ИНДУКЦИОННО НАГРЕВАЕМОЕ ИЗДЕЛИЕ ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ АЭРОЗОЛЯ, СОДЕРЖАЩЕЕ ОБРАЗУЮЩИЙ АЭРОЗОЛЬ СУБСТРАТ И СУСЦЕПТОРНЫЙ УЗЕЛ
INDUCTIVELY HEATED AEROSOL GENERATION PRODUCT CONTAINING AEROSOL FORMING SUBSTRATE AND SUSCEPTOR NODE

Настоящее изобретение относится к индукционно нагреваемому изделию для генерирования аэрозоля, содержащему образующий аэрозоль субстрат и сусцепторный узел для индукционного нагрева субстрата под действием переменного магнитного поля. Настоящее изобретение также относится к системе для генерирования аэрозоля, содержащей такое изделие для генерирования аэрозоля и устройство для  генерирования аэрозоля для использования с этим изделием.
Системы, генерирующие аэрозоль, на основе индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, способного образовывать вдыхаемый аэрозоль при нагреве, общеизвестны из предшествующего уровня техники. Для нагрева субстрата изделие может быть размещено в устройстве, генерирующем аэрозоль, которое содержит электрический нагреватель. Нагреватель может представлять собой индукционный нагреватель, содержащий индукционный источник. Индукционный источник выполнен с возможностью генерирования переменного электромагнитного поля, которое индуцирует по меньшей мере одно из вихревых токов, генерирующих тепло, или потерь на гистерезис в сусцепторе (токоприемнике). Сам по себе сусцептор (токоприемник) может представлять собой неотъемлемую часть изделия и расположен так, чтобы находиться в тепловой близости или в непосредственном физическом контакте с субстратом, который подлежит нагреву.
Для регулирования температуры субстрата предложены сусцепторные (токоприемные) узлы, содержащие первый и второй сусцепторы (токоприемники), выполненные из различных материалов. Первый сусцепторный (токоприемный) материал оптимизирован в отношении потери тепла и, таким образом, эффективности нагрева. В отличие от этого второй сусцепторный (токоприемный) материал используют как температурный маркер. Для этого второй сусцепторный (токоприемный) материал выбирают так, чтобы он имел температуру Кюри, соответствующую заданной рабочей температуре сусцепторного (токоприемного) узла. Магнитные свойства второго сусцептора (токоприемника) при его температуре Кюри изменяются с ферромагнитных или ферримагнитных на парамагнитные, что сопровождается временным изменением его электрического сопротивления. Таким образом, посредством наблюдения за соответствующим изменением электрического тока, потребляемого индукционным источником, можно определить, когда второй сусцепторный (токоприемный) материал достиг своей температуры Кюри и, таким образом, когда была достигнута заданная рабочая температура.
Однако при наблюдении изменения электрического тока, потребляемого индукционным источником, может оказаться трудно отличить ситуацию, когда второй токоприемный материал достиг своей температуры Кюри, от ситуации, когда пользователь делает затяжку, в частности первую затяжку, во время которой электрический ток показывает аналогичное изменение характеристик. Изменение электрического тока во время затяжки пользователя происходит из-за охлаждения токоприемного узла, вызванного втягиванием воздуха через изделие, генерирующее аэрозоль, когда пользователь делает затяжку. Охлаждение вызывает временное изменение электрического сопротивления токоприемного узла. Это, в свою очередь, вызывает соответствующее изменение электрического тока, потребляемого индукционным источником. Обычно охлаждению токоприемного узла во время затяжки пользователя противодействует контроллер, временно увеличивая мощность нагрева. Тем не менее, это вызванное контроллером временное увеличение мощности нагрева может оказывать неблагоприятное воздействие, вызывая нежелательный перегрев токоприемного узла в случае, когда отслеживаемое изменение электрического тока, которое на самом деле происходит из-за того, что второй токоприемный материал достиг своей температуры Кюри, ошибочно идентифицируют как затяжку пользователя.
Следовательно, было бы желательно предоставить индукционно нагреваемое изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее токоприемный узел, с преимуществами решений предшествующего уровня техники, но без их ограничений. В частности, было бы желательно предоставить индукционно нагреваемое изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее токоприемный узел, который позволяет улучшить регулирование температуры.
Согласно настоящему изобретению предоставляется индукционно нагреваемое изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее субстрат, образующий аэрозоль, и токоприемный узел для индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, под действием переменного магнитного поля. Токоприемный узел содержит первый токоприемник и второй токоприемник. Первый токоприемник содержит первый токоприемный материал, имеющий положительный температурный коэффициент сопротивления. Второй токоприемник содержит второй ферромагнитный или ферримагнитный токоприемный материал, имеющий отрицательный температурный коэффициент сопротивления.
Согласно настоящему изобретению было признано, что токоприемный узел, содержащий два токоприемных материала, имеющие противоположные температурные коэффициенты сопротивления, имеет профиль зависимости сопротивления от температуры, который включает минимальное значение сопротивления около температуры Кюри второго токоприемного материала, например ±5 градусов Цельсия около температуры Кюри второго токоприемного материала. Предпочтительно это минимальное значение является глобальным минимумом профиля зависимости сопротивления от температуры. Этот минимум обусловлен противоположным температурным поведением соответствующего электрического сопротивления первого и второго токоприемных материалов и магнитными свойствами второго токоприемного материала. При начале нагрева токоприемного узла от комнатной температуры сопротивление первого токоприемного материала увеличивается, тогда как сопротивление второго токоприемного материала уменьшается с увеличением температуры. Общее кажущееся сопротивление токоприемного узла, «видимое» индукционным источником, используемым для индуктивного нагрева токоприемного узла, определяется комбинацией соответствующих сопротивлений первого и второго токоприемных материалов. При достижении температуры Кюри второго токоприемного материала снизу уменьшение сопротивления второго токоприемного материала обычно преобладает над увеличением сопротивления первого токоприемного материала. Соответственно, общее кажущееся сопротивление токоприемного узла уменьшается в диапазоне температур ниже, в частности приблизительно ниже, температуры Кюри второго токоприемного материала. При температуре Кюри второй токоприемный материал теряет свои магнитные свойства. Это вызывает увеличение поверхностного слоя, доступного для вихревых токов во втором токоприемном материале, что сопровождается внезапным падением его сопротивления. Таким образом, при дальнейшем увеличении температуры токоприемного узла сверх температуры Кюри второго токоприемного материала вклад сопротивления второго токоприемного материала в общее кажущееся сопротивление токоприемного узла становится меньше или даже пренебрежимо малым. Следовательно, после прохождения минимального значения около температуры Кюри второго токоприемного материала, общее кажущееся сопротивление токоприемного узла в основном определяется увеличением сопротивления первого токоприемного материала. То есть, общее кажущееся сопротивление токоприемного узла снова увеличивается. Преимущественно уменьшение и последующее увеличение профиля зависимости сопротивления от температуры относительно минимального значения около температуры Кюри второго токоприемного материала в достаточной степени отличимо от временного изменения общего кажущегося сопротивления во время затяжки пользователя. В результате минимальное значение сопротивления около температуры Кюри второго токоприемного материала может быть надежно использовано в качестве температурного маркера для регулирования температуры нагрева субстрата, образующего аэрозоль, без риска быть ошибочно принятым за затяжку пользователя. Соответственно нежелательный перегрев субстрата, образующего аэрозоль, может быть эффективно предотвращен.
Предпочтительно второй токоприемный материал выбирают так, что он имеет температуру Кюри ниже 350 градусов Цельсия, в частности ниже 300 градусов Цельсия, предпочтительно ниже 250 градусов Цельсия, наиболее предпочтительно ниже 200 градусов Цельсия. Эти значения значительно ниже типичных рабочих температур, используемых для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, внутри изделия, генерирующего аэрозоль. Таким образом, правильная идентификация температурного маркера дополнительно улучшается благодаря достаточно большому температурному интервалу между минимальным значением профиля зависимости сопротивления от температуры около температуры Кюри второго токоприемного материала и рабочей температурой, при которой изменяется общее обычно возникающее кажущееся сопротивление во время затяжки пользователя.
Рабочие температуры, используемые для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, могут быть по меньшей мере 300 градусов по Цельсию, в частности, по меньшей мере 350 градусов по Цельсию, предпочтительно по меньшей мере 370 градусов по Цельсию, наиболее предпочтительно по меньшей мере 400 градусов по Цельсию. Эти температуры являются обычными рабочими температурами для нагрева, но не сжигания субстрата, образующего аэрозоль.
Соответственно, второй токоприемный материал предпочтительно имеет температуру Кюри, которая по меньшей мере на 20 градусов Цельсия ниже рабочей температуры нагревательного узла, в частности по меньшей мере на 50 градусов Цельсия, более конкретно, по меньшей мере на 100 градусов Цельсия, предпочтительно по меньшей мере на 150 градусов Цельсия, наиболее предпочтительно по меньшей мере на 200 градусов Цельсия ниже рабочей температуры.
В контексте данного документа термин «токоприемник» обозначает элемент, который может преобразовывать электромагнитную энергию в тепло при воздействии на него переменного электромагнитного поля. Это может быть результатом потерь на гистерезис и/или вихревых токов, индуцируемых в токоприемнике, в зависимости от электрических и магнитных свойств токоприемного материала. Потери на гистерезис возникают в ферромагнитных или ферримагнитных токоприемниках в связи с перемагничиванием магнитных доменов внутри материала под воздействием переменного электромагнитного поля. Вихревые токи могут быть индуцированы, если токоприемник является электрически проводящим. В случае электрически проводящего ферромагнитного или ферримагнитного токоприемника тепло может генерироваться посредством как вихревых токов, так и потерь на гистерезис.
Согласно настоящему изобретению второй токоприемный материал является по меньшей мере ферримагнитным или ферромагнитным, имеющим конкретную температуру Кюри. Температура Кюри представляет собой температуру, выше которой ферримагнитный или ферромагнитный материал теряет соответственно свой ферримагнетизм или ферромагнетизм и становится парамагнитным. В дополнение к тому, что он является ферримагнитным или ферромагнитным, второй токоприемный материал также может быть электрически проводящим.
Предпочтительно второй токоприемный материал может содержать один из мю-металла или пермаллоя. Мю-металл представляет собой мягкий ферромагнитный сплав никель-железо. Пермаллой представляет собой магнитный сплав никель-железо, например с содержанием приблизительно 80% никеля и 20% железа.
В то время как второй токоприемник в основном приспособлен для отслеживания температуры токоприемного узла, первый токоприемник предпочтительно выполнен с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Для этого первый токоприемник может быть оптимизирован в отношении потери тепла и, таким образом, эффективности нагрева. Соответственно, первый токоприемный материал может быть электрически проводящим и/или одним из парамагнетика, ферромагнетика или ферримагнетика. В случае, если первый токоприемный материал является ферромагнитным или ферримагнитным, соответствующая температура Кюри первого токоприемного материала предпочтительно является отличающейся от температуры Кюри второго токоприемника, в частности, более высокой, чем любая типичная рабочая температура, упомянутая выше, используемая для нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Например, первый токоприемный материал может иметь температуру Кюри по меньшей мере 400 градусов Цельсия, в частности по меньшей мере 500 градусов Цельсия, предпочтительно по меньшей мере 600 градусов Цельсия.
Например, первый токоприемный материал может содержать одно из алюминия, золота, железа, никеля, меди, бронзы, кобальта, проводящего углерода, графита, нелегированной углеродистой стали, нержавеющей стали, ферритной нержавеющей стали или аустенитной нержавеющей стали.
Предпочтительно первый токоприемник и второй токоприемник находятся в непосредственном физическом контакте друг с другом. В частности, первый и второй токоприемники могут образовывать единый токоприемный узел. Таким образом, при нагреве первый и второй токоприемники имеют по существу одинаковую температуру. Благодаря этому регулирование температуры первого токоприемника посредством второго токоприемника является крайне точным. Непосредственный контакт между первым токоприемником и вторым токоприемником может быть реализован любыми подходящими средствами. Например, второй токоприемник может быть гальванически нанесен, осажден, нанесен в виде покрытия, нанесен посредством плакирования или приварен к первому токоприемнику. Предпочтительные способы включают электролитическое осаждение (нанесение гальванического покрытия), плакирование, нанесение покрытия погружением или нанесение покрытия валиком.
Токоприемный узел согласно настоящему изобретению предпочтительно выполнен с возможностью приведения в действие переменным, в частности высокочастотным, электромагнитным полем. В контексте данного документа высокочастотное электромагнитное поле может находиться в диапазоне от 500 кГц (килогерц) до 30 МГц (мегагерц), в частности от 5 МГц (мегагерц) до 15 МГц (мегагерц), предпочтительно от 5 МГц (мегагерц) до 10 МГц (мегагерц).
С целью оптимизации передачи тепла от токоприемного узла на субстрат, образующий аэрозоль, по меньшей мере один из первого токоприемника и второго токоприемника или токоприемный узел полностью может по меньшей мере находиться в тепловой близости с субстратом, образующим аэрозоль, который подлежит нагреву, предпочтительно в тепловом контакте с ним или даже непосредственном прямом контакте с ним. В частности, по меньшей мере один из первого токоприемника и второго токоприемника, или токоприемный узел полностью расположен в субстрате, образующем аэрозоль. Предпочтительно по меньшей мере первый токоприемник расположен в субстрате, образующем аэрозоль.
Каждый из первого токоприемника и второго токоприемника или токоприемный узел могут иметь разнообразные геометрические конфигурации. По меньшей мере один из первого токоприемника, второго токоприемника или токоприемного узла может представлять собой одно из токоприемника в виде частиц, или токоприемной нити, или токоприемной сетки, или токоприемного фитиля, или токоприемного штыря, или токоприемного стержня, или токоприемной пластины, или токоприемной полоски, или токоприемного рукава, или токоприемника в виде чаши, или цилиндрического токоприемника, или плоского токоприемника.
В качестве примера по меньшей мере один из первого токоприемника, второго токоприемника или токоприемного узла может быть в виде частиц. Частицы могут иметь эквивалентный сферический диаметр от 10 микрометров до 100 микрометров. Частицы могут быть распределены по всему субстрату, образующему аэрозоль, либо однородно, либо с пиками локальной концентрации, либо в соответствии с градиентом концентрации.
В качестве другого примера по меньшей мере один из первого токоприемника, второго токоприемника или токоприемного узла может представлять собой токоприемник в виде нити, или токоприемник в виде сетки, или токоприемник в виде фитиля. Такие токоприемники могут иметь преимущества в отношении их изготовления, их геометрической упорядоченности и воспроизводимости, а также их капиллярной функции. Геометрическая упорядоченность и воспроизводимость могут оказаться преимущественными как для регулирования температуры, так и для регулируемого локального нагрева. Капиллярная функция может оказаться преимущественной для использования с жидким субстратом, образующим аэрозоль. Относительно жидкого субстрата, образующего аэрозоль, изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать резервуар или может быть картриджем для хранения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, или может быть заполненным субстратом, образующим аэрозоль. В частности, изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать жидкий субстрат, образующий аэрозоль, и токоприемник в виде нити или токоприемник в виде сетки, или токоприемник в виде фитиля, который по меньшей мере частично находится в контакте с жидким субстратом, образующим аэрозоль.
В качестве еще одного примера по меньшей мере один из первого токоприемника, второго токоприемника или токоприемного узла может представлять собой токоприемную пластину, токоприемный стержень или токоприемный штырь. Предпочтительно первый токоприемник и второй токоприемник вместе образуют токоприемную пластину, токоприемный стержень или токоприемный штырь. Например, один из первого или второго токоприемника может образовывать центральный или внутренний слой токоприемной пластины, или токоприемного стержня, или токоприемного штыря, тогда как соответствующий другой из первого или второго токоприемника может образовывать оболочку обертки токоприемной пластины, или токоприемного стержня, или токоприемного штыря. Токоприемная пластина или токоприемный стержень, или токоприемный штырь могут быть расположены внутри субстрата, образующего аэрозоль. Один крайний конец токоприемной пластины, или токоприемного стержня, или токоприемного штыря может быть суженным или заостренным так, чтобы облегчать вставку токоприемной пластины, или токоприемного стержня, или токоприемного штыря в субстрат, образующий аэрозоль, изделия. Токоприемная пластина, или токоприемный стержень, или токоприемный штырь могут иметь длину в диапазоне от 8 мм (миллиметров) до 16 мм (миллиметров), в частности от 10 мм (миллиметров) до 14 мм (миллиметров), предпочтительно 12 мм (миллиметров). В случае токоприемной пластины первый токоприемник и/или второй токоприемник, в частности токоприемный узел, может иметь ширину, например, в диапазоне от 2 мм (миллиметров) до 6 мм (миллиметров), в частности от 4 мм (миллиметров) до 5 мм (миллиметров). Аналогично толщина первого токоприемника и/или второго токоприемника, имеющих форму пластины, в частности токоприемного узла, имеющего форму пластины, предпочтительно находится в диапазоне от 0,03 мм (миллиметра) до 0,15 мм (миллиметра), более предпочтительно от 0,05 мм (миллиметра) до 0,09 мм (миллиметра).
По меньшей мере один из первого токоприемника, второго токоприемника или токоприемного узла может представлять собой цилиндрический токоприемник, или токоприемный рукав, или токоприемник в виде чаши. Цилиндрический токоприемник, или токоприемный рукав, или токоприемник в виде чаши могут окружать по меньшей мере часть субстрата, образующего аэрозоль, который подлежит нагреву, тем самым реализуя нагревательную печь или нагревательную камеру. В частности, цилиндрический токоприемник, или токоприемный рукав, или токоприемник в виде чаши могут образовывать по меньшей мере часть оболочки, обертки, кожуха или корпуса изделия, генерирующего аэрозоль.
Токоприемный узел может представлять собой многослойный токоприемный узел. При этом первый токоприемник и второй токоприемник могут образовывать слои, в частности смежные слои многослойного токоприемного узла.
В многослойном токоприемном узле первый токоприемник и второй токоприемник могут находиться в непосредственном физическом контакте друг с другом. Благодаря этому регулирование температуры первого токоприемника посредством второго токоприемника является достаточно точным, поскольку первый и второй токоприемники имеют по существу одинаковую температуру.
Второй токоприемник может быть гальванически нанесен, осажден, нанесен в виде покрытия, нанесен посредством плакирования или приварен к первому токоприемнику. Предпочтительно второй токоприемник наносят на первый токоприемник путем распыления, нанесения покрытия погружением, нанесения покрытия валиком, электролитического осаждения или плакирования.
Предпочтительно, чтобы второй токоприемник присутствовал в качестве плотного слоя. Плотный слой имеет более высокую магнитную проницаемость, чем пористый слой, что облегчает обнаружение малых изменений при температуре Кюри.
Отдельные слои многослойного токоприемного узла могут быть незащищенными или открытыми воздействию окружающей среды на окружной наружной поверхности многослойного токоприемного узла, если смотреть в любом направлении, параллельном и/или поперечном слоям. Альтернативно многослойный токоприемный узел может быть покрыт защитным покрытием.
Многослойный токоприемный узел может быть использован для реализации разных геометрических конфигураций токоприемного узла.
Например, многослойный токоприемный узел может представлять собой продолговатую токоприемную полоску или токоприемную пластину, имеющую длину в диапазоне от 8 мм (миллиметров) до 16 мм (миллиметров), в частности от 10 мм (миллиметров) до 14 мм (миллиметров), предпочтительно 12 мм (миллиметров). Ширина токоприемного узла может находиться, например, в диапазоне от 2 мм (миллиметров) до 6 мм (миллиметров), в частности от 4 мм (миллиметров) до 5 мм (миллиметров). Толщина токоприемного узла предпочтительно находится в диапазоне от 0,03 мм (миллиметра) до 0,15 мм (миллиметра), более предпочтительно от 0,05 мм (миллиметра) до 0,09 мм (миллиметра). Многослойная токоприемная пластина может иметь свободный сужающийся конец.
В качестве примера, многослойный токоприемный узел может представлять собой удлиненную полоску, имеющую первый токоприемник, который представляет собой полоску из нержавеющей стали марки 430, имеющую длину 12 мм (миллиметров), ширину от 4 мм (миллиметров) до 5 мм (миллиметров), например 4 мм (миллиметра), и толщину приблизительно 50 мкм (микрометров). Нержавеющая сталь марки 430 может быть покрыта слоем мю-металла или пермаллоя в качестве второго токоприемника, имеющего толщину от 5 мкм (микрометров) до 30 мкм (микрометров), например 10 мкм (микрометров).
Термин «толщина» используется в данном документе для обозначения размеров, проходящих между верхней и нижней сторонами, например между верхней стороной и нижней стороной слоя или верхней стороной и нижней стороной многослойного токоприемного узла. Термин «ширина» используется в данном документе для обозначения размеров, проходящих между двумя противоположными боковыми сторонами. Термин «длина» используется в данном документе для обозначения размеров, проходящих между передней и задней или между другими двумя противоположными сторонами, перпендикулярными двум противоположным боковым сторонам, образующим ширину. Толщина, ширина и длина могут быть перпендикулярны друг другу.
Аналогично многослойный токоприемный узел может представлять собой многослойный токоприемный стержень или многослойный токоприемный штырь, в частности, как описанные ранее. В этой конфигурации один из первого или второго токоприемника может образовывать центральный слой, который окружен окружающим слоем, образованным соответствующим другим из первого или второго токоприемника. Предпочтительно именно первый токоприемник образует окружающий слой в случае, когда первый токоприемник оптимизирован для нагрева субстрата. Таким образом, улучшается передача тепла к окружающему субстрату, образующему аэрозоль.
Альтернативно многослойный токоприемный узел может представлять собой многослойный токоприемный рукав, или многослойный токоприемник в виде чаши, или цилиндрический многослойный токоприемник, в частности, как описанные ранее. Один из первого или второго токоприемника может образовывать внутреннюю стенку многослойного токоприемного рукава, или многослойного токоприемника в виде чаши, или цилиндрического многослойного токоприемника. Соответствующий другой из первого или второго токоприемника может образовывать наружную стенку многослойного токоприемного рукава, или многослойного токоприемника в виде чаши, или цилиндрического многослойного токоприемника. Предпочтительно именно первый токоприемник образует внутреннюю стенку, в частности в случае, когда первый токоприемник оптимизирован для нагрева субстрата. Как описано ранее, многослойный токоприемный рукав, или многослойный токоприемник в виде чаши, или цилиндрический многослойный токоприемник могут окружать по меньшей мере часть субстрата, образующего аэрозоль, подлежащего нагреву, в частности могут образовывать по меньшей мере часть оболочки, обертки, кожуха или корпуса изделия, генерирующего аэрозоль.
Например, для целей производства изделия, генерирующего аэрозоль, может быть желательно, чтобы первый и второй токоприемники имели сходные геометрические конфигурации, такие как описанные выше.
Альтернативно первый токоприемник и второй токоприемник могут иметь разные геометрические конфигурации. Таким образом, первый и второй токоприемники могут быть созданы для своей конкретной функции. Первый токоприемник, предпочтительно имеющий функцию нагрева, может иметь геометрическую конфигурацию, которая предоставляет большую площадь поверхности субстрату, образующему аэрозоль, чтобы улучшать передачу тепла. В отличие от этого, второму токоприемнику, который предпочтительно имеет функцию регулирования температуры, не нужно иметь очень большую площадь поверхности. Если первый токоприемный материал оптимизирован для нагрева субстрата, может быть предпочтительно, чтобы объем материала второго токоприемного материала не превышал объем, необходимый для обеспечения обнаруживаемой точки Кюри.
Согласно этому аспекту второй токоприемник может содержать один или более элементов второго токоприемника. Предпочтительно один или более элементов второго токоприемника значительно меньше, чем первый токоприемник, то есть имеют объем меньший, чем объем первого токоприемника. Каждый из одного или более элементов второго токоприемника может находиться в непосредственном физическом контакте с первым токоприемником. Из-за этого первый и второй токоприемники имеют по существу одинаковую температуру, что повышает точность регулирования температуры первого токоприемника посредством второго токоприемника, служащего температурным маркером.
Например, первый токоприемник может иметь форму токоприемной пластины, или токоприемной полоски, или токоприемного рукава, или токоприемника в виде чаши, тогда как второй токоприемный материал может иметь форму отдельных накладок, которые гальванически нанесены, осаждены или приварены на первом токоприемном материале.
Согласно другому примеру, первый токоприемник может представлять собой токоприемник в виде полоски, токоприемник в виде нити или токоприемник в виде сетки, тогда как второй токоприемник представляет собой токоприемник в виде частиц. Как первый токоприемник в виде нити или сетки, так и второй токоприемник в виде частиц могут быть, например, встроены в изделие, генерирующее аэрозоль, в непосредственном физическом контакте с субстратом, образующим аэрозоль, подлежащим нагреву. В этой конкретной конфигурации первый токоприемник может проходить внутри субстрата, образующего аэрозоль, через центр изделия, генерирующего аэрозоль, тогда как второй токоприемник может быть равномерно распределен по всему субстрату, образующему аэрозоль.
Первому и второму токоприемникам не нужно находиться в непосредственном физическом контакте друг с другом. Первый токоприемник может представлять собой токоприемную пластину или полоску, реализующую нагревательную пластину или полоску, которая расположена в субстрате, образующем аэрозоль, подлежащем нагреву. Аналогично первый токоприемник может представлять собой токоприемный рукав или токоприемник в виде чаши, реализующий нагревательную печь или нагревательную камеру. В любой из этих конфигураций второй токоприемник может быть расположен в другом месте внутри изделия, генерирующего аэрозоль, на расстоянии от первого токоприемника, но все же в тепловой близости к нему и субстрату, образующему аэрозоль.
Первый и второй токоприемники могут образовывать разные части токоприемного узла. Например, первый токоприемник может образовывать часть боковой стенки или часть рукава токоприемного узла, имеющего форму чаши, тогда как второй токоприемный узел образует нижнюю часть токоприемного узла, имеющего форму чаши.
По меньшей мере часть по меньшей мере одного из первого токоприемника и второго токоприемника может содержать защитное покрытие. Аналогично по меньшей мере часть токоприемного узла может содержать защитное покрытие. Защитное покрытие может быть образовано с использованием стекла, керамики или инертного металла, образовано или нанесено на по меньшей мере части первого токоприемника и/или второго токоприемника или токоприемного узла соответственно. Преимущественно защитное покрытие может быть приспособлено для по меньшей мере одного из того, чтобы: избегать прилипания субстрата, образующего аэрозоль, к поверхности токоприемного узла; избегать диффузии материала, например диффузии металла, из токоприемных материалов в субстрат, образующий аэрозоль; улучшать механическую жесткость токоприемного узла. Предпочтительно защитное покрытие является электрически непроводящим.
В контексте данного документа термин «субстрат, образующий аэрозоль» обозначает субстрат, образованный из материала, образующего аэрозоль, который способен высвобождать летучие соединения при нагреве для генерирования аэрозоля, или содержащий его. Субстрат, образующий аэрозоль, предназначен для нагрева, а не сжигания, для высвобождения летучих соединений, образующих аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть твердым или жидким субстратом, образующим аэрозоль. В обоих случаях субстрат, образующий аэрозоль, может содержать как твердые, так и жидкие компоненты. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные вкусоароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата при нагреве. Альтернативно или дополнительно субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал, не являющийся табачным. Субстрат, образующий аэрозоль, может дополнительно содержать вещество для образования аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может также содержать другие добавки и ингредиенты, такие как никотин или ароматизаторы. Субстрат, образующий аэрозоль, может также быть пастообразным материалом, пакетиком из пористого материала, содержащим субстрат, образующий аэрозоль, или, например, рассыпным табаком, смешанным с гелеобразующим средством или клейким веществом, который может содержать обычное вещество для образования аэрозоля, такое как глицерин, и который спрессован или сформован в виде штранга.
В контексте данного документа термин «изделие, генерирующее аэрозоль» относится к изделию, содержащему по меньшей мере один субстрат, образующий аэрозоль, который при нагреве высвобождает летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Предпочтительно изделие, генерирующее аэрозоль, является нагреваемым изделием, генерирующим аэрозоль. То есть изделие, генерирующее аэрозоль, предпочтительно содержит по меньшей мере один субстрат, образующий аэрозоль, который предназначен для нагрева, а не сжигания, для высвобождения летучих соединений, которые могут образовывать аэрозоль. Изделие, генерирующее аэрозоль, может представлять собой расходный материал, в частности расходный материал, подлежащий выбрасыванию после однократного использования. Изделие, генерирующее аэрозоль, может представлять собой табачное изделие. Например, изделие может представлять собой картридж, содержащий жидкий или твердый субстрат, образующий аэрозоль, подлежащий нагреву. Альтернативно изделие может представлять собой стержнеобразное изделие, в частности табачное изделие, напоминающее обычные сигареты и содержащее твердый субстрат, образующий аэрозоль.
Предпочтительно индукционно нагреваемое изделие, генерирующее аэрозоль, согласно настоящему изобретению имеет круглое, или эллиптическое, или овальное сечение. Однако изделие может также иметь квадратное, или прямоугольное, или треугольное, или многоугольное сечение.
В дополнение к субстрату, образующему аэрозоль, и токоприемному узлу изделие может дополнительно содержать различные элементы.
В частности, изделие может содержать мундштук. В контексте данного документа термин «мундштук» обозначает часть устройства, которая помещается в рот пользователя для непосредственного вдыхания аэрозоля из изделия. Предпочтительно мундштук содержит фильтр.
В частности, что касается изделия, генерирующего аэрозоль, имеющего стержнеобразное изделие, напоминающее обычные сигареты и/или содержащее твердый субстрат, образующий аэрозоль, это изделие может дополнительно содержать: опорный элемент, имеющий центральный проход для воздуха, элемент, охлаждающий аэрозоль, и фильтрующий элемент. Фильтрующий элемент предпочтительно выполняет функцию мундштука. В частности, изделие может содержать элемент субстрата, который содержит субстрат, образующий аэрозоль, и токоприемный узел в контакте с субстратом, образующим аэрозоль. Любой из этих элементов или любое их сочетание могут быть расположены последовательно относительно сегмента стержня, образующего аэрозоль. Предпочтительно элемент субстрата расположен на дальнем конце изделия. Аналогично фильтрующий элемент предпочтительно расположен на ближнем конце изделия. Опорный элемент, элемент, охлаждающий аэрозоль, и фильтрующий элемент могут иметь такое же внешнее поперечное сечение, что и сегмент стержня, образующего аэрозоль.
Кроме того, изделие может содержать кожух или обертку, окружающие по меньшей мере часть субстрата, образующего аэрозоль. В частности, изделие может содержать обертку, окружающую по меньшей мере часть разных сегментов и элементов, упомянутых выше, так, чтобы удерживать их вместе и сохранять необходимую форму сечения изделия.
Кожух или обертка могут содержать токоприемный узел. Преимущественно это обеспечивает однородный и симметричный нагрев субстрата, образующего аэрозоль, окруженного токоприемным узлом.
Предпочтительно кожух или обертка образует по меньшей мере часть наружной поверхности изделия. Кожух может образовывать картридж, содержащий резервуар, который содержит субстрат, образующий аэрозоль, например жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Обертка может представлять собой бумажную обертку, в частности бумажную обертку, изготовленную из сигаретной бумаги. Альтернативно обертка может представлять собой фольгу, например изготовленную из пластмассы. Обертка может быть проницаемой для текучей среды, чтобы обеспечивать возможность высвобождения испаренного субстрата, образующего аэрозоль, из изделия или чтобы обеспечивать возможность втягивания воздуха в изделие через его окружность. Кроме того, обертка может содержать по меньшей мере одно летучее вещество, подлежащее активации и высвобождению из обертки при нагреве. Например, обертка может быть пропитана вкусоароматическим летучим веществом.
Настоящее изобретение также относится к системе, генерирующей аэрозоль, содержащей индукционно нагреваемое изделие, генерирующее аэрозоль, согласно настоящему изобретению и как описано в данном документе. Система дополнительно содержит индукционно нагреваемое устройство, генерирующее аэрозоль, для использования с изделием.
В контексте данного документа термин «устройство, генерирующее аэрозоль» используется для описания электрического устройства, которое может взаимодействовать с по меньшей мере одним субстратом, образующим аэрозоль, в частности с субстратом, образующим аэрозоль, предоставленным внутри изделия, генерирующего аэрозоль, так, чтобы генерировать аэрозоль посредством нагрева субстрата. Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, представляет собой устройство для затяжки для генерирования аэрозоля, непосредственно вдыхаемого пользователем через рот. В частности, устройство, генерирующее аэрозоль, является удерживаемым рукой устройством, генерирующим аэрозоль.
Устройство может содержать приемную полость для по меньшей мере частичного размещения в ней изделия, генерирующего аэрозоль. Приемная полость может содержаться в корпусе устройства, генерирующего аэрозоль.
Устройство может дополнительно содержать индукционный источник, который выполнен с возможностью генерирования переменного электромагнитного поля, предпочтительно высокочастотного электромагнитного поля. В контексте данного документа высокочастотное электромагнитное поле может находиться в диапазоне от 500 кГц (килогерц) до 30 МГц (мегагерц), в частности от 5 МГц (мегагерц) до 15 МГц (мегагерц), предпочтительно от 5 МГц (мегагерц) до 10 МГц (мегагерц).
Для генерирования переменного электромагнитного поля индукционный источник может содержать по меньшей мере один индуктор, предпочтительно по меньшей мере одну индукционную катушку. По меньшей мере один индуктор может быть выполнен с возможностью и размещен таким образом, чтобы генерировать переменное электромагнитное поле внутри приемной полости для индукционного нагрева токоприемного узла изделия, когда изделие помещено в приемной полости.
Индукционный источник может содержать одну индукционную катушку или множество индукционных катушек. Количество индукционных катушек может зависеть от количества токоприемников и/или размера и формы токоприемного узла. Индукционная катушка или катушки могут иметь форму, соответствующую форме первого и/или второго токоприемника или токоприемного узла соответственно. Подобным образом, индукционная катушка или катушки могут иметь форму, соответствующую форме корпуса устройства, генерирующего аэрозоль.
Индуктор может представлять собой винтовую катушку или плоскую катушку планарного типа, в частности, дисковую катушку или изогнутую катушку планарного типа. Использование плоской спиральной катушки обеспечивает компактность конструкции, которая является надежной и недорогой в производстве. Использование винтовой индукционной катушки преимущественно обеспечивает генерирование однородного переменного электромагнитного поля. В контексте данного документа термин «плоская спиральная катушка» обозначает катушку, которая в целом является планарной катушкой, при этом ось наматывания катушки перпендикулярна плоскости, в которой лежит катушка. Плоская спиральная индукционная катушка может иметь любую требуемую форму в плоскости катушки. Например, плоская спиральная катушка может иметь круглую форму или может иметь в общем продолговатую или прямоугольную форму. Однако термин «плоская спиральная катушка» в контексте данного документа охватывает как катушки, являющиеся планарными, так и плоские спиральные катушки, форма которых соответствует изогнутой поверхности. Например, индукционная катушка может представлять собой «изогнутую» планарную катушку, размещенную по окружности предпочтительно цилиндрической опоры катушки, например ферритового сердечника. Кроме того, плоская спиральная катушка может содержать, например, два слоя четырехвитковой плоской спиральной катушки или один слой четырехвитковой плоской спиральной катушки.
Первая и/или вторая индукционная катушка могут удерживаться внутри одного из корпуса или основной части устройства, генерирующего аэрозоль. Первая и/или вторая индукционная катушка могут быть намотаны вокруг предпочтительно цилиндрической опоры катушки, например ферритового сердечника.
Источник индукции может содержать генератор переменного тока (AC). Генератор переменного тока может получать питание от блока питания устройства, генерирующего аэрозоль. Генератор переменного тока функционально соединен с по меньшей мере одним индуктором. В частности, по меньшей мере один индуктор может быть неотделимой частью генератора переменного тока. Генератор переменного тока выполнен с возможностью генерирования высокочастотного колебательного тока, который проходит через индуктор для генерации переменного электромагнитного поля. Переменный ток можно подавать на индуктор непрерывно после активации системы или можно подавать с перерывами, например, от затяжки к затяжке.
Предпочтительно индукционный источник содержит преобразователь постоянного тока в переменный, соединенный с блоком питания постоянного тока, содержащим индуктивно-емкостную цепь, при этом индуктивно-емкостная цепь содержит последовательное соединение конденсатора и индуктора.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать главный контроллер для регулирования работы устройства.
Контроллер может быть выполнен с возможностью управления работой индукционного источника, в частности, в конфигурации с обратной связью, для управления нагревом субстрата, образующего аэрозоль, до рабочей температуры. Рабочие температуры, используемые для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, могут быть по меньшей мере 300 градусов по Цельсию, в частности, по меньшей мере 350 градусов по Цельсию, предпочтительно по меньшей мере 370 градусов по Цельсию, наиболее предпочтительно по меньшей мере 400 градусов по Цельсию. Эти температуры являются обычными рабочими температурами для нагрева, но не сжигания субстрата, образующего аэрозоль.
Контроллер может содержать микропроцессор, например, программируемый микропроцессор, микроконтроллер или специализированную интегральную схему (ASIC), или другую электронную схему, способную обеспечивать управление. Контроллер может содержать дополнительные электронные компоненты, такие как по меньшей мере один преобразователь постоянного тока в переменный и/или усилители мощности, например, усилитель мощности класса D или класса E. В частности, индукционный источник может быть частью контроллера.
Как описано выше, устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью нагревания субстрата, образующего аэрозоль, до предварительно заданной рабочей температуры. Предпочтительно второй токоприемный материал имеет температуру Кюри на по меньшей мере 20 градусов Цельсия, в частности по меньшей мере 50 градусов Цельсия, более конкретно, по меньшей мере 100 градусов Цельсия, предпочтительно по меньшей мере 150 градусов Цельсия, наиболее предпочтительно по меньшей мере 200 градусов Цельсия ниже рабочей температуры. Преимущественно это гарантирует, что температурный интервал между температурным маркером около температуры Кюри второго токоприемного материала и рабочей температурой будет достаточно большим.
Контроллер может быть выполнен с возможностью определения во время предварительного нагрева токоприемного узла - начиная с комнатной температуры до рабочей температуры - минимального значения кажущегося сопротивления, возникающего в диапазоне температур ± 5 градусов Цельсия около температуры Кюри второго токоприемного материала. Преимущественно это позволяет правильно идентифицировать температурный маркер около температуры Кюри второго токоприемного материала. Для этого контроллер, как правило, может быть выполнен так, чтобы определять по напряжению питания, в частности, напряжению питания постоянного тока, и току питания, в частности, току питания постоянного тока, потребляемому от блока питания, фактическое кажущееся сопротивление токоприемного узла, что, в свою очередь, указывает на фактическую температуру токоприемного узла.
Кроме того, контроллер может быть выполнен с возможностью регулирования работы индукционного источника в конфигурации с обратной связью так, что фактическое кажущееся сопротивление соответствует определенному минимальному значению кажущегося сопротивления плюс предварительно определенному значению смещения кажущегося сопротивления, для регулирования нагрева субстрата, образующего аэрозоль, до рабочей температуры.
Что касается этого аспекта, регулирование температуры нагрева предпочтительно основано на принципах блокировки смещения или управления смещением с использованием предварительно заданного значения смещения кажущегося сопротивления для преодоления разрыва между кажущимся сопротивлением, измеренным при температуре маркера, и кажущимся сопротивлением при рабочей температуре. Преимущественно это позволяет избежать прямого регулирования температуры нагрева на основе предварительно определенного целевого значения кажущегося сопротивления при рабочей температуре и, следовательно, избежать неправильной интерпретации измеренного параметра сопротивления. Кроме того, регулирование смещения температуры нагрева более стабильно и надежно, чем регулирование температуры, основанное на измеренных абсолютных значениях кажущегося сопротивления при желаемой рабочей температуре. Это связано с тем, что измеренное абсолютное значение кажущегося сопротивления, определяемое по напряжению питания и току питания, зависит от различных факторов, таких как, например, сопротивление электрической схемы индукционного источника и различные контактные сопротивления. Такие факторы подвержены влиянию окружающей среды и могут изменяться со временем и/или между разными индукционными источниками и токоприемными узлами одного и того же типа, в зависимости от производства. Преимущественно такие эффекты по существу сводят на нет значение разности между двумя измеренными абсолютными значениями кажущегося сопротивления. Соответственно, использование значения смещения кажущегося сопротивления для регулирования температуры менее подвержено таким неблагоприятным воздействиям и изменениям.
Значение смещения кажущегося сопротивления для регулирования температуры нагрева субстрата, образующего аэрозоль, до рабочей температуры может быть предварительно определено посредством калибровочного измерения, например, во время изготовления устройства.
Предпочтительно минимальное значение, близкое к температуре Кюри второго токоприемного материала, является глобальным минимумом профиля зависимости сопротивления от температуры.
В контексте данного документа термин «начиная с комнатной температуры» предпочтительно означает, что минимальное значение, близкое к температуре Кюри второго токоприемного материала, возникает в профиле зависимости сопротивления от температуры во время предварительного нагрева, то есть нагрева токоприемного узла от комнатной температуры до рабочей температуры, до которой субстрат, образующий аэрозоль, необходимо нагревать.
В контексте данного документа комнатная температура может соответствовать температуре в диапазоне от 18 градусов Цельсия до 25 градусов Цельсия, в частности температуре 20 градусов Цельсия.
Контроллер и по меньшей мере часть индукционного источника, в частности индукционный источник за исключением индуктора, могут быть расположены на общей печатной плате. Это оказывается особенно выгодным в отношении компактной конструкции.
Для определения фактического кажущегося сопротивления токоприемного узла, которое указывает фактическую температуру токоприемного узла, контроллер нагревательного узла может содержать по меньшей мере одно из датчика напряжения, в частности, датчика напряжения постоянного тока, для измерения напряжения питания, в частности, напряжения питания постоянного тока, получаемого от блока питания, или датчика тока, в частности, датчика постоянного тока для измерения тока питания, в частности, тока питания постоянного тока, потребляемого от блока питания.
Как упомянуто выше, устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать блок питания, в частности, блок питания постоянного тока, выполненный с возможностью обеспечения напряжения питания постоянного тока и силы постоянного тока для индукционного источника. Предпочтительно блок питания представляет собой батарею, такую как литий-железо-фосфатная батарея. Альтернативно блок питания может представлять собой устройство накопления заряда другого вида, такое как конденсатор. Блок питания может нуждаться в перезарядке, то есть блок питания может быть перезаряжаемым. Блок питания может иметь емкость, которая позволяет накапливать достаточно энергии для одного или более применений пользователем. Например, блок питания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, составляющего приблизительно шесть минут, или в течение периода, который является кратным шести минутам. В другом примере блок питания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности выполнения заданного количества затяжек или отдельных активаций индукционного источника.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать основную часть, которая предпочтительно содержит по меньшей мере одно из индукционного источника, индуктора, контроллера, блока питания и по меньшей мере части приемной полости.
В дополнение к основной части устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать мундштук, в частности, в случае, если изделие, генерирующее аэрозоль, подлежащее использованию с устройством, не содержит мундштук. Мундштук может быть установлен на основной части устройства. Мундштук может быть выполнен с возможностью закрытия приемной полости при установке мундштука на основной части. Для прикрепления мундштука к основной части ближняя концевая часть основной части может содержать магнитное или механическое крепление, например штыковое крепление или крепление с защелкиванием, которое входит в зацепление с соответствующей сопрягаемой деталью на дальней концевой части мундштука. В случае если устройство не содержит мундштук, изделие, генерирующее аэрозоль, подлежащее использованию с устройством, генерирующим аэрозоль, может содержать мундштук, например заглушку фильтра.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно выпускное отверстие для воздуха, например выпускное отверстие для воздуха в мундштуке (при наличии).
Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, содержит путь для воздуха, проходящий от по меньшей мере одного впускного отверстия для воздуха через приемную полость и возможно далее к выпускному отверстию для воздуха в мундштуке, при наличии. Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, содержит по меньшей мере одно впускное отверстие для воздуха, находящееся в сообщении по текучей среде с приемной полостью. Соответственно, система, генерирующая аэрозоль, может содержать путь для воздуха, проходящий от по меньшей мере одного впускного отверстия для воздуха в приемную полость и возможно далее через субстрат, образующий аэрозоль, внутри изделия и мундштук в рот пользователя.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может представлять собой, например, устройство, как описано в документе WO 2015/177256 A1.
Дополнительные признаки и преимущества устройства, генерирующего аэрозоль, согласно изобретению были описаны в отношении изделия, генерирующего аэрозоль, и повторно описываться не будут.
Настоящее изобретение будет также описано, исключительно в качестве примера, со ссылкой на сопроводительные графические материалы, на которых:
на фиг. 1 показано схематическое изображение индукционно нагреваемого изделия, генерирующего аэрозоль, согласно первому иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения, содержащего токоприемный узел;
на фиг. 2 показано схематическое изображение иллюстративного варианта осуществления системы, генерирующей аэрозоль, содержащей устройство, генерирующее аэрозоль, и изделие, генерирующее аэрозоль, согласно фиг. 1;
на фиг. 3 показан вид в перспективе токоприемного узла, включенного в изделие, генерирующее аэрозоль, согласно фиг. 1;
на фиг. 4 показан график, схематически иллюстрирующий профиль зависимости сопротивления от температуры токоприемного узла согласно настоящему изобретению;
на фиг. 5 показан вид в перспективе альтернативного варианта осуществления токоприемного узла согласно настоящему изобретению для использования с изделием согласно фиг. 1 и фиг. 2;
на фиг. 6 показан вид в перспективе другого альтернативного варианта осуществления токоприемного узла для использования с изделием согласно фиг. 1 и фиг. 2;
на фиг. 7 показан вид в перспективе еще одного альтернативного варианта осуществления токоприемного узла для использования с изделием согласно фиг. 1 и фиг. 2;
на фиг. 8 показано схематическое изображение индукционно нагреваемого изделия, генерирующего аэрозоль, согласно второму иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения, содержащего токоприемный узел;
на фиг. 9 показано схематическое изображение индукционно нагреваемого изделия, генерирующего аэрозоль, согласно третьему иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения, содержащего токоприемный узел; и
на фиг. 10 показано схематическое изображение индукционно нагреваемого изделия, генерирующего аэрозоль, согласно четвертому иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения, содержащего токоприемный узел.
На фиг. 1 схематически показан первый иллюстративный вариант осуществления индукционно нагреваемого изделия 100, генерирующего аэрозоль, согласно настоящему изобретению. Изделие 100, генерирующее аэрозоль, по существу является стержнеобразным и содержит четыре элемента, последовательно соосно выровненные: сегмент 110 стержня, образующего аэрозоль, содержащий токоприемный узел 120 и субстрат 130, образующий аэрозоль, опорный элемент 140, содержащий центральный проход 141 для воздуха, элемент 150, охлаждающий аэрозоль, и фильтрующий элемент 160, выполняющий функцию мундштука. Сегмент стержня 110, образующего аэрозоль, расположен на дальнем конце 102 изделия 100, в то время как фильтрующий элемент 160 расположен на дальнем конце 103 изделия 100. Каждый из этих четырех элементов представляет собой по существу цилиндрический элемент, при этом все они имеют по существу одинаковый диаметр. Кроме этого, четыре элемента окружены внешней оберткой 170 для того, чтобы удерживать эти четыре элемента вместе и сохранять необходимую круглую форму сечения стержнеобразного изделия 100. Обертка 170 предпочтительно изготовлена из бумаги. Дополнительные подробности об изделии, в частности, о четырех элементах, помимо особенностей токоприемного узла 120 внутри сегмента 110 стержня, раскрыты в документе WO 2015/176898 A1.
Как изображено на фиг. 2, изделие 100, генерирующее аэрозоль, выполнено с возможностью использования с индукционно нагреваемым устройством 10, генерирующим аэрозоль. Вместе устройство 10 и изделие 100 образуют систему 1, генерирующую аэрозоль. Устройство 10, генерирующее аэрозоль, содержит цилиндрическую приемную полость 20, образованную внутри ближней части 12 устройства 10 для размещения в ней по меньшей мере дальней части изделия 100. Устройство 10 дополнительно содержит индукционный источник, включающий индукционную катушку 30 для генерирования переменного, в частности, высокочастотного, электромагнитного поля. В настоящем варианте осуществления индукционная катушка 30 представляет собой винтовую катушку, окружающую цилиндрическую приемную полость 20 по окружности. Катушка 30 расположена так, что токоприемный узел 120 изделия 100, генерирующего аэрозоль, подвергается воздействию электромагнитного поля при сцеплении изделия 100 с устройством 10. Таким образом, при активации индукционного источника, токоприемный узел 120 нагревается благодаря вихревым токам и/или потерям на гистерезис, которые индуцированы переменным электромагнитным полем, в зависимости от магнитных и электрических свойств токоприемных материалов токоприемного узла 120. Токоприемный узел 120 нагревается до тех пор, пока не достигнет рабочей температуры, достаточной для испарения субстрата 130, образующего аэрозоль, окружающего токоприемный узел 120 внутри изделия 100. Внутри дальней части 13 устройство 10, генерирующее аэрозоль, дополнительно содержит блок 40 питания постоянного тока и контроллер 50 (изображены лишь схематически на фиг. 2) для питания и управления процессом нагрева. За исключением индукционной катушки 30, индукционный источник предпочтительно по меньшей мере частично представляет собой неотделимую часть контроллера 50. Подробности регулирования температуры будут описаны ниже.
На фиг. 3 показан подробный вид токоприемного узла 120, используемого внутри изделия, генерирующего аэрозоль, показанного на фиг. 1. Согласно настоящему изобретению токоприемный узел 120 содержит первый токоприемник 121 и второй токоприемник 122. Первый токоприемник 121 содержит первый токоприемный материал, имеющий положительный температурный коэффициент сопротивления, тогда как второй токоприемник 122 содержит второй ферромагнитный или ферримагнитный токоприемный материал, имеющий отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Из-за того, что первый и второй токоприемные материалы имеют противоположные температурные коэффициенты сопротивления и из-за магнитных свойств второго токоприемного материала, токоприемный узел 120 имеет профиль зависимости сопротивления от температуры, который включает минимальное значение сопротивления около температуры Кюри второго токоприемного материала.
Соответствующий профиль зависимости сопротивления от температуры показан на фиг. 4. Во время начала нагрева токоприемного узла 120 от комнатной температуры T_R сопротивление первого токоприемного материала увеличивается, тогда как сопротивление второго токоприемного материала уменьшается с увеличением температуры T. Общее кажущееся сопротивление R_a токоприемного узла 120, как «видно» индукционному источнику устройства 10, используемого для индукционного нагрева токоприемного узла 120, определяется комбинацией соответствующего сопротивления первого и второго токоприемных материалов. При достижении температуры Кюри T_C второго токоприемного материала снизу уменьшение сопротивления второго токоприемного материала, как правило, преобладает над увеличением сопротивления первого токоприемного материала. Соответственно, общее кажущееся сопротивление R_a токоприемного узла 120 уменьшается в диапазоне температур ниже, в частности приблизительно ниже, температуры Кюри T_C второго токоприемного материала. При температуре Кюри T_C второй токоприемный материал теряет свои магнитные свойства. Это вызывает увеличение поверхностного слоя, доступного для вихревых токов во втором токоприемном материале, что сопровождается внезапным падением его сопротивления. Таким образом, при дальнейшем увеличении температуры T токоприемного узла 120 сверх температуры Кюри T_C второго токоприемного материала вклад сопротивления второго токоприемного материала в общее кажущееся сопротивление R_a токоприемного узла 120 становится меньше или даже пренебрежимо малым. Следовательно, после прохождения минимального значения R_min около температуры Кюри T_C второго токоприемного материала, общее кажущееся сопротивление R_a токоприемного узла 120 в основном определяется увеличением сопротивления первого токоприемного материала. То есть, общее кажущееся сопротивление R_a токоприемного узла 120 снова увеличивается к рабочему сопротивлению R_op при рабочей температуре T_op. Преимущественно уменьшение и последующее увеличение профиля зависимости сопротивления от температуры относительно минимального значения R_min около температуры Кюри T_C второго токоприемного материала в достаточной степени отличимо от временного изменения общего кажущегося сопротивления во время затяжки пользователя. В результате минимальное значение сопротивления R_a около температуры Кюри T_C второго токоприемного материала может быть надежно использовано в качестве температурного маркера для регулирования температуры нагрева субстрата, образующего аэрозоль, без риска быть ошибочно принятым за затяжку пользователя. Соответственно нежелательный перегрев субстрата, образующего аэрозоль, может быть эффективно предотвращен.
Для управления температурой нагрева субстрата, образующего аэрозоль, чтобы она соответствовала желаемой рабочей температуре T_op, контроллер 50 устройства 10, показанного на фиг. 2, выполнен с возможностью регулирования работы индукционного источника в конфигурации с обратной связью и смещением так, чтобы поддерживать фактическое кажущееся сопротивление на значении, которое соответствует определенному минимальному значению R_min кажущегося сопротивления R_a плюс предварительно определенное значение смещения ΔR_offset. Значение смещения ΔR_offset перекрывает интервал между кажущимся сопротивлением R_min, измеренным при маркерной температуре T_C, и рабочим сопротивлением R_op при рабочей температуре T_op. Преимущественно это позволяет избежать прямого регулирования температуры нагрева на основе предварительно определенного целевого значения кажущегося сопротивления при рабочей температуре T_op. Также регулирование смещения температуры нагрева более стабильно и надежно, чем регулирование температуры, основанное на измеренных абсолютных значениях кажущегося сопротивления при желаемой рабочей температуре.
Когда фактическое кажущееся сопротивление равно или превышает определенное минимальное значение кажущегося сопротивления плюс предварительно определенное значение смещения кажущегося сопротивления, процесс нагрева может быть остановлен посредством прерывания генерирования переменного электромагнитного поля, то есть посредством отключения индукционного источника или по меньшей мере посредством уменьшения выходной мощности индукционного источника. Когда фактическое кажущееся сопротивление находится ниже определенного минимального значения кажущегося сопротивления плюс предварительно определенное значение смещения кажущегося сопротивления, процесс нагрева может быть возобновлен посредством продолжения генерирования переменного электромагнитного поля, то есть посредством очередного включения индукционного источника или посредством повторного увеличения выходной мощности индукционного источника.
В настоящем варианте осуществления рабочая температура составляет приблизительно 370 градусов Цельсия. Эта температура является обычной рабочей температурой для нагрева, но не сжигания субстрата, образующего аэрозоль. Чтобы обеспечить достаточно большой температурный интервал, составляющий по меньшей мере 20 градусов Цельсия, между маркерной температурой при температуре Кюри T_C второго токоприемного материала и рабочей температурой T_op, второй токоприемный материал выбирают так, чтобы он имел температуру Кюри ниже 350 градусов Цельсия.
Как показано на фиг. 3, токоприемный узел 120 внутри изделия, показанного на фиг. 1, представляет собой многослойный токоприемный узел, более конкретно двухслойный токоприемный узел. Он содержит первый слой, составляющий первый токоприемник 121, и второй слой, составляющий второй токоприемник 122, который расположен на первом слое и непосредственно присоединен к нему. В то время как первый токоприемник 121 оптимизирован относительно потери тепла и, таким образом, эффективности нагрева, второй токоприемник 122 в основном представляет собой функциональный токоприемник, используемый в качестве температурного маркера, как описано выше. Токоприемный узел 120 выполнен в форме продолговатой полоски, имеющей длину L 12 миллиметров и ширину W 4 миллиметра, то есть оба слоя имеют длину L 12 миллиметров и ширину W 4 миллиметра. Первый токоприемник 121 представляет собой полоску, изготовленную из нержавеющей стали, имеющей температуру Кюри выше 400°C, например из нержавеющей стали марки 430. Она имеет толщину приблизительно 35 микрометров. Второй токоприемник 122 представляет собой полоску из мю-металла или пермаллоя, имеющую температуру Кюри ниже рабочей температуры. Она имеет толщину приблизительно 10 микрометров. Токоприемный узел 120 образован посредством нанесения полоски второго токоприемника на полоску первого токоприемника.
На фиг. 5 показан альтернативный вариант осуществления токоприемного узла 220 в форме полоски, который схож с вариантом осуществления токоприемного узла 120, показанного на фиг. 1 и 2. В отличие от последнего, токоприемный узел 220 согласно фиг. 5 представляет собой трехслойный токоприемный узел, который, в дополнение к первому и второму токоприемникам 221, 222, образующим первый и второй слой соответственно, содержит третий токоприемник 223, который образует третий слой. Все три слоя расположены друг на друге, при этом смежные слои непосредственно присоединены друг к другу. Первый и второй токоприемники 221, 222 трехслойного токоприемного узла, показанного на фиг. 5, идентичны первому и второму токоприемникам 121, 122 двухслойного токоприемного узла 120, показанного на фиг. 1 и 2. Третий токоприемник 223 идентичен первому токоприемнику 221. То есть, третий слой 223 содержит тот же материал, что и первый токоприемник 221. Кроме того, толщина слоя третьего токоприемника 223 равна толщине слоя первого токоприемника 221. Соответственно, характеристики теплового расширения первого и третьего токоприемников 221, 223 по существу одинаковы. Преимущественно это обеспечивает высокосимметричную слоистую структуру, по существу не проявляющую деформаций вне плоскости. Кроме того, трехслойный токоприемный узел согласно фиг. 5 обеспечивает более высокую механическую стабильность.
На фиг. 6 показан другой вариант осуществления токоприемного узла 320 в форме полоски, который может быть альтернативно использован в изделии, показанном на фиг. 1, вместо двухслойного токоприемника 120. Токоприемный узел 320 согласно фиг. 6 образован из первого токоприемника 321, который непосредственно соединен со вторым токоприемником 322. Первый токоприемник 321 представляет собой полоску из нержавеющей стали марки 430, имеющую размеры 12 миллиметров на 4 миллиметра на 35 микрометров. Таким образом, первый токоприемник 321 определяет основную форму токоприемного узла 320. Второй токоприемник 322 представляет собой накладку из мю-металла или пермаллоя, имеющую размеры 3 миллиметра на 2 миллиметра на 10 микрометров. Второй токоприемник 322 в форме накладки электролитически осажден на первый токоприемник 321 в форме полоски. Хотя второй токоприемник 322 значительно меньше, чем первый токоприемник 321, он все еще подходит для того, чтобы обеспечивать возможность точного регулирования температуры нагрева. Преимущественно токоприемный узел 320, показанный на фиг. 6, обеспечивает значительную экономию второго токоприемного материала. В дополнительных вариантах осуществления (не показаны) может существовать более одной накладки второго токоприемника, расположенных в непосредственном контакте с первым токоприемником.
На фиг. 7 показан еще один вариант осуществления токоприемного узла 1020 для использования с изделием, показанным на фиг. 1. Согласно этому варианту осуществления токоприемный узел 1020 образует токоприемный стержень. Токоприемный стержень является цилиндрическим и имеет круглое поперечное сечение. Предпочтительно токоприемный стержень расположен по центру внутри субстрата, образующего аэрозоль, так, чтобы проходить по продольной оси изделия, генерирующего аэрозоль, показанного на фиг. 1. Как можно видеть на одной из его торцевых поверхностей, токоприемный узел 1020 содержит внутренний центральный токоприемник, который образует второй токоприемник 1022 согласно настоящему изобретению. Центральный токоприемник окружен оболочным токоприемником, который образует первый токоприемник 1021 согласно настоящему изобретению. Поскольку первый токоприемник 1021 предпочтительно выполняет функцию нагрева, эта конфигурация оказывается преимущественной с точки зрения прямой передачи тепла к окружающему субстрату, образующему аэрозоль. Кроме того, цилиндрическая форма токоприемного штыря обеспечивает очень симметричный профиль нагрева, который может быть преимущественным в отношении стержнеобразного изделия, генерирующего аэрозоль.
На фиг. 8-10 схематично показаны различные изделия 400, 500, 600, генерирующие аэрозоль, в соответствии со вторым, третьим и четвертым вариантами осуществления настоящего изобретения. Изделия 400, 500, 600 очень похожи на изделие 100, показанное на фиг. 1, в частности в отношении общей конструкции изделия. Поэтому подобные или идентичные признаки обозначены теми же номерами ссылок, что и на фиг. 1, но с увеличением на 300, 400 и 500 соответственно.
В отличие от изделия 100, показанного на фиг. 1, изделие 400, генерирующее аэрозоль, согласно фиг. 8 содержит токоприемный узел 420 в виде нити. То есть первый и второй токоприемники 421, 422 представляют собой нити, которые скручены друг с другом так, чтобы образовывать пару скрученных нитей. Пара нитей расположена по центру внутри субстрата 430, образующего аэрозоль, и находится в прямом контакте с субстратом 430. Пара нитей по существу проходят вдоль длины изделия 400. Первый токоприемник 421 представляет собой нить, изготовленную из ферромагнитной нержавеющей стали и, таким образом, в основном выполняет функцию нагрева. Второй токоприемник 422 представляет собой нить, изготовленную из мю-металла или пермаллоя и, таким образом, в основном служит в качестве температурного маркера.
Изделие 500, генерирующее аэрозоль, согласно фиг. 9 содержит токоприемный узел 520 в виде частиц. И первый токоприемник 521, и второй токоприемник 522 содержат множество токоприемных частиц, распределенных внутри субстрата 530, образующего аэрозоль, изделия 500. Таким образом, токоприемные частицы находятся в непосредственном физическом контакте с субстратом 530, образующим аэрозоль. Токоприемные частицы первого токоприемника 521 изготовлены из ферромагнитной нержавеющей стали и, таким образом, в основном служат для нагрева окружающего субстрата 530, образующего аэрозоль. Напротив, токоприемные частицы второго токоприемника 422 изготовлены из мю-металла или пермаллоя и, таким образом, в основном служат в качестве температурного маркера.
Изделие 600, генерирующее аэрозоль, согласно фиг. 10 содержит токоприемный узел 600, содержащий первый токоприемник 621 и второй токоприемник 622, которые имеют разные геометрические конфигурации. Первый токоприемник 621 представляет собой токоприемник в виде частиц, содержащий множество токоприемных частиц, распределенных в субстрате 630, образующем аэрозоль. Благодаря своей структуре в виде частиц, первый токоприемник 621 предоставляет большую площадь поверхности для окружающего субстрата 630, образующего аэрозоль, которая преимущественно улучшает передачу тепла. Соответственно, конфигурацию в виде частиц первого токоприемника 621 специально выбирают с учетом функции нагрева. Напротив, второй токоприемник 622 в первую очередь выполняет функцию регулирования температуры и поэтому ему не нужно иметь очень большую площадь поверхности. Соответственно, второй токоприемник 622 согласно настоящему изобретению представляет собой токоприемную полоску, проходящую внутри субстрата 630, образующего аэрозоль, через центр изделия 600, генерирующего аэрозоль.