RU2846974C2 - Heater assembly for aerosol-generating system - Google Patents
Heater assembly for aerosol-generating systemInfo
- Publication number
- RU2846974C2 RU2846974C2 RU2021110333A RU2021110333A RU2846974C2 RU 2846974 C2 RU2846974 C2 RU 2846974C2 RU 2021110333 A RU2021110333 A RU 2021110333A RU 2021110333 A RU2021110333 A RU 2021110333A RU 2846974 C2 RU2846974 C2 RU 2846974C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heating element
- aerosol
- cartridge
- capillary body
- electric heating
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к системам, генерирующим аэрозоль, и к нагревателям в сборе для систем, генерирующих аэрозоль, при этом нагреватели в сборе содержат электрический нагреватель, который является подходящим для испарения субстрата, образующего аэрозоль. В частности, настоящее изобретение относится к удерживаемым рукой системам, генерирующим аэрозоль, таким как электроуправляемые курительные системы. Аспекты настоящего изобретения относятся к нагревателям в сборе для системы, генерирующей аэрозоль, картриджам для системы, генерирующей аэрозоль, и к способам изготовления этих картриджей.The present invention relates to aerosol-generating systems and heater assemblies for aerosol-generating systems, wherein the heater assemblies comprise an electric heater suitable for vaporizing an aerosol-forming substrate. In particular, the present invention relates to hand-held aerosol-generating systems, such as electrically controlled smoking systems. Aspects of the present invention relate to heater assemblies for aerosol-generating systems, cartridges for aerosol-generating systems, and methods for manufacturing these cartridges.
Один тип системы, генерирующей аэрозоль, представляет собой электроуправляемую курительную систему. Известны удерживаемые рукой электроуправляемые курительные системы, состоящие из части в виде устройства, содержащей батарею и управляющую электронику, и части в виде картриджа, содержащей источник субстрата, образующего аэрозоль, и электроуправляемый испаритель. Картридж, содержащий как источник субстрата, образующего аэрозоль, так и испаритель, иногда называют «картомайзером». Испаритель обычно представляет собой нагреватель в сборе. В некоторых известных примерах субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой жидкий субстрат, образующий аэрозоль, а испаритель содержит обмотку из проволоки нагревателя, намотанную вокруг удлиненного фитиля, пропитанного жидким субстратом, образующим аэрозоль. Часть в виде картриджа обычно содержит не только источник субстрата, образующего аэрозоль, и электроуправляемый нагреватель в сборе, но также и мундштук, через который при применении пользователь делает затяжку для втягивания аэрозоля в свой рот.One type of aerosol-generating system is an electronically controlled smoking system. Hand-held electronically controlled smoking systems are known to consist of a device-like portion containing a battery and control electronics, and a cartridge-like portion containing a source of aerosol-forming substrate and an electronically controlled vaporizer. A cartridge containing both a source of aerosol-forming substrate and a vaporizer is sometimes called a "cartomizer." The vaporizer is typically a heater assembly. In some known examples, the aerosol-forming substrate is a liquid aerosol-forming substrate, and the vaporizer comprises a coil of heater wire wound around an elongated wick impregnated with the liquid aerosol-forming substrate. The cartridge portion typically contains not only a source of aerosol-forming substrate and an electrically controlled heater assembly, but also a mouthpiece through which the user draws a puff to draw the aerosol into their mouth during use.
Таким образом, электроуправляемые курительные системы, которые испаряют жидкость, образующую аэрозоль, путем нагревания с образованием аэрозоля, обычно содержат обмотку из проволоки, которая обернута вокруг капиллярного материала, который удерживает жидкость. Электрический ток, проходящий через проволоку, вызывает резистивное нагревание проволоки, посредством чего испаряется жидкость в капиллярном материале. Капиллярный материал обычно удерживается внутри канала для потока воздуха, вследствие чего воздух втягивается через фитиль и увлекает пар. Пар впоследствии охлаждается с образованием аэрозоля.Thus, electronic cigarette systems that vaporize an aerosol-forming liquid by heating it to form an aerosol typically contain a coil of wire wrapped around a capillary material that holds the liquid. An electric current passing through the wire causes resistive heating of the wire, which vaporizes the liquid in the capillary material. The capillary material is typically held within an airflow channel, causing air to be drawn through the wick, entraining the vapor. The vapor subsequently cools, forming an aerosol.
Этот тип системы может быть эффективным для образования аэрозоля, но при этом он также может вызывать затруднения с точки зрения воспроизводимости и дешевизны изготовления. Кроме того, фитиль и обмотка в сборе вместе с соответствующими электрическими соединениями могут быть хрупкими и сложными в обращении.This type of system can be effective for aerosol generation, but it can also present challenges in terms of reproducibility and manufacturing cost. Furthermore, the wick and winding assembly, along with the associated electrical connections, can be fragile and difficult to handle.
Желательно предоставить нагреватель в сборе для системы, генерирующей аэрозоль, такой как удерживаемая рукой электроуправляемая курительная система, который имеет улучшенные свойства аэрозоля. Дополнительно желательно предоставить более надежный нагреватель в сборе для системы, генерирующей аэрозоль, и предоставить картридж для системы, генерирующей аэрозоль, который имеет улучшенные свойства аэрозоля.It would be desirable to provide a heater assembly for an aerosol-generating system, such as a hand-held, electronically controlled smoking system, that has improved aerosol properties. Additionally, it would be desirable to provide a more reliable heater assembly for the aerosol-generating system and a cartridge for the aerosol-generating system that has improved aerosol properties.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предоставлен нагреватель в сборе для использования в системе, генерирующей аэрозоль, имеющей часть для хранения жидкости для удержания жидкого субстрата, образующего аэрозоль, при этом нагреватель в сборе содержит электрический нагреватель, имеющий по меньшей мере один нагревательный элемент для нагревания жидкого субстрата, образующего аэрозоль, с образованием аэрозоля, и капиллярное тело для подведения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из части для хранения жидкости системы, генерирующей аэрозоль, к упомянутому по меньшей мере одному нагревательному элементу, при этом упомянутый по меньшей мере один нагревательный элемент выполнен из электропроводного материала, нанесенного непосредственно на пористую внешнюю поверхность капиллярного тела.According to the first aspect of the present invention, there is provided a heater assembly for use in an aerosol-generating system having a liquid storage portion for holding a liquid aerosol-forming substrate, wherein the heater assembly comprises an electric heater having at least one heating element for heating the liquid aerosol-forming substrate to form an aerosol, and a capillary body for supplying the liquid aerosol-forming substrate from the liquid storage portion of the aerosol-generating system to said at least one heating element, wherein said at least one heating element is made of an electrically conductive material applied directly to the porous outer surface of the capillary body.
Преимущественно, контакт между упомянутым по меньшей мере одним нагревательным элементом и капиллярным телом может быть улучшен путем нанесения электропроводного материала непосредственно на пористую внешнюю поверхность капиллярного тела с образованием по меньшей мере одного нагревательного элемента. Например, путем компенсации шероховатости или неровности поверхности на внешней поверхности капиллярного тела. Это может обеспечить снижение числа или интенсивности «горячих точек» на внешней поверхности капиллярного тела, которые в ином случае могут возникнуть, если нагревательный элемент не находится в контакте с капиллярным телом на протяжении его длины, и может, следовательно, привести в результате к улучшенным свойствам аэрозоля. Улучшенный контакт между упомянутым по меньшей мере одним нагревательным элементом и капиллярным телом может также обеспечить улучшенную доставку жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к нагревательному элементу.Advantageously, contact between said at least one heating element and the capillary body can be improved by applying an electrically conductive material directly to the porous outer surface of the capillary body to form at least one heating element. For example, by compensating for surface roughness or unevenness on the outer surface of the capillary body. This can reduce the number or intensity of "hot spots" on the outer surface of the capillary body, which may otherwise occur if the heating element is not in contact with the capillary body along its length, and can therefore result in improved aerosol properties. Improved contact between said at least one heating element and the capillary body can also ensure improved delivery of the liquid aerosol-forming substrate to the heating element.
Кроме того, путем образования нагревательного элемента посредством нанесения электропроводного материала непосредственно на пористую внешнюю поверхность капиллярного тела нагревательный элемент приклеивают к капиллярному телу. Это снижает риск потери контакта между нагревательным элементом и капиллярным телом, вызванной деформацией нагревательного элемента, например, во время сборки или вследствие тепловых напряжений, возникших во время использования. Это также обеспечивает возможность использования геометрических параметров или типов структур нагревателя, которые иным образом были бы невозможными. Например, геометрические параметры или типы структуры нагревательного элемента, которые являются более сложными или в которых используются более тонкие нити, чем было бы возможно при использовании предварительно сформированного электрического нагревателя.Furthermore, by forming the heating element by applying a conductive material directly to the porous outer surface of the capillary body, the heating element is bonded to the capillary body. This reduces the risk of loss of contact between the heating element and the capillary body due to deformation of the heating element, for example, during assembly or due to thermal stresses during use. This also enables the use of heater geometries or structure types that would otherwise be impossible. For example, these could include more complex geometries or structures that utilize finer filaments than would be possible with a preformed electric heater.
В контексте настоящего документа термином «капиллярное тело» обозначен компонент нагревателя в сборе, который выполнен с возможностью подведения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в электрический нагреватель за счет капиллярного действия.In the context of this document, the term "capillary body" refers to a component of the heater assembly that is configured to supply a liquid aerosol-forming substrate to the electric heater by capillary action.
В контексте настоящего документа термин «электропроводный материал» означает материал, характеризующийся удельным сопротивлением, составляющим 1×10-2 Ом⋅м или менее.In the context of this document, the term "electrically conductive material" means a material having a resistivity of 1×10 -2 Ω⋅m or less.
В контексте настоящего документа термин «нанесенный» означает наложенный в качестве покрытия на внешнюю поверхность капиллярного тела, например, в виде жидкости, плазмы или пара, который впоследствии конденсируется или агрегируется с образованием нагревательного элемента, а не просто помещенный на капиллярное тело в виде твердого, предварительно сформированного компонента.In the context of this document, the term "applied" means applied as a coating to the outer surface of the capillary body, for example in the form of a liquid, plasma or vapor, which subsequently condenses or aggregates to form a heating element, and not simply placed on the capillary body as a solid, pre-formed component.
В контексте настоящего документа термин «нанесенный непосредственно» означает, что электропроводный материал нанесен на пористую внешнюю поверхность капиллярного тела так образом, что по меньшей мере один нагревательный элемент находится в непосредственном контакте с пористой внешней поверхностью.In the context of this document, the term "directly applied" means that the electrically conductive material is applied to the porous outer surface of the capillary body in such a way that at least one heating element is in direct contact with the porous outer surface.
В контексте настоящего документа термин «пористый» означает выполненный из материала, который является проницаемым для жидкого субстрата, образующего аэрозоль, и обеспечивает перемещение жидкого субстрата, образующего аэрозоль, сквозь него.In the context of this document, the term "porous" means made of a material that is permeable to the aerosol-forming liquid substrate and allows the aerosol-forming liquid substrate to move through it.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления электропроводный материал по меньшей мере одного нагревательного элемента по меньшей мере частично рассеян в пористой внешней поверхности капиллярного тела.In some preferred embodiments, the electrically conductive material of at least one heating element is at least partially dispersed within the porous outer surface of the capillary body.
В контексте настоящего документа термин «рассеян в пористой внешней поверхности» означает, что электропроводный материал встроен в материал пористой внешней поверхности по границе между электропроводным материалом и капиллярным телом или смешан с ним, например, путем прохождения в поры пористой внешней поверхности.In the context of this document, the term "dispersed in the porous outer surface" means that the electrically conductive material is embedded in the material of the porous outer surface at the boundary between the electrically conductive material and the capillary body or mixed with it, for example by passing into the pores of the porous outer surface.
При таком расположении контакт между по меньшей мере одним нагревательным элементом и капиллярным телом может быть дополнительно улучшен, что приведет к дальнейшему снижению числа или интенсивности «горячих точек» на внешней поверхности капиллярного тела и улучшенным свойствам аэрозоля. Кроме того, путем прохождения в пористую внешнюю поверхность капиллярного тела площадь контакта между упомянутым по меньшей мере одним нагревательным элементом и капиллярным телом увеличивается. Это может привести к дополнительному улучшению доставки жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к нагревательному элементу капиллярным телом и к улучшенному нагреванию жидкого субстрата, образующего аэрозоль, нагревательным элементом. Это также может улучшить адгезию между нагревательным элементом и капиллярным телом, дополнительно снижая риск потери контакта между нагревательным элементом и капиллярным телом, вызванной деформацией нагревательного элемента, например, во время сборки или вследствие тепловых напряжений, возникших во время использования.With such an arrangement, the contact between at least one heating element and the capillary body can be further improved, resulting in a further reduction in the number or intensity of "hot spots" on the outer surface of the capillary body and improved aerosol properties. Furthermore, by extending into the porous outer surface of the capillary body, the contact area between said at least one heating element and the capillary body is increased. This can lead to further improvement in the delivery of the liquid aerosol-forming substrate to the heating element by the capillary body and to improved heating of the liquid aerosol-forming substrate by the heating element. This can also improve adhesion between the heating element and the capillary body, further reducing the risk of loss of contact between the heating element and the capillary body caused by deformation of the heating element, for example, during assembly or due to thermal stresses that occur during use.
Электропроводный материал, из которого выполнен упомянутый по меньшей мере один нагревательный элемент, может быть нанесен на пористую внешнюю поверхность любым подходящим образом. Например, электропроводный материал может быть нанесен на пористую внешнюю поверхность капиллярного тела в виде жидкости с использованием дозирующей пипетки или шприца, или с использованием устройства для переноса с тонким кончиком, такого как игла.The conductive material of which the at least one heating element is made may be applied to the porous outer surface in any suitable manner. For example, the conductive material may be applied to the porous outer surface of the capillary body in liquid form using a dosing pipette or syringe, or using a fine-tipped transfer device such as a needle.
В некоторых вариантах осуществления упомянутый по меньшей мере один нагревательный элемент содержит пригодный для печатания электропроводный материал, напечатанный на пористой внешней поверхности капиллярного тела. В таких вариантах осуществления может быть использован любой подходящий известный метод печати. Например, один или более из трафаретной печати, глубокой печати, флексографической печати, струйной печати. Такие методы печати могут быть особенно применимы для высокоскоростных способов производства.In some embodiments, said at least one heating element comprises a printable conductive material printed onto the porous outer surface of the capillary body. In such embodiments, any suitable known printing method may be used, for example, one or more of screen printing, gravure printing, flexographic printing, or inkjet printing. Such printing methods may be particularly suitable for high-speed production processes.
В качестве альтернативы, электропроводный материал, из которого выполнен упомянутый по меньшей мере один нагревательный элемент, может быть нанесен на пористую внешнюю поверхность капиллярного тела посредством одного или более процессов вакуумного осаждения, таких как осаждение из паровой фазы и распыление.Alternatively, the electrically conductive material from which said at least one heating element is made may be applied to the porous outer surface of the capillary body by one or more vacuum deposition processes, such as vapor deposition and sputtering.
По меньшей мере один нагревательный элемент может быть выполнен из любого подходящего электропроводного материала. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления электропроводный материал содержит один или более из металла, электропроводного полимера и электропроводного керамического материала.At least one heating element may be made of any suitable electrically conductive material. In some preferred embodiments, the electrically conductive material comprises one or more of a metal, a conductive polymer, and a conductive ceramic material.
Подходящие электропроводные металлы включают алюминий, серебро, никель, золото, платину, медь, вольфрам и их сплавы. В некоторых вариантах осуществления электропроводный материал содержит металлический порошок, суспендированный в клее, таком как эпоксидная смола. В одном варианте осуществления электропроводный материал содержит эпоксидную смолу, содержащую серебро.Suitable conductive metals include aluminum, silver, nickel, gold, platinum, copper, tungsten, and their alloys. In some embodiments, the conductive material comprises a metal powder suspended in an adhesive such as an epoxy resin. In one embodiment, the conductive material comprises an epoxy resin containing silver.
Подходящие электропроводные полимеры включают PEDOT (поли(3,4-этилендиокситиофен)), PSS (поли(п-фениленсульфид)), PEDOT:PSS (смесь, содержащая как PEDOT, так и PSS), PANI (полианилины), PPY (поли(пиррол)ы), PPV (поли(п-фениленвинилен)) или любую их комбинацию.Suitable conductive polymers include PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PSS (poly(p-phenylene sulfide)), PEDOT:PSS (a blend containing both PEDOT and PSS), PANI (polyanilines), PPY (poly(pyrroles)), PPV (poly(p-phenylenevinylene)) or any combination thereof.
Подходящие электропроводные керамические материалы включают ITO (оксид индия и олова), SLT (титанат стронция, легированный лантаном), SYT (титанат стронция, легированный иттрием) или любую их комбинацию.Suitable conductive ceramic materials include ITO (indium tin oxide), SLT (lanthanum-doped strontium titanate), SYT (yttrium-doped strontium titanate), or any combination thereof.
Электропроводный материал может дополнительно содержать одну или более добавок, выбранных из группы, состоящей из растворителей; отвердителей; усилителей адгезии; поверхностно-активных веществ; средств для снижения вязкости и ингибиторов агрегации. Такие добавки могут быть использованы, например, для способствования нанесению электропроводного материала на пористую внешнюю поверхность капиллярного тела, для увеличения степени рассеивания электропроводного материала в пористой внешней поверхности капиллярного тела, для снижения времени, необходимого для обеспечения схватывания электропроводного материала, для увеличения уровня адгезии между электропроводным материалом и капиллярным телом или для снижения степени агрегации суспендированных частиц, таких как металлические частицы или порошок, в электропроводном материале перед нанесением на пористую внешнюю поверхность капиллярного тела.The electrically conductive material may further comprise one or more additives selected from the group consisting of solvents; hardeners; adhesion promoters; surfactants; viscosity reducers and aggregation inhibitors. Such additives may be used, for example, to facilitate the application of the electrically conductive material to the porous outer surface of the capillary body, to increase the degree of dispersion of the electrically conductive material in the porous outer surface of the capillary body, to reduce the time required to ensure the setting of the electrically conductive material, to increase the level of adhesion between the electrically conductive material and the capillary body, or to reduce the degree of aggregation of suspended particles, such as metal particles or powder, in the electrically conductive material prior to application to the porous outer surface of the capillary body.
Профиль нагрева электрического нагревателя может быть по существу постоянным на протяжении пористой внешней поверхности капиллярного тела.The heating profile of the electric heater may be substantially constant over the porous outer surface of the capillary body.
В некоторых вариантах осуществления упомянутый по меньшей мере один нагревательный элемент расположен таким образом, что его температурный профиль изменяется на протяжении электрического нагревателя.In some embodiments, said at least one heating element is arranged such that its temperature profile varies along the length of the electric heater.
Преимущественно путем изменения температурного профиля упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента количество тепла, генерируемого электрическим нагревателем на протяжении внешней поверхности капиллярного тела, может быть настроено в соответствии с характеристиками картриджа, например, в соответствии с характеристиками потока воздуха картриджа.Advantageously, by changing the temperature profile of said at least one heating element, the amount of heat generated by the electric heater along the outer surface of the capillary body can be adjusted in accordance with the characteristics of the cartridge, for example, in accordance with the air flow characteristics of the cartridge.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления упомянутый по меньшей мере один нагревательный элемент расположен таким образом, что электрический нагреватель генерирует большее количество тепла по направлению к периферии пористой внешней поверхности. Это позволяет электрическому нагревателю компенсировать потерю тепла с периферии внешней поверхности, например, потерю тепла вследствие теплопроводности, что в результате приводит к более равномерной температуре на протяжении пористой внешней поверхности.In some preferred embodiments, said at least one heating element is positioned such that the electric heater generates a greater amount of heat toward the periphery of the porous outer surface. This allows the electric heater to compensate for heat loss from the periphery of the outer surface, such as heat loss due to conduction, resulting in a more uniform temperature across the porous outer surface.
Профиль нагрева электрического нагревателя может быть изменен на протяжении пористой внешней поверхности путем изменения распределения упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента на протяжении пористой внешней поверхности. Например, профиль нагрева электрического нагревателя может быть увеличен по направлению к центру пористой внешней поверхности путем увеличения плотности распределения упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента по направлению к центру пористой внешней поверхности. В контексте настоящего документа термином «плотность распределения» обозначена доля пористой внешней поверхности, на которую нанесен электропроводный материал упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента. Например, плотность распределения в конкретной области пористой внешней поверхности, равная 50 процентам, будет указывать на то, что электропроводный материал нанесен на 50 процентов этой области, и не нанесен на оставшиеся 50 процентов этой области.The heating profile of the electric heater may be changed across the porous outer surface by changing the distribution of said at least one heating element across the porous outer surface. For example, the heating profile of the electric heater may be increased toward the center of the porous outer surface by increasing the distribution density of said at least one heating element toward the center of the porous outer surface. In the context of this document, the term "distribution density" denotes the proportion of the porous outer surface onto which the electrically conductive material of said at least one heating element is applied. For example, a distribution density in a specific region of the porous outer surface equal to 50 percent would indicate that the electrically conductive material is applied to 50 percent of this region, and is not applied to the remaining 50 percent of this region.
Профиль нагрева электрического нагревателя может быть изменен на протяжении пористой внешней поверхности путем изменения сопротивления нагревательного элемента на протяжении пористой внешней поверхности.The heating profile of an electric heater can be changed across the porous outer surface by changing the resistance of the heating element across the porous outer surface.
В некоторых вариантах осуществления сопротивление упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента уменьшается по направлению к центру пористой внешней поверхности для изменения профиля нагрева электрического нагревателя на протяжении пористой внешней поверхности. При таком расположении электрический нагреватель генерирует большее количество тепла по направлению к периферии пористой внешней поверхности капиллярного тела. Это может позволить электрическому нагревателю компенсировать потерю тепла с периферии внешней поверхности капиллярного тела, например, потерю тепла вследствие теплопроводности, что в результате приводит к более равномерной температуре на протяжении пористой внешней поверхности капиллярного тела.In some embodiments, the resistance of said at least one heating element decreases toward the center of the porous outer surface to alter the heating profile of the electric heater across the porous outer surface. With this arrangement, the electric heater generates more heat toward the periphery of the porous outer surface of the capillary body. This may allow the electric heater to compensate for heat loss from the periphery of the capillary body's outer surface, such as heat loss due to conduction, resulting in a more uniform temperature across the porous outer surface of the capillary body.
Сопротивление упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента может быть изменено путем использования множества нагревательных элементов, выполненных из электропроводных материалов с различными значениями удельного сопротивления. Например, сопротивление упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента может быть уменьшено по направлению к центру пористой внешней поверхности путем расположения множества нагревательных элементов на пористой внешней поверхности таким образом, что удельное сопротивление упомянутого по меньшей мере одного из нагревательных элементов по направлению к периферии пористой внешней поверхности капиллярного тела больше, чем удельное сопротивление по меньшей мере одного из нагревательных элементов по направлению к центру пористой внешней поверхности капиллярного тела.The resistance of said at least one heating element may be varied by using a plurality of heating elements made of electrically conductive materials with different resistivity values. For example, the resistance of said at least one heating element may be reduced toward the center of the porous outer surface by arranging a plurality of heating elements on the porous outer surface such that the resistivity of said at least one of the heating elements toward the periphery of the porous outer surface of the capillary body is greater than the resistivity of at least one of the heating elements toward the center of the porous outer surface of the capillary body.
В некоторых вариантах осуществления изменяется площадь поперечного сечения упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента. Это позволяет настраивать температурный профиль по меньшей мере одного нагревательного элемента в соответствии с характеристиками картриджа, поскольку сопротивление упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента обратно пропорционально его площади поперечного сечения. В таких вариантах осуществления упомянутый по меньшей мере один нагревательный элемент может содержать нагревательный элемент с площадью поперечного сечения, которая изменяется на протяжении длины нагревательного элемента. В качестве альтернативы или дополнения, упомянутый по меньшей мере один нагревательный элемент может содержать первый нагревательный элемент с первой площадью поперечного сечения и второй нагревательный элемент со второй площадью поперечного сечения, которая отличается от первой площади поперечного сечения.In some embodiments, the cross-sectional area of said at least one heating element varies. This allows the temperature profile of said at least one heating element to be adjusted according to the characteristics of the cartridge, since the resistance of said at least one heating element is inversely proportional to its cross-sectional area. In such embodiments, said at least one heating element may comprise a heating element with a cross-sectional area that varies along the length of the heating element. Alternatively or additionally, said at least one heating element may comprise a first heating element with a first cross-sectional area and a second heating element with a second cross-sectional area that differs from the first cross-sectional area.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления площадь поперечного сечения упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента увеличивается по направлению к центру пористой внешней поверхности. Это приводит в результате к генерированию большего количества тепла от упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента по направлению к периферии пористой внешней поверхности. Это позволяет электрическому нагревателю компенсировать потерю тепла с периферии внешней поверхности, например, потерю тепла вследствие теплопроводности, что в результате приводит к более равномерной температуре на протяжении пористой внешней поверхности.In some preferred embodiments, the cross-sectional area of the at least one heating element increases toward the center of the porous outer surface. This results in the generation of more heat from the at least one heating element toward the periphery of the porous outer surface. This allows the electric heater to compensate for heat loss from the periphery of the outer surface, such as heat loss due to conduction, resulting in a more uniform temperature across the porous outer surface.
Площадь поперечного сечения упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента может быть изменена путем изменения толщины упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента, или ширины упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента, или как толщины, так и ширины упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента.The cross-sectional area of said at least one heating element may be changed by changing the thickness of said at least one heating element, or the width of said at least one heating element, or both the thickness and the width of said at least one heating element.
В контексте настоящего документа терминами «изменяются», «изменяется», «отличаются», «отличается» и «различный» обозначены отклонения от стандартных производственных допусков и, в частности, значения, которые отличаются друг от друга по меньшей мере на 5 процентов.In the context of this document, the terms "vary", "varies", "differ", "differs" and "different" refer to deviations from standard manufacturing tolerances and, in particular, values that differ from each other by at least 5 percent.
В контексте настоящего документа термином «толщина» обозначен геометрический размер нагревательного элемента в направлении, перпендикулярном пористой внешней поверхности капиллярного тела и перпендикулярном длине нагревательного элемента.In the context of this document, the term "thickness" denotes the geometric dimension of the heating element in the direction perpendicular to the porous outer surface of the capillary body and perpendicular to the length of the heating element.
В контексте настоящего документа термином «ширина» обозначен геометрический размер нагревательного элемента в направлении, параллельном пористой внешней поверхности капиллярного тела и перпендикулярном длине нагревательного элемента.In the context of this document, the term "width" denotes the geometric dimension of the heating element in the direction parallel to the porous outer surface of the capillary body and perpendicular to the length of the heating element.
В любом из вариантов осуществления, описанных выше, смежные части по меньшей мере одного нагревательного элемента могут быть расположены на расстоянии друг от друга для определения множества щелей в электрическом нагревателе, при этом размер щелей изменяется для изменения температурного профиля электрического нагревателя. В таких вариантах осуществления по меньшей мере один нагревательный элемент может содержать множество нагревательных элементов, которые расположены на расстоянии друг от друга для определения множества щелей. В качестве альтернативы или дополнения, упомянутый по меньшей мере один нагревательный элемент может содержать один или более нагревательных элементов, которые образуют нелинейную форму таким образом, что смежные секции одного или более нагревательных элементов расположены на расстоянии друг от друга для определения множества щелей.In any of the embodiments described above, adjacent portions of at least one heating element may be spaced apart to define a plurality of slits in the electric heater, wherein the size of the slits varies to change the temperature profile of the electric heater. In such embodiments, at least one heating element may comprise a plurality of heating elements spaced apart to define a plurality of slits. Alternatively or additionally, said at least one heating element may comprise one or more heating elements that form a nonlinear pattern such that adjacent sections of one or more heating elements are spaced apart to define a plurality of slits.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления размер щелей становится меньше по направлению к периферии пористой поверхности капиллярного тела.In some preferred embodiments, the size of the slits becomes smaller towards the periphery of the porous surface of the capillary body.
Это может привести в результате к генерированию большего количества тепла от упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента по направлению к периферии пористой внешней поверхности. Это позволяет электрическому нагревателю компенсировать потерю тепла с периферии внешней поверхности, например, потерю тепла вследствие теплопроводности, что в результате приводит к более равномерной температуре на протяжении пористой внешней поверхности. Такое расположение также обеспечивает прохождение большего количества аэрозоля через электрический нагреватель в центральной части пористой внешней поверхности и может быть преимущественным в нагревателях в сборе, в которых центр пористой поверхности представляет собой наиболее важную область испарения. Например, средний размер щелей в периферийной части пористой внешней поверхности капиллярного тела по меньшей мере на 10 процентов меньше среднего размера щелей, расположенных снаружи периферийной части пористой внешней поверхности капиллярного тела, предпочтительно - по меньшей мере на 20 процентов меньше, более предпочтительно - по меньшей мере на 30 процентов меньше. Например, периферийная часть может иметь площадь, составляющую менее приблизительно 80 процентов от общей площади пористой внешней поверхности капиллярного тела, предпочтительно - менее приблизительно 60 процентов, более предпочтительно - менее приблизительно 40 процентов, наиболее предпочтительно - менее приблизительно 20 процентов.This can result in the generation of a greater amount of heat from the at least one heating element toward the periphery of the porous outer surface. This allows the electric heater to compensate for heat loss from the periphery of the outer surface, such as conduction heat loss, resulting in a more uniform temperature across the porous outer surface. This arrangement also allows a greater amount of aerosol to pass through the electric heater in the central portion of the porous outer surface and can be advantageous in heater assemblies in which the center of the porous surface represents the most important evaporation region. For example, the average size of the slits in the peripheral portion of the porous outer surface of the capillary body is at least 10 percent smaller than the average size of the slits located outside the peripheral portion of the porous outer surface of the capillary body, preferably at least 20 percent smaller, more preferably at least 30 percent smaller. For example, the peripheral portion may have an area that is less than about 80 percent of the total area of the porous outer surface of the capillary body, preferably less than about 60 percent, more preferably less than about 40 percent, most preferably less than about 20 percent.
Электрический нагреватель может содержать один нагревательный элемент. В качестве альтернативы, электрический нагреватель может содержать множество нагревательных элементов, соединенных последовательно или параллельно. В таких вариантах осуществления множество нагревательных элементов могут быть выполнены из одного и того же электропроводного материала.An electric heater may comprise a single heating element. Alternatively, the electric heater may comprise multiple heating elements connected in series or parallel. In such embodiments, the multiple heating elements may be made of the same electrically conductive material.
В качестве альтернативы, электрический нагреватель может содержать по меньшей мере один первый нагревательный элемент, выполненный из первого электропроводного материала, и по меньшей мере один второй нагревательный элемент, выполненный из второго электропроводного материала, отличного от первого электропроводного материала, при этом первый и второй электропроводные материалы нанесены непосредственно на пористую внешнюю поверхность капиллярного тела. Предпочтительно, удельное сопротивление первого электропроводного материала отличается от удельного сопротивления второго электропроводного материала.Alternatively, the electric heater may comprise at least one first heating element made of a first electrically conductive material and at least one second heating element made of a second electrically conductive material different from the first electrically conductive material, wherein the first and second electrically conductive materials are applied directly to the porous outer surface of the capillary body. Preferably, the specific resistance of the first electrically conductive material differs from the specific resistance of the second electrically conductive material.
Преимущественно, это позволяет настраивать температурный профиль по меньшей мере одного нагревательного элемента, и, таким образом, количество тепла, генерируемого электрическим нагревателем на протяжении внешней поверхности капиллярного тела, в соответствии с требуемыми характеристиками.Advantageously, this allows the temperature profile of at least one heating element, and thus the amount of heat generated by the electric heater along the outer surface of the capillary body, to be adjusted in accordance with the required characteristics.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления электрический нагреватель содержит множество нагревательных элементов, выполненных из электропроводных материалов с различными значениями удельного сопротивления. В таких вариантах осуществления множество нагревательных элементов могут быть расположены таким образом, что удельное сопротивление упомянутого по меньшей мере одного из нагревательных элементов по направлению к периферии пористой внешней поверхности капиллярного тела больше, чем удельное сопротивление упомянутого по меньшей мере одного из нагревательных элементов по направлению к центру пористой внешней поверхности капиллярного тела. При таком расположении электрический нагреватель генерирует большее количество тепла по направлению к периферии пористой внешней поверхности капиллярного тела. Это позволяет электрическому нагревателю компенсировать потерю тепла с периферии внешней поверхности капиллярного тела, например, потерю тепла вследствие теплопроводности, что в результате приводит к более равномерной температуре на протяжении пористой внешней поверхности капиллярного тела.In some preferred embodiments, the electric heater comprises a plurality of heating elements made of electrically conductive materials with different resistivity values. In such embodiments, the plurality of heating elements may be arranged such that the resistivity of at least one of the heating elements toward the periphery of the porous outer surface of the capillary body is greater than the resistivity of at least one of the heating elements toward the center of the porous outer surface of the capillary body. With such an arrangement, the electric heater generates a greater amount of heat toward the periphery of the porous outer surface of the capillary body. This allows the electric heater to compensate for heat loss from the periphery of the outer surface of the capillary body, such as heat loss due to conduction, resulting in a more uniform temperature across the porous outer surface of the capillary body.
Электрический нагреватель может содержать множество нагревательных элементов, выполненных из множества различных электропроводных материалов. В некоторых вариантах осуществления электрический нагреватель содержит множество нагревательных элементов, каждый из которых выполнен из другого электропроводного материала.An electric heater may comprise multiple heating elements made of multiple different electrically conductive materials. In some embodiments, the electric heater comprises multiple heating elements, each made of a different electrically conductive material.
Один или более нагревательных элементов могут быть выполнены из материала, сопротивление которого сильно изменяется в зависимости от температуры, такого как сплав железа и алюминия. Это обеспечивает возможность использования величины сопротивления нагревательных элементов для определения температуры или изменений температуры. Это может быть использовано в системе обнаружения затяжки и для управленияOne or more heating elements may be made of a material whose resistance varies significantly with temperature, such as an iron-aluminum alloy. This allows the resistance of the heating elements to be used to detect temperature or temperature changes. This can be used in a puff detection system and for control.
Электрический нагреватель может содержать первую и вторую электропроводные контактные части, находящиеся в электрическом контакте с по меньшей мере одним нагревательным элементом. В таких вариантах осуществления первая и вторая электропроводные контактные части могут быть выполнены из электропроводного материала, нанесенного непосредственно на пористую внешнюю поверхность капиллярного тела.The electric heater may comprise first and second conductive contact portions in electrical contact with at least one heating element. In such embodiments, the first and second conductive contact portions may be formed from a conductive material applied directly to the porous outer surface of the capillary body.
В некоторых вариантах осуществления по существу весь электрический нагреватель выполнен из одного или более электропроводных материалов, нанесенных непосредственно на пористую внешнюю поверхность капиллярного тела.In some embodiments, substantially the entire electrical heater is formed from one or more electrically conductive materials applied directly to the porous outer surface of the capillary body.
Электрическое сопротивление электрического нагревателя предпочтительно составляет от 0,3 Ом до 4 Ом. Более предпочтительно, электрическое сопротивление электрического нагревателя составляет от 0,5 Ом до 3 Ом, и более предпочтительно - приблизительно 1 Ом.The electrical resistance of the electric heater is preferably from 0.3 ohms to 4 ohms. More preferably, the electrical resistance of the electric heater is from 0.5 ohms to 3 ohms, and more preferably approximately 1 ohm.
В случае если электрический нагреватель содержит электропроводные контактные части для вступления в контакт с упомянутым по меньшей мере одним нагревательным элементом, электрическое сопротивление упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента предпочтительно - по меньшей мере на порядок, и более предпочтительно - по меньшей мере на два порядка больше, чем электрическое сопротивление электропроводных контактных частей. Это обеспечивает локализацию тепла, генерируемого в результате протекания тока через электрический нагреватель, по меньшей мере на одном нагревательном элементе. Низкое общее сопротивление электрического нагревателя в целом является преимущественным, если картридж предназначен для использования совместно с системой, генерирующей аэрозоль, питаемой от батареи. Минимизация паразитных потерь между электрическими контактами и нагревательными элементами также является желательной для минимизации паразитных потерь мощности. Система с низким сопротивлением и высоким током обеспечивает возможность подачи высокой мощности на электрический нагреватель. Это обеспечивает возможность быстрого нагревания нагревателем нагревательных элементов до необходимой температуры.If the electric heater comprises conductive contact parts for contact with the at least one heating element, the electrical resistance of the at least one heating element is preferably at least an order of magnitude, and more preferably at least two orders of magnitude, greater than the electrical resistance of the conductive contact parts. This ensures that the heat generated by the current flowing through the electric heater is localized on the at least one heating element. A low overall resistance of the electric heater is generally advantageous if the cartridge is intended for use with a battery-powered aerosol-generating system. Minimizing parasitic losses between the electrical contacts and the heating elements is also desirable to minimize parasitic power losses. A low-resistance, high-current system enables high power to be supplied to the electric heater. This enables the heater to quickly heat the heating elements to the required temperature.
Электропроводные контактные части могут быть непосредственно прикреплены к упомянутому по меньшей мере одному нагревательному элементу. В качестве альтернативы электропроводные контактные части могут составлять единое целое с упомянутым по меньшей мере одним нагревательным элементом. Предоставление электропроводных контактных частей, которые составляют единое целое с по меньшей мере одним нагревательным элементом, обеспечивает возможность надежного и простого соединения электрического нагревателя с источником питания.The conductive contact portions may be directly attached to the at least one heating element. Alternatively, the conductive contact portions may be integral with the at least one heating element. Providing conductive contact portions that are integral with the at least one heating element enables reliable and simple connection of the electric heater to the power source.
Капиллярное тело может представлять собой капиллярный фитиль или любой другой тип или форму капиллярного тела, такую как капиллярная трубка. В предпочтительных вариантах осуществления капиллярное тело содержит капиллярный материал. Капиллярный материал может содержать любой подходящий материал или комбинации материалов. Капиллярное тело может содержать один капиллярный материал.The capillary body may be a capillary wick or any other type or form of capillary body, such as a capillary tube. In preferred embodiments, the capillary body comprises a capillary material. The capillary material may comprise any suitable material or combination of materials. The capillary body may comprise a single capillary material.
В некоторых вариантах осуществления капиллярное тело содержит первый капиллярный материал и второй капиллярный материал, при этом упомянутый по меньшей мере один нагревательный элемент выполнен из электропроводного материала, нанесенного непосредственно на пористую внешнюю поверхность первого капиллярного материала, и при этом второй капиллярный материал находится в контакте с первым капиллярным материалом и отделен от электрического нагревателя первым капиллярным материалом, при этом первый капиллярный материал имеет более высокую температуру термического разложения, чем второй капиллярный материал. Первый капиллярный материал эффективно действует как разделитель, отделяющий по меньшей мере один нагревательный элемент от второго капиллярного материала, так что второй капиллярный материал не подвергается воздействию температур, превышающих температуру его термического разложения. В некоторых вариантах осуществления температура термического разложения первого капиллярного материала составляет по меньшей мере 160 градусов Цельсия и предпочтительно - по меньшей мере 250 градусов Цельсия.In some embodiments, the capillary body comprises a first capillary material and a second capillary material, wherein said at least one heating element is made of an electrically conductive material applied directly to the porous outer surface of the first capillary material, and wherein the second capillary material is in contact with the first capillary material and is separated from the electric heater by the first capillary material, wherein the first capillary material has a higher thermal decomposition temperature than the second capillary material. The first capillary material effectively acts as a separator separating the at least one heating element from the second capillary material, so that the second capillary material is not exposed to temperatures exceeding its thermal decomposition temperature. In some embodiments, the thermal decomposition temperature of the first capillary material is at least 160 degrees Celsius and preferably at least 250 degrees Celsius.
В контексте настоящего документа «температура термического разложения» означает температуру, при которой материал начинает разлагаться и терять массу в результате генерирования газообразных побочных продуктов.In the context of this document, "thermal decomposition temperature" means the temperature at which a material begins to decompose and lose mass as a result of the generation of gaseous by-products.
Второй капиллярный материал может преимущественно занимать больший объем, чем первый капиллярный материал, и может удерживать большее количество субстрата, образующего аэрозоль, чем первый капиллярный материал. Второй капиллярный материал может иметь лучшие фитильные свойства по сравнению с первым капиллярным материалом. Второй капиллярный материал может являться менее дорогостоящим или иметь более высокую заполняемость, чем первый капиллярный материал. Второй капиллярный материал может представлять собой полипропилен.The second capillary material may advantageously occupy a larger volume than the first capillary material and can retain a greater amount of aerosol-forming substrate than the first capillary material. The second capillary material may have superior wicking properties compared to the first capillary material. The second capillary material may be less expensive or have a higher filling capacity than the first capillary material. The second capillary material may be polypropylene.
Первый капиллярный материал может отделять электрический нагреватель от второго капиллярного материала расстоянием, составляющим по меньшей мере 1,5 миллиметра и предпочтительно - от 1,5 миллиметра до 2 миллиметров, с целью обеспечения достаточного падения температуры на первом капиллярном материале.The first capillary material may separate the electric heater from the second capillary material by a distance of at least 1.5 millimeters and preferably from 1.5 millimeters to 2 millimeters, in order to ensure a sufficient temperature drop across the first capillary material.
Если капиллярное тело содержит капиллярный материал, капиллярный материал может иметь волокнистую или губчатую структуру. Капиллярный материал предпочтительно содержит пучок капилляров. Например, капиллярный материал может содержать множество волокон или нитей или других трубок с тонкими каналами. Волокна или нити могут быть, в целом, выровнены для подведения жидкости в нагреватель. В качестве альтернативы, капиллярный материал может содержать губкообразный или пенообразный материал. Структура капиллярного материала образует множество небольших каналов или трубок, через которые жидкость может быть перемещена за счет капиллярного действия. Капиллярный(-ые) материал или материалы может(могут) содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примерами подходящих материалов являются губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спекшихся порошков, вспененный металлический или пластиковый материал, волокнистый материал, например, выполненный из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетилцеллюлозные, сложнополиэфирные или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамика. Капиллярный материал может иметь любые подходящие капиллярность и пористость, позволяющие использовать его с жидкостями, имеющими различные физические свойства. Жидкость имеет физические свойства, включая, помимо всего прочего, вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температуру кипения и давление пара, которые обеспечивают возможность транспортировки жидкости через капиллярное устройство за счет капиллярного действия.If the capillary body comprises a capillary material, the capillary material may have a fibrous or spongy structure. The capillary material preferably comprises a bundle of capillaries. For example, the capillary material may comprise a plurality of fibers or filaments, or other tubes with fine channels. The fibers or filaments may be generally aligned to conduct fluid to the heater. Alternatively, the capillary material may comprise a sponge-like or foam-like material. The structure of the capillary material forms a plurality of small channels or tubes through which fluid can be moved by capillary action. The capillary material(s) may comprise any suitable material or combination of materials. Examples of suitable materials include sponge or foam, ceramic or graphite-based materials in the form of fibers or sintered powders, foamed metal or plastic materials, fibrous materials such as spun or extruded fibers such as cellulose acetate, polyester, or bonded polyolefin, polyethylene, terylene, or polypropylene fibers, nylon fibers, or ceramics. The capillary material may have any suitable capillarity and porosity that allows it to be used with liquids having different physical properties. The liquid has physical properties, including, but not limited to, viscosity, surface tension, density, thermal conductivity, boiling point, and vapor pressure, that enable the liquid to be transported through the capillary device by capillary action.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предоставлен картридж для использования в системе, генерирующей аэрозоль, при этом картридж содержит часть для хранения жидкости для удержания жидкого субстрата, образующего аэрозоль; и нагреватель в сборе в соответствии с любым из вариантов осуществления, описанных выше.According to a second aspect of the present invention, a cartridge is provided for use in an aerosol generating system, wherein the cartridge comprises a liquid storage portion for holding a liquid substrate that forms an aerosol; and a heater assembly in accordance with any of the embodiments described above.
В альтернативных вариантах осуществления нагреватель в сборе может быть предоставлен в качестве неотделимой части системы, генерирующей аэрозоль, а не образующей части картриджа для использования в системе, генерирующей аэрозоль.In alternative embodiments, the heater assembly may be provided as an integral part of the aerosol generating system, rather than forming part of a cartridge for use in the aerosol generating system.
Часть для хранения жидкости картриджа может быть предоставлена капиллярным телом. Например, капиллярное тело может быть выполнено из капиллярного материала с высокой удерживающей способностью, который образует часть для хранения жидкости картриджа. В качестве альтернативы, часть для хранения жидкости и капиллярное тело могут быть различными компонентами картриджа.The fluid storage portion of the cartridge may be provided by a capillary body. For example, the capillary body may be made of a capillary material with high retention capacity, which forms the fluid storage portion of the cartridge. Alternatively, the fluid storage portion and the capillary body may be separate components of the cartridge.
В случае если часть для хранения жидкости и капиллярное тело являются различными компонентами картриджа, в некоторых вариантах осуществления капиллярное тело содержит первый конец, проходящий в часть для хранения жидкости для контакта с жидкостью в ней, и пористый второй конец, противоположный первому концу, при этом по меньшей мере один нагревательный элемент выполнен из электропроводного материала, нанесенного непосредственно на второй конец капиллярного тела. В качестве альтернативы, первый конец капиллярного тела может находиться снаружи части для хранения жидкости, и капиллярное тело может содержать по меньшей мере одну другую пористую поверхность для контакта с жидкостью в части для хранения жидкости. Например, капиллярное тело может содержать одну или более пористых боковых стенок капиллярного тела для контакта с жидкостью в части для хранения жидкости, посредством которых жидкий субстрат, образующий аэрозоль, подводится из части для хранения жидкости в электрический нагреватель.If the liquid storage portion and the capillary body are different components of the cartridge, in some embodiments, the capillary body comprises a first end extending into the liquid storage portion for contact with the liquid therein, and a porous second end opposite the first end, wherein at least one heating element is made of an electrically conductive material applied directly to the second end of the capillary body. Alternatively, the first end of the capillary body may be located outside the liquid storage portion, and the capillary body may comprise at least one other porous surface for contact with the liquid in the liquid storage portion. For example, the capillary body may comprise one or more porous sidewalls of the capillary body for contact with the liquid in the liquid storage portion, through which the liquid substrate forming the aerosol is supplied from the liquid storage portion to the electric heater.
Часть для хранения жидкости может содержать корпус для удержания жидкого субстрата, образующего аэрозоль, при этом корпус имеет отверстие, причем капиллярное тело расположено таким образом, что электрический нагреватель проходит на протяжении отверстия.The liquid storage portion may comprise a housing for holding a liquid substrate that forms an aerosol, wherein the housing has an opening, and the capillary body is positioned such that the electric heater extends along the opening.
Картридж может содержать часть для хранения жидкости, содержащую корпус для удержания жидкого субстрата, образующего аэрозоль, при этом корпус имеет отверстие. Корпус может быть жестким корпусом и непроницаемым для текучей среды. В контексте настоящего документа «жесткий корпус» означает корпус, который является самонесущим. Капиллярное тело может представлять собой капиллярный материал, содержащийся в корпусе части для хранения.The cartridge may comprise a liquid storage portion comprising a housing for holding a liquid aerosol-forming substrate, the housing having an opening. The housing may be rigid and impermeable to fluid. As used herein, "rigid housing" means a self-supporting housing. The capillary body may comprise a capillary material contained within the housing of the storage portion.
Корпус может содержать два или более различных капиллярных материалов, при этом первый капиллярный материал, находящийся в контакте с упомянутым по меньшей мере одним нагревательным элементом, имеет более высокую температуру термического разложения, а второй капиллярный материал, находящийся в контакте с первым капиллярным материалом, но не находящийся в контакте с упомянутым по меньшей мере одним нагревательным элементом, имеет более низкую температуру термического разложения. Первый капиллярный материал эффективно действует как разделитель, отделяющий нагревательный элемент от второго капиллярного материала, так что второй капиллярный материал не подвергается воздействию температур, превышающих температуру его термического разложения. В контексте настоящего документа «температура термического разложения» означает температуру, при которой материал начинает разлагаться и терять массу в результате генерирования газообразных побочных продуктов. Второй капиллярный материал может преимущественно занимать больший объем, чем первый капиллярный материал, и может удерживать большее количество субстрата, образующего аэрозоль, чем первый капиллярный материал. Второй капиллярный материал может иметь лучшие фитильные свойства по сравнению с первым капиллярным материалом. Второй капиллярный материал может являться менее дорогостоящим или иметь более высокую заполняемость, чем первый капиллярный материал. Второй капиллярный материал может представлять собой полипропилен.The housing may comprise two or more different capillary materials, wherein the first capillary material, in contact with said at least one heating element, has a higher thermal decomposition temperature, and the second capillary material, in contact with the first capillary material but not in contact with said at least one heating element, has a lower thermal decomposition temperature. The first capillary material effectively acts as a separator separating the heating element from the second capillary material, so that the second capillary material is not exposed to temperatures exceeding its thermal decomposition temperature. In the context of this document, "thermal decomposition temperature" means the temperature at which the material begins to decompose and lose mass as a result of generating gaseous by-products. The second capillary material may advantageously occupy a larger volume than the first capillary material and can retain a larger amount of aerosol-forming substrate than the first capillary material. The second capillary material may have superior wicking properties compared to the first capillary material. The second capillary material may be less expensive or have a higher fill rate than the first capillary material. The second capillary material may be polypropylene.
В случае если часть для хранения жидкости содержит корпус, имеющий отверстие, упомянутый по меньшей мере один нагревательный элемент может проходить на протяжении всего геометрического размера по длине отверстия корпуса. Геометрический размер по ширине представляет собой геометрический размер, перпендикулярный геометрическому размеру по длине в плоскости отверстия. Предпочтительно, по меньшей мере один нагревательный элемент имеет ширину, которая меньше ширины отверстия корпуса. Предпочтительно, электрический нагреватель расположен на расстоянии от периметра отверстия. Ширина упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента может быть меньше ширины отверстия по меньшей мере в части отверстия. Ширина упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента может быть меньше ширины отверстия по всему отверстию. Ширина упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента может составлять менее 90 процентов, например, менее 50 процентов, например, менее 30 процентов, например, менее 25 процентов ширины отверстия корпуса. Площадь упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента может составлять менее 90 процентов, например, менее 50 процентов, например, менее 30 процентов, например, менее 25 процентов площади отверстия корпуса. Площадь упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента может составлять, например, от 10 процентов до 50 процентов площади отверстия, предпочтительно - от 15 до 25 процентов площади отверстия. Открытая площадь по меньшей мере одного нагревательного элемента, которая является отношением площади щелей к общей площади электрического нагревателя, предпочтительно составляет от приблизительно 25 процентов до приблизительно 56 процентов. Отверстие может иметь любую подходящую форму. Например, отверстие может иметь круглую, квадратную или прямоугольную форму. Площадь отверстия может быть небольшой, предпочтительно равной приблизительно 25 или менее квадратных миллиметров. Промежуток между нагревательным элементом и периферией отверстия предпочтительно имеет такой размер, чтобы значительно уменьшать тепловой контакт. Промежуток между нагревательным элементом и периферией отверстия может составлять от 25 микронов до 40 микронов.If the liquid storage portion comprises a housing having an opening, the at least one heating element may extend along the entire geometric dimension along the length of the housing opening. The width geometric dimension is a geometric dimension perpendicular to the length geometric dimension in the plane of the opening. Preferably, the at least one heating element has a width that is smaller than the width of the housing opening. Preferably, the electric heater is located at a distance from the perimeter of the opening. The width of the at least one heating element may be smaller than the width of the opening, at least in a portion of the opening. The width of the at least one heating element may be smaller than the width of the opening along the entire opening. The width of the at least one heating element may be less than 90 percent, for example less than 50 percent, for example less than 30 percent, for example less than 25 percent, of the width of the housing opening. The area of said at least one heating element may be less than 90 percent, for example less than 50 percent, for example less than 30 percent, for example less than 25 percent of the area of the housing opening. The area of said at least one heating element may be, for example, from 10 percent to 50 percent of the opening area, preferably from 15 to 25 percent of the opening area. The open area of at least one heating element, which is the ratio of the area of the slits to the total area of the electric heater, is preferably from about 25 percent to about 56 percent. The opening may have any suitable shape. For example, the opening may be round, square, or rectangular. The area of the opening may be small, preferably equal to or less than approximately 25 square millimeters. The gap between the heating element and the periphery of the opening is preferably sized to significantly reduce thermal contact. The gap between the heating element and the periphery of the opening may be from 25 microns to 40 microns.
Упомянутый по меньшей мере один нагревательный элемент предпочтительно расположен таким образом, чтобы площадь физического контакта с частью для хранения была уменьшена по сравнению со случаем, когда нагревательные элементы электрического нагревателя находятся в контакте по всей периферии части для хранения жидкости. Упомянутый по меньшей мере один нагревательный элемент предпочтительно не находится в непосредственном контакте с периметром части для хранения жидкости. Таким образом снижается тепловой контакт с частью для хранения жидкости, и снижаются потери тепла в части для хранения жидкости и дополнительных смежных элементах, например, элементах системы, генерирующей аэрозоль, в которой используется картридж.Said at least one heating element is preferably positioned such that the area of physical contact with the storage portion is reduced compared to the case where the heating elements of the electric heater are in contact along the entire periphery of the liquid storage portion. Said at least one heating element is preferably not in direct contact with the perimeter of the liquid storage portion. This reduces thermal contact with the liquid storage portion, and reduces heat loss in the liquid storage portion and additional adjacent elements, such as elements of an aerosol-generating system utilizing the cartridge.
Не желая ограничиваться какой-либо конкретной теорией, считается, что вследствие отдаления нагревательного элемента от части для хранения жидкости меньше тепла передается на часть для хранения жидкости, что таким образом повышает эффективность нагревания и, следовательно, генерирования аэрозоля.Without wishing to be bound by any particular theory, it is believed that by moving the heating element away from the liquid storage portion, less heat is transferred to the liquid storage portion, thereby increasing the efficiency of heating and hence aerosol generation.
Электрический нагреватель может содержать один нагревательный элемент или множество нагревательных элементов, соединенных параллельно или последовательно. В случае если электрический нагреватель содержит по меньшей мере первую и вторую электропроводные контактные части для вступления в контакт с упомянутым по меньшей мере одним нагревательным элементом, первая и вторая электропроводные контактные части могут быть расположены так, что первая контактная часть контактирует с первым нагревательным элементом, а вторая контактная часть контактирует с последним нагревательным элементом из последовательно соединенных нагревательных элементов. Для того чтобы обеспечить возможность последовательного соединения всех нагревательных элементов, могут быть предоставлены дополнительные контактные части.The electric heater may comprise a single heating element or multiple heating elements connected in parallel or series. If the electric heater comprises at least first and second electrically conductive contact portions for engaging said at least one heating element, the first and second electrically conductive contact portions may be arranged such that the first contact portion contacts the first heating element, and the second contact portion contacts the last heating element of the series-connected heating elements. Additional contact portions may be provided to enable the series connection of all heating elements.
В случае если электрический нагреватель содержит множество нагревательных элементов, нагревательные элементы могут быть пространственно расположены по существу параллельно друг другу. Предпочтительно нагревательные элементы расположены на расстоянии друг от друга. Не желая ограничиваться какой-либо конкретной теорией, считается, что расположение нагревательных элементов на расстоянии друг от друга может обеспечить более эффективное нагревание. Путем расположения нагревательных элементов на надлежащем расстоянии друг от друга может быть, например, обеспечено более равномерное нагревание по всей площади отверстия по сравнению, например, со случаем, когда используется один нагревательный элемент, имеющий такую же площадь.If the electric heater contains multiple heating elements, the heating elements may be spatially arranged substantially parallel to one another. Preferably, the heating elements are spaced apart. Without wishing to be bound by any particular theory, it is believed that spacing the heating elements apart can provide more efficient heating. By properly spacing the heating elements, for example, more uniform heating can be achieved across the entire opening compared to, for example, using a single heating element of the same area.
В случае если электрический нагреватель содержит множество нагревательных элементов, по меньшей мере один из множества нагревательных элементов может содержать первый материал, и по меньшей мере один другой из множества нагревательных элементов может содержать второй материал, отличный от первого материала. Это может представлять преимущество из электрических или механических соображений. Например, один или более нагревательных элементов могут быть выполнены из материала, сопротивление которого значительно изменяется в зависимости от температуры, такого как сплав железа и алюминия. Это обеспечивает возможность использования величины сопротивления нагревательных элементов для определения температуры или изменений температуры. Это может быть использовано в системе обнаружения затяжки и для управления температурой нагревателя в целях поддержания ее в пределах необходимого температурного диапазона.If the electric heater comprises multiple heating elements, at least one of the plurality of heating elements may comprise a first material, and at least one other of the plurality of heating elements may comprise a second material different from the first material. This may be advantageous for electrical or mechanical reasons. For example, one or more heating elements may be made of a material whose resistance varies significantly with temperature, such as an iron-aluminum alloy. This allows the resistance value of the heating elements to be used to determine temperature or temperature changes. This can be used in a puff detection system and to control the heater temperature to maintain it within the desired temperature range.
Упомянутый по меньшей мере один нагревательный элемент может содержать группу электропроводных нитей, проходящих вдоль длины упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента, при этом множество щелей образованы промежутками между электропроводными нитями. В таких вариантах осуществления размер множества щелей может быть изменен путем увеличения или уменьшения размера промежутков между смежными нитями. Этого можно достичь путем изменения ширины электропроводных нитей, или путем изменения интервала между смежными нитями, или путем изменения как ширины электропроводных нитей, так и интервала между смежными нитями.The at least one heating element may comprise a plurality of electrically conductive filaments extending along the length of the at least one heating element, wherein a plurality of slits are formed by the spaces between the electrically conductive filaments. In such embodiments, the size of the plurality of slits may be varied by increasing or decreasing the size of the spaces between adjacent filaments. This may be achieved by varying the width of the electrically conductive filaments, or by varying the spacing between adjacent filaments, or by varying both the width of the electrically conductive filaments and the spacing between adjacent filaments.
В контексте настоящего документа термином «нить» обозначен электрический путь, расположенный между двумя электрическим контактами. Нить может быть произвольно разветвлена и разделена на несколько каналов или нитей соответственно или может быть сведена из нескольких электрических каналов в один канал. Поперечное сечение нити может иметь круглую, квадратную, плоскую или любую другую форму. В предпочтительном варианте осуществления нити имеют по существу плоское поперечное сечение. Нить может быть расположена прямолинейным или криволинейным образом.In the context of this document, the term "thread" refers to an electrical path located between two electrical contacts. A thread may be arbitrarily branched and divided into multiple channels or threads, respectively, or may be combined from multiple electrical channels into a single channel. The thread's cross-section may be round, square, flat, or any other shape. In a preferred embodiment, the threads have a substantially flat cross-section. The thread may be arranged in a rectilinear or curved fashion.
Электропроводные нити могут быть по существу плоскими.Conductive threads may be substantially flat.
В контексте настоящего документа «по существу плоский» предпочтительно означает образованный в одной плоскости и, например, не обернутый вокруг чего-либо или иным образом не приспособленный для соответствия криволинейной или другой плоской форме. Плоский электрический нагреватель может быть легко обработан во время изготовления и обеспечивает надежную конструкцию.In the context of this document, "substantially flat" preferably means formed in a single plane and, for example, not wrapped around anything or otherwise adapted to conform to a curved or other flat shape. A flat electric heater can be easily machined during manufacturing and provides a robust design.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой жидкий субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут быть высвобождены путем нагревания субстрата, образующего аэрозоль.An aerosol-forming liquid substrate is a liquid substrate capable of releasing volatile compounds that can form an aerosol. The volatile compounds can be released by heating the aerosol-forming substrate.
Субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой жидкость. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагревании. Субстрат, образующий аэрозоль, в качестве альтернативы может содержать материал, не содержащий табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля представляет собой любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которое при использовании способствует образованию плотного и устойчивого аэрозоля и которое при рабочей температуре системы по существу устойчиво к термической деградации. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны из уровня техники и включают, помимо всего прочего, 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. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как ароматизаторы.The aerosol-forming substrate is a liquid. The aerosol-forming substrate may comprise a plant-based material. The aerosol-forming substrate may comprise tobacco. The aerosol-forming substrate may comprise a tobacco-containing material containing volatile tobacco flavor compounds that are released from the aerosol-forming substrate upon heating. Alternatively, the aerosol-forming substrate may comprise a non-tobacco-containing material. The aerosol-forming substrate may comprise a homogenized plant-based material. The aerosol-forming substrate may comprise a homogenized tobacco material. The aerosol-forming substrate may comprise at least one aerosol-forming substance. The aerosol-forming substance is any suitable known compound or mixture of compounds that, when used, promotes the formation of a dense and stable aerosol and that, at the operating temperature of the system, is substantially resistant to thermal degradation. Suitable aerosol formers are well known in the art and include, among others, polyhydric alcohols such as triethylene glycol, 1,3-butanediol, and glycerol; esters of polyhydric alcohols such as glycerol mono-, di-, or triacetate; and aliphatic esters of mono-, di-, or polycarboxylic acids such as dimethyl dodecanedioate and dimethyl tetradecanedioate. Preferred aerosol formers are polyhydric alcohols or mixtures thereof, such as triethylene glycol, 1,3-butanediol, and, most preferably, glycerol. The aerosol-forming substrate may contain other additives and ingredients, such as fragrances.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предоставлена система, генерирующая аэрозоль, содержащая устройство, генерирующее аэрозоль, и картридж согласно любому из вариантов осуществления, описанных выше, при этом картридж соединен с возможностью отсоединения с устройством, генерирующим аэрозоль, и при этом устройство, генерирующее аэрозоль, содержит источник питания для электрического нагревателя.According to a third aspect of the present invention, there is provided an aerosol generating system comprising an aerosol generating device and a cartridge according to any of the embodiments described above, wherein the cartridge is detachably connected to the aerosol generating device, and wherein the aerosol generating device comprises a power source for an electric heater.
В контексте настоящего документа «картридж, соединенный с возможностью отсоединения с устройством» означает, что картридж и устройство могут быть соединены и отсоединены друг от друга без повреждения как устройства, так и картриджа.As used herein, a "cartridge removably coupled to a device" means that the cartridge and the device can be connected and disconnected from each other without damaging either the device or the cartridge.
Картридж может быть заменен после израсходования. Поскольку картридж удерживает субстрат, образующий аэрозоль, и электрический нагреватель, электрический нагреватель также регулярно заменяют, в результате чего поддерживаются оптимальные условия испарения даже после длительного использования главного блока.The cartridge can be replaced once it's used up. Since the cartridge holds the aerosol-forming substrate and the electric heater, the electric heater is also regularly replaced, maintaining optimal evaporation conditions even after extended use of the main unit.
Система, генерирующая аэрозоль, может дополнительно содержать электрическую схему, соединенную с электрическим нагревателем и источником электропитания, при этом электрическая схема выполнена с возможностью отслеживания электрического сопротивления электрического нагревателя и регулировки подачи питания от источника электропитания на электрический нагреватель на основании отслеженного электрического сопротивления. Например, электрическая схема может быть выполнена с возможностью отслеживания электрического сопротивления одного или более нагревательных элементов. Путем отслеживания температуры электрического нагревателя система может предотвращать избыточное или недостаточное нагревание электрического нагревателя и гарантировать обеспечение оптимальных условий испарения.The aerosol-generating system may further comprise an electrical circuit connected to the electric heater and a power source, wherein the electrical circuit is configured to monitor the electrical resistance of the electric heater and adjust the power supply from the power source to the electric heater based on the monitored electrical resistance. For example, the electrical circuit may be configured to monitor the electrical resistance of one or more heating elements. By monitoring the temperature of the electric heater, the system can prevent overheating or underheating of the electric heater and ensure optimal evaporation conditions.
Электрическая схема может содержать микропроцессор, который может представлять собой программируемый микропроцессор, микроконтроллер или специализированную интегральную микросхему (ASIC) или другую электронную схему, способную осуществлять управление. Электрическая схема может содержать дополнительные электронные компоненты. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью регулирования подачи питания на нагреватель. Питание может подаваться на электрический нагреватель непрерывно после активации системы или может подаваться с перерывами, например, на основании затяжек. Питание может подаваться на электрический нагреватель в виде импульсов электрического тока.The electrical circuit may include a microprocessor, which may be a programmable microprocessor, a microcontroller, an application-specific integrated circuit (ASIC), or other electronic circuit capable of control. The electrical circuit may include additional electronic components. The electrical circuit may be configured to regulate the power supply to the heater. Power may be supplied to the electric heater continuously after system activation or may be supplied intermittently, for example, based on puffs. Power may be supplied to the electric heater in the form of pulses of electric current.
Устройство, генерирующее аэрозоль, содержит источник питания для электрического нагревателя картриджа. Источником питания может быть батарея, такая как литий-железо-фосфатная батарея, расположенная внутри устройства. В качестве альтернативы источник питания может представлять собой устройство накопления заряда другого типа, такое как конденсатор. Источник питания может требовать перезарядки и может обладать емкостью, позволяющей накапливать достаточное количество энергии для одного или более сеансов курения. Например, источник питания может обладать достаточной емкостью для обеспечения возможности осуществления непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, равного приблизительно шести минутам, что соответствует обычному времени, необходимому для выкуривания традиционной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере источник питания может обладать достаточной емкостью для обеспечения возможности осуществления предварительно заданного количества затяжек или отдельных активаций нагревателя.An aerosol-generating device includes a power source for an electric cartridge heater. The power source may be a battery, such as a lithium iron phosphate battery, located within the device. Alternatively, the power source may be another type of charge storage device, such as a capacitor. The power source may be rechargeable and may have a capacity sufficient to store enough energy for one or more smoking sessions. For example, the power source may have sufficient capacity to support continuous aerosol generation for approximately six minutes, which corresponds to the typical time required to smoke a traditional cigarette, or for a period of time that is a multiple of six minutes. In another example, the power source may have sufficient capacity to support a predetermined number of puffs or individual heater activations.
Часть для хранения жидкости может быть расположена на первой стороне электрического нагревателя, а канал для потока воздуха расположен на противоположной стороне электрического нагревателя относительно части для хранения, вследствие чего поток воздуха, протекающий мимо электрического нагревателя, увлекает испаренный субстрат, образующий аэрозоль.The liquid storage portion may be located on a first side of the electric heater, and the air flow channel may be located on the opposite side of the electric heater relative to the storage portion, whereby the air flow passing the electric heater entrains the evaporated substrate to form an aerosol.
Система может представлять собой электроуправляемую курительную систему. Система может представлять собой удерживаемую рукой систему, генерирующую аэрозоль. Система, генерирующая аэрозоль, может иметь размер, сопоставимый с размером традиционной сигары или сигареты. Курительная система может иметь общую длину, составляющую от примерно 30 миллиметров до примерно 150 миллиметров. Курительная система может иметь внешний диаметр, составляющий от примерно 5 миллиметров до примерно 30 миллиметров.The system may be an electrically controlled smoking system. The system may be a hand-held aerosol-generating system. The aerosol-generating system may be comparable in size to a traditional cigar or cigarette. The smoking system may have an overall length ranging from approximately 30 millimeters to approximately 150 millimeters. The smoking system may have an outer diameter ranging from approximately 5 millimeters to approximately 30 millimeters.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предоставлен способ изготовления картриджа для использования в системе, генерирующей аэрозоль, при этом способ включает следующие этапы: предоставление части для хранения жидкости для удержания жидкого субстрата, образующего аэрозоль; предоставление капиллярного тела, имеющего пористую внешнюю поверхность; образование электрического нагревательного элемента путем нанесения электропроводного материала непосредственно на пористую внешнюю поверхность капиллярного тела; заполнение части для хранения жидкости жидким субстратом, образующим аэрозоль; и присоединение капиллярного тела к части для хранения жидкости таким образом, что жидкий субстрат, образующий аэрозоль, содержащийся в части для хранения жидкости, подводится из части для хранения жидкости к электрическому нагревательному элементу посредством капиллярного тела.According to a fourth aspect of the present invention, a method for producing a cartridge for use in an aerosol generating system is provided, wherein the method comprises the following steps: providing a liquid storage portion for holding a liquid aerosol-forming substrate; providing a capillary body having a porous outer surface; forming an electric heating element by applying an electrically conductive material directly to the porous outer surface of the capillary body; filling the liquid storage portion with an aerosol-forming liquid substrate; and connecting the capillary body to the liquid storage portion in such a way that the liquid aerosol-forming substrate contained in the liquid storage portion is supplied from the liquid storage portion to the electric heating element via the capillary body.
Часть для хранения жидкости картриджа может быть предоставлена капиллярным телом. Например, капиллярное тело может быть выполнено из капиллярного материала с высокой удерживающей способностью, который образует часть для хранения жидкости картриджа. В качестве альтернативы часть для хранения жидкости и капиллярное тело могут быть различными компонентами картриджа.The fluid storage portion of the cartridge may be provided by a capillary body. For example, the capillary body may be made of a capillary material with high retention capacity, which forms the fluid storage portion of the cartridge. Alternatively, the fluid storage portion and the capillary body may be separate components of the cartridge.
В случае если часть для хранения жидкости и капиллярное тело являются различными компонентами картриджа, в некоторых вариантах осуществления капиллярное тело содержит первый конец, проходящий в часть для хранения жидкости для контакта с жидкостью в ней, и пористый второй конец, противоположный первому концу, при этом упомянутый по меньшей мере один нагревательный элемент выполнен из электропроводного материала, нанесенного непосредственно на второй конец капиллярного тела. В качестве альтернативы, первый конец капиллярного тела может находиться снаружи части для хранения жидкости, и капиллярное тело может содержать по меньшей мере одну другую пористую поверхность для контакта с жидкостью в части для хранения жидкости. Например, капиллярное тело может содержать одну или более пористых боковых стенок капиллярного тела для контакта с жидкостью в части для хранения жидкости, посредством которых жидкий субстрат, образующий аэрозоль, подводится из части для хранения жидкости в электрический нагреватель.If the liquid storage portion and the capillary body are different components of the cartridge, in some embodiments, the capillary body comprises a first end extending into the liquid storage portion for contact with the liquid therein, and a porous second end opposite the first end, wherein said at least one heating element is made of an electrically conductive material applied directly to the second end of the capillary body. Alternatively, the first end of the capillary body may be located outside the liquid storage portion, and the capillary body may comprise at least one other porous surface for contact with the liquid in the liquid storage portion. For example, the capillary body may comprise one or more porous sidewalls of the capillary body for contact with the liquid in the liquid storage portion, through which the liquid substrate forming the aerosol is supplied from the liquid storage portion to the electric heater.
Часть для хранения жидкости может содержать корпус для удержания жидкого субстрата, образующего аэрозоль, при этом корпус имеет отверстие, причем капиллярное тело расположено таким образом, что электрический нагреватель проходит на протяжении отверстия.The liquid storage portion may comprise a housing for holding a liquid aerosol-forming substrate, wherein the housing has an opening, and the capillary body is positioned such that the electric heater extends along the opening.
Электропроводный материал, из которого выполнен упомянутый по меньшей мере один нагревательный элемент, может быть нанесен на пористую внешнюю поверхность любым подходящим образом. Например, электропроводный материал может быть нанесен на пористую внешнюю поверхность капиллярного тела в виде жидкости с использованием дозирующей пипетки или шприца, или с использованием устройства для переноса с тонким кончиком, такого как игла. В некоторых вариантах осуществления электропроводный материал наносят непосредственно на пористую внешнюю поверхность капиллярного тела посредством одного или более способов вакуумного осаждения, таких как осаждение из паровой фазы и распыление.The electrically conductive material comprising said at least one heating element may be applied to the porous outer surface in any suitable manner. For example, the electrically conductive material may be applied to the porous outer surface of the capillary body in liquid form using a dosing pipette or syringe, or using a fine-tipped transfer device such as a needle. In some embodiments, the electrically conductive material is applied directly to the porous outer surface of the capillary body using one or more vacuum deposition methods, such as vapor deposition and sputtering.
В предпочтительных вариантах осуществления электропроводный материал наносят путем печати пригодного для печатания электропроводного материала непосредственно на пористую внешнюю поверхность капиллярного тела. В таких вариантах осуществления может быть использован любой подходящий известный метод печати. Например, может быть использован один или более из трафаретной печати, глубокой печати, флексографической печати, струйной печати. Такие методы печати могут быть особенно преимущественными при использовании в высокоскоростных способах производства.In preferred embodiments, the conductive material is applied by printing a printable conductive material directly onto the porous outer surface of the capillary body. In such embodiments, any suitable known printing method can be used. For example, one or more of screen printing, gravure printing, flexographic printing, or inkjet printing can be used. Such printing methods can be particularly advantageous when used in high-speed production processes.
Пригодный для печатания электропроводный материал может содержать любой подходящий электропроводный материал. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления электропроводный материал содержит один или более из металла, электропроводного полимера и электропроводного керамического материала.The printable conductive material may comprise any suitable conductive material. In some preferred embodiments, the conductive material comprises one or more of a metal, a conductive polymer, and a conductive ceramic material.
Подходящие электропроводные металлы включают алюминий, серебро, никель, золото, платину, медь, вольфрам и их сплавы. В некоторых вариантах осуществления электропроводный материал содержит металлический порошок, суспендированный в клее, таком как эпоксидная смола. В одном варианте осуществления электропроводный материал содержит эпоксидную смолу, содержащую серебро.Suitable conductive metals include aluminum, silver, nickel, gold, platinum, copper, tungsten, and their alloys. In some embodiments, the conductive material comprises a metal powder suspended in an adhesive such as an epoxy resin. In one embodiment, the conductive material comprises an epoxy resin containing silver.
Подходящие электропроводные полимеры включают PEDOT (поли(3,4-этилендиокситиофен)), PSS (поли(п-фениленсульфид)), PEDOT:PSS (смесь, содержащая как PEDOT, так и PSS), PANI (полианилины), PPY (поли(пиррол)ы), PPV (поли(п-фениленвинилен)) или любую их комбинацию.Suitable conductive polymers include PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PSS (poly(p-phenylene sulfide)), PEDOT:PSS (a blend containing both PEDOT and PSS), PANI (polyanilines), PPY (poly(pyrroles)), PPV (poly(p-phenylenevinylene)) or any combination thereof.
Подходящие электропроводные керамические материалы включают ITO (оксид индия и олова), SLT (титанат стронция, легированный лантаном), SYT (титанат стронция, легированный иттрием) или любую их комбинацию.Suitable conductive ceramic materials include ITO (indium tin oxide), SLT (lanthanum-doped strontium titanate), SYT (yttrium-doped strontium titanate), or any combination thereof.
Пригодный для печатания электропроводный материал может дополнительно содержать одну или более добавок, выбранных из группы, включающей растворители, отвердители, усилители адгезии, поверхностно-активные вещества, средства для снижения вязкости и ингибиторов агрегации. Такие добавки могут быть использованы, например, для способствования нанесению электропроводного материала на пористую внешнюю поверхность капиллярного тела, для увеличения степени рассеивания электропроводного материала в пористой внешней поверхности капиллярного тела, для снижения времени, необходимого для обеспечения схватывания электропроводного материала, для увеличения уровня адгезии между электропроводным материалом и капиллярным телом или для снижения степени агрегации суспендированных частиц, таких как металлические частицы или порошок, в электропроводном материале перед нанесением на пористую внешнюю поверхность капиллярного тела.The printable conductive material may further comprise one or more additives selected from the group consisting of solvents, hardeners, adhesion promoters, surfactants, viscosity reducers, and aggregation inhibitors. Such additives may be used, for example, to facilitate the application of the conductive material to the porous outer surface of the capillary body, to increase the degree of dispersion of the conductive material in the porous outer surface of the capillary body, to reduce the time required for the setting of the conductive material, to increase the level of adhesion between the conductive material and the capillary body, or to reduce the degree of aggregation of suspended particles, such as metal particles or powder, in the conductive material prior to application to the porous outer surface of the capillary body.
После печати на пористой внешней поверхности капиллярного тела напечатанный электропроводный материал может быть отвержден любым подходящим образом с образованием по меньшей мере одного нагревательного элемента. Например, напечатанный электропроводный материал может быть отвержден путем воздействия теплом или ультрафиолетовым светом. В качестве альтернативы или дополнения, напечатанный электропроводный материал может быть отвержден путем спекания или путем инициации химической реакции. В одном конкретном варианте осуществления напечатанный электропроводный материал содержит медь и отвержден с образованием по меньшей мере одного нагревательного элемента путем инициации химической реакции.After printing on the porous outer surface of the capillary body, the printed conductive material can be cured in any suitable manner to form at least one heating element. For example, the printed conductive material can be cured by exposure to heat or ultraviolet light. Alternatively or additionally, the printed conductive material can be cured by sintering or by initiating a chemical reaction. In one specific embodiment, the printed conductive material comprises copper and is cured to form at least one heating element by initiating a chemical reaction.
В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает этап теплообработки электропроводного материала для увеличения электропроводности упомянутого по меньшей мере одного нагревательного элемента. В одном конкретном варианте осуществления электропроводный материал содержит электропроводные керамические материалы, такие как оксид индия и олова, и при этом способ дополнительно включает этап теплообработки электропроводного материала для обеспечения роста микрокристаллических зерен керамического материала и, таким образом, увеличения его электропроводности.In some embodiments, the method further comprises the step of heat treating the electrically conductive material to increase the electrical conductivity of said at least one heating element. In one particular embodiment, the electrically conductive material comprises electrically conductive ceramic materials, such as indium tin oxide, and the method further comprises the step of heat treating the electrically conductive material to promote the growth of microcrystalline grains of the ceramic material and thereby increase its electrical conductivity.
Признаки, описанные в отношении одного или более аспектов, могут быть в равной степени применены и к другим аспектам настоящего изобретения. В частности, признаки, описанные в отношении нагревателя в сборе согласно первому аспекту, могут быть в равной степени применены к картриджу согласно второму аспекту и наоборот, и признаки, описанные в отношении нагревателя в сборе согласно первому аспекту или картриджа согласно второму аспекту, могут быть в равной степени применены к системе, генерирующей аэрозоль, согласно третьему аспекту или к способу изготовления согласно четвертому аспекту.The features described in relation to one or more aspects may be equally applied to other aspects of the present invention. In particular, the features described in relation to the heater assembly according to the first aspect may be equally applied to the cartridge according to the second aspect, and vice versa, and the features described in relation to the heater assembly according to the first aspect or the cartridge according to the second aspect may be equally applied to the aerosol-generating system according to the third aspect or to the manufacturing method according to the fourth aspect.
Варианты осуществления настоящего изобретения будут далее описаны исключительно в качестве примера со ссылкой на сопроводительные графические материалы, на которых:Embodiments of the present invention will now be described by way of example only with reference to the accompanying drawings, in which:
на фиг. 1A-1D показаны схематические иллюстрации системы, содержащей картридж, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;Fig. 1A-1D are schematic illustrations of a system comprising a cartridge according to an embodiment of the present invention;
на фиг. 2 показан покомпонентный вид картриджа системы, показанной на фиг. 1;Fig. 2 shows an exploded view of the cartridge of the system shown in Fig. 1;
на фиг. 3A-3E показаны нагреватели в сборе согласно c первого по пятый примерам; иFig. 3A-3E show heater assemblies according to the first through fifth examples; and
на фиг. 4 показан график зависимости температуры от расстояния на протяжении внешней поверхности капиллярного тела для каждого из видов расположений, изображенных на фиг. 3A и 3E.Fig. 4 shows a graph of the temperature versus distance along the outer surface of the capillary body for each of the types of arrangements shown in Figs. 3A and 3E.
На фиг. 1A-1D показаны схематические иллюстрации системы, генерирующей аэрозоль, содержащей картридж, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 1A показан схематический вид устройства 10, генерирующего аэрозоль, или главного блока, и отдельного картриджа 20, которые вместе образуют систему, генерирующую аэрозоль. В этом примере система, генерирующая аэрозоль, является электроуправляемой курительной системой.Fig. 1A-1D show schematic illustrations of an aerosol-generating system comprising a cartridge according to an embodiment of the present invention. Fig. 1A shows a schematic view of an aerosol-generating device 10, or main unit, and a separate cartridge 20, which together form an aerosol-generating system. In this example, the aerosol-generating system is an electrically controlled smoking system.
Картридж 20 содержит субстрат, образующий аэрозоль, и выполнен с возможностью помещения в полость 18 внутри устройства. Картридж 20 должен быть выполнен с возможностью замены пользователем, когда предоставленный в картридже субстрат, образующий аэрозоль, исчерпан. На фиг. 1A показан картридж 20 сразу перед вставкой в устройство, при этом стрелка 1, показанная на фиг. 1A, указывает на направление вставки картриджа.Cartridge 20 contains an aerosol-forming substrate and is configured to be placed within cavity 18 within the device. Cartridge 20 should be designed to be replaceable by the user when the aerosol-forming substrate provided in the cartridge is exhausted. Fig. 1A shows cartridge 20 immediately prior to insertion into the device, with arrow 1 shown in Fig. 1A indicating the direction of cartridge insertion.
Устройство 10, генерирующее аэрозоль, является портативным и имеет размер, сопоставимый с размером традиционной сигары или сигареты. Устройство 10 содержит главную часть 11 и мундштучную часть 12. Главная часть 11 содержит батарею 14, такую как литий-железо-фосфатная батарея, управляющую электронику 16 и полость 18. Мундштучная часть 12 соединена с главной частью 11 посредством шарнирного соединения 21 и может перемещаться между открытым положением, как показано на фиг. 1A-1C, и закрытым положением, как показано на фиг. 1D. Мундштучная часть 12 расположена в открытом положении для обеспечения возможности вставки и извлечения картриджей 20, и расположена в закрытом положении, когда система должна быть использована для генерирования аэрозоля, как будет описано. Мундштучная часть содержит множество впускных отверстий 13 для воздуха и выпускное отверстие 15. При использовании пользователь делает всасывание или затяжку со стороны выпускного отверстия для втягивания воздуха сквозь впускные отверстия 13 для воздуха через мундштучную часть в выпускное отверстие 15 и впоследствии в рот или легкие пользователя. Внутренние перегородки 17 предоставлены для того чтобы вынуждать воздух протекать через мундштучную часть 12 мимо картриджа, как будет описано.The aerosol generating device 10 is portable and has a size comparable to the size of a traditional cigar or cigarette. The device 10 comprises a main part 11 and a mouthpiece 12. The main part 11 contains a battery 14, such as a lithium iron phosphate battery, control electronics 16 and a cavity 18. The mouthpiece 12 is connected to the main part 11 by means of a hinge joint 21 and can move between an open position, as shown in Figs. 1A-1C, and a closed position, as shown in Fig. 1D. The mouthpiece 12 is located in an open position to allow the insertion and removal of cartridges 20, and is located in a closed position when the system is to be used to generate an aerosol, as will be described. The mouthpiece portion comprises a plurality of air inlet openings 13 and an outlet opening 15. During use, the user draws air through the air inlet openings 13, through the mouthpiece portion, into the outlet opening 15, and subsequently into the user's mouth or lungs. Internal baffles 17 are provided to force air to flow through the mouthpiece portion 12 past the cartridge, as will be described.
Полость 18 имеет круглое поперечное сечение и имеет такой размер, чтобы вмещать в себя корпус 24 картриджа 20. Электрические соединители 19 предоставлены по сторонам полости 18 для обеспечения электрического соединения между управляющей электроникой 16 и батареей 14 и соответствующими электрическими контактами на картридже 20.The cavity 18 has a circular cross-section and is sized to accommodate the housing 24 of the cartridge 20. Electrical connectors 19 are provided on the sides of the cavity 18 to provide an electrical connection between the control electronics 16 and the battery 14 and the corresponding electrical contacts on the cartridge 20.
На фиг. 1B показана система, показанная на фиг. 1A, со вставленным в полость 18 картриджем и удаляемым покрытием 26. В этом положении электрические соединители находятся напротив электрических контактов на картридже, как будет описано.Fig. 1B shows the system shown in Fig. 1A with the cartridge inserted into the cavity 18 and the covering 26 being removed. In this position, the electrical connectors are opposite the electrical contacts on the cartridge, as will be described.
На фиг. 1C показана система, показанная на фиг. 1B, с полностью удаленным покрытием 26 иFig. 1C shows the system shown in Fig. 1B with the coating 26 completely removed and
перемещенной в закрытое положение мундштучной частью 12.the mouthpiece part 12 moved to the closed position.
На фиг. 1D показана система, показанная на фиг. 1C с находящейся в закрытом положении мундштучной частью 12. Мундштучная часть 12 удерживается в закрытом положении механизмом фиксации (не изображен). Специалисту в данной области техники будет очевидно, что могут быть использованы другие подходящие механизмы для удерживания мундштука в закрытом положении, такие как защелкивающееся соединение или магнитный затвор.Fig. 1D shows the system shown in Fig. 1C with the mouthpiece portion 12 in a closed position. The mouthpiece portion 12 is held in the closed position by a locking mechanism (not shown). It will be apparent to one skilled in the art that other suitable mechanisms for holding the mouthpiece in the closed position may be used, such as a snap-fit connection or a magnetic closure.
Мундштучная часть 12 в закрытом положении удерживает картридж в электрическом контакте с электрическими соединителями 19 таким образом, что при использовании поддерживается хорошее электрическое соединение независимо от ориентации системы. Мундштучная часть 12 может содержать кольцевой эластомерный элемент, который соприкасается с поверхностью картриджа и сжимается между жестким элементом корпуса мундштука и картриджем, когда мундштучная часть 12 находится в закрытом положении. Это обеспечивает поддержание хорошего электрического соединения, несмотря на допуски на изготовление.When closed, mouthpiece portion 12 maintains the cartridge in electrical contact with electrical connectors 19 such that a good electrical connection is maintained during use, regardless of the system's orientation. Mouthpiece portion 12 may comprise an annular elastomeric element that contacts the cartridge surface and is compressed between the rigid element of the mouthpiece body and the cartridge when mouthpiece portion 12 is in the closed position. This ensures a good electrical connection is maintained, regardless of manufacturing tolerances.
Конечно, в качестве альтернативы или дополнения, могут быть использованы другие механизмы для поддержания хорошего электрического соединения между картриджем и устройством. Например, корпус 24 картриджа 20 может быть оснащен резьбой или канавкой (не изображены), которые входят в зацепление с соответствующими канавкой или резьбой (не изображены), выполненными в стенке полости 18. Резьбовое соединение между картриджем и устройством может быть использовано для обеспечения правильного вращательного выравнивания, а также удерживания картриджа в полости и обеспечения хорошего электрического соединения. Резьбовое соединение может распространяться только на половину оборота картриджа или менее или может распространяться на несколько оборотов. В качестве альтернативы или дополнения электрические соединители 19 могут быть смещены с вхождением в контакт с контактами на картридже.Of course, other mechanisms may be used as an alternative or in addition to maintain a good electrical connection between the cartridge and the device. For example, the housing 24 of the cartridge 20 may be equipped with a thread or groove (not shown) that engages a corresponding groove or thread (not shown) formed in the wall of the cavity 18. A threaded connection between the cartridge and the device may be used to ensure proper rotational alignment, as well as to retain the cartridge in the cavity and ensure a good electrical connection. The threaded connection may extend only half a revolution of the cartridge or less, or may extend over several revolutions. Alternatively or in addition, the electrical connectors 19 may be offset to engage contacts on the cartridge.
На фиг. 2 показан покомпонентный вид картриджа 20, подходящего для использования в системе, генерирующей аэрозоль, например, системе, генерирующей аэрозоль, типа, показанного на фиг. 1. Картридж 20 содержит в целом круглый цилиндрический корпус 24, размер и форма которого выбраны таким образом, чтобы он помещался в соответствующую полость, например, полость 18 системы, показанной на фиг. 1, или устанавливался соответствующим образом с другими элементами системы, генерирующей аэрозоль. Корпус 24 имеет открытый конец и содержит субстрат, образующий аэрозоль. В этом примере субстрат, образующий аэрозоль, является жидкостью, и корпус 24 дополнительно содержит капиллярное тело, содержащее капиллярный материал 22, который пропитан жидким субстратом, образующим аэрозоль. В этом примере субстрат, образующий аэрозоль, содержит 39 процентов по весу глицерина, 39 процентов по весу пропиленгликоля, 20 процентов по весу воды и ароматизаторов и 2 процента по весу никотина. Капиллярный материал является материалом, который активно подводит жидкость от одного конца к другому, и может быть выполнен из любого подходящего материала. В этом примере капиллярный материал выполнен из сложного полиэфира. В других примерах субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой твердое вещество.Fig. 2 shows an exploded view of a cartridge 20 suitable for use in an aerosol-generating system, such as an aerosol-generating system of the type shown in Fig. 1. The cartridge 20 comprises a generally circular cylindrical housing 24, the size and shape of which are selected such that it fits into a corresponding cavity, such as a cavity 18 of the system shown in Fig. 1, or is installed correspondingly with other elements of the aerosol-generating system. The housing 24 has an open end and contains an aerosol-forming substrate. In this example, the aerosol-forming substrate is a liquid, and the housing 24 further comprises a capillary body containing a capillary material 22, which is impregnated with a liquid aerosol-forming substrate. In this example, the aerosol-forming substrate contains 39 percent by weight glycerin, 39 percent by weight propylene glycol, 20 percent by weight water and flavorings, and 2 percent by weight nicotine. The capillary material is the material that actively transports liquid from one end to the other and can be made of any suitable material. In this example, the capillary material is made of polyester. In other examples, the aerosol-forming substrate may be a solid.
Капиллярный материал 22 имеет пористую внешнюю поверхность 32, к которой прикреплен электрический нагреватель 30. Нагреватель 30 содержит пару электрических контактов 34, прикрепленных на противоположных сторонах пористой внешней поверхности 32, и нагревательный элемент 36, прикрепленный к внешней поверхности 32 и к электрическим контактам 34. В этом примере нагреватель 30 содержит один нагревательный элемент 36, проходящий между электрическими контактами 34 и характеризующийся расположением в форме меандра или зигзага. Однако специалисту в данной области техники будет очевидно, что также возможны другие виды расположения нагревателя. Например, нагреватель может содержать один нагревательный элемент в форме двойной спирали, или проходящий по более сложному, извилистому пути, или проходящий по существу линейно. В равной степени нагреватель может содержать множество нагревательных элементов, например, множество по существу параллельных нагревательных элементов.The capillary material 22 has a porous outer surface 32 to which an electric heater 30 is attached. The heater 30 comprises a pair of electrical contacts 34 attached to opposite sides of the porous outer surface 32, and a heating element 36 attached to the outer surface 32 and to the electrical contacts 34. In this example, the heater 30 comprises one heating element 36 extending between the electrical contacts 34 and characterized by an arrangement in the form of a meander or a zigzag. However, it will be obvious to those skilled in the art that other types of heater arrangement are also possible. For example, the heater may comprise one heating element in the form of a double spiral, or extending along a more complex, tortuous path, or extending substantially linearly. Equally, the heater may comprise a plurality of heating elements, for example, a plurality of substantially parallel heating elements.
Электрические контакты 34 и нагревательный элемент 36 выполнены как единое целое из электропроводного материала, который был нанесен в виде жидкости непосредственно на пористую внешнюю поверхность 32 и впоследствии высушен. Поскольку внешняя поверхность 32 является пористой, электропроводный материал рассеивается во внешней поверхности 32 во время нанесения таким образом, что при высушивании электропроводного материала нагреватель 30 надежно прикрепляется к капиллярному материалу 22. Рассеивание электропроводного материала во внешней поверхности 32 также увеличивает площадь контакта между нагревательным элементом 36 и капиллярным материалом 22, тем самым улучшая эффективность теплопередачи от нагревательного элемента 36 к капиллярному материалу 22.Electrical contacts 34 and heating element 36 are formed as a single unit from an electrically conductive material that was applied in the form of a liquid directly to the porous outer surface 32 and subsequently dried. Since the outer surface 32 is porous, the electrically conductive material is dispersed in the outer surface 32 during application such that, upon drying of the electrically conductive material, the heater 30 is securely attached to the capillary material 22. Dispersion of the electrically conductive material in the outer surface 32 also increases the contact area between the heating element 36 and the capillary material 22, thereby improving the efficiency of heat transfer from the heating element 36 to the capillary material 22.
Нагреватель 30 покрыт съемным покрытием 26. Покрытие 26 содержит непроницаемый для жидкости лист пластмассы, который наклеен на нагреватель в сборе, но который может быть легко снят. На боковой стороне покрытия 26 предоставлен выступ, чтобы предоставить пользователю возможность взяться за покрытие при его снятии. Теперь специалисту в данной области техники будет очевидно, что, несмотря на то, что приклеивание описано в качестве способа крепления непроницаемого листа пластмассы, могут быть также использованы и другие способы, известные специалистам в данной области техники, включая термосварку или ультразвуковую сварку, при условии, что покрытие 26 может быть легко удалено потребителем.The heater 30 is covered with a removable cover 26. Cover 26 comprises a liquid-impermeable plastic sheet that is adhered to the heater assembly but can be easily removed. A projection is provided on the side of cover 26 to allow the user to grasp the cover when removing it. It will now be apparent to those skilled in the art that, although gluing is described as a method for attaching the impermeable plastic sheet, other methods known to those skilled in the art, including heat welding or ultrasonic welding, can also be used, provided that cover 26 can be easily removed by the user.
Следует понимать, что возможны и другие конструкции картриджа. Например, капиллярный материал внутри картриджа может содержать два или более отдельных капиллярных материалов, или картридж может содержать бак для хранения резервуара со свободной жидкостью.It should be understood that other cartridge designs are also possible. For example, the capillary material within the cartridge may contain two or more separate capillary materials, or the cartridge may contain a reservoir tank for storing a free liquid.
Нити нагревателя нагревательного элемента 36 являются доступными через отверстие 35 в субстрате 34, вследствие чего испаренный субстрат, образующий аэрозоль, может выходить в поток воздуха через нагреватель в сборе.The heater filaments of the heating element 36 are accessible through the opening 35 in the substrate 34, whereby the evaporated substrate forming the aerosol can be released into the air flow through the heater assembly.
При использовании картридж 20 размещают в системе, генерирующей аэрозоль, и нагреватель в сборе 30 приводят в контакт с источником питания, содержащимся в системе, генерирующей аэрозоль. Электронная схема предоставлена для подачи питания на нагревательный элемент 36 и для испарения субстрата, генерирующего аэрозоль. Испаренный субстрат, образующий аэрозоль, затем может выходить в поток воздуха через нагреватель 30.In use, cartridge 20 is positioned within the aerosol-generating system, and heater assembly 30 is brought into contact with a power source contained within the aerosol-generating system. Electronic circuitry is provided to supply power to heating element 36 and vaporize the aerosol-generating substrate. The vaporized aerosol-generating substrate can then be released into the airstream through heater 30.
На фиг. 3A-3E изображены с первого по пятый примеры расположения электрического нагревателя 30. В первом примере, как показано на фиг. 3A, нагреватель 30 содержит диаметрально противоположные электрические контакты 34 и один нагревательный элемент 36, присоединенный к электрическим контактам 34 и проходящий между электрическими контактами 34 по меандрирующему или зигзагообразному пути. Во втором примере, как показано на фиг. 3B, нагреватель 30 содержит диаметрально противоположные электрические контакты 34 и один нагревательный элемент 36, присоединенный к электрическим контактам 34 и проходящий между электрическими контактами 34 вдоль двойного спирального пути. В третьем примере, как показано на фиг. 3C, нагреватель 30 содержит диаметрально противоположные электрические контакты 34 и один нагревательный элемент 36, присоединенный к электрическим контактам 34 и проходящий между электрическими контактами 34 по извилистому пути. В четвертом примере, как показано на фиг. 3D, нагреватель 30 содержит диаметрально противоположные электрические контакты 34 и множество нагревательных элементов 36, присоединенных к электрическим контактам 34 и проходящих между электрическими контактами 34 по путям, являющимися по существу параллельными. В пятом примере, как показано на фиг. 3E, нагреватель 30 является по существу таким же, как и иллюстративный нагреватель согласно первому примеру, изображенный на фиг. 3A, за исключением того, что площадь поперечного сечения нагревательного элемента 36 изменяется на протяжении пористой внешней поверхности 32 для изменения профиля нагрева нагревателя 30 на протяжении пористой внешней поверхности 32. В частности, ширина нагревательного элемента 36 уменьшается по направлению к периферии внешней поверхности 32 и увеличивается по направлению к центру пористой внешней поверхности 32. Это в результате приводит к снижению количества тепла, генерируемого нагревательным элементом по направлению к центру пористой внешней поверхности 32, и увеличению количества тепла, генерируемого нагревательным элементом по направлению к периферии пористой внешней поверхности 32, по сравнению с расположением, показанным на фиг. 3A. Это позволяет электрическому нагревателю компенсировать потерю тепла с периферии внешней поверхности, например, потерю тепла вследствие теплопроводности, и снижает температуру в центре пористой внешней поверхности, что в результате приводит к более равномерной температуре на протяжении пористой внешней поверхности, как указано далее в отношении фиг. 4.In Fig. 3A-3E, the first through fifth examples of the arrangement of the electric heater 30 are shown. In the first example, as shown in Fig. 3A, the heater 30 comprises diametrically opposed electrical contacts 34 and one heating element 36 connected to the electrical contacts 34 and extending between the electrical contacts 34 along a meandering or zigzag path. In the second example, as shown in Fig. 3B, the heater 30 comprises diametrically opposed electrical contacts 34 and one heating element 36 connected to the electrical contacts 34 and extending between the electrical contacts 34 along a double helical path. In the third example, as shown in Fig. 3C, the heater 30 comprises diametrically opposed electrical contacts 34 and one heating element 36 connected to the electrical contacts 34 and extending between the electrical contacts 34 along a tortuous path. In the fourth example, as shown in Fig. 3D, the heater 30 comprises diametrically opposed electrical contacts 34 and a plurality of heating elements 36 connected to the electrical contacts 34 and extending between the electrical contacts 34 along paths that are substantially parallel. In the fifth example, as shown in Fig. 3E, the heater 30 is substantially the same as the illustrative heater according to the first example, shown in Fig. 3A, except that the cross-sectional area of the heating element 36 varies along the porous outer surface 32 to vary the heating profile of the heater 30 along the porous outer surface 32. In particular, the width of the heating element 36 decreases toward the periphery of the outer surface 32 and increases toward the center of the porous outer surface 32. This results in a decrease in the amount of heat generated by the heating element toward the center of the porous outer surface 32 and an increase in the amount of heat generated by the heating element toward the periphery of the porous outer surface 32, compared to the arrangement shown in Fig. 3A. This allows the electric heater to compensate for heat loss from the periphery of the outer surface, such as heat loss due to conduction, and reduces the temperature in the center of the porous outer surface, which results in a more uniform temperature along the porous outer surface, as discussed below with respect to Fig. 4.
На фиг. 4 представлен график зависимости температуры от расстояния на протяжении внешней поверхности капиллярного тела для каждого из видов расположений, изображенных на фиг. 3A и 3E. Кривой A проиллюстрирована температура для нагревателя согласно первому примеру, показанного на фиг. 3A. Кривой E проиллюстрирована температура для нагревателя согласно пятому примеру, показанного на фиг. 3E. Как проиллюстрировано кривой A, температура пористой внешней поверхности при использовании нагревателя согласно первому примеру снижается по направлению к ее периферии и увеличивается по направлению к ее центру с образованием горячей точки в узкой области в центре нагревательного элемента. Как проиллюстрировано кривой E, температура пористой внешней поверхности при использовании нагревателя согласно пятому примеру является более высокой по направлению к ее периферии, чем температура пористой внешней поверхности при использовании первого иллюстративного нагревателя. Кроме того, температура в центре пористой внешней поверхности при использовании нагревательного элемента согласно пятому примеру является более низкой и распространяется на протяжении более широкой области, как проиллюстрировано кривой E. Таким образом, температурный профиль на протяжении пористой внешней поверхности является более однородным в случае нагревателя согласно пятому примеру, чем в случае нагревателя согласно первому примеру, особенно в центральной области.Fig. 4 shows a graph of the temperature dependence on the distance along the outer surface of the capillary body for each of the types of arrangements shown in Fig. 3A and 3E. Curve A illustrates the temperature for the heater according to the first example shown in Fig. 3A. Curve E illustrates the temperature for the heater according to the fifth example shown in Fig. 3E. As illustrated by curve A, the temperature of the porous outer surface when using the heater according to the first example decreases toward its periphery and increases toward its center with the formation of a hot spot in a narrow region in the center of the heating element. As illustrated by curve E, the temperature of the porous outer surface when using the heater according to the fifth example is higher toward its periphery than the temperature of the porous outer surface when using the first illustrative heater. In addition, the temperature at the center of the porous outer surface when using the heating element according to the fifth example is lower and spreads over a wider area, as illustrated by curve E. Thus, the temperature profile over the porous outer surface is more uniform in the case of the heater according to the fifth example than in the case of the heater according to the first example, especially in the central area.
Когда картридж собран, нагревательный элемент 36 находится в непосредственном контакте с капиллярным материалом 22 и, следовательно, субстрат, образующий аэрозоль, может быть подведен непосредственно в нагреватель. В примерах настоящего изобретения субстрат, образующий аэрозоль, контактирует с большей частью поверхности нагревательного элемента 36, если не со всей, вследствие чего большая часть тепла, генерируемого нагревателем в сборе, проходит непосредственно в субстрат, образующий аэрозоль. В отличие от этого, в традиционных нагревателях в сборе с фитилем и обмоткой лишь небольшая часть проволоки нагревателя находится в контакте с субстратом, образующим аэрозоль.When the cartridge is assembled, heating element 36 is in direct contact with capillary material 22, and therefore the aerosol-forming substrate can be fed directly to the heater. In the examples of the present invention, the aerosol-forming substrate contacts most, if not all, of the surface of heating element 36, resulting in most of the heat generated by the heater assembly being transferred directly to the aerosol-forming substrate. In contrast, in traditional wick-and-coil heater assemblies, only a small portion of the heater wire is in contact with the aerosol-forming substrate.
При использовании нагреватель в сборе предпочтительно работает за счет резистивного нагревания, однако он может также работать с использованием других подходящих способов нагревания, таких как индукционное нагревание. В случае если нагреватель в сборе работает за счет резистивного нагревания, ток проходит через нагреватель под управлением управляющей электроники 16 для нагревания нитей до температуры из необходимого диапазона. Нагревательный элемент или элементы 36 имеют более высокое электрическое сопротивление, чем электрические контакты 34, вследствие чего высокие температуры локализованы на нагревательном элементе. Система может быть выполнена с возможностью генерирования тепла посредством пропускания электрического тока по нагревателю в ответ на затяжку пользователя или может быть выполнена с возможностью непрерывного генерирования тепла, пока устройство находится во «включенном» состоянии. Различные материалы для элементов могут быть подходящими для различных систем. Например, в непрерывно нагреваемой системе подходящими являются материалы с относительно низкой удельной теплоемкостью, и при этом они являются совместимыми с нагреванием посредством малого тока. В системе, активируемой при затяжке, в которой тепло генерируется кратковременными вспышками с использованием импульсов большого тока, материалы, характеризующиеся высокой удельной теплоемкостью, могут являться более подходящими.In use, the heater assembly preferably operates using resistive heating, but may also operate using other suitable heating methods, such as induction heating. When the heater assembly operates using resistive heating, current is passed through the heater under the control of control electronics 16 to heat the filaments to a temperature within the desired range. The heating element or elements 36 have a higher electrical resistance than the electrical contacts 34, resulting in high temperatures being localized at the heating element. The system may be configured to generate heat by passing an electric current through the heater in response to a user's puff or may be configured to continuously generate heat while the device is in the "on" state. Different element materials may be suitable for different systems. For example, in a continuously heated system, materials with a relatively low specific heat capacity are suitable, while they are compatible with low-current heating. In a puff-activated system, where heat is generated in short bursts using high current pulses, materials with high specific heat capacity may be more suitable.
В системе, активируемой при затяжке, устройство может содержать датчик затяжки, выполненный с возможностью обнаружения факта втягивания пользователем воздуха через мундштучную часть. Датчик затяжки (не изображен) соединен с управляющей электроникой 16, и управляющая электроника 16 выполнена с возможностью пропускания тока по нагревателю 30 только если определено, что пользователь осуществляет затяжку с использованием устройства. Любой подходящий датчик потока воздуха может быть использован в качестве датчика затяжки, например, микрофон.In a puff-activated system, the device may comprise a puff sensor configured to detect the user's inhalation of air through the mouthpiece. The puff sensor (not shown) is connected to control electronics 16, and control electronics 16 is configured to conduct current through heater 30 only when it is determined that the user is inhaling using the device. Any suitable air flow sensor, such as a microphone, may be used as a puff sensor.
В возможном варианте осуществления изменения сопротивления по меньшей мере одного нагревательного элемента могут быть использованы для обнаружения изменения температуры. Это может быть использовано для регулирования питания, подаваемого на нагреватель, чтобы позволить ему оставаться в пределах необходимого температурного диапазона. Резкие изменения температуры могут также быть использованы в качестве показателя для обнаружения изменений потока воздуха, протекающего мимо нагревательного элемента в результате осуществления пользователем затяжек из системы. Один или более элементов могут представлять собой специализированные температурные датчики и могут быть выполнены из материала, имеющего подходящий для этой цели температурный коэффициент сопротивления, такого как сплав железа и алюминия, Ni-Cr, платина, вольфрам или сплав.In a possible embodiment, changes in the resistance of at least one heating element can be used to detect changes in temperature. This can be used to regulate the power supplied to the heater to ensure it remains within the desired temperature range. Sudden changes in temperature can also be used as an indicator for detecting changes in airflow past the heating element as a result of the user puffing on the system. One or more elements can be specialized temperature sensors and can be made of a material with a suitable temperature coefficient of resistance, such as an iron-aluminum alloy, Ni-Cr, platinum, tungsten, or an alloy.
Поток воздуха через мундштучную часть при использовании системы показан на фиг. 1D. Мундштучная часть содержит внутренние перегородки 17, которые сформованы как единое целое с внешними стенками мундштучной части и обеспечивают прохождение воздуха над нагревателем 30 на картридже, где испаряется субстрат, образующий аэрозоль, при втягивании воздуха из впускных отверстий 13 в выпускное отверстие 15. По мере прохождения воздуха мимо нагревателя в сборе испаренный субстрат увлекается потоком воздуха и охлаждается для образования аэрозоля перед выходом из выпускного отверстия 15.The air flow through the mouthpiece portion during use of the system is shown in Fig. 1D. The mouthpiece portion comprises internal baffles 17 that are formed integrally with the outer walls of the mouthpiece portion and provide air passage over the heater 30 on the cartridge, where the aerosol-forming substrate is evaporated as air is drawn from the inlet openings 13 into the outlet opening 15. As the air passes past the heater assembly, the evaporated substrate is entrained by the air flow and cooled to form an aerosol before exiting the outlet opening 15.
Несмотря на то, что в описанных вариантах осуществления использованы картриджи с корпусами, имеющими по существу круглое поперечное сечение, возможным, конечно же, является формирование корпусов картриджей других форм, например, с прямоугольным поперечным сечением или треугольным поперечным сечением. Такие формы корпусов обеспечат необходимую ориентацию внутри полости соответствующей формы для обеспечения электрического соединения между устройством и картриджем.Although the embodiments described utilize cartridges with housings having a substantially circular cross-section, other cartridge housing shapes are, of course, possible, such as rectangular or triangular cross-sections. Such housing shapes will ensure the necessary orientation within a cavity of the corresponding shape to ensure electrical connection between the device and the cartridge.
Другие конструкции картриджей, содержащие нагреватель в сборе согласно настоящему изобретению, могут быть теперь предложены специалистом в данной области техники. Например, картридж может содержать мундштучную часть и может иметь любую желаемую форму. Кроме того, нагреватель согласно настоящему изобретению может быть использован в системах других типов, отличающихся от уже описанных, таких как увлажнители, освежители воздуха и другие системы, генерирующие аэрозоль.Other cartridge designs incorporating the heater assembly of the present invention can now be proposed by those skilled in the art. For example, the cartridge may include a mouthpiece and may have any desired shape. Furthermore, the heater according to the present invention can be used in other types of systems different from those already described, such as humidifiers, air fresheners, and other aerosol-generating systems.
Пример 1Example 1
EpoTek (RTM) H20E, электропроводный клей на основе эпоксидной смолы, содержащей серебро, доступный от компании Epoxy Technology Inc., Биллерика, Массачусетс, США, был нанесен вручную при помощи наконечника иглы на капиллярное тело, выполненное из Sterlitech GB140, капиллярного материала из стекловолокна, доступного от компании Sterlitech Corporation, Кент, Вашингтон, США, для образования нагревательного элемента и электрических контактов нагревателя. Для испытания нагревателя был использован программируемый источник питания Agilent N6705B для проведения электрического тока через нагреватель в течение 3 секунд. Ток был пропущен при напряжении 3,55 В и с мощностью 4,3 Вт. Инфракрасная камера была использована для записи температуры внешней поверхности капиллярного тела во время испытания.EpoTek (RTM) H20E, a conductive silver-containing epoxy adhesive available from Epoxy Technology Inc., Billerica, MA, USA, was manually applied with a needle tip to a capillary body made of Sterlitech GB140, a glass fiber capillary material available from Sterlitech Corporation, Kent, WA, USA, to form the heating element and electrical contacts of the heater. To test the heater, an Agilent N6705B programmable power supply was used to apply an electrical current through the heater for 3 seconds. The current was applied at 3.55 V and 4.3 W. An infrared camera was used to record the outer surface temperature of the capillary body during the test.
Пример 2Example 2
EpoTek (RTM) H20E, электропроводный клей на основе эпоксидной смолы, содержащей серебро, доступный от компании Epoxy Technology Inc., Биллерика, Монтана, США, был нанесен вручную при помощи наконечника иглы на капиллярное тело, выполненное из пористого керамического капиллярного материала, характеризующегося размером пор, составляющим 20 микронов и пористостью, составляющей 40-45 процентов, для образования нагревательного элемента и электрических контактов нагревателя. Для испытания нагревателя был использован программируемый источник питания Agilent N6705B для проведения электрического тока через нагреватель в течение 3 секунд. Ток был пропущен при напряжении 3,55 В и с мощностью 4,3 Вт. Измеренное сопротивление нагревателя составило 2,3 Ом. Инфракрасную камеру использовали для записи температуры внешней поверхности капиллярного тела во время испытания, максимальное значение которой, как было обнаружено, составило 185 градусов Цельсия.EpoTek (RTM) H20E, a conductive silver-containing epoxy adhesive available from Epoxy Technology Inc., Billerica, Montana, USA, was manually applied with a needle tip to a capillary body made of a porous ceramic capillary material characterized by a pore size of 20 microns and a porosity of 40-45 percent to form the heating element and electrical contacts of the heater. To test the heater, an Agilent N6705B programmable power supply was used to apply an electrical current through the heater for 3 seconds. The current was applied at 3.55 V and 4.3 W. The measured resistance of the heater was 2.3 ohms. An infrared camera was used to record the outer surface temperature of the capillary body during the test, the maximum value of which was found to be 185 degrees Celsius.
Вышеописанные приведенные в качестве примера варианты осуществления являются иллюстративными, а не ограничительными. В свете описанных выше приведенных в качестве примера вариантов осуществления специалисту в данной области техники будут теперь понятны и другие варианты осуществления, соответствующие вышеописанным приведенным в качестве примера вариантам осуществления.The above-described exemplary embodiments are illustrative and not restrictive. In light of the above-described exemplary embodiments, other embodiments corresponding to the above-described exemplary embodiments will now be apparent to those skilled in the art.
Claims (40)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP15176164.0 | 2015-07-09 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020128439A Division RU2746843C2 (en) | 2015-07-09 | 2016-06-15 | Heater assy for aerosol generating system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021110333A RU2021110333A (en) | 2022-10-14 |
| RU2846974C2 true RU2846974C2 (en) | 2025-09-22 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5573692A (en) * | 1991-03-11 | 1996-11-12 | Philip Morris Incorporated | Platinum heater for electrical smoking article having ohmic contact |
| CN204317492U (en) * | 2014-11-14 | 2015-05-13 | 深圳市合元科技有限公司 | Be applicable to atomising device and the electronic cigarette of fluid matrix |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5573692A (en) * | 1991-03-11 | 1996-11-12 | Philip Morris Incorporated | Platinum heater for electrical smoking article having ohmic contact |
| CN204317492U (en) * | 2014-11-14 | 2015-05-13 | 深圳市合元科技有限公司 | Be applicable to atomising device and the electronic cigarette of fluid matrix |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7495377B2 (en) | HEATER ASSEMBLY FOR AEROSOL GENERATION SYSTEMS | |
| RU2698550C2 (en) | Cartridge for aerosol generating system | |
| UA119551C2 (en) | Cartridge with a heater assembly for an aerosol-generating system | |
| RU2846974C2 (en) | Heater assembly for aerosol-generating system | |
| HK40041554B (en) | Heater assembly for an aerosol-generating system | |
| HK40041554A (en) | Heater assembly for an aerosol-generating system |