СУСЦЕПТОРНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, ОБРАЗОВАННЫЙ ИЗ МАТЕРИАЛА С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ ДЛЯ УСТРОЙСТВА, ГЕНЕРИРУЮЩЕГО АЭРОЗОЛЬ, ИЗДЕЛИЕ И СИСТЕМА, ГЕНЕРИРУЮЩИЕ АЭРОЗОЛЬ, И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СУСЦЕПТОРНОГО НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА
SUSCEPTOR HEATING ELEMENT FORMED FROM SHAPE MEMORY MATERIAL FOR AEROSOL GENERATING DEVICE, AEROSOL GENERATING PRODUCT AND SYSTEM, AND METHOD FOR MANUFACTURING SUSCEPTOR HEATING ELEMENT

Настоящее изобретение относится к токоприемному (сусцепторному) нагревательному элементу, образованному из материала с памятью формы, для применения с устройством, генерирующим аэрозоль. Настоящее изобретение дополнительно относится к системе, генерирующей аэрозоль, устройству, генерирующему аэрозоль, и изделию, содержащему токоприемный (сусцепторный) нагревательный элемент, и к способу изготовления токоприемного (сусцепторного) нагревательного элемента.
Известны системы, генерирующие аэрозоль, которые нагревают, но не сжигают субстраты, образующие аэрозоль, такие как табак. Такие системы нагревают субстраты, образующие аэрозоль, до достаточно высокой температуры для генерирования вдыхаемого аэрозоля.
Известно, что такие системы состоят из устройства, генерирующего аэрозоль, для генерирования вдыхаемого аэрозоля из расходного изделия. Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь форму стержня для введения изделия, генерирующего аэрозоль, в нагревательную камеру устройства, генерирующего аэрозоль. Нагревательный элемент расположен в нагревательной камере или вокруг нее для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, после того как изделие, генерирующее аэрозоль, вставлено в нагревательную камеру устройства, генерирующего аэрозоль.
В системах, генерирующих аэрозоль, с индукционным нагревом нагревательный элемент состоит из катушки индуктивности и токоприемного нагревательного элемента. Токоприемный нагревательный элемент выполнен из магнитопроницаемого и электропроводного материала. Когда такой токоприемный нагревательный элемент подвергается воздействию переменного магнитного поля, в токоприемном нагревательном элементе вырабатывается тепло. Механизм нагрева в основном основан на генерировании вихревых токов и эффектах гистерезиса в токоприемном нагревательном элементе. По меньшей мере часть тепла, генерируемого в токоприемнике, передается от токоприемника на субстрат, образующий аэрозоль, расположенный в тепловой близости к токоприемнику, для образования аэрозоля и выработки желаемого аромата.
В документе предшествующего уровня техники US 2018/0206552 описываются устройство доставки аэрозоля и способ работы устройства доставки аэрозоля. Устройство доставки аэрозоля содержит источник питания, выполненный с возможностью вывода электрического тока. Устройство доставки аэрозоля содержит распылитель, сообщающийся по текучей среде с резервуаром, содержащим композицию предшественника аэрозоля, который выполнен с возможностью приема электрического тока от источника питания. Устройство доставки аэрозоля включает в себя механизм выдачи, выполненный сообщающимся с источником питания для приема от него электрического тока и содержащий сплав с памятью формы, выполненный с возможностью изменения формы в ответ на тепло, вырабатываемое электрическим током, обеспечиваемым источником питания, и с возможностью выборочного регулирования потока композиции предшественника аэрозоля из резервуара к распылителю, который выполнен с возможностью выработки аэрозоля. Устройство доставки аэрозоля включает в себя датчик потока, выполненный с возможностью вывода сигнала, соответствующего затяжке на устройстве доставки аэрозоля. Устройство доставки аэрозоля также содержит контроллер, выполненный с возможностью управления электрическим током, подаваемым источником питания на механизм выдачи и распылитель в ответ на указанный сигнал. Также раскрыт способ работы устройства доставки аэрозоля. Техническим результатом является оптимизация работы устройства доставки аэрозоля за счет выборочного регулирования потока композиции предшественника аэрозоля.
Токоприемник может быть расположен внутри или вокруг субстрата, генерирующего аэрозоль. Материал токоприемного нагревательного элемента в значительной степени влияет на образование тепла. В системах, генерирующих аэрозоль, с индукционным нагревом форма токоприемного нагревательного элемента также может влиять на образование тепла. Соответственно, для обеспечения стабильного опыта для пользователя может быть желательным обеспечение целостности формы токоприемного нагревательного элемента на протяжении всего срока службы нагревательного элемента.
Целью настоящего изобретения является обеспечение токоприемного нагревательного элемента для применения с устройством, генерирующим аэрозоль. Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение такого токоприемного нагревательного элемента, который сохраняет свою форму даже при повторном применении.
В соответствии с настоящим изобретением по меньшей мере одна из этих целей достигается с помощью токоприемного нагревательного элемента для применения с устройством, генерирующим аэрозоль, для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, при размещении в устройстве. Устройство, генерирующее аэрозоль, содержит катушку индуктивности, выполненную с возможностью создания переменного магнитного поля при подаче на катушку переменного тока. Токоприемный нагревательный элемент образован из материала с памятью формы.
Материал с памятью формы представляет собой материал, который может быть деформирован при более низких температурах, но который возвращается к своей первоначальной форме при нагревании до повышенных температур. Материалы с памятью формы, применяемые в настоящем изобретении, могут представлять собой материал, который может быть деформирован при комнатной температуре, но который возвращается к своей исходной форме при нагревании до нормальной рабочей температуры устройства, генерирующего аэрозоль.
«Рабочая температура» устройства, генерирующего аэрозоль, лежит в диапазоне от 180 до 400 градусов по Цельсию. Эта температура зависит от типа устройства, генерирующего аэрозоль, и от используемого субстрата, образующего аэрозоль.
Рабочая температура системы, генерирующей аэрозоль, может лежать в диапазоне от 100 до 450 градусов по Цельсию. Рабочая температура системы, генерирующей аэрозоль, может лежать в диапазоне от 150 до 300 градусов по Цельсию. Рабочая температура системы, генерирующей аэрозоль, может лежать в диапазоне от 180 до 250 градусов по Цельсию. Рабочая температура системы, генерирующей аэрозоль, может лежать в диапазоне от 200 до 230 градусов по Цельсию. Рабочая температура системы, генерирующей аэрозоль, может лежать в диапазоне от 200 до 400 градусов по Цельсию. Рабочая температура системы, генерирующей аэрозоль, может лежать в диапазоне от 250 до 360 градусов по Цельсию. Рабочая температура системы, генерирующей аэрозоль, может лежать в диапазоне от 280 до 330 градусов по Цельсию.
Материал с памятью формы токоприемного (сусцепторного) нагревательного элемента может быть выполнен таким образом, что токоприемный (сусцепторный) нагревательный элемент восстанавливает гофрированную форму при нагревании до температуры в диапазоне около рабочей температуры устройства, генерирующего аэрозоль.
Материал с памятью формы, подходящий для токоприемного нагревательного элемента, может иметь температуру перехода от 100 до 600 градусов по Цельсию.
Материал с памятью формы, который является подходящим для токоприемного нагревательного элемента согласно настоящему изобретению, может представлять собой сплав с памятью формы. Подходящие сплавы с памятью формы включают такие материалы на основе сплавов, как титан-никель-палладий (Ti-Ni-Pd), никель-титан-гафний (Ni-Ti-Hf), никель-титан-цирконий (Ni-Ti-Zr) и медь-алюминий-никель (Cu-Al-Ni). Все эти металлические сплавы имеют температуру перехода, которая находится в диапазоне от 100 до 530 градусов по Цельсию, и обладают достаточно хорошим эффектом памяти формы.
Кроме того, эти металлические сплавы имеют относительно низкую стоимость материала. Соответственно, такие материалы подходят для производства в достаточно больших количествах и по разумной цене.
Токоприемный нагревательный элемент согласно настоящему изобретению может иметь любую желаемую исходную форму. Токоприемный нагревательный элемент может иметь конструкцию в форме прямой иглы. Токоприемный нагревательный элемент может быть выполнен в форме штыря. Токоприемный нагревательный элемент может быть выполнен в форме стержня.
Токоприемный нагревательный элемент может иметь плоскую конструкцию в форме фольги. Токоприемный нагревательный элемент может содержать две противоположные основные поверхности, соединенные двумя второстепенными поверхностями.
Токоприемный нагревательный элемент может иметь длину и поперечное сечение, перпендикулярное длине, где поперечное сечение имеет ширину и глубину, и при этом длина токоприемного нагревательного элемента больше ширины поперечного сечения, и ширина поперечного сечения больше глубины поперечного сечения.
Токоприемный нагревательный элемент может иметь согнутую или многократно согнутую форму. Токоприемный нагревательный элемент может иметь гофрированную форму. Токоприемный нагревательный элемент может иметь волнистую форму. Токоприемный нагревательный элемент может иметь волнистую форму с регулярной синусоидальной формой. Токоприемный нагревательный элемент может иметь волнистую форму с постоянным шагом. Шаг синусоидальной формы может находиться в диапазоне до 20 миллиметров. Шаг синусоидальной формы может находиться в диапазоне от 1 до 15 миллиметров. Шаг синусоидальной формы может находиться в диапазоне от 1 до 10 миллиметров. Шаг синусоидальной формы может находиться в диапазоне от 1 до 5 миллиметров.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать одну или более катушек индуктивности. Катушку индуктивности можно использовать для генерирования переменного магнитного поля. В процессе использования катушка индуктивности может окружать токоприемный нагревательный элемент. Предпочтительно предусмотрены две катушки индуктивности.
Если используются две катушки индуктивности, первая и вторая катушки индуктивности могут иметь разные диаметры. Первая и вторая катушки индуктивности могут быть спиральными и концентрическими и могут иметь разные диаметры. В таких вариантах осуществления меньшая из двух катушек может быть расположена по меньшей мере частично внутри большей из первой и второй катушек индуктивности.
Витки обмотки первой катушки индуктивности могут быть электрически изолированы от витков обмотки второй катушки.
Первая и вторая катушки индуктивности могут быть образованы из проволоки одинакового типа. Первая катушка индуктивности может быть образована из проволоки первого типа, а вторая катушка индуктивности может быть образована из проволоки второго типа, которая отличается от проволоки первого типа. Например, составы проволок или их поперечные сечения могут различаться. Таким образом, индуктивность первой и второй катушки индуктивности может быть разной, даже если общие геометрические формы катушек одинаковы. Это может обеспечить возможность использования одинаковых или похожих геометрических форм катушек для первой и второй катушки индуктивности. Это может способствовать более компактной компоновке устройства, генерирующего аэрозоль.
Подходящие материалы для катушки индуктивности включают медь, алюминий, серебро и сталь. Катушка индуктивности может быть образована из проволоки из таких материалов. Катушка индуктивности может быть образована из проволоки из меди или алюминия.
Если используются две катушки индуктивности, первая катушка может содержать первый материал проволоки, а вторая катушка может содержать второй материал проволоки, который отличается от первого материала проволоки. Электрические свойства первого и второго материалов проволоки могут различаться. Например, проволока первого типа может иметь первое сопротивление, а проволока второго типа может иметь второе сопротивление, которое отличается от первого сопротивления.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать концентратор потока. Концентратор потока может быть выполнен из любого материала, имеющего высокую магнитную проницаемость. Концентратор потока может быть расположен таким образом, чтобы окружать индукционный нагревательный узел. Концентратор потока может концентрировать линии магнитного поля во внутренней области концентратора потока, таким образом увеличивая нагревательный эффект токоприемного нагревательного элемента посредством катушки индуктивности.
В настоящем документе термин «субстрат, образующий аэрозоль» означает субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Такие летучие соединения могут высвобождаться посредством нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может для удобства представлять собой часть изделия, генерирующего аэрозоль.
Настоящее изобретение также относится к устройству, генерирующему аэрозоль, содержащему токоприемный нагревательный элемент, описанный выше.
В данном документе «устройство, генерирующее аэрозоль» относится к устройству, которое взаимодействует с субстратом, образующим аэрозоль, для генерирования аэрозоля. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть частью изделия, генерирующего аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, может представлять собой устройство, которое взаимодействует с субстратом, образующим аэрозоль, изделия, генерирующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля.
Устройство, генерирующее аэрозоль, предпочтительно представляет собой портативное или удерживаемое рукой устройство, которое удобно держать между пальцами одной руки. Устройство может иметь по существу цилиндрическую форму и имеет длину от 70 до 120 миллиметров. Максимальный диаметр устройства, генерирующего аэрозоль, предпочтительно составляет от 10 до 20 миллиметров. В одном варианте осуществления устройство имеет многоугольное поперечное сечение и содержит выступающую кнопку, образованную на одной грани.
Во время использования устройства, генерирующего аэрозоль, токоприемный (сусцепторный) нагревательный элемент может быть расположен в прямой близости от субстрата, образующего аэрозоль.
Настоящее изобретение относится к системе, генерирующей аэрозоль, содержащей устройство, генерирующее аэрозоль, в соответствии с представленным выше описанием, и одно или более изделий, генерирующих аэрозоль, выполненных с возможностью их размещения в устройстве, генерирующем аэрозоль. Во время работы изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее субстрат, образующий аэрозоль, может частично содержаться в устройстве, генерирующем аэрозоль.
Система, генерирующая аэрозоль, может содержать дополнительные компоненты, такие как, например, зарядный блок для перезарядки встроенного источника электропитания в электрическом или использующем электричество устройстве, генерирующем аэрозоль.
Изобретение также относится к изделию, генерирующему аэрозоль, для применения с устройством, генерирующим аэрозоль, описанным выше.
Изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать множество элементов, собранных в форме стержня. Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь мундштучный конец и дальний конец, расположенный раньше по ходу потока относительно мундштучного конца. Множество элементов включает субстрат, образующий аэрозоль, размещенный на дальнем конце стержня или в его направлении. Множество элементов может дополнительно содержать одну или более полых ацетатных трубок и вставок фильтра на обоих или только одном конце изделия, генерирующего аэрозоль.
Изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать токоприемный нагревательный элемент, описанный выше, который расположен в стержне и который расположен в тепловом контакте с субстратом, образующим аэрозоль. Токоприемный нагревательный элемент может быть расположен внутри субстрата, образующего аэрозоль. Расположение токоприемного нагревательного элемента внутри субстрата, образующего аэрозоль, может обеспечить прямой контакт токоприемного нагревательного элемента с субстратом, образующим аэрозоль, подлежащим нагреву.
Прямой контакт между токоприемным нагревательным элементом и субстратом, образующим аэрозоль, может обеспечить эффективное средство для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, для образования вдыхаемого аэрозоля. В такой конфигурации тепло от токоприемного нагревательного элемента может передаваться почти мгновенно по меньшей мере на часть субстрата, образующего аэрозоль, при активации нагревания. Это может способствовать быстрому генерированию аэрозоля. Кроме того, общее количество тепловой энергии, необходимое для генерирования аэрозоля, может быть меньше, чем было бы в случае системы, генерирующей аэрозоль, которая содержит нагревательный элемент и в которой субстрат, образующий аэрозоль, не находится в прямом контакте с токоприемным нагревательным элементом и первоначальный нагрев субстрата, образующего аэрозоль, происходит, главным образом, за счет конвекции или излучения. Если токоприемный нагревательный элемент устройства, генерирующего аэрозоль, находится в прямом контакте с субстратом, образующим аэрозоль, первоначальный нагрев участков субстрата, образующего аэрозоль, которые напрямую контактируют с внутренним нагревательным элементом, будет осуществляться, главным образом, за счет проводимости. За счет размещения токоприемного нагревательного элемента в субстрате, образующем аэрозоль, можно обеспечить эффективное использование выделяемой тепловой энергии и ее прямой перенос к субстрату, образующему аэрозоль.
Токоприемный нагревательный элемент может быть расположен в радиально центральном положении внутри стержня и может проходить вдоль продольной оси стержня. За счет расположения токоприемного нагревательного элемента в центральном положении может быть достигнуто симметричное радиальное распределение тепла. В частности, такая конструкция может способствовать предотвращению создания непредвиденных горячих точек на внешней окружности изделия, генерирующего аэрозоль.
Субстрат, образующий аэрозоль, в изделии, генерирующем аэрозоль, может быть представлен в форме стержня. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать собранный лист материала, образующего аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать полосы материала, образующего аэрозоль.
Материал, образующий аэрозоль, может представлять собой лист гомогенизированного табака. Например, материал, образующий аэрозоль, может быть образован из полос гомогенизированного табака.
Субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой твердый субстрат, образующий аэрозоль. В альтернативном варианте осуществления 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.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Например, материал, образующий аэрозоль, может представлять собой лист гомогенизированного табака. В альтернативном варианте осуществления или дополнительно субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал, образующий аэрозоль, не содержащий табак. Например, материал, образующий аэрозоль, может представлять собой лист, содержащий соль никотина и вещество для образования аэрозоля.
Если субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой твердый субстрат, образующий аэрозоль, то твердый субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой, например, одно или более из следующего: порошок, гранулы, шарики, крупицы, тонкие трубки, полоски или листы, содержащие одно или более из следующего: травяной лист, табачный лист, фрагменты табачной жилки, взорванный табак или гомогенизированный табак.
Необязательно, твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табачные или нетабачные летучие вкусоароматические соединения, которые высвобождаются при нагревании твердого субстрата, образующего аэрозоль. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, также может содержать одну или более капсул, которые, например, содержат дополнительные летучие вкусоароматические соединения, содержащие или не содержащие табак, и такие капсулы могут таять во время нагрева твердого субстрата, образующего аэрозоль.
Необязательно, твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть предусмотрен на термически стабильном носителе или встроен в него. Носитель может быть в виде порошка, гранул, шариков, крупиц, жгутов, полосок или листов. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть осажден на поверхность носителя в виде, например, листа, пеноматериала, геля или суспензии. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть осажден на всю поверхность носителя или альтернативно может быть осажден в виде узора с целью обеспечения неоднородной доставки вкусоароматической добавки во время применения.
В данном документе термин «гомогенизированный табачный материал» означает материал, образованный посредством агломерации табака в виде частиц. В данном документе термин «лист» обозначает пластинчатый элемент, имеющий ширину и длину, по существу превышающие его толщину.
В контексте настоящего документа термин «собранный» используют для описания листа, который свернут, согнут или иным образом сжат или сужен в направлении, по существу поперечном продольной оси изделия, генерирующего аэрозоль.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать собранный текстурированный лист гомогенизированного табачного материала.
В контексте настоящего документа термин «текстурированный лист» обозначает лист, который был гофрирован, выполнен конгревным тиснением, выполнен блинтовым тиснением, перфорирован или иным образом деформирован. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать собранный текстурированный лист гомогенизированного табачного материала, содержащий множество разнесенных выемок, выступов, перфорационных отверстий или их комбинацию.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать собранный гофрированный лист гомогенизированного табачного материала.
Использование текстурированного листа гомогенизированного табачного материала может преимущественно упростить собирание листа гомогенизированного табачного материала для образования субстрата, образующего аэрозоль.
В данном документе термин «гофрированный лист» обозначает лист, имеющий множество по существу параллельных складок или гофров. Предпочтительно, когда изделие, генерирующее аэрозоль, собрано, по существу параллельные гребни или гофры проходят вдоль или параллельно продольной оси изделия, генерирующего аэрозоль. Это преимущественно упрощает собирание гофрированного листа гомогенизированного табачного материала с образованием субстрата, образующего аэрозоль.
Однако следует иметь в виду, что гофрированные листы гомогенизированного табачного материала для включения в изделие, генерирующее аэрозоль, могут альтернативно или дополнительно иметь множество по существу параллельных гребней или гофров, которые расположены под острым или тупым углом к продольной оси изделия, генерирующего аэрозоль, когда изделие, генерирующее аэрозоль, было собрано.
Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь форму заглушки, содержащей материал, образующий аэрозоль, окруженный бумагой или другой оберткой. Если субстрат, образующий аэрозоль, имеет форму заглушки, то вся заглушка, включая любую обертку, считается субстратом, образующим аэрозоль.
В предпочтительном варианте реализации субстрат, образующий аэрозоль, содержит заглушку, содержащую собранный лист гомогенизированного табачного материала или другой материал, образующий аэрозоль, окруженный оберткой.
В данном документе термин «вещество для образования аэрозоля» используют для описания любого подходящего известного соединения или смеси соединений, которые при использовании способствуют образованию аэрозоля и являются по существу стойкими к термической деградации при рабочей температуре изделия, генерирующего аэрозоль.
Подходящие вещества для образования аэрозоля известны в данной области техники и включают, но без ограничения: многоатомные спирты, такие как пропиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин; сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как моно-, ди- или триацетат глицерина; и алифатические сложные эфиры 30 моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат.
Предпочтительные вещества для образования аэрозоля представляют собой многоатомные спирты или их смеси, такие как пропиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и наиболее предпочтительно глицерин.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать одно вещество для образования аэрозоля. В альтернативном варианте субстрат, образующий аэрозоль, может содержать сочетание двух или более веществ для образования аэрозоля.
Содержание вещества для образования аэрозоля в субстрате, образующем аэрозоль, может составлять более 5% в пересчете на сухой вес.
Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь содержание вещества для образования аэрозоля от примерно 5% до примерно 30% в пересчете на сухой вес.
Содержание вещества для образования аэрозоля в субстрате, образующем аэрозоль, может составлять приблизительно 20% в пересчете на сухой вес. Субстраты, образующие аэрозоль, содержащие собранные листы гомогенизированного табака, для применения в изделии, генерирующем аэрозоль, могут быть изготовлены способами, известными из уровня техники.
Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь наружный диаметр, составляющий по меньшей мере 5 мм. Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь внешний диаметр от примерно 5 мм до примерно 12 мм, например от примерно 5 мм до примерно 10 мм или от примерно 6 мм до примерно 8 мм. В предпочтительном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, имеет внешний диаметр 7,2 мм +/- 10%.
Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь длину от примерно 5 мм до примерно 15 мм, например от примерно 8 мм до примерно 12 мм. В одном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, может иметь длину приблизительно 10 мм. В предпочтительном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, может иметь длину приблизительно 12 мм. Предпочтительно продолговатый токоприемник имеет примерно такую же длину, что и субстрат, образующий аэрозоль.
Субстрат, образующий аэрозоль, может быть выполнен в форме стержня, содержащего гель из материала, образующего аэрозоль. Гель может представлять собой гель на основе табака.
Гелеобразная композиция может содержать: алкалоидное соединение; глицерин; гелеобразующее средство, обеспечивающее сшивание посредством водородных связей; гелеобразующее средство, обеспечивающее сшивание посредством ионных связей; и средство для увеличения вязкости.
Гелеобразная композиция может содержать алкалоидное соединение, глицерин, гелеобразующее средство, обеспечивающее сшивание посредством водородных связей, гелеобразующее средство, обеспечивающее сшивание посредством ионных связей, и средство для увеличения вязкости.
Термин «алкалоидное соединение» относится к любому из класса встречающихся в природе органических соединений, которые содержат один или более основных атомов азота. Как правило, алкалоид содержит по меньшей мере один атом азота в структуре по типу амина. Этот или другой атом азота в молекуле алкалоидного соединения может быть активным в качестве основания в кислотно-основных реакциях. Большая часть алкалоидных соединений имеют один или более атомов азота в качестве части циклической системы, например такой, как гетероциклическое кольцо. В природе алкалоидные соединения обнаруживаются главным образом в растениях и, в частности, они являются особенно распространенными в некоторых семействах цветковых растений. Однако некоторые алкалоидные соединения содержатся у видов животных и грибков. В настоящем изобретении термин «алкалоидное соединение» относится как к полученным в природе алкалоидным соединениям, так и синтетически изготовляемым алкалоидным соединениям.
Гелеобразная композиция может предпочтительно содержать алкалоидное соединение, выбранное из группы, состоящей из никотина, анатабина и их комбинаций.
Гелеобразная композиция может содержать вещество для образования аэрозоля или соотношение глицерина с водой в диапазоне от приблизительно 10:1 до приблизительно 2:1 или в диапазоне от приблизительно 5:1 до приблизительно 3:1.
Гелеобразная композиция может содержать гелеобразующие средства, представляющие собой гелеобразующее средство, обеспечивающее сшивание посредством водородных связей, и гелеобразующее средство, обеспечивающее сшивание посредством ионных связей. Гелеобразующие средства могут образовывать твердую среду, в которой вещество для образования аэрозоля может быть диспергировано. Гелеобразная композиция может содержать гелеобразующие средства в диапазоне от приблизительно 0,4 масс. % до приблизительно 10 масс. %.
Гелеобразная композиция может содержать средство для увеличения вязкости в диапазоне от приблизительно 0,2 масс. % до приблизительно 5 масс. %.
Гелеобразная композиция может содержать гелеобразующее средство, образующее твердую среду, глицерин, диспергированный в твердой среде, и алкалоидное соединение, диспергированное в глицерине. Композиция может образовывать стабильную гелевую фазу.
Гелеобразная композиция может содержать: от приблизительно 1,5 масс. % до приблизительно 2,5 масс. % никотина; от приблизительно 70 масс. % до приблизительно 75 масс. % глицерина; от приблизительно 18 масс. % до приблизительно 22 масс. % воды; от приблизительно 0,5 масс. % до приблизительно 2 масс. % каждого из агара, ксантановой камеди и геллана с низким содержанием ацила; и ионы кальция. Каждое из ксантановой камеди, агара и геллана с низким содержанием ацила может присутствовать в гелеобразной композиции в по существу равных количествах по массе.
Преимущественно гель является твердым при комнатной температуре. «Твердый» в этом контексте означает, что гель имеет стабильные размер и форму и не течет. Комнатная температура в этом контексте означает 25 градусов по Цельсию. Гель может быть определен как по существу разбавленная сшитая система, которая не проявляет текучести, когда находится в устойчивом состоянии. По весу гели могут быть в основном жидкостями, однако они также ведут себя как твердые вещества благодаря трехмерной сшитой сетчатой среде в жидкости. Именно сшивание внутри текучей среды обеспечивает структуру геля (твердость). Таким образом, гели могут представлять собой дисперсию молекул жидкости в твердой среде, в которой жидкие частицы диспергированы в твердой среде.
Гелеобразная композиция может иметь вязкость от приблизительно 1000000 до приблизительно 1 Па в секунду, от предпочтительно 100000 до 10 Па в секунду, от предпочтительно 10000 до 1000 Па в секунду или от 1000 до 100 Па в секунду, или от 500 до 200 Па в секунду с получением необходимой вязкости. Вязкость гелеобразной композиции можно измерять путем получения вязкости образца с использованием реометра Anton Paar MCR 302, с использованием параллельного планшета PP25 с помощью P-PTD200+H-PTD200, измерительной ячейки при 25 градусах по Цельсию со скоростью сдвига 1 в секунду.
Масса гелеобразной композиции может не изменяться на более чем приблизительно 20 процентов, или может не изменяться на более чем приблизительно 15 процентов, или может не изменяться на более чем приблизительно 10 процентов при воздействии различных условий при хранении в условиях окружающей среды. Композиция может иметь внешнюю форму с подверженной воздействию площадью поверхности, которая не изменяется на более чем приблизительно 10 процентов, или не изменяется на более чем приблизительно 5 процентов, или не изменяется на более чем приблизительно 1 процент при воздействии различных условий окружающей среды.
Преимущественно гелеобразная композиция обеспечивает прогнозируемую форму композиции при хранении или транспортировке от изготовителя к потребителю. Гелеобразная композиция, содержащая алкалоид, по существу сохраняет свою форму.
Когда токоприемный нагревательный элемент содержится в изделии, генерирующем аэрозоль, устройство, генерирующее аэрозоль, может не содержать дополнительный токоприемный нагревательный элемент. В таких вариантах осуществления устройство содержит катушку индуктивности, выполненную с возможностью генерирования переменного магнитного поля при подаче на катушку индуктивности переменного тока. Во время использования, когда изделие, генерирующее аэрозоль, вставлено в устройство, генерирующее аэрозоль, магнитное поле, создаваемое катушкой индуктивности устройства, используют для выработки тепла в токоприемном нагревательном элементе, содержащемся в изделии, генерирующем аэрозоль.
Настоящее изобретение дополнительно относится к способу изготовления токоприемного нагревательного элемента для применения с устройством, генерирующим аэрозоль, или для применения с изделием, генерирующим аэрозоль. Способ включает этапы обеспечения наличия материала с памятью формы, формования материала с памятью формы в предварительно заданную форму при температурах от 150 до 300 градусов по Цельсию, охлаждения материала с памятью формы и обработки материала с памятью формы с получением токоприемного нагревательного элемента.
В указанном способе материал с памятью формы нагревают до температуры перехода или выше. Затем материал с памятью формы формуют в соответствующую желаемую форму, а именно в форму, которую материал будет вспоминать при нагревании. После формования материал можно быстро охладить до комнатной температуры путем гашения в воде или путем охлаждения воздухом.
Скорость охлаждения может зависеть от свойств материала с памятью формы. Скорость охлаждения может находиться в диапазоне от 1 до 300 градусов по Цельсию в минуту. Скорость охлаждения может находиться в диапазоне от 10 до 200 градусов по Цельсию в минуту. Скорость охлаждения может находиться в диапазоне от 20 до 100 градусов по Цельсию в минуту.
Затем материал с памятью формы можно сматывать в бобины и хранить для последующего применения. Во время изготовления бобины и изготовления стержня форма материала с памятью формы может измениться. Например, материал может растягиваться в процессе сматывания в бобину. Такое изменение формы обычно является необратимым в нагревательных элементах или токоприемных нагревательных элементах, изготовленных из обычного материала. Однако токоприемный нагревательный элемент, изготовленный из материала с памятью формы, восстановит свою исходную форму при нагревании токоприемного нагревательного элемента до рабочей температуры. Таким образом, токоприемный нагревательный элемент будет иметь правильные импеданс и геометрию для оптимального использования переменного магнитного поля, создаваемого элементом индуктивности.
Материалу с памятью формы токоприемного нагревательного элемента может быть придана любая желаемая предварительно заданная форма. Материал с памятью формы может быть выполнен в форме проволоки или стержня. Материал с памятью формы может быть выполнен в виде полоски или фольги. Форма материала с памятью формы может быть адаптирована к форме субстрата, образующего аэрозоль, подлежащего нагреванию.
Температура, при которой материал с памятью формы формуют в желаемую форму, может соответствовать предполагаемой рабочей температуре нагревательного элемента. За счет этого токоприемный нагревательный элемент восстанавливает свою целевую форму при использовании устройства, генерирующего аэрозоль.
Температура, при которой материал с памятью формы формуют в желаемую форму, может находиться в диапазоне от 150 до 300 градусов по Цельсию. Температура, при которой материал с памятью формы формуют в желаемую форму, может находиться в диапазоне от 200 до 230 градусов по Цельсию.
Существует множество материалов с памятью формы, которые имеют температуру перехода, лежащую в диапазоне температур, обычно применяемом в устройствах, генерирующих аэрозоль. Подходящие материалы с памятью формы для изготовления токоприемного нагревательного элемента по настоящему изобретению включают материалы на основе сплавов, такие как титан-никель-палладий (Ti-Ni-Pd), никель-титан-гафний (Ni-Ti-Hf), никель-титан-цирконий (Ni-Ti-Zr) и медь-алюминий-никель (Cu-Al-Ni). Все эти металлические сплавы имеют температуру перехода, которая находится в диапазоне от 100 до 530 градусов по Цельсию. Таким образом, эти материалы обладают достаточно хорошим эффектом памяти формы и в то же время характеризуются сравнительно низкой стоимостью материала.
Признаки, описанные в отношении одного варианта осуществления, могут быть в равной степени применены к другим вариантам осуществления настоящего изобретения.
Настоящее изобретение будет далее описано исключительно в качестве примера со ссылкой на сопроводительные графические материалы, на которых:
на Фиг. 1 показано устройство, генерирующее аэрозоль, с индукционным нагревательным элементом;
на Фиг. 2 показан гофрированный токоприемный (сусцепторный) нагревательный элемент согласно настоящему изобретению;
на Фиг. 3 показано изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее гофрированный токоприемный (сусцепторный) нагревательный элемент; и
на Фиг. 4 схематически показаны этапы способа образования токоприемного (сусцепторного) нагревательного элемента по настоящему изобретению.
На Фиг. 1A и Фиг. 1B показано устройство 16, генерирующее аэрозоль, с традиционным индукционным нагревательным элементом 10. Индукционный нагревательный элемент 10 содержит продолговатый токоприемный (сусцепторный) нагревательный элемент 12, который расположен внутри катушки 14 индуктивности. Токоприемный (сусцепторный) нагревательный элемент 12 представляет собой цилиндрический элемент, имеющий сужающийся наконечник. Токоприемный (сусцепторный) нагревательный элемент 12 и катушка 14 индуктивности имеют постоянный диаметр вдоль продольной длины индукционного нагревательного элемента 10.
Как показано на Фиг. 1А, устройство 16, генерирующее аэрозоль, дополнительно содержит кожух 18. Катушка 14 индуктивности расположена внутри кожуха 18. Кожух 18 также содержит камеру 20 на ближнем конце, в которой может быть размещен расходный материал. В камере 20 токоприемный (сусцепторный) нагревательный элемент 12 обычного нагревательного элемента 10 расположен таким образом, что токоприемный (сусцепторный) нагревательный элемент 12 может проникать в расходный материал. В кожухе 18 устройства 16, генерирующего аэрозоль, расположена батарея 22, а также контроллер 24 для управления подачей электропитания от батареи 22 на индукционный нагревательный элемент 10.
На Фиг. 2 показаны различные токоприемные (сусцепторные) нагревательные элементы 12 согласно настоящему изобретению. На верхнем изображении на Фиг. 2 показан токоприемный (сусцепторный) нагревательный элемент 12, образованный из стержня из сплава с памятью формы. Стержень изготовлен из сплава титан-никель-палладий и снабжен гофрировкой. Токоприемный (сусцепторный) нагревательный элемент 12 имеет волнистую форму с регулярной синусоидальной структурой. Шаг p синусоидальной формы токоприемного (сусцепторного) нагревательного элемента 12 составляет приблизительно 5 миллиметров. На нижнем изображении на Фиг. 2 изображен другой токоприемный (сусцепторный) нагревательный элемент 12. Этот токоприемный нагревательный элемент 12 образован из того же материала, но образован из фольги, имеющей ширину 4 миллиметра. В зависимости от типа устройства, генерирующего аэрозоль, можно использовать любой из этих токоприемных нагревательных элементов 12.
На Фиг. 3 показано изделие 30, генерирующее аэрозоль, содержащее токоприемный (сусцепторный) нагревательный элемент 12. Изделие 30, генерирующее аэрозоль, содержит множество элементов, собранных в форме стержня. Изделие 30, генерирующее аэрозоль, имеет дальний конец 32 и мундштучный конец 34, расположенный дальше по ходу потока от дальнего конца 32.
От дальнего конца 32 до мундштучного конца 34 изделие 30, генерирующее аэрозоль, содержит переднюю вставку 36, часть 38, образующую аэрозоль, первую полую ацетатную трубку 42, вторую полую ацетатную трубку 44 и фильтр 46 на мундштучном конце.
Часть 38, образующая аэрозоль, содержит токоприемный нагревательный элемент 12, который расположен в тепловом контакте с субстратом 40, образующим аэрозоль. Субстрат 40, образующий аэрозоль, представлен в форме вставки, содержащей собранный лист гомогенизированного табачного материала. Табачный материал окружен бумажной оберткой. Эту же конструкцию изделия, генерирующего аэрозоль, можно применять с субстратом, образующим аэрозоль, выполненным в форме геля, как описано выше.
Токоприемный нагревательный элемент 12 расположен в центре субстрата 40, образующего аэрозоль, части 38, образующей аэрозоль, таким образом, что любое тепло от токоприемного нагревательного элемента 12 передается практически почти мгновенно окружающему субстрату 40, образующему аэрозоль.
Изделие 30, генерирующее аэрозоль, вставлено в устройство, генерирующее аэрозоль (не показано), содержащее катушку индуктивности, выполненную с возможностью создания переменного магнитного поля при подаче на катушку переменного тока. Магнитное поле, создаваемое катушкой индуктивности устройства, используют для генерирования тепла в токоприемном нагревательном элементе 12, содержащемся в изделии 30, генерирующем аэрозоль.
При использовании устройства тепло, генерируемое в токоприемном нагревательном элементе 12, используют для испарения летучих компонентов в субстрате 40, образующем аэрозоль. Поток воздуха, проходящий через изделие 30, генерирующее аэрозоль, несет образующийся пар из части 38, образующей аэрозоль, дальше по ходу потока в направлении мундштучного фильтра 46 в камеру 40 конденсации, где образуется вдыхаемый аэрозоль. Пар по меньшей мере частично конденсируется во внутреннем объеме, определенном первой тонкой полой ацетатной трубкой 42, с образованием аэрозоля. На расположенном дальше по ходу потока конце тонкой полой ацетатной трубки 42 могут быть предусмотрены вентиляционные отверстия (не показаны). Размеры и конструкция полых ацетатных трубок 42, 44 способствуют формированию аэрозоля для достижения желаемого температурного диапазона и размера капель.
На Фиг. 4 указаны этапы способа изготовления для образования токоприемного нагревательного элемента в соответствии с настоящим изобретением.
На первом этапе обеспечивают наличие исходного материала с памятью формы в форме стержня или в форме фольги. Затем этот сплав с памятью формы нагревают до температуры, соответствующей температуре перехода сплава с памятью формы, или более высокой. При поддержании сплава с памятью формы при этой повышенной температуре, сплав с памятью формы формуют в желаемую форму, которую токоприемный нагревательный элемент восстановит при использовании устройства, генерирующего аэрозоль. После формования сплава с памятью формы в желаемую форму сплаву с памятью формы дают остыть. Затем сплав с памятью формы сматывают в бобины для хранения и последующего применения. Для образования отдельных токоприемных нагревательных элементов материал с памятью формы сматывают с бобины и перерабатывают в отдельные токоприемные нагревательные элементы, имеющие желаемую длину, соответствующую требованиям системы, генерирующей аэрозоль, с которой будут использовать указанные токоприемные нагревательные элементы. Затем токоприемный нагревательный элемент может быть помещен в нагревательную камеру устройства, генерирующего аэрозоль, или может быть встроен в изделие, генерирующее аэрозоль, системы, генерирующей аэрозоль.