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MX2014006834A - Un dispositivo generador de aerosol con una interfaz capilar. - Google Patents

Un dispositivo generador de aerosol con una interfaz capilar.

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Publication number
MX2014006834A
MX2014006834A MX2014006834A MX2014006834A MX2014006834A MX 2014006834 A MX2014006834 A MX 2014006834A MX 2014006834 A MX2014006834 A MX 2014006834A MX 2014006834 A MX2014006834 A MX 2014006834A MX 2014006834 A MX2014006834 A MX 2014006834A
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MX
Mexico
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capillary
aerosol
evaporator
porous
forming substrate
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MX2014006834A
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MX345610B (es
Inventor
Falvien Dubief
Original Assignee
Philip Morris Products Sa
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Publication date
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Application filed by Philip Morris Products Sa filed Critical Philip Morris Products Sa
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Publication of MX345610B publication Critical patent/MX345610B/es

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Abstract

Se proporciona un dispositivo generador de aerosol que comprende una porción (113, 501) de almacenamiento para almacenar un substrato (115, 505) formador de aerosol. El dispositivo comprende: un evaporador (119, 509) para calentar el substrato (115, 505) formador de aerosol, un material (117, 507) capilar para conducir el substrato (115, 505) formador de aerosol liquido desde la porción (113, 501) de almacenamiento hacia el evaporador (118, 509) por acción capilar, y un material (201, 301, 405, 511) poroso entre el material (117, 507) capilar y el evaporador (119, 509).

Description

UN DISPOSITIVO GENERADOR DE AEROSOL CON UNA INTERFAZ CAPILAR Campo de la Invención La presente invención se relaciona con un dispositivo generador de aerosol para calentar un substrato formador de aerosol. En particular, pero no exclusivamente, la presente invención se relaciona con un dispositivo generador de aerosol operado en forma eléctrica para calentar un substrato formador de aerosol líquido.
Antecedentes de la Invención El documento WO-A-2009/132793 describe un sistema para fumar calentado en forma eléctrica. Un líquido está almacenado en una porción de almacenamiento de líquido, y una mecha capilar que tiene un primer extremo que se extiende dentro de la porción de almacenamiento de líquido para el contacto con el líquido en la misma, y un segundo extremo que se extiende fuera de la porción de almacenamiento de liquido. Un elemento de calentamiento calienta el segundo extremo de la mecha capilar. El elemento de calentamiento está en forma de un elemento de calentamiento eléctrico enrollado en forma espiral en conexión eléctrica con un suministro de energía, y que rodea el segundo extremo de la mecha capilar. Durante el uso, el elemento de calentamiento se puede activar por el usuario para encender el suministro de energía. La succión por una boquilla por el usuario provoca que el aire sea arrastrado dentro del sistema para fumar calentado en forma eléctrica sobre la mecha capilar y el elemento de calentamiento y después, dentro de la boca del usuario.
Un objetivo de la presente invención es mejorar la generación del aerosol en un dispositivo o sistema generador de aerosol.
Antecedentes de la Invención De conformidad con un aspecto de la invención, se proporciona un dispositivo generador de aerosol que comprende: una porción de almacenamiento para almacenar un substrato formador de aerosol, un evaporador para calentar el substrato formador de aerosol, un material capilar para conducir el substrato formador de aerosol de la porción de almacenamiento hacia el evaporador por la acción capilar y un material poroso entre el material capilar y el evaporador.
De conformidad con otro aspecto de la invención, se proporciona un cartucho que comprende una porción de almacenamiento para almacenar el substrato formador de aerosol, un evaporador para calentar el substrato formador de aerosol, un material capilar para conducir el substrato formador de aerosol desde la porción de almacenamiento hacia el evaporador por la acción capilar y un material poroso entre el material capilar y el evaporador.
El dispositivo generador de aerosol y el cartucho pueden cooperar para proporcionar un sistema generador de aerosol para evaporar el substrato formador de aerosol. El cartucho o el dispositivo pueden comprender la porción de almacenamiento para almacenar el substrato formador de aerosol. El evaporador, el material capilar y el material poroso pueden estar contenidos en el dispositivo generador de aerosol. El evaporador, el material capilar y el material poroso también pueden estar contenidos en el cartucho.
De conformidad con otro aspecto de la invención, se proporciona un sistema generador de aerosol que comprende: un dispositivo generador de aerosol en cooperación con un cartucho, el cartucho o dispositivo generador de aerosol comprende una porción de almacenamiento para almacenar el substrato formador de aerosol, en donde el cartucho o el dispositivo generador de aerosol comprende un evaporador para calentar el substrato formador de aerosol para formar un aerosol, en donde el cartucho o el dispositivo generador de aerosol comprende un material capilar para conducir el material formador de aerosol desde la porción de almacenamiento hacia el evaporador por la acción capilar, y en donde el cartucho o el dispositivo generador de aerosol comprende un material poroso entre el material capilar y el evaporador.
Para todos los aspectos de la invención, la porción de almacenamiento puede ser una porción de almacenamiento de líquido. Para todos los aspectos de la invención, el substrato formador de aerosol puede ser un substrato formador de aerosol liquido.
En forma alternativa, el substrato formador de aerosol puede ser cualquier clase de substrato, por ejemplo, un substrato de gas o un substrato de gel o cualquier combinación de varios tipos de substrato.
El dispositivo generador de aerosol o el sistema generador de aerosol está dispuesto para evaporar el substrato formador de aerosol para formar el aerosol. El cartucho o el dispositivo generador de aerosol pueden incluir al substrato formador de aerosol o pueden estar adaptados para recibir al substrato formador de aerosol. Como es bien conocido por las personas experimentadas en la técnica, el aerosol es una suspensión de partículas sólidas o gotas de líquido en un gas, tal como el aire.
De preferencia, el material capilar está dispuesto para estar en contacto con el substrato formador de aerosol líquido en la porción de almacenamiento. En una modalidad, el líquido en el material capilar se evapora por el calentador para formar un vapor súper-saturado. El vapor súper-saturado se mezcla y es llevado en el flujo de aire. Durante el flujo, el vapor se condensa para formar el aerosol y el aerosol es llevado hacia la boca del usuario. El substrato formador de aerosol líquido tiene propiedades físicas apropiadas, incluyendo tensión superficial y viscosidad, lo que permite que el líquido sea transportado a través del material capilar por la acción capilar.
La invención proporciona varias ventajas. En primer lugar, el material poroso puede proporcionar el soporte estructural para el material capilar, para evitar que el material capilar se dañe, por ejemplo, se divida, doble o aplane. Esto es particularmente real cuando el material capilar es un material flexible y el material poroso es un material rígido. Cuando el material capilar está protegido del daño, es más probable que la formación del aerosol sea más consistente, incluso después de varios usos del dispositivo generador de aerosol. En segundo lugar, los costos de fabricación se pueden reducir debido a que el material capilar puede ser un material relativamente económico y sencillo. El material poroso puede comprender un material más robusto y costoso. De este modo, el material más costoso necesita ser usado solamente para el pequeño material poroso, y el material relativamente económico se puede usar para el volumen del dispositivo.
El material capilar puede comprender cualquier material o combinación de materiales que tengan la capacidad de conducir al substrato formador de aerosol hacia el evaporador. De preferencia, el material capilar puede comprender cualquier material poroso, pero este no es el caso. El material capilar puede tener una estructura fibrosa o esponjosa. De preferencia, el material capilar comprende un conjunto de capilaridades. Por ejemplo, el material capilar puede comprender una pluralidad de fibras o hebras u otros tubos de orificio fino. En forma alternativa, el material capilar puede comprender un material tipo esponja o tipo espuma. La estructura del material capilar puede formar una pluralidad de pequeños orificios o tubos, a través de los cuales se puede transportar el substrato formador de aerosol por la acción capilar desde la porción de almacenamiento hacia el evaporador. Los materiales porosos preferidos particulares dependen de las propiedades físicas del substrato formador de aerosol. Los ejemplos de materiales porosos apropiados incluyen un material de esponja o espuma, materiales con base de cerámica o grafito en la forma de fibras o polvos sinterizados, metal espumado o materiales de plástico, un material fibroso, por ejemplo, hecho de fibras extruidas o fundidas, tal como acetato de celulosa, poliéster o poliolefina enlazada, polietileno, terileno o fibras de polipropileno, fibras de nylon o cerámica. El material capilar puede tener cualquier capilaridad apropiada para ser usado con diferentes propiedades físicas de los líquidos. El liquido tiene propiedades físicas apropiadas, sin limitar, la viscosidad, tensión superficial, densidad, conductividad térmica, punto de ebullición y presión del vapor, que permiten que el líquido sea transportado a través del material capilar.
El material poroso puede comprender cualquier material o combinación de materiales apropiada, que sea permeable al substrato formador de aerosol y que permita que el substrato formador de aerosol migre del material capilar al evaporador. El material o combinación de materiales también puede ser inerte con respecto al substrato formador de aerosol. El material poroso puede o no ser un material capilar. El material poroso puede comprender un material hidrof ílico para mejorar la distribución del substrato formador de aerosol. Esto puede ayudar en la formación consistente del aerosol. El material o materiales particulares preferidos dependerán de las propiedades físicas del substrato formador de aerosol. Los ejemplos de materiales apropiados son el material capilar, por ejemplo, un material de esponja o espuma, materiales con base de cerámica o de grafio en forma de fibras o polvos sinterizados, metal espumado o materiales de plástico, un material fibroso, por ejemplo, hecho de fibras extruidas o fundidas, tal como acetato de celulosa, poliéster o poliolefina enlazada, polietileno, terileno o fibras de polipropileno, fibras de nylon o cerámica. El material poroso puede tener cualquier porosidad para ser usado con diferentes propiedades físicas de los líquidos.
El material poroso y el material capilar, de preferencia, comprenden diferentes materiales. De preferencia, el material capilar y el material poroso están en contacto, ya que se proporciona una buena transferencia de liquido.
La porción de almacenamiento puede proteger al substrato formador de aerosol del aire ambiental (debido a que el aire por lo general, no puede entrar en la porción de almacenamiento). La porción de almacenamiento puede proteger al substrato formador de aerosol de la luz, para que el riesgo de degradación del substrato formador de aerosol se reduzca significativamente. Además, se puede mantener un alto nivel de higiene. La porción de almacenamiento puede no ser rellenable. De este modo, cuando el substrato formador de aerosol en la porción de almacenamiento ha sido usado, el cartucho se reemplaza. En forma alternativa, la porción de almacenamiento puede ser rellenable. En tal caso, el cartucho puede reemplazarse después de cierto número de rellenadas de la porción de almacenamiento. La porción de almacenamiento puede estar dispuesta para mantener al substrato formador de aerosol por un número predeterminado de fumadas.
En una modalidad preferida, el dispositivo generador de aerosol es operado en forma eléctrica y el evaporador comprende un calentador eléctrico para calentar el substrato formador de aerosol.
El calentador eléctrico puede comprender un solo elemento de calentamiento. En forma alternativa, el calentador eléctrico puede comprender más de un elemento de calentamiento, por ejemplo, dos, tres, cuatro, cinco, seis o más elementos de calentamiento. Los elementos de calentamiento pueden estar dispuestos para calentar más efectivamente el substrato formador de aerosol.
El por lo menos un elemento de calentamiento eléctrico de preferencia, comprende un material eléctricamente resistivo. Los materiales eléctricamente resistivos incluyen, sin limitar: semiconductores tales como cerámicas dopadas, cerámicas eléctricamente "conductoras" (tales como por ejemplo, disilicio de molibdeno), carbón, grafito, metales, aleaciones de metal y materiales compuestos hechos de un material cerámico y un material metálico. Tales materiales compuestos pueden comprender cerámicas dopadas o no dopadas. Los ejemplos de cerámicas dopadas apropiadas incluyen carburos de silicio dopados. Los ejemplos de metales incluyen titanio, zirconio, tántalo y metales del grupo platino. Los ejemplos de aleaciones de metal apropiadas incluyen acero inoxidable, Constantan, aleaciones con contenido de níquel, cobalto, cromo, aluminio, titanio, zirconio, hafnio, niobio, molibdeno, tántalo, tungsteno, estaño, galio, manganeso, y hierro y súper aleaciones con base en níquel, hierro, cobalto, acero inoxidable, Timetal®, aleaciones con base de hierro-aluminio y aleaciones con base de hierro-manganeso-aluminio. El Timetal® es una marca registrada de Titanium Metals Corporation, 1999 Broadway Suite 4300, Denver Colorado. En materiales compuestos, el material eléctricamente resistivo puede estar incrustado, encapsulado o recubierto con un material aislante o viceversa, dependiendo de la cinética de la transferencia de energía y las propiedades físico-químicas externas requeridas. El elemento de calentamiento puede comprender una hoja metálica grabada aislada entre dos capas de un material inerte, en ese caso, un material inerte puede comprender Kapton®, hoja de mica o de poliimida. El Kapton® es una marca registrada de E.l. DuPont de Nemours and Company, 1007 Market Street, Wilmington, Delaware 19898, Estados Unidos de América.
En forma alternativa, el por lo menos un elemento de calentamiento eléctrico puede comprender un elemento de calentamiento infra-rojo, una fuente fotónica o un elemento de calentamiento inductivo.
El por lo menos un elemento de calentamiento eléctrico puede adoptar cualquier forma apropiada. Por ejemplo, el por lo menos un elemento de calentamiento eléctrico puede adoptar la forma de una cuchilla de calentamiento. En forma alternativa, el por lo menos un elemento de calentamiento eléctrico puede adoptar la forma de un recinto o substrato que tiene diferentes porciones electro-conductivas o un tubo metálico eléctricamente resistivo. En forma alternativa, el por lo menos un elemento de calentamiento eléctrico puede ser un calentador de disco (extremo) o una combinación de un calentador de disco con agujas o barras de calentamiento. El por lo menos un elemento de calentamiento eléctrico puede comprender una hoja flexible de material. Otras alternativas incluyen un alambre o filamento de calentamiento, por ejemplo, un alambre de Níquel-Cromo Nl-Cr, de platino, tungsteno o de una aleación, o una placa de calentamiento. En forma opcional, el elemento de calentamiento puede estar depositado en o en un material portador rígido.
El por lo menos un elemento de calentamiento eléctrico puede comprender un sumidero de calor, o un depósito de calor que comprende un material con la capacidad de absorber y almacenar calor y después, liberar el calor con el tiempo hasta el substrato formador de aerosol. El sumidero de calor puede estar formado de cualquier material apropiado, tal como un metal o material de cerámica apropiado. De preferencia, el material tiene una capacidad de calor (material de almacenamiento sensible al calor) o es un material con la capacidad de absorber y después liberar el calor a través de un proceso reversible, tal como un cambio de fase de alta temperatura. Los materiales de almacenamiento sensibles al calor incluyen gel de sílice, alúmina, carbón, una esterilla de vidrio, fibra de vidrio, minerales, un metal o una aleación, tal como aluminio, plata o plomo y un material de celulosa, tal como el papel. Otros materiales apropiados que liberan el calor a través de un cambio de fase reversible incluyen parafina, acetato de sodio, naftaleno, cera, óxido de polietileno, un metal, una sal de metal, una mezcla de sales eutécticas o una aleación.
El sumidero de calor puede estar dispuesto de forma que quede directamente en contacto con el substrato formador a ser conducido desde la porción de almacenamiento y puede transferir el calor almacenado directamente al substrato formador de aerosol. En forma alternativa, el calor almacenado en el sumidero de calor o en el depósito de calor se puede transferir al substrato formador de aerosol por medio de un conductor de calor, tal como un tubo metálico.
El por lo menos un elemento de calentamiento puede calentar el substrato formador de aerosol por medio de conducción. El elemento de calentamiento puede estar por lo menos parcialmente en contacto con el substrato. En forma alternativa, el calor desde el elemento de calentamiento puede conducirse hasta el substrato por medio de un elemento conductor de calor.
En forma alternativa, el por lo menos un elemento de calentamiento puede transferir el calor al aire ambiental entrante que es arrastrado a través del dispositivo generador de aerosol durante el uso, lo que a su vez, calienta el substrato formador de aerosol por convección. El aire ambiental se puede calentar antes de pasar a través del substrato formador de aerosol. En forma alternativa, el aire ambiental se puede arrastrar primero a través del substrato y después calentarse.
Sin embargo, la invención no está limitada a evaporadores calentadores, más bien se puede usar en dispositivo y sistemas generadores de aerosol en donde el vapor y el aerosol resultante se genera por un evaporador mecánico, por ejemplo, sin limitar un piezo-evaporador o un atomizador con el uso de líquido presurizado.
Cuando el evaporador comprende un calentador eléctrico, de preferencia, el material poroso comprende un material resistente al calor. De preferencia, la energía eléctrica se suministra al elemento de calentamiento o a los elementos de calentamiento hasta que el elemento o elementos de calentamiento alcanzan una temperatura de entre aproximadamente 200°C y aproximadamente 440°C. Esto es al contrario de los cigarros convencionales en donde la combustión del tabaco y de la envoltura de cigarro pueden alcanzar los 800°C. De este modo, el término "resistente al calor" en esta especificación se refiere a un material que tiene la capacidad de tolerar temperaturas de más de aproximadamente 200°C o con más preferencia, más que aproximadamente 250°C e incluso con más preferencia, de aproximadamente 440°C, sin degradarse en forma notable. Un ejemplo de tal material apropiado es la cerámica.
De este modo, otra ventaja de esta modalidad de la invención es que el material poroso puede evitar el daño por calor en el material capilar. El material poroso también puede proporcionar una distribución uniforme de calor. Esto puede ayudar en la formación de aerosol consistente. Los materiales resistentes al calor pueden ser costosos. Pero el material capilar solamente necesita tolerar las temperaturas en la interfaz porosa-capilar, debido a que el material poroso proporciona una barrera resistente al calor entre el material capilar y el calentador eléctrico. Estas temperaturas son más bajas que las del elemento o elementos de calentamiento. De este modo, se puede usar menos cantidad de material resistente al calor potencialmente costoso. Esto reduce los costos de fabricación. El material resistente al calor proporciona el aislamiento entre el calentador y el material capilar.
De preferencia, el material poroso comprende un material eléctricamente aislante. Cuando el evaporador comprende un calor eléctrico, esto evita cualquier corto circuito de los elementos de calentamiento.
En una modalidad, el material poroso puede comprender simplemente una capa de material poroso entre el evaporador y el material capilar. En una modalidad alternativa, el material poroso comprende un recubrimiento de material poroso sobre el evaporador. En una modalidad alternativa, el evaporador está situado dentro del miembro poroso, el miembro poroso comprende al material poroso. De este modo, el evaporador está ubicado dentro del miembro poroso y la porción del miembro poroso entre el evaporador y el material capilar forma el material poroso. El evaporador y el material poroso pueden estar formados integrados. El término "formado integrado" se refiere al evaporador y el miembro poroso fabricados juntos en una sola pieza.
En una modalidad particularmente preferida, el dispositivo generador de aerosol es operado en forma eléctrica, el evaporador comprende un calentador eléctrico para calentar al substrato formador de aerosol y el calentador eléctrico y un miembro poroso, que incluye al material poroso, están formados integrados. En una configuración, el calentador eléctrico está ubicado dentro del miembro poroso, de modo que cuando el miembro poroso queda adyacente al material capilar, la porción del miembro poroso entre el calentador eléctrico y el material capilar forma el material poroso. En esa modalidad, el miembro poroso comprende un material resistente al calor.
En una modalidad, el material capilar comprende un cuerpo capilar alargado para conducir el substrato formador de aerosol líquido desde la porción de almacenamiento de líquido hacia el evaporador, el cuerpo capilar tiene un primer extremo extendido dentro de la porción de almacenamiento de liquido y un segundo extremo opuesto al primer extremo, en donde el evaporador está dispuesto para evaporar al substrato formador de aerosol en el segundo extremo del cuerpo capilar.
En esta modalidad, durante el uso, el líquido se transfiere desde la porción de almacenamiento de líquido por la acción capilar desde el primer extremo del cuerpo capilar hacia el segundo extremo del cuerpo capilar. El material poroso es provisto entre el segundo extremo del cuerpo capilar y el evaporador. El liquido en el segundo extremo del cuerpo capilar y el material poroso se evapora para formar un vapor súper-saturado. El cuerpo capilar puede tener la forma de una mecha. El cuerpo capilar puede comprender fibras o hebras alineadas, generalmente en la dirección longitudinal del dispositivo o sistema generador de aerosol. En forma alternativa, el cuerpo capilar puede comprender un material tipo esponja o espuma formado con forma de barra. La forma de barra se puede extender a lo largo de la dirección longitudinal del dispositivo o sistema generador de aerosol.
En una modalidad preferida, el material capilar comprende un cuerpo capilar alargado para conducir el substrato formador de aerosol líquido desde la porción de almacenamiento de líquido, el cuerpo capilar tiene un primer extremo extendido dentro de la porción de almacenamiento de líquido y un segundo extremo opuesto al primer extremo y el evaporador comprende un calentador eléctrico dispuesto para calentar el substrato formador de aerosol líquido en el segundo extremo del cuerpo capilar. El material poroso es provisto entre el segundo extremo del cuerpo capilar y el calentador eléctrico. Cuando el calentador se activa, el líquido en el segundo extremo del cuerpo capilar y el material poroso se evapora por el calentador para formar un vapor súper-saturado.
En una modalidad, el material poroso comprende un manguito de material poroso que rodea, esencialmente al segundo extremo del cuerpo capilar.
El manguito de material poroso puede rodear el segundo extremo del cuerpo capilar, lo suficiente de modo que el cuerpo capilar no está en contacto con el evaporador. Esto es particularmente importante cuando el evaporador comprende un calentador eléctrico, ya que el material capilar no es resistente al calor. El manguito de material poroso puede proporcionar la protección y soporte para el cuerpo capilar. El manguito poroso no necesita rodear el cuerpo capilar completo, siempre que el manguito poroso evite el contacto entre el cuerpo capilar y el evaporador, lo cual puede dañar al cuerpo capilar.
En forma alternativa o además, el material poroso puede comprender una tapa de material poroso que cubre esencialmente al segundo extremo del cuerpo capilar.
La tapa de material poroso puede cubrir el segundo extremo del cuerpo capilar lo suficiente, de modo que el cuerpo capilar no está en contacto con el evaporador. Esto es particularmente importante cuando el evaporador comprende un calentador eléctrico, ya que el material capilar no es resistente al calor. La tapa de material poroso puede proporcionar la protección y el soporte para el cuerpo capilar. Por ejemplo, cuando el cuerpo capilar comprende una pluralidad de fibras o hebras, la tapa de material poroso puede reducir la probabilidad de dividir o romper el cuerpo capilar. La tapa porosa no necesita cubrir al cuerpo capilar completo, siempre que la tapa porosa evite cualquier contacto entre el cuerpo capilar y el evaporador, lo cual puede dañar al cuerpo capilar.
En una modalidad particularmente preferida, el cartucho comprende una boquilla, un suministro de energía eléctrica y la circuitería eléctrica dispuesta en el dispositivo, el material capilar comprende un cuerpo capilar alargado para conducir el substrato formador de aerosol desde la porción de almacenamiento de líquido, el cuerpo capilar tiene un primer extremo extendido dentro de la porción de almacenamiento y un segundo extremo opuesto al primer extremo, el evaporador comprende un calentador eléctrico, que se puede conectar con el suministro de energía eléctrica, para calentar el substrato formador de aerosol en el segundo extremo del cuerpo capilar y la porción de almacenamiento, el cuerpo capilar y el calentador eléctrico están dispuestos en el cartucho.
La porción de almacenamiento y opcionalmente, el cuerpo capilar y el calentador se pueden remover del sistema generador de aerosol como un solo componente.
En una modalidad, la porción de almacenamiento incluye un pasaje interior, el evaporador se extiende por lo menos a través de parte del pasaje interior en la porción de almacenamiento y el material capilar comprende una interfaz capilar que recubre, por lo menos parcialmente, el pasaje interior.
En esta modalidad, durante el uso, el liquido se transfiere desde la porción de almacenamiento de liquido por la acción capilar a través de la interfaz capilar que recubre el pasaje interior. La área interna de la interfaz capilar, de preferencia, está en contacto con el substrato formador de aerosol líquido en la porción de almacenamiento de líquido. El material poroso es provisto entre la cara externa de la interfaz capilar y el evaporador. El liquido cerca de la cara externa de la interfaz capilar y en el material poroso se evapora para formar un vapor súper-saturado. La interfaz capilar puede comprender cualquier material capilar apropiado con forma de tubo. El tubo de material capilar puede extenderse a lo largo de toda o parte de la longitud del pasaje interior en la porción de almacenamiento de liquido.
En una modalidad preferida, la porción de almacenamiento de líquido tiene un pasaje interior, el evaporador comprende un calentador eléctrico extendido a través de por lo menos parte del pasaje interior en la porción de almacenamiento de líquido y el material capilar comprende una interfaz capilar que recubre, por lo menos parcialmente al pasaje interior, en donde el calentador eléctrico está dispuesto para calentar el substrato formador de aerosol líquido cerca de la cara externa de la interfaz capilar. El material poroso es provisto entre la cara externa de la interfaz capilar y el calentador eléctrico. Cuando el calentador se activa, el líquido cerca de la cara externa de la interfaz capilar se evapora por el evaporador para formar el vapor súper-saturado.
En esa modalidad, de preferencia, el material poroso comprende un tubo de material poroso dentro de la interfaz capilar, que recubre o recubre parcialmente el pasaje interior de la porción de almacenamiento de líquido.
El tubo de material poroso puede estar colocado de modo que la cara externa de la interfaz capilar no está en contacto con el evaporador. Esto es particularmente importante cuando el evaporador comprende un calentador eléctrico, ya que el material capilar de la interfaz capilar puede no ser resistente al calor. El material poroso solamente necesita actuar como una barrera cerca del evaporador.
En una modalidad particularmente preferida, el cartucho comprende una boquilla, un suministro de energía eléctrica y circuitería eléctrica dispuestos en el dispositivo, la porción de almacenamiento de líquido tiene un pasaje interior, el evaporador comprende un calentador eléctrico para calentar el substrato formador de aerosol líquido, el cual se puede conectar con el suministro de energía eléctrica y se extiende a través de por lo menos parte del pasaje interior en la porción de almacenamiento de líquido, el material capilar comprende una interfaz capilar que recubre por lo menos parcialmente el pasaje interior y la porción de almacenamiento de líquido, la interfaz comprende y el calentador eléctrico están dispuestos en el cartucho.
La porción de almacenamiento de líquido, y opcionalmente, la interfaz capilar y el calentador se pueden remover del sistema generador de aerosol como un solo componente.
De preferencia, el substrato formador de aerosol líquido tiene propiedades físicas, por ejemplo, punto de ebullición y presión de vapor, apropiadas para usarse en el dispositivo, cartucho o sistema. Cuando el punto de ebullición es demasiado alto, puede no ser posible evaporar el líquido, pero cuando el punto de ebullición es demasiado bajo, el líquido se puede evaporar rápidamente. De preferencia, el líquido comprende un material con contenido de tabaco que comprende compuestos volátiles de sabor de tabaco que se liberan del líquido luego del calentamiento. En forma alternativa o además, el líquido puede comprender un material de no tabaco. El líquido puede incluir soluciones acuosas, solventes no acuosos tales como etanol, extractos de plantas, nicotina, sabores naturales o artificiales o cualquier combinación de estos. De preferencia, el líquido también comprende un formador de aerosol que facilita la formación de un aerosol denso y estable. Los ejemplos de formador de aerosoles apropiados son glicerina y propilen-glicol.
El dispositivo generador de aerosol o cartucho puede comprender por lo menos una entrada de aire. El dispositivo generador de aerosol o cartucho puede comprender una salida de aire. El dispositivo generador de aerosol o cartucho puede comprender una cámara formadora de aerosol entre la entrada de aire y la salida de aire, para así, definir una ruta de flujo de aire desde la entrada de aire hasta la salida de aire a través de la cámara formadora de aerosol, para así conducir el aerosol hasta la salida de aire y dentro de la boca del usuario. En modalidades en donde la porción de almacenamiento de líquido comprende un pasaje interior, de preferencia, la ruta de flujo de aire desde la entrada de aire hasta la salida de aire pasa a través del pasaje interior. La cámara formadora de aerosol simplemente ayuda o facilita la generación del aerosol.
El dispositivo generador de aerosol puede ser operado en forma eléctrica y también puede comprender un suministro de energía eléctrica. El dispositivo generador de aerosol también puede comprender circuitería eléctrica. En una modalidad, la circuitería eléctrica comprende un sensor para detectar el flujo de aire indicativo que el usuario toma una fumada. En ese caso, de preferencia, la circuitería eléctrica está dispuesta para proporcionar un impulso de corriente eléctrica para el evaporador cuando el sensor detecta al usuario que toma una fumada. De preferencia, el período de tiempo del impulso de corriente eléctrica está pre-definido, dependiendo de la cantidad de líquido que se desee evaporar. La circuitería eléctrica de preferencia, se puede programar para este propósito. En forma alternativa, la circuitería eléctrica puede comprender un interruptor operado en forma manual para que el usuario inicie una fumada. El período de tiempo del impulso de corriente eléctrica de preferencia, está pre-definido dependiendo de la cantidad de líquido que se desee evaporar. De preferencia, la circuitería eléctrica se puede programar para este propósito.
De preferencia, el dispositivo, el cartucho o el sistema comprende un alojamiento. De preferencia, el alojamiento es alargado. Cuando el dispositivo generador de aerosol o el cartucho incluye un cuerpo capilar alargado, el eje longitudinal del cuerpo capilar y el eje longitudinal del alojamiento puede ser esencialmente paralelos. En una modalidad, el alojamiento incluye un inserto removióle que comprende la porción de almacenamiento de líquido, el cuerpo capilar y el calentador. En esa modalidad, esas partes se pueden remover del alojamiento como un solo componente. Esto puede ser útil para rellenar o reemplazar la porción de almacenamiento, por ejemplo.
El alojamiento puede comprender cualquier material o combinación de materiales. Los ejemplos de materiales apropiados incluyen, por ejemplo, metales, aleaciones, plásticos o materiales compuestos que contienen uno o más de estos materiales, o termoplásticos que son apropiados para aplicaciones de alimentos o farmacéuticas, por ejemplo, de polipropileno, poilieter-étercetona (PEEK) y polietileno. De preferencia, los materiales son ligeros y no quebradizos.
De preferencia, el dispositivo generador de aerosol y el cartucho son portátiles, tanto en forma individual como en cooperación. De preferencia, el dispositivo generador de aerosol se puede volver a usar por el usuario. De preferencia, el usuario puede desechar el cartucho, por ejemplo, cuando ya no tiene líquido contenido en la porción de almacenamiento de líquido. El dispositivo y el cartucho pueden cooperar para formar un sistema generador de aerosol que es un sistema para fumar y puede tener un tamaño comparable con un cigarro o puro convencional. El sistema para fumar puede tener una longitud total entre aproximadamente 30 mm y aproximadamente 150 mm. El sistema para fumar puede tener un diámetro externo entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 30 mm.
De preferencia, el sistema generador de aerosol es un sistema para fumar operado en forma eléctrica.
De conformidad con la invención, se proporciona un sistema generador de aerosol que comprende una porción de almacenamiento para almacenar el substrato formador de aerosol, un evaporador para calentar al substrato formador de aerosol para formar un aerosol, un material capilar para conducir el substrato formador de aerosol desde la porción de almacenamiento hacia el evaporador por acción capilar y un material poroso entre el material capilar y el evaporador. En esta modalidad, el sistema generador de aerosol no comprende un dispositivo o cartucho separado.
En una modalidad particularmente preferida, el material capilar comprende polipropileno y el material poroso comprende un material de cerámica, por ejemplo, alúmina (óxido de aluminio).
Las características descritas con relación a un aspecto de la invención se pueden aplicar en otro aspecto de la invención.
Breve Descripción de los Dibujos La invención será ahora descrita como ejemplo, al hacer referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales: La Figura 1 muestra un ejemplo de un sistema generador de aerosol. La Figura 2 es una vista en sección transversal esquemática de una primera modalidad de un cartucho para usarse con un dispositivo generador de aerosol para producir un sistema generador de aerosol como el mostrado en la Figura 1.
La Figura 3 es una vista en sección transversal, esquemática de una segunda modalidad de un cartucho para usarse con un dispositivo generador de aerosol para producir un sistema generador de aerosol como el mostrado en la Figura 1.
La Figura 4 es una vista en sección transversal, esquemática de una tercera modalidad de un cartucho para usarse con un dispositivo generador de aerosol para producir un sistema generador de aerosol como el mostrado en la Figura 1.
La Figura 5 es una vista en sección transversal, esquemática de una cuarta modalidad de un cartucho para usarse con el dispositivo generador de aerosol para producir un sistema generador de aerosol como el mostrado en la Figura 1; y La Figura 6 es una gráfica que muestra el calentamiento contra la temperatura de las tres configuraciones para un sistema generador de aerosol.
Descripción Detallada de la Invención La Figura 1 muestra un ejemplo de un sistema generador de aerosol. Aunque no se muestra explícitamente en la Figura 1, el sistema generador de aerosol comprende un dispositivo generador de aerosol, que de preferencia, se puede volver a usar, en cooperación con un cartucho, que de preferencia, es desechable. En la Figura 1, el sistema es un sistema para fumar operado en forma eléctrica. El sistema 100 para fumar de la Figura 1 comprende un alojamiento 101 que tiene un primer extremo que es un cartucho 103 y un segundo extremo que es un dispositivo 105. En el dispositivo, se proporciona un suministro de energía eléctrica en forma de una batería 107 y circuitería eléctrica en forma de hardware 109 y un sistema 11 de detección de fumada. En el cartucho, se proporciona una porción 113 de almacenamiento que contiene el líquido 115, un material capilar en forma de un cuerpo 117 capilar alargado y un evaporador en forma de un calentador 119. Se debe hacer notar que el calentador se muestra solamente en forma esquemática en la Figura 1. En la modalidad ejemplificativa mostrada en la Figura 1, un extremo del cuerpo capilar 117 se extiende dentro de la porción 113 de almacenamiento de líquido y el otro extremo del cuerpo capilar 117 está rodeado por un calentador 119. El calentador está conectado con la circuitería eléctrica a través de las conexiones 121, que pueden pasar a lo largo del exterior de la porción 113 de almacenamiento de líquido (no mostrada en la Figura 1). El alojamiento 101 también incluye una entrada 123 de aire, una salida 125 de aire en el extremo de cartucho y una cámara 127 formadora de aerosol.
Durante el uso la operación es como sigue. El líquido 115 se conduce por la acción capilar desde la porción 113 de almacenamiento de líquido desde el extremo del cuerpo capilar 117 que se extiende dentro de la porción de almacenamiento de líquido hasta el otro extremo del cuerpo capilar, que está rodeado por el calentador 119. Cuando el usuario extrae por la salida 125 de aire, el aire ambiental se arrastra a través de la entrada 123 de aire. En la configuración mostrada en la Figura 1, el sistema 111 de detección de fumada detecta la fumada y activa el calentador 119. La batería 107 suministra la energía eléctrica al calentador 119 para calentar el extremo del cuerpo capilar 117 rodeado por el calentador. El líquido en ese extremo del cuerpo capilar 117 se evapora por el calentador 119 para crear un vapor súper-saturado. Al mismo tiempo, el líquido a ser evaporado se reemplaza por otro líquido que se mueve a lo largo del cuerpo capilar 117 por la acción capilar. (Esto algunas veces es referido como "acción de bombeo"). El vapor súper-saturado creado se mezcla y se conduce en el flujo de aire desde la entrada 123 de aire. En la cámara 127 formadora de aerosol, el vapor se condensa para formar un aerosol inhalable, que es conducido hacia la salida 125 y dentro de la boca del usuario.
En la modalidad mostrada en la Figura 1, el hardware 109 y el sistema 111 de detección de fumada de preferencia, son programables. El hardware 109 y el sistema 111 de detección de fumada se pueden usar para manejar la operación de generación de aerosol.
La Figura 1 muestra un ejemplo de un sistema generador de aerosol de conformidad con la presente invención. Sin embargo, son posibles muchos otros ejemplos. El sistema generador de aerosol simplemente necesita incluir o recibir un substrato formador de aerosol contenido en una porción de almacenamiento, un evaporador para calentar el substrato formador de aerosol líquido, un material capilar para conducir el substrato formador de aerosol líquido hacia el evaporador y cierta clase de material poroso (a ser descrito más adelante con referencia a las Figuras 2 a la 6) entre el material capilar y el evaporador. Por ejemplo, el sistema no necesita ser operado en forma eléctrica. Por ejemplo, el sistema no necesita ser un sistema para fumar. Además, el sistema puede no incluir un calentador, en cuyo caso se puede incluir cualquier otro dispositivo para evaporar el substrato formador de aerosol líquido. Por ejemplo, la configuración del material capilar puede ser diferente. Por ejemplo, el sistema de detección de fumada puede no ser provisto. En su lugar, el sistema puede operar por la activación manual, por ejemplo, el usuario opera un interruptor cuando se toma una fumada. Por ejemplo, la forma y tamaño generales del alojamiento se puede alterar.
Como se describe antes, de conformidad con la invención, se proporciona un material poroso entre el material capilar y el evaporador. Las modalidades de la invención, incluyendo el material poroso será descrito con referencia a las Figuras 2 a la 6. Las modalidades están con base en el ejemplo mostrado en la Figura 1, aunque se pueden aplicar en otras modalidades. Se debe hacer notar que las Figuras 1 a la 5 son de naturaleza esquemática. En particular, los componentes mostrados no están necesariamente a escala, ya sea en forma individual o con relación a otros.
La Figura 2 es una vista esquemática de una primera modalidad de un cartucho para usarse con un dispositivo generador de aerosol para producir un sistema generador de aerosol como el mostrado en la Figura 1. El cartucho 200 incluye una porción 113 de almacenamiento, un cuerpo capilar 117 y un calentador 119. La porción 113 de almacenamiento de liquido contiene un substrato 115 formador de aerosol líquido. En la Figura 2, el calentador 119 tiene la forma de una bobina de calentamiento, conectada con circuitería eléctrica (no mostrada) a través de conexiones 121 eléctricas. El calentador 119 y las conexiones 121 eléctricas se muestran esquemáticamente en la Figura 2 y las conexiones eléctricas pueden pasar a lo largo del exterior de la porción 113 de almacenamiento de liquido aunque esto no se muestra en la Figura 2. También se proporciona un material poroso en forma de un manguito 201 poroso que rodea el extremo del cuerpo capilar 117 que sobresale de la porción 113 de almacenamiento de líquido.
El manguito 201 poroso proporciona el soporte estructural para el cuerpo capilar 117. De preferencia, el manguito 201 poroso comprende un material rígido. De este modo, el manguito 201 poroso evita o reduce la probabilidad de que el cuerpo capilar 117 se dañe, por ejemplo, se divida, doble o aplane. El manguito 201 poroso puede quedar retenido en su posición al ranurar dentro del alojamiento o en otra parte del dispositivo o cartucho generador de aerosol, cuando el cartucho se ensambla con el dispositivo generador de aerosol. De preferencia, el manguito 201 poroso comprende un material resistente al calor que puede proteger al cuerpo capilar 117 de daño potencial por calor desde el calentador. De este modo, el manguito poroso actúa como una barrera para el calor. El manguito 201 poroso también puede mejorar la distribución de calor. El manguito 201 poroso puede optimizar la transferencia de líquido, ya que el sistema generador de aerosol se calienta. En la Figura 2, el tamaño del manguito 201 poroso es pequeño comparado con el tamaño del cuerpo capilar 117. De este modo, solamente se requiere poco material resistente al calor. Ya que el material resistente al calor puede ser costoso, esto puede reducir los costos de fabricación. En esta modalidad, el manguito 201 poroso comprende un material eléctricamente aislante para asi no provocar un corto circuito a través de las bobinas del calentador.
En la Figura 2, el manguito 201 poroso no cubre el extremo terminal del cuerpo capilar 117. Aunque en la Figura 2, el manguito 201 poroso rodea el extremo completo del cuerpo capilar que sobresale de la porción 113 de almacenamiento de liquido, el manguito poroso simplemente puede cubrir el cuerpo capilar cerca del calentador 119, para así evitar el daño por calor en el cuerpo capilar 117. El diámetro requerido del manguito 201 poroso dependerá del tamaño del cuerpo capilar 117 y de la porción 113 de almacenamiento de líquido. La longitud requerida del manguito 201 poroso depende del tamaño del calentador 119, lo que a su vez, depende de la cantidad deseada a ser evaporada. El espesor requerido del manguito 201 poroso depende de las propiedades aislantes y de la porosidad requerida.
La Figura 3 es una vista esquemática de una segunda modalidad de un cartucho para usarse con un dispositivo generador de aerosol para producir un sistema generador de aerosol como el mostrado en la Figura 1. El cartucho 300 incluye una porción 113 de almacenamiento, un cuerpo capilar 117 y un calentador 119. La porción 113 de almacenamiento de líquido contiene al substrato 115 formador de aerosol líquido. Como en la Figura 2, en la Figura 3 el calentador 119 tiene la forma de una bobina de calentamiento, conectada con circuitería eléctrica (no mostrada) a través de conexiones 121 eléctricas. El calentador 119 y las conexiones 121 eléctricas se muestran esquemáticamente en la Figura 3 y las conexiones eléctricas pueden pasar a lo largo del exterior de la porción 113 de almacenamiento de líquido, aunque esto no se muestra. También se proporciona un material poroso en forma de una tapa 301 porosa que rodea el extremo del cuerpo capilar 117 que sobresale de la porción 113 de almacenamiento de líquido y que cubre el extremo terminal del cuerpo capilar 117.
La tapa 301 porosa proporciona el soporte estructural para el cuerpo capilar 117. De preferencia, la tapa porosa 301 comprende un material rígido. De este modo, la tapa 301 porosa evita o reduce la probabilidad de que el cuerpo capilar 117 se dañe, por ejemplo, se divida, doble o aplane. En particular, debido a que el extremo terminal del cuerpo capilar 117 queda cubierto, se reduce sustancialmente la oportunidad de que el material capilar se divida. La tapa 301 porosa puede quedar retenida en su posición al ranurar dentro del alojamiento o en otra parte del dispositivo generador de aerosol o el cartucho, cuando el cartucho se ensambla con el dispositivo generador de aerosol. La tapa 301 de preferencia, comprende un material resistente al calor que puede proteger al cuerpo capilar 117 del daño potencial por calor desde el calentador. De este modo, la tapa porosa actúa como una barrera de calor. La tapa 301 porosa también puede mejorar la distribución de calor. La tapa 301 porosa puede volver más eficiente la transferencia de líquido, ya que el sistema generador de aerosol se calienta. En la Figura 3, el tamaño de la tapa 301 porosa es menor comparado con el tamaño del cuerpo capilar 117. De este modo, solamente se requiere poco material resistente al calor. Debido a que el material resistente al calor puede ser costoso, esto puede reducir los costos de fabricación. En esta modalidad, la tapa 301 porosa comprende un material eléctricamente aislante para así no provocar un corto circuito a través de las bobinas del calentador.
En la Figura 3, la tapa 301 porosa rodea el extremo completo del cuerpo capilar que sobresale de la porción 113 de almacenamiento de líquido y también cubre el extremo terminal del cuerpo capilar 117. Sin embargo, la tapa porosa simplemente cubre el cuerpo capilar cerca del calentador 119, para así evitar el daño por calor en el cuerpo capilar 117. El diámetro requerido de la tapa 301 porosa dependerá del tamaño del cuerpo capilar 117 y de la porción 113 de almacenamiento de líquido. La longitud requerida de la tapa 301 porosa depende del tamaño del calentador 119, lo cual a su vez, depende de la cantidad de líquido deseado a ser evaporado. El espesor requerido de la tapa 301 porosa dependerá de las propiedades aislantes y de la porosidad requerida.
La Figura 4 es una vista esquemática de una tercera modalidad de un cartucho para usarse con un dispositivo generador de aerosol para producir un sistema generador de aerosol como el mostrado en la Figura 1. El cartucho 400 incluye la porción 113 de almacenamiento de líquido y el cuerpo 117 capilar, y como en las Figuras 2 y 3, la porción 113 de almacenamiento de líquido contiene al substrato 115 formador de aerosol líquido. También se proporciona un miembro 401 poroso que rodea el extremo del cuerpo capilar 117 que sobresale de la porción 113 de almacenamiento de líquido. Una cuchilla o cuchillas 403 de calentamiento están ubicadas dentro del miembro 401 poroso. La porción del miembro 401 poroso entre la cuchilla o cuchillas 403 del calentador y el cuerpo capilar 117 forma un material 405 poroso. Las cuchillas 403 del calentador están conectadas con circuitería eléctrica (no mostrada) a través de conexiones 121 eléctricas. Las cuchillas 403 del calentador y las conexiones 121 eléctricas se muestran esquemáticamente en la Figura 4 y las conexiones eléctricas pueden pasar a lo largo del exterior de la porción 113 de almacenamiento de liquido, aunque esto no se muestra.
El miembro 401 poroso proporciona el soporte estructural para el cuerpo capilar 117. De preferencia, el miembro 401 poroso comprende un material rígido. De este modo, el miembro 401 poroso evita o reduce la probabilidad de que el cuerpo capilar 117 se dañe, por ejemplo, se divida, doble o aplane. El miembro 401 poroso puede quedar retenido en su posición al ranurar dentro del alojamiento u otra parte del dispositivo generador de aerosol o cartucho, cuando el cartucho se ensambla con el dispositivo generador de aerosol. De preferencia, el miembro 401 poroso comprende un material resistente al calor que puede proteger el cuerpo capilar 117 del daño potencial por el calor desde la cuchilla o cuchillas 403 del calentador. De este modo, la porción 405 del miembro 401 poroso entre la cuchillas 403 del calentador y el cuerpo capilar 117 actúa como una barrera de calor. El miembro 401 poroso también puede mejorar la distribución de calor. El miembro 401 poroso puede volver más eficiente la transferencia de calor, ya que el sistema generador de aerosol se calienta. En la Figura 4, el tamaño del miembro 401 poroso es pequeño comparado con el tamaño del cuerpo capilar 117. De este modo, solamente se requiere poco material resistente al calor. Debido a que el material resistente al calor puede ser costoso, esto puede reducir los costos de fabricación. En esta modalidad, el miembro 401 poroso comprende un material eléctricamente aislante para así, no provocar un corto circuito a través de la cuchilla o cuchillas del calentador.
En la Figura 4, el miembro 401 poroso rodea el extremo completo del cuerpo capilar que sobresale de la porción 113 de almacenamiento de líquido. Sin embargo, el miembro 401 poroso puede ser más corto que la porción expuesta del cuerpo capilar. En la Figura 4, el miembro 401 poroso no cubre el extremo terminal del cuerpo capilar 117, aunque es posible que el miembro 401 poroso cubra el extremo terminal del cuerpo capilar, como en la modalidad mostrada en la Figura 3. Las cuchillas 403 de calentamiento pueden tomar cualquier forma apropiada para calentar el substrato formador de aerosol líquido en el cuerpo capilar 117 y el miembro 401 poroso. El diámetro requerido del miembro 401 poroso depende del tamaño del cuerpo capilar 117 y de la porción 113 de almacenamiento de líquido. La longitud requerida del miembro 401 poroso depende del tamaño y la forma de las cuchillas del calentador, que a su vez, depende de la cantidad deseada del líquido a ser evaporado. El espesor requerido del miembro 401 poroso, en particular el material 405 poroso, depende de las propiedades aislantes y de la porosidad requerida. De preferencia, las cuchillas 403 de calentamiento y el miembro 401 poroso están formados integrados, esto es se fabrican juntos de una sola pieza. Esto simplifica la fabricación.
La Figura 5 es una vista esquemática de una cuarta modalidad de un cartucho para usarse con un dispositivo generador de aerosol para producir un sistema generador de aerosol como el mostrado en la Figura 1. Sin embargo, la modalidad mostrada en la Figura 5 tiene una forma muy diferente a los cartuchos mostrados en las Figuras 1 a la 4. En la Figura 5, el cartucho 500 comprende una porción 501 de almacenamiento, que tiene la forma de un contenedor que tiene un pasaje 503 interior. En la Figura 5, la porción 501 de almacenamiento de líquido contiene un substrato 505 formador de aerosol líquido. De preferencia, el cartucho coopera en forma firme con el dispositivo generador de aerosol y el pasaje 503 interior forma parte de la ruta del flujo de aire que fluye dentro de la entrada o entradas 123 de aire (consultar Figura 1) hacia la salida 125 de aire (consultar la Figura 1). El pasaje 503 interior está recubierto o recubierto parcialmente con un material capilar en forma de una interfaz 507 capilar. Un calentador 509 se extiende a través del pasaje 503 interior. En la Figura 5, el calentador 509 está en la forma de una bobina de calentamiento. La bobina de calentamiento está conectada con circuitería eléctrica (no mostrada) a través de conexiones eléctricas (tampoco mostradas). También se proporciona un material poroso en forma de un tubo 511 poroso que recubre o recubre parcialmente el pasaje 503 interior y proporciona una barrera entre el calentador 509 y la interfaz 507 capilar. De preferencia, el calentador 509 está en contacto con el tubo 511 poroso y de preferencia, el tubo 511 poroso está en contacto con la interfaz 507 capilar. Esto asegura una buena transferencia de calor del substrato formador de aerosol líquido desde la porción 501 de almacenamiento de liquido hacia el calentador 509.
La operación de la modalidad mostrada en la Figura 5 es similar a la operación de las modalidades mostradas en las Figuras 1 a la 4. Durante el uso, el substrato 505 formador de aerosol es conducido por la acción capilar desde la porción 501 de almacenamiento de líquido desde el lado de la interfaz 507 capilar en contacto con el líquido hasta el lado de la interfaz 507 capilar en contacto con el tubo 511 poroso. Cuando el usuario extrae por la salida de aire, el aire ambiental se arrastra a través del pasaje 503 interior y el calentador 509 se activa. El calentador 509 calienta al substrato formador de aerosol líquido 505 en la interfaz 507 capilar y en el tubo 51 poroso y el tubo 511 poroso protege la interfaz 507 capilar del daño por calor. El líquido se evapora por el calentador para formar un vapor súper-saturado y al mismo tiempo, el líquido a ser evaporado es reemplazado por otro líquido que se mueve a través de la interfaz 507 capilar y dentro del tubo 511 poroso. El vapor súper-saturado se mezcla con y es conducido en el flujo de aire a través del pasaje interior y dentro de la boca del usuario.
El tubo 511 poroso proporciona el soporte estructural para la interfaz 507 capilar. De preferencia, el tubo 511 poroso comprende un material rígido. De este modo, el tubo 511 poroso evita o reduce la probabilidad de que el interfaz 507 capilar se dañe, por ejemplo, se divida, doble o aplane. El tubo 511 poroso puede ayudar a asegurar que la interfaz 507 capilar permanezca en su posición que recubre el pasaje 503 interior. De preferencia, el tubo 511 poroso comprende un material resistente al calor que puede proteger el interfaz 507 capilar del daño potencial por el calor desde el calentador. De este modo, el tubo 511 poroso actúa como una barrera de calor. El tubo 511 poroso también puede mejorar la distribución de calor. El tubo 511 poroso puede volver más eficiente la transferencia de líquido, ya que el sistema generador de aerosol se calienta. En la Figura 5, el tamaño del tubo 511 poroso es pequeño comparado con el tamaño del interfaz 507 capilar. De este modo, la longitud del tubo 511 poroso es pequeña comparada con la longitud de la interfaz 507 capilar. De este modo, solamente se requiere poco material resistente al calor. Debido a que el material resistente al calor puede ser costoso, esto puede reducir los costos de fabricación. En esta modalidad, el tubo 511 poroso comprende un material eléctricamente aislante para así, no provocar un corto circuito a través de las bobinas del calentador.
En la Figura 5, el tubo 511 poroso no se extiende a lo largo de la longitud de la porción 501 de almacenamiento de líquido y la interfaz 507 capilar, aunque esto es posible. El tubo 511 poroso puede extenderse a lo largo de la longitud de la porción 501 de almacenamiento de líquido y la interfaz 507 capilar siempre que proporcione una barrera para la interfaz 507 capilar cerca del calentador 509. El diámetro requerido para el tubo 511 poroso depende del tamaño del pasaje 503 interior de la porción 501 de almacenamiento de liquido. La longitud requerida del tubo 511 poroso depende del tamaño del calentador 509, que a su vez, depende de la cantidad deseada de líquido a ser evaporado. El espesor requerido del tubo 511 poroso depende de las propiedades aislantes y de la porosidad requerida.
Las modalidades ilustradas en las Figuras 2 a la 5 incluyen un material capilar y un material poroso. El material capilar puede comprender cualquier material o combinación de materiales apropiados que tengan la capacidad de conducir el substrato formador de aerosol hacia el calentador. Los ejemplos de materiales capilares apropiados incluyen un material de espuma o de esponja, materiales con base de cerámica o grafito en forma de fibras o polvos sinterizados, metal espumado o material plástico, un material fibroso, por ejemplo, hecho de fibras extruidas o tejidas, tales como fibras de acetato de celulosa, poliéster o de poliolefina enlazada, polietileno, terileno, o polipropileno, fibras de nylon o de cerámica. El material capilar puede tener cualquier capilaridad apropiada para así ser usado con diferentes propiedades físicas del líquido.
El material poroso puede comprender cualquier material o combinación de materiales apropiados que sea permeable al substrato formador de aerosol líquido y que permita que el substrato formador de aerosol líquido migre desde el material capilar al calentador. El material poroso puede comprender un material que es inherentemente poroso, por ejemplo, un material de cerámica tal como alúmina (óxido de aluminio). En forma alternativa, el material poroso puede comprender un material con una pluralidad de pequeños orificios para permitir la migración del substrato formador de aerosol liquido hasta el evaporador. El material poroso puede comprender un material hidrof ílico para mejorar la distribución del substrato formador de aerosol líquido. El material o materiales preferidos dependerá de las propiedades físicas del substrato formador de aerosol líquido. Los ejemplos de los materiales apropiados son un material capilar, por ejemplo, un material de espuma o de esponja, o un material plástico, un material fibroso, por ejemplo, hecho de fibras extruidas o tejidas, tal como acetato de celulosa, poliéster, poliolefina enlazada, fibras de polietileno, terileno o de polipropileno, fibras de nylon o de cerámica. El material poroso puede tener cualquier porosidad apropiada para ser usado con diferentes propiedades físicas del líquido. En las modalidades ilustradas en las Figuras 2 a la 5, el material poroso es un componente separado. Sin embargo, se pueden contemplar otras formas de material poroso. Por ejemplo, el material poroso puede comprender un recubrimiento poroso sobre el calentador o parte del calentador. Son posibles otras modalidades.
Las Figuras 2 a la 5 muestran ejemplos de cartuchos para usarse con el dispositivo generador de aerosol de conformidad con la presente invención. Son posibles otros ejemplos. De preferencia, el cartucho es desechable y está dispuesto para cooperar con el dispositivo generador de aerosol que puede ser re-usable. El cartucho se puede rellenar o reemplazar cuando el líquido se agota. De este modo, cuando el substrato formador de aerosol líquido en el cartucho se ha agotado, el cartucho puede ser desechado o reemplazado con un nuevo cartucho o el cartucho vacío puede ser rellenado. Sin embargo, el dispositivo generador de aerosol puede no estar diseñado para operar junto con un cartucho separado. En su lugar, el dispositivo generador de aerosol puede incluir o recibir un substrato formador de aerosol líquido en una porción de almacenamiento y comprender un evaporador para calentar el substrato formador de aerosol líquido, el material capilar para conducir el substrato formador de aerosol hacia el evaporador y el material poroso entre el evaporador y el material capilar. Es decir, el dispositivo generador de aerosol puede comprender todos los componentes descritos con relación al cartucho. Además, el dispositivo generador de aerosol puede comprender un suministro de energía eléctrica y circuiteria eléctrica.
En las Figuras 1 a la 5, el evaporador comprende un calentador eléctrico y el material poroso protege al material capilar del daño por calor. El material poroso también mejora la distribución de calor, lo cual resulta en una formación más consistente del aerosol. En una modalidad preferida, el material capilar comprende polipropileno y el material poroso comprende cerámica. Los inventores de la presente invención han comparado los patrones de distribución de calor a través del material capilar de polipropileno y la barrera de cerámica con los patrones de distribución de calor en disposiciones sin un material poroso. Cuando el material capilar es polipropileno, y no se proporciona el material poroso, se ha encontrado que después de solamente 2 segundos de calentamiento, las temperaturas en el material capilar exceden la temperatura de fusión del polipropileno. Las temperaturas no son homogéneas, con gradientes agudos de temperatura y puntos calientes. De este modo, aunque el polipropileno es un material conveniente (y relativamente poco costoso) de usar para el material capilar, no se puede usar (sin un material poroso) ya que el polipropileno se fundirá. Por otra parte, cuando el material capilar es cerámica y no se proporciona el material poroso, se ha encontrado que solamente después de 2 segundos de calentamiento, las temperaturas en el material capilar no exceden la temperatura de fusión de la cerámica (que es mucho más alta que la del polipropileno). De este modo, la cerámica es un material ideal para el material capilar, pero es relativamente costosa. De conformidad con una modalidad de la invención, el material capilar comprende polipropileno y se proporciona un material poroso cerámico. En esa modalidad, se ha encontrado que la temperatura en el material capilar de polipropileno es considerablemente más baja que la encontrada con un material capilar de polipropileno solo, debido a que la barrera de cerámica protege al material capilar. También se ha encontrado que las temperaturas son razonablemente homogéneas. De este modo, el volumen mayor del material requerido puede ser polipropileno (relativamente poco costoso), pero el polipropileno puede protegerse de las temperaturas sobre su punto de fusión por la barrera de cerámica.
La Figura 6 es una gráfica del tiempo de calentamiento (s) contra la temperatura (°C) para cada una de las tres configuraciones antes descritas. La Figura 6 muestra la temperatura máxima alcanzada después de 2 segundos de calentamiento. La curva 601 es la curva de calentamiento para la configuración que incluye el material capilar de polipropileno y sin material poroso. La temperatura alcanzada en el material capilar después de 2 segundos de calentamiento es casi de 400°C. La curva 603 es la curva de calentamiento para la configuración que incluye un material capilar de cerámica y sin material poroso. La temperatura alcanzada en el material capilar después de 2 segundos de calentamiento es menor que 100°C. La curva 605 es la curva de calentamiento para la modalidad de la invención que incluye un material capilar de polipropileno junto con una barrera de cerámica. La temperatura alcanzada en el material capilar es solamente de aproximadamente 150°C. De este modo, la modalidad de la invención ha reducido sustancialmente la temperatura máxima alcanzada en el material capilar, mientras evita la necesidad de grandes cantidades de material de cerámica costoso.
De conformidad con la invención, el dispositivo generador de aerosol o el cartucho o el sistema incluye un material poroso entre el material capilar y el evaporador. El material poroso proporciona el soporte estructural al material capilar, lo cual puede reducir los costos de fabricación y cuando el evaporador comprende un calentador puede proteger al material capilar del daño por el calor. Las modalidades del material poroso han sido descritas con referencia a las Figuras 2 a la 6. Las características descritas con relación a una modalidad también se pueden aplicar en otras modalidades.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo generador de aerosol que comprende: una porción de almacenamiento para almacenar un substrato formador de aerosol; un evaporador para calentar el substrato generador de aerosol; un material capilar para conducir el substrato formador de aerosol desde la porción de almacenamiento hacia el evaporador por la acción capilar; y un material poroso entre el material capilar y el evaporador.
2. El dispositivo generador de aerosol de conformidad con la reivindicación 1, en donde el dispositivo generador de aerosol es operado en forma eléctrica y el evaporador comprende un calentador eléctrico para calentar el substrato formador de aerosol.
3 El dispositivo generador de aerosol de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, en donde el material poroso comprende un material resistente al calor.
4. El dispositivo generador de aerosol de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el evaporador está situado dentro de un miembro poroso, el miembro poroso comprende el material poroso.
5. El dispositivo generador de aerosol de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material capilar comprende un cuerpo capilar alargado para conducir el substrato formador de aerosol desde la porción de almacenamiento hacia el evaporador, el cuerpo capilar tiene un primer extremo extendido dentro de la porción de almacenamiento y un segundo extremo opuesto al primer extremo, en donde el evaporador está dispuesto para evaporar el substrato formador de aerosol en el segundo extremo del cuerpo capilar.
6. El dispositivo generador de aerosol de conformidad con la reivindicación 5, en donde el material poroso comprende un manguito de material poroso que rodea esencialmente el segundo extremo del cuerpo capilar.
7. El dispositivo generador de aerosol de conformidad con la reivindicación 5 o la reivindicación 6, en donde el material poroso comprende una tapa de material poroso que cubre esencialmente el segundo extremo del cuerpo capilar.
8. El dispositivo generador de aerosol de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 4, en donde la porción de almacenamiento incluye un pasaje interior, el evaporador se extiende a través de por lo menos parte del pasaje interior en la porción de almacenamiento y el material capilar comprende una ¡nterfaz capilar que recubre, por lo menos parcialmente el pasaje interior.
9. Un cartucho que comprende: una porción de almacenamiento para almacenar un substrato formador de aerosol; un evaporador para calentar el substrato formador de aerosol; un material capilar para conducir el substrato formador de aerosol desde la porción de almacenamiento hacia el evaporador por acción capilar; y un material poroso entre el material capilar y el evaporador.
10. El cartucho de conformidad con la reivindicación 9, en donde el dispositivo generador de aerosol es operado en forma eléctrica y el evaporador comprende un calentador eléctrico para calentar el substrato formador de aerosol, el calentador eléctrico se puede conectar con un suministro de energía eléctrica en el dispositivo generador de aerosol.
11. El cartucho de conformidad con la reivindicación 9 ó 10, en donde el material poroso comprende un material resistente al calor,
12. El cartucho de conformidad con la reivindicación 10 o la reivindicación 11, en donde el evaporador está situado dentro de un miembro poroso, el miembro poroso comprende un material poroso.
13. El cartucho de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 a la 12, en donde el material capilar comprende un cuerpo capilar alargado para conducir el substrato formador de aerosol desde el contenedor hacia el evaporador, el cuerpo capilar tiene un primer extremo extendido dentro del contenedor y un segundo extremo opuesto al primer extremo, en donde el evaporador está dispuesto para evaporar el substrato formador de aerosol en el segundo extremo del cuerpo capilar.
14. El cartucho de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 a la 12, en donde el contenedor incluye un pasaje interior, el pasaje se extiende a través de por lo menos parte del pasaje interior en el contenedor y el material capilar comprende una interfaz capilar que recubre, por lo menos parcialmente, el pasaje interior.
15. Un sistema generador de aerosol que comprende: un dispositivo generador de aerosol en cooperación con el cartucho, el cartucho o el dispositivo generador de aerosol comprende una porción de almacenamiento para almacenar el substrato formador de aerosol, en donde el cartucho o el dispositivo generador de aerosol comprende un evaporador para calentar el substrato formador de aerosol para formar un aerosol; en donde el cartucho o el dispositivo generador de aerosol comprende un material capilar para conducir el substrato formador de aerosol desde la porción de almacenamiento hacia el evaporador por la acción capilar; y en donde el cartucho o el dispositivo generador de aerosol comprende un material poroso entre el material capilar y el evaporador.
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