ES2831404T3 - Sistema generador de aerosol que tiene una unidad de calentamiento permeable al fluido - Google Patents

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Abstract

Un sistema generador de aerosol que comprende una unidad de calentamiento eléctrico permeable al fluido (30) y una porción de almacenamiento de líquido, la porción de almacenamiento de líquido que comprende un alojamiento (24) que contiene un sustrato líquido formador de aerosol y un material capilar (22) configurado para transportar el sustrato líquido formador de aerosol a la unidad de calentamiento, la unidad de calentamiento que comprende: un sustrato de aislamiento eléctrico (34), una abertura (35) que se forma en el sustrato de aislamiento eléctrico; y un elemento calentador fijado al sustrato de aislamiento eléctrico, el elemento calentador que abarca la abertura y comprende una pluralidad de filamentos conductores de la electricidad (36) conectados a una primera y una segunda porción del contacto eléctricamente conductoras (32), la primera y la segunda porción del contacto eléctricamente conductoras posicionadas sobre lados opuestos de la abertura entre sí, y la pluralidad de filamentos conductores de la electricidad forman intersticios, y los intersticios formados por los filamentos tienen un ancho entre 75 μm y 25 μm, en donde la primera y la segunda porción del contacto eléctricamente conductoras se configuran para permitir el contacto con un suministro de energía externa; en donde la unidad de calentamiento se fija al alojamiento de la porción de almacenamiento de líquido; y en donde el material capilar está en contacto con los filamentos conductores de la electricidad sobre sustancialmente toda la extensión de la abertura.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema generador de aerosol que tiene una unidad de calentamiento permeable al fluido
La presente invención se refiere a sistemas generadores de aerosol que comprenden una unidad de calentamiento que es adecuada para vaporizar un líquido. En particular, la invención se refiere a sistemas generadores de aerosol portátiles, tales como sistemas para fumar que se hacen funcionar eléctricamente.
Los sistemas para fumar que se hacen funcionar eléctricamente que vaporizan un líquido mediante calentamiento para formar un aerosol comprenden típicamente una bobina de alambre que se envuelve alrededor de un material capilar que contiene el líquido. La corriente eléctrica que pasa a través del alambre causes calentamiento resistivo del alambre que vaporiza el líquido en el material capilar. El material capilar se contiene típicamente dentro de una trayectoria de flujo de aire de manera que cuando el aire se aspira, pasa la mecha y arrastra el vapor. El vapor se enfría subsecuentemente para formar un aerosol.
Este tipo de sistema puede ser efectivo para producir aerosol pero es difícil de fabricar a bajo costo y de manera repetida. El conjunto de mecha y bobina, junto con las conexiones eléctricas asociadas, puede ser frágil y difícil de manejar.
El documento WO 2013/013808 describe un inhalador que comprende un calentador compuesto y una estructura de mecha capilar en una placa portadora. El líquido se extrae de un recipiente de líquido en el compuesto a lo largo de un espacio capilar. El calentador compuesto y la mecha se extienden a través de un corte en la placa portadora. Se proporcionan pistas en la placa portadora, en lados opuestos del corte, para proporcionar energía eléctrica al calentador compuesto.
Sería deseable proporcionar una unidad de calentamiento adecuada para un sistema generador de aerosol, como el sistema para fumar portátil que se hace funcionar eléctricamente, cuya producción no sea costosa y que sea sólido. También sería deseable proporcionar una unidad de calentamiento que sea más eficaz que las unidades de calentamiento anteriores en sistemas generadores de aerosol.
En un aspecto se proporciona un sistema generador de aerosol que comprende una unidad de calentamiento eléctrico permeable al fluido, la unidad de calentamiento que comprende: un sustrato de aislamiento eléctrico, una abertura que se forma en el sustrato de aislamiento eléctrico; y un elemento calentador fijado al sustrato de aislamiento eléctrico, el elemento calentador que abarca la abertura y que comprende una pluralidad de filamentos conductores de la electricidad conectados a la primera y la segunda porción del contacto eléctricamente conductoras, la primera y la segunda porción del contacto eléctricamente conductoras se colocan en lados opuestos de la abertura entre sí, en donde la primera y la segunda porción del contacto eléctricamente conductoras se configuran para permitir el contacto con un suministro de energía externa.
La pluralidad de filamentos conductores de la electricidad puede formar una malla o conjunto de filamentos o puede comprender a tela tejida o no tejida.
Ventajosamente, el elemento calentador tiene una primera cara que se fija al sustrato de aislamiento eléctrico y la primera y la segunda porción del contacto eléctricamente conductoras se configuran para permitir el contacto con un suministro de energía externa sobre una segunda cara del elemento calentador opuesta a la primera cara.
El sistema comprende, además, una porción de almacenamiento de líquido que comprende un alojamiento que contiene un sustrato líquido formador de aerosol, en donde la unidad de calentamiento se fija al alojamiento de la porción de almacenamiento de líquido. El alojamiento es preferentemente un alojamiento rígido e impermeable al fluido. Como se usa en la presente descripción "alojamiento rígido" se refiere a un alojamiento que se soporta él mismo.
El alojamiento rígido de la porción de almacenamiento de líquido preferentemente proporciona soporte mecánico a la unidad de calentamiento.
La porción de almacenamiento de líquido comprende un material capilar configurado para transportar el sustrato líquido formador de aerosol a la unidad de calentamiento.
La provisión de una unidad de calentamiento de este tipo en un sistema generador de aerosol tiene varias ventajas sobre una disposición de mecha y bobina convencional. Un elemento calentador que comprende una malla o conjunto de filamentos permite que un área mayor del calentador entre en contacto con un líquido que se vaporiza. La unidad de calentamiento puede producirse de manera muy barata, mediante el uso de materiales fácilmente disponibles y técnicas de producción en masa. La unidad de calentamiento es robusta, lo que le permite ser manejable y fijarse a otras partes del sistema generador de aerosol durante la fabricación, y en particular formar parte de un cartucho desmontable. Proporcionar las porciones del contacto eléctricamente conductoras que forman parte del elemento calentador permite la conexión simple y fiable de la unidad de calentamiento a un suministro de energía.
Los filamentos conductores de la electricidad pueden ser sustancialmente planos. Como se usa en la presente descripción, "sustancialmente plano" significa que se forma en un único plano y no se envuelve alrededor de o se conforma de otra manera para ajustarse a una forma curva o no plana. Una unidad de calentamiento plana puede manejarse fácilmente durante la fabricación y proporciona una construcción robusta.
De conformidad con la invención, los filamentos conductores de la electricidad definen intersticios entre los filamentos y los intersticios tienen un ancho de entre 75 pm y 25 pm. Preferentemente, los filamentos dan lugar a la acción capilar en los intersticios, de forma tal que durante el uso, el líquido a vaporizarse se extrae hacia los intersticios, aumentando la superficie de contacto entre la unidad de calentamiento y el líquido.
Los filamentos conductores de la electricidad pueden formar una malla de tamaño entre 160 y 600 Mallas US (+/- 10 %) (es decir entre 160 y 600 filamentos por pulgada (+/- 10 %)). El ancho de los intersticios es de entre 75 pm y 25 pm. El porcentaje de superficie abierta de la malla, que es la relación de la superficie de los intersticios con la superficie total de la malla es preferentemente de entre 25 y 56%. La malla puede formarse usando diferentes tipos de estructuras de rejilla o entramado. Alternativamente, los filamentos conductores de la electricidad consisten en un conjunto de filamentos dispuestos paralelos entre sí.
La malla, conjunto o tela de filamentos conductores de la electricidad pueden también caracterizarse por su capacidad de retener líquido, tal como se entiende bien en la técnica.
Los filamentos conductores de la electricidad pueden tener un diámetro de entre 8 pm y 100 pm, preferentemente entre 8 pm y 50 pm, y con mayor preferencia entre 8 pm y 39 pm.
El área de la malla, conjunto o tejido de los filamentos conductores de la electricidad pueden ser pequeños, preferentemente menores o iguales a 25 mm2, y permiten que se incorpore en un sistema portátil. La malla, conjunto 0 tela de filamentos conductores de la electricidad puede, por ejemplo, ser rectangular y tener dimensiones de 5 mm por 2 mm. Preferentemente, la malla o conjunto de filamentos conductores de la electricidad cubre un área de entre 10 % y 50 % del área de la unidad de calentamiento. Con mayor preferencia, la malla o conjunto de filamentos conductores de la electricidad cubren un área de entre 15 y 25 % del área de la unidad de calentamiento.
Los filamentos conductores de la electricidad pueden comprender cualquier material conductor eléctrico adecuado. Los materiales adecuados incluyen pero no se limitan a: semiconductores tales como cerámicas dopadas, cerámicas “conductoras de la electricidad” (tales como, por ejemplo, disilicida de molibdeno), carbón, grafito, metales, aleaciones de metales y materiales compuestos fabricados de un material de cerámica y un material metálico. Dichos materiales compuestos pueden comprender cerámicas dopadas o sin dopar. Los ejemplos de cerámicas dopadas adecuadas incluyen carburos de silicio dopados. Los ejemplos de metales adecuados incluyen titanio, zirconio, tantalio y metales del grupo del platino. Los ejemplos de aleaciones de metal adecuadas incluyen acero inoxidable, constantán, aleaciones que contienen níquel, cobalto, cromo, aluminio- titanio- zirconio, hafnio, niobio, molibdeno, tántalo, tungsteno, estaño, galio, manganeso y hierro, y superaleaciones basadas en níquel, hierro, cobalto, acero inoxidable, Timetal®, aleaciones basadas en hierro-aluminio y aleaciones basadas en hierro-manganeso-aluminio. Timetal® es una marca registrada de Titanium Metals Corporation. Los filamentos pueden recubrirse con uno o más aislantes. Los materiales preferidos para los filamentos conductores de la electricidad son acero inoxidable 304, 316, 304L y 316L y grafito.
La resistencia eléctrica de la malla, conjunto o tela de filamentos conductores de la electricidad del elemento calentador es preferentemente de entre 0,3 y 4 Ohmios. Con mayor preferencia, la resistencia eléctrica de la malla, conjunto o tela de filamentos conductores de la electricidad es de entre 0,5 y 3 Ohmios y con mayor preferencia aproximadamente 1 Ohmio. La resistencia eléctrica de la malla, conjunto o tela de filamentos conductores de la electricidad es preferentemente al menos un orden de magnitud, y con mayor preferencia al menos dos órdenes de magnitud, mayor que la resistencia eléctrica de las porciones de contacto. Esto garantiza que el calor generado por la corriente que pasa a través del elemento calentador se localiza en la malla o conjunto de filamentos conductores de la electricidad. Es ventajoso tener una resistencia general baja para el elemento calentador si el sistema es alimentado eléctricamente por una batería. Minimizar las pérdidas parásitas entre los contactos eléctricos y la malla o los filamentos es también conveniente para minimizar las pérdidas de energía parásitas. Un sistema de resistencia baja y corriente alta permite el suministro de una energía alta al elemento calentador. Esto permite que el elemento calentador caliente los filamentos conductores de la electricidad a una temperatura deseada rápidamente.
La primera y segunda porción del contacto eléctricamente conductoras se pueden fijar directamente a los filamentos conductores de la electricidad. Las porciones de contacto pueden posicionarse entre los filamentos conductores de la electricidad y el sustrato de aislamiento eléctrico. Por ejemplo, las porciones de contacto pueden formarse a partir de una hoja de cobre que cubre el sustrato aislante. Las porciones de contacto pueden además unirse más fácilmente con los filamentos que con el sustrato aislante enrollado.
Alternativamente, la primera y segunda porciones del contacto eléctricamente conductor pueden estar integradas con los filamentos conductores de la electricidad. Por ejemplo, el elemento calentador se puede formar grabando una lámina conductora para proporcionar una pluralidad de filamentos entre dos porciones de contacto.
La unidad de calentamiento puede comprender al menos un filamento hecho a partir de un primer material y al menos un filamento hecho a partir de un segundo material diferente del primer material. Esto es beneficioso por razones eléctricas o mecánicas. Por ejemplo, uno o más de los filamentos pueden formarse a partir de un material que tiene una resistencia que varía significativamente con la temperatura, tal como una aleación de hierro y aluminio. Esto permite una medida de la resistencia de los filamentos que se usa para determinar la temperatura o los cambios de temperatura. Esto puede usarse en un sistema de detección de bocanadas y para controlar la temperatura del calentador para mantenerla dentro de un intervalo de temperatura deseado.
El sustrato de aislamiento eléctrico puede comprender cualquier material adecuado y es preferentemente un material capaz de tolerar altas temperaturas (por encima de los 300 oC) y rápidos cambios de temperatura. Un ejemplo de un material adecuado es una película de poliamida, tal como Peptona®.
El sustrato formador de aerosol es un sustrato capaz de liberar compuestos volátiles que pueden formar un aerosol. Los compuestos volátiles pueden liberarse mediante el calentamiento del sustrato formador de aerosol.
El sustrato formador de aerosol puede comprender material de origen vegetal. El sustrato formador de aerosol puede comprender tabaco. El sustrato formador de aerosol puede comprender un material que contiene tabaco que contiene compuestos volátiles con sabor a tabaco, que se liberen del sustrato formador de aerosol al calentarse. Alternativamente, el sustrato formador de aerosol puede comprender un material que no contiene tabaco. El sustrato formador de aerosol puede comprender material de origen vegetal homogeneizado. El sustrato formador de aerosol puede comprender un material de tabaco homogeneizado. El sustrato formador de aerosol puede comprender al menos un formador de aerosol. Un formador de aerosol es cualquier compuesto o mezcla de compuestos conocidos adecuados que, durante el uso, facilitan la formación de un aerosol denso y estable y que es sustancialmente resistente a la degradación térmica en la temperatura de operación del sistema. Los formadores de aerosol adecuados se conocen bien en la técnica e incluyen, pero no se limitan a: los alcoholes polihídricos, tales como el trietilenglicol, 1,3-butanoidol y la glicerina; los ésteres de alcoholes polihídricos, tales como el mono-, di- o triacetato de glicerol; y los ésteres alifáticos de ácidos mono-, di- o policarboxílicos, tales como el dodecanodioato de dimetilo y el tetradecanodioato de dimetilo. Los formadores de aerosol preferidos son los alcoholes polihídricos o sus mezclas, tales como el trietilenglicol, 1,3-butanodiol y, la más preferida, la glicerina. El sustrato formador de aerosol puede comprender otros aditivos e ingredientes, tales como saborizantes.
El material capilar puede tener una estructura fibrosa o esponjosa. El material capilar, preferentemente, comprende un conjunto de capilares. Por ejemplo, el material capilar puede comprender una pluralidad de fibras o hilos u otros tubos de calibre fino. Las fibras o hebras pueden alinearse generalmente para llevar el líquido hacia el calentador. Alternativamente, el material capilar puede comprender un material similar a la esponja o similar a la espuma. La estructura del material capilar forma una pluralidad de pequeños orificios o tubos, a través de los cuales el líquido puede transportarse mediante la acción capilar. El material capilar puede comprender cualquier material o combinación de materiales adecuados. Los ejemplos de materiales adecuados son un material de esponja o de espuma, materiales basados en cerámica o grafito en forma de fibras o polvos sinterizados, materiales metálicos o plásticos en espuma, un material fibroso, por ejemplo, fabricado de fibras hiladas o extrudidas, tales como acetato de celulosa, poliéster, o fibras unidas de poliolefina, polietileno, terileno o polipropileno, fibras de nailon o cerámica. El material capilar puede tener cualquier capilaridad y porosidad adecuadas a fin de usarse con diferentes propiedades físicas del líquido. El líquido tiene propiedades físicas, que incluyen pero no se limitan a la viscosidad, tensión superficial, densidad, conductividad térmica, punto de ebullición y presión de vapor, que permita que el líquido se transporte a través del dispositivo capilar por acción capilar.
El material capilar está en contacto con los filamentos conductores de la electricidad. El material capilar puede extenderse dentro de intersticios entre los filamentos. La unidad de calentamiento puede aspirar sustrato líquido formador de aerosol hacia los intersticios por acción capilar. El material capilar está en contacto con los filamentos conductores de la electricidad sobre sustancialmente toda la extensión de la abertura.
El alojamiento puede contener dos o más materiales capilares diferentes, en donde un primer material capilar, en contacto con el elemento calentador, tiene una temperatura de descomposición térmica más alta y un segundo material capilar, en contacto con el primer material capilar, pero no en contacto con el elemento calentador tiene una temperatura de descomposición térmica más baja. El primer material capilar actúa de manera efectiva como un separador que separa el elemento calentador del segundo material capilar de manera que el segundo material capilar no se expone a temperaturas por encima de su temperatura de descomposición térmica. Como se usa en la presente descripción, "temperatura de descomposición térmica" implica la temperatura a la cual un material comienza a descomponerse y perder masa por la generación de gaseosa por productos. El segundo material capilar puede ocupar ventajosamente un volumen mayor que el primer material capilar y puede contener más sustrato formador de aerosol que el primer material capilar. El segundo material capilar puede tener un rendimiento de la mecha superior al del primer material capilar. El segundo material capilar puede ser menos costoso o tener una mayor capacidad de llenado que la del primer material capilar. El segundo material capilar puede ser polipropileno.
El primer material capilar puede separar la unidad de calentamiento del segundo material capilar por una distancia de al menos 1,5 mm y preferentemente entre 1,5 y 2 mm para proporcionar una caída de temperatura suficiente a lo largo del primer material capilar.
La porción de almacenamiento de líquido puede estar posicionada en un primer lado de los filamentos conductores de la electricidad y un canal de flujo de aire puede estar posicionado en un lado opuesto de los filamentos conductores de la electricidad de la porción de almacenamiento de líquido, de forma tal que el flujo de aire luego de los filamentos conductores de la electricidad arrastra el sustrato líquido formador de aerosol vaporizado.
El sistema puede comprender además circuitos eléctricos conectados al elemento calentador y a una fuente de energía eléctrica, los circuitos eléctricos configurados para monitorizar la resistencia eléctrica del elemento calentador o de uno o más filamentos del elemento calentador, y para controlar el suministro de energía al elemento calentador desde la fuente de energía en dependencia de la resistencia eléctrica del elemento calentador o especialmente la resistencia eléctrica del uno o más filamentos.
Los circuitos eléctricos pueden comprender un microprocesador, que puede ser un microprocesador programable, un microcontrolador, o un chip integrado de aplicación específica (ASIC) u otros circuitos electrónicos capaces de proporcionar control. Los circuitos electrónicos pueden comprender componentes electrónicos adicionales. El circuito eléctrico puede configurarse para regular un suministro de energía al calentador. La energía puede suministrarse al elemento calentador continuamente después de la activación del sistema o puede suministrarse intermitentemente, tal como sobre una base de bocanada en bocanada. La energía puede suministrarse al elemento calentador en forma de pulsos de corriente eléctrica.
El sistema comprende ventajosamente un suministro de energía, por lo general una batería tal como una batería de litio ferrofosfato, dentro del cuerpo principal del alojamiento. Como una alternativa, el suministro de energía puede ser otra forma de dispositivo de almacenamiento de carga tal como un capacitor. El suministro de energía puede requerir recargarlo y puede tener una capacidad que permita el almacenamiento de suficiente energía para una o más experiencias de fumar. Por ejemplo, el suministro de energía puede tener suficiente capacidad para permitir la generación continua de aerosol durante un periodo de alrededor de seis minutos, que corresponde al tiempo típico que lleva fumar un cigarrillo convencional, o durante un periodo que sea múltiplo de seis minutos. En otro ejemplo, el suministro de energía puede tener suficiente capacidad para permitir un número predeterminado de bocanadas o activaciones discretas del calentador.
El sistema puede comprender una unidad principal y un cartucho que se acopla de manera desmontable a la unidad principal, en donde la porción de almacenamiento de líquido y la unidad de calentamiento se proporcionan en el cartucho y la unidad principal comprende un suministro de energía. Como se usa en la presente descripción, el cartucho "acoplado de manera desmontable" al dispositivo implica que el cartucho y el dispositivo pueden acoplarse y desacoplarse entre sí sin dañar significativamente tanto el dispositivo como el cartucho.
El sistema puede ser un sistema para fumar que se hace funcionar eléctricamente. El sistema puede ser un sistema generador de aerosol portátil. El sistema generador de aerosol puede tener un tamaño comparable con un tabaco o cigarrillo convencional. El sistema para fumar puede tener una longitud total entre aproximadamente 30 mm y aproximadamente 150 mm. El sistema para fumar puede tener un diámetro externo entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 30 mm.
En un segundo aspecto, se proporciona una unidad de calentamiento eléctrico permeable al fluido que comprende: un sustrato de aislamiento eléctrico, una abertura que se forma en el sustrato de aislamiento eléctrico; y un elemento calentador que abarca la abertura y que tiene una primera cara fijada al sustrato de aislamiento eléctrico, el elemento calentador que comprende una pluralidad de filamentos conductores de la electricidad conectados a la primera y la segunda porción del contacto eléctricamente conductoras, la primera y la segunda porción del contacto eléctricamente conductoras se colocan en lados opuestos de la abertura entre sí, en donde la primera y la segunda porción del contacto eléctricamente conductoras se configuran para permitir el contacto con un suministro de energía externa.
En un tercer aspecto, se proporciona un método para fabricar una unidad de calentamiento eléctrico permeable al fluido adecuada para su uso en un sistema generador de aerosol, que comprende:
proporcionar un sustrato de aislamiento eléctrico;
formar una o más aberturas en el sustrato;
proporcionar un elemento calentador sobre el sustrato que abarca la una o más aberturas, el elemento calentador que comprende una pluralidad de filamentos conductores de la electricidad y al menos dos porciones del contacto eléctricamente conductoras en lados opuestos de la una o más aberturas entre sí.
En un cuarto aspecto, se proporciona un método para fabricar una pluralidad de unidades de calentamiento eléctrico permeables al fluido adecuadas para su uso en un sistema generador de aerosol, que comprende: proporcionar un sustrato de aislamiento eléctrico;
formar una pluralidad de aberturas en el sustrato;
proporcionar una pluralidad de porciones del contacto eléctricamente conductoras sobre el sustrato en lados opuestos de cada una de la pluralidad de aberturas entre sí;
proporcionar una pluralidad de filamentos conductores de la electricidad sobre el sustrato que se extiende entre las porciones del contacto eléctricamente conductoras a través de cada una de la pluralidad de aberturas para proporcionar un conjunto de unidades de calentamiento;
cortar una pluralidad de unidades de calentamiento individuales del conjunto de unidades de calentamiento, cada unidad de calentamiento que incluye una de las aberturas.
El sustrato de aislamiento eléctrico puede ser un material en lámina flexible. Las porciones del contacto eléctricamente conductoras y los filamentos conductores de la electricidad pueden formarse integralmente entre sí.
Las características descritas con relación a un aspecto pueden aplicarse igualmente a otros aspectos de la invención. En particular, las características descritas en relación con la unidad de calentamiento en el primer aspecto de la invención, pueden aplicarse igualmente la unidad de calentamiento del segundo aspecto de la invención.
Como se usa en la presente descripción, “conductor eléctrico” significa formado de un material que tiene una resistividad de 1x10-4 Qm o menos. Como se usa en la presente descripción, “aislamiento eléctrico” significa que se forma a partir de un material que tiene una resistividad de 1x104 Qm o más. Las modalidades de la invención se describirán ahora, a manera de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales: las Figuras 1a a 1d son ilustraciones esquemáticas de un sistema, que incorpora un cartucho, de conformidad con una modalidad de la invención;
la Figura 2 es una ilustración esquemática de un mecanismo de sujeción para la porción de boquilla del sistema de la Figura 1;
la Figura 3 es una vista despiezada del cartucho de las Figuras 1a a 1d;
la Figura 4 es una vista despiezada de un cartucho alternativo para su uso en un sistema como se muestra en las Figuras 1a a 1d;
la Figura 5a es una vista de una parte inferior en perspectiva del cartucho de la Figura 2;
la Figura 5b es una vista de una parte superior en perspectiva del cartucho de la Figura 2, al que se le retiró la cubierta; la Figura 6 es una vista detallada de una unidad de calentamiento usada en el cartucho mostrado en la Figura 2; la Figura 7 es una vista detallada de una unidad de calentamiento alternativa que se puede usar en el cartucho mostrado en la Figura 2;
la Figura 8 es una vista detallada de otra unidad de calentamiento alternativa que se puede usar en el cartucho mostrado en la Figura 2;
la Figura 9 es una vista detallada de aun otra unidad de calentamiento alternativa que se puede usar en el cartucho mostrado en la Figura 2;
la Figura 10 es una vista detallada de un mecanismo alternativo para hacer un contacto eléctrico entre el dispositivo y la unidad de calentamiento;
las Figuras 11a y 11b ilustran algunas formas de alojamiento de cartucho que se pueden usar para asegurar una alineación correcta del cartucho en el dispositivo;
la Figura 12a es una vista detallada de los filamentos del calentador, que muestra un menisco de sustrato líquido formador de aerosol entre los filamentos;
la Figura 12b es una vista detallada de los filamentos del calentador, que muestra un menisco de sustrato líquido formador de aerosol entre los filamentos y un material capilar que se extiende entre los filamentos;
las Figuras 13a, 13b y 13c ilustran métodos alternativos de fabricación de una unidad de calentamiento de conformidad con la invención; y
la Figura 14 ilustra un diseño alternativo para una porción de almacenamiento de líquido que incorpora una unidad de calentamiento.
las Figuras 15a y 15b ilustran modalidades alternativas adicionales de una porción de almacenamiento de líquido que incorpora una unidad de calentamiento.
la Figura 16 ilustra una modalidad alternativa de la orientación de flujo de aire y cartucho con el dispositivo generador de aerosol.
Las Figuras 1a a la 1d son dibujos esquemáticos de un sistema generador de aerosol, que incluye un cartucho de acuerdo con una modalidad de la invención. La Figura 1a es una vista esquemática de un dispositivo generador de aerosol 10 y un cartucho 20 separado, los cuales forman juntos el sistema generador de aerosol. En este ejemplo, el sistema generador de aerosol es un sistema para fumar que se hace funcionar eléctricamente.
El cartucho 20 contiene un sustrato formador de aerosol y se configura para recibirse en una cavidad 18 dentro del dispositivo. El cartucho 20 debería reemplazarse por un usuario cuando el sustrato formador de aerosol proporcionado en el cartucho se ha agotado. La Figura 1a muestra el cartucho 20 justo antes de la inserción dentro del dispositivo, con la flecha 1 en la Figura 1a que indica la dirección de inserción del cartucho.
El dispositivo generador de aerosol 10 es portátil y tiene un tamaño comparable a un tabaco o cigarrillo convencional. El dispositivo 10 comprende un cuerpo principal 11 y una porción de boquilla 12. El cuerpo principal 11 contiene una batería 14, tal como una batería de litio hierro fosfato, circuitos electrónicos de control 16 y una cavidad 18. La porción de boquilla 12 se conecta al cuerpo principal 11 mediante una conexión abatible 21 y puede moverse entre una posición abierta como se muestra en la Figura 1 y una posición cerrada como se muestra en la Figura 1d. La porción de boquilla 12 se coloca en la posición abierta para permitir la inserción y eliminación de cartuchos 20 y se coloca en la posición cerrada cuando el sistema va a usarse para generar aerosol, como se describirá más adelante. La porción de boquilla comprende una pluralidad de entradas de aire 13 y una salida 15. Durante el uso, un usuario succiona o toma una bocanada en la salida para aspirar aire de las entradas de aire 13, a través de la porción de boquilla hacia la salida 15, y a partir de ahí hacia la boca o los pulmones del usuario. Se proporcionan deflectores internos 17 para forzar el aire que fluye a través de la porción de boquilla 12 pasado el cartucho, como se describirá más adelante.
La cavidad 18 tiene una sección transversal circular y se dimensiona para recibir un alojamiento 24 del cartucho 20. Se proporcionan conectores eléctricos 19 en los lados de la cavidad 18 para proporcionar una conexión eléctrica entre los circuitos electrónicos de control 16 y la batería 14 y los contactos eléctricos correspondientes en el cartucho 20.
La Figura 1b muestra el sistema de la Figura 1a con el cartucho insertado dentro de la cavidad 18, y la cubierta 26 que se retira. En esta posición, los conectores eléctricos permanecen contra los contactos eléctricos en el cartucho, como se describirá más adelante.
La Figura 1c muestra el sistema de la Figura 1b con la cubierta 26 completamente retirada y la porción de boquilla 12 movida hacia una posición cerrada.
La Figura 1d muestra el sistema de la Figura 1c con la porción de boquilla 12 en la posición cerrada. La porción de boquilla 12 se conserva en la posición cerrada mediante un mecanismo de broche como se ilustra esquemáticamente en la Figura 2. La Figura 2 ilustra el cuerpo principal 11 y la porción de boquilla 12 conectadas por una conexión abatible 21. La porción de boquilla 12 comprende un diente que se extiende hacia adentro 8. Cuando la porción de boquilla está en una posición cerrada, el diente 8 se acopla con un broche 6 en el cuerpo principal del dispositivo. El broche 6 es desviado por un resorte de desviación 5 para acoplar el diente 8. Hay un botón 4 sujeto al broche 6. El botón 4 puede ser apretado por un usuario contra la acción del resorte de desviación 5 para liberar el diente 8 del broche 6, lo que permite que la porción de boquilla se mueva a una posición abierta. Será evidente ahora para un experto en la técnica que se pueden usar otros mecanismos adecuados para retener la boquilla en una posición cerrada, como un ajuste de presión o un cierre magnético.
La porción de boquilla 12 en una posición cerrada retiene el cartucho en contacto eléctrico con los conectores eléctricos 19 de manera que se mantiene una buena conexión eléctrica durante el uso, cualquiera que sea la orientación del sistema. La porción de boquilla 12 puede incluir un elemento elastomérico anular que se acopla a una superficie del cartucho y se comprime entre un elemento rígido del alojamiento de la boquilla y el cartucho cuando la porción de boquilla 12 está en la posición cerrada. Esto asegura que se mantenga una conexión eléctrica buena a pesar de las tolerancias de fabricación.
Por supuesto que otros mecanismos para mantener una conexión eléctrica buena entre el cartucho y el dispositivo pueden emplearse alternativa o adicionalmente. Por ejemplo, el alojamiento 24 del cartucho 20 puede proporcionarse con una rosca o ranura (no ilustrada) que se acopla con la correspondiente ranura o rosca (no ilustrada) formado en la pared de la cavidad 18. Un acoplamiento roscado entre el cartucho y el dispositivo puede usarse para asegurar la alineación rotacional correcta así como para retener el cartucho en la cavidad y asegurar una conexión eléctrica buena. La conexión roscada puede extenderse por solamente la mitad de una vuelta o menos del cartucho, o puede extenderse por varias vueltas. De forma alternativa o adicional, los conectores eléctricos 19 pueden desviarse a una posición de contacto con los contactos sobre el cartucho, como se describirá con referencia a la Figura 8.
La Figura 3 es una vista despiezada del cartucho 20. El cartucho 20 comprende un alojamiento cilíndrico generalmente circular 24 que tiene un tamaño y forma seleccionados para recibirse dentro de la cavidad 18. El alojamiento contiene un material capilar 22 que se empapa en un sustrato líquido formador de aerosol. En este ejemplo el sustrato formador de aerosol comprende 39 % en peso de glicerina, 39 % en peso de propilenglicol, 20 % en peso de agua y saborizantes, y 2 % en peso de nicotina. Un material capilar es un material que transporta activamente líquido de un extremo a otro, y puede fabricarse de cualquier material adecuado. En este ejemplo el material capilar se forma de poliéster.
El alojamiento tiene un extremo abierto al cual se fija una unidad de calentamiento 30. La unidad de calentamiento 30 comprende un sustrato 34 que tiene una abertura 35 formada en él, un par de contactos eléctricos 32 fijados al sustrato y separados entre sí por un espacio 33, y una pluralidad de filamentos calentadores conductores eléctricos 36 que abarcan la abertura y se fijan a los contactos eléctricos en lados opuestos de la abertura 35.
La unidad de calentamiento 30 se cubre por una cubierta desmontable 26. La cubierta comprende una lámina de plástico impermeable al líquido que se pega a la unidad de calentamiento pero que puede desprenderse fácilmente. Se proporciona una lengüeta en el lado de la cubierta para permitir que un usuario agarre la cubierta cuando esta se desprende. Será ahora evidente para un experto en la técnica que aunque se describe el pegado como el método para asegurar la lámina de plástico impermeable a la unidad de calentamiento, pueden también usarse otros métodos familiares para los expertos en la técnica que incluyen el sellado por calor o soldadura ultrasónica, siempre que la cubierta pueda retirarse fácilmente por un consumidor.
La Figura 4 es una vista despiezada de un cartucho ilustrativo alternativo. El cartucho de la Figura 4 tiene el mismo tamaño y forma que el cartucho de la Figura 3 y tiene el mismo alojamiento y unidad de calentamiento. Sin embargo, el material capilar dentro del cartucho de la Figura 4 es diferente al de la Figura 3. Hay dos materiales capilares 27, 28 separados en el cartucho de la Figura 4. Se proporciona un disco de un primer material capilar 27 para entrar en contacto con el elemento calentador 36, 32 durante el uso. Se proporciona un cuerpo más grande de un segundo material capilar 28 en un lado opuesto del primer material capilar 27 hacia la unidad de calentamiento. Tanto el primer material capilar como el segundo material capilar retienen el sustrato líquido formador de aerosol. El primer material capilar 27, que entra en contacto con el elemento calentador, tiene una temperatura de descomposición térmica más alta (al menos 160 oC o más alta, tal como aproximadamente 250 oC) que el segundo material capilar 28. El primer material capilar 27 actúa de manera efectiva como un separador que separa el elemento calentador 36, 32 del segundo material capilar 28 de manera que el segundo material capilar no se expone a temperaturas por encima de su temperatura de descomposición térmica. El gradiente térmico por el primer material capilar es tal que el segundo material capilar se expone a temperaturas por debajo de su temperatura de descomposición térmica. El segundo material capilar 28 puede seleccionarse para que tenga un rendimiento de absorción por capilaridad superior al primer material capilar 27, puede retener más líquido por unidad de volumen que el primer material capilar y puede ser menos caro que el primer material capilar. En este ejemplo el primer material capilar es un material resistente al calor, tal como una fibra de vidrio o un material que contiene fibra de vidrio y el segundo material capilar es un polímero tal como un material capilar adecuado. Los materiales capilares adecuados ilustrativos incluyen los materiales capilares que se discuten en la presente descripción y en modalidades alternativas pueden incluir polietileno de alta densidad (HDPE), o tereftalato de polietileno (PET).
La Figura 5a es una vista de una parte inferior en perspectiva del cartucho de la Figura 3. Se puede ver de la Figura 5a que la unidad de calentamiento se extiende en un plano lateral y se extiende lateralmente más allá del alojamiento 24 de modo que la unidad de calentamiento forme un borde alrededor de la parte superior del alojamiento 24. Las porciones expuestas de los contactos eléctricos 32 se orientan en una dirección de inserción del cartucho de modo que cuando el cartucho se inserta totalmente en la cavidad 18, las porciones expuestas de los contactos 32 entran en contacto con los conectores eléctricos 19. La lengüeta, proporcionada en el costado de la cubierta 26 para permitirle a un usuario agarrar la cubierta cuando la despega, se puede ver claramente. La Figura 5a también ilustra una porción de ubicación 25 formada en la base del cartucho para asegurar la orientación correcta del cartucho en la cavidad del dispositivo. La porción de ubicación 25 es parte del alojamiento moldeado por inyección 24 y está configurada para ser recibida en una ranura correspondiente (no ilustrada) en la base de la cavidad 18. Cuando la porción de ubicación 25 es recibida en la ranura en la cavidad, los contactos 32 se alinean con los conectores 19.
La Figura 5b es una vista de una parte superior en perspectiva del cartucho de la Figura 3, al que se le retiró la cubierta. Los filamentos calentadores 36 están expuestos a través de la abertura 35 en el sustrato 34 de modo que el sustrato formador de aerosol vaporizado pueda escapar al flujo de aire y pasar la unidad de calentamiento.
El alojamiento 24 se forma de un termoplástico, tal como polipropileno. La unidad de calentamiento 30 está encolada al alojamiento 24 en este ejemplo. Sin embargo, hay varias formas posibles en las cuales ensamblar y rellenar el cartucho.
El alojamiento de cartucho se puede formar por moldeo por inyección. Los materiales capilares 22, 27, 28 se pueden formar cortando longitudes adecuadas de material capilar desde una varilla larga de fibras capilares. La unidad de calentamiento se puede ensamblar mediante el uso de un proceso como se describe respecto a las Figuras 13a, 13b y 13c. En una modalidad, el cartucho se ensambla primero insertando uno o más materiales capilares 22, 27, 28 en el alojamiento 24. Un volumen predeterminado de sustrato líquido formador de aerosol se introduce luego en el alojamiento 24, empapando los materiales capilares. La unidad de calentamiento 30 se empuja luego hacia el extremo abierto del alojamiento y se fija al alojamiento 24 mediante encolado, soldadura, sellado en calor, soldadura ultrasónica u otros métodos que serán ahora evidentes para un experto en la técnica. La temperatura del alojamiento preferentemente se mantiene por debajo de 160 oC durante cualquier operación de sellado para evitar una volatilización indeseada del sustrato formador de aerosol. El material capilar se puede cortar a una longitud tal que se extienda fuera del extremo abierto del alojamiento 24 hasta que sea comprimido por la unidad de calentamiento. Esto promueve el transporte de sustrato formador de aerosol hacia los intersticios del elemento calentador en el uso.
En otra modalidad, en vez de presionar la unidad de calentamiento 30 contra el alojamiento 24 y luego sellar, la unidad de calentamiento y el extremo abierto del alojamiento pueden primero calentarse de forma instantánea y luego presionarse uno contra otro para unir la unidad de calentamiento 30 al alojamiento 24.
También es posible ensamblar la unidad de calentamiento 30 al alojamiento 24 antes de rellenar el alojamiento con el sustrato formador de aerosol y posteriormente introducir el sustrato formador de aerosol en al alojamiento 24. En ese caso, la unidad de calentamiento se puede fijar al cartucho usando cualquiera de los métodos descritos. La unidad de calentamiento o el alojamiento se perfora luego mediante el uso de una aguja hueca y el sustrato formador de aerosol se inyecta en el material capilar 22, 27, 28. Cualquier abertura hecha por la aguja hueca se sella luego por sellado en calor o mediante el uso de una cinta de sellado.
La Figura 6 es una ilustración de una primera unidad de calentamiento 30 de conformidad con la descripción. La unidad de calentamiento comprende una malla formada de acero inoxidable 304L, con un tamaño de malla de aproximadamente 400 malla estadounidense (aproximadamente 400 filamentos por pulgada). Los filamentos tienen un diámetro de aproximadamente 16 pm. La malla se conecta a contactos eléctricos 32 que se separan entre sí por un espacio 33 y se forman de una lámina de cobre que tiene un grosor de aproximadamente 30 pm. Los contactos eléctricos 32 se proporcionan en un sustrato de poliimida 34 con un grosor de aproximadamente 120 pm. Los filamentos que forman la malla definen intersticios entre los filamentos. Los intersticios en este ejemplo tienen un espesor de aproximadamente 37 pm, pese a que se pueden usar intersticios mayores o menores. Usar una malla de estas dimensiones aproximadas permite que se forme un menisco de sustrato formador de aerosol en los intersticios y que la malla de la unidad de calentamiento extraiga un sustrato formador de aerosol por acción capilar. El área abierta de la malla, es decir, la relación del área de los intersticios con el área total de la malla es ventajosamente entre 25 y 56%. La resistencia general de la unidad de calentamiento es de aproximadamente 1 Ohmio. La malla proporciona la enorme mayoría de esta resistencia de manera que la mayoría del calor sea producida por la malla. En este ejemplo la malla tiene una resistencia eléctrica de más de 100 veces mayor que los contactos eléctricos 32.
El sustrato 34 es de aislamiento eléctrico y, en este ejemplo, se forma de una lámina de poliimida con un grosor de aproximadamente 120 pm. El sustrato es circular y tiene un diámetro de 8 mm. La malla es rectangular y tiene longitudes laterales de 5 mm y 2 mm. Estas dimensiones permiten un sistema completo que tiene un tamaño y forma similar a un cigarrillo o tabaco convencional para su elaboración. Otro ejemplo de las dimensiones que se ha encontrado que son efectivas es un sustrato circular de diámetro 5 mm y una malla rectangular de 1mmx4mm.
La Figura 7 es una ilustración de una unidad de calentamiento ilustrativa alternativa de conformidad con la descripción. La unidad de calentamiento de la Figura 7 es la misma que la que se muestra en la Figura 6 pero la malla 36 es remplazada por un conjunto de filamentos conductores de la electricidad paralelos 37. El conjunto de filamentos 37 se forma de acero inoxidable 304L y tienen un diámetro de aproximadamente 16 pm. El contacto de sustrato 34 y cobre 32 es como se describe con referencia a la Figura 6.
La Figura 8 es una ilustración de otra unidad de calentamiento alternativa de conformidad con la descripción. La unidad de calentamiento de la Figura 8 es la misma que la que se muestra en la Figura 7 pero en la unidad de la Figura 8, los filamentos 37 se unen directamente al sustrato 34 y los contactos 32 se unen luego a los filamentos. Los contactos 32 se separan entre sí por un espacio de aislamiento 33 como antecede y se forman de una lámina de cobre de un grosor de aproximadamente 30 pm. La misma disposición de filamentos de sustrato y los contactos se pueden usar para un calentador de tipo malla como se muestra en la Figura 6. Tener los contactos como una capa más externa puede ser beneficioso para proporcionar contacto eléctrico fiable con un suministro de energía.
La Figura 9 es una ilustración de una unidad de calentamiento alternativa de conformidad con la descripción. La unidad de calentamiento de la Figura 9 comprende una pluralidad de filamentos calentadores 38 que se forman integrados con los contactos eléctricos 39. Tanto los filamentos como los contactos eléctricos se forman a partir de una lámina de acero inoxidable que se graba para definir los filamentos 38. Los contactos 39 se separan por un espacio 33 excepto cuando se unen por los filamentos 38. Se proporciona la lámina de acero inoxidable sobre un sustrato de poliimida 34. Nuevamente, los filamentos 38 proporcionan la enorme mayoría de esta resistencia de modo que la mayoría del calor sea producida por los filamentos. En este ejemplo, los filamentos 38 tienen una resistencia eléctrica más de 100 veces más alta que los contactos eléctricos 39.
En el cartucho que se muestra en las Figuras 3, 4 y 5, los contactos 32 y filamentos 36, 38 están ubicados entre la capa de sustrato 34 y el alojamiento 24. Sin embargo, es posible montar la unidad de calentamiento al alojamiento de cartucho al revés, de modo que el sustrato de poliimida esté directamente adyacente al alojamiento 24. La Figura 10 ilustra una disposición de este tipo. La Figura 10 muestra una unidad de calentamiento que comprende una malla de acero inoxidable 56 fijada a contactos de lámina de cobre 52. Los contactos de cobre 52 se fijan a un sustrato de poliimida 54. Una abertura 55 se forma en el sustrato de poliimida 54. El sustrato de poliimida se suelda al alojamiento 24 del cartucho. Un material capilar 22, empapado con sustrato formador de aerosol, rellena el alojamiento y se extiende a través de la abertura para entrar en contacto con la malla 55. El cartucho se muestra recibido en el cuerpo principal 11 del dispositivo y sostenido entre conectores eléctricos 59 y la porción de boquilla 12. En esta modalidad, para que los conectores eléctricos 59 hagan una conexión eléctrica con los contactos 52, los conectores 59 se adaptan para perforar el sustrato de poliimida 54, como se muestra. Los conectores eléctricos están hechos con extremos afilados y se impulsan a entrar en contacto con la unidad de calentamiento por resortes 57. El sustrato de poliimida puede estar ranurado previamente para asegurar que se haga un buen contacto eléctrico, o incluso se le pueden proporcionar aberturas de modo que no sea necesaria la perforación del sustrato. Los resortes 57 también aseguran que se mantenga un buen contacto eléctrico entre los contactos 52 y los conectores 59 sin importar la orientación del sistema respecto de la gravedad.
Un medio para asegurar la orientación correcta del cartucho 20 en la cavidad 18 del dispositivo se describió con referencia a las Figuras 5a y 5b. La porción de ubicación 25 se puede formar como parte del alojamiento de cartucho moldeado 24 para asegurar la orientación correcta. Sin embargo, será evidente que son posibles otras formas de asegurar la orientación correcta del cartucho. En particular, si el alojamiento se moldea por inyección, hay posibilidades casi ilimitadas para la forma del cartucho. Una vez que se eligió el volumen interno deseado del cartucho, la forma del cartucho se puede adaptar para adecuarse a cualquier cavidad. La Figura 11a es una vista de la base de un posible alojamiento de cartucho 70 que permite que el cartucho se oriente en dos posibles orientaciones. El alojamiento de cartucho 70 incluye dos ranuras 72 dispuestas simétricamente. Las ranuras se pueden extender parcialmente o totalmente por el lado del alojamiento 70. Se pueden formar rebordes correspondientes (no ilustrados) en las paredes de la cavidad del dispositivo, de modo que el cartucho pueda ser recibido en la cavidad en solo dos posibles orientaciones. En la modalidad de la Figura 11a es posible tener solo un único reborde en la cavidad de modo que una de las ranuras 72 no sea rellenada por un reborde y se pueda usar como un canal de flujo de aire dentro del dispositivo. Por supuesto es posible restringir el cartucho a una única orientación dentro de la cavidad al proporcionar solo una única ranura en el alojamiento. Esto se ilustra en la Figura 11b, que muestra un alojamiento de cartucho 74 con una única ranura 76.
Aunque las modalidades descritas tienen cartuchos con alojamientos que tienen una sección transversal sustancialmente circular, es por supuesto posible formar alojamientos de cartucho con otras formas, tal como una sección transversal rectangular o sección transversal triangular. Estas formas de alojamientos asegurarían una orientación deseada dentro de la cavidad con forma correspondiente, para asegurar la conexión eléctrica entre el dispositivo y el cartucho.
El material capilar 22 se orienta ventajosamente en el alojamiento 24 para transportar líquido a la unidad de calentamiento 30. Cuando el cartucho se ensambla, los filamentos calentadores 36, 37, 38 pueden estar en contacto con el material capilar 22 y por lo tanto el sustrato formador de aerosol se puede transportar directamente al calentador de malla. La Figura 12a es una vista detallada de los filamentos 36 de la unidad de calentamiento, que muestra un menisco 40 de sustrato líquido formador de aerosol entre los filamentos calentadores 36. Puede observarse que el sustrato formador de aerosol entra en contacto con la mayoría de la superficie de cada filamento de manera que la mayoría del calor generado por la unidad de calentamiento pasa directamente dentro del sustrato formador de aerosol. Por el contrario, en las unidades de calentamiento de bobina y mecha convencionales solamente una fracción pequeña del alambre calentador está en contacto con el sustrato formador de aerosol. La Figura 12b es una vista detallada, similar a la Figura 12a, que muestra un ejemplo de un material capilar 27 que se extiende hacia los intersticios entre los filamentos 36. El material capilar 27 es el primer material capilar mostrado en la Figura 4. Puede verse que al proporcionar un material capilar que comprende hilos finos de fibras que se extienden en los intersticios entre los filamentos 36, puede garantizarse el transporte del líquido a los filamentos.
En el uso, la unidad de calentamiento opera por calentamiento de resistencia. La corriente pasa a través de los filamentos 36, 37, 38 bajo el control de circuitos electrónicos de control 16, para calentar los filamentos hasta dentro de un intervalo de temperatura deseado. La malla o conjunto de filamentos tiene una resistencia eléctrica significativamente más alta que los contactos eléctricos 32 y los conectores eléctricos 19 de manera que las altas temperaturas se localizan en los filamentos. El sistema puede configurarse para generar calor mediante la suministración de corriente eléctrica a la unidad de calentamiento en respuesta a una bocanada de usuario o puede configurarse para generar calor continuamente mientras el dispositivo está en un estado "encendido". Diferentes materiales para los filamentos pueden ser adecuados para diferentes sistemas. Por ejemplo, en un sistema que calienta continuamente, los filamentos de grafito son adecuados ya que tienen una capacidad de calor específico relativamente baja y son compatibles con bajo calentamiento de corriente. En un sistema accionado por bocanadas, en el cual se genera calor en ráfagas cortas mediante el uso de pulsos de corriente alta, los filamentos de acero inoxidable, que tienen una alta capacidad de calor específico pueden ser más adecuados.
En un sistema accionado por bocanadas, el dispositivo puede incluir un sensor de bocanadas configurado para detectar cuándo un usuario ha aspirado aire a través de la porción de boquilla. El sensor de bocanadas (no se ilustra) se conecta a los circuitos electrónicos de control 16 y los circuitos electrónicos de control 16 se configuran para suministrar corriente a la unidad de calentamiento 30 solamente cuando se determina que el usuario toma una bocanada con el dispositivo. Puede usarse cualquier sensor de flujo de aire como un sensor de bocanadas, tal como un micrófono.
En una modalidad posible, los cambios en la resistividad de uno o más de los filamentos 36, 38 o del elemento calentador como una unidad se pueden usar para detectar un cambio en la temperatura del elemento calentador. Esto puede usarse para regular la energía suministrada al elemento calentador para asegurar que se mantenga dentro de un intervalo de temperatura deseado. Los cambios de temperatura repentinos pueden usarse además como un medio para detectar cambios en el flujo de aire que pasa el elemento calentador que resulta de un usuario que toma una bocanada en el sistema. Uno o más de los filamentos pueden ser sensores de temperatura dedicados y pueden formarse a partir de un material que tiene un coeficiente temperatura adecuado de resistencia para ese propósito, tal como una aleación de hierro y aluminio, Ni-Cr, platino, tungsteno o aleación de alambres.
El flujo de aire a través de la porción de boquilla cuando se usa el sistema se ilustra en la Figura 1d. La porción de boquilla incluye deflectores internos 17, que se moldean de manera integral con las paredes externas de la porción de boquilla y asegura que, cuando el aire se aspira desde las entradas 13 hacia la salida 15, este fluye sobre la unidad de calentamiento 30 en el cartucho donde se vaporiza el sustrato formador de aerosol. Cuando el aire pasa la unidad de calentamiento, el sustrato vaporizado se arrastra en el flujo de aire y se enfría para formar un aerosol antes de salir por la salida 15. En consecuencia, durante el uso, el sustrato formador de aerosol pasa a través de la unidad de calentamiento pasando a través de los intersticios entre los filamentos 36, 37, 38 cuando este se vaporiza.
Hay una cantidad de posibilidades de fabricación y de materiales de la unidad de calentamiento. La Figura 13a es una ilustración esquemática de un primer método para fabricar una unidad de calentamiento. Un rollo de película de poliimida 80 está provisto de un conjunto de aberturas 82 en su interior. Las aberturas 82 pueden formarse por estampado. Las bandas de lámina de cobre 84 se revisten sobre la película de poliimida 80 entre las aberturas. Luego se revisten cintas de malla de acero inoxidable 86 en la película de poliimida 80 en la parte superior de la lámina de cobre 84 y sobre las aberturas 82 en una dirección ortogonal a las bandas de lámina de cobre. Las unidades de calentamiento 30 individuales se pueden cortar luego o estamparse alrededor de cada abertura 82. Cada unidad de calentamiento 30 incluye una porción de lámina de cobre en lados opuestos de la abertura, formando contactos eléctricos y una tira de una malla de acero inoxidable abarca la abertura desde una porción de cobre a la otra, como se muestra en la Figura 6.
La Figura 13b ilustra otro posible proceso de fabricación. En el proceso de la Figura 13b una película de poliimida 80 del tipo usado en el proceso de la Figura 13a, se reviste con una lámina de acero inoxidable 90. La película de poliimida 80 tiene un conjunto de aberturas 82 formados en su interior pero estas aberturas están cubiertas por la lámina de acero inoxidable 90. La lámina 90 se graba luego para definir filamentos 38 que abarcan las aberturas 82 y separan porciones de contacto en lados opuestos de las aberturas. Las unidades de calentamiento 92 individuales se pueden cortar luego o estamparse alrededor de cada abertura 82. Esto proporciona una unidad de calentamiento del tipo que se muestra en la Figura 9.
La Figura 13c ilustra otro proceso alternativo. En el proceso de la Figura 13c primero se prepara una tela a base de grafito 100. La tela a base de grafito 100 comprende bandas de fibras eléctricamente resistivas, adecuadas para usarse como filamentos calentadores, bandas adyacentes de fibras relativamente no conductoras. Estas bandas de fibras se tejen entre sí con bandas de fibras con relativa conducción eléctrica que se extienden perpendicular a las fibras resistentes y no conductoras. Esta tela 100 se une luego a una capa de película de poliimida 80 del tipo descrito con referencia a las Figuras 13a y 13b, que tiene un conjunto de aberturas 82. Las unidades de calentamiento 102 individuales se pueden cortar luego o estamparse alrededor de cada abertura. Cada unidad de calentamiento 102 incluye una porción de una banda de fibras conductoras en lados opuestos de la abertura y una banda de fibras eléctricamente resistivas que abarcan la abertura.
El diseño de cartucho mostrado en las Figuras 5a y 5b tiene varias ventajas. Sin embargo, son posibles diseños de cartucho alternativos que usan el mismo tipo de unidad de calentamiento. La Figura 14 ilustra un diseño de cartucho alternativo que es adecuado para un patrón diferente de flujo de aire a través del sistema. En la modalidad que se muestra en la Figura 14, el cartucho 108 está configurado para insertarse en el dispositivo en la dirección indicada por la flecha 110. El cartucho 108 comprende un alojamiento 112 con forma de medio cilindro y que está abierto de un lado. Una unidad de calentamiento 114 se proporciona a través del lado abierto y se encola o suelda al alojamiento 112. La unidad de calentamiento 114 comprende un sustrato de aislamiento eléctrico 116, tal como una poliimida con una abertura formada en su interior. Un elemento calentador que comprende una malla de acero inoxidable 118 y un par de tiras de contacto 120 está unido al sustrato de aislamiento eléctrico 116 y abarca la abertura. Las tiras de contacto 120 están dobladas alrededor del alojamiento 112 para formar almohadillas de contacto en una superficie curvada del alojamiento. Las almohadillas de contacto eléctrico están configuradas para entrar en contacto con contactos correspondientes (no ilustrados) en el dispositivo generador de aerosol. El alojamiento 112 está relleno de material capilar (no visible en la Figura 14) empapado con sustrato formador de aerosol, como se describe respecto de la modalidad mostrada en las Figuras 1a a 1d.
El cartucho mostrado en la Figura 14 está configurado para que el flujo de aire pase a través de la unidad de calentamiento 114 en una dirección opuesta a la flecha 110. El aire es extraído hacia el sistema a través de una entrada de aire proporcionada en un cuerpo principal del dispositivo y es succionado pasando por la unidad de calentamiento 114, hacia una porción de boquilla del dispositivo (o cartucho) y hacia la boca de un usuario. El aire extraído hacia el sistema se puede dirigir, por ejemplo, en una dirección paralela a lo largo de la malla 118 por la colocación apropiada de entradas de aire.
Modalidades alternativas del cartucho 108 se ilustran en las Figuras 15a y 15b. La Figura 15a incluye además tiras de contacto 120 separadas y que recorren la longitud de la cara que tiene la malla 118. La Figura 15b incluye además contactos 120 con una forma más o menos de L. Ambos diseños de cartucho ilustrados en las Figuras 15a y 15b se pueden usar para proporcionar áreas de contacto aún mayores para asegurar un fácil contacto a los contactos 19, de ser necesario. Las tiras 120 como se ilustran en la Figura 15a también pueden configurarse para deslizarse hacia un contacto 19 que está configurado en una configuración de riel (no ilustrada) para recibir tiras 120 para posicionar el cartucho. Esta configuración de tipo riel puede proporcionar ventajosamente una limpieza periódica de los contactos 19 debido a que la inserción y remoción del cartucho tendrá un efecto de limpieza en función de la fricción del contacto que se desliza hacia adentro y afuera de los rieles.
La Figura 16 ilustra aun otra modalidad de un sistema generador de aerosol que comprende una unidad de calentamiento eléctrico permeable al fluido. La Figura 16 ilustra un sistema donde la unidad de calentamiento 30 se proporciona en un extremo del cartucho 20 que está frente a la porción de boquilla 12. El flujo de aire ingresa en una entrada de aire 1601 y pasa por la unidad y a través de una salida de aire 1603 a lo largo de una vía de flujo 1605. Se pueden colocar contactos eléctricos en cualquier ubicación conveniente. Esta configuración es ventajosa ya que permite conexiones eléctricas más cortas dentro del sistema.
Otros diseños de cartucho que incorporan una unidad de calentamiento de acuerdo con esta descripción pueden concebirse ahora por una persona con conocimientos básicos en la técnica. Por ejemplo, el cartucho puede incluir una porción de boquilla, puede incluir más de una unidad de calentamiento y puede tener cualquier forma deseada. Además, una unidad de calentamiento de acuerdo con la descripción puede usarse en sistemas de tipos diferentes a los descritos anteriormente, tales como humidificadores, ambientadores, y otros sistemas generadores de aerosol.
Las modalidades ilustrativas descritas anteriormente ilustran pero no son limitantes. En función de las modalidades ilustrativas descritas anteriormente, otras modalidades coherentes con las modalidades ilustrativas anteriores ahora serán evidentes para un experto en la técnica.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema generador de aerosol que comprende una unidad de calentamiento eléctrico permeable al fluido (30) y una porción de almacenamiento de líquido, la porción de almacenamiento de líquido que comprende un alojamiento (24) que contiene un sustrato líquido formador de aerosol y un material capilar (22) configurado para transportar el sustrato líquido formador de aerosol a la unidad de calentamiento, la unidad de calentamiento que comprende:
un sustrato de aislamiento eléctrico (34),
una abertura (35) que se forma en el sustrato de aislamiento eléctrico; y
un elemento calentador fijado al sustrato de aislamiento eléctrico, el elemento calentador que abarca la abertura y comprende una pluralidad de filamentos conductores de la electricidad (36) conectados a una primera y una segunda porción del contacto eléctricamente conductoras (32), la primera y la segunda porción del contacto eléctricamente conductoras posicionadas sobre lados opuestos de la abertura entre sí, y la pluralidad de filamentos conductores de la electricidad forman intersticios, y los intersticios formados por los filamentos tienen un ancho entre 75 pm y 25 pm,
en donde la primera y la segunda porción del contacto eléctricamente conductoras se configuran para permitir el contacto con un suministro de energía externa;
en donde la unidad de calentamiento se fija al alojamiento de la porción de almacenamiento de líquido; y en donde el material capilar está en contacto con los filamentos conductores de la electricidad sobre sustancialmente toda la extensión de la abertura.
2. Un sistema generador de aerosol de conformidad con la reivindicación 1, en donde la pluralidad de filamentos conductores de la electricidad (36) cubren un área de entre el 10 % y el 50 % del área de la unidad de calentamiento.
3. Un sistema generador de aerosol de conformidad con cualquier reivindicación anterior, en donde el elemento calentador tiene una primera cara que se fija al sustrato de aislamiento eléctrico (34) y la primera y la segunda porción del contacto eléctricamente conductora (32) se configuran para permitir el contacto con un suministro de energía externa sobre una segunda cara del elemento calentador opuesta a la primera cara.
4. Un sistema generador de aerosol de conformidad con cualquier reivindicación anterior, en donde los filamentos conductores de la electricidad (36) se encuentran en un plano sustancialmente plano.
5. Un sistema generador de aerosol de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 4, en donde los filamentos conductores de la electricidad (36) consisten en un conjunto de filamentos dispuestos en paralelo entre sí.
6. Un sistema generador de aerosol de conformidad con cualquier reivindicación anterior, en donde el área de los filamentos conductores de la electricidad es de menos de 25 mm2.
7. Un sistema generador de aerosol de conformidad con cualquier reivindicación anterior, en donde la primera y la segunda porción del contacto eléctricamente conductoras (32) comprenden porciones de contacto planas fijadas a los filamentos conductores de la electricidad.
8. Un sistema generador de aerosol de conformidad con cualquier reivindicación anterior, en donde la unidad de calentamiento comprende al menos un filamento hecho de un primer material y al menos un filamento hecho de un segundo material diferente del primer material.
9. Un sistema generador de aerosol de conformidad con cualquier reivindicación anterior, en donde el sistema es un sistema para fumar que se hace funcionar eléctricamente.
10. Un método para fabricar un sistema generador de aerosol, que comprende:
fabricar una unidad de calentamiento eléctrico permeable al fluido;
proporcionar una porción de almacenamiento de líquido (24), la porción de almacenamiento de líquido que comprende un alojamiento que contiene un sustrato líquido formador de aerosol y un material capilar configurado para transportar el sustrato líquido formador de aerosol a la unidad de calentamiento, en donde el material capilar está en contacto con los filamentos conductores de la electricidad sobre sustancialmente toda la extensión de la abertura; y
fijar la unidad de calentamiento al alojamiento de la porción de almacenamiento de líquido;
la fabricación de la unidad de calentamiento eléctrico permeable al fluido que comprende las etapas de: proporcionar un sustrato de aislamiento eléctrico (34);
formar una o más aberturas en el sustrato;
proporcionar al menos dos porciones del contacto eléctricamente conductoras planas (32) en el sustrato en lados opuestos de la una o más aberturas entre sí; y
proporcionar una pluralidad de filamentos conductores de la electricidad (36) sobre el sustrato que se extienden entre las al menos dos porciones del contacto eléctricamente conductoras planas a través de la una o más aberturas; en donde la pluralidad de filamentos conductores de la electricidad forma intersticios, y los intersticios formados por los filamentos tienen un ancho entre 75 |jm y 25 |jm.
11. Un método de conformidad con la reivindicación 10, en donde los filamentos conductores de la electricidad se encuentran en un plano sustancialmente plano.
12. Un método de conformidad con la reivindicación 10 u 11, en donde los filamentos conductores de la electricidad consisten en un conjunto de filamentos dispuestos en paralelo entre sí.
13. Un método de conformidad con la reivindicación 10, 11 o 12, en donde el área de los filamentos conductores de la electricidad es de menos de 25 mm2
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