MX2014008092A - Dispositivo generador de aerosol con distribucion mejorada de temperatura. - Google Patents

Dispositivo generador de aerosol con distribucion mejorada de temperatura.

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Abstract

Se proporciona un dispositivo generador de aerosol configurado para recibir un substrato formador de aerosol y configurado para calentar el substrato formador de aerosol con el uso de tanto el calentador interno, colocado dentro del substrato y un calentador externo colocado fuera del substrato. El uso de un calentador interno y externo permite que cada calentador opere a una temperatura más baja que lo que sería requerido cuando se usa un calentador interno o externo solo. Al operar el calentador externo a una temperatura más baja que el calentador interno, el substrato se puede calentar para tener una distribución de temperatura esencialmente uniforme mientras la temperatura externa del dispositivo se puede mantener a un nivel aceptablemente bajo.

Description

DISPOSITIVO GENERADOR DE AEROSOL CON DISTRIBUCIÓN MEJORADA DE TEMPERATURA Campo de la Invención La presente especificación se relaciona con un dispositivo generador de aerosol calentado y en particular, con una disposición de calentamiento y con un método para calentar un substrato formador de aerosol dentro de un dispositivo generador de aerosol.
Antecedentes de la Invención Los dispositivos generadores de aerosol en donde un substrato formador de aerosol se calienta para producir un aerosol son bien conocidos en la técnica. Para un substrato formador de aerosol determinado, existe un rango de temperaturas aceptables con las cuales se puede calentar. Es importante no exceder la temperatura máxima, porque podría ocurrir la combustión o pirólisis. Sin embargo, por debajo de una temperatura mínima el aerosol deseado no se formará. El substrato se puede calentar con el uso de calentadores colocados en forma externa al substrato o en forma interna del substrato. Con el uso de un calentador interno tiene la ventaja de que el calor es provisto en forma eficiente para el substrato con menos pérdida de calor que con los calentadores externos. Sin embargo, un problema con el uso del calentador interno es que es difícil proporcionar el calor en forma uniforme a través del substrato y asi calentar el substrato completo dentro del intervalo de temperatura óptima.
Sería conveniente calentar un substrato formador de aerosol para tener una distribución uniforme de temperatura, o por lo menos para que todo el substrato tenga una temperatura dentro del rango de temperatura deseable.
Breve Descripción de la Invención La presente invención se relaciona con un dispositivo generador de aerosol configurado para recibir un substrato formador de aerosol y configurado para calentar el substrato formador de aerosol con el uso de un calentador interno, colocado dentro del substrato y un calentador externo colocado fuera del substrato. El uso de un calentador interno y externo permite que cada calentador opere a una temperatura más baja de la requerida cuando se usa un calentador externo o interno solo. Al operar el calentador externo a una temperatura más baja que el calentador interno, el substrato se puede calentar para tener una distribución de temperatura relativamente uniforme mientras la temperatura externa del dispositivo se puede mantener a un nivel aceptablemente bajo. Este es un problema importante para los dispositivos manuales, debido a que por ejemplo, cuando se requieren temperaturas más altas para los calentadores, pueden surgir puntos calientes peligrosos o incómodos durante la operación del dispositivo generador de aerosol.
En una modalidad, se proporciona un dispositivo generador de aerosol que comprende una cavidad receptora del substrato configurada para recibir al substrato formador de aerosol, un calentador interno colocado dentro de la cavidad receptora de substrato, un calentador externo colocado en el perímetro de la cavidad receptora de substrato y un controlador configurado para controlar el suministro de energía para el calentador interno o para el calentador externo, o para el calentador interno y el calentador externo, para que el calentador externo tenga una temperatura más baja que el calentador interno. Durante el uso, el calentador externo puede tener una temperatura más baja que la temperatura del substrato formador de aerosol pero más alta que la temperatura ambiente.
Como se usa aquí, un "dispositivo generador de aerosol" se relaciona con un dispositivo que interactúa con un substrato formador de aerosol para generar un aerosol. El substrato formador de aerosol puede ser parte de un artículo generador de aerosol, por ejemplo, parte de un artículo para fumar. Un dispositivo generador de aerosol puede ser un dispositivo para fumar que interactúa con el substrato formador de aerosol de un artículo generador de aerosol para generar un aerosol que se puede inhalar directamente hasta los pulmones del usuario por la boca del mismo. El dispositivo generador de aerosol puede ser un sujetador.
Como se usa aquí, el término "substrato formador de aerosol" se relaciona con un substrato con la capacidad de liberar compuestos volátiles que pueden formar un aerosol. Tales compuestos volátiles pueden ser liberados al calentar el substrato formador de aerosol. Un substrato formador de aerosol puede ser parte, convenientemente, del artículo generador de aerosol o del artículo para fumar.
Como se usa aquí, los términos "artículo generador de aerosol" y "artículo para fumar" se refieren a un artículo que comprende un substrato formador de aerosol que tiene la capacidad de liberar compuestos volátiles que pueden formar un aerosol. Por ejemplo, un artículo generador de aerosol puede ser un articulo para fumar que genera un aerosol que se puede inhalar directamente hasta los pulmones del usuario a través de la boca del usuario. El artículo generador de aerosol puede ser desechable. El término "artículo para fumar" se usa de aquí en adelante. Un artículo para fumar puede comprender o no una barra de tabaco.
El calentador externo puede tener la forma o ser controlado para proporcionar, junto con el calentador interno, una distribución de temperatura esencialmente uniforme alrededor del perímetro de la cavidad. La distribución de temperatura esencialmente uniforme puede ser determinada por varios métodos, por ejemplo, con el uso de un perfil de cámara infrarroja o termoacoplamientos. Otros métodos para determinar la distribución de temperatura serán evidentes para las personas experimentadas en la técnica. La forma más conveniente del calentador externo depende de la forma del calentador interno así como de la forma del substrato formador de aerosol. Por ejemplo, el calentador externo puede tener la forma y estar colo9cado adyacente a las porciones del substrato formador de aerosol más lejanas o que reciben el menor calor desde el calentador interno.
Con ventaja, el calentador externo puede estar dispuesto esencialmente en forma simétrica alrededor del perímetro de la cavidad receptora de substrato, en particular cuando el calentador interno está dispuesto en forma simétrica o centrada dentro de la cavidad receptora de substrato. El calentador externo puede comprender uno o más calentadores externos. El término "elemento de calentamiento externo" se refiere a uno que rodea por lo menos parcialmente el substrato formador de aerosol.
El calentador interno puede comprender un elemento de calentamiento interno en forma de cuchilla, para insertarse por lo menos parcialmente dentro del substrato formador de aerosol del artículo para fumar cuando el artículo para fumar es recibido en la cavidad. Un "elemento de calentamiento interno" es uno que es apropiado para insertarse dentro del material formador de aerosol.
El calentador externo puede comprender dos elementos de calentamiento, cada uno extendido parcialmente alrededor del perímetro de la cavidad y colocado para confrontarse a las caras más grandes de la cuchilla de calentamiento interno.
El controlador puede tomar la forma de circuitería electrónica dispuesta para ser conectada con un suministro de energía o con uno o ambos de los calentadores interno y externo. La circuitería electrónica puede funcionar para los calentadores interno y externo para ser controlados en forma independiente o para separar los elementos de calentamiento que forman parte de los calentadores interno y externo, para ser controlado en forma independiente. La corriente electrónica puede ser programable.
El controlador puede estar configurado para controlar el calentador externo para tener una temperatura entre 100 y 200 grados centígrados. El controlador se puede configurar para controlar el calentador interno para tener una temperatura entre 320 y 420 grados centígrados. En una modalidad, el controlador será configurado para de que el calentador interno tenga una temperatura promedio sobre el área superficial del calentador interno de aproximadamente 375 grados centígrados y una temperatura máxima localizada de 420 grados centígrados.
El dispositivo generador de aerosol también puede comprender un alojamiento que contiene a los calentadores interno y externo. El alojamiento puede estar diseñado para ser sujetado por el usuario.
El calentador externo puede estar separado del alojamiento por un hueco de aire o una capa de aislamiento. En particular, se puede proporcionar una estructura de soporte alrededor del calentador externo, la estructura de soporte comprende una superficie interna que tiene una o más costillas o proyecciones, las costillas o proyecciones hacen contacto con el calentador externo. La estructura de soporte puede ser recibida dentro del alojamiento o formar parte del alojamiento. Al dar soporte al calentador externo en las costillas o proyecciones, la conducción térmica desde el calentador externo hasta la estructura de soporte y para el alojamiento es relativamente baja. El calentador externo puede estar colocado en o formar una superficie interna de la cavidad, de modo que durante el uso, el calentador externo hace contacto con el substrato formador de aerosol o con una envoltura externa o recinto del substrato formador de aerosol. El calentador externo puede entonces calentar el substrato formador de aerosol directamente por conducción. Será evidente para las personas experimentadas en la técnica que aunque se hace referencia a una cavidad para recibir al substrato formador de aerosol, el substrato formador de aerosol puede ser un elemento que comprende un artículo para fumar que comprende una barra que incluye al substrato formador de aerosol, así como otros elementos, tales como filtros y porciones de transferencia. Por lo tanto, como será evidente para las personas experimentadas en la técnica el calentador externo puede ser provisto en el alojamiento, en tal forma para permitir que el calentamiento del substrato a través de la modificación del alojamiento, el diseño del calentador externo y el artículo para fumar. La estructura de soporte puede comprender una malla o comprender una pluralidad de orificios con el fin de proporcionar una baja masa térmica.
El calentador externo puede ser provisto en un manguito que se puede mover con relación al alojamiento del dispositivo. El substrato formador de aerosol puede ser recibido en el manguito. El manguito se puede usar para ayudar en la inserción y extracción del substrato formador de aerosol para y desde el dispositivo. El manguito puede comprender un recipiente deslizante para recibir al substrato, el recipiente deslizante se puede deslizar entre una primera posición y una segunda posición. La primera posición del recipiente deslizante es una posición operativa en donde los calentadores interno y externo pueden calentar el substrato formador de aerosol para formar el aerosol. El manguito puede incluir contactos eléctricos para la conexión del calentador externo con el suministro de energía en el dispositivo, cuando el manguito está en la primera posición.
El dispositivo generador de aerosol también puede comprender una entrada de aire. El dispositivo generador de aerosol puede también comprender una salida de aire. El dispositivo generador de aerosol también puede comprender una cámara de condensación para permitir formar el aerosol con las características deseadas.
El dispositivo generador de aerosol puede ser un sistema para fumar calentado en forma eléctrica y puede comprender los calentadores interno y externo.
Los elementos del calentador eléctrico pueden comprender un material eléctricamente resistivo. Los materiales eléctricamente resistivos incluyen, sin limitar: semiconductores, tales como 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, níquel, cobalto, cromo, aluminio, titanio, zirconio, hafnio, niobio, molibdeno, tántalo, tungsteno, estaño, galio, manganeso, oro y aleaciones con contenido de hierro y súper aleaciones con base en níquel, hierro, cobalto, acero inoxidable, Timetal®, y aleaciones con base de hierro-manganeso-aluminio. 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. En forma alternativa, los calentadores eléctricos pueden comprender elementos calentadores infrarrojos, fuentes fotónicas o elementos calentadores inductivos.
El calentador interno puede adoptar cualquier forma apropiada. Por ejemplo, el por lo menos un calentador interno puede adoptar la forma de una cuchilla de calentamiento. En forma alternativa, el calentador interno 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 calentador interno puede ser uno o más de una o más agujas o barras de calentamiento que se extienden a través del centro del substrato formador de aerosol como se describe antes. Otras alternativas incluyen un alambre o filamento de calentamiento, por ejemplo, un alambre de Niquel-Cromo Ni-Cr, de platino, oro, plata, tungsteno o de una aleación, o una placa de calentamiento. En forma opcional, el elemento de calentamiento interno puede estar depositado en o en un material portador rígido. En tal modalidad, el calentador eléctricamente resistivo puede formarse con el uso de un metal que tiene una relación definida entre la temperatura y la resistividad. En tal dispositivo ejemplificativo, el metal puede formarse como un riel en un material aislante apropiado, tal como un material de cerámica y después emparedarse en otro material aislante, tal como el vidrio. Los calentadores formados de esta manera se pueden usar tanto para calentar como para monitorear la temperatura de los calentadores durante la operación.
El calentador externo puede adoptar cualquier forma apropiada. Por ejemplo, el calentador externo puede adoptar la forma de una o más hojas de calentamiento flexibles en un substrato dieléctrico, tal como de poliimida. Las hojas de calentamiento flexibles pueden tener la silueta para conformarse con el perímetro de la cavidad receptora de substrato. En forma alternativa, el calentador externo puede adoptar la forma de una rejilla o rejillas metálicas, un tablero de circuito impreso flexible, un dispositivo de interconexión moldeado ( ID), un calentador cerámico, un calentador de fibra de carbón flexible o se puede formar con el uso de una técnica de recubrimiento, tal como deposición de vapor de plasma en un substrato con la forma apropiada. El calentador externo también se puede formar con el uso de un metal que tiene una relación definida entre la temperatura y la resistividad. En tal dispositivo ejemplificativo, el metal se puede formar como un riel entre dos capas de materiales aislantes. Un calentador externo formado de esta manera se puede usar para calentar y monitorear la temperatura del calentador externo durante la operación. El calentador externo puede ser un calentador inductivo.
El calentador interno o externo 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. En una modalidad, el material tiene una alta 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 o el depósito de calor puede estar dispuesto de forma que quede directamente en contacto con el substrato formador de aerosol y puede transferir el calor almacenado directamente al substrato. 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 en la interfaz porosa por medio de un conductor de calor, tal como un tubo metálico.
Los calentadores interno y externo pueden, con ventaja, calentar el substrato formador de aerosol por medio de conducción. Los calentadores pueden estar por lo menos parcialmente en contacto con el substrato o con el portador en donde se deposita el substrato. En forma alternativa, el calor desde el calentador interno o el calentador externo puede conducirse hasta el substrato por medio de un elemento conductor de calor.
Durante la operación, el artículo para fumar puede estar contenido por completo dentro del dispositivo generador de aerosol. En ese caso, el usuario puede fumar por una boquilla del dispositivo generador de aerosol. Una boquilla puede ser cualquier porción del dispositivo generador de aerosol que se coloca dentro de la boca del usuario con el fin de inhalar directamente el aerosol generado por el articulo generador de aerosol o por el dispositivo generador de aerosol. El aerosol se conduce a la boca del usuario a través de la boquilla. En forma alternativa, durante la operación, el artículo para fumar que contiene el substrato formador de aerosol puede estar contenido parcialmente dentro del dispositivo generador de aerosol. En ese caso, el usuario puede fumar directamente en la boquilla del artículo para fumar.
El artículo para fumar puede tener forma esencialmente cilindrica. El artículo para fumar puede ser esencialmente alargado. El artículo para fumar puede tener una longitud y una circunferencia esencialmente perpendicular a la longitud. El substrato formador de aerosol puede tener una forma esencialmente cilindrica. El substrato formador de aerosol puede ser esencialmente alargado. El substrato formador de aerosol puede también tener una longitud y una circunferencia esencialmente perpendiculares a la longitud.
El artículo para fumar puede tener una longitud total de entre aproximadamente 30 milímetros y aproximadamente 100 milímetros. El artículo para fumar puede tener un diámetro externo entre aproximadamente 5 milímetros y aproximadamente 12 milímetros. El articulo para fumar puede comprender un tapón de filtro. El tapón de filtro puede estar ubicado en el extremo corriente abajo del artículo para fumar. El tapón de filtro puede ser una estopa de filtro de acetato de celulosa. El tapón de filtro tiene aproximadamente 7 milímetros de longitud en una modalidad, pero puede tener una longitud de entre aproximadamente 5 milímetros y aproximadamente 10 milímetros.
En una modalidad, el artículo para fumar tiene una longitud total de aproximadamente 45 milímetros. El artículo para fumar puede tener un diámetro externo de aproximadamente 7.2 milímetros. Además, el substrato formador de aerosol puede tener una longitud de aproximadamente 10 milímetros. En forma alternativa, el substrato formador de aerosol puede tener una longitud de aproximadamente 12 milímetros. Además, el diámetro del substrato formador de aerosol puede ser de entre aproximadamente 5 milímetros y aproximadamente 12 milímetros. El artículo para fumar puede comprender una envoltura externa de papel. Además, el artículo para fumar puede comprender una separación entre el substrato formador de aerosol y el tapón de filtro. La separación puede ser de aproximadamente 18 milímetros, pero puede estar dentro del intervalo de aproximadamente 5 milímetros aproximadamente a 25 milímetros.
El substrato formador de aerosol puede ser un substrato formador de aerosol sólido. En forma alternativa, el substrato formador de aerosol puede comprender tanto componentes sólidos como líquidos. El substrato formador de aerosol puede comprender un material con contenido de tabaco que contiene compuestos volátiles de sabor de tabaco que se liberan del substrato luego del calentamiento. En forma alternativa, el substrato formador de aerosol puede comprender un material de no tabaco. El substrato formador de aerosol puede comprender un formador de aerosol que facilita la formación de un aerosol denso y estable. Los ejemplos de formadores de aerosol apropiados son glicerina y propilen-glicol.
Cuando el substrato formador de aerosol es un substrato formador de aerosol sólido, el substrato formador de aerosol sólido puede comprender, por ejemplo, uno o más de polvo, granulos, perlas, tiras, hebras, listones u hojas que contienen uno o más de: hojas de hierbas, hojas de tabaco, fragmentos de nervaduras de tabaco, tabaco reconstituido, tabaco homogenizado, tabaco extruido y tabaco expandido. El substrato formador de aerosol sólido puede estar suelto o puede ser provisto en un contenedor o cartucho apropiado. En forma opcional, el substrato formador de aerosol sólido puede contener tabaco adicional o compuestos volátiles de sabor de no tabaco a ser liberados después de calentamiento del substrato formador de aerosol sólido. El substrato formador de aerosol sólido puede también contener cápsulas que por ejemplo, incluyen tabaco adicional o compuestos volátiles de sabor de no tabaco y tales cápsulas se pueden fundir durante el calentamiento del substrato formador de aerosol sólido.
Como se usa aquí, el tabaco homogenizado se refiere a un material formado al aglomerar tabaco en partículas. El tabaco homogenizado puede estar en la forma de una hoja. El material de tabaco homogenizado puede tener un contenido formador de aerosol mayor que el 5% con base de peso seco. En forma alternativa, el material de tabaco homogenizado puede tener un contenido de formador de aerosol de entre 5% y 30% en peso con base de peso seco. Las hojas de material de tabaco homogenizado se pueden formar al aglomerar el tabaco en partículas obtenido al moler o triturar una o más láminas de hoja de tabaco y tallos de hoja de tabaco. En forma alternativa o además, las hojas de material de tabaco homogenizado pueden comprender uno o más de polvo de tabaco, hebras de tabaco y otros sub-productos de tabaco en partículas formados durante por ejemplo, el tratamiento, manejo y embarque del tabaco. Las hojas de material de tabaco homogenizado pueden comprender uno o más aglutinantes intrínsecos, que son aglutinantes endógenos de tabaco, uno o más aglutinantes extrínsicos, que son aglutinantes exógenos de tabaco o una combinación de los mismos para ayudar a aglomerar el tabaco en partículas, en forma alternativa o además, las hojas de material de tabaco homogenizado puede comprender otros aditivos que incluye, sin limitar, fibras de tabaco y sin tabaco, formador de aerosoles, humectantes, plastificadores, saborizantes, rellenos, solventes acuosos y no acuosos y combinaciones de los mismos.
En una modalidad particularmente preferida, el substrato formador de aerosol comprende una hoja plegada reunida de material de tabaco homogenizado. Como se usa aquí, el término "hoja plegada" se refiere a una hoja que tiene una pluralidad de lomos o corrugaciones esencialmente paralelas. De preferencia, cuando el artículo generador de aerosol ha sido ensamblado, los lomos o corrugaciones esencialmente paralelos se extienden a lo largo o paralelos al eje longitudinal del artículo generador de aerosol. Esto facilita el reunir la hoja plegada de material de tabaco homogenizado para formar un substrato formador de aerosol. Sin embargo, se podrá apreciar que las hojas plegadas de material de tabaco homogenizado para incluirse en el artículo generador de aerosol pueden tener, en forma alternativa o además, una pluralidad de lomos o corrugaciones esencialmente paralelos que están dispuestos en un ángulo agudo u obtuso con relación al eje longitudinal del artículo generador de aerosol cuando el artículo generador de aerosol ha sido ensamblado. En ciertas modalidades, el substrato formador de aerosol puede comprender una hoja reunida de material de tabaco homogenizado que tiene una textura uniforme sobre esencialmente toda su superficie. Por ejemplo, el substrato formador de aerosol puede comprender una hoja plegada de material de tabaco homogenizado que comprende una pluralidad de lomos o corrugaciones esencialmente paralelas que están separadas esencialmente uniformes a través del ancho de la hoja.
En forma opcional, el substrato formador de aerosol puede ser provisto o puede ser incrustado en un portador térmicamente estable. El portador puede tomar la forma de polvo, granulos, perlas, tiras, hebras, listones u hojas. En forma alternativa, el portador puede ser un portador tubular que tiene una capa delgada de substrato sólido depositada en su superficie interna o en su superficie externa o en ambas, la superficie interna y la superficie externa. Tal portador tubular puede formarse por ejemplo, de papel, o un material tipo papel, una esterilla de fibra de carbón no tejida, una malla metálica de punto abierto de baja masa o una hoja metálica perforada o cualquier otra matriz de polímero térmicamente estable.
El substrato formador de aerosol sólido puede ser depositado en la superficie del portador en forma de por ejemplo, una hoja, espuma, gel o pasta. El substrato formador de aerosol sólido puede ser depositado en la superficie completa del portador, o en forma alternativa, puede ser depositado en un patrón con el fin de proporcionar una entrega de sabor no uniforme durante el uso.
Aunque se hace referencia a los substratos formadores de aerosol sólidos, será evidente para las personas experimentadas en la técnica que se pueden usar otras formas del substrato formador de aerosol con otras modalidades. Por ejemplo, el substrato formador de aerosol puede ser un substrato formador de aerosol líquido. Cuando se proporciona el substrato formador de aerosol líquido, el dispositivo generador de aerosol de preferencia, comprende medios para retener el líquido. Por ejemplo, el substrato formador de aerosol líquido puede quedar retenido en un contenedor. En forma alternativa o además, el substrato formador de aerosol líquido puede ser absorbido dentro del material portador poroso. El material portador poroso puede estar hecho de cualquier tapón o cuerpo absorbente, por ejemplo, un metal espumado o material plástico, polipropileno, terileno, fibras de nylon o cerámicas. El substrato formador de aerosol líquido puede quedar retenido en el material portador poroso antes de usar el dispositivo generador de aerosol o en forma alternativa, el substrato formador de aerosol líquido puede liberarse del material portador poroso durante o inmediatamente antes del uso. Por ejemplo, el substrato formador de aerosol líquido puede ser provisto en una cápsula. La cubierta de la cápsula de preferencia se funde con el calentamiento y libera el substrato formador de aerosol líquido dentro del material portador poroso. La cápsula también puede contener un sólido en combinación con el líquido.
En forma alternativa, el portador puede ser una tela no tejida o un conjunto de fibras en donde se han incorporado los componentes de tabaco. La tela no tejida o el conjunto de fibras pueden comprender, por ejemplo, fibras de carbón, fibras de celulosa natural o fibras de derivado de celulosa.
El dispositivo generador de aerosol puede también comprender un suministro de energía para suministrar energía a los calentadores interno y externo. El suministro de energía puede ser cualquier suministro de energía apropiado, por ejemplo, una fuente de voltaje DC. En una modalidad, el suministro de energía es una batería de iones de litio. En forma alternativa, el suministro de energía puede ser una batería de hidruro de metal de níquel, una batería de níquel-cadmio, o una batería con base de litio, por ejemplo, una batería de litio-cobalto, de fosfato-litio-hierro o de polímero de litio.
En una modalidad, el dispositivo generador de aerosol también comprende un sensor para detectar un flujo de aire indicativo del usuario que toma la fumada lo que permite la activación con base en la fumada del calentador eléctrico o de un manejo mejorado de energía del calentador eléctrico. El sensor puede ser uno de: un dispositivo mecánico, un dispositivo electro-mecánico, un dispositivo óptico, un dispositivo opto-mecánico, un sensor con base en sistemas electro-mecánico (MEMS). En esta modalidad, el sensor se puede conectar con la fuente de energía y el sistema está dispuesto para activar el calentador eléctrico cuando el sensor detecta que el usuario toma una fumada. En una modalidad alternativa, el sistema también comprende operar un interruptor en forma manual, para que el usuario inicie una fumada o para permitir una experiencia de fumado prolongada.
De preferencia, el dispositivo generador de aerosol es un dispositivo generador de aerosol que es cómodo para que el usuario lo sostenga entre los dedos de una sola mano. El dispositivo generador de aerosol puede tener una forma esencialmente cilindrica. El dispositivo generador de aerosol puede tener una sección transversal poligonal y un botón sobresaliente formado en una cara. En esta modalidad, el diámetro externo del dispositivo generador de aerosol puede ser de entre aproximadamente 12.7 mm y aproximadamente 13.65 mm medida desde la cara plana hasta una cara plana opuesta, entre aproximadamente 13.4 mm y aproximadamente 14.2 mm medida desde un borde hasta el borde opuesto (esto es, desde la intersección de las dos caras en un lado del dispositivo generador de aerosol hasta una intersección correspondiente en el otro lado), y entre aproximadamente 14.2 mm y aproximadamente 15 mm medidos desde la parte superior del botón hasta una cara plana inferior opuesta. La longitud del dispositivo generador de aerosol puede ser entre aproximadamente 70 mm y 120 mm.
En otro aspecto, se proporciona un método para calentar un substrato formador de aerosol que comprende: proporcionar un primer calentador en la región interna del substrato formador de aerosol, proporcionar un segundo calentador en o cerca de la superficie exterior del substrato y controlar la temperatura del primer calentador y el segundo calentador para que el segundo calentador esté a una temperatura más baja que el primer calentador.
El calentador externo puede ser controlado para tener una temperatura de entre 125 y 175 grados centígrados. El calentador interno puede ser controlado para tener una temperatura de entre 200 y 450 grados centígrados. Durante el uso, el calentador externo puede tener una temperatura más baja que el substrato formador de aerosol, pero más alta que la temperatura ambiente.
Breve Descripción de los Dibujos Ahora se describirán ejemplos con detalle con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales: La Figura 1 es un dibujo esquemático que muestra los elementos básicos de un dispositivo generador de aerosol de conformidad con una modalidad.
La Figura 2 es una sección transversal longitudinal esquemática de una disposición de calentador, de conformidad con una modalidad.
La Figura 3a muestra el elemento de calentador interno de la Figura 2.
La Figura 3b muestra los elementos de calentador interno y externo de la Figura 2.
La Figura 3c muestra una disposición de la Figura 3b con la estructura de soporte incluida.
La Figura 4 muestra un extractor de substrato para usarse en un dispositivo del tipo mostrado en la Figura 1.
La Figura 5 es una sección transversal, radial, esquemática de la disposición de la Figura 2, con un extractor como se muestra en la Figura 4 insertado; y La Figura 6 es una sección lateral, esquemática de una disposición del calentador en donde los elementos de calentador externo son parte de un extractor de substrato, de conformidad con otra modalidad.
Descripción Detallada de la Invención En la Figura 1, se muestra el interior de una modalidad de un sistema 100 generador de aerosol calentado en forma eléctrica en una manera simplificada. En particular, los elementos del sistema 100 generador de aerosol calentado en forma eléctrica no están dibujados a escala. Los elementos que no son relevantes para la comprensión del sistema han sido omitidos para simplificar la Figura 1.
El sistema 100 generador de aerosol calentado en forma eléctrica comprende un alojamiento 10 y un substrato 2 formador de aerosol, por ejemplo, un cigarro. El substrato 2 formador de aerosol está incrustado dentro del alojamiento 10 para entrar en proximidad térmica con el calentador 20. El substrato 2 formador de aerosol liberará una gama de compuestos volátiles a diferentes temperaturas. Algunos de los compuestos volátiles liberados del substrato 2 formador de aerosol solamente se forman a través del proceso de calentamiento. Cada compuesto volátil será liberado sobre una temperatura de liberación característica. Al controlar la temperatura máxima operativa del sistema 100 generador de aerosol calentado en forma eléctrica para estar por debajo de la temperatura de liberación de algunos compuestos volátiles, la liberación o formación de estos compuestos de humo se pueden evitar.
Además, el alojamiento 10 comprende un suministro 40 de energía eléctrica, por ejemplo, una batería de iones de litio recargable. El controlador 30 está conectado con el calentador 20, el suministro 40 de energía eléctrica, un detector 32 de substrato formador de aerosol y una interfaz 36 gráfica del usuario, por ejemplo, una pantalla. El controlador 30 controla la energía suministrada al calentador 20 con el fin de regular su temperatura. Típicamente, el substrato formador de aerosol se calienta a una temperatura de entre 250 y 450 grados centígrados.
El detector 32 del substrato formador de aerosol puede detectar la presencia e identificar un substrato formador de aerosol en proximidad térmica con el calentador 20 e indica la presencia de un formador de aerosol 2 al controlador 30.
El controlador 30 controla la interfaz 36 del usuario para desplegar la información del sistema, por ejemplo, la energía de la batería, la temperatura, el estado del substrato 2 formador de aerosol, otros mensajes o combinaciones de los mismos.
La Figura 2 es una vista en sección esquemática de una disposición del calentador de conformidad con una modalidad. La Figura 2 muestra una porción frontal del dispositivo, dentro del cual se inserta el substrato. El alojamiento tiene extremos abiertos y define una cavidad receptora de substrato dentro de la cual se puede insertar un substrato 2 formador de aerosol (mostrado en líneas punteadas). La cavidad está configurada para recibir un substrato cilindrico en forma de un artículo para fumar en el cual fuma el usuario.
El calentador comprende tres elementos calentadores separados, un elemento 22 de calentador interno y dos elementos 24, 26 calentadores externos. El calentador interno 22 está en forma de una cuchilla soportada en una base 21 y se muestra más claramente en la Figura 3a. El elemento 22 de calentador interno está configurado para ser recibido dentro del substrato. Los elementos 24 y 26 calentadores externos, mostrados más claramente en la Figura 3b, están dispuestos cerca o en contacto con la superficie externa del artículo para fumar. Los elementos 24, 26 calentadores externos tienen una sección transversal arqueada y se extienden alrededor del operación de la cavidad.
Los calentadores externos están montados dentro de una estructura 50 de soporte dentro del alojamiento 10. La estructura de soporte se muestra más claramente en la Figura 3c y comprende una cubierta 52 cilindrica que tiene una pluralidad de orificios 54 formados en la misma. Los elementos 24 y 26 calentadores externos están soportados en una estructura 56 de costilla interna helicoidal en la cubierta con el fin de reducir al mínimo las pérdidas conductivas desde los elementos 24, 26 calentadores para la estructura 50 de soporte y el alojamiento 10. Una estructura 58 de tapa es provista para asegurar los calentadores en su lugar.
La Figura 3a muestra el elemento 22 de calentador interno en la base 21 de soporte. El calentador interno está en forma de una cuchilla formada de un material cerámico en donde se depositan unos rieles de platino. El calentador se activa al pasar un voltaje a través de los rieles de platino. La cuchilla tiene la forma para la fácil inserción y remoción del substrato 2 formador de aerosol.
La Figura 3b es una vista en perspectiva del elemento 22 de calentador interno de la Figura 3a, con los elementos 24, 26 calentadores externos colocados alrededor del mismo y una porción de la base 21. Como se muestra en la Figura 3b, los elementos calentadores externos están formados de hojas curvas o arqueadas que se extienden alrededor del operación de la cavidad receptora del substrato. Los elementos del calentador externo están formados de hojas de poliimida flexibles entre las cuales se forman los rieles de calentamiento resistivo. Los calentadores flexibles de este tipo se encuentran disponibles de Mineo de 7300 Commerce Lañe, Minneapolis, MN 55432, EUA.
Los elementos de calentador externo mostrados en la Figura 3b no se extienden alrededor del perímetro completo de la cavidad, más bien, están colocados para coincidir con la forma del elemento 22 calentador interno. Los elementos del calentador externo están colocados y tienen la forma para cubrir las regiones del perímetro de la cavidad más lejanos del elemento de calentador interno con el fin de proporcionar una distribución de temperatura lo más uniforme dentro de la cavidad. Sin embargo, esto también se puede alcanzar al proporcionar uno o más calentadores externos alrededor del perímetro completo de la cavidad y controlar la energía suministrada a diferentes secciones de los elementos de calentador externo para obtener la distribución de temperatura lo más uniforme posible. Por supuesto, esto también es posible cuando se usa un elemento o elementos calentadores internos con una forma diferente.
La conexión eléctrica de los elementos de calentador interno y externo con una fuente de energía no están mostrados, por razones de claridad. Sin embargo, se debe entender que los elementos calentadores interno y externo están conectados en forma eléctrica con el controlador 30 y con la batería 40.
La Figura 3c muestra una disposición del calentador de la Figura 3b con la estructura 50 de soporte colocada alrededor de los elementos 24, 26 de calentador externo. La estructura de soporte comprende una cubierta 52 cilindrica formada de un termoplástico, tal como PEEK u otro material resistente a la temperatura apropiado. Los orificios 54 están formados a través de la cubierta con el fin de reducir su masa y en particular, su masa térmica. Como se describe, la cubierta 52 tiene una superficie interna con patrón, en este ejemplo una costilla helicoidal interna, que da soporte a los elementos de calentador externo mientras se reduce al mínimo el contacto térmico. Esto no se puede observar en la Figura 3c. La cubierta 52 se ajusta sobre la base 21. Una tapa 58, también formada de un material resistente al calor, tal como un plástico o cerámica, se ajusta encima de la cubierta y de los elementos 24, 26 calentadores externos para completar la estructura de soporte. En general, se puede usar cualquier material que tenga una temperatura suficientemente alta de fusión/degradación, lo cual evita la liberación de compuestos volátiles no deseados Durante el uso, el elemento 22 de calentador interno es controlado para tener una temperatura más alta que los elementos de calentador externo. En esta modalidad, el elemento de calentador interno es controlado para tener una temperatura máxima de 350 grados centígrados y durante el uso de mantiene cerca de esa temperatura máxima. Los elementos 24, 26 de calentador externo son controlados para tener una temperatura máxima de 150 grados centígrados y durante el uso se mantienen cerca de la temperatura máxima.
Los calentadores externos 24, 26 externos proporcionan una forma de aislamiento activo. En otras palabras, reducen el gradiente térmico a través del substrato calentado. Durante el uso, el substrato formador de aerosol típicamente alcanza una temperatura mucho más alta que los elementos de calentador externo, pero al reducir el gradiente térmico a través del substrato se puede alcanzar un calentamiento más uniforme del substrato y se puede usar una temperatura más baja para el elemento de calentador interno.
La Figura 4 muestra un manguito 60 extractor que puede usarse en un dispositivo del tipo mostrado en las Figuras 1 y 2. El manguito extractor ayuda en la inserción y extracción del substrato formador de aerosol para y desde el dispositivo. El manguito extractor es hueco y aloja un substrato formador de aerosol cilindrico. El manguito extractor está abierto por ambos extremos, para permitir la inserción del substrato dentro del manguito desde el extremo superior y la inserción del calentador interno 22 dentro del substrato desde el extremo inferior. Un labio 61 se puede formar en el extremo inferior del manguito 60 extractor para retener el substrato durante el proceso de extracción. El manguito extractor está configurado para ser insertado dentro de la cavidad receptora del substrato en la dirección de la flecha 66.
El substrato formador de aerosol está colocado en la región de las patas 62 y ventanas en el extractor. Las ventanas 64 tienen una forma para corresponder con los calentadores externos 24, 26. Las ventajas 64 simplemente pueden ser aberturas en el manguito extractor o se pueden formar de un material térmicamente conductor, tal como el aluminio.
La Figura 5 es una sección transversal, radial, esquemática de un dispositivo del tipo mostrado en la Figura 2, con el manguito extractor insertado. Las patas 62 del manguito extractor se muestran colocadas en los espacios entre los elementos 24, 26 de calentador externo. También se puede observar que los manguitos 52 de soporte para los elementos de calentador externo tienen porciones de corte para recibir las patas del manguito extractor. Esto permite que los elementos de calentador externo hagan contacto o sean colocados muy cerca del substrato formador de aerosol durante el uso.
En otra modalidad, el calentador externo puede formarse como parte del manguito extractor del tipo mostrado en la Figura 4. Esto se ilustra esquemáticamente en la Figura 6. La Figura 6 muestra el alojamiento 70 de un dispositivo generador de aerosol que define una cavidad dentro de la cual se puede insertar el substrato formador de aerosol. Dentro de la cavidad se encuentra un calentador interno 72, en forma de una cuchilla, como se muestra en la Figura 3a, soportada en la base 71. Un manguito 73 extractor se inserta dentro de la cavidad. El manguito extractor es una estructura tubular, esencialmente hueca con un labio 77 de retención formado en un extremo. El manguito extractor retiene un substrato formador de aerosol cilindrico (no mostrado) y puede deslizarse dentro y fuera de la cavidad. El labio 77 retiene el substrato formador de aerosol cilindrico conforme el manguito 73 se extrae de la cavidad.
El elemento 74 de calentador interno está formado en una superficie interior del manguito 73 y se extiende alrededor de la circunferencia del manguito. Los elementos del calentador interno son rieles eléctricamente resistivos formados en el manguito extractor y pueden estar hechos de platino. Con el fin de proporcionar energía eléctrica al elemento 74 de calentador externo, se proporcionan contactos 75 eléctricos que ofrecen la conexión eléctrica entre los rieles resistivos en la superficie interior del manguito 73 y un 'rea de contacto en la superficie externa del manguito 73. Los contactos 75 hacen contacto con los contactos 76 del alojamiento cuando el manguito 73 está en la posición completamente insertada. Los contactos 76 del alojamiento están conectados en forma eléctrica con el controlador y con la batería dentro del dispositivo generador de aerosol, como se describe con referencia a la Figura 1.
Como se describe con referencia a la modalidad anterior, el calentador externo puede formarse a partir de una pluralidad de elementos calentadores separados y puede tener la forma o controlarse para corresponder con la forma del elemento o elementos del calentador interno.
Las modalidades ejemplificativas antes descritas son ilustrativas, más no limitantes. En vista de las modalidades ejemplificativas antes descritas, las personas experimentadas en la técnica podrán contemplar otras modalidades consistentes con las modalidades ejemplificativas anteriores.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo generador de aerosol que comprende: una cavidad receptora de substrato configurada para recibir un substrato formador de aerosol; un calentador interno colocado dentro de la cavidad receptora de substrato; un calentador externo colocado en el perímetro de la cavidad receptora de substrato; y un controlador configurado para controlar el suministro de energía para el calentador interno o para el calentador externo o para ambos, el calentador interno y el calentador externo, para que el calentador externo tenga una temperatura más baja que el calentador interno.
2. El dispositivo generador de aerosol de conformidad con la reivindicación 1, en donde el calentador externo tiene la forma o está controlado para proporcionar, junto con el calentador interno, una distribución de temperatura esencialmente uniforme alrededor del perímetro de la cavidad.
3. El dispositivo generador de aerosol de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, en donde el controlador está configurado para controlar el calentador externo para tener una temperatura de entre 100 y 200 grados centígrados.
4. El dispositivo generador de aerosol de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, en donde el controlador está configurado para controlar el calentador interno para tener una temperatura entre 320 y 420 grados centígrados.
5. El dispositivo generador de aerosol de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el calentador externo está dispuesto esencialmente en forma simétrica alrededor del perímetro de la cavidad receptora de substrato.
6. El dispositivo generador de aerosol de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el calentador externo comprende una pluralidad de elementos de calentador externo.
7. El dispositivo generador de aerosol de conformidad con la reivindicación 6, en donde el calentador externo comprende dos elementos calentadores, cada uno extendido parcialmente alrededor del perímetro de la cavidad.
8. El dispositivo generador de aerosol de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, configurado de tal forma que durante el uso, el calentador externo tiene una temperatura más baja que el substrato formador de aerosol, pero más alta que la temperatura ambiente.
9. El dispositivo generador de aerosol de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que también comprende una estructura de soporte alrededor del calentador externo, la estructura de soporte comprende una superficie interna que tiene una o más costillas o proyecciones, las costillas o proyecciones hacen contacto con el calentador externo.
10. El dispositivo generador de aerosol de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el calentador externo está colocado en o forma una superficie interna de la cavidad para que durante el uso, el calentador externo haga contacto con el substrato formador de aerosol.
11. El dispositivo generador de aerosol de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el calentador externo es provisto en un manguito que se puede mover con relación al alojamiento del dispositivo.
12. El dispositivo generador de aerosol de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo es un dispositivo para fumar calentado en forma eléctrica.
13. Un método para calentar un substrato formador de aerosol que comprende: proporcionar un primer calentador con la capacidad de hacer contacto con una región interna del substrato formador de aerosol; proporcionar un segundo calentador con la capacidad de hacer contacto con la superficie exterior del substrato; y proporcionar un controlador, el controlador está configurado para controlar la temperatura del primer calentador y del segundo calentador para que el segundo calentador esté a una temperatura más baja que el primer calentador.
14. El método de conformidad con la reivindicación 13, en donde el calentador externo está controlado para tener una temperatura entre 100 y 200 grados centígrados.
15. El método de conformidad con la reivindicación 13 o la reivindicación 14, en donde el calentador externo es controlado para tener temperatura entre 320 y 420 grados centígrados
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