ИНДУКЦИОННОЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ГЕНЕРИРОВАНИЯ АЭРОЗОЛЯ
INDUCTIVE HEATING DEVICE AND AEROSOL GENERATION SYSTEM

Изобретение относится к индукционно нагреваемым курительным устройствам, при этом аэрозоль генерируется посредством индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль.
Известные из уровня техники электрические нагревательные устройства для генерирования аэрозоля в основном имеют большой размер и потребление энергии, которое является сложной задачей для батарей, установленных в этих устройствах. Наряду с тем, что использование индукционного нагрева имеет преимущества в отношении энергоэффективности, генерируются электромагнитные поля, которые должны быть экранированы.
Таким образом, существует необходимость в усовершенствованных индукционных нагревательных устройств для генерирования аэрозоля, устраняющих по меньшей мере некоторые недостатки, присущие уровню техники.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предусмотрено индукционное нагревательное устройство для генерирования аэрозоля. Устройство содержит корпус устройства, содержащий полость, имеющую внутреннюю поверхность для вмещения по меньшей мере части вставки, образующей аэрозоль, содержащей субстрат, образующий аэрозоль, и токоприемник. Корпус устройства дополнительно содержит стержень, проходящий в полость. Устройство дополнительно содержит индукционную катушку, расположенную вдоль стержня, и источник питания, соединенный с индукционной катушкой и предназначенный для подачи на индукционную катушку высокочастотного тока.
Индукционный нагрев известен как эффективный способ нагрева, так как тепло может генерироваться в месте, где оно необходимо. Кроме того, индукционный нагрев обеспечивает возможность бесконтактного нагрева. В устройстве согласно этому изобретению индукционная катушка может быть расположена отдельно от субстрата, генерирующего аэрозоль. Она может быть расположена отдельно от токоприемника, выполненного с возможностью нагрева электромагнитными полями, генерируемыми индукционной катушкой, и нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Это облегчает чистку устройства. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления на индукционной катушке могут не образовываться остатки, которые могут генерировать нежелательные аэрозоли при повторном использовании устройства. Также, помимо прочего, расположение индукционной катушки вдоль стержня, который проходит в полость, предназначенную для размещения вставки, образующей аэрозоль, способствует хорошему распределению выработанного тепла в субстрате, образующем аэрозоль. Например, индукционная катушка может быть установлена в месторасположении стержня и может проходить вдоль длины стержня таким образом, чтобы соответствовать протяженности субстрата, образующего аэрозоль, находящегося во вставке, образующей аэрозоль, которая подлежит нагреву. Предпочтительно, стержень и индукционная катушка расположены так, что их по меньшей мере частично окружает вставка, образующая аэрозоль, содержащая субстрат, образующий аэрозоль, и токоприемник, когда вставка размещена в полости.
Благодаря размещению индукционной катушки в центре устройства, а не на кольцевой части устройства, устройство может быть минимизировано. Для индукционной катушки не требуется периферическое пространство. Кроме того, в случае индукционной катушки, расположенной по центру, магнитное экранирование осуществляется вставкой, образующей аэрозоль, а точнее - токоприемником, оснащенным этой вставкой. Таким образом, из устройства может выходить пренебрежимо малое количество электромагнитного излучения или оно может не выходить вообще, и магнитное экранирование устройства может быть опущено.
Расположение индукционной катушки по центру имеет дополнительное преимущество в том, что подлежащий нагреву субстрат, образующий аэрозоль, как правило, имеет по существу кольцеобразное поперечное сечение (или другие внешние формы, но содержащие пространство для стержня). Таким образом, в общем, толщина субстрата, образующего аэрозоль, пронизываемого электромагнитным полем, меньше, чем, например, у полностью цилиндрических субстратов. Это также может дополнительно поддерживать равномерный нагрев и уменьшение потребления энергии.
Согласно одному аспекту устройства в соответствии с изобретением индукционная катушка расположена в стержне и не контактирует с полостью. В таком расположении индукционная катушка и источник питания могут полностью находиться отдельно от полости для размещения вставки, образующей аэрозоль. Замена вставки может таким образом быть выполнена без контактирования с индукционной катушкой, следовательно, без риска вмешательства в индукционную катушку или электрические контакты. Также облегчается чистка полости. Обмотки катушки, подлежащие очистке, являются легкодоступными, которые в другом случае могли бы быть повреждены при чистке. Кроме того, стержень может быть выполнен очень твердым. Это может исключить риск сгибания или, например, поломки индукционной катушки, расположенной в полости, при повторяемом введении вставки, образующей аэрозоль. Стержень может, например, также быть использован для прокалывания вставки, образующей аэрозоль, при ее введении в полость. В этих вариантах осуществления сформированное отверстие во вставке, образующей аэрозоль, может быть опущено, и вставка может быть просто надвинута на стержень. Стержень может иметь заостренный дальний наконечник для облегчения такого «прокалывания». Заостренный наконечник может в целом быть предусмотрен для облегчения выравнивания вставки при ее введении в полость.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления, в которых индукционная катушка не контактирует с полостью, индукционная катушка выполнена залитой в стержне.
Согласно другому аспекту устройства в соответствии с изобретением индукционная катушка намотана вокруг стержня. Таким образом, может быть осуществлено распределение энергии вдоль всей полости или только в требуемом местоположении в полости. Расположение индукционной катушки снаружи вдоль стержня может обеспечивать более близкое расположение индукционной катушки к вставке, образующей аэрозоль. Такое расположение может быть предпочтительным в зависимости от конструкции вставки, образующей аэрозоль, например, если вставка, образующая аэрозоль, представляет собой картридж, содержащий жидкость, образующую аэрозоль. В этих вариантах осуществления корпус картриджа может служить в качестве стенки между индукционной катушкой и субстратом, образующим аэрозоль, для предотвращения непосредственного контакта субстрата, образующего аэрозоль, с индукционной катушкой.
Согласно другому аспекту устройства в соответствии с изобретением стержень и индукционная катушка расположены вдоль центральной продольной оси полости. Такое расположение по центру обеспечивает постоянное симметричное распределение электромагнитного поля, созданного индукционной катушкой внутри полости, от магнитной оси индукционной катушки к периферии или окружности полости. Предпочтительно кольцевая часть внутренней поверхности полости или боковых стенок и стержень имеют цилиндрическую форму. В сочетании с расположением по центру распределение электромагнитного поля в основном равномерное по всей полости и, таким образом, обеспечивает возможность симметричного или постоянного нагрева вставки, образующей аэрозоль, помещенной в полость.
Согласно другому аспекту устройства в соответствии с изобретением две или более индукционных катушек расположены вдоль стержня и рядом друг с другом. Таким образом, управление генерированием аэрозоля может быть упрощено. Например, обеспечивается широкое разнообразие возможностей нагрева вставки, образующей аэрозоль, расположенной в полости. Например, на разные индукционные катушки может подаваться разное количество энергии. Энергия может подаваться в разные моменты времени, например, последовательно. Таким образом, могут быть нагреты разные области субстрата, образующего аэрозоль, при этом в разной степени. Если, например, используется табакосодержащий субстрат, образующий аэрозоль, сеанс курения может быть улучшен или доставка никотина может изменяться во время курения.
Согласно другому аспекту устройства в соответствии с изобретением, стержень выполнен вместе с корпусом устройства. Это может облегчить изготовление устройства за счет сокращения этапа производства. Кроме того, может быть опущено разъемное соединение между стержнем и корпусом устройства. Предпочтительно, корпус устройства, а также стержень выполнены из пластичного материала. Стержень и корпус могут, например, быть изготовлены литьем под давлением.
Предпочтительно, вставка, генерирующая аэрозоль, плотно вмещается в полость корпуса устройства, так что она может удерживаться внутренней поверхностью полости или стержнем, или обоими. Внутренняя поверхность полости, стержень или корпус устройства могут быть также образованы таким образом, чтобы предоставить лучшее удерживание вставленной вставки. В соответствии с еще одним аспектом устройства в соответствии с изобретением корпус устройства содержит удерживающие элементы для удерживания вставки, образующей аэрозоль, в полости, когда вставка, образующая аэрозоль, размещается в полости. Данные удерживающие элементы могут, например, являться выступами на внутренней поверхности полости и проходить внутрь полости. Предпочтительно, выступы расположены в дальней области полости, рядом с или на отверстии для вставки, где вставка, образующая аэрозоль, вставляется в полость корпуса устройства. Например, вставка может иметь вид проходящих по окружности ребер или частичных ребер. Выступы могут также выполнять функцию выравнивающих элементов для способствования введению вставки в полость. Предпочтительно, выравнивающие элементы имеют вид продольных ребер, проходящих продольно вдоль кольцевой части внутренней поверхности полости. Выступы могут быть также расположены на стержне, например, проходящем в радиальном направлении. Предпочтительно, удерживающие элементы обеспечивают определенный захват вставки, так что вставка не выпадает из полости, даже если устройство удерживается в перевернутом положении. Однако удерживающие элементы высвобождают вставку снова предпочтительно без повреждения вставки, если ко вставке прилагается определенное усилие для высвобождения.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения также предусмотрена система индукционного нагрева и генерирования аэрозоля. Система содержит устройство, как описано в этой заявке, со стержнем и индукционной катушкой, проходящими в полость в корпусе устройства, и содержит вставку, образующую аэрозоль, содержащую субстрат, образующий аэрозоль, и токоприемник. Субстрат, образующий аэрозоль, размещен в полости устройства и расположен в ней таким образом, что токоприемник вставки, образующей аэрозоль, индукционно нагревается электромагнитными полями, сгенерированными индукционной катушкой.
Аспекты и преимущества устройства были описаны выше и не будут повторяться.
Субстрат, образующий аэрозоль, предпочтительно является субстратом, способным высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения высвобождаются путем нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть твердым или жидким или содержать как твердые, так и жидкие компоненты.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин. Никотиносодержащий субстрат, образующий аэрозоль, может являться матрицей из соли никотина. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак, и предпочтительно табакосодержащий материал содержит 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. При наличии, гомогенизированный табачный материал может обладать содержанием вещества для образования аэрозоля, равным или превышающим 5% на основании сухого веса, и предпочтительно от более 5% до 30% по весу на основании сухого веса.
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, которые при использовании способствуют образованию плотного и устойчивого аэрозоля и которые при рабочей температуре устройства, генерирующего аэрозоль, по существу обладают стойкостью к термической деградации. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны из уровня техники и включают, помимо всего прочего: многоатомные спирты, такие как 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.
Токоприемник является проводником, который может быть индукционно нагрет. Токоприемник может поглощать электромагнитную энергию и преобразовывать ее в тепло. В системе в соответствии с изобретением переменное электромагнитное поле, сгенерированное одной или несколькими индукционными катушками, нагревает токоприемник, который затем передает тепло на субстрат, образующий аэрозоль, вставки, образующей аэрозоль, главным образом посредством теплопроводности. Для этого, токоприемник находится в тепловой близости от материала субстрата, образующего аэрозоль. Форма, тип, распределение и расположение одного или нескольких токоприемников могут быть выбраны в соответствии с требованиями пользователя.
Высокочастотный ток, обеспеченный источником питания, протекающий через индукционную катушку, может иметь частоты в диапазоне от 1 МГц до 30 МГц, предпочтительно в диапазоне от 1 МГц до 10 МГц, еще более предпочтительно в диапазоне от 5 МГц до 7 МГц. Термин «в диапазоне от» в данном контексте понимается в явной форме, также раскрывающей соответствующие предельные значения.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления вставка, образующая аэрозоль, является картриджем, содержащим токоприемник и содержащим жидкость, предпочтительно, содержащим никотин. В некоторых других предпочтительных вариантах осуществления вставка, образующая аэрозоль, является содержащим табачный материал блоком, содержащим токоприемник. Табакосодержащий блок может являться блоком, содержащим токоприемник и табачный штранг, изготовленный из гомогенизированного табачного материала. Содержащий табачный материал блок может дополнительно содержать фильтр, расположенный на конце, подносимом ко рту, содержащего табачный материал блока.
Далее изобретение описано применительно к вариантам осуществления, которые иллюстрируются с помощью следующих графических материалов, где
на фиг. 1 показано схематическое представление индукционного нагревательного устройства, содержащего полость, в которую помещают вставку, образующую аэрозоль, при этом центральный стержень проходит в эту полость;
на фиг. 2 показано поперечное сечение фрагмента индукционного нагревательного устройства, например, показанного на фиг. 1, с центральным стержнем, имеющим встроенную индукционную катушку;
на фиг. 3 показано поперечное сечение фрагмента индукционного нагревательного устройства с центральным стержнем, имеющим индукционную катушку, намотанную вокруг стержня.
На фиг. 1 схематически показано индукционное нагревательное устройство 1 и вставка 2, образующая аэрозоль, которые в установленном состоянии вставки 2, образующей аэрозоль, образуют систему индукционного нагрева. Индукционное нагревательное устройство 1 содержит корпус 10 устройства с дальним концом, имеющим электрические контакты 101, например, стыковочный порт, содержащий стержень, для соединения внутреннего источника 11 электропитания с внешним источником питания (не показанным), например, зарядным устройством. Внутренний источник 11 питания, например, перезаряжаемая батарея 11, установлен внутри корпуса устройства в дальней области корпуса 10.
Ближний конец корпуса устройства имеет отверстие 102 для вставки вставки 2, образующей аэрозоль, в полость 13. Полость 13 образована внутри корпуса устройства в его ближней области. Полость 13 выполнена с возможностью извлекаемого вмещения вставки 2, образующей аэрозоль, внутрь полости 13. Стержень 14, содержащий индукционную катушку 15 (изображена пунктирными линиями), проходит в полость соосно с продольной осью полости 400, причем эта ось в этом варианте осуществления соответствует продольной оси корпуса устройства. Варианты осуществления полости и ближней области корпуса устройства далее будут описаны более подробно на фиг. 2 и фиг. 3 ниже.
Корпус 10 устройства дополнительно содержит электронику 12, например, печатную плату со схемой. Электроника 12, а также индукционная катушка принимают необходимое питание от внутреннего источника 11 питания. Соответственно, элементы взаимосвязаны. Ближняя и дальняя область корпуса устройства отделены по меньшей мере нижней стенкой 131 полости 13 или дополнительными разделительными стенками корпуса. За счет размещения индукционной катушки внутри стержня, любые электрические компоненты могут быть отделены от элементов или процессов в полости. Это может быть сам блок, но также особенно и остатки, появляющиеся в результате нагрева блока или его частей и в результате процесса, генерирующего аэрозоль. Предпочтительно, разделение ближней области с полостью и дальней области с электроникой 12 и источником питания является герметичным. Однако вентиляционные отверстия для обеспечения потока воздуха в непосредственном направлении устройства 1 могут быть обеспечены в стенках 130, 131 полости и/или в корпусе устройства.
Вставка 2, образующая аэрозоль, может, например, содержать субстрат, образующий аэрозоль, например, табачный материал и штранг 20, содержащий вещество для образования аэрозоля. Вставка 2 содержит токоприемник для индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, и может содержать сигаретный фильтр 21. Электромагнитные поля, сгенерированные индукционной катушкой 15, индукционно нагревают токоприемник во вставке, образующей аэрозоль. Тепло токоприемника передается на субстрат 20, образующий аэрозоль, таким образом, испаряя компоненты, которые могут образовывать аэрозоль, для вдыхания пользователем.
На фиг. 2 показан увеличенный вид в поперечном сечении полости 13 с расположенным по центру стержнем 14, например, полости индукционного нагревательного устройства, изображенного на фиг. 1. Полость 13 имеет внутреннюю поверхность, которая образована стенками 130, 131 полости, которые также могут являться стенками корпуса устройства (как показано на фиг. 1). Один открытый конец полости 13 образует отверстие 102 для вставки. Стержень 14 проходит от нижней стенки 131 полости 13 вдоль центральной продольной оси 400 полости. Индукционная катушка 15 расположена внутри стержня и заключена в него (показана пунктирными линиями). Таким образом, индукционная катушка 15 и электрические соединения 150 с индукционной катушкой не контактируют с полостью 13 или блоком 2, расположенным в этой полости.
Индукционная катушка 15 проходит вдоль по существу всей длины стержня 14. Индукционная катушка представляет собой спиральную катушку и предпочтительно изготовлена из медной проволоки. Стержень 14 имеет длину, приблизительно равную двум третьим длины полости 13, и полностью расположен внутри этой полости. Через отверстие 102 для вставки блок 2, образующий аэрозоль, например, табачный штранг или картридж, содержащий аэрозоль, может быть вставлен в полость 13. Блок 2, образующий аэрозоль, располагается в полости 13 таким образом, что токоприемник блока, если блок размещен в полости, располагается так, что токоприемник индукционно нагревается электромагнитными полями, сгенерированными в индукционной катушке 15, и токами, вызванными в токоприемнике. Нижняя стенка 131 полости 13 может служить механическим упором при введении блока 2.
Стержень 14 может быть заострен на дальнем конце для облегчения выравнивания и вставки блока 2 в и внутрь полости. Наружная поверхность стержня 14 или полость 13 могут быть дополнительно оснащены выступами 132 для удерживания блока 2, образующего аэрозоль, в полости.
Предпочтительно, стержень 14 и полость 13 имеют цилиндрическую или трубчатую форму и расположены концентрически. Стенки 131 полости, стержень 14 и предпочтительно корпус 10 устройства могут быть изготовлены из одного материала и предпочтительно изготовлены из пластичного материала. Предпочтительно, стенки полости и стержень образованы в виде одной детали, например, литьем под давлением.
На фиг. 3 показано увеличенное поперечное сечение полости 13 индукционного нагревательного устройства, например, описанного в отношении фиг. 1. Для одинаковых или подобных элементов используются такие же номера позиций, как и на фиг. 2. Полость 13, изображенная на фиг. 3, имеет расположенный по центру стержень 14, проходящий в полость 13. Индукционная катушка 15 намотана вокруг стержня и контактирует с полостью. Индукционная катушка 15 проходит вдоль дальней половины стержня 14.
Также в этом варианте осуществления стержень 14 и стенки 130, 131 полости, которые также могут быть стенками устройства, могут быть изготовлены в виде одной детали. Предпочтительно, электрические соединения 150 от индукционной катушки 15 проходят через нижнюю стенку 131 полости 13 для подачи питания в индукционное нагревательное устройство. Предпочтительно, выводы выполнены непроницаемыми для воздуха, чтобы не воздействовать на поток воздуха, проходящий через или вдоль вставленного блока, образующего аэрозоль. Предпочтительно, выводы выполнены так, чтобы не давать компонентам или веществам, генерируемым в полости, достичь электроники 12 устройства 1.
Благодаря расположению по центру стержня 14 в полости 13, как показано на фиг. 2 и 3, в основном одинаковое количество субстрата, образующего аэрозоль, блока 2, образующего аэрозоль, расположенного в полости 13, должно быть нагрето в радиальном направлении стержня. Таким образом, благодаря расположению индукционной катушки согласно изобретению возможен равномерный нагрев. Кроме того, благодаря расположенной по центру индукционной катушке 15, блок, образующий аэрозоль, или токоприемник, расположенный в этом блоке, служит в качестве магнитного экрана, таким образом, дополнительное экранирование может быть опущено.
Расположение стержня и индукционной катушки, а также индукционного нагревательного устройства, показаны только в качестве примера. Вариации, например, длина, количество, расположение или толщина индукционной катушки или стержня, могут быть применены в зависимости от требования пользователя или блока, образующего аэрозоль, который должен быть нагрет и использован вместе с устройством.