НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ НАГРЕВА АЭРОЗОЛЬОБРАЗУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА
HEATING ELEMENT FOR HEATING AEROSOL-FORMING MATERIAL

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к нагревательным элементам для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, а также относится к изделиям, используемым в устройстве для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, и к устройству для нагрева аэрозольобразующего материала c целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала.
Уровень техники
В процессе использования курительных изделий, в частности, сигарет и сигар и т.п., происходит сжигание табака, сопровождаемое выделением табачного дыма. Предпринимались попытки разработать альтернативные курительные изделия, обеспечивающие выделение требуемых летучих соединений без сжигания курительного материала. Примерами таких устройств являются так называемые изделия или устройства «нагрев без горения» для нагрева табака, в которых выделение требуемых компонентов происходит в результате нагрева, а не горения табака. В качестве материала может использоваться, например, табак, либо разнообразные нетабачные вещества, включающие или не включающие никотин.
Так, из документа US 2017/119051 A1 известно изделие для использования в устройстве для нагревания курительного материала, в котором для нагревания курительного материала имеется нагревательный элемент, содержащий термостойкую подложку с нанесенным на нее покрытием, образующим замкнутый контур нагревательного материала, способного нагреваться при проникновении в него переменного магнитного поля. Покрытие может содержать кобальт, а подложка является неэлектропроводной, например,  представляет собой бумагу или картон.
Поскольку необходимыми качествами подложки являются возможность нанесения на нее кобальтового покрытия и стойкость к выделяемому этим покрытием теплу, выполнение подложки из бумаги или картона не может обеспечить долговечность использования такого нагревательного элемента.
Проблемой, решаемой изобретением является достижение приемлемого компромисса между стоимостью и производительностью для создания эффективного индукционного нагревательного токоприемника.
Раскрытие изобретения
Первым объектом изобретения является нагревательный элемент для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, содержащий термостойкую подложку с нанесенным на нее покрытием, содержащим кобальт.
Нагревательный элемент может быть плоским или по существу плоским.
Нагревательный элемент может быть трубчатым или по существу трубчатым.
Предпочтительно, покрытие расположено радиально снаружи подложки.
Предпочтительно, толщина покрытия не превышает 50 мкм, предпочтительнее 20 мкм.
Подложка может содержать один или несколько материалов из следующих: металл, металлический сплав, керамический материал и пластический материал.
Согласно одному из возможных вариантов осуществления изобретения, подложка представляет собой нержавеющую сталь.
Нагревательный элемент может содержать термостойкое защитное покрытие, при этом покрытие, содержащее кобальт, расположено между подложкой и термостойким защитным покрытием.
Согласно одному из возможных вариантов осуществления изобретения, кобальтовое покрытие изолировано. Согласно одному из возможных вариантов осуществления изобретения, термостойкое защитное покрытие и подложка совместно изолируют кобальтовое покрытие. Согласно одному из возможных вариантов осуществления изобретения, термостойкое защитное покрытие изолирует кобальтовое покрытие и подложку.
Термостойкое защитное покрытие может содержать один или несколько материалов из следующих: керамический материал, нитрид металла, нитрид титана и алмаза.
Предпочтительно, толщина термостойкого защитного покрытия не превышает 50 мкм или 20 мкм.
Вторым объектом изобретения является изделие, используемое с устройством для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, содержащее нагревательный элемент по первому объекту изобретения, причем аэрозольобразующий материал находится в термическом контакте с нагревательным элементом.
Предпочтительно, аэрозольобразующий материал находится в поверхностном контакте с нагревательным элементом.
Согласно одному из возможных вариантов осуществления изобретения, аэрозольобразующий материал является восстановленным, целлюлозным или гелеобразным.
Аэрозольобразующий материал может содержать табак и/или один или несколько увлажнителей.
Предпочтительно, изделие является по существу цилиндрическим.
Третьим объектом изобретения является система нагревания аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, содержащая изделие согласно второму объекту настоящего изобретения и устройство для нагрева аэрозольобразующего материала изделия с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала изделия, содержащее зону нагрева для приема изделия, и средство, вызывающее нагрев нагревательного элемента изделия, вставленного в зону нагрева.
Согласно одному из возможных вариантов осуществления изобретения, устройство содержит генератор магнитного поля для создания переменного магнитного поля, способного проникать в нагревательный элемент изделия, вставленного в зону нагрева.
Четвертым объектом изобретения является устройство для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, содержащее зону нагрева для приема изделия, содержащего аэрозольобразующий материал; нагревательный элемент согласно первому объекту настоящего изобретения для нагрева зоны нагрева; и средство, вызывающее нагрев нагревательного элемента.
Согласно одному из возможных вариантов осуществления изобретения, устройство содержит генератор магнитного поля для создания переменного магнитного поля, способного проникать в нагревательный элемент в процессе использования устройства.
Предпочтительно, нагревательный элемент выступает в зону нагрева.
Пятым объектом изобретения является система нагревания аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, содержащая устройство согласно четвертому объекту настоящего изобретения и изделие, вставленное в зону нагрева этого устройства.
Варианты осуществления изобретения будут описаны ниже исключительно в качестве примера со ссылками на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показан пример выполнения нагревательного элемента для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, вид сбоку в разрезе;
на фиг. 2 – другой пример выполнения нагревательного элемента для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, вид сбоку в разрезе;
на фиг. 3 – еще один пример выполнения нагревательного элемента для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, вид сбоку в разрезе;
на фиг. 4 – еще один пример выполнения нагревательного элемента для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, вид сбоку в разрезе;
на фиг. 5 схематично показан пример выполнения изделия, используемого с устройством для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, содержащее нагревательный элемент по фиг. 3, вид сбоку в разрезе;
на фиг. 6 – пример выполнения другого изделия, используемого с устройством для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, содержащее нагревательный элемент по фиг. 4, вид сбоку в разрезе;
на фиг. 7 схематично показан пример выполнения системы, содержащей изделие по фиг. 5 и устройство для нагрева аэрозольобразующего материала изделия с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, вид сбоку в разрезе;
на фиг. 8 – пример выполнения системы, содержащей изделие по фиг. 6 и устройство для нагрева аэрозольобразующего материала изделия с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, вид сбоку в разрезе;
на фиг. 9 – пример выполнения системы, содержащей изделие с аэрозольобразующим материалом и устройство, содержащее нагревательный элемент, по фиг. 3, вид сбоку в разрезе;
на фиг. 10 – пример выполнения системы, содержащей изделие с аэрозольобразующим материалом и устройство, содержащее нагревательный элемент, по фиг. 4, вид сбоку в разрезе.
Осуществление изобретения
Используемый в настоящем описании термин «аэрозольобразующий материал» относится к материалам, которые при нагреве выделяют летучие компоненты, обычно в виде пара или аэрозоля. «Аэрозольобразующий материал» может представлять собой не содержащий табака материал или материал, содержащий табак. «Аэрозольобразующий материал» может, например, включать в себя один или несколько видов табака как такового, производные табака, взорванный табак, восстановленный табак, экстракт табака, гомогенизированный табак, либо заменители табака. Аэрозольобразующий материал может представлять собой молотый табак, измельченный табак, нарезанные листья табака, экструдированный табак, восстановленный табак, восстановленный аэрозольобразующий материал, жидкость, гель, гелеобразный лист, порошок или агломераты или т.п. Аэрозольобразующий материал также может включать в себя и другие нетабачные вещества, которые в зависимости от состава могут содержать или не содержать никотин. «Аэрозольобразующий материал» может содержать один или несколько увлажнителей, например, глицерин или пропиленгликоль.
Термин «нагревающийся материал» или «нагревательный материал» относится к материалу, который способен нагреваться под действием переменного магнитного поля.
Индукционный нагрев является процессом, обеспечивающим нагрев электропроводящего объекта под действием переменного магнитного поля. В основе процесса лежит закон электромагнитной индукции Фарадея и закон Ома. Индукционный нагреватель может содержать электромагнит и преобразователь, обеспечивающий подачу в электромагнит изменяющегося электрического тока, например, переменного тока. При соответствующем расположении электромагнита и объекта, подлежащего нагреву, в объект проникает создаваемое электромагнитом переменное магнитное поле, и внутри объекта возникает один или несколько вихревых токов. Объект обладает сопротивлением электрическому току, поэтому, когда вихревые токи возникают в объекте, они, преодолевая электрическое сопротивление объекта, вызывают нагрев объекта. Указанный процесс называется джоулевым, омическим или резистивным нагревом. Объект, способный нагреваться посредством индукции, известен как токоприемник.
Установлено, что если токоприемник образует замкнутый контур, магнитное взаимодействие между токоприемником и используемым электромагнитом усиливается, в результате чего происходит усиление джоулева нагрева.
Нагрев, вызванный магнитным гистерезисом, является процессом, при котором объект, изготовленный из магнитного материала, нагревается в результате проникновения в объект переменного магнитного поля. Магнитный материал можно рассматривать как состоящий из множества магнитов атомного масштаба или магнитных диполей. Когда магнитное поле проникает в указанный материал, магнитные диполи выравниваются в направлении магнитного поля. Таким образом, когда изменяющееся магнитное поле, созданное, например, электромагнитом, т.е. переменное магнитное поле, проникает в магнитный материал, ориентация магнитных диполей меняется с изменением прикладываемого магнитного поля. Такая переориентация магнитных диполей вызывает нагрев магнитного материала.
Когда объект является как электропроводным, так и магнитным, проникающее в объект переменное магнитное поле может вызвать одновременно джоулев нагрев объекта и нагрев, связанный с магнитным гистерезисом. Более того, при использовании магнитного материала усиливается магнитное поле, и, следовательно, усиливается джоулев нагрев и нагрев, связанный с магнитным гистерезисом.
В каждом из вышеуказанных процессов, поскольку тепло генерируется внутри самого объекта, а не внешним источником тепла посредством теплопроводности, может быть достигнуто быстрое повышение температуры в объекте и более равномерное распределение тепла, в частности, путем выбора подходящего материала и геометрии объекта, а также подходящей переменной величины магнитного поля и его ориентации относительно объекта. Поскольку индукционный нагрев и нагрев, вызванный магнитным гистерезисом, не требуют физического контакта между источником переменного магнитного поля и объектом, увеличивается свобода в проектировании и контроле профиля нагрева, что позволяет снизить производственные затраты.
Во время индукционного нагрева энергия переменного магнитного поля передается на токоприемник, при этом в токоприемнике индуцируется один или несколько переменных токов, вызывая повышение температуры токоприемника. Для максимально возможного эффективного нагрева токоприемника передаваемая токоприемнику энергия должна по возможности рассеиваться, чтобы энергия индуцированных переменных токов быстро преобразовывалась в тепло. Уменьшение термической массы токоприемника приводит к увеличению изменения температуры при заданной подводимой энергии, а уменьшение общей величины индуцированных токов может способствовать уменьшению или устранению обратного отражения энергии к генератору магнитного поля.
При производстве потребительского товара необходимо учитывать многие аспекты, включая стоимость, доступность материала, легкость формования в процессе производства и долговечность (включая коррозионную стойкость). Хотя низкоуглеродистая сталь имеет некоторые из указанных преимуществ, из-за низкой коррозионной стойкости она может быть непригодна для длительного использования. Кроме того, и, возможно, по причинам, связанным с ее склонностью к коррозии, очень тонкие листы низкоуглеродистой стали имеют ограниченную применимость.
Нержавеющая сталь более широко применима и намного более надежна в использовании, чем низкоуглеродистая сталь. К сожалению, для системы индукционного нагрева использование обычной нержавеющей стали ограничено из-за ее невысоких магнитных свойств. С точки зрения омического нагрева нержавеющая сталь может быть примерно в шесть-семь раз более резистивной, чем низкоуглеродистая сталь, но способность нержавеющей стали намагничиваться незначительна, поскольку величина ее относительной проницаемости (µr) составляет около единицы. Для сравнения, соответствующая величина для низкоуглеродистой стали может составлять около ста. Есть некоторые нержавеющие стали, которые имеют достаточно высокую относительную проницаемость (µr), такие как нержавеющая сталь марки 430, но они, как правило, относятся к специализированным сегментам рынка и не являются широкодоступными, особенно тонколистовые стали.
Изобретение основано на обнаруженной возможности достижения приемлемого компромисса между стоимостью и производительностью для создания эффективного индукционного нагревательного токоприемника.
Электропроводные (и намагничиваемые) среды характеризуются «глубиной скин-слоя», т.е. глубиной, на которую способно проникать электромагнитное поле. В низкоуглеродистой стали наблюдается экспоненциальная зависимость напряженности электромагнитного поля от глубины проникновения в материал. Таким образом, напряженность поля резко падает и, как следствие, его энергия будет в основном поглощаться на расстоянии примерно 25 мкм от поверхности материала. Расчет для нержавеющей стали дает эффективную глубину поглощения, составляющую приблизительно 280 мкм, таким образом, для извлечения такого же количества энергии из данного магнитного поля потребуется гораздо более толстый токоприемник.
Было установлено, что если на поверхность нагревательного элемента, например, на поверхность, обращенную к генератору магнитного поля, нанести тонкое покрытие (например, несколько мкм) из чистого никеля, достаточным является покрытие толщиной лишь приблизительно 15 мкм, чтобы поглощение было таким же, как и при толстой пластине из низкоуглеродистой стали. Никелевое покрытие может быть нанесено, например, химическим методом, электрохимическим методом, либо вакуумным напылением. Кроме того, если вместо никеля используется кобальт, толщина покрытия или слоя может быть уменьшена примерно до 10 мкм. В таком случае при толщине покрытия, составляющей одну или несколько глубин скин-слоя, большая часть доступной энергии направляется в токоприемник. Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения, оптимальным может быть покрытие толщиной около двух глубин скин-слоя. Кобальтовое покрытие также может быть нанесено методом электролитического осаждения.
Кроме того, кобальт имеет более высокую температуру Кюри, чем никель (примерно от 1120 до 1127°C, против 353-354°C). Температура Кюри, или точка Кюри, представляет собой температуру, при которой определенные магнитные материалы претерпевают резкое изменение магнитных свойств. Точнее говоря, температура Кюри является температурой, ниже которой происходит самопроизвольное намагничивание материала без внешнего магнитного поля, а выше которой материал становится парамагнитным. Например, температура Кюри является температурой магнитного превращения ферромагнитного материала, т.е. перехода ферромагнитной фазы в парамагнитную фазу. Когда температура магнитного материала достигает величины, соответствующей точке Кюри, его магнитная проницаемость уменьшается или почти исчезает, и способность материала нагреваться при проникновении переменного магнитного поля также уменьшается или исчезает. Таким образом, мала вероятность нагрева материала выше температуры его точки Кюри с помощью магнитного гистерезисного нагрева. Поскольку кобальт имеет температуру Кюри, значительно превышающую нормальные рабочие температуры нагревательных элементов согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, влияние температуры Кюри будет гораздо менее выраженным (или даже, в некоторых вариантах, неразличимым) при нормальной работе, чем если бы вместо него использовался никель.
В подложке, на которую нанесено кобальтовое покрытие или слой, не должно генерироваться тепло под действием переменного магнитного поля, т.е. подложка сама по себе не должна нагреваться под действием переменного магнитного поля. Необходимыми качествами подложки является возможность нанесения на нее кобальтового покрытия при одновременной стойкости к выделяемому этим покрытием теплу. Соответственно, подложка может быть изготовлена из любого подходящего термостойкого материала. Подходящими материалами являются, например, алюминий, сталь, медь и высокотемпературные полимеры, такие как полиэфирэфиркетон (PEEK) или каптон.
Таким образом, нагревательные элементы согласно вариантам осуществления изобретения должны эффективно воспринимать энергию переменного магнитного поля, имея при этом низкую себестоимость при легкодоступности исходного материала и простоте изготовления.
По мере повышения температуры увеличивается склонность к окислению кобальтового покрытия. Поскольку окисленная металлическая поверхность по сравнению с неокисленной металлической поверхностью обладает большей относительной излучательной способностью (εr), излучение может привести к увеличению потерь тепловой энергии. Если излучаемая энергия рассеивается в окружающую среду, указанное излучение может снизить энергоэффективность системы. Кроме того, в результате окисления может снизиться стойкость кобальтового покрытия к химической коррозии, что может привести к снижению срока службы нагревательного элемента. Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения, на кобальтовое покрытие нанесено термостойкое защитное покрытие, например, нитрид титана. Нитрид титана может быть нанесен, например, методом физического осаждения из паровой фазы. Другими примерами термостойких защитных покрытий являются керамический материал, нитрид металлов и алмаз. Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения, термостойкое защитное покрытие может быть нанесено другим способом, например, посредством химической обработки кобальтового покрытия, стимулирующей рост защитной пленки на кобальтовом покрытии, либо посредством анодирования, обеспечивающего формирование защитного оксидного слоя. Помимо защиты основного кобальтового покрытия от окисления, термостойкое защитное покрытие может способствовать физической защите кобальтового покрытия от механического износа. Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения, кобальтовое покрытие является изолированным. Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения, термостойкое защитное покрытие и подложка могут совместно изолировать кобальтовое покрытие. Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения, термостойкое защитное покрытие может изолировать кобальтовое покрытие и подложку.
Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения, термостойкое защитное покрытие может иметь низкую электропроводность или не иметь ее вовсе, т.е. в термостойком защитном покрытии не индуцируются (или индуцируются незначительно) электрические токи, в отличие от кобальтового покрытия.
На фиг. 1 показан нагревательный элемент 1, обеспечивающий нагрев аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала. Нагревательный элемент 1 может быть использован в устройстве для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала и/или может быть использован в изделии, используемом с устройством для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала. Нагревательный элемент 1 является плоским или по существу плоским. Однако согласно другим вариантам осуществления изобретения, нагревательный элемент 1 может быть неплоским.
Нагревательный элемент 1 содержит термостойкую подложку 1а. В данном варианте осуществления изобретения термостойкая подложка 1а выполнена из стали, в частности, из нержавеющей стали. Однако согласно другим вариантам осуществления изобретения термостойкая подложка 1а может содержать, например, один или несколько следующих материалов: металл, металлический сплав, керамический материал и пластический материал. Например, термостойкая подложка 1a может выть выполнена из стали, низкоуглеродистой стали, алюминия, меди или высокотемпературного полимера, например, полиэфирэфиркетона (PEEK) или каптона.
Нагревательный элемент 1 представляет собой слой, пленку или покрытие 1b на подложке 1а. Покрытие 1b является кобальтовым. В данном варианте осуществления изобретения кобальтовое покрытие 1b имеет толщину около 10 мкм. В других вариантах осуществления изобретения кобальтовое покрытие 1b может иметь другую толщину, например, не более 50 или 20 мкм. Покрытие может представлять собой гальванопокрытие.
На фиг. 2 показан другой вариантов выполнения нагревательного элемента. Нагревательный элемент 2 по фиг. 2 содержит термостойкую подложку 2а и нанесенное на нее кобальтовое покрытие 2b. Нагревательный элемент 2 может быть использован в устройстве для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере, одного компонента этого материала, и/или в изделии, используемом с устройством для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере, одного компонента этого материала.
Нагревательный элемент 2 является плоским или по существу плоским. Однако нагревательный элемент 2 может быть и неплоским. Нагревательный элемент 2, показанный на фиг. 2, аналогичен нагревательному элементу 1, показанному на фиг. 1, за исключением того, что нагревательный элемент 2 по фиг. 2 дополнительно содержит термостойкое защитное покрытие 2с. Термостойкое защитное покрытие 2с нанесено на кобальтовое покрытие 2b, т.е. кобальтовое покрытие 2b расположено между подложкой 2а и термостойким защитным покрытием 2с. В данном случае термостойкое защитное покрытие 2с содержит нитрид титана. В других случаях термостойкое защитное покрытие 2с может содержать, например, керамический материал, нитрид металла, нитрид титана или алмаз. В данном случае термостойкое защитное покрытие 2с имеет толщину около 10 мкм. В других случаях термостойкое защитное покрытие 2с может иметь другую толщину, например, не более 50 или 20 мкм. Любое из описанных возможных изменений варианта осуществления изобретения, представленного на фиг. 1, может быть применено к варианту осуществления изобретения, представленному на фиг. 2, для формирования дополнительных вариантов осуществления изобретения.
На фиг. 3 показан еще один вариант выполнения нагревательного элемента. Нагревательный элемент 3, показанный на фиг. 3, содержит термостойкую подложку 3а, нанесенное на нее кобальтовое покрытие 3b и термостойкое защитное покрытие 3с, при этом кобальтовое покрытие 3b расположено между подложкой 3а и термостойким защитным покрытием 3с. Нагревательный элемент 3 может использоваться в устройстве для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, и/или может использоваться в изделии, используемом с устройством для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала.
Нагревательный элемент 3 является плоским или по существу плоским. Однако и других случаях нагревательный элемент 3 может быть неплоским. Нагревательный элемент 3, показанный на фиг. 3, аналогичен нагревательному элементу 2, показанному на фиг. 2, за исключением того, что в варианте осуществления изобретения по фиг. 2 кобальтовое покрытие 2b и термостойкое защитное покрытие 2с расположены только с одной стороны термостойкой подложки 2a, тогда как в варианте осуществления изобретения по фиг. 3 кобальтовое покрытие 3b и термостойкое защитное покрытие 3c расположены с двух противоположных сторон термостойкой подложки 3a, т.е. подложка 3а расположена между двумя кобальтовыми покрытиями 3b, а подложка 3а вместе с кобальтовыми покрытиями 3b расположена между двумя термостойкими защитными покрытиями 3с. Согласно другому варианту осуществления изобретения термостойкое защитное покрытие 3с может отсутствовать или может быть нанесено только на одно кобальтовое покрытие 3b, т.е. только с одной стороны подложки 3а. Любые из описанных возможных изменений вариантов осуществления изобретения, представленных на фиг. 1 и 2, могут быть применены к варианту осуществления изобретения, представленному на фиг. 3, для формирования дополнительных вариантов осуществления изобретения.
На фиг. 4 показан еще один вариант выполнения нагревательного элемента. Нагревательный элемент 4, показанный на фиг. 4, тоже содержит термостойкую подложку 4а, нанесенное на нее кобальтовое покрытие 4b и термостойкое защитное покрытие 4с, при этом кобальтовое покрытие 4b расположено между подложкой 4а и термостойким защитным покрытием 4с. Нагревательный элемент 4 может использоваться в устройстве для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, и/или может использоваться в изделии, используемом с устройством для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала.
Нагревательный элемент 4 является по существу цилиндрическим с по существу круглым поперечным сечением, однако в других случаях нагревательный элемент 4 может иметь овальное или эллиптическое поперечное сечение, либо может иметь форму, отличную от цилиндрической, например, поперечное сечение может быть многоугольным, четырехугольным, прямоугольным, квадратным, треугольным, звездообразным, либо неправильной формы. В данном случае нагревательный элемент 4 является трубчатым и имеет полую внутреннюю область 4d. В других случаях нагревательный элемент 4 может иметь паз, проходящий по наружной поверхности вдоль оси этого элемента, однако при этом нагревательный элемент 4 все же является по существу трубчатым. В некоторых случаях нагревательный элемент 4 может иметь вид стержня. Материал, например аэрозольобразующий, может быть расположен во внутренней области 4d, либо может заполнять указанную область.
В данном случае нагревательный элемент 4 является продолговатым и имеет продольную ось A-A. В других случаях нагревательный элемент 4 может не быть продолговатым. Согласно некоторым из других вариантов осуществления изобретения, нагревательный элемент 4 все же имеет ось A-A, которая перпендикулярна поперечному сечению нагревательного элемента 4.
Согласно указанному варианту осуществления изобретения, кобальтовое покрытие 4b расположено радиально наружу от термостойкой подложки 4а, т.е. кобальтовое покрытие 4b находится с наружной стороны термостойкой подложки 4а. Кроме того, согласно указанному варианту осуществления изобретения, на обращенной радиально внутрь стороне термостойкой подложки 4а отсутствует кобальтовое покрытие 4b. Согласно другим вариантам осуществления изобретения, кобальтовое покрытие 4b может быть нанесено на обращенную радиально внутрь сторону термостойкой подложки 4а в дополнение, либо альтернативно покрытию, нанесенному на обращенную радиально наружу сторону термостойкой подложки 4а. Однако, если кобальтовое покрытие 4b нанесено на обращенную радиально внутрь сторону термостойкой подложки, в дополнение к покрытию, нанесенному на обращенную радиально наружу сторону подложки, тепловая масса нагревательного элемента 4 может увеличиться, что может привести к снижению скорости нагрева нагревательного элемента 4 под действием переменного магнитного поля одинаковой напряженности.
Согласно указанному варианту осуществления изобретения, термостойкое защитное покрытие 4с расположено радиально снаружи относительно термостойкой подложки 4а и кобальтового покрытия 4b, т.е. термостойкое защитное покрытие 4с расположено на наружной стороне кобальтового покрытия 4b. Кроме того, согласно указанному варианту осуществления изобретения, с обращенной радиально внутрь стороны термостойкой подложки 4а отсутствует термостойкое защитное покрытие 4с. Однако, согласно другим вариантам осуществления изобретения, термостойкое защитное покрытие 4с может быть расположено с радиально внутренней стороны термостойкой подложки 4а в дополнение, либо альтернативно, покрытию, расположенному с радиально наружной стороны термостойкой подложки 4а. Однако, опять же, если имеется термостойкое защитное покрытие 4с, расположенное с радиально внутренней стороны подложки в дополнение к покрытию, расположенному с радиально наружной стороны подложки, может увеличиться тепловая масса нагревательного элемента 4.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, которые являются соответствующими вариациями описанных вариантов осуществления изобретения, кобальтовое покрытие 2b, 3b, 4b изолировано. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, которые являются соответствующими вариациями описанных вариантов осуществления изобретения, термостойкое защитное покрытие 2с, 3с, 4с и подложка 2а, 3а, 4а совместно изолируют кобальтовое покрытие 2b, 3b, 4b. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, которые являются соответствующими вариациями описанных вариантов осуществления изобретения, термостойкое защитное покрытие 2с, 3с, 4с изолирует кобальтовое покрытие 2b, 3b, 4b и подложку 2а, 3а, 4а.
На фиг. 5 показан один из вариантов выполнения изделия 10, используемого в устройстве для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала.
Изделие 10 содержит нагревательный элемент 3 по фиг. 3 и аэрозольобразующий материал 11. Аэрозольобразующий материал 11 может быть любым из аэрозольобразующих описанных выше материалов, таких как восстановленный аэрозольобразующий материал (например, восстановленный табак), либо являться гелеобразным. Изделие 10 может содержать подложку, например бумагу, пропитанную или покрытую аэрозольобразующим материалом 11, таким как гель. Аэрозольобразующий материал 11 может являться целлюлозным аэрозольобразующим материалом.
Изделие 10 является по существу цилиндрическим и имеет по существу круглое поперечное сечение, однако, согласно другим вариантам осуществления изобретения изделие 10 может иметь овальное или эллиптическое поперечное сечение, либо иметь форму, отличную от цилиндрической. Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения, изделие 10 может иметь в поперечном сечении форму, например, многоугольника, четырехугольника, прямоугольника, квадрата, треугольника, звездообразную либо неправильную форму. В данном случае изделие 100 имеет форму стержня.
Согласно указанному варианту осуществления изобретения изделие 10 является продолговатым и имеет продольную ось B-B. Продольная ось B-B изделия 10 совпадает с продольной осью A-A нагревательного элемента 3. Согласно другим вариантам осуществления изобретения изделие 10 может не быть продолговатым. Согласно некоторым из других вариантов осуществления изобретения, изделие 10 все же имеет ось B-B, которая перпендикулярна поперечному сечению изделия 10.
Аэрозольобразующий материал 11 находится в тепловом контакте с нагревательным элементом 3, так что при использовании устройства тепло, выделяемое нагревательным элементом 3, используется для нагрева аэрозольобразующего материала 11 с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала 11. Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения аэрозольобразующий материал 11 находится в поверхностном контакте с нагревательным элементом 3. Таким образом, тепло может передаваться непосредственно от нагревательного элемента аэрозольобразующему материалу 11. Это может дополнительно повысить эффективность нагрева аэрозольобразующего материала 11. Согласно другим вариантам осуществления изобретения нагревательный элемент 3 может не находиться в поверхностном контакте с аэрозольобразующим материалом 11. Например, согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения нагревательный элемент 3 может быть отделен от аэрозольобразующего материала 11 теплопроводным барьером, в котором отсутствует нагревающийся материал и аэрозольобразующий материал. Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения теплопроводный барьер может представлять собой покрытие на аэрозольобразующем материале 11 или на нагревательном элементе 3. Указанный барьер может способствовать рассеиванию тепла, предотвращая возникновение перегретых участков на нагревательном элементе 3.
Изделие 10 также содержит обертку 12, которая охватывает аэрозольобразующий материал 11. Обертка 12 окружает аэрозольобразующий материал 11 и способствует защите аэрозольобразующего материала 11 от повреждения во время транспортировки и использования. Во время использования устройства обертка 12 может также способствовать направлению потока воздуха в и через аэрозольобразующий материал 11 и может способствовать направлению потока пара или аэрозоля через и из аэрозольобразующего материала 11.
Согласно указанному варианту осуществления изобретения свободные концы обертки 12, охватывающей аэрозольобразующий материал 11, наложены друг на друга. Обертка 12 может образовывать всю или большую часть боковой наружной поверхности изделия 10. Обертка 12 может быть изготовлена из любого подходящего материала, такого как бумага, картон, восстановленный аэрозольобразующий материал (например, восстановленный табак), или нагревающегося материала (например, металла или фольги из металлического сплава, например алюминиевой фольги). Обертка 12 также может содержать клей (не показан), который склеивает наложенные друг на друга свободные концы обертки 12. Клей может содержать быть в виде гуммиарабика, натуральных или синтетических смол, крахмала или лака. Клей предотвращает разъединение наложенных друг на друга свободных концов обертки 12. Согласно другим вариантам осуществления изобретения, клей может не быть, либо обертка 12 может отличаться от описанной. Любой из указанных типов обертки может использоваться для других изделий, представленных или показанных в настоящем описании, для создания дополнительных вариантов осуществления изобретения, Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения обертка 12 может отсутствовать.
Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения изделие 10 может содержать один или несколько дополнительных компонентов. Изделие 10 может содержать фильтр для фильтрации аэрозоля или паров, выделяющихся из аэрозольобразующего материала 11 изделия 10 в процессе его использования. Фильтр может быть любого типа, используемого в табачной промышленности. Например, фильтр может быть изготовлен из ацетата целлюлозы. Фильтр может быть по существу цилиндрическим и иметь по существу круглое поперечное сечение и продольную ось. Фильтр может иметь и другое поперечное сечение, например любое из описанных выше поперечных сечений, которое имеют изделия, и/или форма фильтра может отличаться от цилиндрической, и/или он может не быть продолговатым. Фильтр может примыкать к продольному концу аэрозольобразующего материала 11 и выровнен в осевом направлении с нагревательным элементом 3. Согласно другим вариантам осуществления изобретения фильтр может быть отделен от аэрозольобразующего материала 11, например, зазором и/или одним или несколькими дополнительными компонентами изделия 10. Примером дополнительного компонента (компонентов) является добавка или источник ароматизатора (например капсула или волокно, содержащее добавку или ароматизатор), которые могут удерживаться посредством тела фильтрующего материала, либо располагаться, например, между двумя телами фильтрующего материала.
Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения изделие 10 содержит обертку, которая охватывает аэрозольобразующий материал 11 и фильтр (если он имеется) для его удерживания на аэрозольобразующем материале 11. Обертка может опоясывать аэрозольобразующий материал 11 и фильтр. Во время использования изделия обертка также способствует направлению потока воздуха в аэрозольобразующий материал 11 и через него и может способствовать направлению потока пара или аэрозоля через и из аэрозольобразующего материала 11. Свободные концы обертки, опоясывающей аэрозольобразующий материал 11 и фильтр, наложены друг на друга. Обертка может образовывать всю или большую часть боковой наружной поверхности изделия 10. Обертка может быть изготовлена из любого подходящего материала, например, из бумаги, картона или восстановленного аэрозольобразующего материала (например, восстановленного табака). Обертка также может содержать клей (не показан), подобный любому из описанных выше, для закрепления наложенных друг на друга свободных концов обертки. Клей предотвращает разъединение наложенных друг на друга свободных концов обертки. Согласно другим вариантам осуществления изобретения клей может отсутствовать, либо обертка может отличаться от описанной. Согласно другим вариантам осуществления изобретения фильтр может удерживаться на аэрозольобразующем материале 11 посредством соединителя, отличного от обертки, например, при помощи клея.
На фиг. 6 показан другой вариант выполнения изделия 20, используемого в устройстве для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала. Изделие 20, показанное на фиг. 6, аналогично изделию, показанному на фиг. 5, за исключением того, что изделие 20 имеет нагревательный элемент 4 по фиг. 4, вместо нагревательного элемента 3 по фиг. 3. Изделие 20 является трубчатым и содержит нагревательный элемент 4, имеющий внутреннюю полость, т.е. внутреннюю полую область 4d, а также обертку 22, обхватывающую аэрозольобразующий материал 21 и нагревательный элемент 4. Любое из возможных изменений изделия 10, показанного фиг. 5, может быть применено к изделию 20, показанному на фиг. 6, для формирования дополнительных вариантов осуществления изобретения. Кроме того, согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения материал, например аэрозольобразующий, может быть расположен во внутренней области 4d нагревательного элемента 4 или заполнять указанную область.
Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения изделие 10, 20 может выпускаться в комплекте с устройством для нагрева аэрозольобразующего материала 11, 21 в изделии 10, 20 с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала 11, 21. Изделие 10, 20 и устройство в совокупности входят в состав системы.
На фиг. 7 показан один из вариантов выполнения системы. Система 1000 содержит изделие 10 по фиг. 5 и устройство 100 для нагрева аэрозольобразующего материала 11 изделия 10 с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала 11. Согласно другим вариантам осуществления изобретения изделие 10 может быть заменено любым другим описанным выше изделием. Согласно указанному варианту осуществления изобретения устройство 100 представляет собой устройство для нагрева табачного изделия (так называемое табаконагревательное устройство, точнее, устройство для «нагрева без горения»).
Устройство 100 содержит зону 111 нагрева, приспособленную для приема изделия 10, и устройство 112 для нагрева нагревательного элемента 3 изделия 10, находящегося в зоне 111 нагрева.
Кроме того, устройство 100 содержит корпус 110 и мундштук 120. Мундштук 120 может быть изготовлен из любого подходящего материала, например, пластического материала, картона, ацетата целлюлозы, бумаги, металла, стекла, керамики или эластомера. Мундштук 120 имеет сквозной канал 122. Расположение мундштука 120 относительно корпуса 110 позволяет прикрывать отверстие зоны 111 нагрева. При указанном расположении мундштука 120 относительно корпуса 110 канал 122 мундштука 120 связан по текучей среде с зоной 111 нагрева. В процессе использования устройства канал 122 позволяет проходить испаряющемуся компоненту из аэрозольобразующего материала изделия, вставленного в зону 111 нагрева, к наружной части устройства 100. Мундштук 120 соединен с корпусом 110 устройства разъемным соединением. Согласно другим вариантам осуществления изобретения, мундштук 120 может быть постоянно соединен с корпусом 110, например, посредством шарнира или гибкого элемента. В некоторых случаях изделие может содержать собственный мундштук, в таком случае в устройстве 100 мундштук 120 может отсутствовать.
В устройстве 100 выполнено впускное отверстие для воздуха (не показано), обеспечивающее связь по текучей среде зоны 111 нагрева с наружной частью устройства 100. Указанное впускное отверстие ограничено корпусом 110 и/или мундштуком 120. Пользователь имеет возможность вдыхать компонент (компоненты), испаряемый из аэрозольобразующего материала, втягивая указанный испаряемый компонент (компоненты) через канал 122 мундштука 120. При удалении из изделия 10 испаренного компонента (компонентов) воздух может втягиваться в зону 111 нагрева через впускное отверстие устройства 100.
Корпус 110 содержит зону 111 нагрева, представляющую собой глухое отверстие 111, вмещающее по меньшей мере часть изделия 10. Согласно другим вариантам осуществления изобретения зона 111 нагрева может иметь другую конфигурацию и может представлять собой полку, площадку или выступ, при этом может потребоваться механическое сопряжение для фиксации вмещаемого изделия. В данном случае зона 111 нагрева является продолговатой и ее размеры и форма позволяют вмещать все изделие 10. В некоторых случаях зона 111 нагрева может отличаться от продолговатой и/или иметь размеры, позволяющие вмещать только часть изделия 10.
Устройство 110 содержит генератор 112 магнитного поля, создающий переменное магнитное поле, проникающее в нагревательный элемент 3 изделия 10, вставленного в зону 111 нагрева. Однако, согласно другим вариантам осуществления изобретения устройство 110 может иметь другую конструкцию.
Генератор 112 магнитного поля содержит источник 113 электропитания, катушку 114, преобразователь 116, обеспечивающий подачу в катушку 114 изменяющегося электрического тока, например переменного, контроллер 117 и пользовательский интерфейс 118, позволяющий пользователю управлять контроллером 117.
В данном случае источником 113 электропитания является аккумуляторная батарея. В некоторых случаях источник 113 электропитания может отличаться от аккумуляторной батареи, например, представлять собой неперезаряжаемую батарею, конденсатор, батарейно-конденсаторный гибрид или электрическую сеть.
Катушка 114 может иметь любую подходящую конфигурацию. В данном случае катушка 114 представляет собой спиральную катушку из электропроводного материала, такого как медь. В некоторых случаях генератор 112 магнитного поля может содержать магнитопроницаемый сердечник, на который намотана катушка 114. Магнитопроницаемый сердечник концентрирует магнитный поток, испускаемый катушкой 114 в процессе использования устройства, создавая более мощное магнитное поле. Магнитопроницаемый сердечник может быть изготовлен, например, из железа. По длине катушки 114 могут располагаться отдельные участки магнитопроницаемого сердечника, чтобы магнитный поток концентрировался только в определенных областях. В некоторых случаях катушка может быть плоской, т.е. может являться двухмерной спиралью. В данном случае катушка 114 охватывает зону 111 нагрева и проходит вдоль продольной оси, по существу выровненной с продольной осью зоны 111 нагрева. Указанные оси совпадают. В некоторых случаях оси могут быть параллельными, наклонными или перпендикулярными друг другу.
Преобразователь 116, обеспечивающий подачу в катушку 114 переменного тока, электрически соединяет источник 113 электропитания и катушку 114. Контроллер 117 также электрически соединен с источником 113 электропитания и коммуникативно связан с преобразователем 116 для регулирования преобразователя 116. В частности, контроллер 117 приспособлен для регулирования преобразователя 116, чтобы регулировать подачу электроэнергии от источника 113 электропитания на катушку 114. Контроллер 117 содержит интегральную схему (IC), например, интегральную схему на печатной плате (PCB). В других вариантах осуществления изобретения конфигурация контроллера 117 может быть иной. В некоторых случаях устройство может иметь один электрический или электронный компонент, содержащий преобразователь 116 и контроллер 117. В данном случае контроллер 117 управляется пользователем посредством пользовательского интерфейса 118, который расположен на наружной поверхности корпуса 110. Пользовательский интерфейс 518 может содержать кнопку, тумблер, циферблат, сенсорный экран или тому подобные средства. В других вариантах осуществления изобретения пользовательский интерфейс 118 может быть удаленным и соединяться с остальной частью устройства по беспроводной связи, например посредством Bluetooth.
Когда пользователь манипулирует пользовательским интерфейсом 118, приводится в действие контроллер 117, по команде которого преобразователь 116 направляет переменный электрический ток в катушку 114, в результате чего катушка 114 генерирует переменное магнитное поле. Катушка 114 и зона 111 нагрева устройства 100 соответствующим образом расположены друг относительно друга, чтобы переменное создаваемое катушкой 114 магнитное поле проникало через нагревательный элемент 3 изделия 10, вставленного в зону 111 нагрева. Поскольку кобальт, образующий кобальтовое покрытие 3b нагревательного элемента 3, является электропроводным материалом, проникновение магнитного поля вызывает возникновение одного или нескольких вихревых токов в покрытии 3b нагревательного элемента 3. Поток вихревых токов в кобальтовом покрытии 3b преодолевает электрическое сопротивление кобальта и вызывает джоулев нагрев покрытия. Поскольку кобальт является ферромагнитным материалом, ориентация магнитных диполей в кобальте может изменяться при изменении приложенного магнитного поля, которое вызывает выделение тепла в покрытии 3b нагревательного элемента 3. Тепловая энергия, генерируемая в кобальтовом покрытии 3b, передается к аэрозольобразующему материалу изделия 30.
Устройство 100 содержит датчик 119 температуры для измерения температуры в зоне 111 нагрева. Датчик 119 температуры коммуникативно связан с контроллером 117, благодаря чему контроллер 117 может регулировать температуру в зоне 111 нагрева. Контроллер 17 согласно одному или нескольким сигналам, поступающим от датчика 119 температуры, подает команду преобразователю 116 откорректировать, по мере необходимости, одну из характеристик проходящего через катушку 114 изменяющегося или переменного электрического тока, чтобы гарантировать поддержание температуры в зоне 111 нагрева в заданном диапазоне. Указанной характеристикой может являться, например, амплитуда, частота или рабочий цикл. При заданном температурном интервале в процессе использования устройства аэрозольобразующий материал изделия, вставленного в зону 111 нагрева, нагревается в степени, достаточной для испарения по меньшей мере одного компонента аэрозольобразующего материала без горения этого материала. Соответственно, устройство 100, управляемое контроллером 117, обеспечивает требуемый нагрев аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала без его горения. Температурный интервал может составлять от 50 до 300°С, например, от 50 до 250°С, от 50 до 150°С, от 50 до 120°С, от 50 до 100°С, от 50 до 80°С или от 60 до 70°С. В некоторых случаях температурный интервал может составлять от 170 до 220°С. В других вариантах осуществления изобретения температурный интервал может отличаться от указанного. В некоторых случаях верхний предел температурного диапазона может превышать 300°С, а датчик 119 температуры может отсутствовать. Покрытие 3b нагревательного элемента 3 может содержать сплав кобальта, который имеет температуру Кюри, выбранную на основе максимальной температуры, до которой желательно нагревать покрытие 3b, при этом дальнейший нагрев выше указанной температуры посредством индукционного нагрева покрытия 3b замедляется или ограничивается.
На фиг. 8 показана система согласно другому варианту осуществления изобретения. Система 2000 содержит изделие 20 по фиг. 6 и устройство 200 для нагрева аэрозольобразующего материала 21 изделия 20 с целью испарения по меньшей мере одного компонента аэрозольобразующего материала 21. Изделие 20 может быть заменено любым другим описанным выше изделием. Любое из описанных возможных изменений устройства по фиг. 7 может быть применено к устройству по фиг. 8 для создания дополнительных вариантов выполнения устройства и/или дополнительных вариантов выполнения системы.
Устройство 200 аналогично устройству 100 по фиг. 7 (и, соответственно, аналогичные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями) за исключением того, что устройство 200 по фиг. 8 содержит подложку 130, которая расположена в полой внутренней области 4d изделия 20, чтобы изделие 20 могло быть размещено в заранее заданной позиции в зоне 111 нагрева при использовании устройства. Благодаря этому обеспечивается правильное расположение нагревательного элемента 4 изделия 20 относительно катушки 114 устройства 200. Функционирование устройства 200 и его воздействие на изделие 20 по существу описано выше, и поэтому для краткости изложения не будет описываться снова.
На фиг. 9 показана система согласно еще одному из вариантов осуществления изобретения. Система 3000 содержит изделие 30 с аэрозольобразующим материалом и устройство 300 для нагрева аэрозольобразующего материала изделия 30 с целью испарения по меньшей мере одного компонента аэрозольобразующего материала. Изделие 30 может быть заменено любым из других описанных выше изделий. Любое из описанных возможных изменений устройства по фиг. 7 или по фиг. 8 может быть применено к устройству по фиг. 9 для создания дополнительных вариантов выполнения устройства и/или дополнительных вариантов выполнения системы.
Устройство 300 аналогично устройству 100 по фиг. 7 (и, следовательно, аналогичные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями) за исключением того, что устройство 300 по фиг. 9 содержит нагревательный элемент 140 для нагрева зоны 111 нагрева. Нагревательный элемент 140 входит в зону 111 нагрева. Нагревательный элемент 140 аналогичен нагревательному элементу 3 по фиг. 3 и, соответственно, содержит термостойкую подложку 3а, нанесенное на нее кобальтовое покрытие 3b и термостойкое защитное покрытие 3с, причем кобальтовое покрытие 3b расположено между подложкой 3а и термостойким защитным покрытием 3с. Любые из описанных возможных изменений нагревательного элемента 3 по фиг. 3 могут быть применены к нагревательному элементу 140 устройства по фиг. 9 для создания дополнительных вариантов выполнения устройства и/или дополнительных вариантов выполнения системы. Например, В некоторых случаях нагревательный элемент 140 устройства 300 может не иметь термостойкого защитного покрытия 3с. Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения нагревательный элемент устройства 300 по меньшей мере частично окружен зоной 111 нагрева, т.е. вдается в зону 111 нагрева.
На фиг. 10 показана система согласно еще одному из вариантов осуществления изобретения. Система 4000 содержит изделие 40 с аэрозольобразующим материалом и устройство 400 для нагрева аэрозольобразующего материала изделия 40 с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала. Изделие 40 может быть заменено любым из других описанных выше изделий. Любое из описанных возможных изменений устройства по фиг. 7, или по фиг. 8, или по фиг. 9 может быть применено к устройству по фиг. 10 для создания дополнительных вариантов выполнения устройства и/или дополнительных вариантов выполнения системы.
Устройство 400 аналогично устройству 300 по фиг. 9 (и, соответственно, аналогичные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями) за исключением того, что нагревательный элемент устройства 400 по фиг. 10 является аналогичным нагревательному элементу 4 по фиг. 4. Таким образом, нагревательный элемент 150 содержит термостойкую подложку 4а, кобальтовое покрытие 4b, расположенное радиально снаружи подложки 4а, и термостойкое защитное покрытие 4с, причем кобальтовое покрытие 4b расположено между подложкой 4а и термостойким защитным покрытием 4с. Любые из описанных возможных изменений нагревательного элемента 4 по фиг. 4 могут быть применены к нагревательному элементу 150 устройства по фиг. 10 для создания дополнительных вариантов выполнения устройства и/или дополнительных вариантов выполнения системы. Например, нагревательный элемент 150 устройства 400 может не иметь термостойкого защитного покрытия 4с.
В каждой из систем 3000, 4000 по фиг. 9 и по фиг. 10 катушка 114 и нагревательный элемент 140, 150 устройства 300, 400 расположены друг относительно друга определенным образом, благодаря чему в процессе использования устройства переменное магнитное поле, создаваемое катушкой 114, проникает в нагревательный элемент 140, 150. Поскольку кобальт, образующий кобальтовое покрытие 3b, 4b нагревательного элемента 140, 150 является электропроводным материалом, проникающее магнитное поле вызывает возникновение одного или нескольких вихревых токов в кобальтовом покрытии 3b, 4b нагревательного элемента 140, 150. Поток вихревых токов в кобальтовом покрытии 140, 150 преодолевает электрическое сопротивление кобальта и вызывает джоулев нагрев кобальтового покрытия 140, 150. Поскольку кобальт является ферромагнитным материалом, ориентация магнитных диполей в кобальте может изменяться при изменении приложенного магнитного поля, что вызывает выделение тепла в кобальтовом покрытии 3b, 4b нагревательного элемента 140, 150.
В каждой из систем 3000, 4000 по фиг. 9 и по фиг.10, когда изделие 30, 40 вставлено в зону 111 нагрева, нагревательный элемент 140, 150 располагаается в изделии 30, 40 (например, в полой области изделия 30, 40 или вдавливается в аэрозольобразующий материал изделия 30, 40), при этом тепло, генерируемое в нагревательном элементе 140, 150, эффективно передается за счет теплопроводности (и/или, возможно, конвекции) в аэрозольобразующий материал изделия 30, 40. Функционирование устройства 300, 400 и его воздействие на изделие 30, 40 по существу описано выше, и поэтому для краткости изложения не будет описываться снова.
Изделие 30, 40 одной из систем 3000, 4000 может содержать нагревательный элемент, который нагревается при проникновении переменного магнитного поля, создаваемого катушкой 114. Соответственно, аэрозольобразующий материал изделия 30, 40 может быть нагрет одним или обоими нагревательными элементами изделия 30, 40 и нагревательным элементом 140, 150 устройства 300, 400.
Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения покрытие, содержащее кобальт, состоит только из кобальта. Однако согласно другим вариантам осуществления изобретения в дополнение к кобальту покрытие может содержать один или несколько материалов из числа следующих: электропроводный материал, магнитный материал и магнитный электропроводный материал. Покрытие может содержать кобальтовый сплав. Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения покрытие, содержащее кобальт, может также содержать один или несколько следующих материалов: алюминий, золото, железо, никель, электропроводный углерод, графит, сталь, углеродистая сталь, низкоуглеродистая сталь, нержавеющая сталь, ферритная нержавеющая сталь, медь или бронза. Согласно другим вариантам осуществления изобретения в дополнение к кобальту может быть использован другой нагревающийся материал (материалы).
Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения нагревательный элемент не имеет отверстий или несплошностей. Нагревательный элемент может представлять собой фольгу. Однако в других вариантах осуществления изобретения нагревательный элемент может иметь отверстия или несплошности. Например, нагревательный элемент может представлять собой сетку, перфорированный лист или перфорированную фольгу.
Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения нагревательный элемент содержит или состоит из термостойкой подложки из нержавеющей стали, нанесенного на нее кобальтового покрытия и термостойкого защитного покрытия, содержащего нитрид титана, причем кобальтовое покрытие расположено между подложкой и термостойким защитным покрытием.
Кобальтовое покрытие имеет глубину скин-слоя, определяющего внешнюю зону, в которой в основном индуцируется электрический ток и/или происходит индуцированная переориентация магнитных диполей. С учетом того, что толщина кобальтового покрытия является относительно небольшой, под действием изменяющегося магнитного поля кобальтовое покрытие будет нагреваться сильнее по сравнению с нагревающимся материалом относительно большой глубины или толщины при схожести других размеров. Таким образом, достигается более эффективное использование материала и, в свою очередь, снижаются затраты.
Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения аэрозольобразующий материал содержит табак. Однако в других вариантах осуществления изобретения аэрозольобразующий материал может состоять из табака, может состоять практически полностью из табака, может содержать табак и аэрозольобразующий материал, отличный от табака, может содержать аэрозольобразующий материал, отличный от табака, или может не содержать табака. Аэрозольобразующий материал может содержать парообразующий или аэрозольобразующий агент или увлажнитель, такой как глицерин, пропиленгликоль, триацетин или диэтиленгликоль. Аэрозольобразующий материал может представлять собой нежидкий аэрозольобразующий материал, при этом устройство приспособлено для нагрева нежидкого аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента аэрозольобразующего материала.
Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения изделие 10, 20, 30 является расходным изделием. После того, как весь или по существу весь испаряемый компонент (компоненты) аэрозольобразующего материала в изделии 10, 20, 30 был израсходован, пользователь может удалить изделие 10, 20, 30 из зоны 111 нагрева устройства 100, 200, 300, 400 и утилизировать изделие 10, 20, 30. Таким образом, пользователь имеет возможность снова использовать устройство 100, 200, 300, 400 с новым изделием 10, 20, 30. В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения изделие может представлять собой нерасходуемое изделие, в таком случае устройство и изделие могут быть одновременно утилизированы после того, как испаряемый компонент (компоненты) аэрозольобразующего материала был израсходован полностью.
Согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения изделие 10, 20, 30 продается, поставляется или иным образом доставляется отдельно от устройства 100, 200, 300, 400, с которым изделие 10, 20, 30 может использоваться. Однако в других вариантах осуществления изобретения возможна поставка устройства 100, 200, 300, 400 совместно с одним или с несколькими изделиями 10, 20, 30 в виде системы, представляющей собой комплект или набор, который может включать дополнительные компоненты, например, средства для очистки.
Изобретение направлено на устранение существующих проблем и усовершенствование известных устройств и в полной мере раскрывается в описании вариантов его осуществления, проиллюстрированных в качестве примера и практического использования изобретения, в котором предлагаются высококачественные нагревательные элементы, обеспечивающие нагрев аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, изделия, применяемые в устройстве для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, устройство для нагрева аэрозольобразующего материала с целью испарения по меньшей мере одного компонента этого материала, а также системы, содержащие указанные изделия и/или указанное устройство. Преимущества и особенности изобретения представляют собой исключительно репрезентативную выборку из вариантов осуществления изобретения и не являются исчерпывающими и/или исключительными. Варианты осуществления изобретения описаны лишь для облегчения его понимания. Следует понимать, что преимущества, варианты осуществления, примеры, функции, особенности конструкции и/или другие аспекты изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение, которое определено его формулой, и что возможны другие варианты осуществления изобретения и допускаются изменения, не выходящие за рамки объема и/или сущности изобретения. Различные варианты осуществления изобретения, разумеется, могут содержать, состоять или в основном состоять из различных комбинаций раскрытых элементов, компонентов, особенностей, частей, этапов, средств и т.д.