоизоляционных слоев, распределяется по площади распределителя тепла, а другой из первого и второго теплоизоляционных слоев обеспечивает дополнительный слой изоляции для уменьшения теплопередачи от распределителя нагревателя. Такая компоновка снижает вероятность возникновения горячего участка.

Слой, распределяющий тепло, может быть выполнен из материала, имеющего теплопроводность по меньшей мере 200 Вт/м⋅К, предпочтительно по меньшей мере 300 Вт/м⋅К и более предпочтительно по меньшей мере 4 00 Вт/м⋅К. Было обнаружено, что эти диапазоны теплопроводности эффективны при распространении тепла по площади слоя, распределяющего тепло.

Слой, распределяющий тепло, может быть анизотропным таким образом, что теплопроводность в направлениях, по существу параллельных слою, распределяющему тепло, выше по сравнению с теплопроводностью в направлении, по существу перпендикулярном слою, распределяющему тепло. Эта анизотропия означает, что больше тепла распределяется или распространяется по слою, распределяющему тепло, чем проходит через толщину слоя, распределяющего тепла. Следовательно, такой анизотропный слой, распределяющий тепло, является более эффективным в распределении или распространении тепла по сравнению с изотропным распределителем тепла, который равномерно проводит тепло во всех направлениях и снижает вероятность возникновения горячего участка.

Теплопроводность слоя, распределяющего тепло, в направлениях, по существу параллельных слою, распределяющему тепло, может составлять по меньшей мере 7 00 Вт/м⋅К, предпочтительно по меньшей мере 1100 Вт/м⋅К и более предпочтительно по меньшей мере 1500 Вт/м⋅К. Теплопроводность в направлениях, по существу параллельных слою, распределяющему тепло, может составлять от 700 Вт/м⋅К и 2000 Вт/м⋅К, предпочтительно между 1100 Вт/м⋅К и 2000 Вт/м⋅К и более предпочтительно между 1500 Вт/м⋅К и 2000 Вт/м⋅К. Было обнаружено, что эти диапазоны теплопроводности эффективны при

распространении тепла по площади слоя, распределяющего тепло.

Теплопроводность слоя, распределяющего тепло, в

направлениях, по существу перпендикулярных слою, распределяющему тепло, может составлять 50 Вт/м⋅К или менее, предпочтительно 4 0 Вт/м⋅К или менее и более предпочтительно 30 Вт/м⋅К или менее.

Слой, распределяющий тепло, может быть изготовлен из любого подходящего материала, способного эффективно распределять тепло. Подходящие материалы включают, но не ограничиваются ими, металлы и металлические сплавы, такие как алюминий и медь, и графит. Предпочтительно слой, распределяющий тепло, может содержать графит.Более предпочтительно, слой, распределяющий тепло, может содержать лист пиролитического графита. Было обнаружено, что графит является особенно эффективным материалом для распределения тепла.

Слой, распределяющий тепло, может содержать корпус устройства, генерирующего аэрозоль. Такая компоновка позволяет избежать необходимости включать отдельный слой, распределяющий тепло, и использовать корпус устройства, генерирующего аэрозоль, для распределения тепла. Внешний корпус распределяет тепло, получаемое от первого и второго теплоизоляционных слоев по меньшей мере на часть площади внешнего корпуса, откуда тепло может отводиться в окружающий воздух.

Альтернативно, устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать корпус в дополнение к слою, распределяющему тепло, причем корпус выполняет дополнительную функцию распределения тепла.

Корпус может быть выполнен из материала, имеющего теплопроводность по меньшей мере 200 Вт/м⋅К, предпочтительно по меньшей мере 300 Вт/м⋅К и более предпочтительно по меньшей мере 4 00 Вт/м⋅К. Было обнаружено, что эти диапазоны теплопроводности эффективны при распределении или распространении тепла по площади поверхности внешнего корпуса.

Корпус может быть изготовлен из любого подходящего материала, способного эффективно распределять тепло. Подходящие материалы включают, но не ограничиваются ими, металлы и металлические сплавы, такие как алюминий и медь.

Теплопроводность первого теплоизоляционного слоя может составлять 0,050 Вт/м⋅К или менее, предпочтительно 0,040 Вт/м⋅К или менее и более предпочтительно 0,030 Вт/м⋅К или менее. Теплопроводность второго теплоизоляционного слоя может составлять 0,050 Вт/м⋅К или менее, предпочтительно 0,040 Вт/м⋅К или менее и более предпочтительно 0,030 Вт/м⋅К или менее. Было обнаружено, что эти диапазоны теплопроводности эффективны для уменьшения или замедления теплопередачи через первый и второй теплоизоляционные слои.

Первый теплоизоляционный слой может иметь рабочую температуру, превышающую 200 градусов Цельсия, предпочтительно, превышающую 250 градусов Цельсия.

Второй теплоизоляционный слой может иметь рабочую температуру, превышающую 200 градусов Цельсия, предпочтительно, превышающую 250 градусов Цельсия.

В контексте данного документа термин «рабочая температура» относится к температуре, при которой материал может использоваться без заметного разрушения или потери механических или тепловых характеристик.

Первый теплоизоляционный слой может быть изготовлен из любого подходящего материала, обладающего требуемой теплопроводностью. Подходящие материалы включают, но этим не ограничиваются, полимеры, керамику или стекло, и материал может быть образован в виде частиц, шариков, пленок, листов, пеноматериалов, волокон, аэрогелей или блоков. Например, первый теплоизоляционный слой может быть образован из полиимидного аэрогеля, полиимидного пеноматериала, керамической бумаги, бумаги из арамидных волокон, полиимидной пленки, силиконового пеноматериала или губки, полимерного аэрогеля, резины или частиц аэрогеля или их комбинации. Первый теплоизоляционный слой может быть газообразным. Первым теплоизоляционным слоем может быть воздух.

Второй теплоизоляционный слой может быть изготовлен из любого подходящего материала, обладающего требуемой теплопроводностью. Подходящие материалы включают, но этим не ограничиваются, полимеры, керамику или стекло, и материал может быть образован в виде частиц, шариков, пленок, листов, пеноматериалов, волокон, аэрогелей или блоков. Например, первый теплоизоляционный слой может быть образован из полиимидного аэрогеля, полиимидного пеноматериала, керамической бумаги, бумаги из арамидных волокон, полиимидной пленки, силиконового пеноматериала или губки, полимерного аэрогеля, резины или частиц аэрогеля или их комбинации. Второй теплоизоляционный слой может быть газообразным. Вторым теплоизоляционным слоем может быть воздух.

Общая толщина множества слоев теплоизоляции внутри устройства, генерирующего аэрозоль, может составлять 2 мм или менее и предпочтительно может составлять 1,75 мм или менее. Такая общая толщина позволяет множеству слоев теплоизоляции поместиться в удерживаемое рукой электрическое устройство, генерирующее аэрозоль, где пространство ограничено. Такая толщина также позволяет избежать необходимости увеличения размеров устройства, генерирующего аэрозоль, для размещения изоляционных слоев.

Первый теплоизоляционный слой может иметь несжатую толщину 3,0 мм или менее и предпочтительно 2,5 мм или менее. Первый теплоизоляционный слой может иметь несжатую толщину от приблизительно 0,125 мм до приблизительно 2,5 мм, предпочтительно от приблизительно 1 мм до приблизительно 2,5 мм и более предпочтительно от приблизительно 1,5 мм до приблизительно 2,5 мм. Было установлено, что это подходящий диапазон толщин для первого теплоизоляционного слоя, позволяющий эффективно уменьшить или замедлить теплопередачу.

Первый теплоизоляционный слой может содержать пленку. Первый теплоизоляционный слой может иметь толщину приблизительно от 0,010 мм до приблизительно 1 мм и предпочтительно от приблизительно 0,020 мм до приблизительно 0,75 мм.

Второй теплоизоляционный слой может иметь несжатую толщину 3,0 мм или менее и предпочтительно 2,5 мм или менее. Второй теплоизоляционный слой может иметь несжатую толщину от приблизительно 0,125 мм до приблизительно 2,5 мм, предпочтительно от приблизительно 1 мм до приблизительно 2,5 мм и более предпочтительно от приблизительно 1,5 мм до приблизительно 2,5 мм. Было установлено, что это подходящий диапазон толщин для второго теплоизоляционного слоя, позволяющий эффективно уменьшить или замедлить теплопередачу.

Второй теплоизоляционный слой может содержать пленку. Второй теплоизоляционный слой может иметь толщину приблизительно от 0,010 мм до приблизительно 1 мм и предпочтительно от приблизительно 0,020 мм до приблизительно 0,75 мм.

Нагреватель может содержать один или более электрических нагревательных элементов. Электрические нагревательные элементы могут содержать электрически резистивный материал. Подходящие электрически резистивные материалы включают, но без ограничения: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически «проводящую» керамику (такую 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, сплавы, содержащие никель, кобальт, хром, алюминий, титан, цирконий, гафний, ниобий, молибден, тантал, вольфрам, олово, галлий, марганец, золото и железо, и суперсплавы на основе никеля, железа, кобальта, нержавеющей стали, Timetal™, Kanthal™ и другие железо-хром-алюминиевые сплавы и сплавы на основе железа-марганца-алюминия. В композиционных материалах электрически резистивный материал может быть необязательно встроен в изоляционный материал, инкапсулирован в него или покрыт им, или наоборот, в зависимости от кинетики переноса энергии и требуемых наружных физико-химических свойств. Альтернативно электрические нагреватели могут содержать один или более элементов для нагревания инфракрасным излучением, источники фотонов или элементы для индукционного нагревания.

Один или более нагревательных элементов может быть выполнен с использованием металла или металлического сплава, характеризующегося определенной зависимостью между температурой и удельным сопротивлением. Нагревательные элементы, образованные таким образом, могут быть использованы как для нагрева, так и для отслеживания температуры нагревательного элемента во время работы.

Нагревательный элемент может быть нанесен внутри жесткого материала носителя или на нем или субстрата. Нагревательный элемент может быть выполнен в виде дорожки на подходящем изоляционном материале, таком как керамика или стекло. Нагревательный элемент может быть зажат между двумя изоляционными материалами.

Нагреватель может содержать внутренний нагреватель или наружный нагреватель, или как внутренний, так и наружный нагреватели, при этом слова «внутренний» и «наружный» относятся к положению относительно субстрата, образующего аэрозоль.

Внутренний нагреватель может иметь любую подходящую форму. Например, внутренний нагреватель может принимать форму нагревательной пластины. Альтернативно внутренний нагреватель может иметь форму оболочки или субстрата с разными электропроводящими частями, или электрически резистивной металлической трубки. Альтернативно внутренний нагреватель может быть одним или более из нагревательных игл или стержней, которые проходят через центр субстрата, образующего аэрозоль. Другие альтернативы включают нагревательную проволоку или нить, например, проволоку из Ni-Cr (никель-хрома), платины, золота, серебра, вольфрама или сплавов, или нагревательную пластину.

Наружный нагреватель может иметь любую подходящую форму. Например, наружный нагреватель может иметь форму одного или более гибких листов нагревательной фольги на диэлектрической подложке, например, из полиимида. Листам гибкой нагревательной фольги может быть придана форма, соответствующая периметру полости для размещения субстрата. Альтернативно наружный нагреватель может иметь форму нагревательной катушки, металлической решетки или решеток, гибкой печатной платы, литого соединительного устройства (MID), керамического нагревателя, гибкого нагревателя из углеродного волокна или может быть образован с использованием технологии нанесения покрытия, такой как плазменное осаждение из паровой фазы, на субстрате подходящей формы.

Нагреватель может представлять собой трубчатый нагреватель, который расположен для размещения субстрата, образующего аэрозоль, или изделия, генерирующего аэрозоль, во внутреннем пространстве трубки. Трубчатый нагреватель может содержать трубчатую опору или субстрат, имеющий нагревательный элемент, расположенный на опоре или субстрате или внутри него. Нагревательный элемент может быть расположен на внутренней поверхности трубки или на внешней поверхности трубки. В одном варианте осуществления нагреватель может содержать трубку из алюмооксидной керамики с нагревательным элементом Kanthal™, охватывающим наружную цилиндрическую поверхность трубки.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать нагревательную камеру для содержания или размещения изделия, генерирующего аэрозоль, или субстрата, образующего аэрозоль. Нагреватель может быть расположен внутри нагревательной камеры или снаружи нагревательной камеры, или быть частью нагревательной камеры.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать полость для размещения субстрата, образующего аэрозоль, или изделия, генерирующего аэрозоль.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать барьер для отделения одного или более из множества слоев теплоизоляции от канала потока воздуха для доставки аэрозоля пользователю. Барьер может располагаться вдоль полости для размещения субстрата, образующего аэрозоль, или изделия, генерирующего аэрозоль.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать блок питания или источник для подачи питания на внутренний и наружный нагреватели. Блок питания может являться любым подходящим блоком питания, например, источником напряжения постоянного тока. В одном варианте осуществления блоком питания является литий-ионная батарея. В качестве альтернативы блоком питания может быть никель-металлогидридная батарея, никель-кадмиевая батарея или батарея на основе лития, например, литий-кобальтовая, литий-железо-фосфатная или литий-полимерная батарея.

В одном варианте осуществления устройство, генерирующее аэрозоль, дополнительно содержит датчик для обнаружения потока воздуха, указывающего на то, что пользователь делает затяжку, что позволяет активировать электрический нагреватель на основе затяжки или улучшить управление энергией электрического нагревателя. Датчик может представлять собой любое из механического устройства, электромеханического устройства, оптического устройства, оптомеханического устройства и датчика на основе микроэлектромеханических систем (MEMS). В этом варианте осуществления датчик может быть подключен к блоку питания, и система выполнена с возможностью активации электрического нагревателя, когда датчик обнаруживает, что пользователь делает затяжку. В альтернативном варианте осуществления устройство, генерирующее аэрозоль, дополнительно содержит управляемый вручную переключатель, позволяющий пользователю инициировать затяжку или обеспечить длительный эффект.

Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, является устройством, генерирующим аэрозоль, удерживаемым рукой, которое пользователю удобно держать между пальцами одной руки. Устройство, генерирующее аэрозоль, может иметь по существу цилиндрическую форму. Устройство, генерирующее аэрозоль, может иметь многоугольное поперечное сечение и выступающую кнопку, выполненную на одной поверхности: в этом варианте осуществления наружный диаметр устройства, генерирующего аэрозоль, может составлять от приблизительно 12,7 мм до приблизительно 13,65 мм при измерении от плоской внешней поверхности до противоположной плоской внешней поверхности; от приблизительно 13,4 мм до приблизительно 14,2 мм при измерении от кромки до противоположной кромки (т.е. от линии пересечения двух внешних поверхностей с одной стороны устройства, генерирующего аэрозоль, до соответствующей линии пересечения с другой стороны); и от приблизительно 14,2 мм до приблизительно 15 мм при измерении от верхней поверхности кнопки до противоположной нижней плоской внешней поверхности. Длина устройства, генерирующего аэрозоль, может составлять приблизительно от 70 мм до 120 мм.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать схему управления, выполненную с возможностью управления подачей электропитания на нагреватель в сборе. Схема управления может содержать микропроцессор. Микропроцессор может представлять собой программируемый микропроцессор, микроконтроллер или специализированную интегральную схему (ASIC) или другую электронную схему, способную обеспечивать управление. Схема управления может содержать дополнительные электронные компоненты. Например, в некоторых вариантах осуществления схема управления может содержать любое из: датчиков, переключателей, элементов отображения. Питание может подаваться на нагреватель в сборе непрерывно после активации устройства или может подаваться с перерывами, например, от затяжки к затяжке. Питание может подаваться на нагреватель в сборе в виде импульсов электрического тока, например, посредством широтно-импульсной модуляции (РИМ).

Корпус устройства, генерирующего аэрозоль, может быть удлиненным. Корпус может содержать корпус, состоящий из двух частей: первой части корпуса, содержащей источник питания и схему управления; и второй части корпуса, содержащей нагреватель и полость для размещения субстрата, образующего аэрозоль, или изделия, генерирующего аэрозоль. Корпус может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примеры подходящих материалов включают металлы, сплавы, пластмассы или композитные материалы, содержащие один или более таких материалов, или термопластичные материалы, подходящие для применений в пищевой или фармацевтической промышленности, например, полипропилен, полиэфирэфиркетон (РЕЕК) и полиэтилен. Материал предпочтительно является легким и нехрупким.

Согласно примеру настоящего изобретения предусмотрена система, генерирующая аэрозоль, содержащая устройство, генерирующее аэрозоль, согласно любому из примеров, описанных выше. Система, генерирующая аэрозоль, может содержать изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее субстрат, образующий аэрозоль.

Согласно примеру настоящего изобретения предусмотрена система, генерирующая аэрозоль, содержащая: устройство, генерирующее аэрозоль, согласно одному из примеров, описанных выше; и изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее субстрат, образующий аэрозоль.

В контексте данного документа термин «изделие, генерирующее аэрозоль» относится к изделию, содержащему субстрат, образующий аэрозоль, который при нагреве в устройстве, генерирующем аэрозоль, высвобождает летучие соединения, способные

образовывать аэрозоль. Изделие, генерирующее аэрозоль, выполнено отдельно от устройства, генерирующего аэрозоль, и выполнено с возможностью комбинации с ним для нагревания изделия, генерирующего аэрозоль.

Термины «дальний», «раньше по ходу потока», «ближний» и «дальше по ходу потока» используются для описания относительного положения компонентов или частей компонентов устройства, генерирующего аэрозоль, и изделия, генерирующего аэрозоль. Изделия и устройства, генерирующие аэрозоль, согласно настоящему изобретению имеют ближний конец, через который при применении аэрозоль выходит из изделия или устройства для доставки пользователю, и имеет противоположный дальний конец. Ближний конец изделия и устройства, генерирующего аэрозоль, также может называться мундштучным концом. При использовании пользователь осуществляет затяжку на ближнем конце изделия или устройства, генерирующего аэрозоль, для вдыхания аэрозоля, сгенерированного изделием, генерирующим аэрозоль, или устройством. Термины «раньше по ходу потока» и «дальше по ходу потока» относятся к направлению движения аэрозоля через изделие, генерирующее аэрозоль, когда пользователь осуществляет затяжку на ближнем конце. Ближний конец изделия, генерирующего аэрозоль, расположен дальше по ходу потока относительно дальнего конца изделия, генерирующего аэрозоль. Ближний конец изделия, генерирующего аэрозоль, может также называться расположенным ниже по потоку концом изделия, генерирующего аэрозоль, а дальний конец изделия, генерирующего аэрозоль, может также называться расположенным выше по потоку концом изделия, генерирующего аэрозоль.

В одном варианте осуществления изделие, генерирующее аэрозоль, может состоять исключительно из субстрата, образующего аэрозоль. Во время работы субстрат, образующий аэрозоль, может полностью содержаться в устройстве, генерирующем аэрозоль. В этом случае пользователь может осуществлять затяжку через мундштук устройства, генерирующего аэрозоль. Мундштук может представлять собой любую часть устройства, генерирующего аэрозоль, которая помещается в рот пользователя для непосредственного вдыхания аэрозоля, генерируемого изделием, генерирующим аэрозоль, или устройством, генерирующим аэрозоль. Аэрозоль доставляется в рот пользователя через мундштук.

В альтернативном варианте осуществления изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать дополнительные компоненты, и во время работы изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее субстрат, образующий аэрозоль, может частично содержаться внутри устройства, генерирующего аэрозоль. В этом случае пользователь может делать затяжку прямо на изделии, генерирующем аэрозоль, или мундштуке изделия, генерирующего аэрозоль.

Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь по сути цилиндрическую форму. Изделие, генерирующее аэрозоль, может быть по существу продолговатым. Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь по существу цилиндрическую форму. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть по существу удлиненным.

Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 100 мм. Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь наружный диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 12 мм. Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь длину от приблизительно 10 мм до приблизительно 18 мм. Кроме того, диаметр субстрата, образующего аэрозоль, может составлять от приблизительно 5 мм до приблизительно 12 мм. Изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать заглушку фильтра. Заглушка фильтра может находиться на расположенном ниже по ходу потока конце изделия, генерирующего аэрозоль. Заглушка фильтра может представлять собой ацетилцеллюлозную заглушку фильтра. Заглушка фильтра в одном варианте осуществления имеет длину примерно 7 мм, однако она может иметь длину от примерно 5 мм до примерно 12 мм.

В одном варианте осуществления изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь общую длину, составляющую примерно 4 5 мм. Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь наружный диаметр приблизительно 7,3 мм, но может иметь наружный диаметр от приблизительно 7,0 мм до приблизительно 7,4 мм. Кроме того, субстрат, образующий аэрозоль, может иметь длину приблизительно 12 мм. Альтернативно, субстрат, образующий аэрозоль, может иметь длину приблизительно 16 мм. Изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать внешнюю бумажную обертку. Кроме того, изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать промежуток между субстратом, образующим аэрозоль, и заглушкой фильтра. Промежуток может составлять приблизительно 21 мм или приблизительно 26 мм, но может составлять в диапазоне от приблизительно 5 мм до приблизительно 2 8 мм. Промежуток может быть обеспечен с помощью полой трубки. Полая трубка может быть изготовлена из картона или ацетата целлюлозы.

Субстрат, образующий аэрозоль, может быть твердым субстратом, образующим аэрозоль. В качестве альтернативы субстрат, образующий аэрозоль, может содержать как твердые, так и жидкие компоненты. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные вкусоароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата при нагреве. В качестве альтернативы субстрат, образующий аэрозоль, может содержать нетабачный материал. Субстрат, образующий аэрозоль, может дополнительно содержать вещество для образования аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль.

Если субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой твердый субстрат, образующий аэрозоль, то твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать, например, одно или несколько из следующего: порошок, гранулы, шарики, крупицы, тонкие трубки, полоски или листы, содержащие одно или несколько из следующего: травяные листья, табачные листья, фрагменты табачных жилок, восстановленный табак, гомогенизированный табак, экструдированный табак и взорванный табак. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может иметь рассыпную форму или может быть предоставлен в подходящей емкости или картридже. Необязательно твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать дополнительные табачные или нетабачные летучие вкусоароматические соединения, предназначенные для высвобождения при нагреве субстрата. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может также содержать капсулы, которые, например, содержат дополнительные табачные или нетабачные летучие вкусоароматические соединения, и такие капсулы могут плавиться во время нагрева твердого субстрата, образующего аэрозоль.

В контексте данного документа «гомогенизированный табак» относится к материалу, образованному посредством агломерирования сыпучего табака. Гомогенизированный табак может иметь форму листа. Содержание вещества для образования аэрозоля в гомогенизированном табачном материале может составлять более 5% в пересчете на сухой вес. Альтернативно содержание вещества для образования аэрозоля в гомогенизированном табачном материале может составлять от 5% до 30% по весу в пересчете на сухой вес. Листы гомогенизированного табачного материала могут быть образованы путем агломерирования сыпучего табака, полученного путем помола или иного измельчения одного или обоих из пластинки табачного листа и стеблей табачного листа. Альтернативно или дополнительно листы гомогенизированного табачного материала могут содержать одно или более из табачной пыли, табачной мелочи и других побочных продуктов сыпучего табака, образующихся, например, во время обработки, перемещения и отгрузки табака. Листы гомогенизированного табачного материала могут содержать одно или более собственных связующих, т.е. табачных эндогенных связующих, одно или более внешних связующих, т.е. табачных экзогенных связующих, или их сочетание, чтобы способствовать агломерированию сыпучего табака; альтернативно или дополнительно листы гомогенизированного табачного материала могут содержать другие добавки, включая, но без ограничения, табачные и нетабачные волокна, вещества для образования аэрозоля, увлажнители, пластификаторы, ароматизаторы, наполнители, водные и неводные растворители и их сочетания.

В особенно предпочтительном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, содержит собранный гофрированный лист гомогенизированного табачного материала. В контексте данного документа термин «гофрированный лист» означает лист, имеющий множество по существу параллельных гребней или гофров. Предпочтительно, когда изделие, генерирующее аэрозоль, собрано, по существу параллельные складки или гофры проходят вдоль или параллельно продольной оси изделия, генерирующего аэрозоль. Это преимущественно упрощает сбор гофрированного листа

гомогенизированного табачного материала с образованием субстрата, образующего аэрозоль. Однако будет понятно, что гофрированные листы гомогенизированного табачного материала для включения в изделие, генерирующее аэрозоль, могут альтернативно или дополнительно иметь множество по существу параллельных складок или гофров, которые расположены под острым или тупым углом к продольной оси изделия, генерирующего аэрозоль, когда изделие, генерирующее аэрозоль, собрано. В определенных вариантах осуществления субстрат, образующий аэрозоль, может содержать собранный лист гомогенизированного табачного материала, который по существу равномерно текстурирован по существу по всей поверхности. Например, субстрат, образующий аэрозоль, может содержать собранный гофрированный лист гомогенизированного табачного материала, содержащий множество по существу параллельных складок или гофров, которые по существу равномерно разнесены по ширине листа.

Необязательно твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть предоставлен на термостабильном носителе или встроен в него. Носитель может быть в виде порошка, гранул, шариков, крупиц, тонких трубок, полосок или листов. Альтернативно носитель может представлять собой трубчатый носитель, имеющий тонкий слой твердого субстрата, осажденного на его внутреннюю поверхность, или на его внешнюю поверхность, или как на его внутреннюю, так и внешнюю поверхности. Такой трубчатый носитель может быть выполнен, например, из бумаги или материала, подобного бумаге, нетканого мата из углеродных волокон, легкой металлической сетки с открытыми ячейками или перфорированной металлической фольги, или любой другой термостабильной полимерной матрицы.

Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть нанесен на поверхность носителя в виде, например, листа, пеноматериала, геля или суспензии. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть нанесен на всю поверхность носителя или альтернативно может быть нанесен в виде узора с целью обеспечения неоднородной доставки вкусоароматической добавки во время использования.

Несмотря на то, что выше упоминаются твердые субстраты, образующие аэрозоль, специалисту в данной области техники будет понятно, что с другими вариантами осуществления могут быть применены другие формы субстрата, образующего аэрозоль. Например, субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Если предусмотрен жидкий субстрат, образующий аэрозоль, то устройство, генерирующее аэрозоль, предпочтительно содержит средства для удержания жидкости. Например, жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может удерживаться в таре или части для хранения жидкости. Альтернативно или дополнительно жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может быть поглощен пористым материалом носителя. Пористый материал носителя может быть изготовлен из любой подходящей поглощающей заглушки или детали, например, из вспененного металлического или пластмассового материала, полипропилена, терилена, нейлоновых волокон или керамики. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может удерживаться в пористом материале носителя перед применением устройства, генерирующего аэрозоль, или альтернативно материал жидкого субстрата, образующего аэрозоль, может высвобождаться в пористый материал носителя во время применения или непосредственно перед ним. Например, жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может быть предусмотрен в капсуле. Оболочка капсулы предпочтительно плавится при нагреве и высвобождает жидкий субстрат, образующий аэрозоль, в пористый материал носителя. Капсула может необязательно содержать твердое вещество в сочетании с жидкостью.

Альтернативно носитель может представлять собой нетканое полотно или пучок волокон, в которые были включены табачные компоненты. Нетканое полотно или пучок волокон могут содержать, например, углеродные волокна, натуральные целлюлозные волокна или волокна из производных целлюлозы.

Признаки, описанные в отношении одного из приведенных выше примеров, могут быть в равной степени применены и к другим примерам согласно настоящему изобретению.

Настоящее изобретение определено в формуле изобретения. Однако ниже предоставлен не являющийся исчерпывающим перечень неограничивающих примеров. Любые один или более признаков этих примеров можно комбинировать с любыми одним или более признаками другого примера, варианта осуществления или аспекта, описанных в данном документе.

Пример Ex1: Устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее: нагреватель для нагрева субстрата, образующего аэрозоль; и по меньшей мере один слой теплоизоляции, расположенный вокруг по меньшей мере части нагревателя.

Пример Ех2: Устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее: нагревательную камеру для нагрева субстрата, образующего аэрозоль; и по меньшей мере один слой теплоизоляции, расположенный вокруг по меньшей мере части нагревательной камеры.

Пример Ех3: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно примеру Ex1 или Ех2, в котором устройство, генерирующее аэрозоль, содержит множество слоев теплоизоляции, расположенных вокруг по меньшей мере части нагревателя.

Пример Ех4: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно любому из предыдущих примеров, в котором по меньшей мере один слой теплоизоляции или множество слоев теплоизоляции содержит слой, распределяющий тепло.

Пример Ех5: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно примеру Ех3 или Ех4, в котором множество слоев теплоизоляции дополнительно содержат первый теплоизоляционный слой.

Пример Ех6: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно примеру Ех5, в котором множество слоев теплоизоляции дополнительно содержат второй теплоизоляционный слой.

Пример Ех7: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно любому из примеров Ех3-Ех6, в котором множество слоев теплоизоляции дополнительно содержат слой, отражающий излучение.

Пример Ех8: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно примеру Ех7, в котором слой, отражающий излучение, расположен между первым и вторым теплоизоляционными слоями.

Пример Ех9: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно любому из примеров Ех4-Ех8, в котором слой, распределяющий тепло, является самым внешним слоем из множества слоев теплоизоляции.

Пример Ех10: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно любому из примеров Ех6-Ех9, в котором слой, распределяющий тепло, расположен между первым и вторым теплоизоляционными слоями.

Пример Ex11: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно любому из примеров Ех4-Ех10, в котором слой, распределяющий тепло, образован из материала, имеющего теплопроводность по меньшей мере 200 Вт/м⋅К.

Пример Ех12: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно любому из примеров Ех4-Ех11, в котором слой, распределяющий тепло, является анизотропным, так что теплопроводность в направлениях, по существу параллельных слою, распределяющему тепло, является более высокой по сравнению с теплопроводностью в направлении, по существу перпендикулярном слою, распределяющему тепло.

Пример Ех13: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно примеру Ех12, в котором теплопроводность в направлениях, по существу параллельных слою, распределяющему тепло, составляет по меньшей мере 7 00 Вт/м⋅К.

Пример Ех14: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно любому из примеров Ех4-Ех13, в котором слой, распределяющий тепло, содержит графит.

Пример Ех15: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно любому из примеров Ех4-Ех13, в котором слой, распределяющий тепло, содержит корпус устройства, генерирующего аэрозоль.

Пример Ех16: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно любому из предыдущих примеров, дополнительно содержащее корпус, в котором корпус образован из материала, имеющего теплопроводность по меньшей мере 200 Вт/м⋅К.

Пример Ех17: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно любому из примеров Ех6-Ех16, в котором теплопроводность первого и второго теплоизоляционных слоев составляет 0,050 Вт/м⋅К или менее, предпочтительно 0,040 Вт/м⋅К или менее и более предпочтительно 0,030 Вт/м⋅К или менее.

Пример Ех18: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно любому из примеров Ех3-Ех17, в котором общая толщина множества слоев теплоизоляции в устройстве, генерирующем аэрозоль, составляет менее 2 мм.

Пример Ех19: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно любому предыдущему примеру, в котором нагреватель представляет собой трубчатый нагреватель и расположен для размещения устройства, генерирующего аэрозоль, во внутреннем пространстве трубки.

Пример Ех20: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно примеру Ex19, в котором трубчатый нагреватель содержит трубчатый субстрат, имеющий нагревательный элемент, расположенный на или в субстрате.

Пример Ех21: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно примеру Ex19 или Ех20, в котором нагревательный элемент расположен на наружной поверхности трубки.

Пример Ех22: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно любому предыдущему примеру, дополнительно содержащее полость для размещения изделия, генерирующего аэрозоль.

Пример Ех23: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно любому из примеров Ех3-Ех22, дополнительно содержащее барьер для отделения одного или более из множества слоев теплоизоляции от канала потока воздуха для доставки аэрозоля пользователю.

Пример Ех24: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно примеру Ех23, в котором барьер располагается вдоль полости для размещения изделия, генерирующего аэрозоль.

Пример Ех25: Система, генерирующая аэрозоль, содержащая: устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из примеров Ex1-Ех24 и изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее субстрат, образующий аэрозоль.

Примеры теперь будут дополнительно описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - схематический частичный вид в разрезе части устройства, генерирующего аэрозоль, в соответствии с одним вариантом осуществления, показывающий электрический нагреватель и многослойную изоляцию;

Фиг. 2 - схематическое изображение внутренней части устройства, генерирующего аэрозоль, в соответствии с другим вариантом осуществления, показывающее изделие, генерирующее аэрозоль, размещенное внутри устройства;

Фиг. 3А - увеличенный вид в разрезе области, обозначенной А на фиг.2, и показывает компоновку нагревателя и многослойной изоляции в соответствии с одним вариантом осуществления;

Фиг. 3В - увеличенный вид в разрезе области, обозначенной А на фиг.2, и показывает компоновку нагревателя и многослойной изоляции в соответствии с другим вариантом осуществления; и

Фиг. 4А и 4В - две разных тестовых компоновки для проверки характеристик теплоизоляции устройства, генерирующего аэрозоль.

На фиг.1 показана часть устройства 10, генерирующего аэрозоль, содержащего электрический нагреватель 12 и множество слоев теплоизоляции 14, расположенных между электрическим нагревателем 12 и корпусом 16. Электрический нагреватель является трубчатым и имеет внутреннее пространство диаметром D для размещения изделия, генерирующего аэрозоль (не показано), аналогичного диаметра. Таким образом, электрический нагреватель расположен снаружи субстрата, образующего аэрозоль, внутри изделия, генерирующего аэрозоль. Трубчатая конструкция электрического нагревателя 12 изготовлена из алюмооксидной керамики, а нагревательный элемент 18, изготовленный из Kanthal™, охватывает его внешнюю цилиндрическую поверхность изогнутым или волнообразным образом. Нагревательный элемент 18 имеет два конца 18а и 18b, расположенные на одном конце электрического нагревателя 12 и соединенные с электрическими выводами (не показаны) для подключения электрического нагревателя 12 к источнику питания (не показан) посредством схемы управления (не показана). Электрический нагреватель 12 выполнен с возможностью нагрева до температуры приблизительно 210 градусов Цельсия для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, с генерированием аэрозоля.

На фиг.1 показана общая конструкция для множества слоев теплоизоляции 14 в соответствии с настоящим изобретением, которая содержит первый теплоизоляционный слой 20, отражатель 22 излучения, второй теплоизоляционный слой 2 4 и слой 26, распределяющий тепло. По меньшей мере один из слоев, например, отражатель 22 излучения, является необязательным и может быть опущен в определенных вариантах осуществления, как обсуждается ниже. Кроме того, слой 26, распределяющий тепло, может быть заменен другим компонентом устройства 10, генерирующего аэрозоль, например, внешним корпусом 16, что имеет место в одном из вариантов осуществления, обсуждаемых ниже.

Первый теплоизоляционный слой 2 0 имеет высокую рабочую температуру (то есть около 250 градусов Цельсия или более), так что он способен выдерживать рабочую температуру нагревателя 12. В дополнение к тому, что первый теплоизоляционный слой 20 является теплоизоляционным материалом, он также является электрическим изолятором, чтобы избежать короткого замыкания соединений любых электрических компонентов, с которыми он может соприкасаться. Можно использовать тонкопленочный изолятор, такой как лента Kapton™. В качестве альтернативы можно использовать более толстые изоляторы из пеноматериала или аэрогеля.

Отражатель 22 излучения расположен рядом с первым теплоизоляционным слоем 20 и снаружи от него, хотя он может быть расположен по-разному. Отражатель 22 излучения обычно выполнен из тонкой металлической фольги или металлизированного материала, имеющего отражающую поверхность, обращенную к нагревателю 12. Важно, чтобы отражатель 22 излучения был расположен на расстоянии от нагревателя 12, например, воздухом или слоем теплоизоляции, так что имеется пространство, в которое может отражаться тепловое излучение. Кроме того, если бы отражатель 22 излучения был расположен в контакте с нагревателем, тепло передавалось бы за счет теплопроводности через отражатель 22 излучения, снижая его эффективность и рискуя потускнением отражающей поверхности отражателя 22 излучения или иным образом разрушением нагревателя 12.

Второй теплоизоляционный слой 24 расположен рядом с отражателем 22 излучения и снаружи от него, хотя он может быть расположен по-другому. Второй теплоизоляционный слой 20 имеет высокую рабочую температуру (то есть около 200 градусов Цельсия или более). Рабочая температура второго теплоизоляционного слоя 24 не обязательно должна быть такой высокой, как у первого теплоизоляционного слоя 20, поскольку он расположен дальше от нагревателя 12 и по меньшей мере частично защищен первым теплоизоляционным слоем 20. Можно использовать тонкопленочный изолятор, такой как аэрогелевая пленка, или, альтернативно, более толстые вспененные или аэрогелевые изоляторы.

Слой 26, распределяющий тепло, расположен рядом со вторым теплоизоляционным слоем 24 и снаружи от него, хотя он может быть расположен по-разному. Слой 26, распределяющий тепло, обычно изготавливается из листа материала или фольги, обладающих высокой теплопроводностью (то есть по меньшей мере 200 Вт/м⋅К). Однако в предпочтительных вариантах используется анизотропный слой 26, распределяющий тепло, такой как лист пиролитического графита. Он обладает относительно высокой теплопроводностью (то есть более 7 00 Вт/м⋅К) в направлениях, параллельных плоскости листа (то есть в направлениях х-у), и относительно низкой теплопроводностью (то есть менее 30 Вт/м⋅К) в направлениях, перпендикулярных к листу (то есть в направлении z). Следовательно, слой 26, распределяющий тепло, эффективно распределяет или распространяет тепло внутри слоя, то есть в направлениях, параллельных слою 26, распределяющему тепло, но уменьшает теплопередачу по толщине слоя, то есть в направлениях, перпендикулярных слою 26, распределяющему тепло. Распределяя тепло, слой 26, распределяющий тепло, помогает снизить риск образования горячих участков на внешней поверхности корпуса 16. Уменьшая теплопередачу по толщине слоя, слой 26, распределяющий тепло, эффективно помогает изолировать корпус от тепла, генерируемого нагревателем 12.

Корпус 16 расположен рядом со слоем 26, распределяющим тепло, и снаружи от него. Множество слоев теплоизоляции 14 помогает уменьшить передачу тепла от нагревателя 12 к внешнему корпусу 16, тем самым снижается вероятность того, что внешний корпус или его часть станут слишком горячими (то есть температура превысит 50 градусов Цельсия) и поддерживается температура корпуса 16, которая не вызывает дискомфорта у пользователя. В этом примере корпус 16 изготовлен из полиэфирэфиркетона (РЕЕК), который сам по себе является приемлемым теплоизоляционным материалом. Однако корпус 16 мог бы быть изготовлен из материала, обладающего более высокой теплопроводностью, так что внешний корпус 16 также действует как распределитель тепла.

На фиг.2 показана внутренняя часть устройства 100, генерирующего аэрозоль, и изделие 200, генерирующее аэрозоль, размещенное внутри устройства 100, генерирующего аэрозоль. Вместе устройство 100, генерирующее аэрозоль, и изделие 200, генерирующее аэрозоль, образуют систему, генерирующую аэрозоль. На фиг.2 в упрощенном виде показано устройство 100, генерирующее аэрозоль. В частности, элементы устройства 100, генерирующего аэрозоль, показаны не в масштабе. Кроме того, были опущены элементы, которые не являются существенными для понимания этого варианта осуществления.

Устройство 100, генерирующее аэрозоль, содержит корпус 102, содержащий источник 103 питания, электрический нагреватель 106, схему 105 управления и множество слоев теплоизоляции 108. Источником 103 питания является батарея, и в данном примере это перезаряжаемая литий-ионная батарея. Схема 105 управления подключена как к источнику 103 питания, так и к нагревателю 106 и управляет подачей электрической энергии от источника 103 питания к электрическому нагревателю 106 для регулирования температуры электрического нагревателя 106.

Корпус имеет отверстие 104 на проксимальном или мундштучном конце устройства 100, генерирующего аэрозоль, через которое поступает изделие 200, генерирующее аэрозоль. Устройство 100, генерирующее аэрозоль, и множество слоев теплоизоляции 108 показаны в разрезе на фиг.2. Множество слоев теплоизоляции 108 окружает нагреватель 106 и полость 110 внутри корпуса 102, в которую помещено изделие 200, генерирующее аэрозоль. В частности, множество слоев теплоизоляции 108 окружают нагреватель 106 и полость 110 для уменьшения теплопередачи к корпусу 102, а также расположены поперек дальнего конца полости 110 для уменьшения теплопередачи к схеме 105 управления. Множество слоев теплоизоляции 108 может иметь различные компоновки теплоизоляционных слоев, две из которых описаны ниже со ссылкой на фиг.3А и 3В.

Нагреватель 106 является трубчатым и имеет ту же конструкцию, что и нагреватель на фиг.1. Изделие 200, генерирующее аэрозоль, проходит через внутреннее пространство в трубчатом нагревателе 106, когда изделие 200, генерирующее аэрозоль, поступает в устройство 100, генерирующее аэрозоль.

Изделие 200, генерирующее аэрозоль, содержит концевую заглушку 202, субстрат 204, образующий аэрозоль, полую трубку 206, фильтр 208 мундштука и бумажную обертку 210. Субстрат 204, образующий аэрозоль, содержит заглушку из табака или материала на табачной основе. Когда изделие 200, генерирующее аэрозоль, полностью помещено в устройство 100, генерирующее аэрозоль, субстрат 204, образующий аэрозоль, расположен внутри нагревателя 106 таким образом, что нагреватель 106 может нагревать субстрат 204, образующий аэрозоль, для образования аэрозоля. Концевая заглушка 202 и фильтр 208 мундштука изготовлены из ацетилцеллюлозных волокон.

Устройство 100, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать: датчик (не показан) для обнаружения присутствия изделия 200, генерирующего аэрозоль; пользовательский интерфейс (не показан), такой как кнопка для активации нагревателя 106; и дисплей или индикатор (не показан) для представления информации пользователю, например, оставшегося заряда батареи, состояния нагрева и сообщений об ошибках.

Фиг. 3А и 3В представляют собой увеличенные схематические виды области, обозначенной как А на фиг.2, и показывают вид в разрезе части устройства 100, генерирующего аэрозоль, содержащего нагреватель 106, множество слоев теплоизоляции 108 и корпус 102. Фиг. 3А и 3В были упрощены, и элементы устройства 100, генерирующего аэрозоль, показаны не в масштабе.

Кроме того, ряд теплоизоляционных слоев во множестве слоев теплоизоляции 108 являются сжимаемыми, поскольку они образованы из пеноматериалов или аэрогеля или другой сжимаемой конструкции. Это выгодно, поскольку позволяет множеству слоев теплоизоляции 108 соответствовать изменениям профиля внутри устройства 100, генерирующего аэрозоль. Как можно видеть на фиг.2, внутренний профиль вдоль устройства, генерирующего аэрозоль, изменяется, например, в точках, где изделие 200, генерирующее аэрозоль, входит в электрический нагреватель 106 и выходит из него, и где корпус сужается к своему мундштучному концу. В точках, где профиль сужается, любые сжимаемые материалы во множестве слоев теплоизоляции 108 будут сжиматься. Однако авторы настоящего изобретения обнаружили, что сила задействованного сжатия не оказывает отрицательного влияния на тепловые характеристики изоляционных слоев в какой-либо заметной степени. В последующем обсуждении любая ссылка на толщину материала относится к его несжатой толщине.

На фиг.3А показана первая компоновка 108а множества слоев теплоизоляции для использования в устройстве 100, генерирующем аэрозоль, показанном на фиг.2. Первая компоновка 108а из множества слоев теплоизоляции содержит первый теплоизоляционный слой 120, слой 122, распределяющий тепло, и второй теплоизоляционный слой 124.

Первый теплоизоляционный слой 120 содержит втулку из полиимидного аэрогеля толщиной 2,5 мм. Подходящая втулка из полиимидного аэрогеля включает, но этим не ограничивается, втулку, изготовленную из полиимидного аэрогеля Airloy Х116, производства Aerogel Technologies из Бостона, Массачусетс, США.

Слой 122, распределяющий тепло, содержит лист пиролитического графита толщиной 25 микрон. Подходящий лист из пиролитического графита включает, но этим не ограничивается, деталь под номером EYGA121803KV, поставляемую Panasonic из Ньюарка, Нью-Джерси, США.

Второй теплоизоляционный слой 124 содержит полимерный аэрогель, имеющий толщину 1 мм. Подходящий полимерный аэрогель включает, но этим не ограничивается, полимерную пленку или блок Aerozero, поставляемые Blueshift Materials из Спенсера, Массачусетс, США.

На фиг.3Впоказана вторая компоновка 108b множества слоев теплоизоляции для использования в устройстве 100, генерирующем аэрозоль, показанном на фиг.2. Вторая компоновка 108b из множества слоев теплоизоляции содержит первый теплоизоляционный слой 130, отражатель 132 излучения, второй теплоизоляционный слой 134, а корпус 102 образует слой, распределяющий тепло.

Первый теплоизоляционный слой 130 содержит полиимидную пленку толщиной 25 микрон. Подходящая полиимидная пленка включает, но этим не ограничивается, ленту Kapton ™, поставляемую DuPont из Уилмингтона, штат Массачусетс, США.

Отражатель 132 излучения содержит алюминиевую фольгу толщиной 0,016 мм. Можно использовать любую подходящую алюминиевую фольгу требуемой толщины.

Второй теплоизоляционный слой 134 содержит полиимидный пеноматериал, имеющий толщину 2,5 мм. Подходящий полиимидный пеноматериал включает, но этим не ограничивается, полиимидный пеноматериал Intek ™ PFI-1120, поставляемый Trelleborg из Треллеборга, Швеция.

Для образования слоя, распределяющего тепло, корпус 102 на полимерной основе устройства, генерирующего аэрозоль, показанного на фиг.2, заменен трубчатым алюминиевым корпусом, имеющим внутренний диаметр 17 мм и внешний диаметр 18,5 мм. Алюминий обладает более высокой теплопроводностью, чем пластик, и помогает распределять тепло по всей площади корпуса. Можно использовать любой подходящий алюминиевый корпус.

Испытания

Чтобы определить тепловые характеристики использования множества слоев теплоизоляции по сравнению с использованием только одного слоя, были подготовлены примеры испытаний каждой из компоновок, показанных на фиг.3А и 3В, и были испытаны в устройстве 100, генерирующем аэрозоль, показанном на фиг.2. В качестве контрольного образца были подготовлены дополнительные примеры испытаний, включающие только один слой изоляции, которые также были испытаны в устройстве 100, генерирующем аэрозоль, показанном на фиг.2.

Для измерения температуры использовались термопары, которые были прикреплены к соответствующим контрольным точкам на устройстве 100, генерирующем аэрозоль, как описано ниже в отношении каждого испытания. Нагреватель 106 питался от наружного лабораторного блока питания. Устройство, генерирующее аэрозоль, удерживалось в горизонтальном положении и было испытано при температуре окружающей среды приблизительно от 23 до 25 градусов Цельсия.

Как видно на фиг.4А и 4 В, в испытании вместо изделия 200, генерирующего аэрозоль, на фиг.2 использовалась пустая бумажная трубка 300 без субстрата, образующего аэрозоль, фильтров или заглушек. Это связано с тем, что некоторое количество тепла отводится в аэрозоле, генерируемом субстратом 204, образующим аэрозоль, и для симуляции наихудшего сценария использовалась пустая бумажная трубка 300, так что все тепло отводилось в устройство 100.

Устройство 100, генерирующее аэрозоль, и изделие 200, генерирующее аэрозоль, имели размеры, указанные в таблице 1.

Был использован следующий способ испытаний:

Как можно быстрее нагреть нагреватель до 210 градусов Цельсия, не превышая предельную мощность в 12 Вт.

Управлять температурой нагревателя так, чтобы поддерживать ее на уровне 210 градусов Цельсия в течение 6 минут.

Записать мощность и температуру через 6 минут.

Пример испытания 1

Пример испытания 1 имел конструкцию первой компоновки 108а из множества слоев теплоизоляции, показанную на фиг.3А. Множество слоев теплоизоляции 108а по окружности окружало нагреватель 106 и полость 110, содержащую бумажную трубку 300. На дальнем конце полости 110 в зазоре между бумажной трубкой и схемой 105 управления был размещен одиночный слой полиимидного аэрогеля, идентичный первому теплоизоляционному слою 120 на фиг.3А.

В качестве контрольного образца был подготовлен дополнительный пример испытания, имеющий один слой теплоизоляции, эквивалентный первому теплоизоляционному слою 120 на фиг.3А, то есть втулка, изготовленная из полиимидного аэрогеля Airloy Х116 Aerogel Technologies из Бостона, Массачусетс, США, и имеющая толщину 2,5 мм.

Как видно на фиг.4А, термопары были прикреплены в следующих точках:

Точка X1 на внешней стороне бумажной трубки в том месте, где она расположена внутри нагревателя 106.

Точка Х2, расположенная снаружи корпуса 102 в точке, перекрывающей среднюю точку нагревателя 106.

Точка Х3, расположенная снаружи корпуса 102 в точке слева (по направлению к ближайшему концу устройства) от точки Х2.

Точка Х4, расположенная снаружи корпуса 102 в точке справа (по направлению к дальнему концу устройства) от точки Х2.

Точка Х5, в точке, где электрические выводы от нагревателя 106 соединены со схемой 105 управления.

Измерения Х3 и Х4 были проведены для оценки характеристики распределителя тепла из листового пиролитического графита и его способности распределять тепло для уменьшения горячих участков.

Результаты испытания в примере испытания 1 приведены в таблице 2 ниже.

Результаты показывают, что многослойная изоляция примера испытания 1 обладает улучшенными характеристиками теплоизоляции по сравнению с однослойной изоляцией контрольного образца. Как видно из измерений температуры Х2, Х3 и Х4, температура снаружи корпуса для примера испытания 1 значительно ниже, чем для контрольного образца. Каждая из этих температур для примера испытания 1 находится ниже 50 градусов Цельсия, что является комфортной пороговой температурой. Также наблюдается меньшее отклонение между измерениями температуры Х2, Х3 и Х4 для примера испытания 1 по сравнению с контрольным образцом, показывающим, что слой, распределяющий тепло, эффективно распределяет тепло по своей площади, уменьшая образование горячих участков.

Кроме того, мощность, необходимая для поддержания температуры нагревателя при температуре 210 градусов Цельсия в примере испытания 1, ниже по сравнению с контрольным образцом, что показывает, что многослойность помогает повысить эффективность системы. Кроме того, температура Х5 в примере испытания 1 ниже, что показывает, что такая компоновка помогает защитить схему управления от тепла, генерируемого нагревателем 106.

Пример испытания 2

Пример испытания 2 имел конструкцию первой компоновки 108b из множества слоев теплоизоляции, показанных на фиг.3В. Множество слоев теплоизоляции 108b по окружности окружало нагреватель 106 и полость 110, содержащую бумажную трубку 300. Как обсуждалось выше в отношении фиг.2В, корпус 102 на полимерной основе устройства, генерирующего аэрозоль, показанного на фиг.2, заменен алюминиевым корпусом для обеспечения слоя, распределяющего тепло.

В качестве контрольного образца был подготовлен дополнительный пример испытания, содержащий один слой теплоизоляции, эквивалентный второму теплоизоляционному слою 134 на фиг.ЗВ, то есть втулка, изготовленная из полиимидного пеноматериала Intek™ PFI-1120, поставляемого Trelleborg из Треллеборга, Швеция, и имеющий толщину 2,5 мм. Контрольный образец использовался со стандартным корпусом 102 на полимерной основе устройства, генерирующего аэрозоль, показанного на фиг.2.

Как видно на фиг.4 В, термопары были прикреплены в следующих точках:

точка Y1 на внешней стороне бумажной трубки в том месте, где она расположена внутри нагревателя 106.

Точка Y2, расположенная снаружи корпуса 102 в точке, перекрывающей среднюю точку нагревателя 106.

Точка Y3, в точке, где электрические выводы от нагревателя 106 соединены со схемой 105 управления.

Результаты испытания в примере испытания 2 приведены в таблице 3 ниже.

Результаты показывают, что многослойная изоляция примера испытания 2 обладает улучшенными характеристиками теплоизоляции по сравнению с однослойной изоляцией контрольного образца. Как видно из измерения температуры Y2 температура снаружи корпуса для примера испытания 2 значительно ниже, чем для контрольного образца. Измерение температуры Y2 для примера испытания 2 значительно ниже 50 градусов Цельсия, что является комфортной пороговой температурой. Измерение температуры Y2 также показывает, что использование материала корпуса с высокой теплопроводностью (то есть более 200 Вт/м⋅К) может обеспечить эффективное распределение тепла.

Пример испытания 3

Также был подготовлен третий пример испытания. Пример испытания 3 имел ту же конструкцию для множества слоев теплоизоляции, что и пример испытания 1, то есть первую компоновку 108а множества слоев теплоизоляции, показанных на фиг.3А. Однако, в примере испытания 3, корпус 102 на полимерной основе устройства, генерирующего аэрозоль, показанного на фиг.2, заменен медным трубчатым корпусом диаметром 15 мм для обеспечения дополнительного слоя, распределяющего тепло, к слою 122, распределяющему тепло, из листового пиролитического графита, показанному на фиг.3А. Для измерения температуры использовалась компоновка термопары, показанная на фиг.4В.

Результаты испытания в примере испытания 3 приведены в таблице 4 ниже.

Как видно из таблицы 4, температура снаружи корпуса (измерение температуры Y2) в примере испытания 3 на 7 градусов Цельсия ниже, чем эквивалентная температура (измерение температуры Х2) в примере испытания 1. Таким образом, это показывает, что использование материала корпуса с высокой теплопроводностью (то есть более 200 Вт/м⋅К) может дополнительно улучшить характеристики распределения тепла устройства, генерирующего аэрозоль.

Claims (24)

1. Устройство, генерирующее аэрозоль и содержащее:

внешний корпус, содержащий слой, распределяющий тепло;

нагреватель для нагрева субстрата, образующего аэрозоль; и

множество слоев теплоизоляции, расположенных вокруг по меньшей мере части нагревателя, причем множество слоев теплоизоляции содержит:

первый теплоизоляционный слой;

второй теплоизоляционный слой;

слой, отражающий излучение, при этом слой, отражающий излучение, расположен между первым и вторым теплоизоляционными слоями; и

упомянутый слой, распределяющий тепло.

2. Устройство, генерирующее аэрозоль, по п. 1, в котором слой, распределяющий тепло, образован из материала, имеющего теплопроводность по меньшей мере 200 Вт/м⋅K.

3. Устройство, генерирующее аэрозоль, по п. 1 или 2, в котором слой, распределяющий тепло, является анизотропным, так что теплопроводность в направлениях, по существу параллельных слою, распределяющему тепло, является более высокой по сравнению с теплопроводностью в направлении, по существу перпендикулярном слою, распределяющему тепло.

4. Устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, в котором слой, распределяющий тепло, содержит графит.

5. Устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, в котором общая толщина множества слоев теплоизоляции в устройстве, генерирующем аэрозоль, составляет менее 2 мм.

6. Устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащее полость для размещения изделия, генерирующего аэрозоль.

7. Устройство, генерирующее аэрозоль, по п. 6, в котором полость содержит нагреватель.

8. Устройство, генерирующее аэрозоль, по п. 6 или 7, в котором множество слоев теплоизоляции дополнительно расположено поперек дальнего конца полости.

9. Устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из пп. 6-8, в котором множество слоев теплоизоляции окружает по существу всю полость.

10. Устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащее источник питания и схему управления, выполненную с возможностью управления подачей питания на нагреватель, при этом по меньшей мере часть из множества слоев теплоизоляции расположена между нагревателем и схемой управления.

11. Устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, в котором нагреватель представляет собой трубчатый нагреватель, содержащий внутреннее пространство, выполненное для размещения изделия, генерирующего аэрозоль.

12. Устройство, генерирующее аэрозоль, по п. 11, в котором трубчатый нагреватель содержит трубчатый субстрат, имеющий нагревательный элемент, расположенный на трубчатом субстрате или в нем.

13. Устройство, генерирующее аэрозоль, по п. 12, в котором нагревательный элемент расположен на наружной поверхности трубчатого субстрата.

14. Устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащее барьер для отделения одного или более из множества слоев теплоизоляции от канала потока воздуха для доставки аэрозоля пользователю.

15. Система, генерирующая аэрозоль и содержащая:

устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из пп. 1-14; и

изделие, генерирующее аэрозоль и содержащее субстрат, образующий аэрозоль.