BR112017009782B1 - Sistemas geradores de aerossol e métodos para guiar um fluxo de ar dentro de um sistema gerador de aerossol aquecido eletricamente - Google Patents

Abstract

um sistema gerador de aerossol compreende uma porção de armazenamento de líquido, que compreende um recipiente que retém um substrato formador de aerossol líquido e define uma abertura e um conjunto aquecedor, que se estende através da abertura ao longo de um plano transversal. o conjunto aquecedor compreende, pelo menos, um elemento de aquecimento acionado eletricamente e um primeiro canal que define uma primeira rota de fluxo que causa o impacto do ar ambiente contra o conjunto aquecedor. em uma modalidade, uma porção do primeiro canal é disposta ortogonalmente ao plano transversal, de forma que, pelo menos, uma porção do primeiro canal direciona o ar ambiente de fora do sistema para impactar perpendicularmente sobre uma porção da superfície do elemento de aquecimento antes de transportar o ar ambiente para uma extremidade a jusante.

Description

[001] A invenção se refere a sistemas geradores de aerossol aquecidos eletricamente, tais como sistemas para fumar aquecidos eletricamente e um método para guiar um fluxo de ar dentro destes sistemas.

[002] Alguns sistemas geradores de aerossol podem compreender uma bateria e controlar componentes eletrônicos, um cartucho que compreende um suplemento de substrato formador de aerossol e um vaporizador acionado eletricamente. Uma substância é vaporizada a partir do substrato formador de aerossol, por exemplo, por um aquecedor. Um fluxo de ar é passado pelo aquecedor para entranhar o líquido vaporizado e guiá-lo através de um bocal para uma extremidade da boca do bocal, enquanto um usuário está inalando (por exemplo, "tragando") pela extremidade de boca.

[003] Seria desejável gerenciar o fluxo de ar de modo que o máximo possível do líquido vaporizado seja carregado a parir da zona de aquecimento para inalação durante cada tragada. Seria ainda mais desejável gerenciar o fluxo de forma a minimizar a formação de gotículas fora um intervalo desejado inalável.

[004] De acordo com um primeiro aspecto, é fornecido um sistema para fumar aquecido eletricamente para geração de aerossol. O sistema para fumar aquecido utiliza um aquecedor posicionado em relação ao sistema de fluxo de ar, tendo uma extremidade a jusante e um ou mais canais para trefilação ao ar ambiente. Cada um dos um ou mais canais define uma rota de fluxo respectiva. Uma primeira rota de fluxo definida por um primeiro canal direciona o ar a partir do lado de fora do sistema de modo que o mesmo colida contra um ou mais elementos de aquecimento elétricos do aquecedor antes de transportar o ar ambiente à extremidade a jusante. O ar transportado ao longo de cada primeira rota de fluxo pode ser direcionado no aquecedor como um ar ambiente sem pré-aquecimento, ou pode estar sujeito a uma etapa de pré- aquecimento, antes de ser trazido em choque contra e ao longo do aquecedor.

[005] Em algumas modalidades, o ar é trazido pela primeira rota de fluxo em choque inicial ao longo de um trajeto que é substancialmente ortogonal a um plano em que os elementos de aquecimento elétricos do aquecedor são dispostos. Essa disposição é vantajosa, porque foi descoberto que um ângulo perpendicular de choque direcionado a um centro geométrico de um aquecedor promove o arrastamento de vapor. Vários canais são utilizados, os respectivos fluxos podem ser combinados antes ou em algum lugar ao longo de um trajeto ortogonal comum. Alternativamente, os um ou mais fluxos podem ser trazidos em choque com o conjunto aquecedor em um ângulo tal que o fluxo colide contra e ao longo de um plano comum que passa através dos um ou mais elementos de aquecimento.

[006] O vapor na zona do aquecedor é coletado por um fluxo de ar nos um ou mais canais e é transportado para a extremidade a jusante do sistema de fluxo de ar. Como o vapor condensa-se dentro do ar em fluxo, as gotas são formadas para, portanto, gerar um aerossol. Foi descoberto que um fluxo de ar ambiente colide com o elemento de aquecimento de um ângulo de 90 graus eficientemente, e eficientemente arrasta o vapor de modo que o mesmo possa ser guiado a jusante da extremidade da "boca" do sistema. Quanto maior o fluxo de ar ambiente que bate no elemento de aquecimento, maior a eficiência de arrastamento e evacuação de vapor. Especificamente, se o ar ambiente impactar com a superfície de um conjunto de aquecimento em um ângulo ortogonal ao seu centro geométrico, um fluxo de ar homogêneo ao longo do elemento de aquecimento pode ser fornecido em uma direção radialmente para fora.

[007] O volume de ar ambiente passando através dos primeiros canais e quaisquer canais adicionais e levado a impactar de forma perpendicular contra os elementos de aquecimento pode ser variado e adaptado para, por exemplo, o tipo de elemento de aquecimento aplicado ou a quantidade de líquido vaporizado disponível. Por exemplo, o volume de ar ambiente trazido do impacto com o elemento de aquecimento pode ser adaptado a uma área total, que efetivamente é aquecida por um elemento de aquecimento.

[008] Em modalidades, o ar aquecido, contendo vapor, que sai da zona do aquecedor é passado ao longo de uma zona de arrefecimento em proximidade cruzada a onde o substrato formador de aerossol é armazenado dentro de um cartucho. Porque a superfície do cartucho nesta zona possui uma temperatura menor do que o ar contendo vapor, tal proximidade possui um efeito de arrefecimento substancial. Este efeito é especialmente pronunciado quando o ar é passado através de finos canais dimensionados e dispostos para maximizar a interação de fluxo dentro da superfície do cartucho. O resfriamento rápido resultante causa uma supersaturação do ar com o líquido vaporizado que, por sua vez, promove a formação de gotículas de aerossol menores. Em algumas modalidades, é preferido manter o tamanho da gotícula durante a condensação de vapor para um intervalo inalável de a partir de 0,5 a 1 mícron.

[009] Em algumas modalidades, uma curva acentuada (por exemplo, na ordem de 90 graus) no fluxo de aerossol em volta da porção da carcaça do cartucho, o substrato líquido desempenha uma função de filtragem de gotículas complementares, em que as gotículas em excesso do intervalo inalável condensam nos cantos do trajeto de fluxo tal que elas não são distribuídas para a extremidade a jusante.

[0010] Como regra geral, sempre que o termo "cerca de" for usado em relação a um valor específico, em todo este pedido, deve ser entendido que este valor seguinte ao termo "cerca de"não tem que ser exatamente o valor específico devido às considerações técnicas. No entanto, o termo "cerca de" usado em relação a um valor específico deve ser sempre entendido como incluindo e também divulgando explicitamente o valor específico após o termo "cerca de".

[0011] Em relação à orientação e posição do aquecedor relativo à abertura em um recipiente contendo um líquido gerador de aerossol, o termo "através de" destina-se a se referir a uma disposição na qual um ou mais elementos de aquecimento através dos quais passa um plano comum (por exemplo, um plano transversal à abertura do recipiente") são posicionados ao longo ou através de pelo menos uma parte da abertura. Em algumas modalidades, por exemplo, o aquecedor pode cobrir completamente a abertura do recipiente enquanto que em outras modalidades, o aquecedor pode cobrir apenas parcialmente a abertura do recipiente. Em ainda outras modalidades, o aquecedor pode ser posicionado dentro da abertura, de tal modo que se estende através da abertura inteira por todos os lados, enquanto que em outras, o aquecedor pode ser posicionado de tal modo que se estende através de um primeiro par de porções laterais opostas da abertura e não através de um segundo par de porções laterais opostas da abertura.

[0012] Os termos 'a montante' e 'a jusante'são usados neste documento, tendo em conta a direção de um fluxo de ar no sistema. As extremidades a montante e a jusante do sistema são definidas com relação ao fluxo de ar quando um usuário tragar pela extremidade da boca ou proximal do artigo para fumar gerador aerossol. O ar é tragado para dentro do sistema em uma extremidade a montante, passa a jusante através do sistema e sai do sistema na extremidade proximal ou a jusante. Os termos "proximal" e "distal" utilizados neste documento se referem à posição de um elemento com relação à sua orientação para o consumidor ou afastando-se do consumidor. Assim, uma extremidade proximal de um bocal do sistema gerador de aerossol corresponde à extremidade da boca do bocal. Uma abertura distal de uma carcaça de cartucho corresponde a uma posição de uma abertura disposta na carcaça de cartucho com sua frente afastando-se do consumidor, em conformidade.

[0013] O aquecedor utilizado em sistemas para fumar, consistente com modalidades da presente divulgação, pode, por exemplo, ser um conjunto de aquecimento permeável a fluido que compreende um ou mais elementos de aquecimento eletricamente condutores. Os um ou mais elementos de aquecimento eletricamente condutores são dimensionados e dispostos para gerar calor quando uma corrente é aplicada a eles. Os conjuntos de aquecimento permeáveis a fluido são adequados para vaporizar líquidos de diferentes tipos de cartuchos. Por exemplo, como um substrato formador de aerossol líquido, um cartucho pode conter um líquido ou um material de transporte contendo líquido como, por exemplo, um material de capilaridade. Esse material de transporte e o material de capilaridade transportam ativamente o líquido e é preferencialmente orientado no cartucho para transportar o líquido para o elemento de aquecimento. Em modalidades, o um ou mais elementos de aquecimento são filamentos de produção de calor que são dispostos próximos ao líquido ou ao líquido contendo material de capilaridade, de forma que o calor produzido por um elemento de aquecimento vaporiza o líquido. Preferencialmente, os filamentos e substrato formador de aerossol estão dispostos de modo que o líquido possa fluir em interstícios do arranjo do filamento pela ação capilar. O arranjo de filamento também pode estar em contato físico com um material de capilaridade.

[0014] Em modalidades, um conjunto de aquecimento permeável a fluido compreende um ou mais elementos de aquecimento através dos quais passa um plano comum, de tal modo que o aquecedor possui uma orientação substancialmente plana. Tal elemento de aquecimento pode, por exemplo, ser um espiral plano incorporado em uma cerâmica porosa ou um aquecedor de malha, em que uma malha ou outra disposição de filamento é disposta ao longo de uma abertura no aquecedor. O conjunto de aquecimento permeável a fluido pode, por exemplo, compreender uma malha eletricamente condutora ou padrão em espiral impresso em uma peça de suporte resistente a calor. A peça de suporte por exemplo pode ser cerâmica, poliéter éter cetona (PEEK), ou outras cerâmicas termicamente resistentes e polímeros que não se decompõem termicamente e liberam elementos voláteis em temperaturas abaixo de 200C e de preferência em temperaturas abaixo de 150C.

[0015] O aquecedor vaporiza o líquido de um cartucho ou carcaça do cartucho que compreende um substrato formador de aerossol. O substrato formador de aerossol é preferencialmente um substrato capaz de liberar compostos voláteis que podem formar um aerossol. Os compostos voláteis podem ser liberados pelo aquecimento do substrato formador de aerossol. O substrato formador de aerossol pode compreender um material à base de plantas. O substrato formador de aerossol pode compreender tabaco. O substrato formador de aerossol pode compreender um material contendo tabaco, contendo compostos aromatizantes de tabaco voláteis, que são liberados a partir do substrato formador de aerossol mediante aquecimento. O substrato formador de aerossol pode compreender, alternativamente, um material que não contém tabaco. O substrato formador de aerossol pode com-preender um material à base de plantas homogeneizado. O substrato formador de aerossol pode compreender um material de tabaco homogeneizado. O substrato formador de aerossol pode compreender, pelo menos, um formador de aerossol. Um formador de aerossol pode ser qualquer composto conhecido adequado ou mistura de compostos que, quando em uso, facilitem a formação de um aerossol denso e estável e que seja substancialmente resistente à degradação térmica à temperatura operacional do sistema. Formadores de aerossol adequados são bem conhecidos na técnica e incluem, mas não estão limitados a: álcoois poli-hídricos, tais como trietilenoglicol, 1,3-butanediol e glicerina; ésteres de álcoois poli-hídricos, tais como mono-, di- ou triacetato de glicerol; e ésteres alifáticos de ácidos mono-, di- ou policarboxílicos, tais como dimetil dodecanodioato e dimetil tetradecanodioato. Formadores de aerossol preferenciais são álcoois poli-hídricos ou misturas dos mesmos, como trietilenoglicol, 1,3-butanediol e mais preferencialmente a glicerina. O substrato formador de aerossol pode compreender outros aditivos e ingredientes, tais como aromatizantes.

[0016] O substrato formador de aerossol pode ser transportado para os elementos de aquecimento através de um material de capilaridade em contato com ou adjacente aos elementos de aquecimento. O material de capilaridade pode ter uma estrutura fibrosa ou esponjosa. O material de capilaridade preferencialmente compreende um feixe de capilares. Por exemplo, o material de capilaridade pode compreender uma pluralidade de fibras ou linhas ou outros tubos finos de furo. As fibras ou linhas podem ser geralmente alinhadas para direcionar líquido para o elemento de aquecimento. Alternativamente, o material de capilaridade pode compreender material semelhante à esponja ou espuma. A estrutura do material de capilaridade forma uma pluralidade de furos ou tubos pequenos, através do qual o líquido pode ser transportado por meio de atuação capilar. O material de capilaridade pode compreender qualquer material adequado ou combinação de materiais adequados. Exemplos de materiais adequados são um material de esponja ou espuma, ou materiais com base em grafite na forma de fibras ou pó sinterizado, metal espumado ou material plástico, um material fibroso, por exemplo, feito de fio ou fibras extrudidas, como acetato de celulose, poliéster ou fibras de poliolefina, polietileno, terylene ou polipropileno ligadas, fibras de nylon ou de cerâmica. O material de capilaridade pode ter qualquer capilaridade e porosidade adequadas para ser usado com propriedades físicas líquidas diferentes. O líquido tem propriedades físicas, incluindo, mas não limitado a viscosidade, tensão superficial, densidade, condutividade térmica, ponto de ebulição e pressão de vapor, permitindo que o líquido seja transportado através do dispositivo capilar por ação capilar.

[0017] O material de capilaridade pode estar em contato com os filamentos eletricamente condutores do aquecedor. O material de capilaridade pode se estender nos interstícios entre os filamentos. O elemento de aquecimento pode tragar o substrato formador de aerossol líquido nos interstícios por ação capilar. O material de capilaridade pode estar em contato com os filamentos eletricamente condutores sobre substancialmente toda a extensão de uma abertura no elemento de aquecimento.

[0018] Os elementos de aquecimento podem ser fornecidos em um conjunto de aquecimento que inclui elementos de suporte. O conjunto de aquecimento pode conter dois ou mais materiais de capilaridade diferentes, no qual um primeiro material de capilaridade, quando em contato com o elemento de aquecimento, tem uma temperatura de decomposição térmica mais alta e um segundo material de capilaridade, quando em contato com o primeiro material de capilaridade, mas não em contato com o elemento de aquecimento tem uma menor temperatura de decomposição térmica. O primeiro material de capilaridade atua eficazmente como um espaçador, separando o elemento de aquecimento do segundo material de capilaridade de modo que o segundo material de capilaridade não é exposto a temperaturas acima de sua temperatura de decomposição térmica. Como utilizado neste documento, "temperatura de decomposição termal" significa a temperatura na qual um material começa a se decompor e perder massa pela geração de gases por produtos. O segundo material de capilaridade pode, vantajosamente, ocupar um volume maior do que o primeiro material de capilaridade e pode reter mais substrato formador de aerossol do que o primeiro material de capilaridade. O segundo material de capilaridade pode ter um desempenho de absorção por capilaridade superior ao primeiro material de capilaridade. O segundo material de capilaridade pode ter um custo menor ou ter uma capacidade de preenchimento maior do que o primeiro material de capilaridade. O segundo material de capilaridade pode ser polipropileno.

[0019] As rotas de fluxo podem ser selecionadas para alcançar um resultado desejado, por exemplo, um volume de ar predefinido passando através de um ou mais canais e colidindo com as superfícies do aquecedor. Por exemplo, um comprimento ou diâmetro de um canal pode ser variado, por exemplo, também para alcançar uma resistência à tragada predefinida (RTD). Rotas de fluxo são também selecionadas de acordo com uma montagem de um sistema para fumar gerador de aerossol e a disposição e características dos componentes individuais do sistema para fumar. Por exemplo, o aerossol pode ser gerado em uma extremidade proximal ou em uma extremidade distal de uma carcaça do cartucho contendo o substrato formador de aerossol. Dependendo da orientação do cartucho no sistema para fumar gerador de aerossol, a extremidade aberta da carcaça do cartucho é disposta em frente ao bocal ou é disposta afastada do bocal. Em conformidade, um elemento de aquecimento para aquecer o substrato formador de aerossol é disposto em uma extremidade proximal ou distal da carcaça. Preferencialmente, o líquido é vaporizado na extremidade distal aberta do bocal e um elemento de aquecimento é disposto entre o cartucho e o bocal.

[0020] Em algumas modalidades, um ou mais elementos de aquecimento são dispostos em uma extremidade proximal aberta da carcaça do cartucho, por exemplo, para cobrir a extremidade proximal do cartucho (versão de cima). Em tais modalidades, a primeira rota de fluxo e o primeiro canal podem ser inteiramente dispostos em um bocal do sistema para fumar, uma primeira entrada de ar é organizada em uma parede lateral do bocal, e uma ou várias saídas do primeiro canal são dispostas na extremidade proximal ou de boca do bocal. Opcionalmente, canais e rotas de fluxo adicionais são definidos no bocal. Os primeiros canais e quaisquer canais adicionais são dispostos de acordo com a localização dos elementos de aquecimento do sistema para fumar. Em modalidades onde, por exemplo, se um elemento de aquecimento estiver disposto em uma extremidade proximal aberta da carcaça do cartucho, por exemplo, para cobrir a extremidade proximal da carcaça (versão de cima), os canais podem também ser dispostos inteiramente em um bocal.

[0021] Em modalidades alternativas, em que o um ou mais elementos de aquecimento estão disposto em uma extremidade distal aberta da carcaça do cartucho, as rotas de fluxo rotineiramente começam em uma localização distal adicional no sistema para fumar, por exemplo, na região de uma extremidade distal da carcaça do cartucho para esta extremidade, entradas de ar e uma primeira porção de cada canal pode ser disposta em uma seção principal do sistema para fumar para definir uma primeira porção de canal em comunicação fluida com as porções de canal correspondentes definidas no bocal. O ar ambiente é então direcionado para dentro do sistema, passa o elemento de aquecimento na extremidade distal do cartucho e entranha o vapor gerado por aquecimento do substrato formador de aerossol no cartucho. O aerossol contendo ar pode, então, ser guiado ao longo do cartucho entre um compartimento de cartucho e um compartimento principal à extremidade a jusante do sistema, em que se mistura com o ar ambiente da primeira rota de fluxo mais adiante (antes ou ao atingir a extremidade a jusante).

[0022] Um único canal pode divergir em várias porções de canal a jusante dos elementos de aquecimento, e várias porções de canal a montante dos elementos de aquecimento podem convergir em um único canal antes de ser trazido em impacto ortogonal contra um centro geométrico do aquecedor. Além disso, um primeiro canal pode consistir em vários primeiros canais parciais e um segundo canal pode consistir em vários segundos canais parciais.

[0023] As rotas de fluxo podem fornecer muitas variantes para suprir o ar ambiente para o elemento de aquecimento e transportar o aerossol para longe do elemento de aquecimento e para uma extremidade a jusante do sistema. Por exemplo, um suprimento radial de ar ambiente é preferencialmente combinado com uma grande extração central. Um suprimento central de ar ambiente é preferencialmente combinado com uma distribuição radial do ar ao longo de uma superfície inteira de elemento de aquecimento com um transporte circunferencial do aerossol contendo ar para a extremidade a jusante. Nestas modalidades, as rotas de fluxo são mescladas para direcionar o ar ambiente para impactar com o elemento de aquecimento, por exemplo, perpendicular ao elemento de aquecimento, preferencialmente em um centro do elemento de aquecimento.

[0024] O fluxo de ar direcionado perpendicularmente para uma porção central do elemento de aquecimento demonstra uma aerossolização melhorada em termos de menores tamanhos de partículas e maiores quantidades de matéria de partículas totais presentes no fluxo do aerossol quando em comparação com o fluxo de ar que colide com a superfície em um ângulo maior do que 0 graus e menor do que 90 graus. Isto pode ser devido a um nível mais baixo de vórtices criado em um elemento de aquecimento e uma interface de fluxo de ar, produção melhorada de aerossol por maximização de todo o aquecedor (por exemplo, porções fora da porção central do elemento de aquecimento contribuem para quantidades adicionais ou maiores de aerossol) ou devido a uma absorção por um efeito de absorção por capilaridade maior, com base em um volume de ar maior atravessando o elemento de aquecimento.

[0025] Um método para guiar um fluxo de ar em um sistema para fumar aquecido eletricamente para gerar aerossol compreende direcionar o ar ambiente a partir de fora do sistema perpendicularmente contra um elemento de aquecimento e transportando o ar contendo vapor aquecido para promover supersaturação de vapor gerado por aquecimento do líquido.

[0026] A invenção é descrita adicionalmente com referência às modalidades, as quais são ilustradas por meio dos desenhos anexos, em que:

[0027] A Figura 1 mostra um sistema gerador de aerossol empregando um fluxo de ar de acordo com as modalidades consistentes com a presente divulgação;

[0028] A Figura 2 mostra um sistema gerador de aerossol empregando um fluxo de ar ambiente e ar entranhado com vapor de acordo com outras modalidades consistentes com a presente divulgação

[0029] A Figura 3A mostra a forma montada, em seção transversal, de um sistema gerador de aerossol empregando um fluxo de ar ambiente e de ar entranhado com vapor de acordo com outra modalidade consistente com a presente divulgação;

[0030] A Figura 3B mostra uma forma separada ou desmontada, em seção transversal, da modalidade da Figura 3A;

[0031] A Figura 4 mostra o efeito de arrefecimento dos diferentes fluxos de gases em elementos de aquecimento diferentes;

[0032] A Figura 5 mostra uma curva de temperatura com base em um padrão de impacto do fluxo exemplar e a disposição substancialmente planar dos filamentos de aquecimento alimentados, formando um aquecedor em malha;

[0033] A Figura 6 mostra as curvas de temperatura na saída do bocal;

[0034] A Figura 7 mostra as curvas de saturação do vapor médio na saída do bocal;

[0035] A Figura 8 mostra a razxão dos diâmetros das gotas na saída do bocal para as geometrias de fluxo de ar das Figuras 1 e 2 com a mesma configuração do aquecedor e energia aplicada;

[0036] As Figuras 9a, 9b mostram os elementos de aquecimento que podem ser utilizados no sistema para fumar, de acordo com a invenção.

[0037] Na Figura 1 uma modalidade de um cartucho 4 e um bocal 1 para um sistema para fumar gerador de aerossol é mostrada. Uma carcaça principal alongada 5 acomoda um cartucho com um recipiente de formato tubular 4 contendo um substrato formador de aerossol, por exemplo, um líquido contendo material de capilaridade 41. O recipiente 4 tem uma extremidade proximal aberta 42. Um aquecedor 30, é disposto para cobrir a extremidade proximal aberta do recipiente 4. Em algumas modalidades, o aquecedor 30 é um fluido aquecedor permeável, tendo um perfil substancialmente plano. Em uma modalidade, o aquecedor 30 é uma disposição de malha substancialmente plana de filamentos aquecidos eletricamente. Os filamentos ou outros elementos de aquecimento de aquecedor 30 podem ou não estar em contato físico direto com o substrato formador de aerossol 41. Um bocal 1 tendo um corpo alongado de formato substancialmente tubular 15 é alinhado com a carcaça principal, o recipiente 4 e o aquecedor 30. O corpo alongado 15 tem uma extremidade distal aberta virada para o aquecedor 30.

[0038] A modalidade mostrada na Figura 1 compreende um primeiro canal 10 que define uma primeira rota de fluxo no bocal 1. O ar ambiente entrante 20 entra pela primeira rota de fluxo através da entrada 100 e segue o trajeto de fluxo definido pelo primeiro canal 10. Este trajeto de fluxo traz o ar ambiente em colisão contra o centro do aquecedor 30. Preferencialmente, o impacto ocorre no centro geométrico do aquecedor e no ângulo de ou perto de noventa graus (isto é, o fluxo é substancialmente ortogonal a um plano contendo superfícies aquecidas do aquecedor 30. O líquido vaporizado produzido pelo aquecedor 30 é inserido como um aerossol pelo fluxo de ar 20 e, partir deste ponto, o ar é distribuído pelas saídas 12 em uma extremidade proximal ou extremidade de boca do bocal 1, para ser inalado quando um consumidor tragá-lo. Em algumas modalidades, um único canal como primeiro canal 10 pode ser, sozinho, suficiente para puxar uma quantidade desejada de ar ambiente com cada tragada. Em outras modalidades, pode ser desejável incluir duas ou mais entradas e canais associados. Por exemplo, um segundo canal (não mostrado) pode ser fornecido para puxar ar ambiente adicional tal que os fluxos de ar ambiente são combinados antes do impacto com o aquecedor 30.

[0039] Na modalidade da Figura 1, a entrada 100 na primeira rota de fluxo é uma abertura ou orifício no bocal 1, localizado em uma metade distal do corpo alongado 15 do bocal 1. A primeira rota de fluxo em uma porção de segundo canal a montante 101 percorre em um corpo alongado paralelo para a circunferência do corpo alongado, para a extremidade proximal do bocal. Em uma porção radialmente direcionada para o interior 102 do primeiro canal 10, o primeiro fluxo de ar 20 é direcionado ao centro do corpo alongado e em uma porção disposta de forma central 103 do primeiro canal do primeiro fluxo de ar 20 é direcionada a um aquecedor 30 para impactar com o centro 31 do aquecedor 30. O primeiro fluxo de ar 20 passa ao longo do aquecedor 30 e se espalha radialmente de forma exterior para várias porções de extremidade longitudinal 104 do primeiro canal 10. As porções de extremidade longitudinal 104 são organizadas regularmente ao longo da circunferência dentro do corpo alongado.

[0040] Nesta modalidade, a rota de fluxo e canal correspondente são organizados inteiramente dentro do bocal 1 do sistema gerador de aerossol. Uma ou mais rotas de fluxo adicionais definidas, por exemplo, por canais simetricamente dispostos, podem ser definidas no bocal de tal modo que os fluxos se mesclam no momento em que o ar ambiente alcança a porção disposta de forma central 103.

[0041] Na Figura 2 uma modalidade de um cartucho 4 com aquecedor 30 disposto na parte inferior do cartucho que cobre uma extremidade distal aberta 43 do recipiente 41 é ilustrada. Nesta modalidade, a primeira entrada 100A é disposta na carcaça principal 5 e o ar ambiente 20A é diretamente conduzido em uma porção em direção radialmente para dentro 102A do primeiro canal para o centro da carcaça principal. Além disso, uma segunda entrada 100B é disposta na carcaça principal 5 e o ar ambiente 20B é diretamente conduzido em um segundo canal de direção radialmente para dentro 102B para o centro da carcaça principal 5. O primeiro e o segundo canal se mesclam para formar um fluxo único dentro de uma porção disposta de forma central 103 do primeiro canal e o fluxo de ar mesclado é direcionado para impactar perpendicularmente com o aquecedor 30. O ar então passa pelo aquecedor 30, arrasta o aerossol causado pelo aquecimento do líquido ao substrato formador de aerossol 41 através do aquecedor 30. O aerossol contendo ar é conduzido à extremidade proximal do cartucho 4 depois de entrar em uma curva de noventa graus em uma das diversas porções longitudinais alongadas 105 do primeiro canal 10 dispostas entre e ao longo do cartucho 4 e uma superfície interior da carcaça principal 5.

[0042] Lá, o aerossol contendo o fluxo de ar é guiado para dentro e fora de uma única abertura disposta de forma central 52 na carcaça principal 5. Um bocal (não mostrado) pode ser disposto adjacente a e alinhado com a carcaça principal. Preferencialmente, o bocal, então, também possui uma abertura disposta de forma central e porção de extremidade 104 do primeiro canal 10 para receber o aerossol contendo fluxo de ar e guiá-lo para uma abertura de saída única 12 na extremidade proximal do bocal 1.

[0043] As Figuras 3A e 3B descrevem uma modalidade adicional de um sistema 8 que inclui um cartucho 4 com aquecedor 30 disposto na parte inferior do cartucho cobrindo uma extremidade distal aberta 43 da carcaça do cartucho 41 é ilustrada. Nesta modalidade, a primeira entrada 100A é disposta na carcaça principal 5 e o ar ambiente 20A é diretamente conduzido em uma porção em direção radialmente para dentro 102A do primeiro canal para o centro da carcaça principal. Além disso, uma segunda entrada 100B é disposta na carcaça principal 5 e o ar ambiente 20B é diretamente conduzido em um segundo canal de direção radialmente para dentro 102B para o centro da carcaça principal 5. O primeiro e o segundo canal se mesclam para formar um fluxo único dentro de uma porção disposta de forma central 103 do primeiro canal e o fluxo de ar mesclado é direcionado para impactar perpendicularmente com o aquecedor 30. Contatos condutivos 60, que são eletricamente acoplados a uma fonte de energia (não mostrada) localizada dentro da carcaça principal 5 estão em contato elétrico com contatos de aquecedor 30 correspondentes e abastecem o aquecedor com a corrente elétrica.

[0044] O ar que chega através da primeira porção de canal 103 passa pelo aquecedor 30 e arrasta vapor e gotículas condensadas causadas pelo aquecimento do líquido no substrato formador de aerossol 41 através do aquecedor 30. O aerossol então gerado, é conduzido para a extremidade proximal do cartucho 4 após entrar em uma curva de noventa graus 45a, 45b em uma ou várias porções longitudinais alongadas 105 do primeiro canal 10, disposto entre e ao longo do cartucho 4. Daí em diante, o aerossol guiado para dentro e fora de uma abertura de saída disposta de forma central 12 na extremidade proximal do bocal 1.

[0045] A Figura 3B é separada para mostrar o sistema 8 em maior detalhe. Pode ser visto que a carcaça do cartucho 4, compreendendo as seções 4A e 4B, recebe um líquido contendo material de alta retenção ou material de alta liberação (HRM) 41 que serve como um reservatório de líquido e direciona o líquido para o aquecedor 30 para evaporação no aquecedor. Um disco de capilaridade, um disco capilar 44, por exemplo, um disco de fibra, é disposto entre o HRM 41 e o aquecedor 30. O material do disco de capilaridade 44 pode ser mais resistente ao calor do que o HRM 41 devido a sua proximidade ao aquecedor 30 para fornecer isolamento térmico e proteger o próprio HRM da decomposição. O disco capilar 44 é mantido molhado com o líquido formador de aerossol do HRM para garantir o fornecimento de líquido para vaporização se o aquecedor for ativado.

[0046] Os dados mostrados na Figura 4 demonstram a relação entre a taxa de fluxo de ar e arrefecimento do aquecedor de malha. As taxas de arrefecimento foram medidas usando diferentes aquecedores de malha: Reking (45 micrômetros/180 por polegada), Haver (25 micrômetros 200 por polegada) e Warrington de 3 tiras (25 micrômetros 250 por polegada). Os dados de medição para o aquecedor de Reking são indicados por cruzes, os dados de medição para o aquecedor de Haver são indicados por círculos e os dados de medição para o aquecedor de Warrington de 3 tiras são indicados por triângulos. Todos os aquecedores foram operados a três Watt. A temperatura foi medida com um termopar acoplado aos aquecedores. Aumentar a taxa de fluxo, conforme indicado no eixo x em litros por minuto [L/min] resulta em uma baixa temperatura medida em cima do aquecedor de malha. Os tamanhos típicos dos fluxos de ar em sistemas geradores de aerossol podem ser aproximados por regimes de fumo padrão, por exemplo, o regime de fumo Health Canada, que leva ao arrefecimento significativo do aquecedor. Regimes de fumo exemplares, tais como Health Canada, atraem 55ml de uma mistura de ar e vapor ao longo de 2 segundos. Um regime alternativo é 55ml ao longo de 3 segundos. Nenhum regime de fumo exemplar imita o comportamento precisamente, mas em vez disso, atua como uma representação do que um usuário médio puxaria. Para compensar a maior taxa de arrefecimento associada com uma alta taxa de fluxo de ar e perpendicular ao impacto do ar no que diz respeito à superfície do aquecedor 30, pode ser necessário abastecer aumentos de níveis de corrente para o aquecimento dos respectivos elementos.

[0047] No gráfico da Figura 5, as temperaturas médias no aquecimento versus tempo durante uma tragada são mostradas. A curva 60 representa dados de temperatura de referência para o aquecedor, onde o fluxo de ar total é direcionado para o aquecedor. Para os dados de referência, o aquecedor tinha sido aquecido com 5 watts.

[0048] A Figura 6 mostra o efeito, na temperatura do aerossol carregando o fluxo de ar na saída do bocal durante uma tragada, de direcionar o fluxo de ar arrastado de vapor ao longo da porção da carcaça do cartucho 4 que contém a porção de armazenamento de líquido 41. Os dados referem-se a modalidades onde o fluxo de ar ambiente é trazido através de saídas em uma carcaça principal, colidindo perpendicularmente contra a superfície de um aquecedor substancialmente planar, disposto em um plano transversal através de um cartucho de abertura distal à extremidade do bocal de inalação e dobrado em torno de um canal de fluxo a jusante para transportar o fluxo de ar na extremidade de inalação do bocal, como mostrado nas Figuras 2 e 3A. A curva de temperatura 61 representa as temperaturas de ar de saída para um aquecedor alimentado com 5 watts com o fluxo de ar total incidem sobre o aquecedor e a saída de acordo com a disposição mostrada na Figura 1. A curva de temperatura 71 representa as temperaturas de ar de saída para um aquecedor também alimentado com 5 Watts, mas onde o fluxo de ar é passado em estreita proximidade com a porção de armazenamento líquido para promover o arrefecimento conforme mostrado nas Figuras 2 e 3A. Há temperaturas mais baixas significativas do fluxo de ar que carrega o aerossol na saída proximal da carcaça principal 5 e bocal 1 nas disposições das Figuras 2 e 3A, devido à transferência de calor para a zona da carcaça do cartucho próxima à porção de armazenamento de líquido. O ar tipicamente "fresco" misturado no fluxo de ar que carrega o aerossol está em temperatura ambiente.

[0049] A diferença significativa pode também ser vista na proporção de pressão de vapor para a pressão de saturação (Pvapor/Psaturação) de uma solução de glicerol na saída do bocal durante uma tragada. Esta proporção é mostrada na Figura 7. A Curva 72 refere-se aos dados de pressão na saída para o aquecedor, alimentado com 5 watts, com o total do fluxo de ar direcionado para o aquecedor de acordo com as disposições das Figuras 2 e 3A. A Curva 62 refere-se aos dados de pressão na saída para o aquecedor, alimentado com 5 watts com o fluxo de ar total com impacto sobre o aquecedor de acordo com a disposição da Figura 1. Isto representa um grau maior de supersaturação da solução de glicerol, que favorece a aerossolização com gotículas menores. A simulação prevê claramente tamanhos de gotículas menores para o vapor mais frio da modalidade do fluxo de ar divido em comparação com as modalidades de fluxo de ar não divido. Esses dados de simulação 67 são mostrados na Figura 8 para uma tragada na saída do bocal. O eixo y representa a proporção de diâmetros de gotículas para divisão de fluxo de ar para sistemas de fluxo de ar total. As proporções são calculadas e mostradas como d_split/d_ref = T * Ln (S) ref/T * Ln (S) split versus tempo (em segundos) durante uma tragada sobre o sistema gerador de aerossol, onde T é a temperatura expressa em graus Kelvin e S é a taxa de saturação que é uma função de Pv e P (T).

[0050] A Figura 9a é uma ilustração de um primeiro aquecedor 30. O aquecedor 30 é um conjunto de elementos de aquecimento permeável a fluido e compreende uma malha 36 formada a partir de 304L de aço inoxidável, com um tamanho de malha de cerca de 400 Mesh US (cerca de 400 filamentos por polegada). Os filamentos têm um diâmetro de cerca de 16 micrometros. A malha está conectada aos contatos elétricos 32 que são separados um do outro por uma lacuna 33 e são formados por uma folha de cobre ou de estanho tendo uma espessura de cerca de 30 micrometros. Os contatos elétricos 32 são fornecidos em um substrato de poli-imida 34 tendo uma espessura de cerca de 120 micrometros. Os filamentos que formam a malha definem os interstícios entre os filamentos. Os interstícios neste exemplo têm uma largura de aproximadamente 37 micrometros, embora interstícios maiores ou menores possam ser usados. O uso de uma malha com estas dimensões aproximadas permite que um menisco do substrato formador de aerossol seja formado nos interstícios, e que a malha do elemento de aquecimento arraste o substrato formador de aerossol por ação capilar. A área aberta da malha, ou seja, a proporção da área dos interstícios para a área total da malha é preferencialmente entre 25 % e 56 %. A resistência total do elemento de aquecimento é em torno de 1 Ohm. A malha fornece a grande maioria desta resistência de modo que a maioria do calor seja produzida pela malha. Neste exemplo, a malha tem uma resistência elétrica mais de 100 vezes maior que os contatos elétricos 32.

[0051] O substrato 34 é eletricamente isolante e, neste exemplo, é formado por uma folha de poli-imida com uma espessura de cerca de 120 micrometros. O substrato é circular e tem um diâmetro de 8 milímetros. A malha é retangular e tem comprimentos laterais de 5 milímetros e 2 milímetros. Estas dimensões permitem um sistema completo, tendo um tamanho e forma semelhantes a um cigarro ou charuto convencional. Outro exemplo de dimensões que foram descobertas eficazes é um substrato circular de diâmetro de 5 milímetros e uma malha retangular de 1 milímetro vezes 4 milímetros.

[0052] A Figura 9b é uma ilustração de um conjunto aquecedor alternativo. No elemento de aquecimento da Figura 8b, os filamentos de produção de calor eletricamente condutores 37 são ligados diretamente ao substrato 34 e os contatos 32 são então ligados aos filamentos. Os contatos 32 são separados um do outro por uma lacuna isolante 33 como antes e são formados por uma folha de cobre de espessura de cerca de 30 micrometros. A mesma disposição de filamentos de substrato e contatos pode ser usada para um aquecedor do tipo malha como mostrado na Figura 8a. Ter os contatos como uma camada mais externa pode ser benéfico para proporcionar um contato elétrico confiável com uma fonte de energia.

[0053] Retornando às Figuras de 1 à 3B, o material de capilaridade 41 é orientado de forma vantajosa na carcaça 4 para transportar líquido para o aquecedor 30. Quando o cartucho é montado, os filamentos aquecedores 36, 37, 38 podem estar em contato com o material de capilaridade 41 e o substrato formador de aerossol pode ser transportado diretamente para o aquecedor de malha.

[0054] Em uso, os elementos de aquecimento funcionam por aquecimentos resistivo. A corrente é passada através dos filamentos 36,37,38 sob o controle dos componentes eletrônicos (não mostrados) para aquecer os filamentos a uma faixa de temperatura desejada. A malha ou matriz de filamentos tem uma resistência elétrica significativamente maior do que os contatos elétricos 32,35 e os conectores elétricos (não mostrados) de modo que altas temperaturas estão localizadas nos filamentos. O sistema pode ser configurado para gerar calor através do fornecimento de uma corrente elétrica para o elemento de aquecimento em resposta a uma tragada do usuário ou pode ser configurado para gerar calor continuamente enquanto o dispositivo está em um estado "ligado".

[0055] Os diferentes materiais para os filamentos podem ser adequados para diferentes sistemas. Por exemplo, em um sistema aquecido continuamente, os filamentos de grafite são adequados uma vez que têm uma capacidade de calor específico relativamente baixa e são compatíveis com aquecimento de baixa corrente. Em um sistema alimentado pela tragada, no qual o calor é gerado em curtas explosões usando pulsos de alta corrente, filamentos de aço inoxidável com uma capacidade de alto calor específico podem ser mais adequados.

[0056] Nos sistemas de cartucho acima como descrito nas Figuras 1 a 3B, a carcaça de cartucho 4 também pode ser um recipiente de cartucho separado, adicionalmente à carcaça de cartucho como descrito por exemplo na Figura 1. Especialmente, um cartucho contendo líquido é um produto pré-fabricado, que pode ser inserido em uma carcaça do cartucho fornecida no sistema gerador de aerossol para receber o cartucho pré-fabricado.

Claims (13)

1. Sistema gerador de aerossol compreendendo: uma porção de armazenamento de líquido compreendendo um recipiente (4) para reter um substrato gerador de aerossol líquido (41) e definir uma abertura (42); um conjunto aquecedor, em que o conjunto aquecedor se estende através da abertura ao longo de um plano transversal e compreende pelo menos um elemento de aquecimento (30) acionado eletricamente; e um primeiro canal (10) definindo uma primeira rota de fluxo, caracterizado pelo fato de que uma porção do primeiro canal (10) é disposta em relação ao plano transversal de forma que, pelo menos, uma porção do primeiro canal (10) direciona o ar proveniente de fora do sistema para impactar contra o centro geométrico de pelo menos um elemento de aquecimento (30) e através de uma porção da superfície do pelo menos um elemento de aquecimento (30) para prover um fluxo de ar sobre o elemento de aquecimento (30) em uma direção para fora radialmente, em que a porção do primeiro canal (10), que direciona o ar para impactar contra e através da porção da superfície de pelo menos um elemento de aquecimento (30), é ortogonal ao plano transversal.

2. Sistema gerador de aerossol, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui ainda um segundo canal definindo uma segunda rota de fluxo, em que a primeira rota de fluxo e a segunda rota de fluxo se mesclam antes ou ao longo da porção do primeiro canal (10) que direciona ar para impactar contra e através da porção de superfície de, pelo menos, um elemento de aquecimento (30).

3. Sistema gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 2, caracterizado pelo fato de que o conjunto aquecedor compreende uma pluralidade de elementos de aquecimento (30) através dos quais passa um plano comum.

4. Sistema gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um meio de capilaridade alinhado com a abertura e em contato com o conjunto de aquecimento e em que o substrato gerador de aerossol líquido (41) é tragado através do meio de capilaridade para, pelo menos, um elemento de aquecimento (30) acionado eletricamente.

5. Sistema gerador de aerossol, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, um elemento de aquecimento (30) acionado eletricamente compreende uma pluralidade de filamentos eletricamente condutores (36, 37, 38).

6. Sistema gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende uma unidade principal (5) e um cartucho (4) que é removível, acoplado à unidade principal (5), em que a porção de armazenamento de líquido (41) e o conjunto aquecedor são fornecidos no cartucho (4) e a unidade principal (5) compreende uma fonte de energia.

7. Sistema gerador de aerossol, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a unidade principal (5) define, pelo menos, uma entrada (100) para tragar o ar ambiente (20) a partir do lado de fora do sistema e em, pelo menos, uma primeira porção do primeiro canal (10) correspondente a um trajeto de fluxo relativo ao conjunto aquecedor.

8. Sistema gerador de aerossol, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o cartucho (4) define ainda, pelo menos, uma entrada (100A) para tragar o ar ambiente (20A) a partir do lado de fora do sistema e, pelo menos, uma primeira porção do primeiro canal (10) correspondente a um trajeto de fluxo relativo ao conjunto aquecedor.

9. Sistema gerador de aerossol, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o cartucho (4) define uma segunda porção (104) do primeiro canal (10) em comunicação fluida com a primeira porção (103).

10. Sistema gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 7 a 9, caracterizado pelo fato de que a unidade principal (5) define uma segunda porção (104) do primeiro canal (10) em comunicação fluida com a primeira porção (103).

11. Sistema gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma porção do primeiro canal (10) é dimensionada e disposta para transportar o ar para longe do conjunto aquecedor, ao longo de um canal alongado, entre a porção de armazenamento de líquido (41) e uma porção de superfície interior do cartucho (4).

12. Sistema gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma porção do primeiro canal (10) é dimensionada e disposta para transportar o ar para longe do conjunto aquecedor ao longo de uma curva.

13. Método para guiar um fluxo de ar em um sistema gerador de aerossol acionado eletricamente, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: prover um substrato gerador de aerossol (41); direcionar o ar proveniente do lado de fora do sistema através de um primeiro canal para impactar contra o centro geométrico do elemento de aquecimento (30) e ao longo de uma porção da superfície de um elemento de aquecimento (30), alinhado com uma abertura (42), em um recipiente contendo o substrato gerador de aerossol (41) para prover um fluxo de ar sobre o elemento de aquecimento (30) em uma direção para fora radialmente, em que o elemento de aquecimento se estende através da abertura ao longo de um plano transversal, e em que a porção do primeiro canal (10), que direciona o ar para impactar contra e através da porção da superfície do elemento de aquecimento (30) é ortogonal ao plano transversal; e transportar um aerossol gerado para a extremidade a jusante do sistema.

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