СУБСТРАТ, ОБРАЗУЮЩИЙ АЭРОЗОЛЬ, И СИСТЕМА ПОДАЧИ АЭРОЗОЛЯ
AEROSOL-FORMING SUBSTRATE AND AEROSOL DELIVERY SYSTEM

Настоящее изобретение относится к субстрату, образующему аэрозоль, для использования в сочетании с устройством индукционного нагрева. Настоящее изобретение также относится к системе подачи аэрозоля.
Из уровня техники известны системы подачи аэрозоля, 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.
Однако необходимо иметь возможность управлять рабочей температурой субстрата, образующего аэрозоль, эффективным образом.
В соответствии с одним аспектом изобретения предоставляется субстрат, образующий аэрозоль, для использования в сочетании с устройством индукционного нагрева. Субстрат, образующий аэрозоль, содержит твердый материал, который способен высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль при нагреве субстрата, образующего аэрозоль, и по меньшей мере первый материал токоприемника для нагрева субстрата, образующего аэрозоль. По меньшей мере первый материал токоприемника расположен в тепловой близости от твердого материала. Субстрат, образующий аэрозоль, дополнительно содержит по меньшей мере второй материал токоприемника, который имеет вторую температуру Кюри, которая ниже первой температуры Кюри первого материала токоприемника. Вторая температура Кюри второго материала токоприемника соответствует предопределенной максимальной температуре нагрева первого материала токоприемника.
Посредством предоставления по меньшей мере первого и второго материалов токоприемника, имеющих первую и вторую температуры Кюри, отличные друг от друга, нагрев субстрата, образующего аэрозоль, и управление температурой нагрева могут быть разделены. 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 имеет вторую температуру Кюри, которая соответствует предопределенной максимальной температуре нагрева первого материала токоприемника. Максимальная температура нагрева может быть определена для предотвращения локального возгорания твердого материала. Первый материал токоприемника, который может быть оптимизирован для нагрева, может иметь первую температуру Кюри, которая превышает предопределенную максимальную температуру нагрева. Разделение функций нагрева и управления температурой позволяет оптимизировать концентрации по меньшей мере первого и второго материалов токоприемника, соответственно, в отношении количества субстрата, образующего аэрозоль. Таким образом, например, концентрация по весу второго материала токоприемника, который выполняет функцию инструмента управления температурой, может быть выбрана ниже, чем концентрация по весу первого материала токоприемника, главной функцией которого является нагрев субстрата, образующего аэрозоль. Разделение функций нагрева и управления температурой дополнительно позволяет оптимизировать распределение по меньшей мере первого и второго материалов токоприемника внутри или вокруг субстрата, образующего аэрозоль, в соответствии с конкретными требованиями, такими как, например, состав и/или плотность упаковки твердого материала. По достижении вторым материалом токоприемника своей второй температуры Кюри его магнитные свойства 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 в реальном времени и индукционный нагрев может быть автоматически прекращен. Таким образом, может быть предотвращен перегрев субстрата, образующего аэрозоль, даже несмотря на то, что первый материал токоприемника, который отвечает за нагрев субстрата, образующего аэрозоль, имеет первую температуру Кюри, которая превышает предопределенную максимальную температуру нагрева. После прекращения индукционного нагрева второй материал токоприемника охлаждается до тех пор, пока он не достигнет температуры ниже своей второй температуры Кюри, при которой он снова восстанавливает свои ферромагнитные свойства. Данное изменение фазы может быть обнаружено в реальном времени и индукционный нагрев может быть снова активирован. Таким образом, индукционный нагрев субстрата, образующего аэрозоль, соответствует повторяющимся активации и деактивации устройства индукционного нагрева. Управление температурой осуществляется бесконтактными средствами. Помимо схемы и электроники, которые предпочтительно уже включены в устройство индукционного нагрева, отсутствует необходимость в каких-либо дополнительных схемах и электронике.
Субстрат, образующий аэрозоль, предпочтительно является твердым материалом, способным высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Термин "твердый" в данном контексте охватывает твердые материалы, полутвердые материалы и даже жидкие компоненты, которые могут быть предоставлены на материале носителя. Летучие соединения высвобождаются путем нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин. Никотиносодержащий субстрат, образующий аэрозоль, может являться матрицей соли никотина. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак и предпочтительно табакосодержащий материал, содержащий летучие вкусоароматические соединения табака, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагреве. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Гомогенизированный табачный материал может быть образован посредством агломерации табака в виде частиц. Субстрат, образующий аэрозоль, в качестве альтернативы может содержать материал, не содержащий табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля может являться любым подходящим известным соединением или смесью соединений, которая при использовании способствует образованию плотного и устойчивого аэрозоля и которая при рабочей температуре устройства индукционного нагрева по существу обладает стойкостью к термической деградации. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны из уровня техники и включают, помимо всего прочего: многоатомные спирты, такие как 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. Особенно предпочтительными веществами для образования аэрозоля являются многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и, наиболее предпочтительно, глицерин.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как ароматизаторы. Субстрат, образующий аэрозоль, предпочтительно содержит никотин и по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. В особенно предпочтительном варианте осуществления веществом для образования аэрозоля является глицерин. Материалы токоприемника, находящиеся в тепловой близости от субстрата, образующего аэрозоль, позволяют более эффективный нагрев и, таким образом, могут быть достигнуты более высокие рабочие температуры. Более высокие рабочие температуры позволяют использование глицерина в качестве вещества для образования аэрозоля, которое предоставляет улучшенный аэрозоль по сравнению с веществами для образования аэрозоля, использующимися в известных системах.
В варианте осуществления субстрата, образующего аэрозоль, в соответствии с изобретением вторая температура Кюри второго материала токоприемника может быть выбрана таким образом, чтобы при индукционном нагреве 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 еще одном варианте осуществления субстрата, образующего аэрозоль, вторая температура Кюри второго материала токоприемника выбирается таким образом, чтобы не превышать 370°C, для предотвращения локального перегрева субстрата, образующего аэрозоль, содержащего твердый материал, который способен высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения первый и второй материалы токоприемника, содержащиеся в субстрате, образующем аэрозоль, могут иметь различные геометрические конфигурации. Таким образом, по меньшей мере один из первого и второго материалов токоприемника соответственно может иметь одну из конфигураций: в виде частиц, или в виде нитей, или в виде сетки. Посредством наличия различных геометрических конфигураций первый и второй материалы токоприемника могут быть созданы для выполнения своей конкретной функции. Таким образом, например, первый материал токоприемника, который имеет функцию нагрева, может иметь геометрическую конфигурацию, которая представляет большую площадь поверхности твердому материалу, который способен высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль, для улучшения передачи тепла. Второй материал токоприемника, который имеет функцию управления температурой, не должен иметь очень большой площади поверхности. Посредством наличия различных геометрических конфигураций первый и второй материалы токоприемника соответственно могут быть расположены относительно твердого материала, содержащегося в субстрате, образующем аэрозоль, таким образом, чтобы они могли выполнять свои конкретные задачи оптимальным образом.
Таким образом, в варианте осуществления субстрата, образующего аэрозоль, в соответствии с изобретением по меньшей мере один из первого и второго материалов токоприемника соответственно может иметь конфигурацию в виде частиц. Частицы предпочтительно имеют эквивалентный сферический диаметр от 10 мкм до 100 мкм и распределены по всему субстрату, образующему аэрозоль. Эквивалентный сферический диаметр используется в сочетании с частицами неправильной формы и определяется как диаметр сферы эквивалентного объема. При выбранных размерах частицы могут быть распределены по всему субстрату, образующему аэрозоль, при необходимости, и они могут плотно удерживаться внутри субстрата, образующего аэрозоль. Частицы могут быть распределены приблизительно равномерно или они могут иметь степень распределения, например, от центральной оси субстрата, образующего аэрозоль, до его периферии, или они могут быть распределены по всему субстрату, образующему аэрозоль, с пиками локальной концентрации.
В еще одном варианте осуществления субстрата, образующего аэрозоль, как первый, так и второй материалы токоприемника могут иметь конфигурацию в виде частиц и могут быть собраны для образования унитарной структуры. В данном контексте выражение "собранный для образования унитарной структуры" может включать агломерацию первого и второго материалов токоприемника в виде частиц до гранул правильной или неправильной формы, имеющих эквивалентные сферические диаметры, превышающие диаметры первого и второго материалов токоприемника в виде частиц соответственно. Оно может также включать более или менее равномерное смешивание первого и второго материалов токоприемника в виде частиц соответственно и сжатие и факультативно спекание сжатой смеси частиц до одной структуры в виде нитей или проволок. Непосредственная близость первого и второго материалов токоприемника в виде частиц может являться преимущественной в отношении еще более точного управления температурой.
В дополнительном варианте осуществления субстрата, образующего аэрозоль, по меньшей мере один из первого и второго материалов токоприемника, соответственно, может иметь конфигурацию в виде нитей и может быть расположен внутри субстрата, образующего аэрозоль. В еще одном варианте осуществления первый или второй материал токоприемника в виде нитей может проходить внутри субстрата, образующего аэрозоль. Структуры в виде нитей могут иметь преимущества в отношении изготовления и их геометрической упорядоченности и воспроизводимости. Геометрическая упорядоченность и воспроизводимость могут оказаться преимущественными как в управлении температурой, так и при управляемом локальном нагреве.
В еще одном варианте осуществления субстрата, образующего аэрозоль, в соответствии с изобретением по меньшей мере один из первого и второго материалов токоприемника может иметь конфигурацию в виде сетки, которая расположена снаружи субстрата, образующего аэрозоль. В качестве альтернативы материал токоприемника с конфигурацией в виде сетки может по меньшей мере частично образовывать оболочку для твердого материала. Термин "конфигурация в виде сетки" включает слои, имеющие в себе места разрывов. Например, слой может являться решеткой, сеткой, ситом или перфорированной фольгой.
В еще одном варианте осуществления субстрата, образующего аэрозоль, первый и второй материалы токоприемника могут быть собраны для образования структурного целого в виде сетки. Структурное целое в виде сетки может, например, проходить аксиально внутри субстрата, образующего аэрозоль. В качестве альтернативы структурное целое в виде сетки первого и второго материалов токоприемника может по меньшей мере частично образовывать оболочку для твердого материала. Термин "структура в виде сетки" обозначает все структуры, которые могут быть собраны из первого и второго материалов токоприемника и имеют в себе места разрывов, включая решетки, сетки, сита или перфорированную фольгу.
Несмотря на то, что в вышеупомянутых вариантах осуществления субстрата, образующего аэрозоль, первый и второй материалы токоприемника могут иметь геометрическую конфигурацию, отличную друг от друга, необходимо, например, в целях изготовления субстрата, образующего аэрозоль, чтобы первый и второй материалы токоприемника имели одинаковую геометрическую конфигурацию.
В еще одном варианте осуществления изобретения субстрат, образующий аэрозоль, может иметь в целом цилиндрическую форму и быть окружен трубчатой оболочкой, такой как, например, наружная обертка. Трубчатая оболочка, такая как, например, наружная обертка, может способствовать стабилизации формы субстрата, образующего аэрозоль, и предотвращению случайного распада твердого материала, который способен высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль, и первого и второго материалов токоприемника.
Субстрат, образующий аэрозоль, может быть прикреплен к мундштуку, который может факультативно содержать штранг фильтра. Субстрат, образующий аэрозоль, содержащий твердый материал, который способен высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль при нагреве субстрата, образующего аэрозоль, и первый и второй материалы токоприемника, и мундштук могут быть собраны для образования структурного целого. Каждый раз, когда необходимо использовать новый субстрат, образующий аэрозоль, в сочетании с устройством индукционного нагрева, пользователь автоматически обеспечивается новым мундштуком, что может быть высоко оценено с точки зрения гигиены. Факультативно, мундштук может быть оснащен штрангом фильтра, который может быть выбран в соответствии с составом субстрата, образующего аэрозоль.
Система подачи аэрозоля в соответствии с изобретением включает устройство индукционного нагрева и субстрат, образующий аэрозоль, в соответствии с любым из вышеописанных вариантов осуществления. С использованием такой системы подачи аэрозоля может быть предотвращен перегрев субстрата, образующего аэрозоль. Как индукционный нагрев, так и управление температурой субстрата, образующего аэрозоль, могут быть осуществлены бесконтактными средствами. Схема и электроника, которые могут быть уже включены в устройство индукционного нагрева для управления индукционным нагревом субстрата, образующего аэрозоль, параллельно могут быть использованы для управления его температурой.
В еще одном варианте осуществления системы подачи аэрозоля устройство индукционного нагрева может быть оборудовано электронной схемой управления, которая приспособлена для управления в режиме замкнутого контура нагревом субстрата, образующего аэрозоль. Таким образом, по достижении вторым материалом токоприемника, который выполняет функцию управления температурой, своей второй температуры Кюри, при которой осуществляется изменение его магнитных свойств из ферромагнитных в парамагнитные, нагрев может быть прекращен. После того, как второй материал токоприемника остыл до температуры ниже своей второй температуры Кюри, при которой осуществляется обратное изменение его магнитных свойств из парамагнитных в ферромагнитные, индукционный нагрев субстрата, образующего аэрозоль, может быть автоматически продолжен снова. Таким образом, с использованием системы подачи аэрозоля в соответствии с изобретением нагрев субстрата, образующего аэрозоль, может быть выполнен при температуре, которая колеблется между второй температурой Кюри и температурой ниже второй температуры Кюри, при которой второй материал токоприемника восстанавливает свои ферромагнитные свойства.
Субстрат, образующий аэрозоль, может удерживаться с возможностью высвобождения внутри камеры нагрева устройства индукционного нагрева таким образом, что мундштук, который может быть прикреплен к субстрату, образующему аэрозоль, по меньшей мере частично выступает из устройства индукционного нагрева. Субстрат, образующий аэрозоль, и мундштук могут быть собраны для образования структурного целого. Каждый раз, когда новый субстрат, образующий аэрозоль, вставляется в камеру нагрева устройства индукционного нагрева, пользователь автоматически обеспечивается новым мундштуком.
Вышеописанные варианты осуществления субстрата, образующего аэрозоль, и системы подачи аэрозоля станут более очевидными из следующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые схематические изображения, которые представлены без соблюдения масштаба, на которых:
на фиг. 1 показано схематическое изображение системы подачи аэрозоля, включающей устройство индукционного нагрева и субстрат, образующий аэрозоль, вставленный в камеру нагрева;
на фиг. 2 показан первый вариант осуществления субстрата, образующего аэрозоль, с первым и вторым материалами токоприемника с конфигурацией в виде частиц;
на фиг. 3 показан второй вариант осуществления субстрата, образующего аэрозоль, со вторым материалом токоприемника в виде частиц, объединенным с первым материалом токоприемника с конфигурацией в виде нитей;
на фиг. 4 показан еще один вариант осуществления субстрата, образующего аэрозоль, в котором первый и второй материалы токоприемника с конфигурацией в виде частиц были собраны для образования унитарной структуры; и
на фиг. 5 показан дополнительный вариант осуществления субстрата, образующего аэрозоль, со вторым материалом токоприемника в виде частиц, объединенным с первым материалом токоприемника с конфигурацией в виде сетки.
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 данное 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 твердого материала, который способен высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль при нагреве субстрата, образующего аэрозоль, и который содержится в субстрате, образующем аэрозоль. Термин "твердый" в данном контексте охватывает твердые материалы, полутвердые материалы и даже жидкие компоненты, которые могут быть предоставлены на материале носителя. Основными механизмами теплопередачи от материала токоприемника к твердому материалу являются проводимость, излучение и возможно конвекция.
На схематической фиг. 1 приведенный в качестве примера вариант осуществления системы подачи аэрозоля в соответствии с изобретением в целом обозначен номером позиции 100. Система 100 подачи аэрозоля включает устройство 2 индукционного нагрева и связанный с ним субстрат 1, образующий аэрозоль. Устройство 2 индукционного нагрева может содержать удлиненный трубчатый корпус 20, имеющий камеру 21 для аккумулятора для размещения аккумулятора 22 или батареи, и камеру 23 нагрева. Камера 23 нагрева может быть оснащена источником индукционного нагрева, который, как показано в изображенном приведенном в качестве примера варианте осуществления, может быть представлен индукционной катушкой 31, которая электрически соединена с электронной схемой 32. Электронная схема 32 может быть, например, предоставлена на печатной плате 33, которая разграничивает аксиальное удлинение камеры 23 нагрева. Электропитание, необходимое для индукционного нагрева, предоставляется аккумулятором 22 или батареей, которая размещена в камере 21 для аккумулятора и которая электрически соединена с электронной схемой 32. Камера 23 нагрева имеет внутреннее поперечное сечение, так что субстрат 1, образующий аэрозоль, может удерживаться в ней с возможностью высвобождения и может быть легко удален или заменен другим субстратом 1, образующим аэрозоль, при необходимости.
Субстрат 1, образующий аэрозоль, может иметь в целом цилиндрическую форму и может быть окружен трубчатой оболочкой 15, такой как, например, наружная обертка. Трубчатая оболочка 15, такая как, например, наружная обертка, может способствовать стабилизации формы субстрата 1, образующего аэрозоль, и предотвращению случайной потери содержимого субстрата 1, образующего аэрозоль. Как показано в приведенном в качестве примера варианте осуществления системы 100 подачи аэрозоля в соответствии с изобретением, субстрат 1, образующий аэрозоль, может быть соединен с мундштуком 16, который вместе с субстратом 1, образующим аэрозоль, вставленным в камеру 23 нагрева, по меньшей мере частично выступает из камеры 23 нагрева. Мундштук 16 может содержать штранг 17 фильтра, который может быть выбран в соответствии с составом субстрата 1, образующего аэрозоль. Субстрат 1, образующий аэрозоль, и мундштук 16 могут быть собраны для образования структурного целого. Каждый раз, когда необходимо использовать новый субстрат 1, образующий аэрозоль, в сочетании с устройством 2 индукционного нагрева, пользователь автоматически обеспечивается новым мундштуком 16, что может быть высоко оценено с точки зрения гигиены.
Как показано на фиг. 1, индукционная катушка 31 может быть расположена в периферийной области камеры 23 нагрева вблизи корпуса 20 устройства 2 индукционного нагрева. Обмотки индукционной катушки 31 охватывают свободное пространство камеры 23 нагрева, которая способна разместить субстрат 1, образующий аэрозоль. Субстрат 1, образующий аэрозоль, может быть вставлен в данное свободное пространство камеры 23 нагрева с открытого конца трубчатого корпуса 20 устройства 2 индукционного нагрева до тех пор, пока он не достигнет упора, который может быть предоставлен внутри камеры 23 нагрева. Упор может быть представлен по меньшей мере одной опорой, выступающей из внутренней стенки трубчатого корпуса 20, или он может быть представлен печатной платой 33, которая аксиально разграничивает камеру 23 нагрева, как показано в приведенном в качестве примера варианте осуществления, изображенном на фиг. 1. Вставленный субстрат 1, образующий аэрозоль, может удерживаться с возможностью высвобождения внутри камеры 23 нагрева, например, кольцевой уплотнительной прокладкой 26, которая может быть предоставлена вблизи открытого конца трубчатого корпуса 20.
Субстрат 1, образующий аэрозоль, и факультативный мундштук 16 с факультативным штрангом 17 фильтра являются проницаемыми для воздуха. Устройство 2 индукционного нагрева может содержать ряд вентиляционных отверстий 24, которые могут быть распределены вдоль трубчатого корпуса 20. Воздушные каналы 34, которые могут быть предоставлены в печатной плате 33, обеспечивают поток воздуха из вентиляционных отверстий 24 в субстрат 1, образующий аэрозоль. Следует отметить, что в альтернативных вариантах осуществления устройства 2 индукционного нагрева печатная плата 33 может отсутствовать, так что воздух из вентиляционных отверстий 24 в трубчатом корпусе 20 может достигать субстрата 1, образующего аэрозоль, практически беспрепятственно. Устройство 2 индукционного нагрева может быть оборудовано датчиком потока воздуха (не показано на фиг. 1) для активации электронной схемы 32 и индукционной катушки 31 при обнаружении поступающего воздуха. Датчик потока воздуха может быть, например, предоставлен вблизи одного из вентиляционных отверстий 24 или одного из воздушных каналов 34 печатной платы 33. Таким образом, пользователь может сделать затяжку через мундштук 16 для инициации индукционного нагрева субстрата 1, образующего аэрозоль. При нагреве аэрозоль, который высвобождается твердым материалом, содержащимся в субстрате 1, образующем аэрозоль, может вдыхаться вместе с воздухом, который всасывается через субстрат 1, образующий аэрозоль.
На фиг. 2 схематически показан первый вариант осуществления субстрата, образующего аэрозоль, который в целом обозначен номером позиции 1. Субстрат 1, образующий аэрозоль, может содержать в целом трубчатую оболочку 15, такую как, например, наружная обертка. Трубчатая оболочка 15 может быть изготовлена из материала, который в значительной степени не препятствует электромагнитному полю, достигающему содержимого субстрата 1, образующего аэрозоль. Например, трубчатая оболочка 15 может являться бумажной наружной оберткой. Бумага имеет высокую магнитную проницаемость и в переменном электромагнитном поле не нагревается вихревыми токами. Субстрат 1, образующий аэрозоль, содержит твердый материал 10, который способен высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль при нагреве субстрата 1, образующего аэрозоль, и по меньшей мере первый материал 11 токоприемника для нагрева субстрата 1, образующего аэрозоль. В дополнение к первому материалу 11 токоприемника субстрат 1, образующий аэрозоль, дополнительно содержит по меньшей мере второй материал 12 токоприемника. Второй материал 12 токоприемника имеет вторую температуру Кюри, которая ниже первой температуры Кюри первого материала 11 токоприемника. Таким образом, при индукционном нагреве субстрата 1, образующего аэрозоль, второй материал 12 токоприемника будет сперва достигать своей второй температуры Кюри. При второй температуре Кюри происходит обратимое изменение второго материала 12 токоприемника из ферромагнитной фазы в парамагнитную фазу. Во время индукционного нагрева субстрата 1, образующего аэрозоль, данное изменение фазы второго материала 12 токоприемника может быть обнаружено в реальном времени и индукционный нагрев может быть автоматически прекращен. Таким образом, вторая температура Кюри второго материала 12 токоприемника соответствует предопределенной максимальной температуре нагрева первого материала 11 токоприемника. После прекращения индукционного нагрева второй материал 12 токоприемника охлаждается до тех пор, пока он не достигнет температуры ниже своей второй температуры Кюри, при которой он снова восстанавливает свои ферромагнитные свойства. Данное изменение фазы может быть обнаружено в реальном времени и индукционный нагрев может быть снова активирован. Таким образом, индукционный нагрев субстрата 1, образующего аэрозоль, соответствует повторяющимся активации и деактивации устройства индукционного нагрева. Управление температурой осуществляется бесконтактными средствами. Помимо электронной схемы, которая может быть уже включена в устройство индукционного нагрева, отсутствует необходимость в каких-либо дополнительных схемах и электронике.
Посредством предоставления по меньшей мере первого и второго материалов 11, 12 токоприемника, имеющих первую и вторую температуры Кюри, отличные друг от друга, нагрев субстрата 1, образующего аэрозоль, и управление температурой индукционного нагрева могут быть разделены. Первый материал 11 токоприемника может быть оптимизирован относительно потери тепла и, таким образом, эффективности нагрева. Таким образом, первый материал 11 токоприемника должен иметь низкое магнитное сопротивление и соответственно высокую относительную проницаемость для оптимизации поверхностных вихревых токов, сгенерированных переменным электромагнитным полем заданной интенсивности. Первый материал 11 токоприемника должен также иметь относительно низкое удельное электрическое сопротивление для увеличения рассеяния джоулевого тепла и, таким образом, потери тепла. Второй материал 12 токоприемника может быть оптимизирован относительно управления температурой. Второй материал 12 токоприемника не должен иметь никакой выраженной тепловой характеристики. Однако в отношении индукционного нагрева она соответствует второй температуре Кюри второго материала 12 токоприемника, которая соответствует предопределенной максимальной температуре нагрева первого материала 11 токоприемника.
Вторая температура Кюри второго материала 12 токоприемника может быть выбрана таким образом, чтобы при индукционном нагреве общая средняя температура субстрата 1, образующего аэрозоль, не превышала 240°C. Общая средняя температура субстрата 1, образующего аэрозоль, в данном случае определяется как арифметическое среднее ряда измерений температуры в центральных областях и в периферийных областях субстрата, образующего аэрозоль. В еще одном варианте осуществления субстрата 1, образующего аэрозоль, вторая температура Кюри второго материала 12 токоприемника может быть выбрана таким образом, чтобы не превышать 370°C, для предотвращения локального перегрева субстрата 1, образующего аэрозоль, содержащего твердый материал 10, который способен высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль.
Вышеописанный основной состав субстрата 1, образующего аэрозоль, приведенного в качестве примера варианта осуществления, показанного на фиг. 2, является общим для всех последующих вариантов осуществления субстрата 1, образующего аэрозоль, которые будут описаны далее в данном документе.
Как показано на фиг. 2, первый и второй материалы 11, 12 токоприемника могут иметь конфигурацию в виде частиц. Первый и второй материалы 11, 12 токоприемника предпочтительно имеют эквивалентный сферический диаметр от 10 мкм до 100 мкм и распределены по всему субстрату, образующему аэрозоль. Эквивалентный сферический диаметр используется в сочетании с частицами неправильной формы и определяется как диаметр сферы эквивалентного объема. При выбранных размерах первый и второй материалы 11, 12 токоприемника в виде частиц могут быть распределены по всему субстрату 1, образующему аэрозоль, при необходимости, и они могут плотно удерживаться внутри субстрата 1, образующего аэрозоль. Материалы 11, 12 токоприемника в виде частиц могут быть распределены по всему твердому материалу 10 приблизительно равномерно, как показано в приведенном в качестве примера варианте осуществления субстрата 1, образующего аэрозоль, в соответствии с фиг. 2. В качестве альтернативы они могут иметь степень распределения, например, от центральной оси субстрата 1, образующего аэрозоль, до его периферии, или они могут быть распределены по всему субстрату 1, образующему аэрозоль, с пиками локальной концентрации.
На фиг. 3 показан еще один вариант осуществления субстрата, образующего аэрозоль, который снова имеет номер позиции 1. Субстрат 1, образующий аэрозоль, может иметь в целом цилиндрическую форму и может быть окружен трубчатой оболочкой 15, такой как, например, наружная обертка. Субстрат, образующий аэрозоль, содержит твердый материал 10, который способен высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль при нагреве субстрата 1, образующего аэрозоль, и по меньшей мере первый и второй материалы 11, 12 токоприемника. Первый материал 11 токоприемника, который отвечает за нагрев субстрата 1, образующего аэрозоль, может иметь конфигурацию в виде нитей. Первый материал токоприемника с конфигурацией в виде нитей может иметь различные длины и диаметры, и может быть распределен более или менее равномерно по всему твердому материалу. Как в качестве примера показано на фиг. 3, первый материал 11 токоприемника с конфигурацией в виде нитей может иметь форму в виде проволок и может проходить приблизительно аксиально через продольное удлинение субстрата 1, образующего аэрозоль. Второй материал 12 токоприемника может иметь конфигурацию в виде частиц и может быть распределен по всему твердому материалу 10. Однако следует отметить, что при необходимости геометрическая конфигурация первого и второго материалов 11, 12 токоприемника может являться взаимозаменяемой. Таким образом, второй материал 12 токоприемника может иметь конфигурацию в виде нитей и первый материал 11 токоприемника может иметь конфигурацию в виде частиц.
На фиг. 4 показан еще один приведенный в качестве примера вариант осуществления субстрата, образующего аэрозоль, который снова в целом обозначен номером позиции 1. Субстрат 1, образующий аэрозоль, может снова иметь в целом цилиндрическую форму и может быть окружен трубчатой оболочкой 15, такой как, например, наружная обертка. Субстрат, образующий аэрозоль, содержит твердый материал 10, который способен высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль при нагреве субстрата 1, образующего аэрозоль, и по меньшей мере первый и второй материалы 11, 12 токоприемника. Первый и второй материалы 11, 12 токоприемника могут иметь конфигурацию в виде частиц и могут быть собраны для образования унитарной структуры. В данном контексте выражение "собранный для образования унитарной структуры" может включать агломерацию первого и второго материалов 11, 12 токоприемника в виде частиц до гранул правильной или неправильной формы, имеющих эквивалентные сферические диаметры, превышающие диаметры первого и второго материалов токоприемника в виде частиц соответственно. Оно может также включать более или менее равномерное смешивание первого и второго материалов 11, 12 токоприемника в виде частиц и сжатие и факультативно спекание сжатой смеси частиц для образования структуры в виде нитей или проволок, которая может проходить приблизительно аксиально через продольное удлинение субстрата 1, образующего аэрозоль, как показано на фиг. 4.
На фиг. 5 дополнительный приведенный в качестве примера вариант осуществления субстрата, образующего аэрозоль, снова обозначен в целом номером позиции 1. Субстрат 1, образующий аэрозоль, может снова иметь в целом цилиндрическую форму и может быть окружен трубчатой оболочкой 15, такой как, например, наружная обертка. Субстрат, образующий аэрозоль, содержит твердый материал 10, который способен высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль при нагреве субстрата 1, образующего аэрозоль, и по меньшей мере первый и второй материалы 11, 12 токоприемника. Первый материал 11 токоприемника может иметь конфигурацию в виде сетки, которая может быть расположена внутри субстрата 1, образующего аэрозоль, или в качестве альтернативы может по меньшей мере частично образовывать оболочку для твердого материала 10. Термин "конфигурация в виде сетки" включает слои, имеющие в себе места разрывов. Например, слой может являться решеткой, сеткой, ситом или перфорированной фольгой. Второй материал 12 токоприемника может иметь конфигурацию в виде частиц и может быть распределен по всему твердому материалу 10. Также следует отметить, что при необходимости геометрическая конфигурация первого и второго материалов 11, 12 токоприемника может являться взаимозаменяемой. Таким образом, второй материал 12 токоприемника может иметь конфигурацию в виде сетки и первый материал 11 токоприемника может иметь конфигурацию в виде частиц.
В еще одном варианте осуществления субстрата, образующего аэрозоль, первый и второй материалы 11, 12 токоприемника могут быть собраны для образования структурного целого в виде сетки. Структурное целое в виде сетки может, например, проходить аксиально внутри субстрата, образующего аэрозоль. В качестве альтернативы структурное целое в виде сетки первого и второго материалов 11, 12 токоприемника может по меньшей мере частично образовывать оболочку для твердого материала. Термин "структура в виде сетки" обозначает все структуры, которые могут быть собраны из первого и второго материалов токоприемника и имеют в себе места разрывов, включая решетки, сетки, сита или перфорированную фольгу. Вышеописанный вариант осуществления субстрата, образующего аэрозоль, не показан на отдельном изображении, поскольку он в основном соответствует показанному на фиг. 5. Структурное целое в виде сетки состоит из горизонтальных нитей первого материала 11 токоприемника и вертикальных нитей второго материала 12 токоприемника или наоборот. В таком варианте осуществления материала, образующего аэрозоль, отдельный второй материал 12 токоприемника в виде частиц будет обычно отсутствовать.
Несмотря на то, что различные варианты осуществления изобретения были описаны со ссылкой на прилагаемые графические материалы, изобретение не ограничено данными вариантами осуществления. Различные изменения и модификации возможны без отступления от общей идеи настоящего изобретения. Следовательно, объем правовой охраны определяется прилагаемой формулой изобретения.