Индукционно нагреваемый расходный элемент для генерирования аэрозоля
INDUCTION-HEATED AEROSOL-GENERATING CONSUMABLE

Область техники
Настоящее изобретение относится к индукционно нагреваемому расходному элементу для генерирования аэрозоля. Расходный элемент особенно подходит для использования в устройстве индукционного нагрева для генерирования аэрозоля. Варианты осуществления настоящего изобретения также относятся к способу изготовления индукционно нагреваемого расходного элемента и устройства, генерирующего аэрозоль.
Предпосылки создания изобретения
Устройства, в которых происходит нагрев, а не сгорание, испаряемого вещества для получения вдыхаемого пара, стали популярными у потребителей в последние годы.
В электрически нагреваемых курительных устройствах, например, табачный штранг, изготовленный из табачного листа, содержащего частицы табака и глицерин в качестве вещества для образования аэрозоля, нагревают нагревательной пластиной. При использовании табачный штранг проталкивают на пластину, вследствие чего материал штранга находится в тесном тепловом контакте с нагретой пластиной. В устройствах, генерирующих аэрозоль, табачный штранг нагревают для испарения летучих соединений в материале штранга предпочтительно без горения табака как в традиционных сигаретах. Однако, чтобы нагреть удаленные периферийные области штранга для генерирования аэрозоля, материал вблизи нагревательной пластины должен быть чрезмерно нагрет, вследствие чего горение табака вблизи пластины не может быть предотвращено полностью.
Было предложено использовать индукционный нагрев для субстрата, образующего аэрозоль. Было также предложено (как в документе WO 2015/177252) предусмотреть индукционно нагреваемый табачный продукт в виде гофрированного табачного листа, внутри которого распределены отдельные малые частицы токоприемника.
Однако это решение имеет несколько недостатков, например, недостатком может быть сложность манипулирования малыми частицами токоприемника. Другим недостатком может быть сложность равномерного распределения или смешивания этих малых частиц внутри гофрированного листа табачного материала, учитывая что, обычно с целью экономии, эти частицы токоприемника являются очень тонкими. Таким образом, также увеличивается сложность манипулирования этими частицами во время процесса изготовления табачного продукта (как в документе WO 2017/178394). Дополнительно, усложняется получение равномерного нагрева токоприемником табачного материала. Таким образом, усложняется оптимизация генерирования аэрозоля из табачного продукта. Следовательно, существует необходимость преодолеть эти недостатки.
Сущность изобретения
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предусмотрен индукционно нагреваемый расходный элемент для генерирования аэрозоля. Расходный элемент содержит формирующие вкус и аромат частицы и токоприемник в виде множества частиц токоприемника. Каждая частица токоприемника является комбинацией жесткого слоя субстрата, образующего аэрозоль, и слоя токоприемника для получения частицы жесткого токоприемника, при этом жесткий слой субстрата, образующего аэрозоль, имеет жесткость больше, чем жесткость слоя токоприемника.
Предпочтительно жесткость каждой частицы жесткого токоприемника является по существу такой же, как жесткость слоя субстрата.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что в этом случае предусмотрен индукционно нагреваемый расходный элемент (100) для генерирования аэрозоля, при этом расходный элемент (100) содержит формирующие вкус и аромат частицы и токоприемник в виде множества частиц токоприемника, при этом каждая частица токоприемника является комбинацией жесткого слоя (102) субстрата, образующего аэрозоль, и слоя (104) токоприемника для получения частицы (106) жесткого токоприемника, имеющей жесткость по существу эквивалентную жесткости субстрата, с которым ее комбинируют. Такой индукционно нагреваемый расходный элемент, следовательно, также является аспектом настоящего изобретения, раскрытым отдельно в настоящем документе. Это может быть достигнуто, например, предоставлением слоя субстрата с жесткостью и/или прочностью, которая достаточно велика по сравнению с жесткостью и/или прочностью слоя токоприемника, при этом вклад слоя токоприемника в общую жесткость частицы жесткого токоприемника (которая является комбинацией слоя субстрата и слоя токоприемника) является малым или пренебрежимо малым.
Предпочтительно жесткость комбинации, т.е. полученной частицы жесткого токоприемника, составляет не более чем 110% жесткости слоя субстрата (т.е. комбинация не должна быть на более чем 10% жестче, чем отдельный слой субстрата), и более предпочтительно комбинация должна предусматривать не более чем 105% жесткости отдельного слоя субстрата. Наиболее предпочтительно частица жесткого токоприемника может иметь жесткость эквивалентную жесткости субстрата, с которым комбинируют слой токоприемника в пределах не более чем 1% разницы. Это может быть удобно достигнуто, если использовать очень тонкий слой токоприемника, например, менее чем 50 микрон (следует отметить, что простая алюминиевая фольга, используемая в кулинарии, обычно имеет относительно низкую жесткость и варьируется по толщине от приблизительно 6 микрон до приблизительно 200 микрон).
Табачный субстрат, образующий аэрозоль, придает токоприемнику жесткость, которая необходима ему, чтобы позволить легко манипулировать частицами токоприемника. Табачный субстрат, образующий аэрозоль, придает токоприемнику жесткость, которая необходима ему, чтобы облегчить смешивание частиц жесткого токоприемника с частицами субстрата, образующего аэрозоль. Таким образом, это приводит к равномерному распределению частиц жесткого токоприемника среди частиц субстрата аэрозоля. Таким образом, оптимизируется генерирование аэрозоля.
Прочность на сдвиг частиц токоприемника может быть по меньшей мере 250 мегапаскалей (МПа), и/или ширина среза токоприемника может быть по желанию (например, по меньшей мере 0,5 миллиметра) такой, чтобы свести к минимуму риск скручивания частиц при обычных напряжениях, которым они подвержены во время обычных процессов изготовления сигарет. Это сводит к минимуму скручивание слоя токоприемника или комбинированных слоев субстрата и токоприемника, образующих каждую частицу токоприемника. В свою очередь это уменьшает горячие участки, образованные во время нагрева расходного элемента, поскольку уменьшенное скручивание ограничивает деформацию частицы токоприемника, сохраняя расстояние между частицами токоприемника более равномерным, чем если бы произошло большее скручивание. Например, было обнаружено, что скручивание уменьшается при помощи увеличения ширины среза.
Кроме того, слой субстрата, образующего аэрозоль, может быть выполнен таким, чтобы выдерживать (высокие) температуры, которые создаются элементами токоприемника при индукционном нагреве (в то же время генерируя пар из парообразующих средств, таких как глицерин, пропиленгликоль, табачные ароматизаторы и их комбинации, при активации токоприемниками), и может изолировать обычный табак от непосредственного контакта с горячими токоприемниками, которые могут в противном случае сжечь обычный табак.
Жесткий лист может содержать первый по меньшей мере лист субстрата, образующего аэрозоль, лист токоприемника. В этом случае листы токоприемника и субстрата, образующего аэрозоль, выполнены с возможностью склеивания вместе. Лист субстрата, образующий аэрозоль, таким образом, увеличивает жесткость тонкого слоя токоприемника. Слой токоприемника хорошо закреплен на субстрате и не подвержен соскальзыванию.
Каждый слой токоприемника и каждый слой субстрата каждой частицы токоприемника может быть по меньшей мере частью (т.е. всех или части) соответствующих предварительно образованных (твердых) листов. Слой токоприемника и слой субстрата каждой частицы токоприемника могут иметь выровненные внешние (т.е. наружные) периметры. Указанные внешние периметры могут быть параллельными друг другу и могут быть обеспечены наружной поверхностью каждого из указанных слоев, которые имеют выровненную нормаль (т.е. геометрическую нормаль) к соответствующим поверхностям.
Предпочтительно если слой субстрата имеет желаемую жесткость, перед его комбинированием со слоем токоприемника. Множество частиц токоприемника могут иметь одинаковые размер и/или форму, и/или объем. Это позволяет обеспечивать более равномерный нагрев при использовании множества частиц, тем самым избегая горячих участков при нагреве и, таким образом, уменьшая риск сгорания любого материала во время нагрева.
Каждая частица токоприемника может быть сдвинутой частицей токоприемника. Под этим подразумевается, что частица подверглась деформации сдвига, например, вследствие разрезания. Каждый слой токоприемника и/или каждый слой субстрата могут соответственно быть сдвинутым слоем токоприемника и/или сдвинутым слоем субстрата. Для изготовления таких частиц или слоев слои должны быть сдвигаемыми, это означает, что они должны иметь определенную форму, например, благодаря тому, что являются твердыми вместо нетвердых, например жидким или жидкоподобным материалом, таким как пульпа. Если они являются сдвигаемыми, возможно более быстрое изготовление частиц/слоя(слоев), поскольку не требуется этап затвердевания при изготовлении частиц/слоя(слоев). Это также означает, что содержание аэрозоля и/или влаги токоприемника не уменьшается во время процесса изготовления, позволяя токоприемнику/слою(слоям) сохранять их первоначальные свойства и не разрушаться процессом изготовления. Дополнительно, форма частиц/слоев, будучи сдвигаемой, является более однородной. Как изложено выше, улучшенная однородность позволяет обеспечивать более равномерный нагрев при использовании множества частиц. Это обеспечивает преимущества, изложенные выше.
3
Индукционно нагреваемый расходный элемент может содержать перфорационные отверстия, которые проходят через листы субстрата, образующего аэрозоль, и токоприемник. Перфорационные отверстия преимущественно облегчают прохождение потока воздуха через индукционно нагреваемый расходный элемент во время использования в устройстве, генерирующем аэрозоль, и могут преимущественно улучшать эффективность нагрева благодаря поверхностному эффекту. Перфорационные отверстия позволяют тщательно регулировать и оптимизировать пористость, и, таким образом, воздухопроницаемость, получаемого индукционно нагреваемого расходного элемента. Например, расходный элемент может иметь воздухопроницаемость приблизительно от 50 до приблизительно 20000 единиц CORESTA (CU) ±10% (одна единица CORESTA является объемным расходом воздуха в кубических сантиметрах в минуту, см/мин, который проходит через 1 сантиметровый образец субстрата при разнице приложенного давления 1 килопаскаль, кПа).
Альтернативно, жесткий токоприемник может дополнительно содержать второй лист субстрата, образующего аэрозоль. В этом случае жесткий токоприемник и второй лист субстрата, образующего аэрозоль, выполнены с возможностью склеивания вместе для получения второго листа жесткого токоприемника. В этой компоновке второй жесткий лист предпочтительно имеет жесткость по существу равную или большую, чем жесткость листа токоприемника. Это дает преимущество дальнейшего увеличения жесткости комбинации (т.е. первого и второго листов субстрата в комбинации с листом токоприемника). Это в свою очередь обеспечивает увеличенную жесткость получаемых частиц токоприемника, таким образом, облегчая смешивание частиц токоприемника с частицами субстрата, образующего аэрозоль. Таким образом, увеличивается однородность смеси. Таким образом, оптимизируется генерирование аэрозоля.
Токоприемник может быть встроен в субстрат, образующий аэрозоль, для образования листа жесткого токоприемника. Это позволяет хорошо прикреплять токоприемник к материалу, образующему аэрозоль, и он не подвержен соскальзыванию.
Клей может быть предусмотрен между каждым слоем токоприемника и каждым соответствующим слоем субстрата. Это обеспечивает средства прикрепления друг к другу слоев каждой частицы токоприемника. Клей может быть обеспечен материалом, отличным от материала слоя токоприемника и слоя субстрата.
Согласно изобретению термины склеивание или комбинирование, или встраивание могут включать технологии среди которых: печать, склеивание, складывание в стопку, скрепление, слипание.
Согласно изобретению частицы токоприемника могут быть получены нарезкой первого или второго листов жесткого токоприемника в форме частиц.
Согласно изобретению частицы первого листа жесткого токоприемника и частицы субстрата, образующего аэрозоль, могут быть смешаны вместе для получения по существу однородной смеси (т.е. с приблизительно равномерным распределением частиц токоприемника в смеси). По существу равномерное распределение частиц жесткого токоприемника и субстрата, образующего аэрозоль, позволяет оптимизировать генерирование аэрозоля.
Альтернативно, частицы второго листа жесткого токоприемника и частицы субстрата, образующего аэрозоль, могут быть смешаны вместе с получением по существу однородной смеси. Равномерное/однородное распределение частиц жесткого токоприемника и субстрата, образующего аэрозоль, обеспечивает оптимизированное генерирование аэрозоля.
Токоприемник в расходном элементе обычно имеет способность преобразовывать энергию, передаваемую в виде переменного магнитного поля, в тепло. Количество тепла, которое токоприемник (т.е. сумма частиц токоприемника) может генерировать таким образом, называется способностью нагрева. Способность нагрева является способностью токоприемника, и в частности слоя токоприемника, передавать тепло окружающему субстрату/материалу, образующему аэрозоль.
Слой токоприемника обычно преимущественно путем проводимости нагревает непосредственно контактирующий или ближний материал, образующий аэрозоль, и вещество для образования аэрозоля в смежном жестком листе (листах) субстрата, образующего аэрозоль. Непосредственный тепловой контакт между слоем токоприемника и листом (листами) субстрата, образующего аэрозоль, предотвращает достижение слоем токоприемника температур, значительно превышающих температуру смежного листа (листов) жесткого субстрата, образующего аэрозоль, температура которого по существу поддерживается около точки кипения субстрата, образующего аэрозоль (т.е. точки кипения увлажнителя, такого как растительный глицерол и/или пропиленгликоль, которые содержатся в листе субстрата, образующего аэрозоль). Частицы токоприемника могут не находиться в непосредственном тепловом контакте с другими элементами смеси (например, окружающими частицами, образующими аэрозоль, такими как частицы табака) и поэтому теплопроводность к этим частицам может быть достаточно небольшой, но пар, генерируемый из слоя субстрата, образующего аэрозоль, находящегося в непосредственном тепловом контакте со слоем токоприемника, эффективно нагревает окружающие частицы посредством конвекции, таким образом, быстро доводя окружающие частицы до температуры, при которой они выделяют летучие компоненты, которые могут попадать в пар, генерируемый из субстрата, образующего аэрозоль, для выделения желаемых вкусоароматических веществ и других желаемых компонентов, таких как никотин. Таким образом, способность нагрева зависит от материала и степени теплового контакта между слоем токоприемника и смежным листом субстрата, образующего аэрозоль. Предпочтительно, окружающие частицы могут быть специально обработанными частицами табака, такими как те, которые используются в гибридных устройствах, известных в данной области техники как устройство Ploom Tech , чтобы желаемые вкусоароматические и стимулирующие компоненты легко попадали в проходящий пар и/или конденсационный аэрозоль, образованный из пара.
В расходном элементе согласно изобретению частицы жесткого токоприемника предпочтительно равномерно распределены в частицах субстрата, образующего аэрозоль. Этим может быть достигнута способность равномерного нагрева в субстрате, образующем аэрозоль, таким образом, генерирование равномерного распределения тепла в субстрате, образующем аэрозоль, и в расходном элементе приводит к равномерному распределению температуры в расходном элементе.
Равномерное или однородное распределение температуры расходного элемента в настоящем документе следует понимать как то, что расходный элемент имеет по существу одинаковое распределение температуры по поперечному сечению расходного элемента. Это оптимизирует генерирование аэрозольного пара. Предпочтительно расходный элемент может быть нагрет таким образом, что температуры в разных областях расходного элемента, как например в центральных областях и периферийных областях расходного элемента, отличаются на менее чем 50 процентов, предпочтительно на менее чем 30 процентов.
Согласно настоящему изобретению форма частиц жесткого токоприемника и форма частиц субстрата, образующего аэрозоль, может включать линию, нить, многоугольник, такой как небольшой квадрат, кривую, такую как диск, овал, кольцо, круг. Частицы в форме круга или кольца жесткого токоприемника особенно предпочтительны, поскольку они склонны генерировать вихревые токи в ответ на воздействие переменного магнитного поля наиболее эффективно, и, таким образом, это приводит к увеличению способности нагрева расходного элемента.
Согласно настоящему изобретению первый или второй листы субстрата, образующего аэрозоль, могут содержать табак, производные табака, взорванный табак, табачный экстракт, гомогенизированный табак, заменители табака или любые их комбинации. Предпочтительна бумага из восстановленного табака, которая имеет преимущество более простого изготовления. Тип восстановленного табака включает табак и любое одно или более из целлюлозных волокон, волокон табачного стебля и неорганических наполнителей, таких как карбонат кальция (СаСО3).
Согласно изобретению предусмотрен индукционно нагреваемый расходный элемент для генерирования аэрозоля, при этом расходный элемент может содержать третий субстрат, образующий аэрозоль. Третий субстрат, образующий аэрозоль, может иметь вид частиц, и токоприемник иметь вид множества частиц, при этом токоприемник является комбинацией субстрата, образующего аэрозоль, и токоприемника для получения жесткого токоприемника, имеющего жесткость по существу равную жесткости субстрата, с которым его комбинируют. Третий лист субстрата, образующего аэрозоль, может содержать табак, производные табака, взорванный табак, табачный экстракт, гомогенизированный табак, заменители табака, восстановленный табак или любые их комбинации.
Согласно изобретению субстраты, образующие аэрозоль, могут содержать одно или более веществ для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля может быть любым подходящим известным соединением или смесью соединений, которые при использовании способствуют образованию плотного и устойчивого аэрозоля, и который по существу устойчив к термической деградации при рабочей температуре устройства индукционного нагрева.
Вещества для образования аэрозоля могут быть выбраны из полиолов, гликолевых эфиров, эфира полиола, эфиров и жирных кислот и могут содержать одно или более из следующих соединений: глицерин, эритрит, 1,3-бутиленгликоль, тетраэтиленгликоль, триэтиленгликоль, триэтилцитрат, пропиленкарбонат, этиллаурат, триацетин, мезо-эритрит, смесь на основе диацетина, диэтилсуберат, триэтилцитрат, бензилбензоат, бензилфенил ацетат, этилванилат, трибутирин, лаурилацетат, лауриновую кислоту, миристиновую кислоту, 1,3-пропандиол и пропиленгликоль.
Согласно изобретению субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как вкусоароматические вещества. Субстрат, образующий аэрозоль, предпочтительно содержит никотин и по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. В предпочтительном варианте осуществления вещество для образования аэрозоля является глицерином. Материалы токоприемника, находящиеся в тепловой близости от субстрата, образующего аэрозоль, обеспечивают более эффективный нагрев и, следовательно, могут быть достигнуты более высокие рабочие температуры. Более высокая рабочая температура позволяет использовать глицерин в качестве вещества для образования аэрозоля, что обеспечивает улучшенный аэрозоль по сравнению с веществами для образования аэрозоля, которые используются в известных системах. В варианте осуществления субстрата, образующего аэрозоль, согласно изобретению вторая температура Кюри второго материала токоприемника может быть выбрана таким образом, что после индукционного нагрева общая средняя температура субстрата, образующего аэрозоль, не превышает 240°С. Общую среднюю температуру субстрата, образующего аэрозоль, в настоящем документе определяют как среднее арифметическое ряда измерений температуры в центральных областях и в периферийных областях субстрата, образующего аэрозоль. Посредством предварительного определения максимума общей средней температуры субстрат, образующий аэрозоль, может быть приспособлен для оптимального получения аэрозоля.
Средние температуры расходного элемента, содержащего табак, могут составлять от приблизительно 30 градусов Цельсия до приблизительно 240 градусов Цельсия. Было обнаружено, что это температурный диапазон, в котором получают желаемые количества летучих соединений, особенно в табачном листе, изготовленном из гомогенизированного табачного материала или восстановленного табака с глицерином в качестве вещества для образования аэрозоля, особенно в формованном листе, как более подробно описано ниже. При этих температурах не достигается существенного перегрева отдельных областей расходного элемента, хотя температуры частиц токоприемника могут достигать приблизительно от 400 до 450 градусов Цельсия.
Вещества для образования аэрозоля, содержащиеся в субстрате, образующем аэрозоль, могут быть выбраны на основе одной или более характеристик. Функционально вещество для образования аэрозоля может обеспечивать механизм, который позволяет ему испаряться и переносить никотин или вкусоароматические вещества, или и то, и другое в аэрозоль при нагревании выше определенной температуры испарения вещества для образования аэрозоля. Разные вещества для образования аэрозоля обычно испаряются при разных температурах. Вещество для образования аэрозоля может быть выбрано на основе его способности, например, оставаться устойчивым при приблизительно комнатной температуре, но способным испаряться при более высокой температуре, например, от 40 градусов Цельсия до 450 градусов Цельсия. Вещество для образования аэрозоля может также иметь свойства типа увлажнителя, которые способствуют поддержанию желаемого уровня влажности в субстрате, образующем аэрозоль, если субстрат содержит продукт на основе табака, включая частицы табака. В частности, некоторые вещества для образования аэрозоля являются гигроскопичным материалом, который выполняет функцию увлажнителя, являясь материалом, который способствует сохранению влаги субстратом, содержащим увлажнитель.
Одно или несколько веществ для образования аэрозоля можно комбинировать, чтобы воспользоваться преимуществом одного или более свойств комбинированных веществ для образования аэрозоля. Например, триацетин можно комбинировать с глицерином и водой, чтобы воспользоваться преимуществом способности триацетина переносить активные компоненты и свойства увлажнителя глицерина.
Согласно настоящему изобретению частицы жесткого листа токоприемника и частицы субстратов, образующих аэрозоль, могут иметь длину в диапазоне от 1 до 15 миллиметров, предпочтительно от 2 до 8 миллиметров. Предпочтительно каждая частица может иметь одинаковый размер и форму и, насколько это возможно, соответствующую ориентацию по отношению к индукционной катушке.
Обращаясь снова к токоприемнику, обычно это проводник, который выполнен с возможностью индукционного нагрева. Токоприемник обычно выполнен с возможностью поглощения электромагнитной энергии и преобразования ее в тепло. В расходном элементе, содержащем табак, согласно настоящему изобретению изменение электромагнитных полей, генерируемых одной или несколькими индукционными катушками устройства индукционного нагрева, может нагревать слои токоприемника, которые затем передают тепло субстрату, образующему аэрозоль, табачного продукта, главным образом посредством теплопроводности. Для этого слой токоприемника находится в непосредственном тепловом контакте со слоями субстрата, образующего аэрозоль, и веществом для образования аэрозоля, содержащемся в них. Вследствие того, что токоприемник имеет вид частиц, тепло вырабатывается согласно распределению частиц в частицах табака.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления расходного элемента, содержащего табак, согласно изобретению табачный материал может быть восстановленным табачным материалом, и вещество для образования аэрозоля содержит глицерин. Предпочтительно расходный элемент, содержащий табак, изготовлен из восстановленного табака.
Дополнительно было обнаружено, что для обеспечения достаточного нагрева для оптимального образования аэрозоля, но без сгорания табака или волокон, определенные характеристики частиц токоприемника, включая форму, жесткость и распределение по другим частицам, могут нуждаться в тщательном выборе, чтобы частицы токоприемника были подходящими в комбинации с частицами табака, содержащими вещество для образования аэрозоля и предпочтительно содержащими глицерин в качестве вещества для образования аэрозоля.
При оптимальном выборе и распределении частиц в частицах табака количество энергии, необходимое для нагрева, может быть уменьшено. Однако достаточное количество энергии для высвобождения летучих соединений из субстрата все еще обеспечивается. Уменьшение потребления энергии может не только уменьшить потребление энергии устройством индукционного нагрева для генерирования аэрозоля, с которым используют табачный продукт, но также может уменьшить риск перегрева субстрата, генерирующего аэрозоль. Энергоэффективность также достигается посредством достижения очень равномерного и полного исчерпания вещества для образования аэрозоля в расходном элементе, содержащем табак. Особенно также периферийные области расходного элемента, содержащего табак, могут вносить вклад в образование аэрозоля. Таким образом, расходный элемент, содержащий табак, такой как штранг расходного элемента, содержащего табак, может быть использован более эффективно. Например, ощущения от курения могут быть улучшены или размер расходного элемента, содержащего табак, может быть уменьшен посредством испарения такого же количества летучих соединений из табачного продукта, как в обычно более сильно нагреваемом или большем субстрате, образующем аэрозоль. Таким образом, можно сэкономить средства и сократить потери.
Согласно определенным вариантам осуществления расходного элемента, содержащего табак, согласно изобретению частицы табака могут иметь размеры в диапазоне от приблизительно 5 микрометров до приблизительно 100 микрометров, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 10 микрометров до приблизительно 80 микрометров, например, иметь размеры от 20 микрометров до 50 микрометров. Было обнаружено, что размеры в этих диапазонах для частиц находятся в оптимальном диапазоне, чтобы позволить равномерное распределение частиц токоприемника с частицами табака. Слишком малые частицы являются нежелательными, так как они могут проходить через фильтр, например, традиционный фильтр, как тот, который используют в курительных изделиях. Такие фильтры могут также быть использованы в комбинации с расходным элементом, содержащим табак, согласно изобретению.
Согласно определенным другим вариантам осуществления изобретения частицы табака могут иметь размер табака, используемого в самокрутках (также называемых RYO, MYO, вертушками, завертками, цигарками, самодельными сигаретами или просто скрутками).
Согласно аспекту изобретения частицы табака могут иметь такой размер, как те, которые используют в гибридных устройствах, известных в данной области техники как устройство Ploom Tech , чтобы желаемые вкусоароматические и стимулирующие компоненты легко попадали в проходящий пар и/или конденсационный аэрозоль, образованный из пара.
Согласно аспекту изобретения частицы токоприемника могут быть немного больше, чем частицы табака, которые могут быть как частицы табака Ploom Tech , хотя могут также быть намного больше (как обычные частицы табака самокрутки), в то время как небольшие частицы токоприемника предпочтительно имеют размер несколько миллиметров, чтобы позволить им генерировать существенный вихревой ток, когда он вызван переменным электромагнитным полем.
Как упомянуто выше, частицы токоприемника могут предпочтительно иметь форму плоских дисков (или кольцевых дисков) с диаметрами от 1 до 15 миллиметров или более предпочтительно от 2 до 8 миллиметров и толщиной менее чем 1 миллиметр. Более крупные частицы затрудняют или делают невозможным равномерное распределение в частицах табака. Более крупные частицы не могут быть распределены в частицах табака так же хорошо, как более мелкие частицы. Дополнительно, более крупные частицы склонны выступать из частиц табака, вследствие чего они могут вступать в контакт друг с другом. Это является неблагоприятным, вследствие локально усиленного генерирования тепла. Размер частиц в настоящем документе следует понимать как эквивалентный сферический диаметр. Предпочтительно частицы токоприемника имеют одинаковый размер и форму и, насколько это возможно, распределены в частицах табака с соответствующей ориентацией по отношению к индукционной катушке (предпочтительно их плоскости ортогональны центральной оси возбуждающей индукционной катушки устройства нагрева для использования с расходным элементом).
Согласно другому аспекту расходного элемента, содержащего табак, согласно изобретению множество частиц может составлять в диапазоне от приблизительно 4 весовых процентов до приблизительно 45 весовых процентов, предпочтительно от приблизительно 10 весовых процентов до приблизительно 40 весовых процентов, например, 30 весовых процентов табачного продукта. Теперь специалисту обыкновенной квалификации в данной области техники очевидно, что в то время как различные весовые проценты токоприемника предоставлены выше, изменения состава элементов, содержащихся в расходном элементе, содержащем табак, включая весовой процент табака, вещества для образования аэрозоля, связующих веществ и воды, требуют регулировки весового процента токоприемника, требуемого для эффективного нагрева табачного продукта.
Было обнаружено, что количества частиц токоприемника в этих диапазонах веса по отношению к весу расходного элемента, содержащего табак, находятся в оптимальном диапазоне для обеспечения равномерного распределения тепла по всему расходному элементу, содержащему табак. Дополнительно, эти диапазоны веса частиц токоприемника находятся в оптимальном диапазоне для обеспечения достаточного количества тепла для нагрева частиц табака до равномерной и средней температуры, например, до температур от 200 градусов Цельсия до 240 градусов Цельсия.
Согласно другому аспекту расходного элемента, содержащего табак, согласно изобретению частицы токоприемника могут содержать спеченный материал или могут быть изготовлены из него. Спеченный материал обеспечивает широкое разнообразие электрических, магнитных и тепловых свойств. Спеченный материал может быть керамической, металлической или пластиковой природы. Предпочтительно для частиц токоприемника используют металлические сплавы. В зависимости от процесса изготовления такие спеченные материалы могут быть приспособлены для специального применения. Предпочтительно спеченный материал для частиц, используемых в табачном продукте, согласно изобретению имеет высокую теплопроводность и высокую магнитную проницаемость.
Согласно дополнительному аспекту расходного элемента, содержащего табак, согласно изобретению частицы могут содержать внешнюю поверхность, которая является химически инертной. Химически инертная поверхность предотвращает участие частиц в химической реакции или возможное участие в качестве катализатора для запуска нежелательной химической реакции, если расходный элемент, содержащий табак, нагревают. Инертная химически внешняя поверхность может быть химически инертной поверхностью самого материала токоприемника. Инертная химически внешняя поверхность может также быть химический инертным слоем покрытия, который инкапсулирует материал токоприемника внутри химически инертного покрытия. Материал покрытия может выдерживать температуры такой величины, до которой нагревают частицы. Этап инкапсуляции может быть интегрирован в процесс спекания при изготовлении частиц. Химический инертный в настоящем документе следует понимать в отношении химических веществ, генерируемых посредством нагрева расходного элемента, содержащего табак, и присутствующих в расходном элементе, содержащем табак.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления расходного элемента, содержащего табак, согласно изобретению частицы могут быть изготовлены из феррита. Феррит является ферромагнетиком с высокой магнитной проницаемостью и особенно подходит в качестве материала токоприемника. Основным компонентом феррита является железо. Другие металлические компоненты, например, цинк, никель, марганец или неметаллические компоненты, например кремний, могут присутствовать в различных количествах. Феррит является относительно недорогим коммерчески доступным материалом. Феррит доступен в виде частицы с размером частиц в диапазонах, используемых в табачном продукте согласно изобретению. Предпочтительно частицы являются полностью спеченным ферритовым порошком, таким как, например, FP350, поставляемый Powder Processing Technology LLC, США.
Согласно еще одному аспекту табачного продукта, согласно изобретению токоприемник может иметь температуру Кюри от приблизительно 200 градусов Цельсия до приблизительно 450 градусов Цельсия, предпочтительно от приблизительно 240 градусов Цельсия до приблизительно 400 градусов Цельсия, например, приблизительно 280 градусов Цельсия.
Частицы, которые содержатся в материале токоприемника с температурами Кюри в указанном диапазоне, позволяют достигать скорее равномерного распределения температуры табачного продукта и средней температуры от приблизительно 200 градусов Цельсия до 240 градусов Цельсия. Дополнительно, локальные температуры субстрата, образующего аэрозоль, обычно не превышают или незначительно превышают температуру Кюри токоприемника. Таким образом, локальные температуры могут быть ниже приблизительно 400 градусов Цельсия, ниже которых не происходит значительного сгорания субстрата, образующего аэрозоль.
Если материал токоприемника достигает своей температуры Кюри, магнитные свойства изменяются. При температуре Кюри материал токоприемника переходит из ферромагнитной фазы в парамагнитную фазу. В этой точке нагревание, основанное на потерях энергии вследствие ориентации ферромагнитных доменов, останавливается. Дальнейший нагрев затем главным образом основан на образовании вихревого тока, вследствие чего процесс нагрева автоматически сокращается после достижения температуры Кюри материала токоприемника. Уменьшение риска перегрева субстрата, образующего аэрозоль, может сопровождаться использованием материалов токоприемника, имеющих температуру Кюри, которая позволяет осуществлять процесс нагрева, вследствие потерь на гистерезис, только до определенной максимальной температуры. Предпочтительно материал токоприемника и его температура Кюри приспособлены к составу субстрата, образующего аэрозоль, для достижения оптимальных температуры и распределения температуры в табачном продукте для оптимального генерирования аэрозоля.
Согласно другому варианту изобретения расходный элемент дополнительно может содержать лист бумаги, обернутый вокруг однородной смеси для получения табачного стержня. Стержень может иметь диаметр стержня в диапазоне от приблизительно 3 миллиметров до приблизительно 30 миллиметров, предпочтительно от приблизительно 8 миллиметров до приблизительно 20 миллиметров, например, 10 миллиметров. Стержень может иметь длину стержня в диапазоне от приблизительно 10 миллиметров до приблизительно 100 миллиметров, предпочтительно от приблизительно 20 миллиметров до приблизительно 50 миллиметров, например, 30 миллиметров. Предпочтительно стержень имеет круглое или овальное поперечное сечение. Однако стержень может также иметь поперечное сечение в виде прямоугольника или многоугольника.
Чтобы упростить эксплуатацию расходного элемента потребителем, стержень может быть предусмотрен в табачной палочке, которая содержит образованные последовательно стержень, фильтр и мундштук. Фильтром может быть материал, способный охлаждать аэрозоль, образованный из материала стержня, и может также быть способен изменять составляющие, присутствующие в образованном аэрозоле. Например, если фильтр образован из полимолочной кислоты или из подобного полимера, фильтр может удалять фенол или уменьшать уровни фенола в аэрозоле. Фильтр может также быть способен предпочтительно прилеплять к себе любые большие капли конденсата для предотвращения образования таких капель и прилипания их к секции мундштука; для достижения этого он может, например, содержать шероховатую поверхность или поверхность в виде ткани, как известно специалистам в данной области техники. Стержень, фильтр и мундштук могут быть окружены бумагой, имеющей достаточную жесткость для облегчения обращения со стержнем. Длина табачной палочки может быть от 20 миллиметров до 110 миллиметров, и предпочтительно длина может быть приблизительно 45 миллиметров.
Соответственно, в другом аспекте изобретения может быть предусмотрен содержащий табачный материал блок, например, табачная палочка, при этом блок содержит расходный элемент, содержащий табак, как описано в данной заявке, и фильтр. В этом случае расходный элемент, содержащий табак, и фильтр выровнены продольно концом к концу и обернуты листовым материалом, например, бумагой, для фиксации фильтра и расходного элемента, содержащего табак, в содержащем табачный материал блоке.
Согласно другому варианту изобретения расходный элемент может дополнительно сдержать капсулу, выполненную с возможностью вмещения однородной смеси. Капсула может быть выполнена пористой на по меньшей мере одной стороне для обеспечения потока воздуха.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предусмотрено устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее:
- нагревательный отсек, выполненный с возможностью вмещения расходного элемента согласно любому предыдущему аспекту;
- узел индукционного нагрева, выполненный с возможностью индукционного нагрева указанного расходного элемента.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предусмотрен способ изготовления индукционно нагреваемого расходного элемента для генерирования аэрозоля, при этом способ включает этапы:
- предоставления листа субстрата, образующего аэрозоль;
- предоставления листа токоприемника;
- комбинирования листа токоприемника с листом субстрата, образующего аэрозоль, с получением жесткого листа;
- нарезки жесткого листа на частицы малого размера;
- смешивания указанных малых частиц с частицами субстрата, образующего аэрозоль.
Частица жесткого токоприемника может иметь жесткость больше, чем жесткость листа токоприемника. Предпочтительно частица жесткого токоприемника имеет жесткость не более чем 110% жесткости слоя субстрата (т.е. комбинация не должна быть на более чем 10% жестче, чем отдельный слой субстрата), и наиболее предпочтительно комбинация должна иметь не более чем 105% жесткости отдельного слоя субстрата. Наиболее преимущественно частица жесткого токоприемника может иметь жесткость по существу равную жесткости субстрата, с которым комбинируют слой токоприемника (например, быть на не более чем, например, 1% жестче, чем жесткость отдельного слоя субстрата).
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предусмотрен способ изготовления индукционно нагреваемого расходного элемента для генерирования аэрозоля, при этом способ включает этапы:
- предоставления твердого листа субстрата, образующего аэрозоль;
- предоставления листа токоприемника;
- комбинирования листа токоприемника с твердым листом субстрата, образующего аэрозоль, с получением комбинированного листа;
- нарезки комбинированного листа на частицы токоприемника;
- смешивания указанных частиц токоприемника с частицами субстрата, образующего аэрозоль.
Это дает преимущество увеличения жесткости частиц токоприемника. Способ изготовления индукционно нагреваемого расходного элемента для генерирования аэрозоля, при этом перед этапом нарезки жесткого листа на частицы малого размера способ дополнительно включает этап:
- предоставления второго листа субстрата, образующего аэрозоль
- комбинирования жесткого листа с листом субстрата, образующего аэрозоль, с получением второго листа жесткого токоприемника.
Способ изготовления индукционно нагреваемого расходного элемента для генерирования аэрозоля, при этом перед этапом нарезки жесткого листа на частицы малого размера способ дополнительно включает этап:
- перфорирования листа субстрата, образующего аэрозоль, и листа токоприемника.
Этап перфорирования слоя, образующего аэрозоль, и индукционно нагреваемого слоя токоприемника создает перфорационные отверстия, которые проходят полностью через лист, следовательно, через получаемый расходный элемент. Как указано выше, перфорационные отверстия облегчают прохождение потока воздуха через изделие, генерирующее аэрозоль, во время использования в устройстве, генерирующем аэрозоль, и могут улучшать эффективность нагрева благодаря поверхностному эффекту. Перфорационные отверстия позволяют тщательно контролировать и оптимизировать пористость, а значит и воздухопроницаемость, получаемого изделия, генерирующего аэрозоль.
Этап перфорирования слоев субстрата, образующего аэрозоль, и токоприемника может быть выполнен механически (например, посредством перфорирующих роликов или посредством вышеупомянутых роликов для конгревного тиснения или роликов для блинтового тиснения), электростатически или посредством лазера.
Краткое описание графических материалов
На фиг. 1 показано схематическое изображение индукционно нагреваемого расходного элемента, содержащего табак, содержащего частицы жесткого токоприемника и частицы субстрата, образующего аэрозоль, согласно аспекту изобретения;
На фиг. 2 показан вид сбоку жесткого листа токоприемника, содержащего лист токоприемника, который комбинируют с листом субстрата, образующего аэрозоль, согласно одному аспекту изобретения;
На фиг. 3 показан вид сбоку второго жесткого листа токоприемника, содержащего лист токоприемника, расположенный посередине между двумя листами субстрата, образующего аэрозоль; и
На фиг. 4 показана схематическая иллюстрация части устройства, генерирующего аэрозоль, согласно настоящему изобретению.
Подробное описание вариантов осуществления
Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны далее только в качестве примера и со ссылкой на прилагаемые графические материалы.
На фиг. 1 показан схематический вид индукционно нагреваемого расходного элемента 100, содержащего табак, согласно одному аспекту настоящего изобретения.
На фиг. 2 показан лист жесткого токоприемника 106, содержащий лист токоприемника 104, который комбинируют с листом субстрата 102, образующего аэрозоль.
Альтернативно, в некоторых вариантах осуществления, как показано на фиг. 3, лист жесткого токоприемника 107 может содержать дополнительный лист субстрата 103, образующего аэрозоль, который скомбинирован с жестким токоприемником 106, вследствие чего лист токоприемника 104 расположен посередине между первым и вторым листами субстрата 102 и 103, образующего аэрозоль, вследствие чего лист токоприемника 104 склеен с первым и вторым листами субстрата 102 и 103, образующего аэрозоль. Альтернативно, лист жесткого токоприемника может быть комбинацией нескольких листов 106 или комбинацией нескольких листов 107, или комбинацией нескольких листов 106 и 107.
Склеивание или комбинирование включает технологии, среди которых: печать, склеивание, складывание в стопку, скрепление, слипание.
Индукционно нагреваемый слой 104 токоприемника, таким образом, окружен слоями субстрата, образующего аэрозоль. Одним из преимуществ этого подхода является то, что он может улучшить эффективность нагрева. Другим преимуществом этого подхода является то, что он может продлить срок годности слоя индукционно нагреваемого токоприемника благодаря тому факту, что слои 104 и 103 субстрата, образующего аэрозоль, и клей могут образовывать защитную оболочку вокруг слоя индукционно нагреваемого токоприемника (например, содержащего железо), тем самым предотвращая окисление индукционно нагреваемого токоприемника (толщина клея может составлять приблизительно 10 микрометров).
Это может быть также верно в случае с вариантом осуществления настоящего изобретения, показанным на фиг. 2.
Лист субстрата 102 и/или 103, образующего аэрозоль, содержит табак (который может быть обработан некоторым способом с образованием, например, производных табака, взорванного табака, табачного экстракта, гомогенизированного табака, заменителей табака или любых их комбинаций, предпочтительно восстановленного табака, который прост в изготовлении).
Частицы субстрата 108, образующего аэрозоль, содержат табак (который может также быть обработан с образованием, например, производных табака, взорванного табака, восстановленного табака, табачного экстракта, гомогенизированного табака, заменителей табака или любых их комбинаций).
Обращаясь к фиг. 1, расходный элемент 100 содержит частицы субстрата 108, образующего аэрозоль, и частицы листа 106 и/или 107 жесткого токоприемника.
Частицы 106 и/или 107 жесткого токоприемника имеют одинаковый размер и форму и, насколько это возможно, распределены внутри частиц 108 табака с соответствующей ориентацией по отношению к индукционной катушке. В настоящем варианте осуществления частицы токоприемника имеют форму малых дисков. Однако в альтернативных вариантах осуществления они могут иметь форму кольцевых дисков. Они могут также иметь форму лент, но в таком случае более важно попытаться получить соответствующую ориентацию лент по отношению к индукционной катушке.
Для изготовления токоприемника, из которого образованы частицы 106 и 107 токоприемника, в некоторых вариантах осуществления предварительно образованный лист субстрата, образующего аэрозоль, комбинируют с предварительно образованным листом токоприемника. В различных вариантах осуществления этого достигают, предусматривая клей между поверхностями листа субстрата и листа токоприемника, которые должны примыкать. Как только они примыкают посредством клея или любого другой формы процесса, посредством которого лист субстрата и лист токоприемника соединяют, листы комбинируют. Если присутствует дополнительный слой субстрата, образующего аэрозоль, как в частицах 107 токоприемника, дополнительный лист субстрата, образующего аэрозоль, соединен с противоположной стороной листа токоприемника, со стороной с которой соединен или должен быть соединен другой субстрат, образующий аэрозоль. Независимо от количества листов субстрата, образующего аэрозоль, это обеспечивает лист жесткого токоприемника. Это означает, что не требуется выполнять дополнительной обработки токоприемника.
Вследствие жесткости листа (листов) субстрата, образующего аэрозоль, и соответствующей жесткости листа токоприемника, токоприемник имеет достаточную прочность на сдвиг для сведения к минимуму скручивания, если применяют индукционный нагрев. Этого частично достигают предварительным образованием различных слоев в виде листов без необходимости сушить или обеспечивать затвердевание любого слоя при комбинировании слоев, или предусматривая один слой в нетвердой форме, который затем требует дополнительной обработки для приведения слоя в необходимое состояние и обеспечения желаемых свойств. Если токоприемник выполнен описанным способом, желаемые свойства обеспечиваются без необходимости дополнительной обработки. Дополнительно, если один слой предусмотрен в нетвердой форме во время процесса комбинирования слоев, этот слой, предусмотренный в нетвердой форме, может не иметь желаемой жесткости, что может привести к изменению жесткости в слое и также между отдельными токоприемниками. Это может приводить к большему изменению жесткости токоприемников, не позволяя узнать жесткость до изготовления токоприемника. Посредством использования предварительно образованных листов жесткость листов можно узнать до их комбинирования, позволяя использовать каждый лист только, если он соответствует пороговой жесткости, например, при наличии минимальной прочности на сдвиг, и, в некоторых вариантах осуществления, минимальной однородности прочности на сдвиг в листе.
Для образования расходного элемента 100, содержащего табак, согласно изобретению лист жесткого токоприемника нарезают на частицы, обеспечивая сдвинутые частицы (где слои сдвинуты процессом нарезки). В некоторых вариантах осуществления такие частицы затем смешивают вместе с частицами субстрата, образующего аэрозоль. Полученная смесь может быть обернута вокруг оберткой, например бумагой, для образования стержня. Такой непрерывный стержень затем обрезают до требуемого размера, чтобы использовать табачный штранг в комбинации с устройством 400 индукционного нагрева для генерирования аэрозоля.
Альтернативно, полученная смесь может быть помещена в капсулу (не показана) для использования в комбинации с устройством 400 индукционного нагрева для генерирования аэрозоля. Капсула может иметь по меньшей мере одну пористую сторону для обеспечения потока воздуха.
Со ссылкой на фиг. 4 схематически показано устройство 400, генерирующее пар, согласно примеру настоящего изобретения. Устройство 400, генерирующее пар, содержит корпус 412. Устройство 400 содержит источник 416 питания и схему 417 управления, которые могут быть выполнены с возможностью работы на высокой частоте. Источник питания, как правило, содержит одну или более батарей, которые могут, например, быть перезаряжаемыми за счет индукции. Устройство 400 также содержит впускное отверстие для воздуха (не показано).
Устройство 400, генерирующее пар, содержит узел 420 индукционного нагрева для нагрева вещества, генерирующего пар (т.е. испаряемого). Узел 420 индукционного нагрева содержит в целом цилиндрический нагревательный отсек 424, который выполнен с возможностью вмещения в целом цилиндрических индукционно нагреваемых капсулы или стержня 100 соответствующей формы, как описано выше. Индукционно нагреваемая капсула обычно содержит внешний слой или мембрану, при этом внешний слой или мембрана являются воздухопроницаемыми. Например, индукционно нагреваемая капсула может быть одноразовой капсулой, содержащей смесь частиц субстрата, образующего аэрозоль, и частиц индукционного нагреваемого жесткого токоприемника.
Ссылочные позиции, используемые для фигур
100 Расходный элемент
102 Первый лист субстрата, образующего аэрозоль
103 Второй лист субстрата, образующего аэрозоль
104 Лист токоприемника
106 Первый лист жесткого токоприемника
107 Второй лист жесткого токоприемника
108 Частицы субстрата, образующий аэрозоль
400 Устройство, генерирующее пар
412 Корпус
416 Источник питания
417 Схема управления
420 Узел индукционного нагрева
424 Нагревательный отсек
430 Индукционная катушка