ES2580407T3 - Dispositivo generador de aerosol con distribución mejorada de temperatura - Google Patents

Dispositivo generador de aerosol con distribución mejorada de temperatura Download PDF

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ES2580407T3 ES12818790.3T ES12818790T ES2580407T3 ES 2580407 T3 ES2580407 T3 ES 2580407T3 ES 12818790 T ES12818790 T ES 12818790T ES 2580407 T3 ES2580407 T3 ES 2580407T3
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Abstract

Un dispositivo generador de aerosol que comprende: una cavidad de recepción del sustrato configurada para recibir un sustrato formador de aerosol (2); un calentador interno (22) posicionado dentro de la cavidad de recepción del sustrato; y un calentador externo (24, 26) posicionado en un perímetro de la cavidad de recepción del sustrato; caracterizado por un controlador (30) configurado para controlar un suministro de energía al calentador interno (22) o al calentador externo (24, 26), o tanto al calentador interno como al calentador externo, de manera que el calentador externo tiene una temperatura más baja que el calentador interno.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo generador de aerosol con distribucion mejorada de temperatura
La presente descripcion se refiere a un dispositivo generador de aerosol calentado y en particular a un arreglo de calentamiento y a un metodo para calentar un sustrato formador de aerosol dentro de un dispositivo generador de aerosol.
Los dispositivos generadores de aerosol en los que un sustrato formador de aerosol se calienta para producir un aerosol se conocen en la tecnica. Para un sustrato formador de aerosol dado hay un intervalo de temperaturas aceptables al que puede calentarse. Es importante no exceder la temperatura maxima, por encima de la cual puede ocurrir una combustion no conveniente o pirolisis. Sin embargo, por debajo de la temperatura minima no se formara el aerosol deseado. El sustrato puede calentarse usando calentadores posicionados externos al sustrato o internos en el sustrato. Usar un calentador interno tiene la ventaja de que el calor se proporciona eficientemente al sustrato con menos perdida de calor que con calentadores externos. Sin embargo, un problema con el uso de un calentador interno es que es diffcil proporcionar el calor de manera equitativa a traves del sustrato y asf como calentar todo el sustrato dentro del intervalo optimo de temperaturas.
El documento EP 2340730 A1 describe un sistema generador de aerosol que comprende un sustrato tubular y un dispositivo que tiene una cavidad dentro de la cual se recibe el sustrato tubular. El dispositivo comprende un elemento calentador interno que se ajusta dentro del sustrato tubular y puede tener ademas un elemento calentador externo que rodea parcialmente el sustrato.
Es conveniente calentar un sustrato formador de aerosol para tener una distribucion de temperatura uniforme, o al menos de manera que todo el sustrato tenga una temperatura dentro de un intervalo de temperaturas conveniente.
La presente descripcion se refiere a un dispositivo generador de aerosol configurado para recibir un sustrato formador de aerosol y configurado para calentar el sustrato formador de aerosol usando tanto un calentador interno, posicionado dentro del sustrato, como un calentador externo posicionado fuera del sustrato. El uso tanto de un calentador interno como externo permite que cada calentador opere a una temperatura mas baja que la que se requerina cuando se usa ya sea un calentador interno o externo solamente. Al operar el calentador externo a una temperatura mas baja que el calentador interno, el sustrato puede calentarse para tener una distribucion de temperatura relativamente uniforme mientras que la temperatura externa del dispositivo puede mantenerse en un nivel aceptablemente bajo. Esto es un problema significativo para dispositivos portatiles debido a que, por ejemplo, si se requieren temperaturas mas altas para los calentadores, pueden surgir puntos calientes incomodos o peligrosos durante el funcionamiento de un dispositivo generador de aerosol.
En una modalidad, se proporciona un dispositivo generador de aerosol que comprende: una cavidad de recepcion del sustrato configurada para recibir un sustrato formador de aerosol; un calentador interno posicionado dentro de la cavidad de recepcion del sustrato; un calentador externo posicionado en un penmetro de la cavidad de recepcion del sustrato; y un controlador configurado para controlar un suministro de energfa al calentador interno o al calentador externo, o tanto al calentador interno como al calentador externo, de manera que el calentador externo tiene una temperatura mas baja que el calentador interno. Durante el uso, el calentador externo puede tener una temperatura menor que la temperatura del sustrato formador de aerosol pero mayor que la temperatura ambiente.
Como se usa en la presente descripcion, un 'dispositivo generador de aerosol' se refiere a un dispositivo que interactua con un sustrato formador de aerosol para generar un aerosol. El sustrato formador de aerosol puede ser parte de un artfculo generador de aerosol, por ejemplo parte de un artfculo para fumar. Un dispositivo generador de aerosol puede ser un dispositivo para fumar que interactua con un sustrato formador de aerosol de un artfculo generador de aerosol para generar un aerosol que puede inhalarse directamente a los pulmones del usuario a traves de la boca del usuario. Un dispositivo generador de aerosol puede ser un contenedor.
Como se usa en la presente descripcion, el termino 'sustrato formador de aerosol' se refiere a un sustrato capaz de liberar compuestos volatiles que pueden formar un aerosol. Dichos compuestos volatiles pueden liberarse mediante el calentamiento del sustrato formador de aerosol. Un sustrato formador de aerosol puede convenientemente ser parte de un artfculo generador de aerosol o artfculo para fumar.
Como se usan en la presente descripcion, los terminos “artfculo generador de aerosol” y “artfculo para fumar” se refieren a un artfculo que comprende un sustrato formador de aerosol que es capaz de liberar compuestos volatiles que pueden formar un aerosol. Por ejemplo, un artfculo generador de aerosol puede ser un artfculo para fumar que genera un aerosol que puede inhalarse directamente a los pulmones del usuario a traves de la boca del usuario. Un artfculo generador de aerosol puede ser desechable. El termino ‘artfculo para fumar' se usa generalmente de ahora en adelante. Un artfculo para fumar puede ser, o puede comprender, a barra de tabaco.
El calentador externo puede formarse o controlarse para proporcionar, junto con el calentador interno, una distribucion de temperatura esencialmente uniforme alrededor de un penmetro de la cavidad. La distribucion de temperatura esencialmente uniforme puede determinarse por varios metodos conocidos, por ejemplo, el uso de perfiles obtenidos de camaras de temperaturas o termopares. Otros metodos para determinar la distribucion de
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temperatura seran evidentes para un experto en la tecnica. La forma mas ventajosa para el calentador externo depende de la forma del calentador interno asf como de la forma del sustrato formador de aerosol. Por ejemplo, el calentador externo puede formarse y posicionarse adyacente a las porciones del sustrato formador de aerosol mas lejano de, o que recibe menos calor del calentador interno.
El calentador externo puede disponerse de manera simetrica esencialmente alrededor de un penmetro de la cavidad de recepcion del sustrato, particularmente cuando el calentador interno se dispone de manera simetrica o central dentro de la cavidad de recepcion del sustrato. El calentador externo puede comprender uno o mas elementos de calentamiento externos. El termino “elemento de calentamiento externo” se refiere a uno que rodea al menos parcialmente el sustrato formador de aerosol.
El calentador interno puede comprender un elemento de calentamiento interno, en forma de una lamina, para insertarse al menos parcialmente dentro del sustrato formador de aerosol del artfculo para fumar cuando el artfculo para fumar se recibe en la cavidad. Un “elemento de calentamiento interno” es uno que sea adecuado para su insercion dentro de un material formador de aerosol.
El calentador externo puede comprender dos elementos de calentamiento cada uno que se extiende parcialmente alrededor del penmetro de la cavidad, y se posiciona de frente a las caras mas largas de una lamina de calentamiento interna.
El controlador puede tomar la forma de circuitos electronicos dispuestos para conectarse a un suministro de energfa y a uno o ambos de los calentadores interno y externo. Los circuitos electronicos pueden proporcionarse para que los calentadores interno y externo puedan controlarse de manera independiente o para que los elementos de calentamiento separados, que forman parte del calentador interno o externo, puedan controlarse de manera independiente. Los circuitos electronicos pueden ser programables.
El controlador puede configurarse para controlar el calentador externo para tener una temperatura entre 100 y 200 grados centigrados. El controlador puede configurarse para controlar el calentador interno para que tenga una temperatura entre 320 y 420 grados centigrados. En una modalidad, el controlador se configurara de manera que el calentador interno tiene una temperatura promedio sobre el area superficial del calentador interno que es aproximadamente 375 grados centfgrados y una temperatura maxima localizada que es 420 grados centfgrados.
El dispositivo generador de aerosol puede comprender ademas un alojamiento que contiene los calentadores interno y externo. El alojamiento puede disenarse para agarrarse o sostenerse por un usuario.
El calentador externo puede separarse del alojamiento mediante un espacio de aire o una capa de aislamiento. En particular, una estructura de soporte puede proporcionarse alrededor del calentador externo, la estructura de soporte que comprende una superficie interna que tiene una o mas nervaduras o proyecciones, las nervaduras o proyecciones que entran en contacto con el calentador externo. La estructura de soporte puede recibirse dentro del alojamiento o formar parte del alojamiento. Al soportar el calentador externo sobre las nervaduras o proyecciones, la conduccion termica desde el calentador externo hacia la estructura de soporte y hacia el alojamiento es relativamente pequena. El calentador externo puede posicionarse sobre, o formar, una superficie interna de la cavidad de manera que, durante el uso, el calentador externo entra en contacto con el sustrato formador de aerosol o una envoltura exterior o cobertura del sustrato formador de aerosol. El calentador externo puede entonces calentar el sustrato formador de aerosol directamente por conduccion. Estara claro para un experto en la tecnica que aunque se hace referencia a una cavidad para recibir un sustrato formador de aerosol, el sustrato formador de aerosol puede ser un elemento que comprende un artfculo para fumar que comprende una varilla que incluye el sustrato formador de aerosol asf como otros elementos tales como filtros y porciones de transferencia. Sera obvio, por lo tanto, para un experto en la tecnica que el calentador externo puede proporcionarse en el alojamiento de manera que permite el calentamiento del sustrato a traves de la modificacion del alojamiento, el diseno del calentador externo, y el artfculo para fumar. La estructura de soporte puede comprender una malla o comprender una pluralidad de agujeros para proporcionar una inercia termica baja.
El calentador externo puede proporcionarse sobre una cubierta que es movil con relacion al alojamiento del dispositivo. El sustrato formador de aerosol puede recibirse en la cubierta. La cubierta puede usarse para ayudar en la insercion y extraccion del sustrato formador de aerosol en y del dispositivo. La cubierta puede comprender un receptaculo deslizable para recibir el sustrato, el receptaculo deslizable que se desliza entre una primera posicion y una segunda posicion. La primera posicion del receptaculo deslizable es una posicion de operacion en la que los calentadores interno y externo pueden calentar el sustrato formador de aerosol para formar el aerosol. La cubierta puede incluir contactos electricos para la conexion del calentador externo a un suministro de energfa en el dispositivo cuando la cubierta esta en la primera posicion.
El dispositivo generador de aerosol puede comprender incluso ademas una entrada de aire. El dispositivo generador de aerosol puede comprender incluso ademas una salida de aire. El dispositivo generador de aerosol puede comprender incluso ademas una camara de condensacion para permitir que se forme el aerosol que tiene las caractensticas convenientes.
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El dispositivo generador de aerosol puede ser un sistema para fumar calentado electricamente y puede comprender calentadores electricos interno y externo.
Los elementos calentadores electricos pueden comprender un material electricamente resistivo. Los materiales electricamente resistivos adecuados incluyen pero no se limitan a: semiconductores tales como ceramicas dopadas, ceramicas electricamente “conductoras” (tales como, por ejemplo, disiliciuro de molibdeno), carbono, grafito, metales, aleaciones de metal y materiales compuestos fabricados de un material ceramico y un material metalico. Tales materiales compuestos pueden comprender ceramicas dopadas o no dopadas. Ejemplos de ceramicas dopadas adecuadas incluyen carburos de silicio dopado. Ejemplos de metales adecuados incluyen titanio, zirconio, tantalo y metales del grupo del platino. Entre los ejemplos de aleaciones de metales adecuadas se incluyen acero inoxidable; aleaciones que contienen mquel, cobalto, cromo, aluminio, titanio, zirconio, hafnio, niobio, molibdeno, tantalio, wolframio, estano, galio, manganeso, oro y hierro; y superaleaciones a base de mquel, hierro, cobalto, acero inoxidable, Timetal® y aleaciones a base de hierro-manganeso-aluminio. En los materiales compuestos, el material electricamente resistivo puede opcionalmente incorporarse, encapsularse o recubrirse con un material aislante o viceversa, en dependencia de las cineticas de transferencia de energfa y las propiedades fisicoqmmicas externas requeridas. Alternativamente, los calentadores electricos pueden comprender uno o mas elementos de calentamiento infrarrojos, fuentes fotonicas, o elementos de calentamiento inductivos.
El calentador interno puede tener cualquier forma adecuada. Por ejemplo, el calentador interno puede tomar la forma de una lamina de calentamiento. Alternativamente, el calentador interno puede tomar la forma de un revestimiento o sustrato con diferentes porciones electroconductivas, o un tubo metalico con resistencia electrica. Alternativamente, el calentador interno puede consistir en una o mas agujas o varillas calentadoras que corren a traves del centro del sustrato formador de aerosol. Otras alternativas incluyen un filamento o alambre de calentamiento, por ejemplo un alambre o placa de calentamiento de Ni-Cr (mquel-cromo), platino, oro, plata, tungsteno o de aleacion. De manera opcional, el elemento de calentamiento interno puede depositarse dentro de un material portador ngido o sobre este. En una modalidad de este tipo, el calentador electricamente resistivo puede formarse por medio del uso de un metal con una relacion definida entre temperatura y resistencia. En tal dispositivo ejemplar, el metal puede formarse como una pista sobre un material aislante adecuado, tal como material de ceramica, y luego intercalarse en otro material aislante, tal como un vidrio. Los calentadores que se formen de esta manera pueden usarse para calentar y monitorear la temperatura de los calentadores durante la operacion.
El calentador externo puede tener cualquier forma adecuada. Por ejemplo, el calentador externo puede tomar la forma de una o mas envolturas de papel calentadoras flexibles sobre un sustrato dielectrico, como una poliamida. Las laminas de calentamiento flexible pueden formarse para conformar el penmetro de la cavidad de recepcion del sustrato. Alternativamente, el calentador externo puede tomar la forma de una rejilla o rejillas metalicas, una tarjeta de circuitos impresos flexible, un dispositivo de interconexion moldeado (dispositivo de interconexion moldeado, MID), un calentador de ceramica, un calentador de fibra de carbono flexible, o puede formarse por medio del uso de una tecnica de recubrimiento, como la deposicion de vapor de plasma, sobre un sustrato con una forma adecuada. El calentador externo tambien puede formarse por medio del uso de un metal con una relacion definida entre temperatura y resistencia. En tales dispositivos ilustrativos, el metal puede formarse como una pista entre dos capas de materiales aislantes adecuados. Un calentador externo que se conforma de esta manera puede usarse para calentar y monitorear la temperatura del calentador externo durante la operacion. El calentador externo puede ser un calentador inductivo.
El calentador interno o externo puede comprender un disipador de calor o un deposito de calor que comprende un material capaz de absorber y almacenar calor y, en forma subsiguiente, liberar el calor con el tiempo al sustrato formador de aerosol. El disipador de calor puede formarse de cualquier material adecuado, tal como un material metalico o ceramico adecuado. En una modalidad, el material tiene una alta capacidad termica (material de almacenamiento sensible al calor), o es un material capaz de absorber y posteriormente liberar el calor por medio de un proceso reversible, tal como un cambio de fase a alta temperatura. Los materiales de almacenamiento sensibles al calor adecuados incluyen gel de sflice, alumina, carbono, lana de vidrio, fibra de vidrio, minerales, un metal o aleacion tal como aluminio, plata o plomo, y un material celulosico tal como papel. Otros materiales adecuados que liberan calor por medio de un cambio de fase reversible incluyen parafina, acetato de sodio, naftalina, cera, oxido de polietileno, un metal, una sal de metal, una mezcla de sales eutecticas o una aleacion. El disipador de calor o el deposito de calor pueden disponerse de manera que esten en contacto directo con el sustrato formador de aerosol y puedan transferir el calor almacenado directamente al sustrato. Alternativamente, el calor almacenado en el disipador de calor o el deposito de calor puede transferirse al sustrato formador de aerosol por medio de un conductor del calor, como un tubo metalico.
Los calentadores interno y externo ventajosamente calientan el sustrato formador de aerosol por conduccion. Los calentadores pueden estar al menos parcialmente en contacto con el sustrato, o el portador en el cual se deposita el sustrato. Alternativamente, el calor de ya sea el calentador interno o externo puede conducirse al sustrato por medio de un elemento conductor del calor.
Durante la operacion, el sustrato formador de aerosol puede contenerse completamente dentro del dispositivo generador de aerosol. En este caso, el usuario puede tomar una bocanada a una boquilla del dispositivo generador de aerosol. Una boquilla puede ser cualquier porcion del dispositivo generador de aerosol que se coloca dentro de la
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boca de un usuario para inhalar directamente un aerosol generado por el artmulo generador de aerosol o dispositivo generador de aerosol. El aerosol se transporta hacia la boca del usuario a traves de la porcion de boquilla. Alternativamente, durante la operacion, un artmulo para fumar que contiene el sustrato formador de aerosol puede estar parcialmente contenido dentro del dispositivo generador de aerosol. En ese caso, el usuario puede tomar una calada directamente del artmulo para fumar o de una boquilla del artmulo para fumar.
El artmulo para fumar puede tener una forma esencialmente cilmdrica. El artmulo para fumar puede ser esencialmente alargado. El artmulo para fumar puede tener una longitud y una circunferencia esencialmente perpendicular a la longitud. El sustrato formador de aerosol puede tener una forma esencialmente cilmdrica. El sustrato formador de aerosol puede ser esencialmente alargado. El sustrato formador de aerosol tambien puede tener una longitud y una circunferencia esencialmente perpendicular a la longitud.
El artmulo para fumar puede tener una longitud total de, aproximadamente, 30 mm a, aproximadamente, 100 mm. El artmulo para fumar puede tener un diametro externo entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 12 mm. El artmulo para fumar puede comprender un tapon de filtro. El tapon de filtro puede localizarse en el extremo aguas abajo del artmulo para fumar. El tapon de filtro puede ser un tapon de filtro de acetato de celulosa. El tapon de filtro tiene una longitud de, aproximadamente, 7 mm en una modalidad, pero puede tener una longitud de, aproximadamente, 5 mm a, aproximadamente, 10 mm.
En una modalidad, el artmulo para fumar tiene una longitud total de, aproximadamente, 45 mm. El artmulo para fumar puede tener un diametro externo de, aproximadamente, 7,2 mm. Ademas, el sustrato formador de aerosol puede tener una longitud de, aproximadamente, 10 mm. Alternativamente, el sustrato formador de aerosol puede tener una longitud de, aproximadamente, 12 mm. Ademas, el diametro del sustrato formador de aerosol puede ser de, aproximadamente, 5 mm a, aproximadamente, 12 mm. El artmulo para fumar puede comprender una envoltura de papel externa. Ademas, el artmulo para fumar puede comprender una separacion entre el sustrato formador de aerosol y el tapon de filtro. La separacion puede ser de, aproximadamente, 18 mm, pero puede ubicarse en el rango de, aproximadamente, 5 mm a, aproximadamente, 25 mm.
El sustrato formador de aerosol puede ser un sustrato formador de aerosol solido. Alternativamente, el sustrato formador de aerosol puede comprender tanto componentes solidos como lfquidos. El sustrato formador de aerosol puede comprender un material que contiene tabaco, que contiene compuestos volatiles con sabor a tabaco que se liberan del sustrato al calentarse. Alternativamente, el sustrato formador de aerosol puede comprender un material que no es de tabaco. El sustrato formador de aerosol puede comprender ademas un formador de aerosol. Los ejemplos de formadores de aerosol adecuados son la glicerina y el propilenglicol.
Si el sustrato formador de aerosol es un sustrato formador de aerosol solido, el sustrato formador de aerosol solido puede comprender, por ejemplo, uno o mas de: polvo, granulos, pfldoras, fragmentos, espaguetis, tiras u laminas que contengan uno o mas de: hoja de hierba, hoja de tabaco, fragmentos de nervios de tabaco, tabaco reconstituido, tabaco homogeneizado, tabaco extrudido y tabaco expandido. El sustrato formador de aerosol solido puede ser en forma suelta o puede proporcionarse en un contenedor o cartucho adecuados. De manera opcional, el sustrato formador de aerosol solido puede contener tabaco adicional o compuestos volatiles sin sabor a tabaco que se liberen al calentarse el sustrato. El sustrato formador de aerosol solido tambien puede contener capsulas que, por ejemplo, incluyan tabaco adicional o compuestos volatiles sin sabor a tabaco y dichas capsulas pueden derretirse durante el calentamiento del sustrato formador de aerosol solido.
Como se usa en la presente descripcion, “tabaco homogeneizado” se refiere a un material formado por aglomeracion de tabaco en partmulas. El tabaco homogeneizado puede tener forma de una lamina. El material de tabaco homogeneizado puede tener un contenido formador de aerosol de mas del 5 % en una base de peso en seco. Alternativamente, el material de tabaco homogeneizado puede tener un contenido formador de aerosol del 5 % del 30 % en peso en una base de peso en seco. Pueden formarse laminas de material de tabaco homogeneizado mediante la aglomeracion de tabaco particulado obtenido mediante trituracion o de otro modo al dividir una o ambas laminas de hoja de tabaco y tallos de hoja de tabaco. Adicional o alternativamente, las laminas de material de tabaco homogeneizado pueden comprender uno o mas de polvo de tabaco, partmulas finas de tabaco y otros derivados del tabaco particulado formados, por ejemplo, al tratar, manipular y transportar el tabaco. Las laminas de material de tabaco homogeneizado pueden comprender uno o mas aglutinantes intrmsecos, es decir aglutinantes endogenos de tabaco, uno o mas aglutinantes extrmsecos, es decir aglutinantes exogenos de tabaco, o sus combinaciones para ayudar a aglomerar el tabaco particulado; adicional o alternativamente, las laminas de material de tabaco homogeneizado pueden comprender otros aditivos, que incluyen, pero no se limitan a, fibras de tabaco y fibras que no son de tabaco, formadores de aerosol, humectantes, plastificantes, saborizantes, materiales de relleno, disolventes acuosos y no acuosos, y sus combinaciones.
En una modalidad particularmente preferida, el sustrato formador de aerosol comprende una material de lamina rizada fruncida de material de tabaco homogeneizado. Como se usa en la presente descripcion, el termino 'lamina rizada' denota una lamina que tiene una pluralidad de crestas o corrugaciones esencialmente paralelas. Preferentemente, cuando el artmulo generador de aerosol se ha ensamblado, las crestas o corrugaciones esencialmente paralelas se extienden a lo largo de, o son paralelas al eje longitudinal del artmulo generador de aerosol. Esto facilita ventajosamente el fruncido de la lamina rizada de material de tabaco homogeneizado para
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formar el sustrato formador de aerosol. Sin embargo, se apreciara que las laminas rizadas de material de tabaco homogeneizado por la inclusion en el artfculo generador de aerosol pueden alternativamente o adicionalmente tener una pluralidad de crestas o corrugaciones esencialmente paralelas que se disponen en un angulo agudo u obtuso al eje longitudinal del artfculo generador de aerosol cuando el artfculo generador de aerosol se ha ensamblado. En ciertas modalidades, el sustrato formador de aerosol puede comprender una lamina fruncida de material de tabaco homogeneizado que se texturiza esencialmente de manera uniforme sobre esencialmente toda su superficie. Por ejemplo, el sustrato formador de aerosol puede comprender una lamina rizada fruncida de material de tabaco homogeneizado que comprende una pluralidad de crestas o corrugaciones esencialmente paralelas que estan esencialmente separadas uniformemente a traves del ancho de la lamina.
Opcionalmente, el sustrato formador de aerosol solido puede proporcionarse o incorporarse en un portador termicamente estable. El portador puede tener la forma de polvo, granulos, pfldoras, fragmentos, espaguetis, tiras o laminas. Alternativamente, el portador puede ser un portador tubular que tiene una capa delgada del sustrato solido depositada en su superficie interna, o en su superficie externa, o en ambas superficies interna y externa. Un portador tubular de este tipo puede formarse, por ejemplo, de un papel, o material tipo papel, una manta no tejida de fibra de carbono, un tamiz metalico de malla abierta de masa baja, o una lamina metalica perforada o cualquier otra matriz polimerica termicamente estable.
El sustrato formador de aerosol solido puede depositarse en la superficie del portador en forma de, por ejemplo, una lamina, espuma, gel o suspension. El sustrato formador de aerosol solido puede depositarse en toda la superficie del portador, o alternativamente, puede depositarse en un patron para proporcionar un suministro del sabor no uniforme durante el uso.
Aunque se hace referencia anteriormente a sustratos formadores de aerosol solidos, estara claro para un experto en la tecnica que pueden usarse otras formas de sustrato formador de aerosol con otras modalidades. Por ejemplo, el sustrato formador de aerosol puede ser un sustrato lfquido formador de aerosol. Si se proporciona un sustrato lfquido formador de aerosol, el dispositivo generador de aerosol comprende preferentemente medios para retener el lfquido. Por ejemplo, el sustrato lfquido formador de aerosol puede retenerse en un contenedor. Alternativa o adicionalmente, el sustrato lfquido formador de aerosol puede absorberse hacia dentro de un material portador poroso. El material portador poroso puede hacerse de cualquier cuerpo o tapon absorbente adecuado, por ejemplo, un metal espumoso o material de plastico, polipropileno, terileno, fibras de nilon o ceramica. El sustrato lfquido formador de aerosol puede retenerse en el material portador poroso antes de su uso del dispositivo generador de aerosol o alternativamente, el material del sustrato lfquido formador de aerosol puede liberarse dentro del material portador poroso durante, o inmediatamente antes de su uso. Por ejemplo, el sustrato lfquido formador de aerosol puede proporcionarse en una capsula. La cubierta de la capsula preferentemente se derrite despues de su calentamiento y libera el sustrato lfquido formador de aerosol hacia dentro del material portador poroso. La capsula puede contener opcionalmente un solido en combinacion con el lfquido.
Alternativamente, el portador puede ser un conjunto de fibras o tela no tejida en el cual se incorporan los componentes del tabaco. El conjunto de fibras o tela no tejida puede comprender, por ejemplo, fibras de carbon, fibras celulosicas naturales, o fibras de derivados de celulosa.
El dispositivo generador de aerosol puede comprender ademas un suministro de energfa para suministrar energfa a los calentadores interno y externo. El suministro de energfa puede ser cualquier suministro de energfa adecuado, por ejemplo una fuente de tension de CD. En una modalidad, el suministro de energfa es una batena de iones de litio. Alternativamente, el suministro de energfa puede ser una batena de hidruro de mquel metalico, una batena de mquel cadmio, o una batena a base de litio, por ejemplo una batena de litio-cobalto, una de litio-hierro-fosfato o una de litio-polfmero.
En una modalidad, el dispositivo generador de aerosol comprende ademas un sensor para detectar el flujo de aire que indica que un usuario toma una calada lo que permite la activacion basada en caladas del calentador electrico o un manejo mejorado de energfa del calentador electrico. El sensor puede ser cualquiera de: un dispositivo mecanico, un dispositivo optico, un dispositivo optomecanico y un sensor basado en sistemas microelectromecanicos (MEMS). En esta modalidad, el sensor puede conectarse al suministro de energfa y el sistema se dispone para activar el calentador electrico cuando el sensor sensa que un usuario toma una calada. En una modalidad alternativa, el sistema comprende ademas un interruptor que puede operarse manualmente, por un usuario para iniciar una toma de bocanada o para permitir una experiencia de fumado mas duradera.
El dispositivo generador de aerosol es preferentemente un dispositivo generador de aerosol portatil que es comodo para que un usuario lo sujete entre los dedos de una sola mano. El dispositivo generador de aerosol puede ser en forma esencialmente cilmdrica. El dispositivo generador de aerosol puede tener una seccion transversal poligonal y un boton que sobresale formado en una cara: en esta modalidad, el diametro externo del dispositivo generador de aerosol puede ser de entre aproximadamente 12,7 mm y aproximadamente 13,65 mm medidos desde una cara plana a una cara plana opuesta; de entre aproximadamente 13,4 mm y aproximadamente 14,2 mm medidos desde un borde a un borde opuesto (es decir, desde la interseccion de dos caras en uno de los lados del dispositivo generador de aerosol a una interseccion correspondiente en el otro lado); y de entre aproximadamente 14,2 mm y
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aproximadamente 15 mm medidos desde la parte superior del boton a la cara plana inferior opuesta. La longitud del dispositivo generador de aerosol puede estar entre aproximadamente 70 mm y 120 mm.
En otro aspecto, se proporciona un metodo para calentar un sustrato formador de aerosol que comprende: proporcionar un primer calentador en una region interna del sustrato formador de aerosol; proporcionar un segundo calentador sobre o cerca de una superficie externa del sustrato; y controlar la temperatura del primer calentador y del segundo calentador de manera que el segundo calentador esta a una temperatura menor que el primer calentador.
El calentador externo puede controlarse para tener una temperatura entre 125 y 175 grados centigrados. El calentador interno puede controlarse para tener una temperatura entre 200 y 450 grados centigrados. Durante el uso el calentador externo puede tener una temperatura menor que el sustrato formador de aerosol pero mayor que la temperatura ambiente.
La descripcion se describira ahora adicionalmente, a manera de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
la Figura 1 es un dibujo esquematico que muestra los elementos basicos de un dispositivo generador de aerosol de acuerdo con una modalidad;
la Figura 2 es una seccion transversal longitudinal esquematica de un arreglo de calentadores de acuerdo con una modalidad;
la Figura 3a muestra el elemento calentador interno de la Figura 2;
la Figura 3b muestra los elementos calentadores interno y externo de la Figura 2;
la Figura 3c muestra el arreglo de la Figura 3b con una estructura de soporte incluida;
la Figura 4 muestra un extractor de sustrato para su uso en un dispositivo del tipo mostrado en la Figura 1;
la Figura 5 es una seccion transversal radial esquematica del arreglo de la Figura 2 con un extractor como el mostrado en la Figura 4 insertado; y
la Figura 6 es una seccion longitudinal esquematica de un arreglo de calentadores en el que los elementos calentadores externos son parte de un extractor de sustrato, de acuerdo con otra modalidad.
En la Figura 1, se muestran de manera simplificada el interior de una modalidad de un sistema generador de aerosol calentado electricamente 100. Particularmente, los elementos del sistema generador de aerosol calentado electricamente 100 no se dibujan a escala en la Figura 1. Los elementos que no son relevantes para la comprension de la modalidad se han omitido para simplificar la Figura 1.
El sistema generador de aerosol calentado electricamente 100 comprende un alojamiento 10 y un sustrato formador de aerosol 2, por ejemplo un cigarrillo. El sustrato formador de aerosol 2 se empuja hacia dentro del alojamiento 10 para entrar en proximidad termica con el calentador 20. El sustrato formador de aerosol 2 liberara un intervalo de compuestos volatiles a diferentes temperaturas. Algunos de los compuestos volatiles liberados del sustrato formador de aerosol 2 se forman solamente mediante el proceso de calentamiento. Cada compuesto volatil se liberara por encima de una temperatura de liberacion caractenstica. Controlando la temperatura maxima de operacion del sistema generador de aerosol calentado electricamente 100 para que este por debajo de la temperatura de liberacion de algunos de los compuestos volatiles, puede evitarse la liberacion o formacion de estos constituyentes del humo.
Adicionalmente, el alojamiento 10 comprende un suministro de energfa electrica 40, por ejemplo, una batena de iones de litio recargable. Un controlador 30 se conecta al calentador 20, al suministro de energfa electrica 40, un detector del sustrato formador de aerosol 32 y una interfaz grafica del usuario 36, por ejemplo una pantalla. El controlador 30 controla la energfa suministrada al calentador 20, a fin de regular su temperatura. Tfpicamente el sustrato formador de aerosol se calienta hasta alcanzar una temperatura de entre 250 y 450 grados centigrados.
El detector del sustrato formador de aerosol 32 puede detectar la presencia e identidad de un sustrato formador de aerosol 2 en cercama termica con el calentador 20 y senaliza la presencia de un sustrato formador de aerosol 2 al controlador 30.
El controlador 30 controla la interfaz del usuario 36 para desplegar informacion del sistema, por ejemplo, la energfa de la batena, temperatura, estado del sustrato formador de aerosol 2, otros mensajes o sus combinaciones.
La Figura 2 es una vista en seccion transversal esquematica del arreglo de calentadores de acuerdo con una modalidad. La Figura 2 muestra solamente una porcion frontal del dispositivo, dentro de la cual se inserta el sustrato. El alojamiento tiene un extremo abierto y define una cavidad de recepcion del sustrato dentro de la cual puede
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insertarse un sustrato formador de aerosol 2 (mostrada en lmea de puntos). La cavidad se configura para recibir un sustrato cilmdrico en forma de un artmulo para fumar en el que el usuario toma las caladas.
El calentador comprende tres elementos calentadores separados, un elemento calentador interno 22 y dos elementos calentadores externos 24, 26. El calentador interno 22 tiene forma de una lamina soportada en una base 21, y se muestra mas claramente en la Figura 3a. El elemento calentador interno 22 se configura para recibirse dentro del sustrato. Los elementos calentadores externos 24 y 26, mostrados mas claramente en la Figura 3b, se disponen cerca de o en contacto con la superficie externa del artmulo para fumar. Los elementos calentadores externos 24, 26 tienen una seccion transversal exacta y se extienden alrededor del penmetro de la cavidad.
Los calentadores externos se montan dentro de una estructura de soporte 50 dentro del alojamiento 10. La estructura de soporte se muestra mas claramente en la Figura 3c y comprende una cubierta cilmdrica 52 que tiene una pluralidad de agujeros 54 formados en esta. Los elementos calentadores externos 24 y 26 se soportan en una estructura de nervadura interna helicoidal 56 sobre la cubierta para minimizar las perdidas por conduccion desde los elementos calentadores 24, 26 hacia la estructura de soporte 50 y al alojamiento 10. Una estructura de tapa 58 se proporciona para asegurar los calentadores en su lugar.
La Figura 3a muestra el elemento calentador interno 22 en la base de soporte 21. El calentador interno tiene forma de una lamina formada de material ceramico en el que se depositan pistas de platino. El calentador se activa pasando una tension a traves de las pistas de platino. La lamina se conforma por la insercion y retirada facil de un sustrato formador de aerosol 2.
La Figura 3b es una vista en perspectiva del elemento calentador interno 22 de la Figura 3a, con los elementos calentadores externos 24, 26 posicionados alrededor de este y una porcion de la base 21. Como se muestra en la Figura 3b, los elementos calentadores externos se conforman a partir de laminas arqueadas o curvadas que se extienden alrededor del penmetro de la cavidad de recepcion del sustrato. Los elementos calentadores externos se conforman a partir de laminas flexibles de poliimida entre las que se conforman pistas resistivas de calentamiento. Los calentadores flexibles de este tipo se comercializan por Minco de 7300 Commerce Lane, Minneapolis, MN 55432, Estados Unidos de America.
Los elementos calentadores externos mostrados en la Figura 3b no se extienden alrededor de todo el penmetro de la cavidad sino que se posicionan para coincidir con la forma del elemento calentador interno 22. Los elementos calentadores externos se posicionan y se conforman para cubrir las regiones del penmetro de la cavidad mas lejano del elemento calentador interno para proporcionar una distribucion de temperatura dentro de la cavidad lo mas uniforme posible. Sin embargo, esto se puede lograr tambien proporcionando uno o mas elementos calentadores externos alrededor de todo el penmetro de la cavidad y controlando la energfa suministrada a diferentes secciones de los elementos calentadores externos para obtener la distribucion de temperatura dentro de la cavidad mas uniforme posible. Es posible tambien, por supuesto, usar un elemento calentador interno o elementos de formas diferentes.
La conexion electrica de los elementos calentadores interno y externo a la fuente de energfa no se muestran, por razones de claridad. Sin embargo debe estar claro que tanto el elemento calentador interno como externo se conectan electricamente al controlador 30 y a la batena 40.
La Figura 3c muestra el arreglo de calentadores de la Figura 3b con la estructura de soporte 50 posicionada alrededor de los elementos calentadores externos 24, 26. La estructura de soporte comprende una cubierta cilmdrica 52 formada de un material termoplastico tal como PEEK u otro material resistente a la temperatura adecuado. Los agujeros 54 se conforman a traves de la cubierta para reducir su masa, y en particular su inercia termica. Como se describio, la cubierta 52 tiene una superficie interna con un patron, en este ejemplo una nervadura interna helicoidal, que soporta los elementos calentadores externos mientras que minimiza el contacto termico. Esto no puede observarse en la Figura 3c. La cubierta 52 se ajusta sobre la base 21. Una tapa 58, tambien formada a partir de un material resistente al calor, tal como un plastico o ceramica, se ajusta en la parte superior de la cubierta y de los elementos calentadores externos 24, 26 para completar la estructura de soporte. En general, puede usarse cualquier material que tenga una temperatura de fusion/degradacion lo suficientemente baja que evite la liberacion de compuestos volatiles no convenientes.
Durante el uso, el elemento calentador interno 22 se controla para tener una temperatura mayor que la de los elementos calentadores externos. En esta modalidad, el elemento calentador interno se controla para tener una temperatura maxima de 350 grados centfgrados y durante el uso se mantiene cerca de esa temperatura maxima. Los elementos calentadores externos 24, 26 se controlan para tener una temperatura maxima de 150 grados centfgrados y durante el uso se mantienen cerca de esa temperatura maxima.
Los calentadores externos 24, 26 proporcionan una forma de aislamiento activo. En otras palabras, reducen el gradiente termico a traves del sustrato calentado. Durante el uso, el sustrato formador de aerosol tfpicamente alcanza una temperatura mucho mayor que los elementos calentadores externos, pero reduciendo el gradiente termico a traves del sustrato puede lograrse un calentamiento mas uniforme del sustrato, y puede usarse una temperatura menor para el elemento calentador interno.
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La Figura 4 muestra una cubierta extractora 60 que puede usarse en un dispositivo del tipo mostrado en las Figuras 1 y 2. La cubierta extractora ayuda a la insercion y extraccion del sustrato formador de aerosol en y desde el dispositivo. La cubierta extractora es hueca y contiene un sustrato formador de aerosol cilmdrico. La cubierta extractora esta abierta en ambos extremos, para permitir tanto la insercion del sustrato en la cubierta desde un extremo superior como la insercion del calentador interno 22 en el sustrato desde un extremo inferior. Un reborde 61 puede formarse en el extremo inferior de la cubierta extractora 60 para retener el sustrato durante un proceso de extraccion. La cubierta extractora se configura para insertar en la cavidad de recepcion del sustrato en la direccion de la flecha 66.
El sustrato formador de aerosol se posiciona en la region de las patas 62 y las ventanas 64 en el extractor. Las ventanas 64 se conforman para corresponder con los calentadores externos 24, 26. Las ventanas 64 pueden ser simplemente aberturas en la cubierta extractora o pueden formarse a partir de un material conductor termico tal como aluminio.
La Figura 5 es una seccion transversal radial esquematica de un dispositivo del tipo mostrado en la Figura 2 con la cubierta extractora insertada. Las patas 62 de la cubierta extractora se muestran posicionadas en los espacios entre los elementos calentadores externos 24, 26. Puede observarse ademas que la cubierta de soporte 52 para los elementos calentadores externos tiene porciones cortadas para recibir las patas de la cubierta extractora. Esto permite que los elementos calentadores externos entren en contacto o se posicionen muy cerca del sustrato formador de aerosol durante el uso.
En otra modalidad, el calentador externo puede formarse como parte de una cubierta extractora del tipo mostrado en la Figura 4. Esto se ilustra esquematicamente en la Figura 6. La Figura 6 muestra el alojamiento 70 de un dispositivo generador de aerosol que define una cavidad en la que puede insertarse un sustrato formador de aerosol. Dentro de la cavidad hay un calentador interno 72, en forma de una lamina como se muestra en la Figura 3a, soportada en una base 71. Una cubierta extractora 73 se inserta en la cavidad. La cubierta extractora es una estructura tubular esencialmente hueca con un reborde de retencion 77 formado en un extremo. La cubierta extractora retiene un sustrato formador de aerosol cilmdrico (no se muestra) y puede deslizarse hacia dentro y hacia fuera de la cavidad. El reborde 77 retiene el sustrato formador de aerosol cilmdrico cuando la cubierta 73 se retira de la cavidad.
El elemento calentador interno 74 se conforma en una superficie interior de la cubierta 73 y se extiende alrededor de la circunferencia de la cubierta. Los elementos calentadores internos son pistas electricamente resistivas formadas en la cubierta extractora y pueden hacerse de platino. Para proporcionar la energfa electrica al elemento calentador externo 74 los contactos electricos 75 son tal que proporcionan una conexion electrica entre las pistas resistivas en la superficie interior de la cubierta 73 y un area de contacto en una superficie externa de la cubierta 73. Los contactos 75 contactan los contactos del alojamiento 76 cuando la cubierta 73 esta en una posicion totalmente insertada. Los contactos del alojamiento 76 se conectan electricamente a un controlador y a una batena dentro del dispositivo generador de aerosol, como se describio con referencia a la Figura 1.
Como se describio con referencia a la modalidad anterior, el calentador externo puede formarse a partir de uno o una pluralidad de elementos calentadores separados y pueden formarse o controlarse para corresponder con la forma del elemento calentador interno u otros elementos.
Las modalidades ilustrativas descritas anteriormente ilustran pero no son limitantes. En funcion de las modalidades ilustrativas analizadas anteriormente, otras modalidades coherentes con las modalidades ilustrativas anteriores ahora seran evidentes para un experto en la tecnica.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un dispositivo generador de aerosol que comprende:
    una cavidad de recepcion del sustrato configurada para recibir un sustrato formador de aerosol (2);
    un calentador interno (22) posicionado dentro de la cavidad de recepcion del sustrato; y
    un calentador externo (24, 26) posicionado en un penmetro de la cavidad de recepcion del sustrato; caracterizado por
    un controlador (30) configurado para controlar un suministro de energfa al calentador interno (22) o al calentador externo (24, 26), o tanto al calentador interno como al calentador externo, de manera que el calentador externo tiene una temperatura mas baja que el calentador interno.
  2. 2. Un dispositivo generador de aerosol de conformidad con la reivindicacion 1, en donde el calentador externo (24, 26) se conforma o se controla para proporcionar, junto con el calentador interno (22), una distribucion de temperatura esencialmente uniforme alrededor de un penmetro de la cavidad.
  3. 3. Un dispositivo generador de aerosol de conformidad con la reivindicacion 1 o 2, en donde el controlador (30) se configura para controlar el calentador externo (24, 26) para tener una temperatura entre 100 y 200 grados centfgrados.
  4. 4. Un dispositivo generador de aerosol de conformidad con la reivindicacion 1 o 2, en donde el controlador (30) se configura para controlar el calentador interno (22) para tener una temperatura entre 320 y 420 grados centfgrados.
  5. 5. Un dispositivo generador de aerosol de conformidad con cualquier reivindicacion anterior, en donde el calentador externo (24, 26) se dispone esencialmente de manera simetrica alrededor de un penmetro de la cavidad de recepcion del sustrato.
  6. 6. Un dispositivo generador de aerosol de conformidad con cualquier reivindicacion anterior, en donde el calentador externo (24, 26) comprende una pluralidad de elementos calentadores externos.
  7. 7. Un dispositivo generador de aerosol de conformidad con la reivindicacion 6, en donde el calentador externo comprende dos elementos calentadores (24, 26) extendiendose cada uno parcialmente alrededor del penmetro de la cavidad.
  8. 8. Un dispositivo generador de aerosol de conformidad con cualquier reivindicacion anterior, configurado de manera que, durante el uso, el calentador externo (24, 26) tiene una temperatura menor que el sustrato formador de aerosol (2) pero mayor que la temperatura ambiente.
  9. 9. Un dispositivo generador de aerosol de conformidad con cualquier reivindicacion anterior, que comprende ademas una estructura de soporte (50) alrededor del calentador externo (24, 26), la estructura de soporte comprende una superficie interna que tiene una o mas nervaduras (56) o proyecciones, las nervaduras o proyecciones que entran en contacto con el calentador externo.
  10. 10. Un dispositivo generador de aerosol de conformidad con cualquier reivindicacion anterior, en donde el calentador externo (24, 26) se posiciona en o forma una superficie interna de la cavidad de manera que, durante el uso, el calentador externo entra en contacto con el sustrato formador de aerosol (2).
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  11. 11. Un dispositivo generador de aerosol de conformidad con cualquier reivindicacion anterior, en donde el calentador externo (24, 26) se proporciona en una cubierta (73) que es movil con relacion al alojamiento del dispositivo.
  12. 12. Un dispositivo generador de aerosol de conformidad con cualquier reivindicacion anterior, en donde el dispositivo es un dispositivo para fumar calentado electricamente.
  13. 13. Un metodo para calentar un sustrato formador de aerosol que comprende:
    proporcionar un primer calentador (22) capaz de entrar en contacto con una region interna del sustrato formador de aerosol;
    proporcionar un segundo calentador (24, 26) capaz de entrar en contacto con una superficie externa del sustrato; y
    proporcionar un controlador (30) caracterizado por que el controlador se configura para controlar la temperatura del primer calentador y del segundo calentador de manera que el segundo calentador esta a una temperatura menor que el primer calentador.
  14. 14. Un metodo de conformidad con la reivindicacion 13, en donde el calentador externo (24, 26) se controla para tener una temperatura entre 100 y 200 grados centfgrados.
  15. 15. Un metodo de conformidad con la reivindicacion 13 o 14, en donde el calentador interno (22) se controla para tener una temperatura entre 320 y 420 grados centfgrados.
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