ИЗДЕЛИЕ, ГЕНЕРИРУЮЩЕЕ АЭРОЗОЛЬ,С ТОКОПРИЕМНИКОМ, СОСТОЯЩИМ ИЗ НЕСКОЛЬКИХ МАТЕРИАЛОВ
AEROSOL-GENERATING ARTICLE WITH CURRENT COLLECTOR CONSISTING OF SEVERAL MATERIALS

Настоящее описание относится к изделию, генерирующему аэрозоль, содержащему субстрат, образующий аэрозоль, для генерирования вдыхаемого аэрозоля при нагреве. Изделие, генерирующее аэрозоль, содержит токоприемник для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, так что нагрев субстрата, образующего аэрозоль, может быть осуществлен бесконтактным способом посредством индукционного нагрева. Токоприемник содержит по меньшей мере два отличных материала, имеющих отличающиеся температуры Кюри. Описание также относится к системе, включающей данное изделие, генерирующее аэрозоль, и устройство, генерирующее аэрозоль, имеющее катушку индуктивности для нагрева устройства, генерирующего аэрозоль.
В области техники, к которой относится изобретение, известен ряд изделий, генерирующих аэрозоль, или курительных изделий, в которых табак нагревается, а не сгорает. Одна цель таких нагреваемых изделий, генерирующих аэрозоль, состоит в уменьшении содержания известных вредных составляющих дыма, которые образуются в результате сгорания и пиролитической деградации табака в обычных сигаретах.
Как правило, в данных нагреваемых изделиях, генерирующих аэрозоль, аэрозоль генерируется посредством передачи тепла от источника тепла к физически отделенному субстрату или материалу, образующему аэрозоль. Во время курения летучие соединения высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, посредством передачи тепла от источника тепла и захватываются в воздух, втягиваемый через изделие, генерирующее аэрозоль. Когда происходит охлаждение выделенных соединений, они конденсируются с образованием аэрозоля, вдыхаемого пользователем.
В ряде документов известного уровня техники раскрываются устройства, генерирующие аэрозоль, для использования или курения нагреваемых изделий, генерирующих аэрозоль. Данные устройства включают, например, электрически нагреваемые устройства, генерирующие аэрозоль, в которых аэрозоль генерируется посредством передачи тепла от одного или нескольких электрически нагреваемых элементов устройства, генерирующего аэрозоль, к субстрату, образующему аэрозоль, нагреваемого изделия, генерирующего аэрозоль. Одно из преимуществ данных электрических курительных систем заключается в том, что они значительно снижают побочный поток дыма, при этом позволяя пользователю выборочно приостанавливать и возобновлять курение.
Пример изделия, генерирующего аэрозоль, в виде электрически нагреваемой сигареты для использования в электрически управляемой системе, генерирующей аэрозоль, раскрыт в документе US 2005/0172976 A1. Изделие, генерирующее аэрозоль, создано для введения внутрь приемника для сигареты устройства, генерирующего аэрозоль, системы, генерирующей аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, содержит источник питания, который подает энергию на нагревательное приспособление, содержащее несколько электрически резистивных нагревательных элементов, которые выполнены с возможностью вмещения посредством скольжения изделия, генерирующего аэрозоль, так что нагревательные элементы расположены вдоль изделия, генерирующего аэрозоль.
Система, раскрытая в документе US 2005/0172976 A1, использует устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее несколько внешних нагревательных элементов. Также известны устройства, генерирующие аэрозоль, с внутренними нагревательными элементами. При использовании внутренние нагревательные элементы данных устройств, генерирующих аэрозоль, вводятся внутрь субстрата, образующего аэрозоль, нагреваемого изделия, генерирующего аэрозоль, так что внутренние нагревательные элементы находятся в непосредственном контакте с субстратом, образующим аэрозоль.
Непосредственный контакт между внутренним нагревательным элементом устройства, генерирующего аэрозоль, и субстратом, образующим аэрозоль, может предоставить эффективное средство для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, для образования вдыхаемого аэрозоля. В данной конфигурации тепло от внутреннего нагревательного элемента может быть почти мгновенно передано по меньшей мере на часть субстрата, образующего аэрозоль, при активации внутреннего нагревательного элемента и это может упростить быстрое генерирование аэрозоля. Кроме того, общее количество тепловой энергии, необходимое для генерирования аэрозоля, может быть меньше, чем в случае системы, генерирующей аэрозоль, включающей внешний нагревательный элемент, при которой субстрат, образующий аэрозоль, не находится в непосредственном контакте с наружным нагревательным элементом и первоначальный нагрев субстрата, образующего аэрозоль, происходит главным образом посредством конвекции или излучения. Если внутренний нагревательный элемент устройства, генерирующего аэрозоль, находится в непосредственном контакте с субстратом, образующим аэрозоль, первоначальный нагрев частей субстрата, образующего аэрозоль, которые находятся в непосредственном контакте с внутренним нагревательным элементом, будет осуществлен главным образом посредством проводимости.
Система, включающая устройство, генерирующее аэрозоль, имеющее внутренний нагревательный элемент, раскрыта в документе WO2013102614. В данной системе нагревательный элемент приведен в контакт с субстратом, образующим аэрозоль, при этом нагревательный элемент подвергается тепловому циклу, во время которого он нагревается, а затем охлаждается. Во время контакта между нагревательным элементом и субстратом, образующим аэрозоль, частицы субстрата, образующего аэрозоль, могут прилипать к поверхности нагревательного элемента. Кроме того, летучие соединения и аэрозоль, выделяющиеся под действием тепла от нагревательного элемента, могут быть нанесены на поверхность нагревательного элемента. Частицы и соединения, прилипшие к и нанесенные на нагревательный элемент, могут предотвратить функционирование оптимальным образом нагревательного элемента. Данные частицы и соединения могут также разрушиться во время использования устройства, генерирующего аэрозоль, и передать пользователю неприятный или горький вкус. В силу описанных причин, необходимо периодически очищать нагревательный элемент. Процесс очистки может включать использование инструмента для очистки, такого как щетка. Если очистка выполняется ненадлежащим образом, нагревательный элемент может быть поврежден или сломан. Кроме того, ненадлежащее или неаккуратное введение и удаление изделия, генерирующего аэрозоль, из устройства, генерирующего аэрозоль, также может повредить или сломать нагревательный элемент.
Известны системы подачи аэрозоля известного уровня техники, которые включают субстрат, образующий аэрозоль, и устройство индукционного нагрева. Устройство индукционного нагрева содержит индукционный источник, который создает переменное электромагнитное поле, которое вызывает вихревой ток, генерирующий тепло, в материале токоприемника. Материал токоприемника находится в тепловой близости от субстрата, образующего аэрозоль. Нагретый материал токоприемника в свою очередь нагревает субстрат, образующий аэрозоль, который содержит материал, который способен высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. В известном уровне техники был описан ряд вариантов осуществления субстратов, образующих аэрозоль, которые имеют отличные конфигурации для материала токоприемника для определения подходящего нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Таким образом, следует стремиться к рабочей температуре субстрата, образующего аэрозоль, при которой высвобождение летучих соединений, которые могут образовывать аэрозоль, является удовлетворительным. Необходимо иметь возможность управлять рабочей температурой субстрата, образующего аэрозоль, эффективным образом. Индукционно нагреваемый субстрат, образующий аэрозоль, использующий токоприемник, является формой "бесконтактного нагрева", при которой отсутствуют непосредственные средства измерения температуры внутри самого субстрата, образующего аэрозоль, расходуемого материала, то есть отсутствует контакт между устройством и внутренней частью расходуемого материала, где находится субстрат, образующий аэрозоль.
Предоставляется изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее субстрат, образующий аэрозоль, и токоприемник для нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Токоприемник содержит первый материал токоприемника и второй материал токоприемника, при этом первый материал токоприемника расположен в непосредственном физическом контакте со вторым материалом токоприемника. Второй материал токоприемника предпочтительно имеет температуру Кюри менее 500°C. Первый материал токоприемника предпочтительно используется главным образом для нагрева токоприемника при размещении токоприемника во флуктуационном электромагнитном поле. Может быть использован любой подходящий материал. Например, первый материал токоприемника может являться алюминием или может являться ферромагнитным материалом, таким как нержавеющая сталь. Второй материал токоприемника предпочтительно используется главным образом для указания того, что токоприемник достиг конкретной температуры, при этом данной температурой является температура Кюри второго материала токоприемника. Температура Кюри второго материала токоприемника может быть использована для регулирования температуры всего токоприемника во время работы. Таким образом, температура Кюри второго материала токоприемника должна находиться ниже точки возгорания субстрата, образующего аэрозоль. Подходящие материалы для второго материала токоприемника могут включают никель и определенные сплавы никеля.
Предпочтительно, токоприемник может содержать первый материал токоприемника, имеющий первую температуру Кюри, и второй материал токоприемника, имеющий вторую температуру Кюри, при этом первый материал токоприемника расположен в непосредственном физическом контакте со вторым материалом токоприемника. Вторая температура Кюри предпочтительно ниже первой температуры Кюри. В данном контексте термин "вторая температура Кюри" относится к температуре Кюри второго материала токоприемника.
Нагрев субстрата, образующего аэрозоль, и управление температурой нагрева могут быть разделены посредством предоставления токоприемника, имеющего по меньшей мере первый и второй материалы токоприемника, при этом либо второй материал токоприемника имеет температуру Кюри, и первый материал токоприемника не имеет температуры Кюри, либо первый и второй материалы токоприемника имеют первую и вторую температуры Кюри, отличающиеся друг от друга. Тогда как первый материал токоприемника может быть оптимизирован относительно потери тепла и, таким образом, эффективности нагрева, второй материал токоприемника может быть оптимизирован относительно управления температурой. Второй материал токоприемника не должен иметь никакой выраженной тепловой характеристики. Второй материал токоприемника может быть выбран таким образом, чтобы иметь температуру Кюри или вторую температуру Кюри, которая соответствует предопределенной максимальной необходимой температуре нагрева первого материала токоприемника. Максимальная необходимая температура нагрева может быть определена для предотвращения перегрева или возгорания субстрата, образующего аэрозоль. Токоприемник, содержащий первый и второй материалы токоприемника, имеет унитарную структуру и может быть назван токоприемником, состоящим из двух материалов, или токоприемником, состоящим из нескольких материалов. Непосредственная близость первого и второго материалов токоприемника может являться преимущественной в предоставлении точного управления температурой.
Первый материал токоприемника предпочтительно является магнитным материалом, имеющим температуру Кюри более 500°C. С точки зрения эффективности нагрева необходимо, чтобы температура Кюри первого материала токоприемника превышала любую максимальную температуру, до которой токоприемник должен быть способен нагреваться. Вторая температура Кюри может быть предпочтительно выбрана менее 400°C, предпочтительно менее 380°C или менее 360°C. Предпочтительно, чтобы второй материал токоприемника являлся магнитным материалом, выбранным таким образом, чтобы иметь вторую температуру Кюри, которая, по существу, такая же, как и необходимая максимальная температура нагрева. То есть, предпочтительно, чтобы вторая температура Кюри являлась приблизительно такой же, как и температура, до которой должен быть нагрет токоприемник для генерирования аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль. Вторая температура Кюри может, например, находиться в диапазоне от 200°C до 400°C или от 250°C до 360°C.
В одном варианте осуществления вторая температура Кюри второго материала токоприемника может быть выбрана таким образом, чтобы при нагреве посредством токоприемника, который имеет температуру, равную второй температуре Кюри, общая средняя температура субстрата, образующего аэрозоль, не превышала 240°C. Общая средняя температура субстрата, образующего аэрозоль, в данном случае определяется как арифметическое среднее ряда измерений температуры в центральных областях и в периферийных областях субстрата, образующего аэрозоль. Посредством предопределения максимума для общей средней температуры субстрат, образующий аэрозоль, может быть создан с учетом оптимального производства аэрозоля.
В предпочтительных вариантах осуществления изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать несколько элементов, собранных внутри обертки в виде стержня, имеющего конец, подносимый ко рту, и дальний конец, расположенный выше по потоку от конца, подносимого ко рту, при этом несколько элементов включает субстрат, образующий аэрозоль, расположенный на или около дальнего конца стержня. Предпочтительно, субстрат, образующий аэрозоль, является твердым субстратом, образующим аэрозоль. Предпочтительно, токоприемник является удлиненным токоприемником, имеющим ширину от 3 мм до 6 мм и толщину от 10 микрометров до 200 микрометров. Токоприемник предпочтительно находится внутри субстрата, образующего аэрозоль. Особенно предпочтительно, чтобы удлиненный токоприемник был расположен в радиально центральном положении внутри субстрата, образующего аэрозоль, предпочтительно таким образом, чтобы он проходил вдоль продольной оси субстрата, образующего аэрозоль. Длина удлиненного токоприемника предпочтительно составляет от 8 мм до 15 мм, например, от 10 мм до 14 мм, например, приблизительно 12 мм или 13 мм.
Первый материал токоприемника предпочтительно выбран для максимальной эффективности нагрева. Индукционный нагрев магнитного материала токоприемника, расположенного во флуктуационном магнитном поле, происходит посредством сочетания резистивного нагрева вследствие вихревых токов, вызванных в токоприемнике, и тепла, сгенерированного потерями на магнитный гистерезис. Предпочтительно, первый материал токоприемника является ферромагнитным металлом, имеющим температуру Кюри более 400°C. Предпочтительно, первый токоприемник является железом или железным сплавом, таким как сталь, или железоникелевым сплавом. Особенно предпочтительно, чтобы первый материал токоприемника являлся нержавеющей сталью серии 400, такой как нержавеющая сталь марки 410, или нержавеющая сталь марки 420, или нержавеющая сталь марки 430.
Первый материал токоприемника может в качестве альтернативы являться подходящим немагнитным материалом, таким как алюминий. В немагнитном материале индукционный нагрев происходит исключительно посредством резистивного нагрева вследствие вихревых токов.
Второй материал токоприемника предпочтительно выбирается таким образом, чтобы иметь обнаруживаемую температуру Кюри в необходимом диапазоне, например, конкретную температуру от 200°C до 400°C. Второй материал токоприемника может также способствовать нагреву токоприемника, но данное свойство является менее важным, чем его температура Кюри. Предпочтительно, второй материал токоприемника является ферромагнитным металлом, таким как никель или сплав никеля. Никель имеет температуру Кюри приблизительно 354°C, которая может являться идеальной для управления температурой нагрева в изделии, генерирующем аэрозоль.
Первый и второй материалы токоприемника находятся в непосредственном контакте, образуя унитарный токоприемник. Таким образом, при нагреве первый и второй материалы токоприемника имеют одинаковую температуру. Первый материал токоприемника, который может быть оптимизирован для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, может иметь первую температуру Кюри, которая превышает любую предопределенную максимальную температуру нагрева. По достижении токоприемником второй температуры Кюри магнитные свойства второго материала токоприемника изменяются. При второй температуре Кюри происходит обратимое изменение второго материала токоприемника из ферромагнитной фазы в парамагнитную фазу. Во время индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, данное изменение фазы второго материала токоприемника может быть обнаружено без физического контакта со вторым материалом токоприемника. Обнаружение изменения фазы может позволить управление нагревом субстрата, образующего аэрозоль. Например, при обнаружении изменения фазы, связанного со второй температурой Кюри, индукционный нагрев может быть автоматически приостановлен. Таким образом, может быть предотвращен перегрев субстрата, образующего аэрозоль, даже несмотря на то, что первый материал токоприемника, который главным образом отвечает за нагрев субстрата, образующего аэрозоль, не имеет температуры Кюри или первой температуры Кюри, которая превышает максимальную необходимую температуру нагрева. После прекращения индукционного нагрева токоприемник охлаждается до тех пор, пока не достигнет температуры ниже второй температуры Кюри. На данном этапе второй материал токоприемника снова восстанавливает свои ферромагнитные свойства. Данное изменение фазы может быть обнаружено без контакта со вторым материалом токоприемника, и затем индукционный нагрев может быть снова активирован. Таким образом, может осуществляться управление индукционным нагревом субстрата, образующего аэрозоль, посредством повторяющихся активации и деактивации устройства индукционного нагрева. Данное управление температурой осуществляется бесконтактными средствами. Помимо схемы и электроники, которые предпочтительно уже включены в устройство индукционного нагрева, отсутствует необходимость в каких-либо дополнительных схеме и электронике.
Непосредственный контакт между первым материалом токоприемника и вторым материалом токоприемника может быть осуществлен любыми подходящими средствами. Например, второй материал токоприемника может быть осажден, нанесен, покрыт, облицован или приварен к первому материалу токоприемника. Предпочтительные способы включают электролитическое осаждение, гальваническое осаждение и нанесение покрытия. Предпочтительно, чтобы второй материал токоприемника присутствовал в качестве плотного слоя. Плотный слой имеет более высокую магнитную проницаемость, чем пористый слой, что делает более легким обнаружение мелких изменений температуры Кюри. Если первый материал токоприемника оптимизирован для нагрева субстрата, предпочтительно, чтобы объем второго материала токоприемника не превышал объем, необходимый для предоставления обнаруживаемой второй точки Кюри.
В некоторых вариантах осуществления предпочтительно, чтобы первый материал токоприемника имел форму удлиненной полоски, имеющей ширину от 3 мм до 6 мм и толщину от 10 микрометров до 200 микрометров, и, чтобы второй материал токоприемника имел форму отдельных вставок, которые осаждены, нанесены или приварены к первому материалу токоприемника. Например, первый материал токоприемника может являться удлиненной полоской из нержавеющей стали марки 430 или удлиненной полоской из алюминия, и второй удлиненный материал может иметь форму вставок из никеля, имеющих толщину от 5 микрометров до 30 микрометров, нанесенных с интервалами вдоль удлиненной полоски первого материала токоприемника. Вставки второго материала токоприемника могут иметь ширину от 0,5 мм и толщину удлиненной полоски. Например, ширина может составлять от 1 мм до 4 мм или от 2 мм до 3 мм. Вставки второго материала токоприемника могут иметь длину от 0,5 мм до приблизительно 10 мм, предпочтительно от 1 мм до 4 мм или от 2 мм до 3 мм.
В некоторых вариантах осуществления предпочтительно, чтобы первый материал токоприемника и второй материал токоприемника были совместно ламинированы в форме удлиненной полоски, имеющей ширину от 3 мм до 6 мм и толщину от 10 микрометров до 200 микрометров. Предпочтительно, толщина первого материала токоприемника больше, чем толщина второго материала токоприемника. Совместное ламинирование может быть образовано любыми подходящими средствами. Например, полоска первого материала токоприемника может быть приварена или диффузионно соединена с полоской второго материала токоприемника. В качестве альтернативы слой второго материала токоприемника может быть нанесен или осажден на полоску первого материала токоприемника.
В некоторых вариантах осуществления предпочтительно, чтобы токоприемник являлся удлиненным токоприемником, имеющим ширину от 3 мм до 6 мм и толщину от 10 микрометров до 200 микрометров, при этом токоприемник содержит центральную часть из первого материала токоприемника, инкапсулированного вторым материалом токоприемника. Таким образом, токоприемник может содержать полоску первого материала токоприемника, которая была покрыта или облицована вторым материалом токоприемника. В качестве примера токоприемник может содержать полоску из нержавеющей стали марки 430, имеющую длину 12 мм, ширину 4 мм и толщину от 10 микрометров до 50 микрометров, например, 25 микрометров. Нержавеющая сталь марки 430 может быть покрыта слоем никеля толщиной от 5 микрометров до 15 микрометров, например, 10 микрометров.
Токоприемник может быть выполнен с возможностью рассеивания энергии от 1 Ватта до 8 Ватт при использовании совместно с конкретной катушкой индуктивности, например, от 1,5 Ватта до 6 Ватт. Под "выполненный" подразумевается, что токоприемник может содержать конкретный первый материал токоприемника и может иметь конкретные размеры, которые позволяют рассеивание энергии от 1 Ватта до 8 Ватт при использовании совместно с конкретной катушкой индуктивности, которая генерирует флуктуационное магнитное поле с известной частотой и известной напряженностью поля.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может иметь более одного токоприемника, например, более одного удлиненного токоприемника. Таким образом, нагрев может эффективно осуществляться в различных частях субстрата, образующего аэрозоль.
Также предоставлена система, генерирующая аэрозоль, включающая электрически управляемое устройство, генерирующее аэрозоль, имеющее катушку индуктивности для создания переменного или флуктуационного электромагнитного поля, и изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее токоприемник, как описано и определено в данном документе. Изделие, генерирующее аэрозоль, соединяется с устройством, генерирующим аэрозоль, так что флуктуационное электромагнитное поле, созданное катушкой индуктивности, вызывает ток в токоприемнике, что приводит к нагреву токоприемника. Электрически управляемое устройство, генерирующее аэрозоль, содержит электронную схему, выполненную с возможностью обнаружения перехода Кюри второго материала токоприемника. Например, электронная схема может косвенно измерить полное сопротивление (Ra) токоприемника. Полное сопротивление токоприемника изменяется, когда один из материалов подвергается изменению фазы, связанному с температурой Кюри. Ra может быть косвенно измерено посредством измерения постоянного тока, используемого для создания флуктуационного магнитного поля.
Предпочтительно, электронная схема выполнена с возможностью управления посредством закрытого контура нагревом субстрата, образующего аэрозоль. Таким образом, электронная схема может отключить флуктуационное магнитное поле при обнаружении того, что температура токоприемника превышает вторую температуру Кюри. Магнитное поле может быть снова включено, когда температура токоприемника снизится ниже второй температуры Кюри. В качестве альтернативы рабочий цикл включения/выключения, который запускает магнитное поле, может быть уменьшен, если температура токоприемника превышает вторую температуру Кюри, и снижен, если температура токоприемника снижается ниже второй температуры Кюри.
Таким образом, температура токоприемника может поддерживаться при температуре второй температуры Кюри плюс-минус 20°C в течение предопределенного периода времени, следовательно, позволяя образование аэрозоля без перегрева субстрата, образующего аэрозоль. Предпочтительно, электронная схема предоставляет контур обратной связи, который позволяет управление температурой токоприемника в диапазоне плюс-минус 15°C второй температуры Кюри, предпочтительно плюс-минус 10°C второй температуры Кюри, предпочтительно плюс-минус 5°C второй температуры Кюри.
Электрически управляемое устройство, генерирующее аэрозоль, предпочтительно способно генерировать флуктуационное электромагнитное поле, имеющее напряженность магнитного поля (напряженность магнитного поля) от 1 до 5 килоампер на метр (кА/м), предпочтительно от 2 до 3 кА/м, например, приблизительно 2,5 кА/м. Электрически управляемое устройство, генерирующее аэрозоль, предпочтительно способно генерировать флуктуационное электромагнитное поле, имеющее частоту от 1 до 30 МГЦ, например, от 1 до 10 МГц, например, от 5 до 7 МГц.
Токоприемник является частью расходуемого изделия, генерирующего аэрозоль, и используется только один раз. Таким образом, любые остатки, которые образуются на токоприемнике во время нагрева, не вызывают проблему с нагревом последующего изделия, генерирующего аэрозоль. Вкус последующих изделий, генерирующих аэрозоль, может быть более однородным вследствие того факта, что для нагрева каждого изделия используется новый токоприемник. Кроме того, очистка устройства, генерирующего аэрозоль, является менее критической и может быть выполнена без повреждения нагревательного элемента. Кроме того, отсутствие нагревательного элемента, который должен проникать внутрь субстрата, образующего аэрозоль, означает, что введение и удаление изделия, генерирующего аэрозоль, из устройства, генерирующего аэрозоль, с меньшей вероятностью вызовет случайное повреждение либо изделия, либо устройства. Следовательно, вся система, генерирующая аэрозоль, является более надежной.
В данном контексте термин "субстрат, образующий аэрозоль" используется для описания субстрата, обладающего способностью к высвобождению летучих соединений при нагреве, которые могут образовывать аэрозоль. Аэрозоль, генерируемый субстратами, образующими аэрозоль, изделий, генерирующих аэрозоль, описанных в данном документе, может быть видимым или невидимым и может содержать пары (например, мелкозернистые частицы веществ, находящихся в газообразном состоянии, которые при комнатной температуре обычно являются жидкими или твердыми), а также газы и капли жидкости конденсированных паров.
В данном контексте термины "выше по потоку" и "ниже по потоку" используются для описания относительных положений элементов или частей элементов изделия, генерирующего аэрозоль, относительно направления, в котором пользователь осуществляет затяжку из изделия, генерирующего аэрозоль, во время его использования.
Изделие, генерирующее аэрозоль, предпочтительно имеет форму стержня, который содержит два конца: конец, подносимый ко рту, или ближний конец, через который аэрозоль покидает изделие, генерирующее аэрозоль, и подается пользователю, и дальний конец. При использовании пользователь может осуществить затяжку с конца, подносимого ко рту, для вдыхания аэрозоля, сгенерированного изделием, генерирующим аэрозоль. Конец, подносимый ко рту, находится ниже по потоку от дальнего конца. Дальний конец может также называться расположенным выше по потоку концом и находиться выше по потоку от конца, подносимого ко рту.
Предпочтительно, изделие, генерирующее аэрозоль, является курительным изделием, которое генерирует аэрозоль, который непосредственно вдыхается в легкие пользователя через рот пользователя. Более предпочтительно, изделие, генерирующее аэрозоль, является курительным изделием, которое генерирует никотиносодержащий аэрозоль, который непосредственно вдыхается в легкие пользователя через рот пользователя.
В данном контексте термин "устройство, генерирующее аэрозоль" используется для описания устройства, которое для генерирования аэрозоля взаимодействует с субстратом, образующим аэрозоль, устройства, генерирующего аэрозоль. Предпочтительно, устройство, генерирующее аэрозоль, является курительным устройством, которое взаимодействует с субстратом, образующим аэрозоль, изделия, генерирующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля, который непосредственно вдыхается в легкие пользователя через рот пользователя. Устройство, генерирующее аэрозоль, может являться держателем для курительного изделия.
В данном контексте относительно изделия, генерирующего аэрозоль, термин "продольный" используется для описания направления между концом, подносимым ко рту, и дальним концом изделия, генерирующего аэрозоль, и термин "поперечный" используется для описания направления перпендикулярно продольному направлению.
В данном контексте относительно изделия, генерирующего аэрозоль, термин "диаметр" используется для описания максимального размера в поперечном направлении изделия, генерирующего аэрозоль. В данном контексте относительно изделия, генерирующего аэрозоль, термин "длина" используется для описания максимального размера в продольном направлении изделия, генерирующего аэрозоль.
В данном контексте термин "токоприемник" относится к материалу, который может преобразовывать электромагнитную энергию в тепло. При размещении внутри флуктуационного электромагнитного поля вихревые токи, вызванные в токоприемнике, вызывают нагрев токоприемника. Кроме того, потери на магнитный гистерезис внутри токоприемника вызывают дополнительный нагрев токоприемника. Поскольку токоприемник расположен в тепловом контакте с субстратом, образующим аэрозоль, субстрат, образующий аэрозоль, нагревается посредством токоприемника.
Изделие, генерирующее аэрозоль, предпочтительно предназначено для соединения с электрически управляемым устройством, генерирующим аэрозоль, содержащим источник индукционного нагрева. Источник индукционного нагрева или катушка индуктивности генерирует флуктуационное электромагнитное поле для нагрева токоприемника, расположенного внутри флуктуационного электромагнитного поля. При использовании изделие, генерирующее аэрозоль, соединяется с устройством, генерирующим аэрозоль, так что токоприемник располагается внутри флуктуационного электромагнитного поля, сгенерированного катушкой индуктивности.
Токоприемник предпочтительно имеет размер по длине, который превышает его размер по ширине или его размер по толщине, например, превышает в два раза его размер по ширине или его размер по толщине. Таким образом, токоприемник может быть описан как удлиненный токоприемник. Токоприемник может быть расположен, по существу, в продольном направлении внутри стержня. Это означает, что размер по длине удлиненного токоприемника расположен приблизительно параллельно продольному направлению стержня, например, в диапазоне плюс-минус 10 градусов параллельно продольному направлению стержня. В предпочтительных вариантах осуществления элемент удлиненного токоприемника может быть расположен в радиально центральном положении внутри стержня и проходит вдоль продольной оси стержня.
Токоприемник может иметь форму штыря, стержня или лопасти, содержащей первый материал токоприемника и второй материал токоприемника. Токоприемник может иметь длину от 5 мм до 15 мм, например, от 6 мм до 12 мм или от 8 мм до 10 мм. Токоприемник может иметь ширину от 1 мм до 6 мм и может иметь толщину от 10 микрометров до 500 микрометров или еще более предпочтительно от 10 до 100 микрометров. Если токоприемник имеет постоянное поперечное сечение, например, круглое поперечное сечение, он имеет предпочтительную ширину или диаметр от 1 мм до 5 мм.
Предпочтительные токоприемники могут быть нагреты до температуры более 250°C. Подходящие токоприемники могут содержать неметаллическую центральную часть с металлическим слоем, расположенным на неметаллической центральной части, например, металлическими дорожками первого и второго материалов токоприемника, образованными на поверхности керамической центральной части.
Токоприемник может иметь защитный наружный слой, например, защитный керамический слой или защитный стеклянный слой, инкапсулирующий первый и второй материалы токоприемника. Токоприемник может содержать защитное покрытие, образованное с использованием стекла, керамики или инертного металла поверх центральной части, содержащей первый и второй материалы токоприемника.
Токоприемник расположен в тепловом контакте с субстратом, образующим аэрозоль. Таким образом, при нагреве токоприемника нагревается субстрат, образующий аэрозоль, и образуется аэрозоль. Предпочтительно, токоприемник расположен в непосредственном физическом контакте с субстратом, образующим аэрозоль, например, внутри субстрата, образующего аэрозоль.
Изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать один удлиненный токоприемник. В качестве альтернативы изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать более одного удлиненного токоприемника.
Предпочтительно, субстрат, образующий аэрозоль, является твердым субстратом, образующим аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать как твердые, так и жидкие компоненты.
Предпочтительно, субстрат, образующий аэрозоль, содержит никотин. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления субстрат, образующий аэрозоль, содержит табак. Например, материал, образующий аэрозоль, может быть образован из листа гомогенизированного табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может являться стержнем, образованным посредством сбора листа гомогенизированного табака.
В качестве альтернативы или в дополнение, субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал, образующий аэрозоль, не содержащий табака. Например, материал, образующий аэрозоль, может быть образован из листа, содержащего соль никотина и вещество для образования аэрозоля.
Если субстрат, образующий аэрозоль, является твердым субстратом, образующим аэрозоль, то твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать, например, одно или несколько из следующего: порошок, гранулы, шарики, крупицы, тонкие трубки, полоски или листы, содержащие одно или несколько из следующего: травяной лист, табачный лист, фрагменты табачной жилки, взорванный табак и гомогенизированный табак.
Факультативно, твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать летучие вкусоароматические соединения, содержащие или не содержащие табака, которые высвобождаются при нагреве твердого субстрата, образующего аэрозоль. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может также содержать одну или несколько капсул, которые, например, включают дополнительные летучие вкусоароматические соединения, содержащие или не содержащие табака, и такие капсулы могут таять во время нагрева твердого субстрата, образующего аэрозоль.
Факультативно, твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть также предоставлен на или встроен в термоустойчивую подложку. Подложка может принимать форму порошка, гранул, шариков, крупиц, тонких трубок, полосок или листов. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть нанесен на поверхность подложки в форме, например, листа, пены, геля или суспензии. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть нанесен на всю поверхность подложки или в качестве альтернативы может быть нанесен в виде узора для предоставления неоднородной вкусоароматической подачи во время использования.
В данном контексте термин "гомогенизированный табачный материал" обозначает материал, образованный посредством агломерации табака в виде частиц.
В данном контексте термин "лист" обозначает слоистый элемент, имеющий ширину и длину, по существу, превышающие его толщину.
В данном контексте термин "собранный" используется для описания листа, который сворачивается, сгибается или иным образом сжимается или сужается, по существу, в поперечном направлении продольной оси изделия, генерирующего аэрозоль.
В предпочтительном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, содержит собранный текстурированный лист гомогенизированного табачного материала.
В данном контексте термин "текстурированный лист" обозначает лист, который был гофрирован, выполнен конгревным тиснением, выполнен блинтовым тиснением, перфорирован или иным образом деформирован. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать собранный текстурированный лист гомогенизированного табачного материала, содержащего несколько разнесенных выемок, выступов, перфорационных отверстий или их сочетание.
В особенно предпочтительном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, содержит собранный гофрированный лист гомогенизированного табачного материала.
Использование текстурированного листа гомогенизированного табачного материала может преимущественно упростить сбор листа гомогенизированного табачного материала для образования субстрата, образующего аэрозоль.
В данном контексте термин "гофрированный лист" обозначает лист, имеющий несколько, по существу, параллельных складок или гофров. Предпочтительно, по существу, параллельные складки или гофры проходят вдоль или параллельно продольной оси изделия, генерирующего аэрозоль, когда изделие, генерирующее аэрозоль, собрано. Это преимущественно упрощает сбор гофрированного листа гомогенизированного табачного материала для образования субстрата, образующего аэрозоль. Тем не менее, следует понимать, что гофрированные листы гомогенизированного табачного материала для введения в изделие, генерирующее аэрозоль, могут, в качестве альтернативы или в дополнение, иметь несколько, по существу, параллельных складок или гофров, которые расположены под острым или тупым углом к продольной оси изделия, генерирующего аэрозоль, когда изделие, генерирующее аэрозоль, собрано.
Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь форму штранга, содержащего материал, образующий аэрозоль, окруженный бумагой или другой оберткой. Если субстрат, образующий аэрозоль, имеет форму штранга, весь штранг, включая любую обертку, рассматривается в качестве субстрата, образующего аэрозоль.
В предпочтительном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, содержит штранг, содержащий собранный лист гомогенизированного табачного материала или другой материал, образующий аэрозоль, окруженный оберткой. Предпочтительно, токоприемник является удлиненным токоприемником и один или каждый удлиненный токоприемник расположен внутри штранга в непосредственном контакте с материалом, образующим аэрозоль.
В данном контексте термин "вещество для образования аэрозоля" используется для описания любого подходящего известного соединения или смеси соединений, которые при использовании упрощают образование аэрозоля и которые при рабочей температуре изделия, генерирующего аэрозоль, по существу, обладают стойкостью к термической деградации.
Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны из уровня техники и включают, помимо всего прочего: многоатомные спирты, такие как пропиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин; сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как глицерол моно-, ди- или триацетат; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат.
Предпочтительными веществами для образования аэрозоля являются многоатомные спирты или их смеси, такие как пропиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и, наиболее предпочтительно, глицерин.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать одно вещество для образования аэрозоля. В качестве альтернативы субстрат, образующий аэрозоль, может содержать сочетание двух или более веществ для образования аэрозоля.
Предпочтительно, субстрат, образующий аэрозоль, имеет содержание вещества для образования аэрозоля более 5% по сухому весу.
Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь содержание вещества для образования аэрозоля от приблизительно 5% до приблизительно 30% по сухому весу.
В предпочтительном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, имеет содержание вещества для образования аэрозоля приблизительно 20% по сухому весу.
Субстраты, образующие аэрозоль, содержащие собранные листы гомогенизированного табака, для использования в изделии, генерирующем аэрозоль, могут быть изготовлены известными из уровня техники способами, например, способами, раскрытыми в WO 2012/164009 A2.
Предпочтительно, субстрат, образующий аэрозоль, имеет наружный диаметр по меньшей мере 5 мм. Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь наружный диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 12 мм, например, от приблизительно 5 мм до приблизительно 10 мм или от приблизительно 6 мм до приблизительно 8 мм. В предпочтительном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, имеет наружный диаметр 7,2 мм +/- 10%.
Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь длину от приблизительно 5 мм до приблизительно 15 мм, например, от приблизительно 8 мм до приблизительно 12 мм. В одном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, может иметь длину приблизительно 10 мм. В предпочтительном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, имеет длину приблизительно 12 мм. Предпочтительно, удлиненный токоприемник имеет приблизительно такую же длину, как и субстрат, образующий аэрозоль.
Предпочтительно, субстрат, образующий аэрозоль, имеет, по существу, цилиндрическую форму.
Опорный элемент может быть расположен непосредственно ниже по потоку субстрата, образующего аэрозоль, и может упираться в субстрат, образующий аэрозоль.
Опорный элемент может быть образован из любого подходящего материала или сочетания материалов. Например, опорный элемент может быть образован из одного или нескольких материалов, выбранных из группы, состоящей из: ацетата целлюлозы; картона; гофрированной бумаги, такой как гофрированная теплостойкая бумага или гофрированная пергаментная бумага; и полимерных материалов, таких как низкоплотный полиэтилен (LDPE). В предпочтительном варианте осуществления опорный элемент образован из ацетата целлюлозы.
Опорный элемент может содержать полый трубчатый элемент. В предпочтительном варианте осуществления опорный элемент содержит полую ацетатцеллюлозную трубку.
Опорный элемент предпочтительно имеет наружный диаметр, который приблизительно равен наружному диаметру изделия, генерирующего аэрозоль.
Опорный элемент может иметь наружный диаметр от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 12 миллиметров, например, от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 10 миллиметров или от приблизительно 6 миллиметров до приблизительно 8 миллиметров. В предпочтительном варианте осуществления опорный элемент имеет наружный диаметр 7,2 мм +/- 10%.
Опорный элемент может иметь длину от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 15 миллиметров. В предпочтительном варианте осуществления опорный элемент имеет длину приблизительно 8 миллиметров.
Элемент, охлаждающий аэрозоль, может быть расположен ниже по потоку от субстрата, образующего аэрозоль, например, элемент, охлаждающий аэрозоль, может быть расположен непосредственно ниже по потоку от опорного элемента и может упираться в опорный элемент.
Элемент, охлаждающий аэрозоль, может быть расположен между опорным элементом и мундштуком, расположенным на крайнем расположенном ниже по потоку конце изделия, генерирующего аэрозоль.
Элемент, охлаждающий аэрозоль, может иметь общую площадь поверхности от приблизительно 300 квадратных миллиметров на миллиметр длины до приблизительно 1000 квадратных миллиметров на миллиметр длины. В предпочтительном варианте осуществления элемент, охлаждающий аэрозоль, имеет общую площадь поверхности приблизительно 500 квадратных миллиметров на миллиметр длины.
В качестве альтернативы элемент, охлаждающий аэрозоль, может называться теплообменником.
Элемент, охлаждающий аэрозоль, предпочтительно имеет низкое сопротивление затяжке. То есть, элемент, охлаждающий аэрозоль, предпочтительно оказывает малое сопротивление прохождению воздуха через изделие, генерирующее аэрозоль. Предпочтительно, элемент, охлаждающий аэрозоль, по существу, не влияет на сопротивление затяжке изделия, генерирующего аэрозоль.
Элемент, охлаждающий аэрозоль, может содержать несколько каналов, проходящих в продольном направлении. Несколько каналов, проходящих в продольном направлении, может быть определено листовым материалом, гофрированным и/или сложенным складками и/или собранным и/или складным для образования каналов. Несколько каналов, проходящих в продольном направлении, может быть определено одним листом, гофрированным и/или сложенным складками и/или собранным и/или складным для образования каналов. В качестве альтернативы несколько каналов, проходящих в продольном направлении, может быть определено несколькими листами, гофрированными и/или сложенными складками и/или собранными и/или складными для образования нескольких каналов.
В некоторых вариантах осуществления элемент, охлаждающий аэрозоль, может содержать собранный лист материала, выбранный из группы, состоящей из металлической фольги, полимерного материала и, по существу, непористой бумаги или картона. В некоторых вариантах осуществления элемент, охлаждающий аэрозоль, может содержать собранный лист материала, выбранный из группы, состоящей из полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП), поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилентерефталата (ПЭТ), полимолочной кислоты (ПМК), ацетилцеллюлозы (АЦ) и алюминиевой фольги.
В одном предпочтительном варианте осуществления элемент, охлаждающий аэрозоль, содержит собранный лист из биоразлагаемого материала. Например, собранный лист из непористой бумаги или собранный лист из биоразлагаемого полимерного материала, такого как полимолочная кислота или марка Mater-Bi (имеющееся на рынке семейство сополиэфиров на основе крахмала).
В особенно предпочтительном варианте осуществления элемент, охлаждающий аэрозоль, содержит собранный лист из полимолочной кислоты.
Элемент, охлаждающий аэрозоль, может быть образован из собранного листа материала, имеющего удельную площадь поверхности от приблизительно 10 квадратных миллиметров на миллиграмм до приблизительно 100 квадратных миллиметров на миллиграмм веса. В некоторых вариантах осуществления элемент, охлаждающий аэрозоль, может быть образован из собранного листа материала, имеющего удельную площадь поверхности приблизительно 35 мм2/мг.
Изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать мундштук, расположенный на конце, подносимом ко рту, изделия, генерирующего аэрозоль. Мундштук может быть расположен непосредственно ниже по потоку элемента, охлаждающего аэрозоль, и может упираться в элемент, охлаждающий аэрозоль. Мундштук может содержать фильтр. Фильтр может быть образован из одного или нескольких подходящих фильтрующих материалов. Многие такие фильтрующие материалы известны из уровня техники. В одном варианте осуществления мундштук может содержать фильтр, образованный из ацетатцеллюлозного волокна.
Мундштук предпочтительно имеет наружный диаметр, который приблизительно равен наружному диаметру изделия, генерирующего аэрозоль.
Мундштук может иметь наружный диаметр от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 10 миллиметров, например, от приблизительно 6 миллиметров до приблизительно 8 миллиметров. В предпочтительном варианте осуществления мундштук имеет наружный диаметр 7,2 мм +/- 10%.
Мундштук может иметь длину от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 20 миллиметров. В предпочтительном варианте осуществления мундштук имеет длину приблизительно 14 миллиметров.
Мундштук может иметь длину от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 14 миллиметров. В предпочтительном варианте осуществления мундштук имеет длину приблизительно 7 миллиметров.
Элементы изделия, образующего аэрозоль, например, субстрат, образующий аэрозоль, и любые другие элементы изделия, образующего аэрозоль, такие как опорный элемент, элемент, охлаждающий аэрозоль, и мундштук, окружены наружной оберткой. Наружная обертка может быть образована из любого подходящего материала или сочетания материалов. Предпочтительно, наружная обертка является сигаретной бумагой.
Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь наружный диаметр от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 12 миллиметров, например, от приблизительно 6 миллиметров до приблизительно 8 миллиметров. В предпочтительном варианте осуществления изделие, генерирующее аэрозоль, имеет наружный диаметр 7,2 мм +/- 10%.
Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь общую длину от приблизительно 30 миллиметров до приблизительно 100 миллиметров. В предпочтительных вариантах осуществления изделие, генерирующее аэрозоль, имеет общую длину от 40 мм до 50 мм, например, приблизительно 45 миллиметров.
Устройство, генерирующее аэрозоль, системы, генерирующей аэрозоль, может содержать: корпус; полость для вмещения изделия, генерирующего аэрозоль, катушку индуктивности, выполненную с возможностью генерирования флуктуационного электромагнитного поля внутри полости; блок электропитания, соединенный с катушкой индуктивности; и элемент управления, выполненный с возможностью управления подачей питания от блока питания на катушку индуктивности.
В предпочтительных вариантах осуществления устройство может содержать источник питания постоянного тока, такой как перезаряжаемая батарея, для предоставления напряжения питания постоянного тока и постоянного тока, электронику блока питания, содержащую преобразователь постоянного тока в переменный ток для преобразования постоянного тока в переменный ток для подачи на катушку индуктивности. Устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать согласующую сеть между преобразователем постоянного тока в переменный ток и катушкой индуктивности для улучшения эффективности передачи питания между преобразователем и катушкой индуктивности.
Элемент управления предпочтительно соединен с или содержит монитор или средство отслеживания для отслеживания постоянного тока, предоставленного источником питания постоянного тока. Постоянный ток может предоставить косвенный показатель полного сопротивления токоприемника, расположенного в электромагнитном поле, который в свою очередь может предоставить средства обнаружения перехода Кюри в токоприемнике.
Катушка индуктивности может содержать один или несколько витков, которые генерируют флуктуационное электромагнитное поле. Виток или витки могут окружать полость.
Предпочтительно, устройство способно генерировать флуктуационное электромагнитное поле от 1 до 30 МГЦ, например, от 2 до 10 МГц, например, от 5 до 7 МГц.
Предпочтительно, устройство способно генерировать флуктуационное электромагнитное поле, имеющее напряженность поля (магнитного поля) от 1 до 5 кА/м, например, от 2 до 3 кА/м, например, приблизительно 2,5 кА/м.
Предпочтительно, устройство, генерирующее аэрозоль, является портативным или карманным устройством, генерирующим аэрозоль, которое пользователю удобно держать между пальцами одной руки.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может иметь, по существу, цилиндрическую форму.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может иметь длину от приблизительно 70 миллиметров до приблизительно 120 миллиметров.
Блок питания может являться любым подходящим блоком питания, например, источником напряжения постоянного тока, таким как батарея. В одном варианте осуществления блок питания является литий-ионной батареей. В качестве альтернативы, блок питания может являться никель-металлогидридной батареей, никель-кадмиевой батареей или литиевой батареей, например, литий-кобальтовой, литий-железо-фосфатной, литий-титановой или литий-полимерной батареей.
Элементом управления может являться обычный переключатель. В качестве альтернативы, элемент управления может являться электрической схемой и может содержать один или несколько микропроцессоров или микроконтроллеров.
Система, генерирующая аэрозоль, может включать такое устройство, генерирующее аэрозоль, и одно или несколько изделий, генерирующих аэрозоль, содержащих токоприемник, как описано выше, при этом изделия, генерирующие аэрозоль, выполнены с возможностью вмещения в полость устройства, генерирующего аэрозоль, так что токоприемник, расположенный внутри изделия, генерирующего аэрозоль, расположен внутри флуктуационного электромагнитного поля, сгенерированного катушкой индуктивности.
Способ применения изделия, генерирующего аэрозоль, как описано выше, может включать этапы расположения изделия относительно электрически управляемого устройства, генерирующего аэрозоль, таким образом, чтобы удлиненный токоприемник изделия находился внутри флуктуационного электромагнитного поля, сгенерированного устройством, при этом флуктуационное электромагнитное поле вызывает нагрев токоприемника, и отслеживания по меньшей мере одного параметра электрически управляемого устройства, генерирующего аэрозоль, для обнаружения перехода Кюри второго материала токоприемника. Например, постоянный ток, подаваемый блоком питания, может быть отслежен для предоставления косвенного измерения полного сопротивления токоприемника. Может осуществляться управление электромагнитным полем для поддержания температуры токоприемника на уровне приблизительно такой же температуры, как переход Кюри второго материала токоприемника. Электромагнитное поле может быть выключено и включено для поддержания температуры токоприемника в необходимых пределах. Рабочий цикл устройства может быть изменен для поддержания температуры токоприемника в необходимых пределах.
Электрически управляемое устройство, генерирующее аэрозоль, может являться любым устройством, описанным в данном документе. Предпочтительно, частота флуктуационного электромагнитного поля поддерживается в диапазоне от 1 до 30 МГЦ, например, от 5 до 7 МГц.
Способ производства изделия, генерирующего аэрозоль, как описано или определено в данном документе, может включать этапы сборки нескольких элементов в виде стержня, имеющих конец, подносимый ко рту, и дальний конец выше по потоку от конца, подносимого ко рту, нескольких элементов, включающих субстрат, образующий аэрозоль, и токоприемник, предпочтительно, элемент удлиненного токоприемника, расположенный, по существу, в продольном направлении внутри стержня, находящийся в тепловом контакте с субстратом, образующим аэрозоль. Токоприемник предпочтительно находится в непосредственном контакте с субстратом, образующим аэрозоль.
Преимущественно, субстрат, образующий аэрозоль, может быть произведен посредством сбора по меньшей мере одного листа материала, образующего аэрозоль, и окружения собранного листа оберткой. Подходящий способ производства такого субстрата, образующего аэрозоль, для нагреваемого изделия, генерирующего аэрозоль, раскрыт в патенте № WO2012164009. Лист материала, образующего аэрозоль, может являться листом гомогенизированного табака. В качестве альтернативы лист материала, образующего аэрозоль, может являться материалом, не содержащим табака, например, листом, содержащим соль никотина и вещество для образования аэрозоля.
Удлиненный токоприемник или каждый удлиненный токоприемник может быть введен в субстрат, образующий аэрозоль, перед сборкой субстрата, образующего аэрозоль, с другими элементами для образования изделия, генерирующего аэрозоль. В качестве альтернативы субстрат, образующий аэрозоль, может быть собран с другими элементами перед введением токоприемника в субстрат, образующий аэрозоль.
Признаки, описанные в отношении одного аспекта или варианта осуществления, могут быть применены и к другим аспектам и вариантам осуществления. Далее будут описаны конкретные варианты осуществления со ссылкой на фигуры, на которых:
на фиг. 1A показан вид сверху токоприемника для использования в изделии, генерирующем аэрозоль, в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 1B показан вид сбоку токоприемника, показанного на фиг. 1A;
на фиг. 2A показан вид сверху второго токоприемника для использования в изделии, генерирующем аэрозоль, в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 2B показан вид сбоку токоприемника, показанного на фиг. 2A;
на фиг. 3 показана схематическая иллюстрация поперечного сечения конкретного варианта осуществления изделия, генерирующего аэрозоль, включающего токоприемник, как проиллюстрировано на фиг. 2A и 2B;
на фиг. 4 показана схематическая иллюстрация поперечного сечения конкретного варианта осуществления электрически управляемого устройства, генерирующего аэрозоль, для использования совместно с изделием, проиллюстрированным на фиг. 3;
на фиг. 5 показана схематическая иллюстрация поперечного сечения изделия, генерирующего аэрозоль, показанного на фиг. 3, соединенного с электрически управляемым устройством, генерирующим аэрозоль, показанным на фиг. 4;
на фиг. 6 показана блок-диаграмма, на которой показаны электронные компоненты устройства, генерирующего аэрозоль, описанного в отношении фиг. 4;
на фиг. 7 показан график зависимости постоянного тока от времени, на котором проиллюстрированы удаленно обнаруживаемые изменения тока, которые происходят во время подвержения материала токоприемника фазовому переходу, связанному с его точкой Кюри.
Индукционный нагрев является известным явлением, описанным законом индукции Фарадея и законом Ома. Более конкретно, закон индукции Фарадея утверждает, что если в проводнике изменяется магнитная индукция, тогда в проводнике создается переменное электрическое поле. Поскольку электрическое поле создается в проводнике, ток, известный как вихревой ток, будет протекать в проводник в соответствии с законом Ома. Вихревой ток будет генерировать тепло пропорционально плотности тока и сопротивлению проводника. Проводник, который может быть индукционно нагрет, известен как материал токоприемника. Настоящее изобретение использует устройство индукционного нагрева, оборудованное источником индукционного нагрева, таким как, например, индукционная катушка, которая способна генерировать переменное электромагнитное поле из источника переменного тока, такого как LC-цепь. Вихревые токи, генерирующие тепло, создаются в материале токоприемника, который находится в тепловой близости от субстрата, образующего аэрозоль, который способен высвобождать летучие соединения, которые при нагреве могут образовывать аэрозоль. Основными механизмами теплопередачи от материала токоприемника к твердому материалу являются проводимость, излучение и возможно конвекция.
На фиг. 1A и фиг. 1B проиллюстрирован конкретный пример унитарного токоприемника, состоящего из нескольких материалов, для использования в изделии, генерирующем аэрозоль, в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Токоприемник 1 имеет форму удлиненной полоски, имеющей длину 12 мм и ширину 4 мм. Токоприемник образован из первого материала 2 токоприемника, который непосредственно соединен со вторым материалом 3 токоприемника. Первый материал 2 токоприемника имеет форму полоски из нержавеющей стали марки 430, имеющей размеры 12 мм на 4 мм на 35 микрометров. Второй материал 3 токоприемника является вставкой из никеля с размерами 3 мм на 2 мм на 10 микрометров. Вставка из никеля была электрически осаждена на полоску из нержавеющей стали. Нержавеющая сталь марки 430 является ферромагнитным материалом, имеющим температуру Кюри более 400°C. Никель является ферромагнитным материалом, имеющим температуру Кюри приблизительно 354°C.
В дополнительных вариантах осуществления материал, образующий первый и второй материалы токоприемника, может быть изменен. В дополнительных вариантах осуществления может существовать более одной вставки из второго материала токоприемника, расположенной в непосредственном контакте с первым материалом токоприемника.
На фиг. 2A и фиг. 2B проиллюстрирован конкретный пример унитарного токоприемника, состоящего из нескольких материалов, для использования в изделии, генерирующем аэрозоль, в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Токоприемник 4 имеет форму удлиненной полоски, имеющей длину 12 мм и ширину 4 мм. Токоприемник образован из первого материала 5 токоприемника, который непосредственно соединен со вторым материалом 6 токоприемника. Первый материал 5 токоприемника имеет форму полоски из нержавеющей стали марки 430, имеющей размеры 12 мм на 4 мм на 25 микрометров. Второй материал 6 токоприемника имеет форму полоски из никеля, имеющей размеры 12 мм на 4 мм на 10 микрометров. Токоприемник образован посредством нанесения полоски из никеля 6 на полоску из нержавеющей стали 5. Общая толщина токоприемника составляет 35 микрометров. Токоприемник 4, показанный на фиг. 2, может называться двухслойным или многослойным токоприемником.
На фиг. 3 проиллюстрировано изделие 10, генерирующее аэрозоль, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления. Изделие 10, генерирующее аэрозоль, содержит четыре коаксиально выравненных элемента: субстрат 20, образующий аэрозоль, опорный элемент 30, элемент 40, охлаждающий аэрозоль, и мундштук 50. Каждый из этих четырех элементов является, по существу, цилиндрическим элементом, каждый из которых имеет, по существу, одинаковый диаметр. Данные четыре элемента расположены последовательно и окружены наружной оберткой 60 для образования цилиндрического стержня. Удлиненный двухслойный токоприемник 4 расположен внутри субстрата, образующего аэрозоль, в контакте с субстратом, образующим аэрозоль. Токоприемник 4 является токоприемником, описанным выше в отношении фиг. 2. Токоприемник 4 имеет длину (12 мм), которая является приблизительно такой же, как и длина субстрата, образующего аэрозоль, и расположен вдоль центральной оси субстрата, образующего аэрозоль, в радиальном направлении.
Изделие 10, генерирующее аэрозоль, имеет ближний конец или конец 70, подносимый ко рту, который пользователь вводит в его или ее рот во время использования, и дальний конец 80, расположенный на противоположном конце изделия 10, генерирующего аэрозоль, относительно конца 70, подносимого ко рту. После сборки общая длина изделия 10, генерирующего аэрозоль, составляет приблизительно 45 мм и диаметр составляет приблизительно 7,2 мм.
При использовании воздух втягивается пользователем через изделие, генерирующее аэрозоль, с дальнего конца 80 до конца 70, подносимого ко рту. Дальний конец 80 изделия, генерирующего аэрозоль, может быть также описан как расположенный выше по потоку конец изделия 10, генерирующего аэрозоль, и конец 70, подносимый ко рту, изделия 10, генерирующего аэрозоль, может быть также описан как расположенный ниже по потоку конец изделия 10, генерирующего аэрозоль. Элементы изделия 10, генерирующего аэрозоль, расположенные между концом 70, подносимым ко рту, и дальним концом 80, могут быть описаны как расположенные выше по потоку от конца 70, подносимого ко рту, или в качестве альтернативы расположенные ниже по потоку от дальнего конца 80.
Субстрат 20, образующий аэрозоль, расположен на крайнем дальнем или расположенном выше по потоку конце 80 изделия 10, генерирующего аэрозоль. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 3, субстрат 20, образующий аэрозоль, содержит собранный лист гофрированного гомогенизированного табачного материала, окруженного оберткой. Гофрированный лист гомогенизированного табачного материала содержит глицерин в качестве вещества для образования аэрозоля.
Опорный элемент 30 расположен непосредственно ниже по потоку от субстрата 20, образующего аэрозоль, и упирается в субстрат 20, образующий аэрозоль. В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, опорный элемент является полой ацетатцеллюлозной трубкой. Опорный элемент 30 размещает субстрат 20, образующий аэрозоль, на крайнем дальнем конце 80 изделия, генерирующего аэрозоль. Опорный элемент 30 также выполняет функцию спейсера для отделения элемента 40, охлаждающего аэрозоль, изделия 10, генерирующего аэрозоль, от субстрата 20, образующего аэрозоль.
Элемент 40, охлаждающий аэрозоль, расположен непосредственно ниже по потоку опорного элемента 30 и упирается в опорный элемент 30. При использовании летучие вещества, высвобождаемые из субстрата 20, образующего аэрозоль, проходят вдоль элемента 40, охлаждающего аэрозоль, в направлении конца 70, подносимого ко рту, изделия 10, генерирующего аэрозоль. Летучие вещества могут охлаждаться внутри элемента 40, охлаждающего аэрозоль, для образования аэрозоля, который вдыхается пользователем. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 3, элемент, охлаждающий аэрозоль, содержит гофрированный и собранный лист из полимолочной кислоты, окруженный оберткой 90. Гофрированный и собранный лист из полимолочной кислоты определяет несколько каналов, проходящих в продольном направлении, которые проходят вдоль длины элемента 40, охлаждающего аэрозоль.
Мундштук 50 расположен непосредственно ниже по потоку от элемента 40, охлаждающего аэрозоль, и упирается в элемент 40, охлаждающий аэрозоль. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 3, мундштук 50 содержит традиционный фильтр из ацетатцеллюлозного волокна с низкой эффективностью фильтрации.
Для сборки изделия 10, генерирующего аэрозоль, четыре цилиндрических элемента, описанных выше, выравниваются и плотно заворачиваются внутри наружной обертки 60. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 3, наружная обертка является традиционной сигаретной бумагой. Токоприемник 4 может быть введен в субстрат 20, образующий аэрозоль, во время процесса, используемого для образования субстрата, образующего аэрозоль, перед сборкой нескольких элементов для образования стержня.
Изделие 10, генерирующее аэрозоль, проиллюстрированное на фиг. 3, предназначено для соединения с электрически управляемым устройством, генерирующим аэрозоль, содержащим индукционную катушку или катушку индуктивности, для курения или употребления пользователем.
Схематическая иллюстрация поперечного сечения электрически управляемого устройства 200, генерирующего аэрозоль, показана на фиг. 4. Устройство 200, генерирующее аэрозоль, содержит катушку 210 индуктивности. Как показано на фиг. 4, катушка 210 индуктивности расположена смежно с дальней частью 231 камеры 230, вмещающей субстрат, устройства 200, генерирующего аэрозоль. При использовании пользователь вводит изделие 10, генерирующее аэрозоль, в камеру 230, вмещающую субстрат, устройства 200, генерирующего аэрозоль, так что субстрат 20, образующий аэрозоль, изделия 10, генерирующего аэрозоль, расположен смежно с катушкой 210 индуктивности.
Устройство 200, генерирующее аэрозоль, содержит батарею 250 и электронику 260, которая позволяет активацию катушки 210 индуктивности. Данная активация может выполняться вручную или может происходить автоматически в ответ на затяжку пользователем из изделия 10, генерирующего аэрозоль, введенного в камеру 230, вмещающую субстрат, устройства 200, генерирующего аэрозоль. Батарея 250 подает постоянный ток. Электроника включает преобразователь постоянного тока в переменный ток для подачи на катушку индуктивности высокочастотного переменного тока.
При активации устройства, высокочастотный переменный ток проходит через витки провода, которые образуют часть катушки индуктивности. Это вызывает генерирование катушкой 210 индуктивности флуктуационного электромагнитного поля внутри дальней части 231 полости 230, вмещающей субстрат, устройства. Электромагнитное поле предпочтительно колеблется с частотой от 1 до 30 МГц, предпочтительно, от 2 до 10 МГц, например, от 5 до 7 МГц. Если изделие 10, генерирующее аэрозоль, правильно расположено в полости 230, вмещающей субстрат, токоприемник 4 изделия 10 располагается внутри данного флуктуационного электромагнитного поля. Флуктуационное поле генерирует вихревые токи внутри токоприемника, который в результате нагревается. Дополнительный нагрев предоставляется посредством потерь на магнитный гистерезис внутри токоприемника. Нагретый токоприемник нагревает субстрат 20, образующий аэрозоль, изделия 10, генерирующего аэрозоль, до достаточной температуры для образования аэрозоля. Аэрозоль втягивается ниже по потоку через изделие 10, генерирующее аэрозоль, и вдыхается пользователем. На фиг. 5 проиллюстрировано изделие, генерирующее аэрозоль, соединенное с электрически управляемым устройством, генерирующим аэрозоль.
На фиг. 6 показана блок-диаграмма, на которой показаны электронные компоненты устройства 200, генерирующего аэрозоль, описанного в отношении фиг. 4. Устройство 200, генерирующее аэрозоль, содержит источник 250 питания постоянного тока (батарею), микроконтроллер (микропроцессорный блок управления) 3131, преобразователь 3132 постоянного тока в переменный ток, согласующую сеть 3133 для адаптации к нагрузке и катушку 210 индуктивности. Микропроцессорный блок 3131 управления, преобразователь 3132 постоянного тока в переменный ток и согласующая сеть 3133 являются частью электроники 260 блока питания. Напряжение VDC питания постоянного тока и постоянный ток IDC от источника 250 питания постоянного тока предоставляются каналами обратной связи на микропроцессорный блок 3131 управления предпочтительно посредством измерения как напряжения VDC питания постоянного тока, так и постоянного тока IDC, поступающего от источника 250 питания постоянного тока, для управления дополнительной подачей питания PAC переменного тока на катушку индуктивности 3134. Согласующая сеть 3133 может быть предоставлена для оптимальной адаптации к нагрузке, но не является существенной.
Во время работы по мере нагрева токоприемника 4 изделия 10, генерирующего аэрозоль, увеличивается его полное сопротивление (Ra). Данное увеличение сопротивления может быть удаленно обнаружено посредством отслеживания постоянного тока, поступающего от источника 250 питания постоянного тока, который уменьшается при постоянном напряжении по мере увеличения температуры токоприемника. Высокочастотное переменное магнитное поле, предоставленное катушкой 210 индуктивности, вызывает вихревые токи в непосредственной близости от поверхности токоприемника, то есть эффект, который известен как поверхностный эффект. Сопротивление токоприемника зависит частично от электрических удельных сопротивлений первого и второго материалов токоприемника и частично от глубины поверхностного слоя в каждом материале, доступном для вызванных вихревых токов. По достижении вторым материалом 6 токоприемника (никелем) своей температуры Кюри, он теряет свои магнитные свойства. Это вызывает увеличение поверхностного слоя, доступного для вихревых токов во втором материале токоприемника, что вызывает снижение полного сопротивления токоприемника. Результатом является временное увеличение обнаруживаемого постоянного тока по достижении вторым материалом токоприемника своей точки Кюри. Это показано на графике, показанном на фиг. 7.
Посредством удаленного обнаружения изменения сопротивления токоприемника может быть определен момент, в которой токоприемник 4 достигает второй температуры Кюри. В данный момент токоприемник имеет известную температуру (354°C в случае токоприемника из никеля). В данный момент электроника в устройстве работает для изменения подаваемого питания и, следовательно, снижает или прекращает нагрев токоприемника. Затем температура токоприемника снижается ниже температуры Кюри второго материала токоприемника. Подача питания может быть снова увеличена или возобновлена либо после определенного периода времени, либо после обнаружения того, что второй материал токоприемника был охлажден до температуры ниже своей температуры Кюри. Посредством использования контура обратной связи температура токоприемника может поддерживаться приблизительно на уровне второй температуры Кюри.
Конкретный вариант осуществления, описанный в отношении фиг. 3, содержит субстрат, образующий аэрозоль, образованный из гомогенизированного табака. В других вариантах осуществления субстрат, образующий аэрозоль, может быть образован из отличного материала. Например, второй конкретный вариант осуществления изделия, генерирующего аэрозоль, имеет элементы, которые идентичны тем, что описаны выше в отношении варианта осуществления, показанного на фиг. 3, за тем исключением, что субстрат 20, образующий аэрозоль, образован из листа, не содержащего табака, сигаретной бумаги, которая была смочена в жидком составе, содержащем пируват никотина, глицерин и воду. Сигаретная бумага впитывает жидкий состав, и лист, не содержащий табака, следовательно, содержит пируват никотина, глицерин и воду. Соотношение глицерина к никотину составляет 5:1. При использовании субстрат 20, образующий аэрозоль, нагревается до температуры приблизительно 220 градусов по Цельсию. При данной температуре аэрозоль, содержащий пируват никотина, глицерин и воду, выделяется и может быть втянут через фильтр 50 и в рот пользователя. Следует отметить, что температура, до которой нагревается субстрат 20, значительно ниже температуры, необходимой для выделения аэрозоля из субстрата табака. Таким образом, предпочтительно, что второй материал токоприемника является материалом, имеющим меньшую температуру Кюри, чем никель. Может быть выбран, например, подходящий сплав никеля.
Приведенные в качестве примера варианты осуществления, описанные выше, не предназначены для ограничения объема формулы изобретения. Другие варианты осуществления в соответствии с приведенными в качестве примера вариантами осуществления, описанными выше, будут понятны специалистам в данной области техники.