RU2792826C2 - Aerosol generator - Google Patents
Aerosol generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2792826C2 RU2792826C2 RU2021122227A RU2021122227A RU2792826C2 RU 2792826 C2 RU2792826 C2 RU 2792826C2 RU 2021122227 A RU2021122227 A RU 2021122227A RU 2021122227 A RU2021122227 A RU 2021122227A RU 2792826 C2 RU2792826 C2 RU 2792826C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sheet
- heating element
- micronozzles
- liquid medium
- heating
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННОЕ ЗАЯВЛЕНИЕCROSS-REFERENCE TO RELATED STATEMENT
Настоящая заявка выделена из первоначальной заявки №2020138696 с сохранением даты подачи 05.06.2019 и права конвенционного приоритета, возникшего с подачей 12.06.2018 первой заявки №62/683,991 в патентное ведомство США.This application has been separated from the original application No. 2020138696, retaining the filing date of 06/05/2019 and the conventional priority right that arose with the filing of the first application No. 62/683,991 with the US Patent Office on 06/12/2018.
ОБЛАСТь ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Настоящее изобретение в целом относится к вапоризационным устройствам с подогревом и, в частности, к электрически резистивным нагревателям для аэрозолизации и распыления жидкостей с целью получения вдыхаемых аэрозолей. МПК A24F 47/00, A24F 40/00, A24F 40/10, A24F 40/40, A24F 40/42, A24F 40/46, A24F 40/48, A24F 40/485, A24F 40/50, A24F 40/51, A24F 40/57, А61М 11/00, А61М 15/00, В05В 1/08, В05В 1/14, В05В 7/16, В05В 7/24, Н05В 1/02, Н05В 3/06, Н05В 3/14, Н05В 3/24, Н05В 3/34 Н05В 3/42, Н05В 3/54.The present invention relates generally to heated vaporization devices, and in particular to electrically resistive heaters for aerosolizing and spraying liquids to produce respirable aerosols. IPC A24F 47/00, A24F 40/00, A24F 40/10, A24F 40/40, A24F 40/42, A24F 40/46, A24F 40/48, A24F 40/485, A24F 40/50, A24F 40/51 , A24F 40/57, А61М 11/00, А61М 15/00, В05В 1/08, В05В 1/14, В05В 7/16, В05В 7/24, Н05В 1/02, Н05В 3/06, Н05В 3/14 , H05V 3/24, H05V 3/34 H05V 3/42, H05V 3/54.
УРОВЕНь ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART
Типичные мощные устройства для вапоризации и электронные сигареты, предназначенные для генерирования большого количества аэрозоля во время затяжки, обычно используют нагревательные блоки с громоздкими нагревательными проводниками, что приводит к интенсивному нагреву устройств из-за рассеивания тепла вокруг нагревательных блоков. Из-за громоздкости нагревательные блоки медленно охлаждаются. Эта особенность делает устройства горячими и некомфортными в использовании. Кроме того, остаточное тепло «после использования» из-за длительного времени охлаждения может вызвать длительные химические реакции с образованием токсичных растворов, таких как акролеиновые, особенно в аэрозольной жидкости, находящейся в непосредственной близости от нагревательных блоков. Это токсичное вещество затем испаряется и вдыхается потребителем при первых затяжках следующего сеанса затяжки.Typical high-powered vaporizers and e-cigarettes designed to generate large amounts of aerosol during puffs typically use heater blocks with bulky heating conductors, resulting in intense heating of the devices due to heat dissipation around the heater blocks. Because of the bulkiness, the heating blocks cool slowly. This feature makes the devices hot and uncomfortable to use. In addition, "after-use" residual heat due to long cooling times can cause long-term chemical reactions to form toxic solutions such as acrolein, especially in the aerosol liquid in close proximity to the heating blocks. This toxic substance is then vaporized and inhaled by the user during the first puffs of the next puff session.
Из документов заявок US 2016/0138795 А1, US 2017/0360100 А1, известны устройства для генерации аэрозоля, содержащие плоские нагревающие жидкость элементы, в которых нагревательный проводник выполнен в виде электропроводящего покрытия или пленки, нанесенной на непроводящую подложку, имеющую множество проемов (портов, апертур). Также известны описанные в заявке US 2017/360100 A1 нагревающие жидкость элементы, в которых нагревательный проводник выполнен в виде электропроводящей сетки. Во время нагревания жидкость затягивается благодаря капиллярным силам в проемы (порты, апертуры) подложки и ячейки сетки нагревательных элементов с одной их стороны и вапоризуется с выходом пара с противоположной стороны. При этом пар свободно расширяется беспорядочно во всевозможных направлениях в окружающий воздух из-за разности температур, что сопровождается резким падением плотности пара и, соответственно, аэрозоля. Чтобы увеличить плотности пара увеличивают электрическую мощность, что ассоциируется либо с перегревом нагревателя, либо с увеличением его размеров и, вследствие этого, тепловых потерь. В обоих случаях, избыток тепла повышает риски здоровью, по причинам упомянутым выше. Настоящее изобретение решает задачу интенсификации аэрозоля при уменьшении размеров нагревательного проводника и снижении рисков здоровью.From the application documents US 2016/0138795 A1, US 2017/0360100 A1, devices for generating aerosols are known, containing flat liquid heating elements, in which the heating conductor is made in the form of an electrically conductive coating or film deposited on a non-conductive substrate having a plurality of openings (ports, apertures). Also known are the fluid heating elements described in US 2017/360100 A1, in which the heating conductor is made in the form of an electrically conductive mesh. During heating, the liquid is drawn due to capillary forces into the openings (ports, apertures) of the substrate and cells of the grid of heating elements on one side and is vaporized with the release of steam from the opposite side. In this case, the vapor freely expands randomly in all possible directions into the surrounding air due to the temperature difference, which is accompanied by a sharp drop in the density of the vapor and, accordingly, the aerosol. To increase the vapor density, the electric power is increased, which is associated either with overheating of the heater, or with an increase in its size and, as a result, heat losses. In both cases, excess heat increases health risks, for the reasons mentioned above. The present invention solves the problem of aerosol intensification while reducing the size of the heating conductor and reducing health risks.
СУЩНОСТь ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Варианты осуществления настоящего изобретения, которые описаны ниже, обеспечивают улучшенные устройства для нагрева и вапоризации, а также способы их использования, в частности, для производства аэрозолей.Embodiments of the present invention, which are described below, provide improved heating and vaporization devices, as well as methods for their use, in particular for the production of aerosols.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения таким образом предлагается устройство для аэрозолизации, включающее резервуар, сконфигурированный для содержания жидкой среды. Нагревательный элемент включает в себя лист из электропроводящего материала, имеющий первую поверхность, физически контактирующую с жидкой средой, и вторую поверхность, противоположную первой поверхности, и массив микросопел, расположенных в области листа и проходящих через лист от первой поверхности до второй поверхности. Блок электропитания предназначен для подачи импульсов электрического тока через область листа, с энергией импульсов выбранных таким образом, чтобы нагреть проводящий материал достаточно для вапоризации жидкой среды и посредством этого обусловить выброс пара жидкой среды через микросопла в виде соответствующих струй пара со второй поверхности.In accordance with an embodiment of the invention, an aerosolization device is thus provided, comprising a reservoir configured to contain a liquid medium. The heating element includes a sheet of electrically conductive material having a first surface in physical contact with the liquid medium and a second surface opposite the first surface, and an array of micronozzles located in the area of the sheet and passing through the sheet from the first surface to the second surface. The power supply unit is designed to supply electric current pulses through the sheet area, with the pulse energy selected in such a way as to heat the conductive material enough to vaporize the liquid medium and thereby cause the liquid medium vapor to be ejected through the micronozzles in the form of corresponding steam jets from the second surface.
Под термином „микросопло" во всем описании понимается цилиндрическое или конусообразное устройство в виде канала, т.е. узкого, длинного или вытянутого полого объекта, которое может обладать внутренней, возможно сложной, структурой и которое выполнено с возможностью, управления, в частности придавания направления, ускорения пара жидкой среды, направляемого этим устройством во время вапоризации. Благодаря отрицательному давлению, созданному высокоскоростными горячими парами, в области отверстия выброса микросопла формируются узконаправленне потоки, или другими словами, струи пара, а холодный окружающий воздух втягивается с боковых сторон в струю горячих паров, вызывая генерацию аэрозоля при резком охлаждении горячих паров в струе. Уменьшение давления в ускоренных парах может также сопровождаться вызванным ускорением паров уменьшением температуры в области отверстия выброса микросопла, что может благоприятно влиять на генерацию аэрозоля в области отверстий выброса микросопла в дополнение к охлаждению окружающим воздухом. Формирование высокоскоростных струй пара, которые благодаря падению давления значительно способствуют генерации аэрозоля, является характерной и существенной особенностью, вносимой микросоплами. Способность микросопел генерировать плотный аэрозоль делает возможным миниатюризацию и более стандартное серийное производство нагревательных элементов, например, с использованием технологий микромеханической обработки.The term "micronozzle" throughout the description refers to a cylindrical or cone-shaped device in the form of a channel, i.e. a narrow, long or elongated hollow object, which may have an internal, possibly complex, structure and which is made with the possibility of control, in particular giving direction , acceleration of the vapor of the liquid medium directed by this device during vaporization Due to the negative pressure created by high-velocity hot vapors, narrow streams, or in other words, vapor jets, are formed in the region of the micronozzle ejection hole, and cold ambient air is drawn from the sides into the jet of hot vapors , causing the generation of aerosol when the hot vapors in the jet are rapidly cooled.A decrease in pressure in accelerated vapors can also be accompanied by a decrease in temperature caused by vapor acceleration in the area of the micronozzle ejection opening, which can favorably influence the generation of aerosol in the area of the micronozzle ejection holes in addition to cooling with ambient air. The formation of high-velocity steam jets, which, due to the pressure drop, significantly contribute to the generation of aerosol, is a characteristic and essential feature introduced by micronozzles. The ability of micronozzles to generate a dense aerosol enables miniaturization and more standard mass production of heating elements, for example using micromachining technologies.
В некоторых вариантах осуществления устройство включает воздуховод, содержащий, по меньшей мере, вторую поверхность нагревательного элемента и включающий воздухозаборник для воздуха, через которое окружающий воздух проходит в воздуховод и по второй поверхности, образуя таким образом аэрозоль, содержащий вапоризованную жидкую среду, и выходное отверстие, через которое аэрозоль выходит из воздуховода. В одном варианте осуществления воздуховод включает в себя, по меньшей мере, одно воздушное сопло, предназначенное для формирования и направления турбулентного воздушного потока на вторую поверхность листа, чтобы способствовать образованию аэрозоля.In some embodiments, the device includes an air duct comprising at least a second surface of the heating element and including an air intake through which ambient air passes into the duct and over the second surface, thereby forming an aerosol containing a vaporized liquid medium, and an outlet, through which the aerosol leaves the duct. In one embodiment, the duct includes at least one air nozzle for generating and directing turbulent airflow onto the second surface of the sheet to promote aerosol generation.
Микросопла, как правило, идентичны и равномерно распределены по площади листа проводящего материала.The micronozzles are generally identical and evenly distributed over the area of the sheet of conductive material.
Лист электропроводящего материала может быть плоским или иметь изогнутую форму. Лист электропроводящего материала может включать один или несколько материалов из металла, легированного полупроводника и электропроводящую фольгу.The sheet of electrically conductive material may be flat or curved. The electrically conductive material sheet may include one or more of a metal, a doped semiconductor, and an electrically conductive foil.
В раскрытых вариантах осуществления лист проводящего материала имеет толщину между первой и второй поверхностями менее 1 мм, а микросопла имеют диаметр менее 0,2 мм.In the disclosed embodiments, the sheet of conductive material has a thickness between the first and second surfaces of less than 1 mm, and the micronozzles have a diameter of less than 0.2 mm.
В одном варианте осуществления микросопла имеют усеченную конусообразную форму. В другом варианте осуществления микросопла представляют собой сопла Лаваля. Микросопла могут быть пробиты через лист электропроводящего материала и выступать наружу из второй поверхности. Альтернативно, микросопла могут протравливаться через лист электропроводящего материала и располагаться заподлицо со второй поверхностью.In one embodiment, the micronozzles have a truncated conical shape. In another embodiment, the micronozzles are Laval nozzles. The micronozzles may be pierced through the sheet of electrically conductive material and protrude outward from the second surface. Alternatively, the micronozzles may be etched through a sheet of electrically conductive material and positioned flush with the second surface.
В некоторых вариантах реализации резервуар включает пористую среду, которая насыщена жидкой средой. В раскрытом варианте осуществления пористая среда прилегает к первой поверхности листа и имеет пропуска тельную способность для жидкости, превышающую 3 мкл/мм2с. Дополнительно или альтернативно пористая среда включает гидрофильный волокнистый материал, который может быть включен в слой, имеющий толщину в диапазоне от 0,1 мм до 1 мм.In some embodiments, the reservoir includes a porous medium that is saturated with a liquid medium. In the disclosed embodiment, the porous medium is adjacent to the first surface of the sheet and has a liquid transmissivity greater than 3 µl/mm 2 s. Additionally or alternatively, the porous medium includes a hydrophilic fibrous material that may be included in a layer having a thickness in the range of 0.1 mm to 1 mm.
В некоторых вариантах реализации нагревательный элемент включает в себя множество электрических контактов, расположенных на листе электропроводящего материала на противоположных сторонах массива микросопел, а блок электропитания включает в себя пружинящие электрические выводы, подключенные к электрическим контактам для подачи через них электрического тока. В одном варианте осуществления электрические контакты включают в себя микроформы, сформированные, по меньшей мере, на одной из поверхностей электропроводящего материала, а электрические выводы прижаты к микроформам. В качестве альтернативы электрические контакты включают в себя один или несколько вырезов, сформированных по меньшей мере на одной из поверхностей электропроводящего материала, а пружинящие электрические выводы имеют цилиндрическую форму, которая сопряжена с одним или несколькими вырезами.In some embodiments, the heating element includes a plurality of electrical contacts located on a sheet of electrically conductive material on opposite sides of the array of micronozzles, and the power supply includes springy electrical leads connected to the electrical contacts to supply an electric current through them. In one embodiment, the electrical contacts include micro molds formed on at least one of the surfaces of the electrically conductive material, and the electrical leads are pressed against the micro molds. Alternatively, the electrical contacts include one or more cutouts formed on at least one of the surfaces of the electrically conductive material, and the resilient electrical leads are cylindrical in shape that mates with the one or more cutouts.
В раскрытом варианте осуществления по меньшей мере нагревательный элемент является заменяемым.In the disclosed embodiment, at least the heating element is replaceable.
В некоторых вариантах реализации нагревательный элемент выполнен, а блок электропитания сконфигурирован так, что температура жидкой среды, которая находится в контакте с первой поверхностью листа электропроводящего материала в нагревательном элементе, поднимается выше точки кипения жидкой среды во время импульсов и падает ниже точки кипения во время задержки между импульсами в последовательности импульсов, подаваемых блоком электропитания на нагревательный элемент. В одном варианте осуществления блок электропитания включает в себя датчик температуры и сконфигурирован для управления по меньшей мере одним параметром последовательности импульсов в ответ на выходной сигнал датчика температуры.In some embodiments, the heating element is configured and the power supply is configured such that the temperature of the liquid medium that is in contact with the first surface of the sheet of electrically conductive material in the heating element rises above the boiling point of the liquid medium during pulses and falls below the boiling point during delay. between pulses in a sequence of pulses supplied by the power supply to the heating element. In one embodiment, the power supply includes a temperature sensor and is configured to control at least one pulse train parameter in response to an output of the temperature sensor.
В раскрытом варианте осуществления блок электропитания включает в себя схему генератора импульсов и изолирующий трансформатор, который связывает схему генератора импульсов с нагревательным элементом.In the disclosed embodiment, the power supply includes a pulse generator circuit and an isolation transformer that couples the pulse generator circuit to the heating element.
Также предоставляется, в соответствии с вариантом осуществления изобретения, способ генерации аэрозоля, который включает обеспечение нагревательным элементом, включающим в себя лист электропроводящего материала с противоположными первой и второй поверхностями, и включающий в себя массив микросопел, расположенных в области листа и проходящих через лист от первой поверхности ко второй поверхности. Жидкая среда входит в контакт с первой поверхностью нагревательного элемента. Импульсы электрического тока подаются через область листа, при этом энергия импульса выбирается таким образом, чтобы нагреть проводящий материал достаточно для вапоризации жидкой среды и посредством этого обусловить выброс пара жидкой среды через микросопла в виде соответствующих струй пара жидкой среды со второй поверхности.Also provided, in accordance with an embodiment of the invention, is an aerosol generation method that includes providing a heating element including a sheet of electrically conductive material with opposite first and second surfaces, and including an array of micronozzles positioned in a region of the sheet and extending through the sheet from the first surface to a second surface. The liquid medium comes into contact with the first surface of the heating element. Pulses of electric current are applied through the area of the sheet, the energy of the pulse is chosen so as to heat the conductive material enough to vaporize the liquid medium and thereby cause the vapor of the liquid medium to be ejected through the micronozzles in the form of corresponding jets of vapor of the liquid medium from the second surface.
В раскрытом варианте обеспечение жидкой средой включает заполнение резервуара жидкой средой и доставку жидкой среды из резервуара к первой поверхности нагревательного элемента. Настоящее изобретение будет более полно понятно из следующего подробного описания его вариантов осуществления вместе с чертежами, на которых:In the disclosed embodiment, providing the liquid medium includes filling a reservoir with the liquid medium and delivering the liquid medium from the reservoir to the first surface of the heating element. The present invention will be more fully understood from the following detailed description of its embodiments, together with the drawings, in which:
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Фиг. 1 - схематический вид в перспективе нагревательного элемента с массивом микросопел в соответствии с вариантом осуществления изобретения;Fig. 1 is a schematic perspective view of a heating element with an array of micronozzles in accordance with an embodiment of the invention;
Фиг. 2А, 2В и 2С - схематические виды сбоку микросопел и среды, насыщенной жидкостью, в соответствии с вариантами осуществления изобретения;Fig. 2A, 2B and 2C are schematic side views of micronozzles and liquid-saturated media in accordance with embodiments of the invention;
Фиг. 3А - схематический вид в перспективе цилиндрического нагревательного элемента с цилиндрическими электроконтактными площадками в соответствии с вариантом осуществления изобретения;Fig. 3A is a schematic perspective view of a cylindrical heating element with cylindrical contact pads in accordance with an embodiment of the invention;
Фиг. 3В - схематический вид в перспективе изогнутого нагревательного элемента с плоскими электроконтактными площадками в соответствии с вариантом осуществления изобретения;Fig. 3B is a schematic perspective view of a curved paddle heating element in accordance with an embodiment of the invention;
Фиг. 3С - схематический вид в перспективе плоского нагревательного элемента с вытравленными микросоплами в соответствии с вариантом осуществления изобретения;Fig. 3C is a schematic perspective view of a flat micronozzle etched heating element in accordance with an embodiment of the invention;
Фиг. 3D - схематический вид в перспективе плоского нагревательного элемента с продольными микросоплами в соответствии с вариантом осуществления изобретения;Fig. 3D is a schematic perspective view of a flat heating element with longitudinal micronozzles according to an embodiment of the invention;
Фиг. 4А - схематический вид сбоку шероховатого сопряжения импульсного контакта в соответствии с вариантом осуществления изобретения;Fig. 4A is a schematic side view of a rough impulse contact interface according to an embodiment of the invention;
Фиг. 4В - схематический вид сбоку структурированного сопряжения импульсного контакта в соответствии с вариантом осуществления изобретения;Fig. 4B is a schematic side view of a structured impulse contact interface in accordance with an embodiment of the invention;
Фиг. 5А - схематический вид в перспективе полоскового сопряжения зажимного электрического контакта в соответствии с вариантом осуществления изобретения;Fig. 5A is a schematic perspective view of a strip interface of a clamp-on electrical contact according to an embodiment of the invention;
Фиг. 5В - схематический вид в перспективе полоскового сопряжения зажимного электрического контакта в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;Fig. 5B is a schematic perspective view of a strip interface of a clamp-on electrical contact according to another embodiment of the invention;
Фиг. 5С - схематический вид в перспективе полоскового сопряжения зажимного электрического контакта в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения;Fig. 5C is a schematic perspective view of a strip interface of a clamp-on electrical contact in accordance with another embodiment of the invention;
Фиг. 6 - схематический вид в перспективе устройства электронной сигареты с соплами воздуховодов в соответствии с вариантом осуществления изобретения;Fig. 6 is a schematic perspective view of an electronic cigarette device with airway nozzles according to an embodiment of the invention;
Фиг. 7 - принципиальная электрическая схема генератора аэрозолей с источником питания с гальванически изолированным выходом в соответствии с вариантом осуществления изобретения;Fig. 7 is a circuit diagram of an aerosol generator with a galvanically isolated output power supply in accordance with an embodiment of the invention;
Фиг. 8А - схематический вид в перспективе плоского сменного нагревательного элемента в соответствии с вариантом осуществления изобретения;Fig. 8A is a schematic perspective view of a flat replaceable heating element in accordance with an embodiment of the invention;
Фиг. 8В - схематический вид в перспективе цилиндрического сменного нагревательного элемента в соответствии с вариантом осуществления изобретения; а такжеFig. 8B is a schematic perspective view of a cylindrical replaceable heating element in accordance with an embodiment of the invention; and
Фиг. 9 - схематический график импульсов, применяемых в устройстве для аэрозолизации, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.Fig. 9 is a schematic diagram of pulses used in an aerosolization device according to an embodiment of the invention.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Для безопасных и удобных электронных сигарет и аналогичных вапоризационных устройств было бы полезно иметь альтернативную систему и способ, позволяющие генерировать аэрозоль высокой плотности при значительно сниженных уровнях риска, в то же время делая возможным более стандартизированное менее затратное производство.For safe and convenient electronic cigarettes and similar vaporization devices, it would be beneficial to have an alternative system and method to generate high density aerosol at significantly reduced levels of risk while allowing more standardized, lower cost production.
В ответ на эту потребность варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают систему нагрева для генерации аэрозоля, которая содержит тонкий проводящий нагревательный элемент, множество узких микросопел для вапоризации жидкости и ускорения направляемого пара в нагревательном элементе, и неадиабатические электрические контакты на этом элементе для электропитания. Нагревательный элемент и микросопла выполнены для быстрой термической релаксации. Компоненты системы имеют устройство, форму и конфигурацию, обеспечивающую вапоризационное устройство, способное к быстрому, повторяющемуся нагреву и быстрой термической релаксации.In response to this need, embodiments of the present invention provide a heating system for generating an aerosol that includes a thin conductive heating element, a plurality of narrow micronozzles for vaporizing liquid and accelerating the directed vapor in the heating element, and non-adiabatic electrical contacts on the element for power supply. The heating element and micronozzles are designed for fast thermal relaxation. The components of the system are designed, shaped and configured to provide a vaporization device capable of rapid, repetitive heating and rapid thermal relaxation.
В некоторых вариантах реализации жидкая среда (например, жидкость для электронных сигарет), расположенная на входе в микросопла горячего нагревательного тела, сначала быстро испаряется там с образованием насыщенных паров в каждом цикле нагрева. Затем пары ускоряются микросоплами и выходят в виде высокоскоростных горячих газовых струй в окружающий воздух. Струи резко охлаждаются при смешивании с окружающим воздухом, обеспечивая последовательность порций аэрозоля, которые аккумулируются в затяжку. Чем выше скорость струи пара и степень пересыщения, тем более концентрированным является аэрозоль.In some embodiments, the liquid medium (eg, e-liquid) located at the inlet of the hot heating body micronozzles first quickly evaporates there to form saturated vapors in each heating cycle. The vapors are then accelerated by micronozzles and exit as high-velocity hot gas jets into the surrounding air. The jets are rapidly cooled when mixed with ambient air, providing a succession of aerosol shots that accumulate in a puff. The higher the steam jet velocity and the degree of supersaturation, the more concentrated the aerosol is.
После каждого импульса вапоризации нагревательный элемент быстро охлаждается, позволяя новой порции жидкости заполнять область у входа в микросопла, пока цикл не повторится. Таким образом, устройство может создавать последовательности дискретных порций интенсивного аэрозоля в ответ на серии коротких мощных электрических импульсов. Такая импульсная работа нагревательного элемента вызывает лишь небольшое рассеивание тепла в окружение, в отличие от непрерывного нагрева, таким образом защищая окружение от перегрева.After each vaporization pulse, the heating element is rapidly cooled, allowing a new portion of the liquid to fill the area at the entrance to the micronozzles until the cycle repeats. Thus, the device can create a sequence of discrete portions of intense aerosol in response to a series of short powerful electrical pulses. Such pulse operation of the heating element causes only little heat dissipation to the surroundings, as opposed to continuous heating, thus protecting the surroundings from overheating.
Раскрытая система включает в себя, но не ограничивается этим, систему нагрева для вапоризации жидкости, имеющую по меньшей мере один электрический нагревательный проводник, специально приспособленный для работы в импульсном режиме. Проводник выполнен в виде двустороннего элемента, сконфигурированного для быстрой термической релаксации, с областями электрического контакта на элементе и с множеством сквозных микросопел в элементе, также сконфигурированных для быстрой термической релаксации, имеющими отверстия впрыска на одной стороне и отверстия выброса на другой стороне элемента для вапоризации жидкости и образования паровых струй.The disclosed system includes, but is not limited to, a liquid vaporization heating system having at least one electrical heating conductor specially adapted for pulsed operation. The conductor is made in the form of a double-sided element configured for fast thermal relaxation, with areas of electrical contact on the element and with a plurality of through micronozzles in the element, also configured for fast thermal relaxation, having injection holes on one side and ejection holes on the other side of the element for liquid vaporization and formation of steam jets.
В некоторых вариантах осуществления изобретения устройство для аэрозолизации содержит резервуар, который может включать контейнер для хранения жидкости, фитили для транспортировки жидкости и/или другие компоненты, содержащие жидкую среду и являющиеся источником ее, и двусторонний нагревательный элемент, содержащий тонкий лист электропроводящий материал, способный к быстрому повторяющемуся нагреву. Нагревательный элемент имеет первую поверхность на первой стороне элемента, которая находится в физическом контакте с жидкой средой, и вторую поверхность на второй стороне элемента, противоположную первой поверхности. Массив узких микросопел, которые также способны к быстрому повторяющемуся нагреву, размещены по площади листа и проходят через лист от первой поверхности ко второй поверхности. Блок электропитания генерирует и подает через область листа импульсы электрического тока, с энергией импульсов выбранных таким образом, чтобы нагреть проводящий материал достаточно для вапоризации жидкой среды и посредством этого обусловить выброс пара жидкой среды через микросопла в виде соответствующих струй пара жидкогой среды со второй поверхности.In some embodiments of the invention, the aerosolization device includes a reservoir, which may include a container for storing liquid, wicks for transporting liquid and/or other components containing and source liquid medium, and a double-sided heating element containing a thin sheet of electrically conductive material capable of rapid repetitive heating. The heating element has a first surface on the first side of the element, which is in physical contact with the liquid medium, and a second surface on the second side of the element, opposite the first surface. An array of narrow micronozzles, which are also capable of rapid repetitive heating, are placed over the area of the sheet and extend through the sheet from the first surface to the second surface. The power supply unit generates and delivers electric current pulses through the sheet area, with the pulse energy selected in such a way as to heat the conductive material enough to vaporize the liquid medium and thereby cause the liquid medium vapor to be ejected through the micronozzles in the form of corresponding liquid medium vapor jets from the second surface.
В раскрытом варианте осуществления резервуар содержит пористую среду, такую как среда из стекловолокна, которая насыщена жидкой средой и которая, например, подает жидкую среду из котейнера и находится в физическом контакте с первой поверхностью листа электропроводящего материала.In the disclosed embodiment, the reservoir contains a porous medium, such as a glass fiber medium, which is saturated with liquid medium and which, for example, supplies liquid medium from a container and is in physical contact with the first surface of the sheet of electrically conductive material.
В одном варианте осуществления, по меньшей мере, вторая сторона нагревательного элемента содержится в воздуховоде, содержащем воздухозаборник, через который окружающий воздух проходит в воздуховод и по второй стороне, образуя таким образом аэрозоль, содержащий вапоризованную жидкую среду. Аэрозоль выходит из воздуховода через выходное отверстие. Воздушный поток в воздуховоде может быть инициирован перепадом давления между воздухозаборником и выходом отверстием, создаваемым, например, затяжкой вейпа. Чем интенсивнее воздух смешивается с насыщенными парами, тем плотнее аэрозоль. В другом варианте осуществления воздуховод содержит воздушные сопла специальной формы для создания турбулентности воздуха над нагревательным элементом для улучшенного перемешивания пара и стимулирования образования аэрозоля.In one embodiment, at least the second side of the heating element is contained in an air duct containing an air intake through which ambient air passes into the air duct and along the second side, thereby forming an aerosol containing a vaporized liquid medium. The aerosol leaves the duct through the outlet. The airflow in the duct can be initiated by a pressure difference between the air inlet and the outlet, created, for example, by inhaling a vape. The more intense the air is mixed with saturated vapors, the denser the aerosol. In another embodiment, the air duct contains specially shaped air nozzles to create air turbulence over the heating element to improve steam mixing and promote aerosol formation.
Электропроводящий нагревательный элемент может быть плоским или иметь изогнутую форму и может содержать, например, лист металла подходящей формы или легированный полупроводниковый материал. Обычно нагревательный элемент формируется из листа проводящего материала, имеющего размер между первой и второй сторонами менее примерно 1 мм. Микросопла имеют соответствующую длину, равную размеру элемента, и диаметры менее примерно 0,2 мм. Эти размеры позволяют им мгновенно реагировать на повторяющиеся импульсы нагрева, имеющие длительность и время задержки между импульсами менее 100 мс. Лист может быть тоньше, чем размер элемента между первой и второй сторонами, например, менее 0,5 мм, менее 0,3 мм или даже менее 0,05 мм. В этом случае микросопла сформированы так, чтобы выступать из поверхности листа на второй стороне нагревательного элемента. Диаметр микросопла определяется термодинамикой процессов нагрева и охлаждения жидкости внутри и поэтому может быть шире или уже, чем толщина листа.The electrically conductive heating element may be flat or curved, and may comprise, for example, a suitably shaped metal sheet or doped semiconductor material. Typically, the heating element is formed from a sheet of conductive material having a dimension between the first and second sides of less than about 1 mm. The micronozzles have an appropriate length equal to the element size and diameters less than about 0.2 mm. These dimensions allow them to instantly respond to repetitive heating pulses that have a duration and a delay time between pulses of less than 100 ms. The sheet may be thinner than the feature dimension between the first and second sides, such as less than 0.5 mm, less than 0.3 mm, or even less than 0.05 mm. In this case, the micronozzles are formed to protrude from the surface of the sheet on the second side of the heating element. The diameter of the micronozzle is determined by the thermodynamics of the processes of heating and cooling of the liquid inside and therefore can be wider or narrower than the thickness of the sheet.
В некоторых вариантах реализации микросопла имеют усеченную конусообразную форму. В качестве альтернативы микросопла могут быть соплами Лаваля. В обоих случаях микросопла могут быть пробиты через лист электропроводящего материала (и, таким образом, выступать наружу от второй поверхности) или могут быть протравлены через лист электропроводящего материала (так, чтобы они находились заподлицо с второй поверхностью). Травление и пробивание также могут выполняться с помощью лазерной перфорации.In some embodiments, the micronozzles have a truncated conical shape. Alternatively, the micronozzles may be Laval nozzles. In both cases, the micronozzles may be pierced through a sheet of electrically conductive material (and thus protrude outward from the second surface) or may be etched through a sheet of electrically conductive material (so that they are flush with the second surface). Etching and punching can also be done with laser perforation.
Каждое из микросопел преимущественно включает в себя отверстие впрыска и сегмент ускорения пара для создания дискретных суб- или, возможно, даже сверхзвуковых струй горячего насыщенного пара, когерентно с каждым импульсом последовательности импульсов электрического тока. Отверстие впрыска микросопла имеет конфигурацию, способствующую улавливанию, движению и ускорению паров жидкости по направлению к отверстию выброса. Кроме того, предпочтительно, чтобы множество микросопел было расположено в виде массива равномерно распределенных идентичных микросопел, что способствует равномерному нагреву.Each of the micronozzles advantageously includes an injection port and a steam boost segment to create discrete sub- or possibly even supersonic jets of hot saturated steam coherently with each pulse of the electric current pulse train. The injection port of the micronozzle is configured to trap, move, and accelerate liquid vapor towards the ejection port. Further, it is preferable that the plurality of micronozzles be arranged in an array of evenly spaced identical micronozzles, which promotes uniform heating.
Кроме того, предпочтительно, чтобы токопроводящее нагревательный элемент с его микросоплами и электроконтактными площадками был выполнен в форме с быстрым тепловым откликом, что позволяет его температуре циклически повышаться и понижаться от точки кипения жидкой среды когерентно с каждым импульсом и задержкой между импульсами последовательности электрических импульсов, применяемых во время каждой затяжки. Обычно тело проводника изготавливается из термомеханически стабильного материала, устойчивого к тепловым ударам, термомеханической усталости и микротрещинам.Furthermore, it is preferable that the conductive heating element with its micronozzles and electrical contact pads be in a form with a fast thermal response, which allows its temperature to cycle up and down from the boiling point of the liquid medium coherently with each pulse and the delay between pulses of the train of electrical pulses applied. during every puff. Typically, the conductor body is made of a thermomechanically stable material that is resistant to thermal shock, thermomechanical fatigue and microcracks.
В одном возможном варианте нагревательный элемент является плоским, сформированным в виде тонкого листа или пластины из электропроводящего материала с микросоплами, лежащими в плоскости пластины, причем первая и вторая стороны образованы одной парой краев пластины, и электроконтактными площадками, расположенные на другой паре краев пластины.In one possible embodiment, the heating element is flat, formed in the form of a thin sheet or plate of electrically conductive material with micronozzles lying in the plane of the plate, with the first and second sides formed by one pair of plate edges, and electrical contact pads located on the other pair of plate edges.
В других возможных вариантах осуществления нагревательный элемент является трубчатым и сформирован в виде электропроводящей тонкостенной трубки или тонкого листа, изогнутого в цилиндрическую форму, с микросоплами, направленными радиально внутрь или из цилиндра. Электроконтактные площадки сформированы на краях цилиндра.In other possible embodiments, the heating element is tubular and formed as an electrically conductive thin-walled tube or thin sheet bent into a cylindrical shape with micronozzles directed radially in or out of the cylinder. Electrocontact pads are formed on the edges of the cylinder.
В дополнительном варианте осуществления нагревательный элемент выполнен в виде тонкой пластины с микросоплами, расположенными поперек или перпендикулярно плоскости пластины.In an additional embodiment, the heating element is made in the form of a thin plate with micronozzles located across or perpendicular to the plane of the plate.
В некоторых вариантах осуществления нагревательный элемент содержит электрические контакты, расположенные на листе электропроводящего материала на противоположных сторонах массива микросопел, а блок электропитания содержит электрические выводы, подключенные для подачи электрического тока через электрические контакты. В одном варианте осуществления электрические контакты содержат неадиабатические микроформы, сформированные для рассеивания тепла, выделяемого контактным сопротивлением во время каждого импульса, по меньшей мере, на одной из поверхностей электропроводящего материала, а электрические выводы прижаты к микроформам. В другом варианте осуществления электрические контакты содержат один или несколько вырезов, образованных по меньшей мере на одной из поверхностей электропроводящего материала, а электрические выводы имеют цилиндрическую форму, которая сопряжена с одним или несколькими вырезами. Электрические выводы образуют узкое полосообразное сопряжение с электроконтактными площадками и могут также иметь неадиабатические микроформы. Сопряжение может быть сформировано путем соединения или зажима выводов с равномерным давлением на контактную поверхность.In some embodiments, the heating element includes electrical contacts located on a sheet of electrically conductive material on opposite sides of the micronozzle array, and the power supply includes electrical leads connected to supply electrical current through the electrical contacts. In one embodiment, the electrical contacts comprise non-adiabatic micro molds formed to dissipate the heat generated by the contact resistance during each pulse on at least one of the surfaces of the electrically conductive material, and the electrical leads are pressed against the micro molds. In another embodiment, the electrical contacts comprise one or more cutouts formed on at least one of the surfaces of the electrically conductive material, and the electrical leads are cylindrical in shape that mates with the one or more cutouts. The electrical terminals form a narrow strip-like interface with the electrical pads and may also have non-adiabatic micro-shapes. Mating can be formed by connecting or clamping the leads with uniform pressure on the contact surface.
Как отмечалось ранее, блок электропитания обычно подает импульсы на нагревательный элемент в последовательности с длительностью импульса и задержкой между импульсами, выбранными так, чтобы температура жидкой среды, которая контактирует с первой поверхностью листа проводящего материала поднимается выше точки кипения жидкой среды во время импульсов и опускается ниже точки кипения во время задержки между импульсами. В одном варианте осуществления блок электропитания содержит датчик температуры, который имеет быстрый отклик и сконфигурирован для мгновенного измерения изменений температуры. Блок электропитания регулирует параметры последовательности импульсов, такие как величина мощности импульса, продолжительность и интервал между импульсами, в ответ на выходной сигнал датчика температуры. В другом варианте осуществления простой датчик температуры, имеющий долгий отклик может быть использован для контроля средней мощности во время затяжки.As noted earlier, the power supply typically pulses the heating element in sequence with a pulse duration and a delay between pulses chosen such that the temperature of the liquid medium that contacts the first surface of the sheet of conductive material rises above the boiling point of the liquid medium during the pulses and falls below boiling point during the delay between pulses. In one embodiment, the power supply includes a temperature sensor that has a fast response and is configured to sense changes in temperature instantly. The power supply unit regulates the parameters of the pulse train, such as the magnitude of the pulse power, duration and interval between pulses, in response to the output signal of the temperature sensor. In another embodiment, a simple temperature sensor having a long response time can be used to monitor the average power during a puff.
В некоторых вариантах осуществления блок электропитания содержит батарею, например литиевую батарею. В других вариантах осуществления схема генератора импульсов в блоке электропитания может быть соединена изолирующим трансформатором с нагревательным элементом для защиты пользователя от возможного поражения электрическим током, например, в случае сетевого питания.In some embodiments, the implementation of the power supply contains a battery, such as a lithium battery. In other embodiments, the pulse generator circuit in the power supply may be connected by an isolation transformer to a heating element to protect the user from possible electric shock, such as in the case of mains power.
В некоторых вариантах осуществления слой пористой среды, который насыщен жидкой средой, находится в физическом контакте с первой стороной нагревательного элемента, при этом пористая среда частично заполняет отверстия впрыска микросопел. В других вариантах реализации в слой пористой среды непрерывно подается жидкая среда из контейнера для хранения жидкости посредством средств гидравлического соединения, например, стекловолоконные жгуты. Таким образом, все компоненты, содержащие жидкую среду, составляют резервуар для жидкости. Слой пористой среды на границе с нагревательным элементом подает жидкую среду в нагревательный элемент во время каждого импульса нагрева. В дополнительных вариантах осуществления слой пористой среды также может быть погружен в контейнер для хранения жидкости. Чтобы подавить гидравлическое сообщение между соседними микросоплами, размер пор пористой среды намного меньше, чем отверстия впрыска микросопла. Толщина пористой среды обычно намного больше, чем длина термодиффузии в жидкой среде, так что достаточное количество жидкости может быть предоставлено слоем пористой среды для вапоризации во время импульса нагрева.In some embodiments, a layer of porous media that is saturated with liquid media is in physical contact with the first side of the heating element, with the porous media partially filling the injection holes of the micronozzles. In other embodiments, liquid medium is continuously supplied to the porous media layer from a liquid storage container via hydraulic connection means, such as fiberglass tows. Thus, all components containing a liquid medium constitute a liquid reservoir. The layer of porous medium at the boundary with the heating element supplies the liquid medium to the heating element during each heating pulse. In additional embodiments, the implementation of the layer of porous media can also be immersed in a container for storing liquid. To suppress hydraulic communication between adjacent micronozzles, the pore size of the porous medium is much smaller than the injection holes of the micronozzle. The thickness of the porous medium is usually much greater than the thermal diffusion length in the liquid medium, so that sufficient liquid can be provided by the porous medium layer for vaporization during the heating pulse.
Некоторые варианты осуществления могут включать сменный блок, содержащий, по меньшей мере, нагревательный элемент и/или контейнер для хранения жидкости. Сменный блок также может быть выполнен в виде одноразового картриджа, содержащего контейнер для хранения жидкости, пористую среду, электрические выводы и электрический интерфейс, например, для одноразового использования.Some embodiments may include a replaceable unit containing at least a heating element and/or a fluid storage container. The refill may also be in the form of a disposable cartridge containing a liquid storage container, a porous medium, electrical leads, and an electrical interface, eg for disposable use.
В некоторых показательных вариантах осуществления нагревательный элемент с микросоплами и электроконтактными площадками может быть изготовлен с использованием микрообработки кремния.In some exemplary embodiments, the micronozzle and electrical pad heating element may be fabricated using silicon micromachining.
В других вариантах осуществления нагревательный элемент сформирован из фольги электропроводящего термостойкого материала, такого как, например, металлов, сплавов или сильнолегированных полупроводников, например кремния. Фольга может быть зажата, например, пружинящими выводами и растянута по области пористой среды, насыщенной жидкостью.In other embodiments, the implementation of the heating element is formed from a foil of electrically conductive heat-resistant material, such as, for example, metals, alloys or heavily doped semiconductors, such as silicon. The foil can be clamped, for example, by springy leads and stretched over a region of a porous medium saturated with liquid.
В некоторых вариантах осуществления резервуар и нагревательный элемент заключены в корпус, который включает по меньшей мере один воздуховод (также называемый воздухопроводом) для подачи воздуха к нагревательному элементу, отвода паров и аэрозолей от нагревательного элемента и удаления тепла от устройства. Как отмечалось выше, нагревательный элемент, включая микросопла и электроконтактные площадки, имеет быстрый тепловой отклик, что позволяет ему циклически работать выше и ниже точки кипения жидкости согласованно с электрическими импульсами и задержкой между импульсами применяемых последовательностей импульсов во время каждой затяжки. Устройство может включать в себя блок электропитания, подключенный к проводнику через электроконтактные площадки, с блоком электрического управления для управления параметрами выходного импульса.In some embodiments, the reservoir and heating element are enclosed in a housing that includes at least one duct (also referred to as an air duct) to supply air to the heating element, remove vapors and aerosols from the heating element, and remove heat from the device. As noted above, the heating element, including micronozzles and electrical pads, has a fast thermal response, allowing it to cycle above and below the boiling point of the liquid in concert with the electrical pulses and inter-pulse delay of the applied pulse trains during each puff. The device may include a power supply unit connected to the conductor through electrical contact pads, with an electrical control unit for controlling the parameters of the output pulse.
Фиг. 1 представляет собой схематический вид в перспективе нагревательного элемента 100 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Нагревательный элемент 100 содержит лист 102 из проводящего материала, имеющий первую поверхность 104 для взаимодействия с жидкой средой для аэрозолизации и вторую поверхность 106 для взаимодействия с окружающим воздухом. Пара электроконтактных площадок 108 электрического контакта на листе 102 пропускает электрический ток через область листа, в которой сформирован массив микросопел 110.Fig. 1 is a schematic perspective view of a
Микросопла 110 служат для увеличения скорости расширяющихся паров, образующихся при вапоризации жидкой среды, которая находится в контакте с первой поверхностью 104. Поскольку микросопла 110 расположены внутри листа 102, тепло передающееся от листа 102 за счет теплопроводности, излучение и конвекция может нагревать жидкую среду на первой поверхности 104 и испарять ее в микросоплах 110 с образованием перенасыщенных паров, которые ускоряются микросоплами 110 и выпускаются в окружающий воздух на второй стороне 106 в виде высокоскоростных направленных струй пара. Аэрозоль образуется из-за резкого охлаждения горячих насыщенных паров жидкой среды за счет столкновения с холодным воздухом над нагревательным элементом 100 при каждой затяжке. Частицы и молекулы пара теряют свою кинетическую энергию и коагулируют в более крупные капли, которые, таким образом, представляют собой аэрозоль. Чем выше степень перенасыщения и чем быстрее охлаждение пара, тем плотнее будет аэрозоль и тем меньше будут частицы аэрозоля.The
Лист 102 может быть изготовлен из термомеханически стабильного электропроводящего материала, такого как металлы, сплавы, сильнолегированные полупроводники с низким удельным сопротивлением, например, n-типа или р-типа монокристаллический, поликристаллический или аморфный кремний или проводящие стекла, керамика, композиты или другие материалы, имеющие удельное электрическое сопротивление не более 0,01 Ом⋅см и устойчивость к тепловому удару.
Фиг. 2А, 2В и 2С представляют собой схематические виды сбоку микросопел 110, 114 и 116 соответственно и насыщенной жидкостью волокнистой пористой среды 210 в соответствии с вариантами осуществления изобретения. Каждое микросопло имеет отверстие впрыска 200 для жидкости на первой поверхности 104 и отверстие 202 для выброса пара на второй поверхности 106 листа 102. Поперечные сечения микросопел 110, 114 и 116 могут быть круглыми, прямоугольными или квадратными. Первая поверхность 104 с отверстием впрыска для жидкости 200 находится в физическом контакте с жидкой средой, которая связана капиллярными силами волокнистой пористой среды 210, препятствующими утечке в окружающую среду.Fig. 2A, 2B, and 2C are schematic side views of
Лист 102 нагревает жидкость за счет теплопередачи до температуры выше точки кипения в области отверстия впрыска 200, обеспечивая прохождение жидко-паровой фазы в микросопло 110, 114, 116 и ее полную вапоризацию в перенасыщенные пары за счет тепла переданного от листа 102. Отверстие выброса 202 для пара способствует выбросу расширяющихся паров в виде струи в окружающий воздух. Чтобы способствовать ускорению естественно расширяющихся горячих паров в направлении от заполненного жидкостью отверстия впрыска 200 к свободному отверстию выброса 202, микросопла 110 и 114 выполнены в виде полых усеченных конусов 204, в которых отверстие впрыска 200 сформировано в основании усеченного конуса 204 и отверстие выброса 202 сформировано усеченной частью конуса 204. В микросопле 116 может создаваться сверхзвуковая струя в результате сильного ускорения микросоплом 116, имеющем форму сопла Лаваля 206.The
Независимо от формы сопла множество микросопел расположено в виде массива идентичных микросопел 110, равномерно распределенных в проводящем листе 102, например, в прямоугольной форме между электроконтактными площадками 108, как показано на Фиг. 1, так что плотность тока в области массива проводящего листа также распределяется равномерно.Regardless of the shape of the nozzle, a plurality of micronozzles are arranged as an array of
В варианте осуществления, показанном на Фиг. 2В, для образования большего количества паров микросопло 114 сформировано у его отверстия впрыска 200 таким образом, чтобы образовать короткую секцию 208 усеченного конусообразного участка поверхности раздела, которая увеличивает площадь вапоризации жидкости и способствует сбору паров с первой поверхности 104 и наклонного участка поверхности раздела 208 в микросопло 114. В другом варианте осуществления этого типа апертура и угол при вершине конуса могут постепенно изменяться вдоль его оси от 90° у отверстия 200 до 0° у отверстия 202.In the embodiment shown in FIG. 2B, in order to generate more vapor, the
Проводящий лист 102, электроконтактные площадки 108 и микросопла 110 (или 114, или 116) нагревательного элемента 100 выполнены таким образом, чтобы позволить нагревательному элементу 100 образовывать аэрозоль дискретными порция. Лист 102 имеет быстрый термический отклик и низкую индуктивность и изготовлен из материала с высокой температуропроводностью αм. Таким образом, температура нагревательного элемента 100 способна мгновенно реагировать на последовательность коротких импульсов электрического тока длительностью τ и задержкой между импульсами δ, в сумме составляющую длительность затяжки Т, резко повышаясь выше температуры кипения жидкости Тв во время каждого из импульсов электрического тока и падения ниже температуры кипения жидкости Тв во время задержки между импульсами.The
В некоторых вариантах осуществления материал листа 102 имеет достаточно высокий коэффициент температуропроводности αм, так что для толщины Нв листа 102 выполняется условие В таблице 1 ниже перечислены примеры вариантов осуществления с вычисленным верхним пределом толщины Нв листа 102 для различных материалов и значений длительности τ импульса.In some embodiments, the
Для длительности импульса τ примерно от 1 мс до 10 мс лист 102 может быть изготовлен из кремниевых пластин или металлической фольги, которые достаточно тонкие, чтобы реагировать на импульсы мощности большим перепадом температур. Для более короткой длительности импульса τ примерно от 0,1 мс до 1 мс подходящими могут быть как кремниевые, так и металлические фольги. В этих вариантах осуществления расстояние или толщина стенки между микросоплами 110 предпочтительно не слишком мала, например не меньше предела Нв чтобы избежать узких путей с высоким сопротивлением не только току, но также и быстрому тепловому перераспределению и релаксации в нагревательном элементе 100 за время длительности импульса τ.For a pulse duration τ of about 1 ms to 10 ms,
На Фиг. 3А показан нагревательный элемент 300, который имеет цилиндрическую геометрию листа 102 и радиальные микросопла 110. Электроконтактные площадки 108 расположены на паре круглых краев листа 102. Этот вариант осуществления может иметь две версии: в одном варианте первая поверхность 104 является внешней стороной, а вторая поверхность 106 является внутренней стороной цилиндрического листа 102. В другом варианте первая поверхность 104 является внутренней стороной, а вторая поверхность 106 является внешней стороной цилиндрического листа 102.On FIG. 3A shows a
На Фиг. 3В показан другой нагревательный элемент 302, который имеет изогнутую геометрию листа 102 и радиальные микросопла 110, в котором электроконтактные площадки 108 расположены на паре плоских краев листа 102.On FIG. 3B shows another
Как и на Фиг. 1, на Фиг. 3С показан нагревательный элемент, имеющий плоскую геометрию листа 102 и сквозные микросопла 110, перпендикулярные плоскости листа 102, в котором электроконтактные площадки 108 расположены на паре плоских краев листа 102. Однако в этом варианте осуществления микросопла 110 протравлены через лист 102, а не пробиты, например, как это может быть сделано в предыдущих вариантах осуществления.As in Fig. 1 in FIG. 3C shows a heating element having a
Для изготовления нагревательного элемента лист 102 может быть сформирован различными способами, в зависимости от материала. Например, лист 102 в нагревательных элементах 100, 300 и 302 может быть изготовлен путем микроформования или микропробоя тонких полос металлической фольги. Из-за естественной пластичности металлов микросопла 110 будут формироваться при каждом пробое. Лист 102 в нагревательных элементах 300 и 302 затем может быть свернут в изогнутую форму и разрезан до желаемого размера. В нагревательном элементе 304 лист 102 может быть изготовлен из пластины или другой подложки из металлического или полупроводникового материала, такого как кремний, с использованием технологий микрообработки, например фототравления или фотолитографии с последующим травлением материалов, в частности, глубоким реактивно-ионным травлением полупроводниковых материалов с образованием микрополостей в листе 102. Эти микрополости могут быть сформированы в виде микросопел 110 посредством контроля параметров процесса, относящихся к анизотропии и скорости травления.For the manufacture of the heating element, the
В качестве альтернативы, для создания микросопел 110 в полупроводниковых подложках, металлической фольге, стекле или керамических материалах можно использовать лазерную микропробой, микроперфорацию или микротравление, например, с помощью лазеров с ультракороткими импульсами. Б качестве альтернативы для металлов можно использовать микроэрозию или другие технологии электрохимической и микрообработки. В качестве альтернативы, некоторые материалы могут быть экструдированы и сплавлены в поликапиллярный стержень, с последующим поперечным разрезанием на пластины с множеством микрополостей.Alternatively, laser micropunch, microperforation, or microetching, such as with ultrashort pulse lasers, can be used to create
На Фиг. 3D показан нагревательный элемент 306, который имеет продольные микросопла 110 в плоскости плоского листа 102 и электроконтактные площадки 108, расположенные на паре краев пластины, не имеющих отверстий микросопел 110. Нагревательный элемент 306 может быть изготовлен из двух металлических или полупроводниковых, например кремниевых, пластин или подложек, которые сначала подвергаются микрообработке, а затем зажимаются и сращиваются вместе.On FIG. 3D shows a
В некоторых вариантах реализации каждое из микросопел 110 имеет максимальный диаметр DN определяемый условиями и где αL - коэффициент температуропроводности жидкости или пара. В таблице 2 перечислены примеры вариантов осуществления с расчетным верхним пределом диаметра DN микросопел 110 для типичного примера глицерина в качестве жидкости и различных значений длительности импульса τ:In some embodiments, each of the
Для длительностей импульса τ, например, примерно от 1 мс до 10 мс, микросопла 110 могут иметь диаметр примерно от 0,05 до 0,1 мм.For pulse durations τ, for example, from about 1 ms to 10 ms, the
В некоторых вариантах реализации система нагрева может иметь чувствительный элемент 112, например датчик температуры, расположенный на листе 102 или внутри него, например, в одном из микросопел 110, как показано на Фиг. 1. Датчик 112 может использоваться для управления параметрами процесса, например, температурой листа 102. Для обеспечения определения пиковых значений датчик 112 может быть сформирован для быстрого теплового отклика, чтобы обеспечить адекватное разрешение измерения в течение длительности импульса τ и временной задержки δ. В зависимости от материала и размеров листа 102, в некоторых вариантах осуществления датчик 112 может содержать термопару, возможно, с использованием термоэлектрического эффекта в стыке с материалом листа 102. В других вариантах осуществления датчик 112 может содержать стеклянную герметизированный термистор. В другом варианте осуществления датчик 112 может содержать тонкопленочное сопротивление и/или кремниевый датчик температуры на основе запрещенной зоны, нанесенный на лист 102 в виде тонкого покрытия. В качестве альтернативы для температуных датчиков могут быть использованы термоэлементы на основе термоэлектрического эффекта на стыке между полупроводником и металлическими выводами.In some embodiments, the heating system may have a
В некоторых вариантах осуществления электрический контакт обеспечивается электромеханическими пружинными зажимами. Например, на Фиг. 4А показан электрический контакт 400, в котором контактная поверхность 402 находится на распределенных микроформах, таких как микропятнах 408 неровностей поверхности из-за естественной или искусственной шероховатости на границе раздела между электроконтактной площадкой 108 листа 102 и выводов 404. Электроконтактная площадка 108 имеет низкий электрический импеданс, быстрый тепловой отклик и высокую стойкость к тепловому удару, так что при прохождении коротких мощных электрических импульсов контактная поверхность 402 быстро достигает теплового равновесия за счет быстрого рассеивания переходного тепла от микропятен 408 контактной поверхности 402. Для защиты электроконтактной площадки 108 от локального искрения и перегрева, микропятна 408 контактной поверхности 402 распределяются равномерно по электроконтактной площадке 108. В одном варианте осуществления микропятна 408 контактной поверхности 402 имеют диаметр D1 удовлетворяющий условиям и и распределены таким образом, что расстояние Δ между соседними микропятнами контактной поверхности 402 удовлетворяет условию Δ>>D1.In some embodiments, electrical contact is provided by electromechanical spring clips. For example, in FIG. 4A shows an
В другом варианте осуществления электрического контакта 406, показанном на Фиг. 4В, контактная поверхность 402 между выводами 404 и электроконтактной площадки 108 может содержать множество, например массив, микропятен 408 заранее установленного диаметра D1 и расстоянием Δ между соседними микропятнами. Эти микропятна образованы искусственно созданными микроформами, например сферическими или конусообразными микроформами, вытравленными на поверхности листа 102, удовлетворяющими условиям и Δ>D1. Количество микропятен 408 на контактной поверхности 402 электрических контактов 400 и 406 может быть настолько большим, насколько это необходимо для перераспределения вклада контактного сопротивления в пиковое повышение температуры в каждом микропятне при каждом импульсе.In another embodiment of
В таблице 3 ниже перечислены примеры вариантов осуществления с вычисленным верхним пределом диаметра микропятен D1 для типичного примера покрытых золотом поверхностей из меди и кремния и различных значений длительности импульса τ.Table 3 below lists exemplary embodiments with a calculated upper limit of microspot diameter D 1 for a typical example of gold-plated copper and silicon surfaces and various pulse widths τ.
Для длительностей τ импульса, например, от около 1 мс до 10 мс, диаметры D1 микропятен 408 могут находиться в диапазоне от около 0,01 мм до 0,1 мм.For pulse durations τ, for example, from about 1 ms to 10 ms, the diameters D1 of
На Фиг. 5А показан электрический контакт 500, в котором контактная поверхность 402 между выводом 404 и листом 102 на электроконтактной площадке 108 выполнен в виде по меньшей мере одной узкой полосы, образованной цилиндрическим выводом 404 и плоской поверхностью электроконтактной площадки 108.On FIG. 5A shows an
В другом варианте осуществления, показанном на Фиг. 5В, контактная поверхность 402 в контакте 502 содержит две узкие полоски, образованные цилиндрическим выводом 404 и ступенчатым вырезом 504 на контактной площадке 108.In another embodiment shown in FIG. 5B, the
В следующем варианте осуществления, показанном на Фиг. 5С, контактная поверхность 402 в контакте 506 содержит две узкие полосы, образованные цилиндрическим выводом 404 и ступенчатым вырезом 508 на контактной площадке 108.In the next embodiment shown in FIG. 5C,
В контактах 500, 502 и 506 узкие полоски контактной поверхности 402 обеспечивают путь электрического соединения для электрического тока от выводов 404 через контактную поверхность 402 к проводящему листу 102, уменьшая при этом передачу тепла от горячего листа 102 через контактную поверхность 402 в электрические выводы 404. Уменьшение утечки тепла из листа 102 через контактную поверхность 402 способствует равномерному распределению температуры по листу 102 в течение каждого импульса с длительностью τ. Узкие границы раздела полос контактов 500, 502 и 506 могут преимущественно иметь ширину узкой полосы D3, удовлетворяющую условиям At
Когда на контактной поверхности 402 имеются две или более узких полоски, как в контактах 502 и 506, расстояние Δ между соседними узкими полосками может преимущественно удовлетворять условию Δ>Ds.When there are two or more narrow strips on the
Предпочтительно соединять электрические выводы 404 и контактную площадку 108, прикладывая достаточное усилие к контактной поверхности 402, чтобы гарантировать, что контакт не нагревается из-за контактного сопротивления и не зажигается дуга во время импульсов (что может вызвать окисление и/или разрыв цепь после импульсов). Для контактных поверхностей между металлическими частями и между металлами и сильно легированными полупроводниками контактное сопротивление зависит от контактного давления. По этой причине желательно, чтобы контактное давление превышало 1 Н/мм2. Такие контакты могут быть сформированы из микроизогнутого пружинящего металла, например из латуни, проволоки или микроштампованных металлических деталей, таких как контактные пружины SMD, сформированные как зажимы для механического закрепления листа 102, обеспечивая при этом надежный гальванический контакт в контактной поверхности 402.It is preferable to connect the
В вариантах осуществления, в которых контактная поверхность 402 образована металлическими выводами 404, а лист 102 изготовлен из полупроводника, например сильнолегированного кремния n-типа, желательно, чтобы контактное сопротивление на границе раздела 402 было ниже, чем объемное сопротивление листа 102. Этому условию удовлетворяет скорее не Шоттки-, а омический контакт, который, таким образом, обеспечивает беспрепятственный перенос основных носителей заряда между выводами 404 и полупроводниковым листом 102 и не ограничивает электрический ток. Сильное легирование полупроводника снижает возможный барьер Шоттки, превращая его в омический контакт.In embodiments where
В других вариантах осуществления, в которых лист 102 изготовлен из полупроводника с низким удельным сопротивлением, контактная площадка 108 может подвергаться дополнительной обработке для уменьшения контактного сопротивления типа Шоттки. Одним из видов такой обработки может быть металлизация с учетом удельной электропроводности золотом (Au) или медью (Cu) или подходящим многослойным материалом. Для этой цели можно использовать пластины из металлизированного кремния, которые широко доступны в продаже. Соответствующий этап фотолитографии, за которым следует этап травления металла для формирования металлизированных контактов, добавляется к процессу изготовления листа 102. Другой возможный способ уменьшить контактное сопротивление в области контактной площадки 108, например, для полупроводника n-типа, является увеличение подповерхностного содержания фосфора в полупроводнике посредством диффузии фосфора в полупроводник из специальных паст, содержащих допирующий агент для легирования n-типа, наносимых через маски или трафареты, как в случае нанесения паст для поверхностного монтажа.In other embodiments where
В некоторых вариантах реализации, как показано на Фиг. 2А-С, насыщенная жидкостью высокопористая волокнистая среда 210 гидравлически соединена с источником жидкости для аэрозолизации и прилегает к первой поверхности 104 листа 102. На границе с первой поверхностью 104 среда 210 частично заполняет микросопла 110 (или 114, или 116) для увеличения площади контакта с листом 102, тем самым увеличивая количество жидкости, которая может быть вапоризована. Преимущественно среда 210 частично заполняет микросопла 110 на наклонной поверхности раздела 208, чтобы производить больше пара.In some implementations, as shown in FIG. 2A-C, fluid-saturated, highly porous
Среда 210 имеет малый размер пор, например менее 20 мкм, по сравнению с расстоянием между соседними микросоплами 110. Малый размер пор препятствует свободному сообщению жидкости между микросоплами и снижает разбрызгивание жидкости из одного из микросопла 110 из-за давления, создаваемого пузырьками, образованными в отверстии впрыска 200 соседнего микросопла 110. Уменьшенный размер пор среды 210 создает дополнительное сопротивление потоку жидкости, даже при высокой пористости.The medium 210 has a small pore size, such as less than 20 microns, compared to the distance between
Желательно, особенно если среда 210 имеет ограниченную толщину, гарантировать, что эта среда способна подавать необходимое количество жидкости для вапоризации в течение длительности импульса τ, и, с другой стороны, пополнять вапоризованное количество жидкости в течение межимпульсного периода τ+δ. Минимальная толщина Dм этой среды также ограничена длиной диффузии тепла в жидкую среду 210, определяемой как . В таблице 4 ниже перечислены примеры вариантов осуществления с расчетным значением толщины Dм для типичного примера глицерина в среде 210, такой как сетка из стекловолокна, с пористостью, близкой к 100%, и различными значениями длительности импульса τ.It is desirable, especially if the medium 210 has a limited thickness, to ensure that this medium is able to supply the required amount of liquid for vaporization during the pulse duration τ, and, on the other hand, to replenish the vaporized amount of liquid during the interpulse period τ+δ. The minimum thickness Dm of this medium is also limited by the length of heat diffusion into the
Для длительностей импульса τ, например, от примерно 1 мс до 10 мс, пористая среда 210 желательно имеет толщину, превышающую 0,1 мм.For pulse durations τ, for example, from about 1 ms to 10 ms, the
Преимущественно пористая среда 210 имеет достаточную гидрофильность по отношению к жидкой среде и пористость, чтобы гарантировать высокую скорость повторного заполнения жидкостью при толщине Dм в течение времени задержки δ после каждого импульса серии импульсов. Эта характеристика полезна для предотвращения образования слоя Лейденфроста.Advantageously, the
Пористая гидрофильная среда 210 желательно имеет пористость или долю пустот, по меньшей мере, 70-90% с диаметром пор в диапазоне от примерно 1 мкм до 10 мкм, чтобы способствовать капиллярному потоку и быстрой скорости заправки. Среда 210 должна быть стабильной при высокой температуре и обеспечивать скорость прохождения жидкости нпо крайней мере 3 мкл/мм2с, выдерживая давление не менее 0,3 г/мм2 для сохранения целостности в присутствии горячих газов из микросопел 110. Пористая среда 210 удерживает жидкость из-за капиллярных сил, но высвобождает жидкость при нагревании листом 102 из-за результирующего падения вязкости жидкости и капиллярных сил. Для этих целей пористая среда 210 может быть сформирована, например, в виде микроволоконной матрицы состоящей из устойчивых к высоким температурам волокон боросиликата или кварцевого стекла толщиной 0,5-1 микрон, имеющей вес порядка 100 г/м2. Матрица из микроволокна имеет толщину, превышающую 0,3 мм и механическую стабильность при давлении 0,5 пси, подобно фильтрам из стеклянного или кварцевого волокна, которые известны в данной области техники. Такие фильтры обычно имеют более высокую скорость потока жидкости, чем хлопок. Чтобы избежать чрезмерного противодавления при высоких скоростях прохождения жидкости, толщина пористой среды 210 обычно не превышает примерно 1 мм.The porous hydrophilic medium 210 desirably has a porosity or void fraction of at least 70-90% with a pore diameter in the range of about 1 micron to 10 microns to promote capillary flow and fast filling rates. The
В другом варианте осуществления пористая среда 210 может активно управлять подачей жидкости, используя электрически активируемые изменения вязкости жидкости и поверхностного натяжения, например, путем предварительного нагрева или электросмачивания, таким образом изменяя капиллярные силы, удерживая жидкость в среде 210. При этом пористая среда может быть изготовлена из электропроводящего стекловолокна.In another embodiment, the
На Фиг. 6 показано устройство 600 для генерации аэрозоля, например, используемое в качестве электронной сигареты или аналогичный по функциям тип устройства для вейпинга, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.On FIG. 6 shows an
Устройство 600 для генерации аэрозоля может содержать по меньшей мере один нагревательный элемент, например, в форме проводящего листа 102, как в описанных выше нагревательных элементах 100, 300, 302, 304 или 306. Лист 102 заключен в корпус 602, содержащий, по меньшей мере, один воздуховод 604, содержащий нагревательный элемент. Воздуховод содержит, по меньшей мере, один воздухозаборник 606 и одно выходное отверстие 608 для воздуха из корпуса, обеспечивающее поступление окружающего воздуха от воздухозаборника 606 к проводящей пластине 102. Окружающий воздух течет по второй поверхности 106, способствуя образованию там аэрозоля и доставляя аэрозоль к выходному отверстию 608. Воздуховод 604 не обязательно является отдельным элементом, а скорее может быть ограничен одной или несколькими воздухопроницаемыми частями внутри корпуса, позволяющими воздуху течь от воздухозаборника 606 к выходному отверстию 608.The
Устройство 600 может дополнительно содержать импульсный блок электропитания 612, который может содержать батарею, подключенную электрическими выводами 404 к проводящему листу 102. Устройство 600 также содержит резервуар с контейнером 614 для хранения жидкой смеси для аеролизации, гидравлически связанным с нагревательным элементом. В варианте осуществления, показанном на фиг. 6, источник жидкости в виде блока 614 хранения со средством транспортировки жидкости расположен под листом 102. В других возможных вариантах осуществления блок хранения жидкости может быть интегрирован в корпус 602 в форма коаксиального резервуара вокруг листа 102, в то время как доступная область под листом 102 может использоваться для батареи блока электропитания 612.The
В одном варианте осуществления воздуховод 604 включает в себя по меньшей мере одно воздушное сопло 616 для создания турбулентности на выходе из воздушного сопла 616 и направления турбулентного воздушного потока на и/или над второй поверхностью 106 листа 102. Этот турбулентный поток способствует интенсивному перемешиванию воздуха над нагревательным элементом и, следовательно, интенсивному образованию аэрозолей. Скорость воздушного потока из сопла 616 предпочтительно может превышать 1 м/с. Например, сопло 616 может быть выполнено вместе с пластмассовым корпусом 602, например, с использованием литья под давлением. Желательно, чтобы участок воздуховода 604 от листа 102 до выходное отверстия 608 поддерживал ламинарный поток воздуха для предотвращения повторной конденсации аэрозоля в жидкость на стенках воздуховода 604.In one embodiment, the
В некоторых вариантах реализации для уменьшения остаточного теплового потока от нагревательного элемента воздуховод 604 может включать в себя по меньшей мере один теплоотводящий элемент 618, например, в виде закрепленного на штифтах радиатора или извилистой секции воздуховода 604. Теплоотводящий элемент может содержать керамическое основание с высокой теплопроводностью, соединенное с листом 102. Время теплового отклика теплоотводящего элемента может быть преимущественно намного больше, чем длительность импульса τ, чтобы отводить остаточное тепло без влияния на пиковую температуру нагрева.In some embodiments, to reduce residual heat flow from the heating element,
На Фиг. 7 представлена принципиальная электрическая схема блока 612 электропитания устройства 600 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Блок электропитания 612 может включать в себя выходную цепь с гальванической развязкой, аналогично применяемой в медицинских устройствах. В изображенном варианте осуществления блок 612 электропитания содержит обратноходовой преобразователь 702, использующий изолирующий трансформатор 700 для отделения электрического выхода 706, который подключен через электрические выводы 708 к проводящему листу, от входа 704, который питается от основного источника питания, например, преобразователя переменного тока в постоянный или аккумуляторной батареи. Гальванически изолированный интерфейс позволяет безопасно использовать большую мощность для получения интенсивного аэрозольного выхода при сохранении емкости аккумулятора. Чтобы запитать нагревательный элемент 102, используя импульсы с длительностью τ и задержкой δ, контроллер 710 частоты обратноходового преобразователя 702 обеспечивает модуляцию частоты переключения и рабочего цикла.On FIG. 7 is a circuit diagram of a
На Фиг. 8А показан плоский сменный нагревательный элемент 800, содержащий плоский проводящий лист 102, который может быть аналогичен листу, показанному на Фиг. 1 и Фиг. 3С, вместе с насыщенной жидкостью пористой средой 210. Эти элементы зажаты в подложке 802 с электрическими выводами 404. Сменный нагревательный элемент 800 может включать в себя контейнер 614 для хранения жидкости, который может быть заполняемым или одноразовым.On FIG. 8A shows a flat
Если пористая среда 210 мягкая, как например среда из стеклянных микроволокон, она может поддерживаться дополнительным поддерживающим сетчатым слоем 804, изготовленным из механически стабильного гидрофильного (по отношению к составу жидкой среды) материала, например, поликарбоната, полиэтилентерефталата (ПЭТ) или полиэфирэфиркетона (ПЭЭК), или из керамики, стекла или композитного материала. Фиксация пористой среды 210 сетчатым слоем 804 предотвращает отслоение среды 210 от листа 102 из-за резкого повышения давления газа внутри микросопел 110 при каждом нагреве импульсным нагревом.If the
Для управления рабочими параметрами сменный блок 800 может включать в себя датчик, например датчик 806 температуры. Подложка 8 02 может быть подложкой DBC (медь с прямым соединением) с выводами 808, как на печатной плате. Контейнер 614 для хранения жидкости может быть отлит под давлением из подходящего пластика.To control operating parameters, plug-in 800 may include a sensor, such as a
На Фиг. 8В показан цилиндрический сменный нагревательный элемент 810, в котором проводящий лист 102 изогнут в цилиндрическую форму, например, как в нагревательном элементе 300, показанном на Фиг. 3А. В этом варианте осуществления жидкая среда подается из коаксиального цилиндрического конейнера 614 для хранения жидкости, расположенного за пределами цилиндрического листа 102, через коаксиальную насыщенную жидкостью пористую среду 210, а также коаксиальный поддерживающий слой 804. Микросопла 110 расположены так, чтобы создают струи пара во внутреннем радиальном направлении к оси цилиндрического листа 102.On FIG. 8B shows a cylindrical
В другом варианте осуществления (не показан на фигурах) блок хранения жидкости, пористая среда и поддерживающий слой могут быть расположены внутри цилиндрического проводящего листа, таким образом подавая жидкость изнутри нагревательного тела. В этом случае микросопла создают струи пара в радиальном направлении наружу, от оси цилиндрического нагревательного тела.In another embodiment (not shown in the figures), the fluid storage unit, the porous media, and the support layer may be located within the cylindrical conductive sheet, thereby supplying the fluid from within the heating body. In this case, the micronozzles create jets of steam in a radial direction outward from the axis of the cylindrical heating body.
Фиг. 9 представляет собой схематический график импульсов, применяемых в устройстве для аэрозолизации, в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Для получения аэрозоля величина Iм тока, обеспечиваемого блоком электропитания 612 в каждом импульсе 652, имеющем длительность τ, достаточно высока, так что температура 654 жидкости на границе с проводящим листом 102 преимущественно циклирует вместе с импульсами мощности 652 в диапазоне температур ниже точки кипения Тв и точки Лейденфроста TL. В этом диапазоне температур жидкая среда закипает в зародышевых и переходных областях кривой 656 кипения жидкости, обеспечивая, таким образом, наивысший критический поток мощности Fм от нагревательного элемента в жидкость и наиболее интенсивную вапоризацию Vм 658 до состояния насыщенных паров. Например поток мощности, определяемый электрическим током, составляет 1-10 Вт/мм2 для вапоризации слоя композиции на основе глицерина, имеющей толщину от 0,01 мм до 0,1 мм, за время меньше или примерно 10 мс. Длительность импульса τ выбирается достаточно большой для вапоризации нагретой жидкой смеси. Длительность импульса мощности τ предварительно устанавливается не больше времени, необходимого для нагрева и вапоризации жидкого слоя, прилегающего к проводящему листу, до толщины порядка длины термодиффузии Dм в жидкой среде или пористой среде 210 определяемой как Fig. 9 is a schematic diagram of pulses applied in an aerosolizer according to an embodiment of the invention. To produce an aerosol, the amount of current I m provided by the
Желательно, чтобы временная задержка δ между последовательными импульсами 652 мощности была не меньше времени, необходимого для пополнения вапоризованной жидкости в области пористой среды 210, насыщенной жидкостью, прилегающей к границе раздела с первой поверхностью проводящего листа 102, у отверстия впрыска 200. Кроме того, предпочтительно, чтобы задержка по времени δ коррелировала с размером DN микросопел 110 через условие чтобы избежать переохлаждения жидкости в микросоплах 110. Например, временная задержка δ может быть порядка длительности τ импульса.Desirably, the time delay δ between
Следует понимать, что варианты осуществления, описанные выше, приведены в качестве примера, и что настоящее изобретение не ограничивается тем, что конкретно было показано и описано выше. Скорее, объем настоящего изобретения включает как комбинации, так и субкомбинации различных признаков, описанных выше, а также их вариации и модификации, которые могут возникнуть у специалистов в данной области после прочтения предшествующего описания и которые не раскрыты в предшествующем уровне техники.It should be understood that the embodiments described above are by way of example and that the present invention is not limited to what has been specifically shown and described above. Rather, the scope of the present invention includes both combinations and subcombinations of the various features described above, as well as variations and modifications thereof, which may occur to those skilled in the art upon reading the foregoing description and which are not disclosed in the prior art.
Claims (42)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201862683991P | 2018-06-12 | 2018-06-12 | |
US62/683,991 | 2018-06-12 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020138696A Division RU2789673C2 (en) | 2019-06-05 | Aerosol generator |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021122227A RU2021122227A (en) | 2021-12-02 |
RU2021122227A3 RU2021122227A3 (en) | 2022-04-18 |
RU2792826C2 true RU2792826C2 (en) | 2023-03-24 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2344882C1 (en) * | 2007-05-21 | 2009-01-27 | Алексей Михайлович Володин | Device for inactivation and fine filtration of viruses and microorganisms in air flow |
WO2016005601A1 (en) * | 2014-07-11 | 2016-01-14 | Philip Morris Products S.A. | Aerosol-generating system comprising a removable heater |
CN106263037A (en) * | 2016-08-12 | 2017-01-04 | 深圳瀚星翔科技有限公司 | Oil storage type atomizer for electric can be rebuild |
US20170106113A1 (en) * | 2014-11-18 | 2017-04-20 | Numerical Design, Inc. | Microfluidic-based apparatus and method for vaporization of liquids |
US20170360100A1 (en) * | 2016-06-20 | 2017-12-21 | Fabien DUC | Heater assembly for an aerosol-generating system |
WO2018153732A1 (en) * | 2017-02-24 | 2018-08-30 | Philip Morris Products S.A. | Moulded mounting for an aerosol-generating element in an aerosol-generating system |
RU2666666C1 (en) * | 2014-12-15 | 2018-09-11 | Филип Моррис Продактс С.А. | Aerosol-forming systems and methods of air flow direction inside the aerosol-forming system with electric heating |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2344882C1 (en) * | 2007-05-21 | 2009-01-27 | Алексей Михайлович Володин | Device for inactivation and fine filtration of viruses and microorganisms in air flow |
WO2016005601A1 (en) * | 2014-07-11 | 2016-01-14 | Philip Morris Products S.A. | Aerosol-generating system comprising a removable heater |
US20170106113A1 (en) * | 2014-11-18 | 2017-04-20 | Numerical Design, Inc. | Microfluidic-based apparatus and method for vaporization of liquids |
RU2666666C1 (en) * | 2014-12-15 | 2018-09-11 | Филип Моррис Продактс С.А. | Aerosol-forming systems and methods of air flow direction inside the aerosol-forming system with electric heating |
US20170360100A1 (en) * | 2016-06-20 | 2017-12-21 | Fabien DUC | Heater assembly for an aerosol-generating system |
CN106263037A (en) * | 2016-08-12 | 2017-01-04 | 深圳瀚星翔科技有限公司 | Oil storage type atomizer for electric can be rebuild |
WO2018153732A1 (en) * | 2017-02-24 | 2018-08-30 | Philip Morris Products S.A. | Moulded mounting for an aerosol-generating element in an aerosol-generating system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20210112871A1 (en) | Aerosol generator | |
ES2911336T3 (en) | aerosol generator | |
US11596176B2 (en) | Microfluidic-based apparatus and method for vaporization of liquids | |
US11565060B2 (en) | Evaporator unit for an inhaler having a wick structure with microchannels | |
CN111182804B (en) | Evaporator unit for an inhaler, in particular for an electronic cigarette product | |
JP7359776B2 (en) | Method for manufacturing an electrically operable inhaler heater | |
BR112017021050B1 (en) | CARTRIDGE FOR AN AEROSOL GENERATOR SYSTEM, ITS MANUFACTURING METHOD AND AEROSOL GENERATOR SYSTEM | |
CN111163656A (en) | Reservoir for an inhaler, in particular for electronic cigarette products | |
US11883762B2 (en) | Microfluidic-based apparatus and method for vaporization of liquids | |
JP2019522965A (en) | Vaporizer assembly for aerosol generation system | |
JP2019512257A (en) | Electronic baping equipment | |
JP2021521862A (en) | Heater assembly with multiple recesses | |
RU2792826C2 (en) | Aerosol generator | |
RU2789673C2 (en) | Aerosol generator | |
CN114794566A (en) | Preparation method of liquid-guiding glass substrate and heating element | |
US20220151295A1 (en) | Evaporator device for an inhaler, consumption unit, inhaler, and production method | |
CN114794565A (en) | Heating element, atomization component and electronic atomization device | |
CN114794567A (en) | Heating element, atomization component and electronic atomization device | |
CN114794568A (en) | Heating element, atomization component and electronic atomization device | |
DE102019103988A1 (en) | Vaporizer device for an inhaler, consumable unit, inhaler and manufacturing method |