ТОКОПРИЕМНИК ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ С ИНДУКЦИОННО НАГРЕВАЕМЫМ УСТРОЙСТВОМ, ГЕНЕРИРУЮЩИМ АЭРОЗОЛЬ, ИЛИ СИСТЕМОЙ, ГЕНЕРИРУЮЩЕЙ АЭРОЗОЛЬ
CURRENT COLLECTOR FOR USE WITH INDUCTIVELY HEATED AEROSOL GENERATING DEVICE OR AEROSOL GENERATING SYSTEM

Настоящее изобретение относится к токоприемнику для удержания и индукционного нагрева жидкости, образующей аэрозоль. Настоящее изобретение также относится к картриджу для использования с устройством, генерирующим аэрозоль, а также к устройству, генерирующему аэрозоль, и системе для генерирования аэрозоля за счет индукционного нагрева жидкости, образующей аэрозоль.
Системы, генерирующие аэрозоль, основанные на индукционном нагреве субстрата, образующего аэрозоль, общеизвестны из уровня техники. Эти системы могут содержать индукционный источник для генерирования переменного электромагнитного поля, которое вызывает по меньшей мере одно из вихревых токов, генерирующих тепло, или потерь на гистерезис в токоприемнике. Токоприемник, нагреваемый таким образом, находится в тепловой близости от субстрата, образующего аэрозоль, который способен высвобождать летучие соединения для образования аэрозоля при нагреве. В зависимости от типа системы, генерирующей аэрозоль, токоприемник и субстрат, образующий аэрозоль, могут быть предусмотрены вместе в изделии, генерирующем аэрозоль, в частности, в картридже. Картридж может быть выполнен с возможностью размещения в полости устройства, генерирующего аэрозоль, которое, в свою очередь, содержит индукционный источник. В известном уровне техники были описаны несколько конфигураций токоприемника для определения подходящего нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Тем не менее, во многих случаях токоприемник находится в контакте только с небольшой частью субстрата, образующего аэрозоль. Это может привести к неоднородному нагреванию в пределах объема субстрата, таким образом, температура субстрата в некоторых частях является слишком низкой для образования аэрозоля. Следовательно, только небольшая часть субстрата эффективно используется для ощущения пользователя. Тем не менее, увеличение тепловой мощности для нагрева всех частей субстрата до требуемой температуры с образованием субстрата может привести к локальному перегреву тех частей, которые находятся в непосредственном контакте с токоприемником.
Следовательно, было бы желательно иметь токоприемник, а также картридж и устройство, генерирующее аэрозоль, содержащие токоприемник с преимуществами решений известного уровня техники, но без их ограничений. В частности, было бы желательно иметь токоприемник, картридж и устройство, генерирующее аэрозоль, обеспечивающие однородный нагрев субстрата, образующего аэрозоль, без риска локального перегрева.
Согласно настоящему изобретению представлен индукционно нагреваемый токоприемник для использования с устройством, генерирующим аэрозоль, или системой, генерирующей аэрозоль. Токоприемник содержит индукционно нагреваемый керамический материал с открытыми порами для удержания жидкости, образующей аэрозоль, и нагревания жидкости под действием переменного электромагнитного поля. В частности, токоприемник может быть выполнен из данного керамического материала с открытыми порами или может содержать его.
Керамический материал согласно настоящему изобретению отличается, с одной стороны, своей структурой с открытыми порами или открытопористой структурой, а с другой стороны, своей способностью к нагреву под действием переменного электромагнитного поля. Вследствие этого токоприемник преимущественно представляет собой как среду для хранения жидкости, образующей аэрозоль, подлежащей нагреву, так и нагревательный элемент для индукционного нагрева жидкости, удерживаемой в нем. По этой причине токоприемник согласно настоящему изобретению может считаться токоприемником, выполняющим двойную функцию. Преимущественно структура с открытыми порами керамического материала обеспечивает равномерное пропитывание всего материала токоприемника жидкостью, образующей аэрозоль. Следовательно, токоприемник полностью находится в непосредственном контакте с жидкостью, образующей аэрозоль. В то же время весь объем токоприемника равномерно нагревается под действием переменного электромагнитного поля. По этой причине токоприемник согласно настоящему изобретению преимущественно обеспечивает равномерный нагрев всей жидкости, образующей аэрозоль, хранящейся в нем, без необходимости его перегрева. Более того, токоприемник согласно настоящему изобретению преимущественно обеспечивает пользователю одинаковые ощущения, поскольку количество жидкости, образующей аэрозоль, которое может быть нагрето, связано с пористостью и полным объемом токоприемника, что является параметрами, управляемыми эффективным образом.
Открытая пористость токоприемника обеспечивает высокую удерживающую емкость жидкого материала, образующего аэрозоль. Следовательно, жидкий материал, образующий аэрозоль, безопасно удерживается или хранится в токоприемнике. Преимущественно это снижает риск разлива, например, по сравнению с отсеком для жидкости. В частности, это обеспечивает герметичность токоприемника, а также любых изделий, устройств или систем, генерирующих аэрозоль, содержащих такой токоприемник. В дополнение, открытая пористость материала токоприемника обеспечивает свободный выход испаряемого материала, образующего аэрозоль, из картриджа при нагреве.
В контексте настоящего документа термин «токоприемник» относится к элементу, содержащему материал, который способен преобразовывать электромагнитную энергию в тепло. Таким образом, токоприемник нагревается при помещении в переменное электромагнитное поле. В целом, это может быть результатом потерь на гистерезис и/или вихревых токов, вызванных в токоприемнике, в зависимости от электрических и магнитных свойств материала токоприемника. Потери на гистерезис происходят в ферромагнитных или ферримагнитных материалах токоприемника в связи с переключением магнитных доменов внутри материала под влиянием переменного электромагнитного поля. Вихревые токи могут быть вызваны, если материал токоприемника является электрически проводящим. В случае электрически проводящего ферромагнитного или ферримагнитного материала токоприемника, тепло может генерироваться посредством как вихревых токов, так и потерь на гистерезис. Соответственно индукционно нагреваемый керамический материал с открытыми порами согласно настоящему изобретению может быть нагреваемым посредством по меньшей мере одного из потерь на гистерезис или вихревых токов в зависимости от электрических и магнитных свойств керамического материала с открытыми порами. Соответственно индукционно нагреваемый керамический материал с открытыми порами может быть электрически проводящим. В качестве альтернативы или дополнения, нагреваемый керамический материал с открытыми порами может быть ферромагнитным или ферримагнитным. Например, токоприемник может содержать электрически проводящий керамический материал, такой как титанат стронция, легированный лантаном, или титанат стронция, легированный иттрием, или состоять из него. Подобным образом, токоприемник может содержать ферромагнитный или ферримагнитный керамический материал с открытыми порами, такой как керамический феррит, или состоять из него.
В контексте настоящего документа термин «жидкость, образующая аэрозоль» относится к жидкости, способной высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль при нагреве жидкости, образующей аэрозоль. Жидкость, образующая аэрозоль, может содержать как твердые, так и жидкие материал, образующий аэрозоль, или компоненты. Жидкость, образующая аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные вкусоароматические соединения, которые высвобождаются из жидкости при нагреве. Альтернативно или дополнительно субстрат, образующий аэрозоль, может содержать нетабачный материал. Жидкость, образующая аэрозоль, может дополнительно содержать вещество для образования аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может также содержать другие добавки и ингредиенты, такие как никотин или ароматизаторы. В частности, жидкость, образующая аэрозоль, может содержать воду, растворители, этанол, растительные экстракты и натуральные или искусственные ароматизаторы. Жидкость, образующая аэрозоль, также может представлять собой пастообразный материал, саше из пористого материала, содержащее субстрат, образующий аэрозоль, или, например, рассыпной табак, смешанный с гелеобразующим средством или клейким средством, который может содержать обычное вещество для образования аэрозоля, такое как глицерин, и который затем будет сжат или сформован в виде заглушки.
Для обеспечения требуемых генерирования тепла, поглощения жидкости и эффекта удержания могут быть выбраны конкретный материал и геометрия токоприемника. В целом, токоприемник может иметь любую требуемую форму. Форма может зависеть от конкретного места действия и установки при использовании с изделием, устройством или системой, генерирующими аэрозоль. Например, токоприемник может быть выполнен в одной из следующих конфигураций: в форме цилиндра, диска, трубы, параллелепипеда или шайбы.
Токоприемник может представлять собой цельный корпус, содержащий индукционно нагреваемый керамический материал с открытыми порами, или быть выполнен из него. Цельный корпус может представлять собой компактный твердый корпус. Такая конфигурация преимущественно обеспечивает предоставление компактной единой среды для хранения жидкости, образующей аэрозоль, подлежащей нагреву. В частности, цельный корпус токоприемника может представлять собой цельную гранулу или спрессованное изделие.
В качестве альтернативы, токоприемник может содержать множество элементов токоприемника, причем каждый элемент токоприемника содержит индукционно нагреваемый керамический материал с открытыми порами, или выполнен него, или состоит из него. Подобным образом, каждый элемент токоприемника может представлять собой цельный корпус, в частности, компактный твердый корпус. Например, токоприемник может представлять собой твердый сыпучий материал из элементов токоприемника, таких как отдельные гранулы токоприемника. Токоприемник может представлять собой гранулированный материал токоприемника.
Количество жидкости, образующей аэрозоль, удерживаемое и нагреваемое токоприемником, связано с пористостью керамического материала с открытыми порами. Предпочтительно пористость индукционно нагреваемого керамического материала с открытыми порами составляет от 20% до 60%. Такой диапазон пористости является предпочтительным относительно количества жидкости, образующей аэрозоль, которая удерживается и нагревается в токоприемнике, для обеспечения комфортного ощущения пользователя. Пористость может быть выбрана таким образом, что токоприемник удерживает заданное количество жидкости, образующей аэрозоль. Заданное количество жидкости предпочтительно соответствует предварительно заданному количеству затяжек, которые можно осуществить при использовании токоприемника с устройством, генерирующим аэрозоль, или системой, генерирующей аэрозоль. Пористость также может быть выбрана в соответствии с конкретным управлением потоком воздуха через токоприемник. Например, пористость может быть выбрана таким образом, чтобы обеспечивать конкретное сопротивление затяжке (RTD).
Предпочтительно нагрев жидкости, образующей аэрозоль, происходит на основе только потерь на гистерезис. Следовательно, нагрев токоприемника, т.е. нагрев индукционно нагреваемого керамического материала с открытыми порами, в основном, или даже исключительно, может происходить за счет потерь на гистерезис. Таким образом, керамический материал с открытыми порами предпочтительно является только ферримагнитным или ферромагнитным. Соответственно индукционно нагреваемый керамический материал с открытыми порами предпочтительно является электрически непроводящим или только очень слабо проводящим. Как будет более подробно описано ниже, это может быть желательным для ограничения нагревательной возможности токоприемника до температуры, соответствующей температуре Кюри материала токоприемника. В электрически непроводящем материале вихревые токи не возникают и, следовательно, нагрева посредством вихревых токов не происходит.
Ферримагнитные материалы и ферромагнитные материалы отличаются тем, что они удерживают спонтанную намагниченность ниже температуры Кюри и не демонстрируют магнитного порядка выше этой температуры. Следовательно, ферримагнитные или ферромагнитные материалы выше их температуры Кюри являются парамагнитными и, следовательно, нагрева за счет потерь на гистерезис больше не происходит. Таким образом, если керамический материал с открытыми порами токоприемника является электрически непроводящим, а только ферримагнитным или ферромагнитным, возможность индукционного нагрева при температуре выше температуры Кюри исчезает полностью. Этот эффект может быть преимущественно использован для управления температурой нагрева токоприемника. Соответственно индукционно нагреваемый керамический материал с открытыми порами токоприемника может иметь температуру Кюри, выбранную таким образом, чтобы соответствовать максимальной температуре, до которой токоприемник должен быть нагрет для избежания или по меньшей мере уменьшения вероятности быстрого перегрева. Температура Кюри может отличаться от этой максимальной температуры на от приблизительно 1% до 3%. Индукционно нагреваемый керамический материал токоприемника может быть выбран таким образом, чтобы иметь температуру Кюри ниже 400°C, предпочтительно ниже 380°C или ниже 360°C. Предпочтительно индукционно нагреваемый керамический материал имеет температуру Кюри в диапазоне от 150°C до 300°C. Это, в частности, относится к токоприемникам, содержащим только один ферримагнитный керамический материал.
2
3
3
4
Как упомянуто выше, индукционно нагреваемый керамический материал с открытыми порами предпочтительно представляет собой керамический феррит. В контексте настоящего документа ферриты представляют собой ферримагнитные керамические соединения, полученные из оксидов железа, таких как гематит (FeO) или магнетит (FeO), а также оксидов других металлов. Обычно ферриты являются электрически непроводящими.
В частности, индукционно нагреваемый керамический материал с открытыми порами может содержать или может представлять собой по меньшей мере одно из следующего:
- магний-марганцевый феррит;
- никель-цинковый феррит; или
- кобальт-цинк-бариевый феррит.
x
y
z
4
Никель-цинковый феррит, как упомянуто выше, может содержать или состоять из сочетания типа Mg Mn Fe O, причем x=0,4-1,1, y=0,3-0,9 и z=1-2, и при этом атомная доля x, y и z металлических катионов Mg, Mn и Fe такова, что суммарный заряд металлических катионов компенсирует суммарный заряд анионов кислорода. В частности, индукционно нагреваемый керамический материал с открытыми порами может содержать или представлять собой одно из следующего:
0,77
0,58
1,65
4
- Mg Mn Fe O, с температурой Кюри приблизительно 270 °C;
0,55
0,88
1,55
4
- Mg Mn Fe O; с температурой Кюри приблизительно 262 °C;
1,03
0,35
1,37
4
- Mg Mn Fe O; с температурой Кюри приблизительно 190 °C.
x
1-x
2
4
0,5
0,5
2
4
Никель-цинковый феррит, как упомянуто выше, может содержать или состоять из сочетания типа Ni ZnFe O, причем x=0,3-0,7, а атомная доля металлических катионов Ni, Zn и Fe такова, что суммарный заряд металлических катионов компенсирует суммарный заряд анионов кислорода. В частности, индукционно нагреваемый керамический материал с открытыми порами может содержать или представлять собой, например, Ni ZnFe O, с температурой Кюри приблизительно 258°C.
1,75
0,25
2
12
22
Кобальт-цинк-бариевый феррит, как упомянуто выше, может содержать или состоять из CoZn Ba Fe O, с температурой Кюри приблизительно 279°C.
Способ изготовления токоприемника, содержащего индукционно нагреваемый керамический материал с открытыми порами согласно настоящему изобретению, может включать следующие этапы:
- смешивание порошкообразных необработанных компонентов керамического материала;
- растворение целлюлозы в растворителе;
- смешивание растворенной целлюлозы со смешанными необработанными компонентами с получением суспензионной смеси;
- высушивание суспензионной смеси;
- прессование высушенной суспензионной смеси с образованием гранулы требуемой формы;
- обжигание гранулы с образованием гранулы с открытыми порами;
- отжиг гранулы с открытыми порами.
Этапы смешивания порошкообразных необработанных компонентов керамического материала и смешивания растворенной целлюлозы со смешанными необработанными компонентами могут быть объединены, таким образом, необработанные компоненты керамического материала и растворенную целлюлозу могут быть смешаны на одном этапе.
Обработку целлюлозы и порошкообразных необработанных материалов могут альтернативно выполнять в сухом состоянии без использования растворителя. Следовательно, альтернативный способ изготовления токоприемника, содержащего индукционно нагреваемый керамический материал с открытыми порами согласно настоящему изобретению, может включать следующие этапы:
- смешивание порошкообразных необработанных компонентов керамического материала и целлюлозы для образования сухой смеси;
- прессование сухой смеси с образованием гранулы требуемой формы;
- обжигание гранулы с образованием гранулы с открытыми порами;
- отжиг гранулы с открытыми порами.
В контексте настоящего документа термин «обжигание» обозначает процесс термической обработки в воздушной или кислородной среде при температуре от 550°C до 1300°C. Обжигание могут выполнять в обжиговой печи. Обжиговая печь может представлять собой стальной цилиндр, вращающийся внутри нагретой печи и выполняющий непрямую высокотемпературную обработку в регулируемой атмосфере. Обжигание направлено на сжигание целлюлозы и удаление растворителя, если он присутствует, в керамическом материале согласно настоящему изобретению. Во время этого процесса формируют структуру с открытыми порами керамического материала. Предпочтительно гранулу обжигают при температуре приблизительно 1200°C.
Целлюлоза выполняет две функции. Первая: целлюлоза выполняет функцию связующего между частицами смешанных необработанных компонентов в грануле. Вторая: частицы целлюлозы преимущественно выступают в качестве смещающих элементов для образования структуры с открытыми порами.
2
Давление, прилагаемое к высушенной смеси для образования гранулы требуемой формы, может находиться в диапазоне от 5 до 10 т/см (тонн на квадратный сантиметр). Например, нагрузку в размере 10 тонн могут прилагать к круглому образцу с диаметром 13 мм.
Предпочтительно гранулу с открытыми порами отжигают при температуре в диапазоне от 500°C до 700°C, в частности, при температуре приблизительно 600°C.
До этапа смешивания порошкообразных необработанных компонентов способ может дополнительно включать этап просеивания необработанных компонентов керамического материала для выбора частиц порошка необработанных компонентов с конкретным размером зерен в требуемом диапазоне. Предпочтительно конкретный размер зерен составляет от 50 мкм до 80 мкм.
До этапа смешивания необработанных компонентов и, если предусмотрено, до этапа просеивания необработанных компонентов способ может дополнительно включать этап измельчения необработанных компонентов.
После этапа измельчения способ может дополнительно включать этап высушивания измельченных необработанных компонентов до этапа смешивания необработанных компонентов и, если предусмотрено, до этапа просеивания необработанных компонентов.
Предпочтительно токоприемник может представлять собой часть или быть расходуемым изделием, генерирующим аэрозоль, которое предварительно пропитывают жидкостью, образующей аэрозоль, для подготовки к использованию с устройством, генерирующим аэрозоль, содержащим индукционный источник. Следовательно, токоприемник может дополнительно содержать жидкость, образующую аэрозоль, удерживаемую в индукционно нагреваемом керамическом материале с открытыми порами. Таким образом, токоприемник может содержать индукционно нагреваемый керамический материал с открытыми порами, который удерживает жидкость, образующую аэрозоль, или который (предварительно) пропитан жидкостью, образующей аэрозоль. В частности, индукционно нагреваемый керамический материал с открытыми порами может удерживать заданное количество жидкости, образующей аэрозоль, или может быть предварительно пропитан ей. Заданное количество жидкости предпочтительно соответствует предварительно заданному количеству затяжек, которые можно осуществить при использовании токоприемника с устройством, генерирующим аэрозоль.
В качестве альтернативы, токоприемник может представлять собой неотъемлемую часть устройства, генерирующего аэрозоль. Следовательно, в настоящем изобретении также представлено устройство, генерирующее аэрозоль, для генерирования аэрозоля посредством индукционного нагрева жидкости, образующей аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, содержит индукционный источник, содержащий индукционную катушку для генерирования переменного электромагнитного поля. Кроме того, устройство содержит токоприемник согласно настоящему изобретению, который, как описано в настоящем документе, содержит индукционно нагреваемый керамический материал с открытыми порами для удержания и нагрева жидкости, образующей аэрозоль. Токоприемник расположен относительно индукционной катушки так, чтобы индукционно нагреваться посредством переменного электромагнитного поля при работе устройства.
Для генерирования переменного электромагнитного поля индукционный источник может содержать генератор переменного тока (AC). Генератор переменного тока может питаться от блока питания устройства, генерирующего аэрозоль. Генератор переменного тока функционально соединен с индукционной катушкой. Генератор переменного тока выполнен с возможностью генерирования высокочастотного колебательного тока для прохождения через индукционную катушку для генерирования переменного электромагнитного поля. В контексте настоящего документа высокочастотный колебательный ток обозначает колебательный ток с частотой от 500 кГц до 30 МГц, предпочтительно от 1 МГц до 10 МГц, более предпочтительно от 5 МГц до 7 МГц.
Устройство может дополнительно содержать электрическую схему, которая предпочтительно содержит генератор переменного тока. Электрическая схема может преимущественно содержать преобразователь постоянного тока в переменный, который может содержать усилитель мощности класса D или класса E. Электрическая схема может быть соединена с электрическим блоком питания устройства, генерирующего аэрозоль. Электрическая схема может содержать микропроцессор, который может представлять собой программируемый микропроцессор, микроконтроллер или специализированную интегральную схему (ASIC) или другую электронную схему, выполненную с возможностью осуществления управления. Электрическая схема может содержать дополнительные электронные компоненты. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью регулирования подачи тока на индукционную катушку. Ток может подаваться на индукционную катушку непрерывно после активации системы или может подаваться с перерывами, например от затяжки к затяжке.
Как уже упоминалось выше, устройство, генерирующее аэрозоль, преимущественно содержит блок питания, предпочтительно батарею, такую как литий-железо-фосфатная батарея. В качестве альтернативы, блок питания может представлять собой устройство накопления заряда другого типа, такое как конденсатор. Блок питания может нуждаться в перезарядке и может иметь емкость, которая позволяет накапливать достаточное количество энергии для одного или более сеансов пользователя. Например, блок питания может иметь емкость, достаточную для обеспечения возможности непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, равного приблизительно шести минутам или в течение периода кратного шести минутам. В другом примере блок питания может иметь емкость, достаточную для обеспечения осуществления заданного количества затяжек или отдельных активаций индукционной катушки.
Устройство может содержать одну индукционную катушку или множество индукционных катушек. Количество индукционных катушек может зависеть от количества элементов токоприемника. Индукционная катушка или катушки могут иметь форму, соответствующую форме токоприемника. Подобным образом, индукционная катушка или катушки могут иметь форму, соответствующую форме кожуха устройства, генерирующего аэрозоль. Например, индукционная катушка или катушки могут представлять собой винтообразную катушку или плоскую спиральную катушку. Индукционная катушка может быть намотана вокруг ферритового сердечника. В контексте настоящего документа «плоская спиральная катушка» обозначает катушку, являющуюся в целом плоской катушкой, при этом ось наматывания катушки перпендикулярна плоскости, в которой лежит катушка. Плоская спиральная индукционная катушка может иметь любую требуемую форму в плоскости катушки. Например, плоская спиральная катушка может иметь круглую форму или может иметь в общем продолговатую или прямоугольную форму. Тем не менее, термин «плоская спиральная катушка» в данном контексте охватывает катушки, являющиеся плоскими, а также плоские спиральные катушки, чья форма соответствует изогнутой поверхности. Использование плоской спиральной катушки обеспечивает возможность для проектирования компактного устройства с простой конструкцией, которое является надежным и недорогим для производства. Катушка может удерживаться внутри корпуса устройства и не обязательно должна подвергаться воздействию генерируемого аэрозоля, так что можно избежать отложений на катушке и возможной коррозии. Индукционная катушка может быть покрыта антикоррозионным покрытием или антикоррозионной оболочкой. Индукционная катушка может иметь диаметр от 5 мм до 10 мм. Индукционная катушка может быть расположена на поверхности полости, ближайшей к блоку питания, или смежно с ней. Это уменьшает количество и сложность электрических соединений в устройстве.
При использовании является преимущественным, чтобы токоприемник располагался вблизи индукционной катушки, таким образом, обеспечивается проникание переменного электромагнитного поля в индукционно нагреваемый керамический материал с открытыми порами. Преимущественно токоприемник расположен вблизи индукционной катушки. Также целесообразно, чтобы расстояние между индукционной катушкой и токоприемником было по существу постоянным по всей протяженности токоприемника, чтобы обеспечить равномерный нагрев. Предпочтительно минимальное расстояние между токоприемником и индукционной катушкой составляет менее 2 мм, в частности, менее 1 мм или даже менее 0,5 мм.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать кожух устройства. Кожух устройства может содержать токоприемник, индукционный источник, индукционную катушку, генератор переменного тока, электрическую схему и блок питания. Как будет дополнительно описано ниже, кожух устройства может дополнительно содержать отсек или элемент для удержания жидкости, или и то, и другое для хранения жидкости, образующей аэрозоль.
Кожух устройства может дополнительно содержать полость, в которой токоприемник может быть расположен по меньшей мере частично. Полость может иметь внутреннюю поверхность. Индукционная катушка может быть расположена на поверхности полости, ближайшей к блоку питания, или смежно с ней. Индукционная катушка может иметь форму, соответствующую внутренней поверхности полости. Альтернативно индукционная катушка может располагаться в полости. В частности, полость может представлять собой камеру, генерирующую аэрозоль.
Кожух устройства может содержать основную часть и мундштучную часть. Полость может находиться в основной части, и мундштучная часть может иметь выпускное отверстие, сквозь которое аэрозоль, сгенерированный устройством, может вытягиваться. Индукционная катушка может быть расположена в основной части, в мундштучной части или как в основной части, так и в мундштучной части. В контексте настоящего документа термин «мундштучная часть» обозначает часть устройства, которая помещается в рот пользователя для непосредственного вдыхания аэрозоля, генерируемого системой, генерирующей аэрозоль. Аэрозоль передается в рот пользователя через мундштук.
Устройство может содержать воздушный путь, проходящий от по меньшей мере одного впускного отверстия для воздуха к по меньшей мере одному выпускному отверстию для воздуха. Выпускное отверстие для воздуха предпочтительно представляет собой выпускное отверстие мундштука. Воздушный путь проходит через токоприемник, в частности, через наружную поверхность керамического материала с открытыми порами. Воздушный путь может проходить через полость. Воздушный путь также может проходить через индукционную катушку. За счет обеспечения протекания воздуха через устройство для прохождения сквозь катушку можно получить компактную систему. Индукционная катушка может быть расположена смежно с токоприемником. Воздушный путь может содержать проход для потока воздуха, предусмотренный между индукционной катушкой и элементом токоприемника. Испаренный материал, образующий аэрозоль, может захватываться в воздух, текущий в проходе для потока воздуха, который впоследствии охлаждается с образованием аэрозоля, который выходит через выпускное отверстие для воздуха.
Керамический материал с открытыми порами токоприемника может быть предварительно пропитан заданным количеством жидкости, образующей аэрозоль, например для однократного использования устройства. Тем не менее, может быть предпочтительным многократное использование устройства и встроенного в него токоприемника. Следовательно, устройство может быть выполнено с возможностью повторного или непрерывного пропитывания токоприемника жидкостью, образующей аэрозоль. Для этого устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать отсек для удержания или хранения жидкости, образующей аэрозоль. Отсек может быть заменяемым или повторно заполняемым. Отсек может быть расположен в кожухе устройства, в частности, в основной части устройства. Для (повторного) пропитывания токоприемника жидкостью, образующей аэрозоль, отсек сообщается по текучей среде с токоприемником, например посредством канала для текучей среды или трубы для текучей среды.
Перемещение жидкости, образующей аэрозоль, из отсека в токоприемник предпочтительно происходит за счет силы тяжести. В качестве альтернативы, перемещение жидкости может происходить за счет капиллярного эффекта, например посредством элемента капиллярного фитиля, между отсеком и токоприемником. Устройство, генерирующее аэрозоль, также может содержать насосное устройство, такое как микронасос, для перемещения жидкости, образующей аэрозоль, из отсека в токоприемник.
Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено таким образом, что пропитывание токоприемника жидкостью, образующей аэрозоль, из отсека, происходит только в определенном положении устройства, например в положении по горизонтали или в положении на весу устройства. В контексте настоящего документа положение устройства в основном относится к ориентации устройства в пространстве, в частности, в соответствии с силой тяжести. Иными словами, устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено таким образом, что пропитывание токоприемника жидкостью, образующей аэрозоль, из отсека требует ориентации устройства в определенное положение. Определенное положение может называться «положением пропитывания». Преимущественно это снижает риск нежелательного пропитывания или даже излишнего пропитывания токоприемника свыше его емкости.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено таким образом, что перемещение жидкости, образующей аэрозоль, из отсека в токоприемник предпочтительно осуществляется только под действием силы тяжести. Для этой цели относительное расположение токоприемника и отсека может быть таким, что в определенном положении пропитывания устройства токоприемник расположен на уровне, который ниже уровня отсека. В отличие от этого, в рабочем положении устройства, т.е. во время генерирования аэрозоля, токоприемник предпочтительно расположен на уровне, который выше уровня отсека. Соответственно в рабочем положении не происходит перемещения жидкости, образующей аэрозоль, из отсека в токоприемник. Избыток жидкости, образующей аэрозоль, в рабочем положении может повторно проходить из токоприемника или канала для текучей среды/трубы для текучей среды в отсек.
В качестве альтернативы или дополнения, сообщение по текучей среде между токоприемником и отсеком является прерываемым или разъединяемым. В частности, устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено таким образом, что отсек находится в сообщении по текучей среде с токоприемником только в определенном положении пропитывания устройства. По меньшей мере в рабочем положении устройства, но также в любом положении кроме положения пропитывания, сообщение по текучей среде может быть заблокировано, разомкнуто, прервано или остановлено. Для осуществления прерываемого или разъединяемого сообщения по текучей среде устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать клапан для управления сообщением по текучей среде между отсеком и токоприемником. Клапан может представлять собой клапан, приводимый в движение силой тяжести, т.е. он открывается только в определенном положении устройства, таком как положение по горизонтали или положение на весу устройства. Клапан может представлять собой управляемый электромагнитный клапан. Электромагнитный клапан может быть выполнен с возможностью ручного управления, например посредством переключателя. Альтернативно электромагнитный клапан может быть соединен с электрической схемой устройства, генерирующего аэрозоль, для управления закрытием и открытием клапана. Электрическая схема может дополнительно содержать датчик положения, такой как оснащенный микрочипом МЭМС гироскоп, для определения положения устройства, генерирующего аэрозоль. Соответственно электрическая схема может быть выполнена с возможностью открытия электромагнитного клапана, только если датчик положения определит, что устройство, генерирующее аэрозоль, находится в определенном положении. Если датчик положения определяет любое другое положение, клапан закрывается посредством электрической схемы.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть дополнительно выполнено таким образом, что нагрев токоприемника прекращается во время пропитывания токоприемника жидкостью, образующей аэрозоль. Преимущественно это предотвращает непреднамеренное образование газа в отсеке.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено таким образом, что проход для аэрозоля в направлении выхода аэрозоля устройства, генерирующего аэрозоль, закрыт во время пропитывания токоприемника жидкостью, образующей аэрозоль. Предпочтительно это предотвращает непреднамеренное поглощение жидкости, образующей аэрозоль, пользователем устройства.
За счет структуры с открытыми порами керамического материала токоприемник уже обеспечивает высокую удерживающую емкость для жидкости. Тем не менее, устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать элемент для удержания жидкости для удержания дополнительного количества жидкости, образующей аэрозоль. Элемент для удержания жидкости может содержать материал с высокой удерживающей способностью или с высокой высвобождающей способностью (HRM) для хранения жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Преимущественно элемент для удержания жидкости может представлять собой среду для хранения жидкости, образующей аэрозоль, которой пропитывают токоприемник. Для этого элемент для удержания жидкости предпочтительно находится в непосредственном контакте с токоприемником. Таким образом, жидкость, образующая аэрозоль, хранящаяся в элементе для удержания жидкости, может быть легко перемещена в токоприемник, например за счет капиллярного действия. Жидкость, образующая аэрозоль, удерживаемая в элементе для удержания жидкости, предпочтительно не доступна для образования аэрозоля до выведения из элемента для удержания. Элемент для удержания жидкости может быть электрически непроводящим. Элемент для удержания жидкости также может быть парамагнитным или диамагнитным. Предпочтительно элемент для удержания жидкости может быть индукционно ненагреваемым. Элемент для удержания жидкости может быть расположен с устройством, генерирующим аэрозоль, таким образом, чтобы не подвергаться влиянию или подвергаться минимальному влиянию переменного электромагнитного поля индукционной катушки.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать элемент для удержания жидкости и отсек для жидкости, образующей аэрозоль. Предпочтительно отсек находится в сообщении по текучей среде с элементом для удержания жидкости, который, в свою очередь, может находиться в сообщении по текучей среде с токоприемником. Следовательно, элемент для удержания жидкости (повторно) наполняется из отсека, тогда как токоприемник пропитывается из элемента для удержания жидкости.
Как упомянуто выше, токоприемник может быть частью или может представлять собой расходуемое изделие, генерирующее аэрозоль, которое предварительно пропитывают жидкостью, образующей аэрозоль, для подготовки к использованию с устройством, генерирующим аэрозоль, которое содержит индукционный источник. Предпочтительно изделие, генерирующее аэрозоль, может быть частью или может представлять собой картридж для использования с устройством, генерирующим аэрозоль. Следовательно, в настоящем изобретении также представлен картридж для использования с индукционно нагреваемым устройством, генерирующим аэрозоль. Картридж содержит жидкость, образующую аэрозоль, и индукционно нагреваемый токоприемник согласно настоящему изобретению, как описано в настоящем документе. Токоприемник содержит, или выполнен из, или состоит из индукционно нагреваемого керамического материала с открытыми порами, как описано в настоящем документе, который удерживает по меньшей мере часть жидкости, образующей аэрозоль, содержащейся в картридже. Помимо удерживания по меньшей мере части жидкости, образующей аэрозоль, индукционно нагреваемый керамический материал обеспечивает индукционный нагрев жидкости, образующей аэрозоль, удерживаемой в нем, под действием переменного электромагнитного поля.
Картридж представляет собой расходуемое, в частности, одноразовое изделие, генерирующее аэрозоль. Он выполнен с возможностью размещения в полости устройства, генерирующего аэрозоль, которое, в свою очередь, содержит индукционный источник для индукционного нагрева токоприемника картриджа, когда он размещен в полости. При работе индукционный источник генерирует переменное магнитное поле, которое проникает в токоприемник картриджа, размещенного в полости. В зависимости от электрических и магнитных свойств индукционно нагреваемого керамического материала переменное магнитное поле вызывает по меньшей мере одно из вихревых токов или потерь на гистерезис в токоприемнике. Следовательно, токоприемник нагревается, обеспечивая испарение жидкости, образующей аэрозоль, удерживаемой в нем. За счет структуры с открытыми порами керамического материала испаренная жидкость, образующая аэрозоль, может проходить через токоприемник, а затем охлаждаться с образованием аэрозоля.
Предпочтительно токоприемник, удерживающий жидкость, образующую аэрозоль, может по существу представлять собой картридж, т.е. расходуемое изделие, генерирующее аэрозоль. В этом случае токоприемник может удерживать всю жидкость, образующую аэрозоль, картриджа. Иными словами, картридж согласно настоящему изобретению может содержать только токоприемник, пропитанный жидкостью, образующей аэрозоль. Преимущественно, как установлено, картридж является простым, недорогим и надежным.
В дополнение, картридж может содержать кожух картриджа, по меньшей мере частично окружающий пропитанный токоприемник. Предпочтительно кожух картриджа полностью окружает токоприемник, т.е. токоприемник может находиться в кожухе картриджа.
Когда кожух картриджа необходимо разместить в полости устройства, генерирующего аэрозоль, кожух предпочтительно является электрически непроводящим.
Токоприемник может заполнять по меньшей мере часть внутреннего пространства кожуха картриджа.
Кожух картриджа может быть по меньшей мере частично или полностью съемным таким образом, чтобы по меньшей мере частично или полностью освобождать токоприемник. При работе это обеспечивает свободное выведение испаренной жидкости, образующей аэрозоль, из картриджа, и наоборот, впускание воздуха в токоприемник. В частности, если картридж представляет собой расходуемое изделие, генерирующее аэрозоль, по существу содержащее токоприемник, пропитанный жидкостью, образующей аэрозоль, кожух картриджа может представлять собой обертку или покрытие токоприемника, которое может быть по меньшей мере частично или полностью удалено до сцепления картриджа с устройством, генерирующим аэрозоль, т.е. до сцепления частично или полностью освобожденного токоприемника с устройством, генерирующим аэрозоль.
Кожух картриджа может содержать по меньшей мере одну проницаемую для текучей среды часть. В контексте настоящего документа термин «проницаемая для текучей среды часть» представляет собой часть кожуха картриджа, обеспечивающую пропускание газа, а также предпочтительно жидкости, через себя. В частности, по меньшей мере одна проницаемая для текучей среды часть кожуха картриджа обеспечивает пропускание жидкости, образующей аэрозоль, либо в газообразной фазе, либо в газообразной и жидкой фазе, через себя. Кожух картриджа может иметь множество проницаемых для текучей среды частей. Предпочтительно по меньшей мере часть этих частей кожуха картриджа, покрывающего токоприемник или находящегося в контакте с токоприемником, может быть проницаема для текучей среды. Даже весь кожух картриджа может быть проницаемым для текучей среды. Последняя конфигурация является преимущественной относительно картриджа, который полностью заполнен токоприемником, пропитанным жидкостью, образующей аэрозоль, или относительно картриджа, который по существу содержит токоприемник, пропитанный жидкостью, образующей аэрозоль.
Вследствие высокой удерживающей емкости материала токоприемника сам токоприемник также может образовывать по меньшей мере часть кожуха картриджа. Токоприемник даже может образовывать весь кожух картриджа. Например, картридж может представлять собой полый цилиндр, содержащий цилиндрическую стенку и две торцевые стенки. Цилиндрическая стенка и торцевые стенки образуют кожух картриджа. По меньшей мере одна торцевая стенка или по меньшей мере часть цилиндрической стенки, или и то, и другое, могут быть образованы токоприемником.
Токоприемник может только частично заполнять объем кожуха картриджа. Преимущественно свободное внутреннее пространство картриджа может быть использовано в качестве отсека или резервуара, заполненного жидкостью, образующей аэрозоль. Часть поверхности токоприемника, обращенная к внутренней части картриджа, может находиться в непосредственном контакте с жидкостью, образующей аэрозоль. Таким образом, при нагревании жидкость, образующая аэрозоль, удерживаемая в токоприемнике, испаряется и выпускается из картриджа через структуру с открытыми порами керамического материала токоприемника. В то же время токоприемник непрерывно повторно заполняется или повторно пропитывается жидкостью, образующей аэрозоль, хранящейся в отсеке или резервуаре картриджа. По сравнению с картриджем, в котором токоприемник полностью заполняет объем картриджа, картридж, свободный объем которого заполнен жидкостью, образующей аэрозоль, работает дольше. Это объясняется тем, что объем токоприемника имеет меньшую удерживающую емкость для жидкости по сравнению со свободным объемом того же размера.
2
Вся поверхность, соответствующая наружному контуру корпуса токоприемника, расположенного на наружной поверхности картриджа, может составлять приблизительно 25 мм.
Дополнительные преимущества и признаки картриджа согласно настоящему изобретению были описаны выше относительно токоприемника и не будут повторены.
Согласно настоящему изобретению также представлена система, генерирующая аэрозоль, для генерирования аэрозоля за счет индукционного нагрева жидкости, образующей аэрозоль. Система содержит устройство, генерирующее аэрозоль, и картридж согласно настоящему изобретению, как описано в настоящем документе. Соответственно картридж содержит жидкость, образующую аэрозоль, и индукционно нагреваемый токоприемник согласно настоящему изобретению, как описано выше, который удерживает по меньшей мере часть жидкости, образующей аэрозоль. Картридж выполнен с возможностью использования с устройством, генерирующим аэрозоль, т.е. с возможностью сцепления с устройством, генерирующим аэрозоль, для генерирования аэрозоля за счет индукционного нагрева жидкости, образующей аэрозоль, содержащейся в картридже. Для этого устройство, генерирующее аэрозоль, содержит кожух устройства, содержащий полость для размещения по меньшей мере части картриджа. Устройство, генерирующее аэрозоль, в кожухе устройства дополнительно содержит индукционный источник, содержащий индукционную катушку для генерирования переменного электромагнитного поля. Устройство, генерирующее аэрозоль, и картридж выполнены таким образом, что после размещения картриджа в полости токоприемник располагается относительно индукционной катушки так, чтобы индукционно нагреваться посредством переменного электромагнитного поля.
Индукционная катушка может быть расположена на внутренней поверхности полости или смежно с ней. Индукционная катушка может иметь форму, соответствующую внутренней поверхности полости. Альтернативно индукционная катушка может располагаться в полости. В некоторых вариантах осуществления индукционная катушка может располагаться во внутреннем проходе картриджа, когда картридж находится в сцеплении с устройством.
Кожух устройства может содержать основную часть и мундштучную часть. Полость может находиться в основной части, и мундштучная часть может иметь выпускное отверстие, сквозь которое аэрозоль, сгенерированный системой, может вытягиваться. Индукционная катушка может находиться в мундштучной части или в основной части. В качестве альтернативы, мундштучная часть может быть предоставлена в качестве части картриджа.
Устройство может содержать воздушный путь, проходящий от по меньшей мере одного впускного отверстия для воздуха к по меньшей мере одному выпускному отверстию для воздуха. Выпускное отверстие для воздуха предпочтительно представляет собой выпускное отверстие мундштука. Воздушный путь проходит через токоприемник, в частности, через наружную поверхность керамического материала с открытыми порами. Воздушный путь может проходить через полость. Воздушный путь также может проходить через индукционную катушку. За счет обеспечения протекания воздуха через устройство для прохождения сквозь катушку можно получить компактную систему. При использовании индукционная катушка может быть расположена смежно с токоприемником, когда картридж сцеплен с устройством, т.е. размещен в полости. Воздушный путь может содержать проход для потока воздуха, предусмотренный между индукционной катушкой и элементом токоприемника при размещении картриджа в полости. Испаренный материал, образующий аэрозоль, может захватываться в воздух, текущий в проходе для потока воздуха, который впоследствии охлаждается с образованием аэрозоля, который может выходить через выпускное отверстие для воздуха.
По сравнению с устройством, генерирующим аэрозоль, описанным выше, устройство, генерирующее аэрозоль, описанное здесь, не содержит ни внутренний токоприемник, ни внутренний резервуар для жидкости, образующей аэрозоль, такой как отсек для жидкости. Однако помимо этого устройство, генерирующее аэрозоль, описанное здесь, может быть подобным или идентичным устройству, генерирующему аэрозоль, описанному выше.
В частности, индукционный источник и индукционная катушка устройства, генерирующего аэрозоль, описанные здесь, могут быть подобны или идентичны индукционному источнику и индукционной катушке устройства, генерирующего аэрозоль, описанного выше. Подобным образом, устройство, генерирующее аэрозоль, описанное здесь, также содержит по меньшей мере одно из генератора переменного тока, электрической схемы и блока, как описано выше.
Дополнительные признаки и преимущества устройства, генерирующего аэрозоль, описанного здесь, в частности, дополнительные признаки и преимущества индукционного источника, индукционной катушки, генератора переменного тока, электрической схемы и блока питания были описаны относительно устройства, генерирующего аэрозоль, описанного выше, и не будут повторены.
Далее настоящее изобретение будет описано лишь на примерах со ссылкой на сопроводительные графические материалы, на которых:
на фиг. 1 схематически показана система, генерирующая аэрозоль, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 показан вид в поперечном сечении системы, генерирующей аэрозоль, по фиг. 1 вдоль линии A-A;
на фиг. 3 схематически показана система, генерирующая аэрозоль, согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 4 схематически показан первый вариант осуществления картриджа согласно настоящему изобретению;
на фиг. 5 показан вид в перспективе картриджа по фиг. 4;
на фиг. 6 схематически показан второй вариант осуществления картриджа согласно настоящему изобретению;
на фиг. 7 показан вид в перспективе картриджа по фиг. 6;
на фиг. 8-17 схематически показаны дополнительные варианты осуществления картриджа согласно настоящему изобретению;
на фиг. 18 схематически показано устройство, генерирующее аэрозоль, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 19 схематически показано устройство, генерирующее аэрозоль, согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 1
схематически показана система 1, генерирующая аэрозоль, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Система содержит устройство 100, генерирующее аэрозоль, и картридж 200 для сцепления с устройством 100, генерирующим аэрозоль. Устройство 100 содержит основную часть, имеющую кожух 101 основной части, в котором содержатся литий-ионная батарея в качестве блока 102 питания и управляющая электрическая схема 104. Кожух 101 основной части определяет полость 112, в которой размещен картридж 200. Устройство 100 также содержит мундштучную часть 120, содержащую выпускное отверстие 124. Вместе кожух мундштучной части 120 и кожух 101 основной части образуют кожух устройства 100. Мундштучная часть может быть соединена с основной частью посредством соединения любого типа, такого как шарнирное соединение, защелкивающееся соединение или завинчивающееся соединение. В кожухе 101 основной части образованы впускные отверстия 122 для воздуха.
фиг. 2
Плоская спиральная индукционная катушка 110 расположена в полости 112. Катушка 110 функционально соединена с управляющей электрической схемой 104. Катушка 110 также показана на . Катушка 110 выполнена посредством штампования или вырезания спиральной катушки из листа меди. Катушка 110 расположена вблизи внутренней поверхности полости 112, противоположной торцевой поверхности картриджа 200, на уровне впускных отверстий 122 для воздуха. Следовательно, воздух, втягиваемый через впускные отверстия 122 в направлении выпускного отверстия 124, проходит через проход, образованный между катушкой 112 и торцевой поверхностью цилиндрического картриджа 200. Преимущественно плоская спиральная катушка обеспечивает простую поверхность контакта между устройством и картриджем, что, в свою очередь, позволяет создать простую и недорогую конструкцию картриджа.
фиг. 4
фиг. 5
0,5
0,5
2
4
2
В этом варианте осуществления картридж 200 имеет круглую цилиндрическую форму. Цилиндрический картридж 200 содержит кожух 204 картриджа, содержащий жидкость 202, образующую аэрозоль. Жидкость, образующая аэрозоль, может удерживаться в капиллярном материале. Кожух 204 картриджа непроницаем для текучей среды, но содержит открытый конец, накрытый токоприемником 210. Дополнительные детали картриджа 200 показаны на  и . В этом варианте осуществления токоприемник 210 представляет собой компактный твердый корпус токоприемника, выполненный из ферримагнитного керамического материала с открытыми порами, например Ni ZnFe O. Корпус 210 токоприемника имеет цилиндрическую форму и вставлен в открытый конец кожуха 204 картриджа. Следовательно, токоприемник 210 образует по меньшей мере часть кожуха 204 картриджа. Осевая длина цилиндрического корпуса 210 токоприемника составляет от 3 мм до 6 мм, предпочтительно от 4 до 5 мм. Общая поверхность, соответствующая цилиндрическому наружному контуру корпуса токоприемника 21, может составлять приблизительно 25 мм.
Внутренняя торцевая поверхность цилиндрического корпуса 210 токоприемника обращена к внутренней части кожуха 204 картриджа таким образом, чтобы находиться в непосредственном контакте с жидкостью 202, образующей аэрозоль, содержащейся в картридже 200. За счет структуры с открытыми порами керамического материала токоприемник пропитывается жидкостью 202, образующей аэрозоль. Соответственно токоприемник 210 удерживает по меньшей мере часть жидкости 202, образующей аэрозоль, содержащейся в картридже 200. Наружная торцевая поверхность цилиндрического корпуса 210 токоприемника образует наружную поверхность картриджа 200. Следовательно, при нагреве жидкость, образующая аэрозоль, удерживаемая в токоприемнике, испаряется и может свободно выходить из картриджа 200 через наружную торцевую поверхность корпуса 210 токоприемника с открытыми порами.
Структура с открытыми порами является такой, чтобы обеспечить высокую удерживающую емкость для жидкого материала, образующего аэрозоль. Вследствие этого жидкость, образующая аэрозоль, безопасно удерживается или хранится в токоприемнике 210. Преимущественно это обеспечивает герметичность картриджа 200 относительно жидкости 202, образующей аэрозоль, содержащейся в нем, даже если часть кожуха картриджа выполнена из материала с открытыми порами. Наоборот, открытая пористость материала токоприемника является таковой, что она обеспечивает свободный выход испаренного материала, образующего аэрозоль, из картриджа при нагреве.
Когда картридж 200 сцеплен с устройством 100, генерирующим аэрозоль, и размещен в полости 112, элемент 210 токоприемника расположен смежно с плоской спиральной катушкой 110. Картридж 200 может иметь ключевые признаки, чтобы гарантировать, что его нельзя вставить в устройство перевернутым вверх дном.
При использовании пользователь может делать затяжку на мундштучной части 120 для втягивания воздуха через впускные отверстия 122 для воздуха в полости 112 и мундштучной части 120 и из выпускного отверстия 124 в рот пользователя. Устройство может содержать датчик 106 затяжки в форме микрофона для обнаружения осуществления пользователем затяжки на мундштуке. Датчик 106 затяжки может представлять собой часть управляющей электрической схемы 104. Датчик 106 затяжки может быть расположен в полости вблизи впускных отверстий 122 для воздуха. При обнаружении затяжки электрическая схема 104 подает высокочастотный колебательный ток на катушку 110. Это генерирует колебательное магнитное поле, которое проходит через токоприемник 210. В результате токоприемник 210 нагревается за счет потерь на гистерезис и достигает температуры, достаточной для испарения жидкости, образующей аэрозоль, удерживаемой в открытых порах материала токоприемника. Испаренный материал, образующий аэрозоль, захватывается в воздух, проходящий из впускных отверстий 122 для воздуха к выпускному отверстию 124 для воздуха. Наряду с этим, пар охлаждается с образованием аэрозоля внутри мундштучной части 120 до выхода через выпускное отверстие 124. Управляющая электрическая схема 104 подает колебательный ток на катушку 110 в течение заданного периода времени, в этом примере в течение пяти секунд, после обнаружения затяжки и затем отключает ток до обнаружения новой затяжки.
На фиг. 3
схематически показана система 1, генерирующая аэрозоль, согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Система 1 содержит устройство 100, генерирующее аэрозоль, и картридж 200. За исключением индукционной катушки этот второй вариант осуществления подобен первому варианту осуществления, показанному на фиг. 1. Следовательно, в обоих вариантах осуществления подобные признаки устройства, генерирующего аэрозоль, и картриджа обозначены одинаковыми ссылочными номерами. Вместо плоской спиральной индукционной катушки устройство 100, генерирующее аэрозоль, согласно второму варианту осуществления содержит винтообразную индукционную катушку 170, расположенную в полости 112, таким образом, токоприемник 210 расположен в винтообразной индукционной катушке 170, когда картридж размещен в полости 112. За счет приложения высокочастотного колебательного тока на катушку 170 генерируется колебательное магнитное поле, которое является по существу равномерным во внутренней части винтообразной катушки 170. Таким образом, когда картридж 200 входит в сцепление с устройством 100, генерирующим аэрозоль, на токоприемник 120 равномерно воздействует колебательное магнитное поле, которое является преимущественными относительно равномерного нагрева токоприемника. В качестве альтернативы, винтообразная индукционная катушка 170 также может быть расположена на внутренней поверхности полости 112 или даже внутри стенки кожуха 101 основной части, что обеспечивает простую и компактную конструкцию устройства 100, генерирующего аэрозоль.
Картридж 200 согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 1-5, имеет простую и надежную конструкцию, которая может быть недорогой в изготовлении по сравнению с картриджами-распылителями, доступными на рынке. Однако возможны другие конфигурации, как показано на фиг. 6-16.
На фиг. 6
фиг. 7
и схематически показана альтернативная конструкция картриджа, имеющая полую цилиндрическую форму. Токоприемник 210 представляет собой компактный корпус токоприемника, выполненный из ферримагнитного керамического материала с открытыми порами, который образует кольцевую часть цилиндрической стенки кожуха 204 картриджа. Следовательно, токоприемник 220 имеет трубчатую форму. Во внутренней части полого картриджа 200 содержится жидкость, образующая аэрозоль, часть которой удерживается в токоприемнике 210. Картридж по фиг. 6 и 7 может быть выполнен с возможностью сцепления с устройством, генерирующим аэрозоль, содержащим винтообразную индукционную катушку, как показано на фиг. 3. Устройство, генерирующее аэрозоль, предпочтительно выполнено таким образом, что токоприемник расположен соосно во внутренней части винтообразной катушки, когда картридж сцеплен с устройством, генерирующим аэрозоль. Таким образом, нагрев токоприемника является преимущественно очень равномерным. Более того, объем активного нагрева конструкции картриджа по фиг. 6 и 7 больше по сравнению с конструкцией картриджа по фиг. 4 и 5, что обеспечивает более интенсивное ощущение пользователя.
На фиг. 8
схематически показан вид в поперечном сечении другой конструкции картриджа, в которой картридж полностью заполнен токоприемником 210. В этом варианте осуществления токоприемник 210 представляет собой компактный корпус токоприемника, выполненный из ферримагнитного керамического материала с открытыми порами, который обеспечивает надежное удержание жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Следовательно, картридж 200 согласно настоящему варианту осуществления преимущественно снижает риск разлива, например, по сравнению с отсеком для жидкости. В случае трещины или поломки картриджа материал с высокой удерживающей способностью токоприемника предотвращает непреднамеренный контакт жидкости, образующей аэрозоль, с активными электрическими компонентами устройства и биологической тканью.
Картридж 200 содержит кожух 204 картриджа, который по меньшей мере частично окружает токоприемник 210. При использовании испаренный субстрат, образующий аэрозоль, может выходить из картриджа через те части токоприемника, которые не закрыты кожухом картриджа.
фиг. 9
Кожух 204 картриджа также может полностью окружать токоприемник 210. В этом случае по меньшей мере часть кожуха 204 картриджа может быть проницаемой для текучей среды для обеспечения выхода испаренного субстрата, образующего аэрозоль, из картриджа. Предпочтительно весь кожух 204 картриджа является проницаемым для текучей среды, как показано на . Преимущественно это обеспечивает максимальное ощущение пользователя.
фиг. 10
фиг.
Альтернативно токоприемник 210 может быть расположен в непроницаемом для текучей среды кожухе 204 картриджа, который полностью окружает токоприемник 210, как показано на . Преимущественно это предотвращает высыхание пропитанного токоприемника. Как показано на 11, по меньшей мере часть кожуха 204 картриджа может быть выполнена с возможностью снятия или открытия до сцепления картриджа с устройством, генерирующим аэрозоль, т.е. до сцепления частично или полностью освобожденного токоприемника с устройством, генерирующим аэрозоль. Как показано в варианте осуществления по фиг. 11, кожух 204 картриджа может быть выполнен с возможностью снятия на торцевой поверхности. При снятии части концевой поверхности кожуха 204 картриджа частично открытый картридж может входить в сцепление с устройством, генерирующим аэрозоль. При работе испаренный субстрат, образующий аэрозоль, может выходить из картриджа через открытую торцевую поверхность.
Подобным образом, конструкция картриджа по фиг. 4 и 5 или фиг. 6 и 7 может содержать кожух 204 картриджа, который также закрывает наружную поверхность токоприемника 210. Часть(-и) кожуха 204 картриджа, которая закрывает токоприемник, должна быть снята или открыта до сцепления картриджа с устройством, генерирующим аэрозоль. Снимаемая или открываемая часть(-и) кожуха картриджа может считаться защитной крышкой токоприемника. Наружная поверхность токоприемника может находиться либо вровень с наружной поверхностью оставшейся части кожуха картриджа, либо углублено по отношению к ней, таким образом, наружная поверхность кожуха картриджа является гладкой.
На фиг. 12
фиг. 13
исхематически показана другая конструкция картриджа, в которой весь кожух 204 картриджа представляет собой защитную крышку или уплотнительную гильзу, которую необходимо снять до сцепления оставшихся частей картриджа с устройством, генерирующим аэрозоль. Такая крышка или гильза может быть преимущественной относительно картриджей, которые по существу содержат компактный корпус токоприемника (см. фиг. 12) или которые содержат замкнутую поверхность или полый корпус токоприемника, инкапсулирующий жидкость, образующую аэрозоль (см. фиг. 13). В обоих вариантах осуществления в корпусе токоприемника по существу содержится расходное изделие, генерирующее аэрозоль, для сцепления с устройством, генерирующим аэрозоль, при снятии уплотнительной гильзы 204, которая окружает изделие. Как показано на фиг. 12 и 13, окружающая уплотнительная гильза 204 может открываться на торцевой поверхности, что обеспечивает извлечение корпуса токоприемника. В отношении конструкции токоприемника, показанной на фиг. 13, замкнутая поверхность токоприемника может считаться оставшимся кожухом тех частей картриджа, которые должны входить в сцепление с устройством, генерирующим аэрозоль.
фиг. 14,
Вместо единого корпуса токоприемника токоприемник также может содержать множество элементов 211 токоприемника. Как показано на элементы токоприемника могут представлять собой отдельные гранулы 211 токоприемника, пропитанные жидкостью, образующей аэрозоль, что образует гранулированный материал токоприемника. Элементы 211 токоприемника могут располагаться в кожухе 204 картриджа, причем по меньшей мере часть которого является проницаемой для текучей среды. Например, часть кожуха картриджа или весь кожух картриджа может иметь конфигурацию в виде сетки, например сетки из нержавеющей стали. На фиг. 14 показано, что весь кожух 204 картриджа является проницаемым для текучей среды. Преимущественно такой кожух 204 картриджа удерживает отдельные элементы токоприемника вместе, и в то же время обеспечивает выход испаренного субстрата, образующего аэрозоль, из картриджа.
фиг. 15
фиг. 16
фиг. 17
Альтернативно элементы 211 токоприемника могут содержаться в непроницаемом кожухе 204 картриджа, как показано на . Преимущественно это предотвращает высыхание пропитанных гранул. Как показано на , по меньшей мере часть кожуха картриджа может быть выполнена с возможностью снятия или открытия таким образом, чтобы обеспечить извлечение отдельных элементов токоприемника (см. ), которыми затем можно заполнить полость устройства, генерирующего аэрозоль. Если отдельные элементы токоприемника необходимо расположить в устройстве, генерирующем аэрозоль, в качестве сыпучего материала без кожуха картриджа, т. е в качестве рассыпных элементов, устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать контейнер для размещения и надежного удержания элементов токоприемника в полости. По меньшей мере часть контейнера может быть проницаемой для текучей среды для обеспечения выхода испаренного субстрата, образующего аэрозоль, из контейнера. Контейнер может содержать заправочное отверстие. Заправочное отверстие может закрываться, например, крышкой или мундштуком устройства, генерирующего аэрозоль.
На фиг. 18
схематически показан первый вариант осуществления устройства 100, генерирующего аэрозоль, согласно другому аспекту настоящего изобретения. Вместо вхождения в сцепление с отдельным картриджем, который содержит токоприемник и жидкость, образующую аэрозоль, подлежащую нагреву, само устройство 100, генерирующее аэрозоль, содержит токоприемник 180 согласно настоящему изобретению и, как описано в настоящем документе, он представляет собой внутренний токоприемник 180, выполненный из ферримагнитного керамического материала с открытыми порами. По аналогии с устройством, генерирующим аэрозоль, показанным на фиг. 1 и 3, устройство 100 по фиг. 13 содержит основную часть, имеющую кожух 101 основной части, который содержит батарею 102 и управляющую электрическую схему 104. Кожух 101 основной части определяет полость 112, в которой размещен внутренний токоприемник 180. Устройство 100 также содержит мундштучную часть 120, содержащую выпускное отверстие 124. Вместе кожух мундштучной части 120 и кожух 101 основной части образуют кожух устройства 100. Мундштучная часть соединена с возможностью отсоединения с основной частью. Впускные отверстия 122 для воздуха образованы в кожухе основной части. В полости 112 расположена винтообразная индукционная катушка 170. Катушка 170 функционально соединена с управляющей электрической схемой 104 и окружает цилиндрический корпус 180 токоприемника. При подаче электрической схемой 104 высокочастотного колебательного тока на катушку 170 генерируется колебательное магнитное поле, которое проходит через токоприемник 180. В результате токоприемник 180 нагревается за счет потерь на гистерезис, вызванных испарением жидкости, образующей аэрозоль, удерживаемой в токоприемнике 180 со структурой с открытыми порами. Испаренный материал, образующий аэрозоль, захватывается в поток воздуха, который создается при втягивании воздуха пользователем через впускные отверстия 122 для воздуха в полость 112 и мундштучную часть 120 и наружу из выпускного отверстия 124.
В этом примере осевая протяженность в длину винтообразной катушки 170 по существу соответствует осевой протяженности в длину цилиндрического токоприемника 180. Конечно, катушка 170 также может быть выполнена таким образом, чтобы окружать только осевую часть токоприемника 180. Преимущественно степень перекрытия между катушкой и токоприемником 180 может способствовать предварительной установке количества жидкости, образующей аэрозоль, подлежащей нагреву и испарению, для улучшения ощущения пользователя.
Для постоянного (повторного) заполнения токоприемника 180 жидкостью, образующей аэрозоль, устройство 100, генерирующее аэрозоль, дополнительно содержит отсек 185 для жидкости, образующей аэрозоль. Отсек может быть заменяемым или повторно заполняемым. Отсек 185 расположен в кожухе 101 основной части устройства 100. Отсек 185 находится в сообщении по текучей среде с токоприемником 180 посредством канала 186 для текучей среды. Управляемый клапан 187 расположен в канале 186 для текучей среды. Клапан 187 функционально соединен с электрической схемой 104 для управления закрытием и открытием клапана. Устройство 100, генерирующее аэрозоль, выполнено таким образом, чтобы открывать клапан 186 только в положении по горизонтали или положении на весу устройства. Следовательно, пропитывание токоприемника 180 жидкостью, образующей аэрозоль, из отсека 185 требует ориентации устройства 100 в конкретное положение «пропитывания». Преимущественно это снижает риск нежелательного пропитывания или даже излишнего пропитывания токоприемника 180 свыше его емкости. Перемещение жидкости, образующей аэрозоль, из отсека 185 в токоприемник 180 предпочтительно происходит за счет силы тяжести. Для определения соответствующего положения устройства устройство 100 может содержать датчик положения (не показан) в качестве части электрической схемы 104. В дополнение электрическая схема 104 может быть выполнена таким образом, чтобы прекращать процесс нагрева в положении «пропитывания» для предотвращения непреднамеренного образования газа. Более того, электрическая схема 104 может быть выполнена таким образом, чтобы блокировать воздушный путь в направлении выпускного отверстия 124 во время (повторного) заполнения токоприемника 180 для предотвращения непреднамеренного поглощения жидкости, образующей аэрозоль, пользователем. Для этого устройство 100 может содержать створку (не показана). Устройство 100 также может быть выполнено таким образом, чтобы обеспечить нагрев токоприемника 180 только в одном или более заданных положениях «использования».
На фиг. 19
схематически показан второй вариант осуществления устройства 100, генерирующего аэрозоль, содержащего внутренний токоприемник 180. Этот вариант осуществления по существу подобен варианту осуществления, показанному на фиг. 18. Следовательно, в обоих вариантах осуществления подобные признаки устройства, генерирующего аэрозоль, обозначены одинаковыми ссылочными номерами. В дополнение, устройство 100 по фиг. 19 содержит элемент 190 для удержания жидкости, выполненный из материала с высокой удерживающей способностью или с высокой высвобождающей способностью (HRM). Элемент 190 для удержания жидкости служит в качестве среды для хранения жидкости, образующей аэрозоль, для постоянного пропитывания токоприемника 180. Для этого элемент 190 для удержания жидкости находится в непосредственном контакте с токоприемником 180. Жидкость, образующая аэрозоль, хранящаяся в элементе 190 для удержания жидкости, перемещается за счет капиллярного действия в токоприемник 180. Элемент 190 для удержания жидкости является электрически непроводящим и парамагнитным и, следовательно, индукционно ненагреваемым. Вследствие этого индукционная катушка 170 окружает только токоприемник 180. Элемент для удержания жидкости находится в сообщении по текучей среде с отсеком 185 посредством канала 186 для текучей среды для (повторного) заполнения жидкостью, образующей аэрозоль, из отсека 185. Дополнительные преимущества варианта осуществления, показанного на фиг. 19, были описаны в отношении варианта осуществления, показанного на фиг. 18, и не будут повторены.