ES2937697T3

ES2937697T3 - Cartucho para un sistema generador de aerosol

Info

Publication number: ES2937697T3
Application number: ES16719088T
Authority: ES
Inventors: Jean-Marc Widmer; Oleg Mironov
Original assignee: Philip Morris Products SA
Current assignee: Philip Morris Products SA
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2036-04-28
Also published as: RU2017134972A; CN107529825A; AU2016256569B2; AU2021200223B2; MY184477A; US20200275698A1; JP2021141896A; US20220312839A1; US20180295881A1; US11839237B2; BR112017021050A2; JP7357658B2; WO2016174179A1; KR20170141662A; BR112017021050B1; CN113749311A; US11382355B2; EP4197362A1; UA121888C2; US10779572B2

Abstract

Se proporciona un cartucho para un sistema generador de aerosol. El cartucho incluye un alojamiento para contener un sustrato formador de aerosol, el alojamiento tiene una abertura y un conjunto calentador. El conjunto calentador incluye al menos un elemento calentador fijado a la carcasa y que se extiende a través de la abertura de la carcasa. El al menos un elemento calentador define una pluralidad de aberturas para permitir que el fluido pase a través del al menos un elemento calentador, teniendo la pluralidad de aberturas diferentes tamaños. También se proporciona un cartucho en el que el al menos un elemento calentador comprende una serie de filamentos eléctricamente conductores que se extienden a lo largo de su longitud y una pluralidad de filamentos transversales que se extienden transversalmente a los filamentos eléctricamente conductores. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Cartucho para un sistema generador de aerosol

La presente invención se refiere a sistemas generadores de aerosol y a cartuchos para sistemas generadores de aerosol, los cartuchos que comprenden una unidad de calentamiento que es adecuada para vaporizar un sustrato formador de aerosol. En particular, la invención se refiere a sistemas generadores de aerosol portátiles, tales como sistemas para fumar operados eléctricamente. Los aspectos de la invención se refieren a los cartuchos para un sistema generador de aerosol y a los métodos para fabricar esos cartuchos.

Un tipo de sistema generador de aerosol es un sistema para fumar operado eléctricamente. Los sistemas para fumar operados eléctricamente que consisten en una porción de dispositivo que comprende una batería y circuitos electrónicos de control, y una porción de cartucho que comprende un suministro de sustrato formador de aerosol, y un vaporizador operado eléctricamente, son conocidos. A un cartucho que comprende tanto un suministro de sustrato formador de aerosol como un vaporizador se hace referencia a veces como "cartomizador". El vaporizador es típicamente una unidad de calentamiento. En algunos ejemplos conocidos, el sustrato formador de aerosol es un sustrato líquido formador de aerosol y el vaporizador comprende una bobina de alambre de calentamiento enrollado alrededor de una mecha alargada empapada en un sustrato líquido formador de aerosol. La porción del cartucho comprende típicamente no solo el suministro del sustrato formador de aerosol y una unidad de calentamiento operada eléctricamente, sino también una boquilla por la que el usuario succiona durante el uso para aspirar el aerosol hacia dentro de su boca.

Los sistemas para fumar operados eléctricamente que vaporizan un líquido formador de aerosol 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 aerosoles, pero también puede ser un desafío fabricarlo de manera repetible y a bajo costo. Además, el conjunto de mecha y bobina, junto con las conexiones eléctricas asociadas, pueden ser frágiles y difíciles de manejar.

Sería conveniente proporcionar un cartucho adecuado para un sistema generador de aerosol, tal como un sistema portátil para fumar operado eléctricamente, que tenga una unidad de calentamiento que sea económico de producir y que sea robusto. Sería conveniente además proporcionar un cartucho para un sistema generador de aerosol con una unidad de calentamiento que sea tan eficiente o más eficiente que las unidades de calentamiento anteriores en los sistemas generadores de aerosol.

El documento US 2014/060554 describe un artículo para fumar electrónico que proporciona un suministro de aerosol mejorado. Particularmente, el artículo comprende uno o más microcalentadores. En varias modalidades, los microcalentadores proporcionan un control mejorado de la vaporización de una composición precursora de aerosol y proporcionan requisitos de potencia reducida para lograr una aerosolización consistente.

El documento WO 2013/083634 describe un dispositivo generador de aerosol que comprende una porción de almacenamiento para almacenar un sustrato formador de aerosol. El dispositivo comprende: un vaporizador para calentar el sustrato formador de aerosol, un material capilar para transportar el sustrato líquido formador de aerosol desde la porción de almacenamiento hacia el vaporizador por acción capilar, y un material poroso entre el material capilar y el vaporizador.

El documento EP 2460422 describe un sistema generador de aerosol para calentar un sustrato líquido formador de aerosol. El sistema comprende: una cámara formadora de aerosol; y medios de prevención de fugas configurados para evitar o reducir las fugas de condensado de aerosol líquido del sistema generador de aerosol. Los medios de prevención de fugas pueden comprender uno o más de: al menos una cavidad en una pared de la cámara formadora de aerosol, para recoger gotitas de sustrato líquido condensado formador de aerosol; al menos un miembro enganchado para recoger gotitas de sustrato líquido condensado formador de aerosol; un impactador para interrumpir el flujo de aire en la cámara formadora de aerosol para recoger las gotitas de líquido; y un miembro de cierre para sellar esencialmente la cámara formadora de aerosol cuando el sistema generador de aerosol no está en uso.

El documento US 2014/238422 describe un artículo para fumar electrónico que incluye una región de suministro de líquido que incluye material líquido y un elemento de mecha calentador que funciona para absorber material líquido y calentar el material líquido a una temperatura suficiente para vaporizar el material líquido y formar un aerosol. El elemento de mecha del calentador se forma de una espuma de carbono o grafito.

El documento US 2015/101606 describe un dispositivo para vaporizar y suministrar un agente aerosol que incluye un generador de calor, un conductor de calor en la comunicación de fluido (flujo de aire) con el generador de calor, y un soporte de sustrato en la relación de conducción de calor con el conductor de calor. El generador de calor es una antorcha portátil y portátil y el conductor de calor define una cámara conductora de calor anular que rodea un sustrato dispuesto dentro del soporte del sustrato que soporta el agente de aerosol y un agente formador de aerosol. Otro dispositivo descrito por el documento US 2014/238422 es un generador de calor portátil alimentado por batería que incluye un elemento de calentamiento en relación de conducción de calor con un soporte de sustrato. El elemento de calentamiento es una bobina de calentamiento de nicromo enrollada alrededor del sustrato dispuesto dentro del soporte del sustrato y acoplado eléctricamente a la batería. Otro dispositivo descrito por el documento US 2014/238422 incluye además un generador de calor auxiliar que tiene un elemento de calentamiento auxiliar formado por una malla de alambre finamente tejido posicionada adyacente al sustrato y acoplada eléctricamente a la batería.

El documento KR 20130046826 describe un dispositivo de inhalación de aerosol que incluye un cuerpo principal que tiene una batería y un cartucho de tipo integrado acoplados de manera desmontable con un lado interno del cuerpo principal y atomizar una solución aromática acomodada en aerosol cuando se aplica energía de la batería. El cartucho de tipo integrado incluye una unidad de almacenamiento de solución en la que se almacena la solución aromática y una unidad de atomización que se acopla integralmente con la unidad de almacenamiento de solución desde un lado de la unidad de almacenamiento de solución y que tiene un elemento de calentamiento al calentar la solución aromática suministrada desde la unidad de almacenamiento de solución.

De conformidad con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un cartucho para su uso en un sistema generador de aerosol, que comprende: una porción de almacenamiento que comprende un alojamiento para contener un sustrato formador de aerosol, el alojamiento que tiene un extremo abierto de manera que una abertura del alojamiento se define por el extremo abierto; y una unidad de calentamiento que comprende al menos un elemento calentador fijado al alojamiento y que se extiende a través de la abertura del alojamiento, en donde el al menos un elemento calentador de la unidad de calentamiento tiene una pluralidad de aberturas para permitir que el fluido pase a través del al menos un elemento calentador, y en donde la pluralidad de aberturas tienen diferentes tamaños.

Al proporcionar al menos un elemento calentador con una pluralidad de aberturas para permitir que el fluido pase a través del al menos un elemento calentador, el al menos un elemento calentador es permeable a los fluidos. Esto significa que el sustrato formador de aerosol, en fase gaseosa y posiblemente en fase líquida, puede pasar fácilmente a través del al menos un elemento calentador y, por lo tanto, de la unidad de calentamiento.

Al variar el tamaño de las aberturas, el flujo de fluido a través del elemento calentador puede alterarse según se desee, por ejemplo para proporcionar características de aerosol mejoradas. Por ejemplo, la cantidad de aerosol aspirado a través de la unidad de calentamiento puede alterarse mediante el uso de aberturas con diferentes tamaños.

Tal como se usa en la presente descripción, los términos "variar", "varía", "diferir", "difiere" y "diferente" se refieren a una desviación más allá de las tolerancias de fabricación estándar y, en particular, a valores que se desvían entre sí en al menos 5 por ciento. . Esto incluye, pero no se limita a, modalidades en las que el tamaño de la mayoría de las aberturas es esencialmente el mismo y un pequeño número de aberturas, por ejemplo, una o dos aberturas, tienen un tamaño que difiere, así como modalidades en las que cualquier número adecuado de aberturas, por ejemplo al menos el 5 por ciento de las aberturas, tiene un tamaño que difiere de las aberturas restantes.

Como se usa en la presente descripción, "eléctricamente conductor" significa formado a partir de un material que tiene una resistividad de 1x10-4 Qm o menos. Como se usa en la presente descripción, “de aislamiento eléctrico” significa formado de un material que tiene una resistividad de 1x104 Qm o más.

En ciertas modalidades preferidas, el tamaño de las aberturas en una primera región de la abertura es mayor que el tamaño de las aberturas en una segunda región de la abertura. Esto permite ventajosamente que el flujo de fluido a través del al menos un elemento calentador, y por lo tanto a través de la unidad de calentamiento, se seleccione como se desee disponiendo la primera y segunda regiones en base a las características del sistema generador de aerosol. Por ejemplo, el tamaño de las aberturas en la primera y segunda regiones, o la posición relativa de la primera y segunda regiones puede seleccionarse en base a las características de flujo de aire del sistema generador de aerosol, o en el perfil de temperatura de la unidad de calentamiento, o ambas. En algunas modalidades, la primera región puede posicionarse hacia el centro de la abertura con respecto a la segunda región. En otras modalidades, la segunda región puede posicionarse hacia el centro de la abertura con relación a la primera región.

El tamaño de las aberturas puede cambiar gradualmente entre la primera y la segunda regiones de la abertura. Alternativa o adicionalmente, el tamaño de las aberturas puede aumentar de manera escalonada entre la primera y la segunda regiones de la abertura. Cuando el tamaño de las aberturas cambia gradualmente entre la primera y la segunda regiones de la abertura, las aberturas se forman preferentemente por grabado.

En algunas modalidades, el tamaño de las aberturas disminuye hacia una porción central de la abertura. Con esta disposición, el flujo de fluido a través de la porción central de la abertura disminuye con respecto a la periferia de la abertura. Esto puede ser ventajoso en dependencia del perfil de temperatura de la unidad de calentamiento o de las características del flujo de aire del sistema generador de aerosol con el que se pretende usar el cartucho. Esto incluye modalidades en las que el tamaño de las aberturas disminuye en dos dimensiones hacia una porción central de la abertura, es decir, en la dirección tanto de la altura como del ancho de la abertura, así como modalidades en las que el tamaño de las aberturas disminuye en una sola dimensión hacia una porción central de la abertura.

En algunas modalidades, la unidad de calentamiento comprende una pluralidad de elementos calentadores que se extienden a través del ancho de la abertura, en donde el elemento calentador o los elementos que se extienden más cerca de la porción central de la abertura comprenden una pluralidad de aberturas que tienen un tamaño que es menor que el tamaño de las aberturas de los otros elementos calentadores en la unidad de calentamiento. En una modalidad particular, la unidad de calentamiento comprende tres elementos calentadores que se extienden a través del ancho de la abertura, en donde el elemento calentador medio comprende una pluralidad de aberturas que tienen un tamaño que es menor que el tamaño de las aberturas de los dos elementos calentadores exteriores.

En ciertas modalidades preferidas, el tamaño de las aberturas aumenta hacia una porción central de la abertura. En otras palabras, el tamaño de al menos una abertura hacia el centro de la abertura es mayor que el tamaño de al menos una abertura más lejos del centro de la abertura. Esta disposición permite que más aerosol pase a través del elemento calentador en el centro de la abertura y puede ser ventajoso en cartuchos en los que el centro de la abertura es el área de vaporización más importante, por ejemplo en cartuchos en los que la temperatura de la unidad de calentamiento es mayor en el centro de la abertura. Esto incluye modalidades en las que el tamaño de las aberturas aumenta en dos dimensiones hacia una porción central de la abertura, es decir, en la dirección tanto de la altura como del ancho de la abertura, así como modalidades en las que el tamaño de las aberturas aumenta en una sola dimensión hacia una porción central de la abertura.

En algunas modalidades, la unidad de calentamiento comprende una pluralidad de elementos calentadores que se extienden a través del ancho de la abertura, en donde el elemento calentador o elementos que se extienden más cerca de la porción central de la abertura comprenden una pluralidad de aberturas que tienen un tamaño que es mayor que el tamaño de las aberturas de los otros elementos calentadores en la unidad de calentamiento. En una modalidad particular, la unidad de calentamiento comprende tres elementos calentadores que se extienden a través del ancho de la abertura, en donde el elemento calentador medio comprende una pluralidad de aberturas que tienen un tamaño que es mayor que las aberturas de los dos elementos calentadores externos.

Como se usa en la presente descripción, el término “porción central” de la abertura se refiere a una parte de la abertura que está lejos de la periferia de la abertura y tiene un área que es menor que el área total de la abertura. Por ejemplo, la porción central puede tener un área de menos de aproximadamente 80 por ciento, preferentemente menos de aproximadamente 60 por ciento, con mayor preferencia menos de aproximadamente 40 por ciento, con la máxima preferencia menos de aproximadamente 20 por ciento del área total de la abertura.

La pluralidad de aberturas puede comprender un primer conjunto de aberturas que tienen esencialmente el mismo tamaño, y uno o más conjuntos adicionales de aberturas que tienen un tamaño más pequeño. En tales modalidades, el primer conjunto de aberturas puede localizarse más lejos de la porción central de la abertura con relación a uno o más de los conjuntos de aberturas adicionales. En modalidades alternativas, el primer conjunto de aberturas puede ubicarse más cerca de la porción central de la abertura con respecto a la una o más series de aberturas adicionales.

Alternativamente, cada una de las aberturas puede tener un tamaño diferente.

El tamaño de la pluralidad de aberturas puede aumentar gradualmente hacia el centro de la abertura. Alternativa o adicionalmente, el tamaño de las aberturas puede aumentar de manera escalonada hacia el centro de la abertura.

En cualquiera de las modalidades anteriores, el tamaño medio de las aberturas ubicadas en la porción central de la abertura puede ser diferente al tamaño medio de las aberturas fuera de la porción central de la abertura. Por ejemplo, el tamaño medio de las aberturas ubicadas en la porción central de la abertura puede ser menor que el tamaño medio de las aberturas fuera de la porción central de la abertura. Preferentemente, el tamaño medio de las aberturas ubicadas en la porción central de la abertura es mayor que el tamaño medio de las aberturas fuera de la porción central de la abertura. En ciertas modalidades preferidas, el tamaño medio de las aberturas ubicadas en la porción central de la abertura es de al menos 10 por ciento, preferentemente al menos 20 por ciento, con mayor preferencia al menos 30 por ciento mayor que el tamaño medio de las aberturas fuera de la porción central de la abertura.

El al menos un elemento calentador puede comprender una o más láminas de material eléctricamente conductor de las cuales se ha eliminado material, por ejemplo mediante estampación o grabado, para formar la pluralidad de aberturas. En modalidades preferidas, el al menos un elemento calentador comprende una matriz de filamentos eléctricamente conductores que se extienden a lo largo de la longitud del al menos un elemento calentador, la pluralidad de aberturas se definen por intersticios entre los filamentos eléctricamente conductores. En tales modalidades, el tamaño de la pluralidad de aberturas puede variarse al aumentar o disminuir el tamaño de los intersticios entre filamentos adyacentes. Esto puede lograrse variando el ancho de los filamentos eléctricamente conductores, o variando el intervalo entre los filamentos adyacentes, o variando tanto el ancho de los filamentos eléctricamente conductores como el intervalo entre los filamentos adyacentes.

Preferentemente al menos una porción del elemento calentador se separa de la periferia de la abertura por una distancia que es mayor que una dimensión de los intersticios de esa porción del elemento calentador.

Como se usa en la presente descripción, el término "filamento" se refiere a una trayectoria eléctrica dispuesta entre dos contactos eléctricos. Un filamento puede ramificarse y divergir arbitrariamente en varias trayectorias o filamentos, respectivamente, o puede converger a partir de varias trayectorias eléctricas en una trayectoria. Un filamento puede tener una sección transversal redonda, cuadrada, plana o de cualquier otra forma. En las modalidades preferidas, los filamentos tienen una sección transversal esencialmente plana. Un filamento puede disponerse de manera recta o curva.

Los filamentos eléctricamente conductores pueden ser esencialmente planos. Tal como se usa en la presente descripción, "esencialmente plano" significa preferentemente formado en un solo plano y, por ejemplo, no envuelto ni conformado de otro modo para ajustarse a una forma curva u otra forma no plana. Una unidad de calentamiento plana puede manejarse fácilmente durante la fabricación y proporciona una construcción robusta.

Los filamentos eléctricamente conductores definen intersticios entre los filamentos. En ciertas modalidades, los intersticios tienen un ancho de aproximadamente 10 micras y aproximadamente 100 micras, preferentemente de aproximadamente 10 micras a aproximadamente 60 micras. Preferentemente, los filamentos dan lugar a la acción capilar en los intersticios, de manera que durante el uso, el material, por ejemplo líquido a vaporizar, se introduce en los intersticios, aumentando el área de contacto entre la unidad de calentamiento y el líquido.

Los filamentos eléctricamente conductores pueden tener un diámetro de entre 8 micras y 100 micras, preferentemente entre 8 micras y 50 micras, y con mayor preferencia entre 8 micras y 39 micras. Los filamentos pueden tener una sección transversal redonda o pueden tener, por ejemplo, una sección transversal aplanada. Preferentemente, los filamentos eléctricamente conductores son esencialmente planos. Cuando los filamentos eléctricamente conductores son esencialmente planos, el término “diámetro” se refiere al ancho de los filamentos eléctricamente conductores.

Los filamentos eléctricamente conductores pueden tener diferentes diámetros. Esto puede permitir que el perfil de temperatura del elemento calentador se altere como se desee, por ejemplo para aumentar la temperatura del elemento calentador en la porción central de la abertura.

El área de la matriz de filamentos eléctricamente conductores de un solo elemento calentador puede ser pequeña, preferentemente menor o igual a 25 milímetros cuadrados, lo que permite incorporarlo a un sistema portátil. El elemento calentador puede, por ejemplo, ser rectangular y tener una longitud de aproximadamente 5 milímetros y un ancho de aproximadamente 2 milímetros. En algunos ejemplos, el ancho está por debajo de 2 milímetros, por ejemplo, el ancho es de aproximadamente 1 milímetro. Cuanto menor sea el ancho de los elementos calentadores, más elementos calentadores pueden conectarse en serie en la unidad de calentamiento de la presente invención. Una ventaja del uso de elementos calentadores de menor ancho que se conectan en serie es que aumenta la resistencia eléctrica de la combinación de elementos calentadores.

Los filamentos eléctricamente conductores pueden comprender cualquier material eléctricamente conductor 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. Tales materiales compuestos pueden comprender cerámicas dopadas o sin dopar. Ejemplos de cerámicas dopadas adecuadas incluyen carburos de silicio dopados. Ejemplos de metales adecuados incluyen titanio, zirconio, tantalio y metales del grupo del platino. Los ejemplos de aleaciones metálicas adecuadas incluyen acero inoxidable, constantán, níquel, cobalto, cromo, aluminio, titanio, zirconio, hafnio, niobio, molibdeno, tantalio, tungsteno, estaño, galio, aleaciones que contienen manganeso y hierro, y superaleaciones a base de níquel, hierro, cobalto, acero inoxidable, Timetal®, aleaciones a base de hierro-aluminio y aleaciones a base de 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 eléctricamente conductores son acero inoxidable 304, 316, 304L y 316L y grafito.

Los filamentos eléctricamente conductores pueden no conectarse a lo largo de sus respectivas longitudes y conectarse solo en cada extremo. Tal disposición puede resultar en un alto nivel de eficiencia eléctrica. En ciertas modalidades preferidas, el al menos un elemento calentador comprende además una pluralidad de filamentos transversales que se extienden transversalmente a la matriz de filamentos eléctricamente conductores y por los cuales se conectan los filamentos adyacentes en la matriz de filamentos eléctricamente conductores, en donde la pluralidad de aberturas se define por los intersticios entre los filamentos eléctricamente conductores y los intersticios entre los filamentos transversales.

Los filamentos transversales aumentan la rigidez o estabilidad estructural del al menos un elemento calentador. Esto puede reducir el riesgo de daño al menos a un elemento calentador durante la unidad y el uso. También puede mejorar la facilidad de la unidad de calentamiento y mejorar la repetibilidad de fabricación al reducir las variaciones entre los diferentes elementos calentadores. La provisión de una unidad de calentamiento de este tipo tiene varias ventajas sobre una disposición convencional de mecha y bobina. 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.

Los filamentos transversales pueden extenderse en cualquier dirección transversal adecuada y pueden o no ser esencialmente paralelos entre sí. Por ejemplo, los filamentos transversales pueden ser esencialmente paralelos entre sí y disponerse en un ángulo de aproximadamente 30 grados a aproximadamente 90 grados desde la matriz de filamentos eléctricamente conductores. En ciertas modalidades, los filamentos transversales son esencialmente paralelos entre sí y se extienden esencialmente perpendicularmente a la matriz de filamentos eléctricamente conductores.

Cuando el al menos un elemento calentador comprende una pluralidad de filamentos transversales, los intersticios entre los filamentos transversales pueden ser esencialmente constantes y el tamaño de las aberturas varía variando el tamaño de los intersticios entre los filamentos en la matriz de filamentos eléctricamente conductores. Preferentemente los intersticios entre los filamentos transversales varían a través de la longitud, el ancho, o la longitud y el ancho del elemento calentador al menos de manera que la pluralidad de aberturas tienen diferentes longitudes. Cuando los intersticios entre los elementos transversales varían a través de la longitud del al menos un elemento calentador, esto puede lograrse variando el ancho de los filamentos transversales, o variando el intervalo entre los filamentos transversales adyacentes, o variando tanto el ancho de los filamentos transversales como el intervalo entre los filamentos transversales adyacentes.

Los filamentos transversales pueden tener un diámetro de entre 8 micras y 100 micras, preferentemente entre 8 micras y 50 micras, y con mayor preferencia entre 8 micras y 39 micras. Los filamentos transversales pueden tener una sección transversal redonda o pueden tener, por ejemplo, una sección transversal aplanada. Preferentemente, los filamentos transversales son esencialmente planos. Cuando los filamentos transversales son esencialmente planos, el término “diámetro” se refiere al ancho de los filamentos eléctricamente conductores.

En modalidades preferidas, los filamentos eléctricamente conductores y los filamentos transversales tienen esencialmente el mismo diámetro. En modalidades preferidas, los filamentos eléctricamente conductores y los filamentos transversales son esencialmente planos.

Uno o más de la pluralidad de filamentos transversales pueden extenderse a través de todo el ancho del elemento calentador. Alternativa o adicionalmente, al menos algunos, preferentemente esencialmente todos, de la pluralidad de filamentos transversales se extienden a través de solo una parte del ancho del al menos un elemento calentador. En tales modalidades, dos o más de los filamentos transversales pueden disponerse en una relación coaxial de manera que, juntos, esos filamentos transversales se extienden a través de todo el ancho del elemento calentador al menos a lo largo de una línea esencialmente recta. En ciertas modalidades preferidas, al menos algunas, preferentemente esencialmente todas, de la pluralidad de filamentos transversales se extienden a través de solo una parte del ancho del al menos un elemento calentador y se escalonan a lo largo del al menos un elemento calentador. En otras palabras, los filamentos transversales sucesivos a través del ancho del elemento calentador se desplazan en la dirección longitudinal del elemento calentador.

En ciertas modalidades preferidas, al menos algunos, preferentemente esencialmente todos, de la pluralidad de filamentos transversales se extienden a través de un único intersticio entre dos filamentos conductores y se escalonan a lo largo del elemento calentador. Con esta disposición, se reduce el intervalo entre los filamentos transversales posteriores a lo largo de la longitud de cada filamento en la matriz, reduciendo la cantidad de cada filamento que no está soportado en cualquiera de sus lados. Por lo tanto, el intersticio entre los filamentos transversales adyacentes, y la longitud de las aberturas puede aumentarse sin afectar adversamente la resistencia o rigidez del elemento calentador. Esto puede permitir que las características de flujo de fluido del elemento calentador y las características de suministro de aerosol del cartucho se varíen como se desee sin afectar adversamente la rigidez o estabilidad estructural del elemento calentador.

La pluralidad de filamentos transversales puede formarse a partir de cualquier material adecuado. Por ejemplo, la pluralidad de filamentos transversales pueden formarse a partir de un material de aislamiento eléctrico. En ciertas modalidades preferidas, los filamentos transversales son eléctricamente conductores. En tales modalidades, los filamentos transversales pueden formarse a partir de cualquiera de los materiales descritos anteriormente en relación con la matriz de filamentos eléctricamente conductores. Preferentemente, la pluralidad de filamentos transversales se forman a partir del mismo material que la matriz de filamentos eléctricamente conductores.

En ciertas modalidades preferidas, al menos algunas, preferentemente todas, de la pluralidad de filamentos transversales son conductoras eléctricas y se extienden a través de solo un único intersticio entre dos filamentos conductores y se escalonan a lo largo del elemento calentador. Con esta disposición, las uniones entre los filamentos en el arreglo y los filamentos transversales cada uno define tres trayectorias eléctricas. Esto es en contraste con un elemento calentador de malla convencional en el que las uniones entre los filamentos definen cada uno cuatro trayectorias eléctricas. Sin desear limitarse por ninguna teoría particular, es que al reducir el número de elementos transversales eléctricamente conductores y, por lo tanto, el número de trayectorias eléctricas, el elemento calentador de la presente invención puede mantener mejor la dirección de la corriente a través del elemento calentador, lo que resulta en una reducción de la variabilidad en el perfil de temperatura a través del área del elemento calentador, lo que conduce a menos puntos calientes, y que esto puede reducir la variabilidad en el rendimiento.

Además, escalonando los filamentos transversales a lo largo de la dirección longitudinal.

En una modalidad, el al menos un elemento calentador de la unidad de calentamiento comprende una matriz de filamentos eléctricamente conductores que se extienden a lo largo de la longitud del al menos un elemento calentador, y una pluralidad de filamentos transversales que se extienden transversalmente al arreglo de filamentos eléctricamente conductores mediante los cuales se conectan los filamentos adyacentes en el arreglo de filamentos eléctricamente conductores, en donde los intersticios entre los filamentos eléctricamente conductores y los intersticios entre los filamentos transversales definen una pluralidad de aberturas para permitir que el fluido pase a través del al menos un elemento calentador, y en donde al menos algunos, preferentemente, esencialmente todos, de la pluralidad de filamentos transversales se extienden a través de solo una parte del ancho del al menos un elemento calentador y se escalonan a lo largo de la longitud del al menos un elemento calentador.

Con esta disposición, se reduce el intervalo entre los filamentos transversales posteriores a lo largo de la longitud de cada filamento en la matriz, reduciendo la cantidad de cada filamento que no está soportado en cualquiera de sus lados. Por lo tanto, el intersticio entre los filamentos transversales adyacentes, y la longitud de las aberturas puede aumentarse sin afectar adversamente la resistencia o rigidez del elemento calentador. Esto puede permitir que las características de flujo de fluido del elemento calentador y las características de suministro de aerosol del cartucho se varíen como se desee sin afectar adversamente la rigidez o estabilidad estructural del elemento calentador.

En ciertas modalidades preferidas, al menos algunas, preferentemente esencialmente todas, de la pluralidad de filamentos transversales son conductoras eléctricas.

Con esta disposición, las uniones entre los filamentos en el arreglo y los filamentos transversales cada uno define tres trayectorias eléctricas. Esto es en contraste con un elemento calentador de malla convencional en el que las uniones entre los filamentos definen cada uno cuatro trayectorias eléctricas. Sin desear limitarse por ninguna teoría particular, es que al reducir el número de elementos transversales eléctricamente conductores y, por lo tanto, el número de trayectorias eléctricas, el elemento calentador de la presente invención puede mantener mejor la dirección de la corriente a través del elemento calentador, lo que resulta en una reducción de la variabilidad en el perfil de temperatura a través del área del elemento calentador, lo que conduce a menos puntos calientes, y que esto puede reducir la variabilidad en el rendimiento.

Uno o más de la pluralidad de filamentos transversales conductores de electricidad pueden extenderse a través de todo el ancho del elemento calentador. En ciertas modalidades preferidas, al menos algunos, preferentemente esencialmente todos, de la pluralidad de filamentos transversales se extienden a través de un único intersticio entre dos filamentos conductores y se escalonan a lo largo del elemento calentador.

Con esta disposición, la estabilidad estructural del al menos un elemento calentador puede aumentarse o mantenerse usando menos filamentos transversales, ya que el intervalo entre los filamentos transversales posteriores a lo largo de la longitud y en cada lado de cada filamento en la matriz se reduce para un número dado de filamentos transversales. Por lo tanto, el intersticio entre los filamentos transversales adyacentes, y la longitud de las aberturas puede aumentarse sin afectar adversamente la resistencia o rigidez del elemento calentador.

En cualquiera de las modalidades anteriores, donde el elemento calentador comprende una matriz de filamentos eléctricamente conductores y una pluralidad de filamentos transversales, estos filamentos preferentemente tienen cada uno un diámetro de aproximadamente 8 micras a aproximadamente 100 micras, preferentemente de aproximadamente 8 micras a aproximadamente 50 micras, con mayor preferencia de aproximadamente 8 micras a aproximadamente 30 micras. Los filamentos pueden tener una sección transversal redonda o pueden tener, por ejemplo, una sección transversal aplanada. Preferentemente, los filamentos eléctricamente conductores y los filamentos transversales son esencialmente planos. Cuando los filamentos son esencialmente planos, el término “diámetro” se refiere al ancho del filamento. Cuando los filamentos son esencialmente planos, el al menos un elemento calentador comprende preferentemente una o más láminas de material eléctricamente conductor de las que se ha eliminado material, por ejemplo mediante estampación o grabado, para formar los filamentos,

Los filamentos eléctricamente conductores o la pluralidad de filamentos transversales, o ambos, pueden tener diferentes diámetros. Esto puede permitir que el perfil de temperatura del elemento calentador se altere como se desee, por ejemplo para aumentar la temperatura del elemento calentador en la porción central de la abertura.

En cualquiera de las modalidades anteriores, la pluralidad de aberturas puede tener cualquier tamaño o forma adecuada. En algunas modalidades, cada una de la pluralidad de aberturas se alarga en la dirección longitudinal del elemento calentador. Ventajosamente, al alargarse en la dirección longitudinal del elemento calentador, la dirección actual a través del elemento calentador puede mantenerse mejor. En tales modalidades, la pluralidad de aberturas puede tener cada una de ellas un ancho de aproximadamente 10 micras a aproximadamente 100 micras, preferentemente de aproximadamente 10 micras a aproximadamente 60 micras. El uso de aberturas con estas dimensiones aproximadas permite que se forme un menisco de sustrato formador de aerosol en las aberturas, y que el elemento calentador de la unidad de calentamiento extraiga sustrato formador de aerosol por acción capilar.

El cartucho comprende una porción de almacenamiento que comprende un alojamiento para contener un sustrato formador de aerosol, en donde la unidad de calentamiento incluye al menos un elemento calentador fijado al alojamiento de la porción de almacenamiento. El alojamiento puede ser un alojamiento rígido e impermeable a los fluidos. 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 preferentemente proporciona soporte mecánico a la unidad de calentamiento.

El alojamiento de la porción de almacenamiento puede contener un material capilar y el material capilar puede extenderse hacia dentro de los intersticios entre los filamentos.

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. Ejemplos de materiales adecuados son un material de esponja o espuma, materiales a base de cerámica o de grafito en forma de fibras o polvos sinterizados, material de metal espumado o plástico, un material fibroso, por ejemplo, hecho de fibras hiladas o extruidas, tales como acetato de celulosa, poliéster, o poliolefina unida, polietileno, fibras terileno o polipropileno, fibras de nilón 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 puede estar en contacto con los filamentos eléctricamente conductores. El material capilar puede extenderse dentro de intersticios entre los filamentos. La unidad de calentamiento puede extraer sustrato formador de aerosol hacia los intersticios por acción capilar. El material capilar puede estar en contacto con los filamentos eléctricamente conductores esencialmente en 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 al menos un 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 al menos un 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 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 capacidad de llenado más alta que el 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 milímetros, y preferentemente entre 1,5 milímetros y 2 milímetros para proporcionar una caída de temperatura suficiente a través del primer material capilar.

La abertura del cartucho tiene un ancho y una dimensión de longitud. El al menos un elemento calentador se extiende a través de la dimensión de longitud completa de la abertura del alojamiento. La dimensión de ancho es la dimensión perpendicular a la dimensión de longitud en el plano de la abertura. Preferentemente el al menos un elemento calentador de la unidad de calentamiento tiene un ancho que es menor que el ancho de la abertura del alojamiento.

Preferentemente, una parte del elemento calentador se separa del perímetro de la abertura. Cuando el elemento calentador comprende una tira unida al alojamiento en cada extremo, preferentemente los lados de la tira no entran en contacto con el alojamiento. Preferentemente hay un espacio entre los lados de la tira y el perímetro de la abertura.

El ancho del elemento calentador puede ser menor que el ancho de la abertura en al menos una región de la abertura. El ancho del elemento calentador puede ser menor que el ancho de la abertura en toda la abertura.

El ancho del al menos un elemento calentador de la unidad de calentamiento puede ser menos de 90 por ciento, por ejemplo menos de 50 por ciento, por ejemplo menos de 30 por ciento, por ejemplo menos de 25 por ciento del ancho de la abertura del alojamiento.

El área del al menos un elemento calentador puede ser menos de 90 por ciento, por ejemplo menos de 50 por ciento, por ejemplo menos de 30 por ciento, por ejemplo menos de 25 por ciento del área de la abertura del alojamiento. El área de los elementos calentadores de la unidad de calentamiento puede ser, por ejemplo, entre el 10 por ciento y el 50 por ciento del área de la abertura, preferentemente entre el 15 y el 25 por ciento del área de la abertura.

El área abierta del al menos un elemento calentador, que es la relación del área de las aberturas al área total del elemento calentador es preferentemente de aproximadamente 25 por ciento a aproximadamente 56 por ciento.

El elemento calentador preferentemente se soporta sobre un sustrato de aislamiento eléctrico. El sustrato aislante preferentemente tiene una abertura que define la abertura del alojamiento. La abertura puede tener cualquier forma apropiada. Por ejemplo, la abertura puede tener una forma circular, cuadrada o rectangular. El área de la abertura puede ser pequeña, preferentemente menor o igual a aproximadamente 25 milímetros cuadrados.

El sustrato de aislamiento eléctrico puede comprender cualquier material adecuado, y es preferentemente un material que sea capaz de tolerar altas temperaturas (superiores a 300 grados centígrados) y cambios rápidos de temperatura. Un ejemplo de un material adecuado es una película de poliamida, tal como Kapton®. El sustrato de aislamiento eléctrico puede ser un material en lámina flexible. Las porciones del contacto eléctricamente conductoras y los filamentos eléctricamente conductores pueden formarse integralmente entre sí.

El al menos un elemento calentador se dispone preferentemente de tal manera que el área de contacto físico con el sustrato se reduce en comparación con un caso en el que los elementos calentadores de la unidad de calentamiento están en contacto alrededor de la totalidad de la periferia de la abertura. El al menos un elemento calentador preferentemente no entra en contacto directamente con las paredes laterales de la ventana perimetral de la abertura. De esta manera se reduce el contacto térmico al sustrato y se reducen las pérdidas de calor al sustrato y los elementos adyacentes adicionales del sistema generador de aerosol.

Sin desear unirse a ninguna teoría particular, se cree que al separar el elemento calentador de la abertura del alojamiento, se transfiere menos calor al alojamiento, lo que aumenta la eficiencia del calentamiento y, por lo tanto, la generación de aerosol. También se piensa que cuando el elemento de calentamiento está cerca o en contacto con la periferia de la abertura, hay calentamiento del material que se localiza lejos de la abertura. Se cree que este calentamiento conduce a la ineficiencia porque dicho material calentado lejos de la abertura no puede usarse en la formación del aerosol. Al separar el elemento de calentamiento de la periferia de la abertura en el alojamiento, puede obtenerse un calentamiento más eficiente del material, o la producción del aerosol.

La separación entre el elemento calentador y la periferia de apertura se dimensiona preferentemente de manera que el contacto térmico se reduce significativamente. La separación entre el elemento calentador y la periferia de apertura puede estar entre 25 micras y 40 micras.

El sistema generador de aerosol puede ser un sistema para fumar operado eléctricamente.

El sustrato comprende preferentemente al menos una primera y segunda porciones del contacto conductoras eléctricas para entrar en contacto con al menos un elemento calentador, la primera y segunda porciones del contacto conductoras eléctricas posicionadas en lados opuestos de la abertura entre sí, en donde las primera y segunda porciones del contacto conductoras eléctricas se configuran para permitir el contacto con un suministro de energía externa.

La unidad de calentamiento puede comprender un solo elemento calentador o una pluralidad de elementos calentadores conectados en paralelo. Preferentemente, la unidad de calentamiento comprende una pluralidad de elementos calentadores conectados en serie. Cuando el sustrato comprende al menos una primera y segunda porciones del contacto conductoras eléctricas para entrar en contacto con el al menos un elemento calentador, la primera y segunda porciones del contacto conductoras eléctricas pueden disponerse de manera que la primera porción de contacto entre en contacto con el primer elemento calentador y la segunda porción de contacto entre en contacto con el último elemento calentador de los elementos calentadores conectados en serie. Se proporcionan porciones del contacto adicionales en la unidad de calentamiento para permitir la conexión en serie de todos los elementos calentadores. Preferentemente estas porciones del contacto adicionales se proporcionan a cada lado de la abertura del sustrato.

Cuando la unidad de calentamiento incluye una pluralidad de elementos calentadores, dos o más de la pluralidad de elementos calentadores pueden definir una pluralidad de aberturas que tienen esencialmente el mismo tamaño. Alternativa o adicionalmente, la unidad de calentamiento puede comprender un primer elemento calentador que define una pluralidad de aberturas que tienen un primer tamaño y un segundo elemento calentador que define una pluralidad de aberturas que tienen un segundo tamaño, en donde los primer y segundo tamaños son diferentes. Por ejemplo, la unidad de calentamiento puede comprender tres elementos calentadores, dos de los cuales definen una pluralidad de aberturas que tienen un primer tamaño y el restante define una pluralidad de aberturas que tienen un segundo tamaño que es diferente al primer tamaño. En algunas modalidades, la unidad de calentamiento incluye una pluralidad de elementos calentadores, cada uno de los cuales define una pluralidad de aberturas que tienen un tamaño diferente al de otros elementos calentadores.

Preferentemente, cuando la unidad de calentamiento incluye una pluralidad de elementos calentadores, los elementos calentadores se disponen esencialmente en paralelo entre sí. Preferentemente, los elementos calentadores se separan entre sí. Sin desear unirse a ninguna teoría particular, se piensa que separar los elementos calentadores entre sí puede dar un calentamiento más eficiente. Mediante el espaciado adecuado de los elementos calentadores, por ejemplo, puede obtenerse un calentamiento más uniforme a través del área de la abertura en comparación con, por ejemplo, cuando se usa un único elemento de calentamiento que tiene la misma área.

En una modalidad particular preferida, la unidad de calentamiento comprende un número impar de elementos calentadores, preferentemente tres o cinco elementos calentadores, y la primera y segunda porciones del contacto se localizan en lados opuestos de la abertura del sustrato. Esta disposición tiene la ventaja de que las primera y segunda porciones del contacto se disponen en lados opuestos de la abertura.

La unidad de calentamiento puede comprender alternativamente un número par de elementos calentadores, preferentemente dos o cuatro elementos calentadores. En esta modalidad, las porciones del contacto se localizan preferentemente en el mismo lado del cartucho. Con esta disposición puede lograrse un diseño bastante compacto de la conexión eléctrica de la unidad de calentamiento a la fuente de energía.

En algunos ejemplos, el al menos un elemento calentador tiene una primera cara que está fijada al sustrato de aislamiento eléctrico y la primera y la segunda porciones del contacto eléctricamente conductoras están configuradas para permitir el contacto con un suministro de energía externa en una segunda cara del elemento calentador opuesto a la primera cara.

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.

Cuando la unidad de calentamiento incluye una pluralidad de elementos calentadores, al menos uno de la pluralidad de elementos calentadores puede comprender un primer material y al menos otro de la pluralidad de elementos calentadores puede comprender un segundo material diferente del primer material. Esto es beneficioso por razones eléctricas o mecánicas. Por ejemplo, uno o más de los elementos calentadores pueden estar formados por un material que tenga una resistencia que varíe significativamente con la temperatura, tal como una aleación de hierro y aluminio. Esto permite utilizar una medida de la resistencia de los elementos calentadores 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.

La resistencia eléctrica de la unidad de calentamiento es preferentemente de entre 0,3 y 4 Ohmios. Con mayor preferencia, la resistencia eléctrica de la unidad de calentamiento está entre 0,5 y 3 Ohmios, y con mayor preferencia aproximadamente 1 Ohmio.

Cuando el al menos un elemento calentador de la unidad de calentamiento comprende una matriz de filamentos eléctricamente conductores y la unidad de calentamiento comprende además porciones del contacto conductoras eléctricas para entrar en contacto con él, al menos un elemento calentador, la resistencia eléctrica de la matriz de filamentos eléctricamente conductores es preferentemente al menos un orden de magnitud, y con mayor preferencia al menos dos órdenes de magnitud, mayor que las porciones de resistencia eléctrica del contacto. Esto asegura que el calor generado por el paso de corriente a través del al menos un elemento calentador se localiza en la pluralidad de filamentos eléctricamente conductores. Por lo general, es ventajoso tener una baja resistencia general para la unidad de calentamiento si el cartucho se va a usar con un sistema generador de aerosol alimentado por una batería. También es conveniente minimizar las pérdidas parásitas entre los contactos eléctricos y los filamentos para minimizar las pérdidas parásitas de energía. Un sistema de baja resistencia y alta corriente permite el suministro de alta potencia a la unidad de calentamiento. Esto permite que la unidad de calentamiento caliente rápidamente los filamentos eléctricamente conductores a la temperatura deseada.

Las porciones del contacto eléctricamente conductoras pueden fijarse directamente a los filamentos eléctricamente conductores. Las porciones del contacto pueden posicionarse entre los filamentos eléctricamente conductores y el sustrato de aislamiento eléctrico. Por ejemplo, las porciones del contacto pueden formarse a partir de una hoja de cobre que cubre el sustrato aislante. Las porciones del contacto pueden además unirse más fácilmente con los filamentos que con el sustrato aislante enrollado.

Alternativamente, las porciones del contacto eléctricamente conductoras pueden ser integrales con los filamentos eléctricamente conductores de los elementos calentadores. Por ejemplo, el elemento calentador puede formarse mediante grabado o electroformado de una lámina conductora para proporcionar una pluralidad de filamentos entre dos porciones del contacto.

Al menos un elemento calentador de la unidad de calentamiento puede comprender al menos un filamento hecho de un primer material y al menos un filamento hecho 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.

Preferentemente, la unidad de calentamiento es esencialmente plano.

El término unidad de calentamiento "esencialmente plana" se usa para referirse a una unidad de calentamiento que se forma en un solo plano y no se envuelve ni se conforma de otro modo para ajustarse a una forma curva u otra forma no plana. Por lo tanto, la unidad de calentamiento esencialmente plana se extiende en dos dimensiones a lo largo de una superficie esencialmente más que en una tercera dimensión. En particular, las dimensiones de la unidad de calentamiento esencialmente plana en las dos dimensiones dentro de la superficie son al menos cinco veces mayores que en la tercera dimensión, normal a la superficie. Una unidad de calentamiento plana puede manejarse fácilmente durante la fabricación y proporciona una construcción robusta.

El al menos un elemento calentador puede formarse uniendo una pluralidad de filamentos eléctricamente conductores, por ejemplo mediante soldadura o soldadura, para formar una malla. Preferentemente, el al menos un elemento calentador está formado por uno de ambos de grabado, por ejemplo, grabado húmedo, y electroformado. En ambos casos, puede usarse una máscara o mandril para crear un patrón específico de aberturas en el elemento calentador. Ventajosamente, estos procesos son muy precisos, lo que hace posible crear elementos calentadores con tamaños de abertura mejor controlados. Esto puede mejorar la reproducibilidad de las características de rendimiento del calentador al calentador.

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 esencialmente resistente a la degradación térmica en la temperatura de operación del sistema. Los formadores de aerosol adecuados son bien conocidos en la técnica e incluyen, pero no se limitan a: alcoholes polihídricos, tales como trietilenglicol, 1,3-butanodiol y glicerina; ésteres de alcoholes polihídricos, tales como mono-, di- o triacetato de glicerol; y ésteres alifáticos de ácidos mono-, di- o policarboxílicos, tales como dodecanodioato de dimetilo y 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.

De conformidad con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema generador de aerosol que comprende: un dispositivo generador de aerosol y un cartucho de acuerdo con cualquiera de las modalidades descritas anteriormente, en donde el cartucho se acopla de manera desmontable al dispositivo, y en donde el dispositivo incluye un suministro de energía para la unidad de calentamiento.

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 cartucho se puede cambiar después del consumo. Como el cartucho contiene el sustrato formador de aerosol y la unidad de calentamiento, la unidad de calentamiento también se intercambia regularmente de manera que las condiciones de vaporización óptimas se mantienen incluso después de un uso más prolongado de la unidad principal.

El sistema puede ser un sistema para fumar operado 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 milímetros y aproximadamente 150 milímetros. El sistema para fumar puede tener un diámetro externo entre aproximadamente 5 milímetros y aproximadamente 30 milímetros.

El sistema puede comprender además un circuito eléctrico conectado a la unidad de calentamiento y a una fuente de energía eléctrica, el circuito eléctrico configurado para monitorear la resistencia eléctrica de la unidad de calentamiento o de uno o más filamentos del al menos un elemento calentador de la unidad de calentamiento, y para controlar el suministro de energía a la unidad de calentamiento desde la fuente de energía dependiendo de la resistencia eléctrica de la unidad de calentamiento o específicamente de la resistencia eléctrica de uno o más filamentos. Mediante el monitoreo de la temperatura del elemento calentador, el sistema puede evitar el sobrecalentamiento o el subcalentamiento de la unidad de calentamiento y garantizar que se proporcionan condiciones de vaporización óptimas.

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. Se puede suministrar energía a la unidad de calentamiento de forma continua después de la activación del sistema o se puede suministrar de forma intermitente, como bocanada a bocanada. La energía puede suministrarse a la unidad de calentamiento en forma de pulsos de corriente eléctrica.

El dispositivo generador de aerosol incluye un suministro de energía para la unidad de calentamiento del cartucho. La fuente de energía puede ser una batería, tal como una batería de fosfato de hierro de litio, dentro del dispositivo. Como una alternativa, el suministro de energía puede ser otra forma de dispositivo de almacenamiento de carga tal como un condensador. 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.

La porción de almacenamiento puede posicionarse en un primer lado de la unidad de calentamiento y un canal de flujo de aire posicionado en un lado opuesto de la unidad de calentamiento a la porción de almacenamiento, de manera que el flujo de aire que pasa por la unidad de calentamiento arrastra el sustrato formador de aerosol vaporizado.

De conformidad con un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona un método para fabricar un cartucho para su uso en un sistema generador de aerosol, el método que comprende las etapas de: proporcionar una porción de almacenamiento que comprende un alojamiento que tiene un extremo abierto de manera que una abertura del alojamiento se define por el extremo abierto; rellenar la porción de almacenamiento con sustrato formador de aerosol; y proporcionar una unidad de calentamiento que comprende al menos un elemento calentador que se extiende a través de la abertura del alojamiento, en donde el al menos un elemento calentador de la unidad de calentamiento tiene una pluralidad de aberturas para permitir que el fluido pase a través del al menos un elemento calentador, y en donde la pluralidad de aberturas tienen diferentes tamaños.

En una modalidad, el al menos un elemento calentador de la unidad de calentamiento comprende una matriz de filamentos eléctricamente conductores que se extienden a lo largo de la longitud del al menos un elemento calentador, y una pluralidad de filamentos transversales conductores de la electricidad que se extienden de manera transversal a la matriz de filamentos eléctricamente conductores y por los cuales se conectan los filamentos adyacentes en la matriz de filamentos eléctricamente conductores, en donde los intersticios entre los filamentos eléctricamente conductores y los intersticios entre los filamentos transversales eléctricamente conductores definen una pluralidad de aberturas para permitir que el fluido pase a través del al menos un elemento calentador, y en donde al menos algunos, preferentemente, esencialmente todos, de la pluralidad de filamentos transversales conductores de electricidad se extienden a través de solo una parte del ancho del al menos un elemento calentador y se escalonan a lo largo de la longitud del al menos un elemento calentador.

Las características que se describen con relación a uno o más aspectos pueden aplicarse igualmente a otros aspectos de la invención. En particular, las características descritas en relación con el cartucho del primer aspecto pueden aplicarse igualmente al método de fabricación del tercer aspecto.

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 acuerdo con una modalidad de la invención;

La Figura 2 es una vista en despiece del cartucho del sistema que se muestra en la Figura 1;

La Figura 3 muestra un primer ejemplo de unidad de calentamiento con tres elementos calentadores;

La Figura 4 muestra una vista parcial ampliada de un primer elemento calentador de ejemplo;

La Figura 5 muestra una vista parcial ampliada de un segundo elemento calentador de ejemplo;

La Figura 6 muestra un segundo ejemplo de unidad de calentamiento con tres elementos calentadores;

La Figura 7 muestra un tercer ejemplo de unidad de calentamiento con cuatro elementos calentadores.

Las Figuras 1A a la 1D son ilustraciones esquemáticas 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, o unidad principal, y un cartucho separado 20, que juntos forman el sistema generador de aerosol. En este ejemplo, el sistema generador de aerosol es un sistema para fumar operado 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 está conectada al cuerpo principal 11 mediante una conexión articulada 21 y puede moverse entre una posición abierta como se muestra en las Figuras 1A a 1C 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 que se mueve a 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 retiene en la posición cerrada mediante un mecanismo de cierre (no ilustrado). Será evidente para un experto en la técnica que se pueden utilizar otros mecanismos adecuados para retener la boquilla en una posición cerrada, como un ajuste a 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. Alternativa o adicionalmente, los conectores eléctricos 19 pueden estar polarizados para que entren en contacto con los contactos del cartucho.

La Figura 2 es una vista despiezada de un cartucho 20 adecuado para su uso en un sistema generador de aerosol, por ejemplo un sistema generador de aerosol del tipo de Figura 1. El cartucho 20 comprende un alojamiento cilíndrico generalmente circular 24 que tiene un tamaño y una forma seleccionados para recibirse en una cavidad correspondiente de, o montada de una manera apropiada con otros elementos del sistema generador de aerosol, por ejemplo la cavidad 18 del sistema de la Figura 1. El alojamiento 24 contiene un sustrato formador de aerosol. En este ejemplo, el sustrato formador de aerosol es un líquido y el alojamiento 24 contiene además un material capilar 22 que se empapa en el sustrato líquido formador de aerosol. En este ejemplo, el sustrato formador de aerosol comprende 39 por ciento en peso de glicerina, 39 por ciento en peso de propilenglicol, 20 por ciento en peso de agua y saborizantes y 2 por ciento 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. En otros ejemplos, el sustrato formador de aerosol puede ser un sólido.

El alojamiento 24 tiene un extremo abierto al que se fija una unidad de calentamiento 30. La unidad de calentamiento 30 comprende un sustrato 34 que tiene una abertura 35 formada en este, un par de contactos eléctricos 32 fijados al sustrato y separados entre sí por un espacio 33, y un elemento calentador 36, formado por filamentos calentadores eléctricamente conductores, que abarcan la abertura 35 y fijado a los contactos eléctricos 32 en lados opuestos de la abertura 35.

La unidad de calentamiento 30 se cubre por una cubierta removible 26. La cubierta 26 comprende una lámina de plástico impermeable a los líquidos que está pegada a la unidad de calentamiento pero que se puede despegar fácilmente. Se proporciona una lengüeta en el lado de la cubierta 26 para permitir que un usuario agarre la cubierta cuando la quita. Ahora será evidente para un experto en la técnica que aunque el pegado se describe como el método para asegurar la lámina de plástico impermeable a la unidad de calentamiento 30, también se pueden usar otros métodos familiares para los expertos en la técnica, incluido el termosellado o soldadura ultrasónica, de manera que el consumidor pueda retirar fácilmente la cubierta 26.

Se entenderá que son posibles otros diseños de cartuchos. Por ejemplo, el material capilar con el cartucho puede comprender dos o más materiales capilares separados, o el cartucho puede comprender un tanque para contener un depósito de líquido libre.

Los filamentos calentadores del elemento calentador 36 quedan expuestos a través de la abertura 35 en el sustrato 34 de manera que el sustrato formador de aerosol vaporizado pueda escapar al flujo de aire pasando a la unidad de calentamiento.

Durante el uso, el cartucho 20 se coloca en el sistema generador de aerosol, y la unidad de calentamiento 30 se pone en contacto con una fuente de energía que se comprende en el sistema generador de aerosol. Se proporciona un circuito electrónico para alimentar el elemento calentador 36 y volatilizar el sustrato generador de aerosol.

En la Figura 3, se representa un primer ejemplo de la unidad de calentamiento 30 de la presente invención, en el que tres elementos calentadores esencialmente paralelos 36a, 36b, 36c se conectan eléctricamente en serie. La unidad de calentamiento 30 comprende un sustrato de aislamiento eléctrico 34 que tiene una abertura cuadrada 35 formada en este. El tamaño de la abertura es de 5 milímetros x 5 milímetros en este ejemplo, aunque se apreciará que otras formas y tamaños de abertura podrían usarse según sea apropiado para la aplicación particular del calentador. Una primera y segunda porción del contacto eléctricamente conductor 32a, 32b se proporcionan en lados opuestos de la abertura 35 para permitir el contacto con un suministro de energía externa. La primera porción de contacto 32a entra en contacto con el primer elemento calentador 36a y la segunda porción de contacto 32b entra en contacto con el tercer elemento calentador 36c de los tres elementos calentadores conectados en serie 36a, 36b, 36c. Dos porciones del contacto conductoras eléctricas adicionales 32c, 32d se proporcionan adyacentes a la primera y segunda porciones del contacto 32a, 32b para permitir la conexión en serie de los elementos calentadores 36a, 36b, 36c. El primer elemento calentador 36a se conecta entre la primera porción de contacto 32a y la porción de contacto adicional 32c. El segundo elemento calentador 36b se conecta entre la porción de contacto adicional 32c y la porción de contacto adicional 32d. El tercer elemento calentador 36c se conecta entre la porción de contacto adicional 32d y la segunda porción de contacto 32b. En esta modalidad la unidad de calentamiento 30 comprende un número impar de elementos calentadores 36, específicamente tres elementos calentadores y las primera y segunda porciones del contacto 32a, 32b se localizan en lados opuestos de la abertura 35 del sustrato 34. Los elementos calentadores 36a y 36c se separan de los bordes laterales 35a, 35c de la abertura de manera que no hay contacto físico directo entre estos elementos calentadores 36a, 36c y el sustrato aislante 34. Sin desear unirse a ninguna teoría particular, se cree que esta disposición puede reducir la transferencia de calor al sustrato aislante 34 y puede permitir la volatilización efectiva del sustrato generador de aerosol.

En este ejemplo, los elementos calentadores 36a, 36b y 36c comprenden cada uno una tira de material eléctricamente conductor formada a partir de una matriz de filamentos eléctricamente conductores, como se discute a continuación en relación con las Figuras 4 y 5. Los elementos calentadores 36a, 36b, 36c comprenden cada uno una pluralidad de aberturas (no mostradas) a través de las cuales el fluido puede pasar a través de la unidad de calentamiento 30. El tamaño de las aberturas puede ser esencialmente constante a través del área de la abertura 35, como se representa en la Figura 4. Alternativamente, el tamaño de las aberturas puede variar. Por ejemplo, el tamaño de las aberturas en una porción central 35e de la abertura 35 puede ser mayor que el tamaño de las aberturas fuera de la porción central 35e, como se discutió en relación con la Figura 5. En algunos ejemplos, el elemento calentador 36b define una pluralidad de aberturas que tienen un tamaño diferente a la pluralidad de aberturas definidas por los elementos calentadores 36a y 36c. Por ejemplo, el elemento calentador 36b puede definir una pluralidad de aberturas que tienen un tamaño mayor que la pluralidad de aberturas definidas por los elementos calentadores 36a y 36c.

En la Figura 4, se representa una vista parcial ampliada de uno de los elementos calentadores de la Figura 3. El elemento calentador 36 comprende una matriz de filamentos eléctricamente conductores 37 que se extienden a lo largo de la longitud del elemento calentador 36 y una pluralidad de filamentos transversales eléctricamente conductores 38 que se extienden esencialmente perpendiculares a los filamentos 37. El elemento calentador 36 puede fabricarse a partir de cualquier material adecuado, por ejemplo, acero inoxidable 316L. Los filamentos 37 se conectan juntos por los filamentos transversales 38 para proporcionar una mayor rigidez y resistencia al elemento calentador 36. Los filamentos eléctricamente conductores 37 son esencialmente paralelos y separados de manera que los intersticios se definen entre los filamentos adyacentes 37. Los filamentos transversales eléctricamente conductores 38 también son esencialmente paralelos y separados de manera que los intersticios se definen entre los filamentos transversales adyacentes 38. Los intersticios entre la matriz de filamentos eléctricamente conductores 37 y la pluralidad de filamentos transversales eléctricamente conductores 38 definen una pluralidad de aberturas 39 a través de las cuales el fluido puede pasar a través del elemento calentador 36. En este ejemplo, los intersticios entre filamentos transversales axialmente adyacentes 38 son mayores que los intersticios entre filamentos adyacentes 37, de manera que cada una de la pluralidad de aberturas 39 es alargada en la dirección longitudinal del elemento calentador 36. En la disposición que se muestra en la Figura 4, los filamentos transversales 38 se extienden cada uno a través de un único intersticio entre dos filamentos adyacentes 37, con los sucesivos filamentos transversales 38 a través del ancho del elemento calentador 36 escalonados a lo largo de la longitud del elemento calentador, es decir, desplazados en la dirección longitudinal del elemento calentador 36. Con esta disposición, las uniones entre los filamentos 37 y los filamentos transversales 38 cada uno define tres trayectorias eléctricas, una de las cuales está en la dirección general de la corriente que fluye a través del elemento calentador 36, como se representa por la flecha 40, una es transversal a la dirección general del flujo de corriente, y la otra está en la dirección opuesta a la dirección general del flujo de corriente. Esto es en contraste con una malla convencional entrecruzada en la que las uniones entre los filamentos definen cada una cuatro trayectorias eléctricas, una de las cuales está en la dirección general de la corriente que fluye a través del elemento calentador, dos de las cuales son transversales a la dirección general del flujo de corriente, con el resto estando en la dirección opuesta a la dirección general del flujo de corriente.

Sin desear limitarse por ninguna teoría particular, es que al reducir el número de elementos transversales eléctricamente conductores y, por lo tanto, el número de trayectorias eléctricas, el elemento calentador de la presente invención puede mantener mejor la dirección de la corriente a través del elemento calentador, lo que resulta en una reducción de la variabilidad en el perfil de temperatura a través del área del elemento calentador, lo que conduce a menos puntos calientes, y que esto puede reducir la variabilidad en el rendimiento.

Además, al escalonar los filamentos transversales 38 a lo largo del elemento calentador, se reduce la longitud no soportada de cada filamento 37. Por lo tanto, la longitud de las aberturas puede aumentarse sin afectar adversamente la resistencia o rigidez del elemento calentador. Esto puede permitir que las características de flujo de fluido del elemento calentador y las características de suministro de aerosol del cartucho se varíen como se desee sin afectar adversamente la rigidez o estabilidad estructural del elemento calentador.

En la vista parcial del elemento calentador representado en la Figura 4, el tamaño de la pluralidad de aberturas 39 es esencialmente el mismo a través del ancho y la longitud de la porción del elemento calentador 36 mostrado, como se indica por la dimensión de ancho 41 y la dimensión de longitud 42. En este ejemplo, las aberturas 39 son rectangulares y cada una tiene un ancho de 58 micras y una longitud de 500 micras, aunque se apreciará que se podrían usar otras formas y tamaños de abertura según sea apropiado para la aplicación particular del calentador. Los filamentos conductores 37, 38 a partir de los cuales se forma el elemento calentador 36 tienen cada uno un ancho y un grosor de 20 micras, aunque se apreciará que pueden usarse otros tamaños de filamento según sea apropiado para la aplicación particular del calentador. Aunque la porción del elemento calentador 36 que se muestra en la Figura 4 es de tres aberturas largas por seis aberturas de ancho, el elemento calentador completo 36 puede ser más largo y más ancho. En un ejemplo, el elemento calentador tiene 12 aberturas de largo por 21 aberturas de ancho. Tal elemento calentador tiene un ancho total de 1,658 milímetros (22 x 20 micras 21 x 58 micras) y una longitud total de 6,26 milímetros (13 x 20 micras 12 x 500 micras).

En la Figura 5, se representa una vista parcial ampliada de un ejemplo alternativo de elemento calentador. La porción del elemento calentador de la Figura 5 es similar a la porción del elemento calentador que se muestra en la Figura 4, con la excepción de que el tamaño de la pluralidad de aberturas 39' definida por la matriz de filamentos eléctricamente conductores 37' y la pluralidad de filamentos transversales eléctricamente conductores 38' varía a través de la longitud de la porción del elemento calentador 36' que se muestra. En particular, aunque el ancho de las aberturas es esencialmente el mismo, como se indica por la dimensión de ancho 41', los intersticios entre los filamentos transversales son mayores en una porción central del elemento calentador 36', de manera que la longitud 43', y por lo tanto el tamaño total, de las aberturas 39' es mayor en la porción central del elemento calentador 36' que la longitud 42' de las aberturas 39'. En este ejemplo, las aberturas 39' en la porción central tienen cada una un ancho de 58 micras y una longitud de 600 micras.

En la Figura 6 se representa un segundo ejemplo de la unidad de calentamiento 30 de la presente invención, en el que tres elementos calentadores esencialmente paralelos 36a, 36b, 36c se conectan eléctricamente en serie. La unidad de calentamiento 30 comprende un sustrato de aislamiento eléctrico 34 que tiene una abertura cuadrada 35 formada en este. El tamaño de la abertura es de 5 milímetros x 5 milímetros en este ejemplo, aunque se apreciará que otras formas y tamaños de abertura podrían usarse según sea apropiado para la aplicación particular del calentador. Una primera y segunda porción del contacto eléctricamente conductor 32a, 32b se proporcionan en los lados opuestos de la abertura 35 y se extienden esencialmente paralelas a los bordes laterales 35a, 35b de la abertura 35. Dos porciones del contacto conductoras eléctricas adicionales 32c, 32d se proporcionan partes adyacentes de bordes laterales opuestos 35c, 35d de la abertura 35. El primer elemento calentador se conecta entre la primera porción de contacto 32a y la porción de contacto adicional 32c. El segundo elemento calentador 36b se conecta entre la porción de contacto adicional 32c y la porción de contacto adicional 32d. El tercer elemento calentador 36c se conecta entre la porción de contacto adicional 32c y la segunda porción de contacto 32b. En esta modalidad la unidad de calentamiento 30 comprende un número impar de elementos calentadores 36, específicamente tres elementos calentadores y las primera y segunda porciones del contacto 32a, 32b se localizan en lados opuestos de la abertura 35 del sustrato 34. Los elementos calentadores 36a y 36c se separan de los bordes laterales 35a, 35b de la abertura de manera que no hay contacto físico directo entre estos elementos calentadores 36a, 36c y el sustrato aislante 34. Sin desear unirse a ninguna teoría particular, se cree que esta disposición puede reducir la transferencia de calor al sustrato aislante 34 y puede permitir la volatilización efectiva del sustrato generador de aerosol.

En la Figura 7 un ejemplo adicional de la unidad de calentamiento 20 de la presente invención es representado, en el que cuatro elementos calentadores 36a, 36b, 36c, 36d se conectan eléctricamente en serie. La unidad de calentamiento 30 comprende un sustrato de aislamiento eléctrico 34 que tiene una abertura cuadrada 35 formada en este. El tamaño de la abertura es de 5 mm x 5 mm. Una primera y segunda porción del contacto eléctricamente conductor 32a, 32b se proporciona adyacente a una porción superior e inferior, respectivamente, del mismo borde lateral 35b de la abertura 35. Se proporcionan tres porciones del contacto conductoras eléctricas adicionales 32c, 32d, 32e, en donde dos porciones del contacto adicionales 32d, 32e se proporcionan partes adyacentes del borde lateral opuesto 35a, y una porción de contacto adicional 32c se proporciona paralela al borde lateral 35b entre la primera y segunda porciones del contacto 32a, 32b. Los cuatro elementos calentadores 36a, 36b, 36c, 36d se conectan en serie entre estas cinco porciones del contacto 32a, 32c, 32d, 32e, 32b como se ilustra en la Figura 7. Nuevamente, ninguno de los bordes laterales largos de los elementos calentadores está en contacto físico directo con cualquiera de los bordes laterales de la abertura de manera que se reduce la transferencia de calor al sustrato aislante.

En esta modalidad, la unidad de calentamiento 30 comprende un número par de elementos calentadores 36, específicamente cuatro elementos calentadores 36a, 36b, 36c, 36d y las primera y segunda porciones del contacto 32a, 32b se localizan en el mismo lado de la abertura 35 del sustrato 34.

En disposiciones tales como las mostradas en las Figuras 3, 6 y 7, la disposición de los elementos calentadores puede ser de manera que el espacio entre los elementos calentadores adyacentes sea esencialmente el mismo. Por ejemplo, los elementos calentadores pueden separarse regularmente a través del ancho de la abertura 35. En otras disposiciones, pueden usarse diferentes separaciones entre los elementos calentadores, por ejemplo para obtener un perfil de calentamiento deseado. Pueden usarse otras formas de apertura o de los elementos calentadores.

En las modalidades descritas anteriormente en relación con las Figuras 1 a 7, la unidad de calentamiento comprende uno o más elementos calentadores que comprenden una pluralidad de filamentos del calentador y filamentos del calentador transversal formados a partir de una lámina conductora de lámina de acero inoxidable 316L que está grabada o electroformada para definir los filamentos. Los filamentos tienen un grosor y un ancho de aproximadamente 20 micras. Los elementos calentadores están conectados a contactos eléctricos 32 que están separados entre sí por un espacio de aproximadamente 100 micras y están formados por una lámina de cobre que tiene un grosor de alrededor de 30 micras. Los contactos eléctricos 32 se proporcionan sobre un sustrato de poliimida 34 que tiene un grosor de aproximadamente 120 micras. Las porciones del contacto se platean preferentemente, por ejemplo con oro, estaño o plata. Los filamentos que forman los elementos calentadores se separan para definir los intersticios entre los filamentos adyacentes y los filamentos transversales que forman los elementos calentadores también se separan para definir los intersticios entre los filamentos transversales adyacentes. Los intersticios entre los filamentos adyacentes y los filamentos transversales definen una pluralidad de aberturas a través de las cuales el fluido puede pasar a través de la unidad de calentamiento. La pluralidad de aberturas en este ejemplo tiene un ancho de alrededor de 58 micras, y una longitud que varía a través de la longitud, el ancho, o la longitud y el ancho del elemento calentador, por ejemplo entre 500 micras y 600 micras, aunque pueden usarse aberturas más grandes o más pequeñas. El uso de un elemento calentador con estas dimensiones aproximadas puede permitir en algunos ejemplos que se forme un menisco de sustrato formador de aerosol en las aberturas, y que el elemento calentador de la unidad de calentamiento extraiga el sustrato formador de aerosol por acción capilar. El área abierta del elemento calentador, es decir, la relación del área de la pluralidad de aberturas al área total del elemento calentador está ventajosamente entre 25 y 56 por ciento. La resistencia general de la unidad de calentamiento es de aproximadamente 1 Ohmio. Los filamentos de los elementos calentadores proporcionan la gran mayoría de esta resistencia, de manera que la mayor parte del calor es producido por los filamentos. En ciertos ejemplos, los filamentos del elemento calentador tienen una resistencia eléctrica más de 100 veces superior a la de los contactos eléctricos 32.

El sustrato 34 es eléctricamente aislante y, en este ejemplo, está formado por una lámina de poliimida que tiene un grosor de aproximadamente 120 micras. El sustrato es circular y tiene un diámetro de 8 milímetros. El elemento calentador es rectangular y en algunos ejemplos tiene longitudes laterales de 5 milímetros y 1,6 milímetros. 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 dimensiones que han resultado eficaces es un sustrato circular de 5 milímetros de diámetro y un elemento calentador rectangular de 1 milímetro x 4 milímetros.

Los elementos calentadores pueden unirse directamente al sustrato 34, los contactos 32 luego se unen al menos parcialmente sobre los elementos calentadores. Tener los contactos como una capa más externa puede ser beneficioso para proporcionar contacto eléctrico fiable con un suministro de energía. La pluralidad de filamentos puede formarse integralmente con las porciones del contacto eléctricamente conductoras.

En el cartucho que se muestra en la Figura 2, los contactos 32 y los elementos calentadores 36 están ubicados entre la capa de sustrato 34 y el alojamiento 24. Sin embargo, es posible montar la unidad de calentamiento en el alojamiento del cartucho al revés, de manera que el sustrato de poliimida 34 quede directamente adyacente al alojamiento 24.

Aunque las modalidades descritas tienen cartuchos con alojamientos que tienen una sección transversal esencialmente 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 se ensambla el cartucho, los filamentos del calentador 37, 38 pueden estar en contacto con el material capilar 22 y así el sustrato formador de aerosol puede transportarse directamente al calentador. En los ejemplos de la invención, el sustrato formador de aerosol entra en contacto con la mayor parte de la superficie de cada filamento 37, 38 de manera que la mayor parte del calor generado por la unidad de calentamiento pasa directamente al 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. El material capilar 27 puede extenderse hacia dentro de las aberturas.

Durante el uso, la unidad de calentamiento funciona preferentemente por calentamiento resistivo, aunque también puede operar usando otros procesos de calentamiento adecuados, tales como calentamiento inductivo. Cuando la unidad de calentamiento funciona por calentamiento resistivo, la corriente pasa a través de los filamentos 37, 38 de los elementos calentadores 36 bajo el control de circuitos electrónicos de control 16, para calentar los filamentos dentro de un rango de temperatura deseado. Los filamentos tienen una resistencia eléctrica significativamente más alta que las porciones del contacto 32, 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 que 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 37, 38 o del elemento calentador como un todo 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.

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 otros tipos 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

REIVINDICACIONES

1. Un cartucho (20) para su uso en un sistema generador de aerosol, que comprende:

una porción de almacenamiento que comprende un alojamiento (24) para contener un sustrato formador de aerosol, el alojamiento (24) que tiene un extremo abierto de manera que una abertura del alojamiento (24) se define por el extremo abierto; y

una unidad de calentamiento (30) que comprende al menos un elemento calentador (36) fijado al alojamiento (24) y que se extiende a través de la abertura del alojamiento (24),

en donde el al menos un elemento calentador (36) de la unidad de calentamiento (30) define una pluralidad de aberturas (39, 39') para permitir que el fluido pase a través del al menos un elemento calentador (36), y en donde la pluralidad de aberturas (39, 39') tienen diferentes tamaños.

2. Un cartucho (20) de conformidad con la reivindicación 1, en donde el tamaño de las aberturas (39, 39') en una primera región de la abertura es mayor que el tamaño de las aberturas (39, 39') en una segunda región de la abertura.

3. Un cartucho (20) de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el tamaño de las aberturas (39, 39') aumenta hacia una porción central de la abertura.

4. Un cartucho (20) de conformidad con cualquier reivindicación anterior, en donde el al menos un elemento calentador (36) comprende una matriz de filamentos eléctricamente conductores (37) que se extienden a lo largo de la longitud del al menos un elemento calentador (36), la pluralidad de aberturas que se definen por intersticios entre los filamentos eléctricamente conductores (37).

5. Un cartucho (20) de conformidad con la reivindicación 4, en donde el al menos un elemento calentador (36) comprende además una pluralidad de filamentos transversales (38) que se extienden transversalmente a la matriz de filamentos eléctricamente conductores (37) y por los cuales se conectan los filamentos adyacentes en la matriz de filamentos eléctricamente conductores (37),

y en donde la pluralidad de aberturas (39)

se define por los intersticios entre los filamentos eléctricamente conductores (37)

y los intersticios

entre los filamentos transversales (38).

6. Un cartucho (20) de conformidad con la reivindicación 5, en donde los intersticios entre los filamentos transversales (38) varían a través de la longitud, el ancho, o la longitud y el ancho del al menos el elemento calentador (36) de manera que la pluralidad de aberturas (39) tienen diferentes longitudes.

7. Un cartucho (20) de conformidad con la reivindicación 5 o la reivindicación 6, en donde al menos algunos, preferentemente de manera esencial todos, de la pluralidad de filamentos transversales (38) se extienden a través de solo una parte del ancho del al menos un elemento calentador (36) y se escalonan a lo largo de la longitud del al menos un elemento calentador (36).

8. Un cartucho (20) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en donde los filamentos transversales (38) son eléctricamente conductores.

9. Un cartucho (20) de conformidad con cualquier reivindicación anterior, en donde la unidad de calentamiento (30) es esencialmente plana.

10. Un sistema generador de aerosol que comprende:

un dispositivo generador de aerosol (10); y

un cartucho (20) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,

en donde el cartucho (20) se acopla de manera desmontable al dispositivo generador de aerosol (10), y en donde el dispositivo generador de aerosol (10)

incluye un suministro de energía para la unidad de calentamiento (30).

11. Un sistema generador de aerosol de conformidad con la reivindicación 10, en donde el sistema generador de aerosol es un sistema para fumar operado eléctricamente.

12. Un método de fabricación de un cartucho (20) para usar en un sistema generador de aerosol, el método que comprende las etapas de:

proporcionar una porción de almacenamiento que comprende un alojamiento (24) que tiene un extremo abierto de manera que una abertura del alojamiento (24) se define por el extremo abierto;

llenar la porción de almacenamiento con sustrato formador de aerosol; y

proporcionar una unidad de calentamiento (30) que comprende al menos un elemento calentador (36) que se extiende a través de la abertura del alojamiento (24),

en donde el al menos un elemento calentador (36) de la unidad de calentamiento (30) tiene una pluralidad de aberturas (39, 39') para permitir que el fluido pase a través del al menos un elemento calentador (36), y en donde la pluralidad de aberturas (39, 39') tienen diferentes tamaños.

13. Un método de conformidad con la reivindicación 12, en donde el al menos un elemento calentador (36) se forma por grabado.