Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электронным системам обеспечения аэрозоля, таким как электронные системы доставки никотина (например, электронные сигареты).
Уровень техники
На фиг. 1 показана схема одного примера обычной электронной сигареты 10. Электронная сигарета имеет, как правило, цилиндрическую форму, простирающуюся вдоль продольной оси, обозначенной пунктирной линией LA, и содержит два основных компонента, а именно, блок 20 управления и картомайзер 30. Картомайзер включает в себя внутреннюю камеру, содержащую резервуар жидкого препарата, включающего в себя никотин, испаритель (такой как нагреватель) и мундштук 35. Картомайзер 30 может дополнительно включать в себя фитиль или подобное средство для подачи небольшого количества жидкости из резервуара в нагреватель. Блок 20 управления включает в себя перезаряжаемую батарею для обеспечения электропитания электронной сигареты 10 и печатную плату для общего управления функционирования электронной сигареты. Когда нагреватель получает электропитание от батареи под управлением печатной платы, нагреватель испаряет никотин, и этот пар (аэрозоль) затем вдыхается пользователем через мундштук 35.
Блок 20 управления и картомайзер 30 отделяются друг от друга путем разделения в направлении, параллельном продольной оси LA, как показано на фиг. 1, но соединены вместе, когда устройство 10 используется соединением, которое схематически показано на фиг.1, как 25А и 25В, для обеспечения механического и электрического соединения между блоком 20 управления и картомайзером 30. Электрический соединитель на блоке 20 управления, который используется для соединения с картомайзером, также служит в качестве разъема для соединения зарядного устройства (не показано), когда блок управления отсоединен от картомайзера 30. Картомайзер 30 может быть отсоединен от блока 20 управления и утилизирован при прекращении подачи никотина (и, если это необходимо, заменяется другим картомайзером).
На фиг. 2 и фиг. 3 представлены схемы блока 20 управления и картомайзера 30, соответственно, электронной сигареты, показанной на фиг. 1. Следует отметить, что различные компоненты и детали, например, такие как проводка и более сложные детали, были опущены на фиг. 2 и фиг. 3 по соображениям простоты пояснения. Как показано на фиг. 2, блок 20 управления включает в себя батарею или элемент 210 электропитания для электропитания электронной сигареты 10, и микросхему, такую как (микро) контроллер для управления электронной сигаретой 10. Контроллер присоединен к небольшой печатной плате (РСВ) 215, которая также включает в себя блок датчика. Если пользователь вдыхает через мундштук, то воздух втягивается в электронную сигарету через одно или несколько отверстий для впуска воздуха (не показано на фиг. 1 и фиг. 2). Блок датчика обнаруживает воздушный поток, и в ответ на такое обнаружение, контроллер управляет подачей электропитания от батареи 210 на нагреватель в картомайзере 30.
Как показано на фиг. 3, картомайзер 30 включает в себя воздуховод 161, простирающийся вдоль центральной (продольной) оси картомайзера 30 от мундштука 35 до соединителя 25А, для соединения картомайзера с блоком 20 управления. Резервуар 170 для никотинсодержащей жидкости предусмотрен вокруг воздуховода 161. Этот резервуар 170 может быть реализован, например, посредством использования хлопка или губки, пропитанной жидкостью. Картомайзер также включает в себя нагреватель 155 в виде катушки для нагрева жидкости из резервуара 170 для генерирования, проходящий через воздуховод 161 и через мундштук 35. Нагреватель запитывается по силовым линиям 166 и 167, которые, в свою очередь, соединены с клеммами противоположной полярности (положительные и отрицательные или наоборот) батареи 210 через соединитель 25А.
Один торец блока управления обеспечивает разъем 25B для соединения блока 20 управления с соединителем 25A картомайзера 30. Соединители 25A и 25B обеспечивают механическое и электрическое соединение между блоком 20 управления и картомайзером 30. Соединитель 25B включает в себя два электрические терминалы, внешний контакт 240 и внутренний контакт 250, которые разделены изолятором 260. Соединитель 25А также включает в себя внутренний электрод 175 и внешний электрод 171, разделенные изолятором 172. Когда картомайзер 30 соединен с блоком 20 управления, то внутренний электрод 175 и внешний электрод 171 картомайзера 30 входят в зацепление с внутренним контактом 250 и внешним контактом 240, соответственно, блока 20 управления. Внутренний контакт 250 установлен на цилиндрической пружине 255, так что внутренний электрод 175 толкает внутренний контакт 250 для сжатия цилиндрической пружины 255, тем самым, помогая обеспечить надежный электрический контакт, когда картомайзер 30 соединен с блоком 20 управления.
Соединитель картомайзера снабжен двумя выступами или язычками 180A, 180B, которые простираются в противоположных направлениях от продольной оси электронной сигареты. Эти выступы используются для обеспечения байонетного соединения для соединения картомайзера 30 с блоком 20 управления. Следует понимать, что в других вариантах осуществления может использоваться другая форма соединения между блоком 20 управления и картомайзером 30, например, защелкой или винтовым соединением.
Как упомянуто выше, картомайзер 30 обычно удаляется после опустошения жидкости в резервуаре 170, и новый картомайзер покупают и устанавливают. Напротив, блок 20 управления повторно используется с несколькими картомайзерами. Соответственно, особенно желательно, чтобы стоимость картомайзера была относительно низкой. Одним из подходов является изготовление трехкомпонентного устройства, основанного на (i) блоке управления, (ii) компоненте испарителя и (iii) резервуара для жидкости. В этом трехкомпонентном устройстве только конечная часть, резервуар для жидкости, является одноразовой, тогда как блок управления и испаритель являются многоразовыми для использования. Однако наличие трехкомпонентного устройства может увеличить сложность, как с точки зрения производства, так и для эксплуатации пользователем. Кроме того, в таком трехкомпонентном устройстве сложно обеспечить компоновку для впитывания типа, показанного на фиг. 3, для извлечения жидкости из резервуара на нагреватель.
Другой подход заключается в том, чтобы сделать картомайзер 30 повторно заполняемым, так что он больше не является одноразовым. Тем не менее, при повторной загрузке картомайзера возникают потенциальные недостатки, например, пользователь может попытаться повторно заполнить картомайзер несоответствующей жидкостью (не предоставленной поставщиком электронной сигареты). Существует риск того, что эта неприемлемая жидкость может привести к некачественному использованию устройства и/или может быть потенциально опасной, будь то поломка самой электронной сигареты или, возможно, генерирование токсичных паров.
Соответственно, существующие подходы снижения себестоимости одноразового компонента (или отсутствие необходимости в таком одноразовом компоненте) имеют только ограниченный успех.
Раскрытие изобретения
Изобретение определено в прилагаемой формуле изобретения.
В соответствии с первым аспектом некоторых вариантов осуществления предлагается узел индукционного нагрева для генерирования аэрозоля из прекурсора аэрозоля в системе обеспечения аэрозоля, причем узел индукционного нагрева содержит: токоприемник; и приводную катушку, выполненную с возможностью индуцировать ток в токоприемнике для нагрева токоприемника и испарять прекурсор аэрозоля в непосредственной близости от поверхности токоприемника, и в котором токоприемник содержит области с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока от приводной катушки, так что при использовании поверхность токоприемника в областях различной восприимчивости нагревается до различных температур потоком тока, индуцированным приводной катушкой.
Согласно второму аспекту некоторых вариантов осуществления предлагается система обеспечения аэрозоля, содержащая узел индуктивного нагрева для генерирования аэрозоля из прекурсора аэрозоля в системе обеспечения аэрозоля, причем узел индуктивного нагрева содержит: токоприемник; и приводную катушку, выполненную с возможностью индуцировать ток в токоприемнике для нагрева токоприемника и испарять аэрозоль в непосредственной близости от поверхности токоприемника, и в котором токоприемник содержит области с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока от приводной катушки, так что при использовании поверхность токоприемника в областях различной восприимчивости нагревается до различных температур потоком тока, индуцированным приводной катушкой.
Согласно третьему аспекту некоторых вариантов осуществления предлагается картридж для использования в системе обеспечения аэрозоля, содержащий узел индуктивного нагрева, в котором картридж содержит токоприемник, который содержит области с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока от внешней приводной катушки, так что при использовании поверхность токоприемника в областях с различной восприимчивостью нагревается до различных температур потоками тока, индуцированным внешней приводной катушкой.
В соответствии с четвертым аспектом некоторых вариантов осуществления предлагается средство узла индуктивного нагрева для генерирования аэрозоля из пресурсора аэрозоля в системе обеспечения аэрозоля, причем средство узла индуктивного нагрева содержит: средство токоприемника; и средство индукции для индуцирования тока в средстве токоприемника для нагрева средства токоприемника и испарения прекурсора аэрозоля вблизи поверхности средства токоприемника, в котором средство токоприемника содержит области с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока из средства индукции, так что при использовании поверхности средства токоприемника в областях с различной восприимчивостью нагреваются до различных температур потоком тока, индуцированным средством индукции.
В соответствии с пятым аспектом некоторых вариантов осуществления предлагается способ генерирования аэрозоля из прекурсора аэрозоля, причем способ содержит: обеспечение узла индуктивного нагрева, содержащего токоприемник и приводную катушку, выполненную с возможностью индуцировать ток в токоприемнике, в котором токоприемник содержит области с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока из приводной катушки, так что поверхность токоприемника в областях с различной восприимчивостью нагревается до различных температур потоками тока, индуцированными внешней приводной катушкой, и с использованием приводной катушки для индукции токов в токоприемнике для нагрева токоприемника и испарения прекурсора аэрозоля в непосредственной близости с поверхностью токоприемника для генерирования аэрозоля. Следует понимать, что признаки и аспекты изобретения, описанные выше в отношении первого и других аспектов изобретения, в равной степени применимы и могут быть объединены с вариантами осуществления изобретения в соответствии с другими аспектами изобретения, а не только в конкретных комбинациях, описанных выше.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления изобретения будут теперь описаны только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 показана схема (в развернутом виде), иллюстрирующая пример известной электронной сигареты;
на фиг. 2 показана схема блока управления электронной сигареты, показанной на фиг. 1;
на фиг. 3 показана схема картомайзера электронной сигареты, показанной на фиг. 1;
на фиг. 4 показана схема, иллюстрирующая электронную сигарету в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, показывающая блок управления, собранный с картриджем (сверху), блок управления сам по себе (посередине) и картридж сам по себе (внизу);
на фиг. 5 и 6 показаны схемы, иллюстрирующие электронную сигарету согласно некоторым другим вариантам осуществления изобретения;
на фиг. 7 показана схема электронной схемы управления электронной сигареты, такой как показано на фиг. 4, 5 и 6 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения;
на фиг. 7А, 7В и 7С показаны схемы части схемы управления электронной сигареты, такой как показано на фиг. 6, согласно некоторым вариантам осуществления изобретения;
на фиг. 8 показана схема системы обеспечения аэрозоля, содержащей узел индукционного нагрева согласно некоторым примерным вариантам осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 9-12 схематично показаны нагревательные элементы для использования в системе обеспечения аэрозоля, показанной на фиг. 8, согласно различным примерным вариантам осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 13-20 схематично показаны различные компоновки резервуара для исходной жидкости и испарителя согласно различным примерным вариантам осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Далее приведено описание аспектов и признаков некоторых примеров и вариантов осуществления. Некоторые аспекты и признаки некоторых примеров и вариантов осуществления могут быть реализованы традиционно, и соответствующее подробное описание не приводится в интересах краткости. Понятно, что аспекты и признаки описанных здесь устройств и способов, которые не описаны подробно, могут быть реализованы согласно любым общепринятым способам реализации таких аспектов и признаков.
Как описано выше, настоящее изобретение относится к системе обеспечения аэрозоля, такой как электронная сигарета. В последующем описании термин «электронная сигарета» иногда используется, но этот термин можно использовать взаимозаменяемо с системой обеспечения аэрозоля (пара).
На фиг. 4 показана схема, иллюстрирующая электронную сигарету 410 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения (обратите внимание, что термин «электронная сигарета» используется здесь взаимозаменяемо с другими аналогичными терминами, такими как электронная система обеспечения пара, электронная система обеспечения аэрозоля и т. д). Электронная сигарета 410 включает в себя блок 420 управления и картридж 430. На фиг. 4 показан блок 420 управления, собранный с картриджем 430 (верхний), блок управления сам по себе (средний) и картридж сам по себе (внизу). Обратите внимание, что для ясности различные детали реализации (например, такие как внутренняя проводка и т. д.) опущены.
Как показано на фиг. 4, электронная сигарета 410 имеет, в общем, цилиндрическую форму с центральной продольной осью (обозначенной как LA, показанной пунктирной линией). Обратите внимание, что поперечное сечение через цилиндр, то есть, в плоскости, перпендикулярной линии LA, может быть круглым, эллиптическим, квадратным, прямоугольным, шестиугольным или какой-либо другой правильной или неправильной формой, по желанию.
Мундштук 435 расположен на одном конце картриджа 430, в то время как противоположный конец электронной сигареты 410 (относительно продольной оси) обозначен как наконечник 424. Конец картриджа 430, который в продольном направлении противоположен мундштуку 435, обозначен ссылочной позицией 431, тогда как торец блока 420 управления, который в продольном направлении противоположен наконечнику 424, обозначен ссылочной позицией 421.
Картридж 430 выполнен с возможностью входить в зацепление с блоком 420 управления и расцепляться с блоком 420 управления посредством движения вдоль продольной оси. В частности, конец 431 картриджа выполнен с возможностью входить в зацепление с и расцепляться от торца блока 421 управления. Соответственно, концы 421 и 431 будут упоминаться как конец зацепления блока управления и конец зацепления картриджа, соответственно.
Блок 420 управления включает в себя батарею 411 и печатную плату 415 для обеспечения функций управления электронной сигареты, например, путем предоставления контроллера, процессора, ASIC или аналогичной формы микросхемы управления. Батарея обычно имеет цилиндрическую форму и имеет центральную ось, которая расположена вдоль или, по меньшей мере, близко к продольной оси LA электронной сигареты. На фиг. 4 печатная плата 415 показана в продольном направлении от батареи 411 в противоположном направлении к картриджу 430. Однако специалист в данной области знает, что печатная плата 415 может быть установлена в различных местах, например, на противоположном конце батареи. Еще одна возможность заключается в том, что печатная плата 415 расположена вдоль стороны батареи, например, в случае, когда электронная сигарета 410 имеет прямоугольное поперечное сечение, печатная плата расположена рядом с одной внешней стенкой электронной сигареты, и батарея 411 затем слегка смещена к противоположной внешней стенке электронной сигареты 410. Следует также отметить, что функциональные возможности, обеспечиваемые печатной платой 415 (как описано более подробно ниже), могут быть разделены на несколько печатных плат и/или устройств, которые не установлены на печатной плате, и эти дополнительные устройства и/или печатные платы могут быть расположены, по мере необходимости, в электронной сигарете 410.
Батарея или элемент 411 электропитания обычно перезаряжаются, и могут поддерживаться один или несколько механизмов перезарядки. Например, зарядное соединение (не показано на фиг. 4) может быть предусмотрено на наконечнике 424 и/или в конце 421 зацепления и/или вдоль стороны электронной сигареты. Кроме того, электронная сигарета 410 может поддерживать индукционную перезарядку батареи 411 в дополнение к (или вместо) перезарядки посредством одного или нескольких соединений или гнезд для перезарядки.
Блок 420 управления включает в себя трубчатый участок 440, простирающийся вдоль продольной оси LA от конца 421 зацепления блока управления. Трубчатый участок 440 ограничен снаружи внешней стенкой 442, которая обычно может быть частью общей внешней стенки или корпуса блока 420 управления, и внутри - внутренней стенкой 424. Полость 426 образована внутренней стенкой 424 трубчатого участка и концом 421 зацепления блока 420 управления. Эта полость 426 выполнена с возможностью принимать и вмещать, по меньшей мере, часть картриджа 430, когда он входит в зацепление с блоком управления (как показано на верхнем чертеже фиг. 4).
Внутренняя стенка 424 и наружная стенка 442 трубчатого участка ограничивают кольцевое пространство, которое образовано вокруг продольной оси LA. В этом кольцевом пространстве расположена катушка 450 (приводная или катушка индукционного нагревателя), причем центральная ось катушки, по существу, совмещена с продольной осью LA электронной сигареты 410. Катушка 450 электрически соединена с батареей 411 и монтажной платой 415, которые обеспечивают питание и управление катушкой, так что при работе катушка 450 может обеспечивать индукционный нагрев картриджа 430.
Картридж включает в себя резервуар 470, содержащий жидкий препарат (обычно включающий в себя никотин). Резервуар содержит, по существу, кольцевую область картриджа, образованную между внешней стенкой 476 картриджа и внутренней трубкой или стенкой 472 картриджа, оба из которых, по существу, выровнены с продольной осью LA электронной сигареты 410. Жидкий препарат может удерживаться свободно в резервуаре 470 или, альтернативно, резервуар 470 может быть встроен в некоторую структуру или материал, например губку, чтобы удерживать жидкость в резервуаре.
Внешняя стенка 476 имеет участок 476А с уменьшенным поперечным сечением. Это позволяет принять участок 476А картриджа в полость 426 в блоке управления, чтобы зацепить картридж 430 с блоком 420 управления. Остальная часть внешней стенки имеет большее поперечное сечение, чтобы обеспечить увеличенное пространство в пределах резервуара 470, а также обеспечить непрерывную внешнюю поверхность электронной сигареты, то есть, стенка 476 картриджа, по существу, находится заподлицо с внешней стенкой 442 трубчатого участка 440 блока 420 управления. Однако будет понятно, что другие реализации электронной сигареты 410 могут иметь более сложную/структурированную внешнюю поверхность (по сравнению с гладкой наружной поверхностью, показанной на фиг. 4).
Внутренняя часть внутренней трубки 472 ограничивает канал 461, который простирается в направлении воздушного потока от воздухозаборника 461А (расположенного на конце 431 картриджа, который входит в зацепление с блоком управления), к воздуховыпускному отверстию 461В, которое обеспечивается мундштуком 435. Внутри центрального канала 461 и, следовательно, внутри воздушного потока через картридж находятся нагреватель 455 и фитиль 454. Как можно видеть на фиг. 4, нагреватель 455 расположен примерно в центре приводной катушки 450. В частности, расположение нагревателя 455 вдоль продольной оси может контролироваться в начале участка 476А с уменьшенным поперечным сечением для картриджа 430, прилегающего к концу (ближе к мундштуку 435) трубчатого участка 440 блока 420 управления (как показано в верхней части схемы на фиг. 4).
Нагреватель 455 выполнен из металлического материала, что позволяет использовать его в качестве токоприемника (или рабочей детали) в узле индукционного нагрева. В частности, узел индукционного нагрева содержит приводную (катушка индукционного нагревателя) катушку 450, которая создает магнитное поле, имеющее высокочастотные характеристики (при надлежащем питании и управлении батареей 411 и контроллером на печатной плате 415). Это магнитное поле имеет наиболее высокую магнитуду в центре катушки, то есть, внутри полости 426, где расположен нагреватель 455. Меняющееся магнитное поле индуцирует вихревые токи в проводящем нагревателе 455, тем самым, вызывая резистивное нагревание нагревательного элемента 455. Обратите внимание, что высокочастотные колебания магнитного поля вызывают вихревые токи ограничиваться поверхностью нагревательного элемента (через поверхностный эффект), тем самым, увеличивая эффективное сопротивление нагревательного элемента и, следовательно, получая эффект нагрева.
Кроме того, нагревательный элемент 455 обычно выбирают как магнитный материал с высокой проницаемостью, такой как (железная) сталь (а не только как проводящий материал). В этом случае, резистивные потери из-за вихревых токов дополняются потерями магнитного гистерезиса (вызванными повторным переворотом магнитных доменов) для обеспечения более эффективной передачи мощности от приводной катушки 450 к нагревательному элементу 455.
Нагреватель, по меньшей мере, частично окружен фитилем 454. Фитиль служит для доставки жидкости из резервуара 470 на нагреватель 455 для испарения. Фитиль может быть изготовлен из любого подходящего материала, например, термостойкого волокнистого материала и обычно простирается от канала 461 через отверстия во внутренней трубке 472, чтобы получить доступ в резервуар 470. Фитиль 454 выполнен с возможностью подавать жидкость к нагревателю 455 контролируемым образом, поскольку фитиль предотвращает утечку жидкости из резервуара в канал 461 (этому удерживанию жидкости также может способствовать использование подходящего материала внутри самого резервуара). Вместо этого, фитиль 454 удерживает жидкость внутри резервуара 470 и на самом фитиле 454, пока нагреватель 455 не активируется, после чего жидкость, удерживаемая фитилем 454, испаряется в воздушный поток и, следовательно, проходит по каналу 461 для выхода через мундштук 435. Затем фитиль 454 вытягивает из резервуара 470 еще одну порцию жидкости, и процесс повторяется с последующими испарениями (и вдыханием) до тех пор, пока картридж не будет истощен.
Хотя фитиль 454 показан на фиг. 4 как отдельный элемент (хотя и охватывающий) от нагревательного элемента 455, в некоторых вариантах осуществления нагревательный элемент 455 и фитиль 454 могут быть объединены вместе в один компонент, такой как нагревательный элемент, выполненный из пористого, волокнистого стального материала, который также может действовать как фитиль 454 (а также как нагреватель). Кроме того, хотя фитиль 454 показан на фиг. 4 как поддерживающий нагревательный элемент 455, в других вариантах осуществления нагревательный элемент 455 может быть снабжен отдельными элементами опоры, например, путем установки на внутренней стороне трубки 472 (вместо или в дополнение к поддержке нагревательным элементом).
Нагреватель 455 может быть, по существу, плоским и перпендикулярным центральной оси катушки 450 и продольной оси LA электронной сигареты, поскольку индукция в основном происходит в этой плоскости. Хотя на фиг. 4 показан нагреватель 455 и фитиль 454, простирающийся по всему диаметру внутренней трубки 472, обычно нагреватель 455 и фитиль 454 не будут покрывать все поперечное сечение канала 461 для прохождения воздуха. Вместо этого, обычно предусмотрено пространство для обеспечения прохода воздуха через внутреннюю трубку из воздухозаборника 461А и вокруг нагревателя 455 и фитиля 454 для сбора пара, производимого нагревателем. Например, если смотреть вдоль продольной оси LA, нагреватель и фитиль могут иметь конфигурацию «O» с центральным отверстием (не показано на фиг. 4), чтобы обеспечить поток воздуха вдоль канала 461. Возможны многие другие конфигурации, такие как конфигурацию «Y» или «X». (Обратите внимание, что в таких реализациях участки «Y» или «X» будут относительно широкими, чтобы обеспечить лучшую индукцию).
Хотя на фиг. 4 показан конец 431 зацепления картриджа, покрывающий воздухозаборник 461А, этот конец картомайзера может быть снабжен одним или несколькими отверстиями (не показан на фиг. 4), чтобы обеспечить возможность всасывания воздухозаборником в канал 461. Следует также отметить, что в конфигурации, показанной на фиг.4, есть небольшой зазор 422 между концом 431 зацепления картриджа 430 и соответствующим концом 421 зацепления блока управления. Воздух можно быть подан из этого зазора 422 через воздухозаборник 461A.
Электронная сигарета может обеспечивать один или несколько маршрутов для первоначального прохода воздуха в зазор 422. Например, может быть достаточное расстояние между внешней стенкой 476А картриджа и внутренней стенкой 444 трубчатого участка 440 для потока воздуха в зазор 422. Такое расстояние может быть образовано естественным образом, если картридж неплотно прилегает к полости 426. В качестве альтернативы один или несколько воздушных каналов могут быть предусмотрены в виде небольших канавок вдоль одной или обеих этих стенок для поддержки этого воздушного потока. Другая возможность заключается в наличии в корпусе блока 420 управления одного или несколько отверстий, во-первых, чтобы воздух втягивался в блок управления, и затем проходил от блока управления в зазор 422. Например, отверстия для воздухозаборника в блок управления могут находиться, как показано на фиг. 4 стрелками 428А и 428В, и конец 421 зацепления может быть снабжен одним или несколькими отверстиями (не показано на фиг. 4), чтобы воздух мог выходить из блока 420 управления в зазор 422 (и оттуда в картридж 430). В других вариантах осуществления зазор 422 может отсутствовать, и воздушный поток может, например, проходить непосредственно от блока 420 управления через воздухозаборник 461А в картридж 430.
Электронная сигарета может быть снабжена одним или несколькими механизмами активации узла индукционного нагревателя, то есть, для инициирования работы приводной катушки 450 для нагрева нагревательного элемента 455. Один из возможных механизмов активации представляет собой кнопку 429 на блоке управления, которую пользователь может нажать для активации нагревателя. Эта кнопка может быть механическим устройством, сенсорной панелью, скользящим органом управления и т.д. Нагреватель может оставаться включенным до тех пор, пока пользователь продолжает нажимать или иным образом позитивно приводить в действие кнопку 429, при условии максимального времени активации, соответствующего одной затяжки электронной сигареты (обычно несколько секунд). Если это максимальное время активации достигнуто, то контроллер может автоматически отключить индукционный нагреватель, для предотвращения перегрева. Контроллер может также обеспечить минимальный интервал (опять же, как правило, несколько секунд) между последовательными активациями.
Узел индукционного нагревателя также может быть активирован воздушным потоком, вызванным вдыханием пользователя. В частности, блок 420 управления может быть снабжен датчиком воздушного потока для обнаружения воздушного потока (или падения давления), вызванного вдыханием воздуха. Затем датчик воздушного потока может сгенерировать сигнал в контроллер об этом обнаружении, и соответственно активируется индукционный нагреватель. Индукционный нагреватель может оставаться включенным до тех пор, пока поток воздуха продолжает обнаруживаться, в течение максимального времени активации, как указано выше (и обычно также равен минимальному интервалу между затяжками).
Вместо кнопки 429 (которая может не использоваться) могут применять способ приведения в действие посредством воздушного потока или, альтернативно, или для активации электронной сигареты может потребовать двойная активация, то есть, как посредством обнаружения воздушного потока, так и нажатием кнопки 429. Это требование двойной активации может помочь обеспечить защиту от непреднамеренной активации электронной сигареты.
Понятно, что использование датчика воздушного потока обычно включает в себя течение воздушного потока через блок управления при вдыхании, который обнаруживается (даже если этот воздушный поток обеспечивает только часть воздушного потока, который пользователь в конечном итоге вдыхает). Если такой воздушный поток не проходит через блок управления при вдыхании, то для активации может быть использована кнопка 429, хотя также возможно обеспечить датчик воздушного потока для обнаружения потока воздуха, проходящего через поверхность (а не через) блока 420 управления.
Существуют различные способы удержания картриджа в блоке управления. Например, внутренняя стенка 444 трубного участка 440 блока 420 управления и наружная стенка уменьшенного поперечного сечения 476А могут быть снабжены винтовой резьбой (не показана на фиг. 4) для взаимного зацепления. Могут также использоваться другие формы механического зацепления, такие как защелка, механизм фиксации (возможно, с кнопкой разблокировки или аналогичный). Кроме того, блок управления может быть снабжен дополнительными компонентами для обеспечения механизма крепления, как описано ниже.
В общем, прикрепление картриджа 430 к блоку 420 управления электронной сигареты 410 на фиг. 4 проще, чем в случае электронной сигареты 10, показанной на фиг. 1-3. В частности, использование индукционного нагрева для электронной сигареты 410 позволяет установить только механическое соединение между картриджем 430 и блоком 420 управления, а не обеспечивать также электрическое соединение с помощью проводки к резистивному нагревателю. Следовательно, механическое соединение может быть реализовано, если это необходимо, с использованием подходящего способа пластикового формования для корпуса картриджа и блока управления; напротив, в электронной сигарете 10, показанной на фиг. 1-3, корпуса картомайзера и блока управления должны быть каким-то образом соединены с металлическим соединителем. Кроме того, соединитель электронной сигареты 10 на фиг. 1-3 должен быть изготовлен с относительно высокой точностью для обеспечения надежного с низким контактным сопротивлением электрического соединения между блоком управления и картомайзером. Напротив, производственные допуски для чисто механического соединения между картриджем 430 и блоком 420 управления электронной сигаретой 410 обычно выше. Все эти факторы помогают упростить производство картриджа и тем самым снизить стоимость этого одноразового (расходного) компонента.
Кроме того, в обычном резистивном нагревателе часто использует металлическую нагревательную катушку, окружающую волокнистый фитиль, однако относительно сложно автоматизировать производство такой конструкции. Напротив, индуктивный нагревательный элемент 455 обычно основан на некоторой форме металлического диска (или другого, по существу, планарного компонента), который представляет собой более легкую структуру для интеграции в автоматизированный производственный процесс. Это снова помогает снизить себестоимость производства одноразового картриджа 430.
Другим преимуществом индуктивного нагрева является то, что обычные электронные сигареты могут использовать припой для соединения проводов питания с резистивной нагревательной катушкой. Однако существует определенная вероятность того, что тепло от катушки во время работы такой электронной сигареты может испарять нежелательные компоненты из припоя, которые затем будут вдыхаться пользователем. Напротив, отсутствие проводов для соединения с индуктивным нагревательным элементом 455 и, следовательно, использование пайки можно избежать в картридже. Кроме того, резистивная нагревательная катушка, как и в обычной электронной сигарете, обычно содержит проволоку с относительно небольшим диаметром (для увеличения сопротивления и, следовательно, эффекта нагрева). Однако такая тонкая проволока имеет относительно низкую прочность и поэтому может быть подвержена повреждению, будь то при механическом неправильном обращении и/или потенциальном локальном перегреве, и затем плавлении. Напротив, нагревательный элемент 455 в форме диска, используемый для индукционного нагрева, обычно более устойчив к такому повреждению.
Фиг. 5 и 6 представляют собой схемы, иллюстрирующие электронную сигарету в соответствии с некоторыми другими вариантами осуществления изобретения. Чтобы избежать повторения, аспекты, показанные на фиг. 5 и 6, которые в целом такие же, как показано на фиг. 4, не будут описаны снова, за исключением случаев, когда это необходимо для объяснения конкретных признаков, показанных на фиг. 5 и 6. Отметим также, что ссылочные позиции, имеющие те же последние две цифры, обычно обозначают те же или похожие (или соответствующие друг другу) компоненты на фиг. 4-6 (с первой цифрой в ссылочной позиции, соответствующего чертежа, содержащего эту ссылочною позицию).
В электронной сигарете, показанной на фиг. 5, блок 520 управления в целом аналогичен блоку 420 управления, показанному на фиг. 4, однако внутренняя структура картриджа 530 несколько отличается от внутренней структуры картриджа 430, показанного на фиг. 4. Таким образом, вместо центрального канала воздушного потока в электронной сигарете 410 на фиг. 4, в которой резервуар 470 для жидкости окружает центральный канал 461 воздушного потока, в электронной сигарете 510 на фиг. 5 воздушный канал 561 смещен от центральной продольной оси (LA) картриджа. В частности, картридж 530 содержит внутреннюю стенку 572, которая отделяет внутреннее пространство картриджа 530 на два участка. Первый участок, ограниченный внутренней стенкой 572 и одной частью наружной стенки 576, обеспечивает камеру для удерживания резервуара 570 для жидкого препарата. Второй участок, ограниченный внутренней стенкой 572 и противоположной частью внешней стенки 576, определяет канал 561 воздушного канала через электронную сигарету 510.
Кроме того, электронная сигарета 510 не имеет фитиля и вместо этого используется пористый нагревательный элемент 555, который действует как в качестве нагревательного элемента (воспринимающий элемент), так и как фитиль для управления потоком жидкости из резервуара 570. Пористый нагревательный элемент может быть изготовлен, например, из материала, полученного посредством спекания или иным образом, связывая стальные волокна.
Нагревательный элемент 555 расположен на конце резервуара 570 напротив мундштука 535 картриджа и может образовывать некоторую или всю стенку камеры резервуара на этом конце. Одна лицевая сторона нагревательного элемента контактирует с жидкостью в резервуаре 570, в то время как противоположная лицевая поверхность нагревательного элемента 555 подвергается воздействию области 538 воздушного потока, которая может рассматриваться как часть воздушного канала 561. В частности, эта область 538 воздушного потока находится между нагревательным элементом 555 и концом 531 зацепления картриджа 530.
Когда пользователь вдыхает через мундштук 435, воздух втягивается в область 538 через конец 531 зацепления картриджа 530 из зазора 522 (аналогично тому, который описан для электронной сигареты 410 на фиг. 4). В ответ на воздушный поток (и/или в ответ на нажатие кнопки 529 пользователем) катушка 550 активируется для подачи питания на нагреватель 555, что, следовательно, генерирует пар из жидкости из резервуара 570. Затем этот пар втягивается в воздушный поток, вызванный вдыханием, и перемещается вдоль канала 561 (как показано стрелками) и выходит через мундштук 535.
В электронной сигарете, показанной на фиг. 6, блок 620 управления в целом аналогичен блоку 420 управления, показанному на фиг. 4, но теперь он вмещает два (меньших) картриджа 630А и 630В. Каждый из этих картриджей аналогичен по структуре участку 476А с уменьшенным поперечным сечением картриджа 420 на фиг. 4. Однако продольная протяженность каждого из картриджей 630А и 630В составляет лишь половину длины участка 476А с уменьшенным поперечным сечением картриджа 420 на фиг. 4, тем самым, позволяя вмещать два картриджа в области в электронной сигарете 610, соответствующей полости 426, в электронной сигарете 410, как показано на фиг. 4. Кроме того, конец 621 зацепления блока 620 управления может быть предусмотрен, например, с одной или несколькими выступами или язычками (не показаны на фиг. 6), которые поддерживают картриджи 630A, 630B в положении, показанном на фиг. 6 (вместо того, чтобы закрывать область 622 зазора).
В электронной сигарете 610 мундштук 635 может рассматриваться как часть блока 620 управления. В частности, мундштук 635 может быть выполнен в виде съемного колпачка или крышки, который может вкручиваться или защелкиваться на и с остальной частью блока 620 управления (или может быть предусмотрен любой другой подходящий механизм крепления). Крышка 635 мундштука удаляется из остальной части блока 635 управления для вставки нового картриджа или для удаления использованного картриджа, и затем устанавливается обратно на блок управления для использования электронной сигареты 610.
Работа отдельных картриджей 630А, 630В в электронной сигарете 610 аналогична работе картриджа 430 в электронной сигарете 410, поскольку каждый картридж содержит фитиль 654А, 654В, простирающийся в соответствующий резервуар 670А, 670В. Кроме того, каждый картридж 630A, 630B включает в себя нагревательный элемент 655A, 655B, размещенный в соответствующем фитиле 654A, 654B, и может запитываться соответствующей катушкой 650A, 650B, предусмотренной в блоке 620 управления. Нагреватели 655A, 655B испаряют жидкость в общем канале 661, который проходит через оба картриджа 630А, 630В и выходит через мундштук 635.
Различные картриджи 630A, 630B могут использоваться, например, для обеспечения различных ароматов для электронной сигареты 610. Кроме того, хотя электронная сигарета 610 показана как вмещающая два картриджа, будет понятно, что некоторые устройства могут вмещать большее количество картриджей. Кроме того, хотя картриджи 630A и 630B имеют одинаковый размер, некоторые устройства могут вмещать картриджи разного размера. Например, электронная сигарета может вмещать один больший картридж, содержащий жидкость с никотином, и один или несколько небольших картриджей для обеспечения вкуса или других добавок по желанию.
В некоторых случаях электронная сигарета 610 может вмещать (и работать с) переменное количество картриджей. Например, может использоваться пружинное или другое упругое устройство, установленное на конце 621 зацепления блока управления, которое пытается простираться вдоль продольной оси к мундштуку 635. Если один из картриджей, показанных на фиг. 6, будет удален, то пружина будет способствовать надежному удержанию оставшегося картриджа (ей) против мундштука для надежной работы.
Если электронная сигарета имеет несколько картриджей, одним из вариантов является то, что все они активируются одной катушкой, которая охватывает продольную протяженность всех картриджей. Альтернативно, может быть предусмотрена отдельная катушка 650А, 650В для каждого соответствующего картриджа 630А, 630В, как показано на фиг. 6. Еще одна возможность состоит в том, что различные участки одной катушки могут избирательно подпитываться для имитации (эмулирования) присутствия нескольких катушек.
Если электронная сигарета имеет несколько катушек для соответствующих картриджей (независимо от того, действительно ли отдельные катушки или эмулированы разными секциями одной большой катушки), то активация электронной сигареты (например, путем обнаружения воздушного потока от вдыхания и/или пользователь, нажимает кнопку) может активировать все катушки. Однако электронные сигареты 410, 510, 610 поддерживают селективную активацию нескольких катушек, посредством чего пользователь может выбрать или указать, какую катушку (и) активировать. Например, электронная сигарета 610 может иметь режим или пользовательскую настройку, в которой в ответ на активацию включается только катушка 650А, но не катушка 650В. Затем генерируется пар, основанный на жидком препарате, посредством катушки 650А, но не катушки 650В. Это позволяет пользователю более гибко использовать электронную сигарету 610 с точки зрения количества пара, предусмотренного для любой данной затяжки (без участия пользователя, который должен физически удалить или вставить различные картриджи только для этой конкретной затяжки).
Понятно, что различные реализации электронной сигареты 410, 510 и 610, показанные на фиг. 4-6, представлены только в качестве примеров и не предназначены рассматриваться как исчерпывающие. Например, конструкция картриджа, показанная на фиг. 5, может использоваться в устройстве с несколькими картриджами, такое как показано на фиг. 6. Специалист должен знать о многих других вариантах осуществления, которые могут быть получены, например, путем совместного использования и сопоставления различных признаков из различных реализаций и, в более общем плане, путем добавления, замены и/или удаления признаков по мере необходимости.
На фиг. 7 показана принципиальная схема основных электронных компонентов электронных сигарет 410, 510, 610 на фиг. 4-6 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. За исключением нагревательного элемента 455, который расположен в картридже 430, остальные элементы расположены в блоке 420 управления. Следует понимать, что поскольку блок 420 управления является повторно используемым устройством (в отличие от картриджа 430, который является одноразовым или расходуемым), приемлемо нести единовременные затраты для производства блока управления, что не приемлемо для изготовления картриджа. Компоненты блока 420 управления могут быть установлены на печатной плате 415 или могут быть отдельно размещены в блоке 420 управления для работы в сочетании с печатной платой 415 (если предусмотрено), но без физического монтажа на самой печатной плате.
Как показано на фиг. 7, блок управления включает в себя перезаряжаемую батарею 411, которая соединена с разъемом для перезарядки или гнездом 725, таким как интерфейс микро-USB. Этот соединитель 725 поддерживает перезарядку батареи 411. В качестве альтернативы или дополнительно блок управления может также поддерживать перезарядку батареи 411 посредством беспроводного соединения (например, посредством индукционной зарядки).
Блок 420 управления дополнительно включает в себя контроллер 715 (такой как процессор или специальную интегральную схему, ASIC), который соединен с датчиком 716 давления или воздушного потока. Контроллер может активировать индукционный нагрев, как более подробно описано ниже, в ответ на сигнал датчика 716, определяющий воздушный поток. Кроме того, блок 420 управления дополнительно включает в себя кнопку 429, которая также может использоваться для активации индукционного нагрева, как описано выше.
На фиг. 7 также показан коммуникационный/пользовательский интерфейс 718 для электронной сигареты, который может содержать одно или несколько устройств в соответствии с конкретной реализацией. Например, пользовательский интерфейс может включать в себя один или несколько источников света и/или громкоговоритель для предоставления пользователю выходных сигналов, например, для индикации неисправности, состояния заряда батареи и т.д. Интерфейс 718 может также поддерживать беспроводную связь, такую как Bluetooth или ближнюю бесконтактную связь (NFC) с внешним устройством, таким как смартфон, ноутбук, компьютер, планшет и т. д. Электронная сигарета может использовать этот коммуникационный интерфейс для вывода информации о состоянии устройства, статистических данных использования и т. д. на внешнее устройство для свободного доступа пользователя. Коммуникационный интерфейс может также использоваться для приема команд, таких как параметры конфигурации, введенные пользователем во внешнее устройство, для электронной сигареты. Например, пользовательский интерфейс 718 и контроллер 715 могут использоваться для указания электронной сигарете выборочно активировать различные катушки 650А, 650В (или их части), как описано выше. В некоторых случаях коммуникационный интерфейс 718 может использовать рабочую катушку 450 для работы в качестве антенны для беспроводной связи.
Контроллер может быть реализован с использованием одной или нескольких микросхем по мере необходимости. Операции контроллера 715 обычно управляются, по меньшей мере, частично, программным обеспечением на контроллере. Такие программные программы могут храниться в энергонезависимой памяти, такой как ROM, которая может быть встроена в сам контроллер 715 или представлена как отдельный компонент (не показан). Контроллер 715 может получить доступ к ROM для загрузки и выполнения отдельных программ по мере необходимости.
Контроллер управляет процессом индуктивного нагрева электронной сигареты, определяя, когда устройство активировано или не было должным образом активировано, например, обнаружена ли операция вдыхания и не превышен ли максимальный период времени для вдыхания. Если контроллер определяет, что электронная сигарета должна быть активирована для курения, то контроллер подает электропитание из батареи 411 на инвертор 712. Инвертор 712 выполнен с возможностью преобразовывать выходной сигнал постоянного тока от батареи 411 в сигнал переменного тока, как правило, в относительно высокочастотный сигнал, например, 1 МГц (хотя, вместо этого могут использоваться другие частоты, такие как 5 кГц, 20 кГц, 80 кГц или 300 кГц или любой диапазон, определяемый двумя такими значениями). Этот сигнал переменного тока затем передается от инвертера в катушку 450 индукционного нагревателя через соответствующее согласование импеданса (не показано на фиг. 7), если это необходимо.
Катушка 450 индукционного нагревателя может быть встроена в некоторую форму резонансного контура, например, путем совместного использования параллельно с конденсатором (не показан на фиг. 7) с выходом инвертора 712, настроенного на резонансную частоту этого резонансного контура. Этот резонанс вызывает относительно высокий ток, создаваемый в катушке 450 индукционного нагревателя, которая, в свою очередь, создает относительно высокое магнитное поле в нагревательном элементе 455, тем самым, обеспечивая быстрый и эффективный нагрев нагревательного элемента 455 для получения желаемого выхода пара или аэрозоля.
На фиг. 7А показана часть схемы управления электронной сигареты 610, имеющей несколько катушек в соответствии с некоторыми вариантами осуществления (в то же время, опуская для ясности аспекты работы схемы управления, не связанные непосредственно с несколькими катушками). На фиг. 7А показан источник 782А питания (обычно соответствующий батарее 411 и инвертору 712 на фиг. 7), конфигурация 781А переключателя и две катушки 650А, 650В индукционного нагревателя, каждая из которых связана с соответствующим нагревательным элементом 655А, 655В, как показано на фиг. 6 (но не показано на фиг. 7A). Конфигурация переключателя имеет три выхода, обозначенные A, B и C на фиг. 7A. Предполагается также, что между двумя катушками 650А, 650В индукционного нагревателя существует токовая цепь.
Для работы узла индукционного нагрева два из трех этих выходов замыкают (чтобы обеспечить течение тока), а оставшийся выход остается разомкнутым (чтобы предотвратить течение тока). Посредством замыкания выходов A и C активируют обе катушки и, следовательно, оба нагревательных элемента 655A, 655B; замыкание А и В выборочно активирует только катушку 650А индукционного нагревателя; и замыкание B и C активирует только катушку 650B.
Хотя можно использовать катушки 650A и 650B индукционного нагревателя как единую общую катушку (которая либо включена, либо выключена), способность избирательно активировать одну или обе катушки 650A и 650B индукционного нагревателя, например, показанные на фиг. 7, имеет ряд преимуществ, включающие в себя:
а) выбор компонентов пара (например, ароматизаторов) для данной затяжки. Таким образом, активируя только катушку 650А индукционного нагревателя, генерируется пар только из резервуара 670А; активация только катушки 650В индукционного нагревателя производит пар только из резервуара 670В; и активирование обеих катушек 650А, 650В индукционного нагревателя образует комбинацию паров из обоих резервуаров 670А, 670В.
б) управление объемом пара для заданной затяжки. Например, если резервуар 670А и резервуар 670В содержат одну и ту же жидкость, то активирование обеих катушек 650А, 650В индукционного нагревателя может быть использовано для получения более насыщенной затяжки (большего объема пара) по сравнению с активацией только одной катушки индукционного нагревателя.
c) продление срока службы батареи (заряда). Как уже обсуждалось, возможно управлять электронной сигаретой, показанной на фиг. 6, когда она содержит только один картридж, например. 630B (а не включающую в себя картридж 630A). В этом случае, более эффективно только активировать катушку 650В индукционного нагревателя, соответствующую картриджу 630В, который затем используется для испарения жидкости из резервуара 670В. Напротив, если катушка 650А индукционного нагревателя, соответствующая (отсутствующему) картриджу 630А, не активирована (поскольку этот картридж и ассоциированный с ним нагревательный элемент 650А отсутствуют в электронной сигарете 610), то это сокращает потребление энергии без снижения выхода пара.
Хотя электронная сигарета 610 на фиг. 6 имеет отдельный нагревательный элемент 655A, 655B для каждой соответствующей катушки 650A, 650B индукционного нагревателя, в некоторых вариантах осуществления различные катушки могут запитывать различные участки одной (большей) рабочей детали или токоприемника. Соответственно, в такой электронной сигарете различные нагревательные элементы 655А, 655В могут представлять разные участки более большего токоприемника, который совместно используется на разных катушках индукционного нагревателя. Кроме того (или альтернативно), многочисленные катушки 650А, 650В индукционного нагревателя могут представлять разные участки одной общей приводной катушки, отдельные участки которых могут избирательно запитываться, как обсуждалось выше в отношении фиг. 7А.
На фиг. 7В показана другая реализация для поддержки селективности множества катушек 650A, 650B индукционного нагревателя. Таким образом, на фиг. 7В предполагается, что катушки индукционного нагревателя электрически не соединены друг с другом, но каждая катушка 650А, 650В индукционного нагревателя индивидуально (отдельно) соединена с источником 782В питания через пару независимых соединений через конфигурацию 781В переключателя. В частности, катушка 650А индукционного нагревателя соединена с источником 782В источника питания через соединения A1 и A2 переключателя, и катушка 650B индукционного нагревателя подключена к источнику 782B питания через соединения B1 и B2 переключателя. Эта конфигурация на фиг. 7В предлагает аналогичные преимущества для тех, которые обсуждались выше в отношении фиг. 7А. Кроме того, архитектура на фиг. 7В также может быть легко масштабирована для работы с более чем двумя катушками индукционного нагревателя.
На фиг. 7C показана другая реализация для поддержки селективности множества катушек индукционного нагревателя, в этом случае три катушки индукционного нагревателя обозначены как 650A, 650B и 650C. Каждая катушка индукционного нагревателя непосредственно подключена к соответствующему источнику 782C1, 782C2 и 782C3 питания. Конфигурация на фиг. 7 может поддерживать селективное включение любой катушки 650А, 650В, 650С индукционного нагревателя или любой пары катушек индукционного нагревателя одновременно или всех трех катушек индукционного нагревателя одновременно.
В конфигурации на фиг. 7C, по меньшей мере, некоторые части источника 782 питания могут быть реплицированы для каждой из различных катушек 650 индукционного нагревателя. Например, каждый источник 782C1, 782C2, 782C3 питания может включать в себя собственный инвертор, но они могут совместно использовать один, конечный источник питания, такой как батарея 411. В этом случае батарея 411 может быть подключена к инверторам через конфигурацию переключателя, аналогичную конфигурацию, показанную на фиг. 7B (но для постоянного тока, а не для переменного тока). В качестве альтернативы каждая соответствующая силовая линия от источника 782 питания к катушке 650 индукционного нагревателя может быть снабжена собственным индивидуальным переключателем, который может быть замкнут для активации катушки индукционного нагревателя (или разомкнут для предотвращения такой активации). В этой компоновке соединения этих отдельных переключателей на разных силовых линиях можно рассматривать как другую форму конфигурации переключателя.
Существуют различные способы управления переключением на фиг. 7A-7C. В некоторых случаях пользователь может управлять механическим или физическим переключателем, который непосредственно устанавливает конфигурацию переключателя. Например, электронная сигарета 610 может включать в себя переключатель (не показан на фиг. 6) на внешнем корпусе, посредством чего картридж 630А можно активировать в одном варианте настройки, и картридж 630В можно активировать в другом варианте настройки. Дополнительная настройка переключателя может привести к одновременному включению обоих картриджей. В качестве альтернативы, блок 610 управления может иметь отдельную кнопку, ассоциированную с каждым картриджем, и пользователь удерживает кнопку для желаемого картриджа (или, возможно, обе кнопки, если оба картриджа должны быть активированы). Другая возможность заключается в том, что кнопка или другое устройство ввода на электронной сигарете может использоваться для выбора более насыщенной затяжки (и приводит к включению обеих или всех катушек индукционного нагревателя). Такая кнопка также может быть использована для выбора добавления аромата, и при переключении может работать катушка индукционного нагревателя, ассоциированная с этим ароматом, как правило, в дополнение к катушке индукционного нагревателя для основной жидкости, содержащей никотин. Специалист в данной области будет знать о других возможных вариантах осуществления такого переключения.
В некоторых электронных сигаретах вместо прямого (например, механического или физического) управления конфигурацией переключателя пользователь может установить конфигурацию переключателя через коммуникационный/пользовательский интерфейс 718, показанный на фиг. 7 (или любое другое аналогичное устройство). Например, этот интерфейс может позволить пользователю указывать на использование различных ароматов или картриджей (и/или разных уровней насыщенности), и контроллер 715 может затем установить конфигурацию 781 переключателя в соответствии с этим пользовательским вводом.
Еще одна возможность заключается в том, что конфигурация переключателя может быть установлена автоматически. Например, электронная сигарета 610 может препятствовать активации катушки 650А индукционного нагревателя, если картридж отсутствует в показанном месте картриджа 630А. Другими словами, если такой картридж отсутствует, то катушка 650А индукционного нагревателя может не активироваться (тем самым, экономя энергию и т.д.).
Существуют различные механизмы для обнаружения наличия или отсутствия картриджа. Например, блок 620 управления может быть снабжен переключателем, который механически управляется путем вставки картриджа в соответствующее местоположение. Если в данном месте нет картриджа, то переключатель устанавливается таким образом, чтобы соответствующая катушка индукционного нагревателя не включалась. Другой подход заключался бы в том, чтобы блок управления имел некоторое оптическое или электрическое средство для обнаружения того, вставлен ли картридж в заданное местоположение.
Обратите внимание, что в некоторых устройствах, как только картридж был обнаружен, как находящийся в заданном месте, то соответствующая катушка индукционного нагревателя всегда доступна для активации, например, всегда активируется в ответ на обнаружение затяжки (вдоха). В других устройствах, которые поддерживают как автоматическую, так и управляемую пользователем конфигурацию переключателя, даже если картридж был обнаружен как установленный, пользовательская настройка (или подобное, как обсуждалось выше) может затем определить, доступен ли картридж для активации на любой данной затяжке.
Хотя блок управления, показанный на фиг. 7А-7С, был описан в связи с использованием нескольких картриджей, например, показанных на фиг. 6, блок также может использоваться в отношении одного картриджа, который имеет несколько нагревательных элементов. Другими словами, блок управления может избирательно активировать один или несколько из этих нескольких нагревательных элементов внутри одного картриджа. Такой подход может по-прежнему предлагать преимущества, о которых говорилось выше. Например, если картридж содержит несколько нагревательных элементов, но только один общий резервуар или несколько нагревательных элементов, каждый со своим собственным резервуаром, но все резервуары содержат одну и ту же жидкость, затем активируют больше или меньше нагревательных элементов, пользователь увеличивает или уменьшает количество пара, обеспеченного одной затяжкой. Аналогичным образом, если один картридж содержит несколько нагревательных элементов, каждый из которых имеет свой собственный резервуар, содержащий определенную жидкость, то включение различных нагревательных элементов (или их комбинаций) обеспечивает пользователю избирательное использование паров для различных жидкостей (или их комбинаций).
В некоторых электронных сигаретах различные катушки индукционного нагревателя и их соответствующие нагревательные элементы (независимо от того, выполняются ли они как отдельные катушки индукционного нагревателя и/или нагревательные элементы, или как часть большей приводной катушки и/или токоприемника), могут быть практически одинаковыми друг с другом, чтобы обеспечить однородную конфигурацию. Альтернативно, может быть использована гетерогенная конфигурация. Например, со ссылкой на электронную сигарету 610, как показано на фиг. 6, один картридж 630А может быть выполнен с возможностью нагревать до более низкой температуры, чем другой картридж 630В, и/или обеспечивать более низкую выходную мощность пара (путем обеспечения меньшей тепловой мощности). Таким образом, если один картридж 630А содержит основной жидкий препарат, содержащий никотин, тогда как другой картридж 630В содержит ароматизатор, то может потребоваться, чтобы картридж 630А вырабатывал больше пара, чем картридж 630В. Кроме того, рабочая температура каждого нагревательного элемента 655 может быть установлена в соответствии с типом жидкости (ми), подлежащей испарению. Например, рабочая температура должна быть достаточно высокой, чтобы испарять соответствующую жидкость (и) конкретного картриджа, но обычно не настолько высока, чтобы химически изменять структуру такой жидкости.
Существуют различные способы обеспечения различных рабочих характеристик (например, температуры) для различных комбинаций катушек индукционного нагревателя и нагревательных элементов и, тем самым, получения гетерогенной конфигурации, как описано выше. Например, физические параметры катушек индукционного нагревателя и/или нагревательных элементов могут быть изменены по мере необходимости, например, размеры, геометрия, материалы, количество обмоток катушек и т.д. Дополнительно (или альтернативно), рабочие параметры катушек индукционного нагревателя и/или нагревательных элементов могут варьироваться, например, с использованием различных частот переменного тока и/или различных величин тока питания для катушки индукционного нагревателя.
Примерные варианты осуществления, описанные выше, в основном сосредоточены на примерах, в которых нагревательный элемент (индуктивный токоприемник) имеет относительно однородный отклик на магнитные поля, генерируемые приводной катушкой индуктивного нагревателя, относительно того, как токи индуцируются в нагревательном элементе. То есть, нагревательный элемент является относительно гомогенным, что приводит к относительно равномерному индуктивному нагреву в нагревательном элементе и, следовательно, к однородной температуре по поверхности нагревательного элемента. Однако, в соответствии с некоторыми примерными вариантами осуществления изобретения, нагревательный элемент может быть сконфигурирован таким образом, чтобы различные области нагревательного элемента реагировали по-разному на индуктивный нагрев, обеспечиваемый приводной катушкой, в отношении того, сколько тепла генерируется в разных областях нагревательного элемента, когда активируется приводная катушка.
На фиг. 8 в схематичном поперечном сечении представлена примерная система 300 обеспечения аэрозоля (электронная сигарета), которая включает в себя испаритель 305, который содержит нагревательный элемент (токоприемник) 310, встроенный в окружающий капиллярный материал/матрицу. Нагревательный элемент 310 системы обеспечения аэрозоля, представленный на фиг. 8, содержит области с различной восприимчивостью к индуктивному нагреву, но помимо этого, многие аспекты конфигурации на фиг. 8 аналогичны и будут поняты из описания различных других конфигурации, описанных здесь. Когда система 300 используется и генерирует аэрозоль, поверхность нагревательного элемента 310 в областях с различной восприимчивостью нагревается до разных температур потоками индуцированного тока. Нагревание различных областей нагревательного элемента 310 до различных значений температур может быть желательным в некоторых вариантах реализации, поскольку различные компоненты исходного жидкого препарата могут аэрозолироваться/испаряться при разных температурах. Это означает, что обеспечение нагревательного элемента (токоприемника) с диапазоном различных температур может одновременно аэрозолировать ряд различных компонентов в исходной жидкости. Иными словами, различные области нагревательного элемента можно нагревать до температур, которые лучше подходят для испарения различных компонентов жидкого препарата.
Таким образом, система 300 обеспечения аэрозолем содержит блок 302 управления и картридж 304 и может быть в целом основана на любой из описанных здесь реализаций, кроме того, что имеет нагревательный элемент 310 с пространственно-неоднородной характеристикой индуктивного нагрева.
Блок управления содержит приводную катушку 306 в дополнение к схеме электропитания и управления (не показано на фиг. 8) для приведения в действие приводной катушки 306 для генерирования магнитных полей для индуктивного нагрева, как обсуждалось здесь.
Картридж 304 принимается в выемке блока 302 управления и содержит испаритель 305, содержащий нагревательный элемент 310, резервуар 312, содержащий жидкий препарат (исходную жидкость) 314, из которой должен образоваться аэрозоль путем испарения на нагревательном элементе 310, и мундштук 308, через который аэрозоль может вдыхаться, когда используется система 300. Картридж 304 имеет стеновую конфигурацию (обычно показанную на фиг. 8), которая ограничивает резервуар 312 для жидкого препарата 314, поддерживает нагревательный элемент 310 и ограничивает тракт воздушного потока через картридж 304. Жидкий препарат может подаваться из резервуара 312 посредством капиллярного действия вблизи нагревательного элемента 310 (более конкретно, вблизи поверхности испарения нагревательного элемента) для испарения в соответствии с любым из описанных здесь подходов. Тракт воздушного потока сформирован таким образом, что когда пользователь вдыхает через мундштук 308, воздух проходит через воздухозаборник 316 в корпусе блока 302 управления в картридж 304 и проходит через нагревательный элемент 310 и выходит через мундштук 308. Таким образом, часть жидкого препарата 314, испаренная нагревательным элементом 310, захватывается в воздушном потоке, проходящем через нагревательный элемент 310, и полученный аэрозоль выходит из системы 300 через мундштук 308 для вдыхания пользователем. Примерный тракт воздушного потока схематически представлен на фиг. 8 последовательностью стрелок 318. Однако будет понятно, что точная конфигурация блока 302 управления и картриджа 304, например, с учетом того, как сформирован тракт воздушного потока через систему 300, не имеет существенного значения от того, содержит ли система повторно используемый блок управления и сменный узел картриджа, и предусмотрены ли приводная катушка и нагревательный элемент, как компоненты одного или нескольких элементов системы, для принципов, лежащих в основе работы нагревательного элемента 310, имеющего неоднородную характеристику индуцированного тока (то есть, различную восприимчивость к индуцированному току, текущему от приводной катушки в разных областях), как описано здесь.
Таким образом, система 300 обеспечения аэрозоля, схематически представленная на фиг. 8, содержит в этом примере узел индукционного нагрева, содержащий нагревательный элемент 310 в картридже 304 части системы 300 и приводную катушку 306 в блоке 302 управления системы 300. При использовании (т.е. при генерировании аэрозоля) приводная катушка 306 индуцирует токовые потоки в нагревательном элементе 310 в соответствии с принципами индуктивного нагрева, как описано здесь в другом месте. Посредством использования данного принципа нагревательный элемент 310 нагревается для генерирования аэрозоля путем испарения прекурсора аэрозоля (например, жидкого препарата 314) вблизи поверхности испарения нагревательного элемента 310 (то есть, поверхности нагревательного элемента, который нагревается до температуры, достаточной для испарения соседнего прекурсора аэрозоля). Нагревательный элемент содержит области с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока от приводной катушки, так что области поверхности испарения нагревательного элемента в областях с различной восприимчивостью нагреваются до разных температур потоком тока, индуцированным приводной катушкой. Как отмечено выше, это может помочь одновременно испарять компоненты жидкого препарата, которые испаряются/аэрозолизуются при разных температурах. Существует множество различных способов, посредством которых нагревательный элемент 310 может быть выполнен с возможностью обеспечивать области с различными характеристиками индуктивного нагрева от приводной катушки (то есть, областей, которые подвергаются разным уровням нагрева/разных температур во время использования).
На фиг. 9А и фиг. 9В схематично представлены соответствующие виды сверху и поперечного сечения нагревательного элемента 330, содержащего области с различной восприимчивостью к индуцированному току в соответствии с одним примером реализации варианта осуществления изобретения. То есть, в одном примере реализации системы, схематически представленной на фиг. 8, нагревательный элемент 310 имеет конфигурацию, соответствующую нагревательному элементу 330, представленному на фиг. 9А и фиг. 9В. Вид поперечного сечения на фиг. 9В соответствует поперечному сечению нагревательного элемента 310, представленного на фиг. 8 (хотя и повернутого на 90 градусов в плоскости чертежа), и вид сверху на фиг. 9А соответствует виду нагревательного элемента вдоль направления, которое параллельно магнитному полю, создаваемому приводной катушкой 306 (то есть, параллельно продольной оси системы обеспечения аэрозоля). Поперечное сечение на фиг. 9В взято по горизонтальной линии в середине изображения, представленного на фиг. 9А.
Нагревательный элемент 330 имеет, как правило, плоскостную форму, которая в этом примере является плоской. В частности, нагревательный элемент 330 в примере на фиг. 9А и фиг. 9В обычно выполнен в виде плоского кругового диска. Нагревательный элемент 330 в этом примере симметричен относительно плоскости, показанной на фиг. 9А, тем, что она выглядит одинаково, если смотреть сверху или снизу плоскости, изображенной на фиг. 9А.
Характерная шкала нагревательного элемента может быть выбрана в соответствии с конкретной практикой, например, с учетом общей шкалы системы обеспечения аэрозоля, в которой реализован нагревательный элемент, и желаемой скорости генерации аэрозоля. Например, в одном конкретном варианте осуществления нагревательный элемент 330 может иметь диаметр около 10 мм и толщину около 1 мм. В других примерах нагревательный элемент 330 может иметь диаметр в диапазоне от 3 мм до 20 мм и толщину от около 0,1 мм до 5 мм.
Нагревательный элемент 330 содержит первую область 331 и вторую область 332, содержащую материалы, имеющие различные электромагнитные характеристики, тем самым, обеспечивая области с различной восприимчивостью к индуцированному току. Первая область 331 обычно представляет собой круглый диск, образующий центр нагревательного элемента 330, и вторая область 332 обычно представляет собой круглое кольцевое пространство, окружающее первую область 331. Первая и вторая области могут быть соединены вместе или могут поддерживаться в запрессованной компоновке. Альтернативно, первая и вторая области могут не быть присоединены друг к другу, но могут независимо поддерживаться на позиции, например, в силу того, что обе области внедрены в окружающий ватный/впитывающий материал.
В конкретном примере, представленном на фиг. 9А и фиг. 9В, предполагается, что первая и вторая области 331, 332 содержат различные композиции стали, имеющие разную восприимчивость к индуцированному току. Например, различные области могут содержать различные материалы, выбранные из группы, например, различные области могут содержать различные материалы, выбранные из группы, содержащую медь, алюминий, цинк, латунь, железо, олово и сталь, например, ANSI 304 сталь.
Конкретные материалы в любой заданной реализации могут быть выбраны с учетом различий в восприимчивости к индуцированному токовому потоку, которые подходят для обеспечения желаемых изменений температуры нагревательного элемента во время использования. Характеристика конкретной конфигурации нагревательного элемента может быть смоделирована или эмпирически испытана на этапе проектирования, чтобы обеспечить конфигурацию нагревательного элемента, имеющую требуемые рабочие характеристики, например, с точки зрения различных температур, достигаемых при нормальном использовании, и расположения областей, которые имеют разные температуры (например, с учетом размера и размещения). В этом отношении, требуемые рабочие характеристики, например, относительно желаемого диапазона температур, сами могут быть определены посредством моделирования или эмпирического тестирования с учетом характеристики и состава используемого жидкого препарата и желаемых характеристик аэрозоля.
Понятно, что нагревательный элемент 330, представленный на фиг. 9А и фиг. 9В, представляет собой лишь одну примерную конфигурацию нагревательного элемента, содержащего различные материалы для обеспечения различных областей восприимчивости к индуцированному потоку тока. В других примерах нагревательный элемент может содержать более двух областей различных материалов. Кроме того, конкретное пространственное расположение областей, содержащих различные материалы, может отличаться от общего концентрического устройства, представленного на фиг. 9А и фиг. 9В. Например, в другой реализации первая и вторая области могут содержать две половины (или другие пропорции) нагревательного элемента, например, каждая область может иметь обычно плоскую полукруглую форму.
На фиг. 10А и фиг. 10В схематично представлены соответствующие виды в плане и поперечном сечении нагревательного элемента 340, содержащего области различной восприимчивости к индуцированному потоку тока в соответствии с другой примерной реализацией варианта осуществления изобретения. Ориентации этих представлений соответствуют ориентациям, показанным на фиг. 9A и фиг. 9B, рассмотренные выше. Нагревательный элемент может содержать, например, ANSI 304 сталь и/или другой подходящий материал (т.е. материал, имеющий достаточные индуктивные свойства и стойкость к жидкой композиции), такие как медь, алюминий, цинк, латунь, железо, олово и другие марки стали.
Нагревательный элемент 340 снова имеет, как правило, плоскую форму, хотя в отличие от примера, изображенного на фиг. 9А и фиг. 9В, обычно плоскостная форма нагревательного элемента 340 не является плоской. То есть, нагревательный элемент 340 содержит волнистости (выступы/гофры), если смотреть в поперечном сечении (то есть, если смотреть перпендикулярно наибольшим поверхностям нагревательного элемента 340). Эта одна или более волнистость (и) могут быть сформированы, например, путем изгиба или штамповки плоского шаблона нагревательного элемента. Таким образом, нагревательный элемент 340 в примере на фиг. 10А и фиг. 10В обычно имеет форму волнообразного круглого диска, который в этом конкретном примере содержит одну «волну». Другими словами, характерный масштаб волны волнистости в целом соответствует диаметру диска. Однако в других реализациях, может наблюдаться большее количество волнообразных колебаний на поверхности нагревательного элемента. Кроме того, волны могут быть представлены в разных конфигурациях. Например, вместо того, чтобы перемещаться с одной стороны нагревательного элемента на другую, волнообразная волна (ы) может быть расположена концентрично, например, содержит ряд круглых гофр/гребней.
Ориентация нагревательного элемента 340 относительно магнитных полей, создаваемых приводной катушкой, когда нагревательный элемент используется в системе обеспечения аэрозоля, такова, что магнитные поля будут, в общем, перпендикулярны плоскости на фиг. 10А и, в целом, выровнены по вертикали внутри, как схематично представлено линиями В магнитного поля. Линии B поля схематически направлены вверх на фиг. 10B, но будет понятно, что направление магнитного поля будет чередоваться между направлениями вверх и вниз (или вверх и вниз) для ориентации на фиг. 10В в соответствии с изменяющимся во времени сигналом, подаваемым на приводную катушку.
Таким образом, нагревательный элемент 340 содержит места, где плоскость нагревательного элемента имеет разные углы магнитного поля, генерируемого приводной катушкой. Например, в частности, на фиг. 10В, нагревательный элемент 340 содержит первую область 341, в которой плоскость нагревательного элемента 340 обычно перпендикулярна локальному магнитному полю В, и вторую область 342, в которой плоскость нагревательного элемента 340 наклонена относительно локального магнитного поля В. Степень наклона второй области 342 будет зависеть от геометрии волнистости в нагревательном элементе 340. В примере на фиг. 10В угол максимального наклона составляет порядка около 45 градусов или около того. Конечно, будет понятно, что есть другие области нагревательного элемента вне первой области 341 и второй области 342, которые представляют еще другие углы наклона к магнитному полю.
Различные области нагревательного элемента 340, ориентированные под разными углами к магнитному полю, создаваемым приводной катушкой, обеспечивают области с различной восприимчивостью к индуцированному току и, следовательно, разные степени нагрева. Это следует из лежащей в основе физических свойств индуктивного нагрева, при котором ориентация планарного нагревательного элемента относительно индукционного магнитного поля влияет на степень индуктивного нагрева. В частности, области, в которых магнитное поле обычно перпендикулярно плоскости нагревательного элемента, будут иметь большую степень восприимчивости к индуцированным токам, чем области, в которых магнитное поле наклонено относительно плоскости нагревательного элемента.
Таким образом, в первой области 341 магнитное поле широко перпендикулярно плоскости нагревательного элемента, и поэтому эта область (которая обычно выглядит как вертикальная полоса на виде сверху на фиг. 10А) будет нагреваться до более высокой температуры, чем вторая область 342 (которая снова выглядит как вертикальная полоса на виде сверху на фиг. 10А), где магнитное поле более наклонено относительно плоскости нагревательного элемента. Другие области нагревательного элемента будут нагреваться в соответствии с углом наклона между плоскостью нагревательного элемента в этих местах и направлением локального магнитного поля.
Характерная шкала нагревательного элемента может быть снова выбрана в соответствии с конкретным вариантом осуществления, например, с учетом общего масштаба системы обеспечения аэрозолей, в которой реализован нагревательный элемент, и желаемой скорости генерации аэрозоля. Например, в одном конкретном варианте осуществления нагревательный элемент 340 может иметь диаметр около 10 мм и толщину около 1 мм. Волнистость в нагревательном элементе может быть выбрана так, чтобы обеспечить нагревательный элемент с углами наклона к магнитному полю от приводной катушки в диапазоне от 90° (т.е. перпендикулярно) до около 10 градусов или около того.
Конкретный диапазон углов наклона для разных областей нагревательного элемента к магнитному полю может быть выбран с учетом различий в восприимчивости к индуцированному току, которые подходят для обеспечения желаемых температурных изменений (профиля) через нагревательный элемент при использовании. Характеристика конкретной конфигурации нагревательного элемента (например, с учетом того, как геометрия волнистости влияет на профиль температуры нагревательного элемента) может быть смоделирована или эмпирически проверена на этапе проектирования, чтобы помочь обеспечить конфигурацию нагревательного элемента, имеющую требуемые рабочие характеристики, например, относительно различных температур, достигаемых при нормальном использовании, и пространственного расположения областей с различными температурами (например, с учетом размера и размещения).
На фиг. 11А и фиг. 11В схематично представлены соответствующие виды в плане и поперечном сечении нагревательного элемента 350, содержащего области с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока в соответствии с другой примерной реализацией варианта осуществления изобретения. Ориентации этих представлений соответствуют ориентациям, показанным на фиг. 9A и фиг. 9B, рассмотренные выше. Нагревательный элемент может содержать, например, ANSI 304 сталь и/или другой подходящий материал, такой как описано выше.
Нагревательный элемент 350 снова имеет, как правило, плоскостную форму, которая в этом примере является плоской. Более конкретно, нагревательный элемент 350 в примере на фиг. 11А и фиг. 11В обычно имеет форму плоского круглого диска, имеющего множество отверстий в нем. В этом примере множество отверстий 354 содержит четыре квадратных отверстия, проходящих через нагревательный элемент 350. Отверстия 350 могут быть сформированы, например, путем штамповки плоского шаблона для нагревательного элемента с соответствующим образом сконфигурированным пуансоном. Отверстия 354 ограничиваются стенками, которые прерывают поток индуцированного тока внутри нагревательного элемента 350, тем самым, формируя области с различной плотностью тока. В этом примере стенки могут упоминаться как внутренние стенки нагревательного элемента, поскольку они ассоциированы с отверстиями в корпусе токоприемника (нагревательный элемент). Однако, как обсуждено далее ниже в отношении фиг. 12А и фиг. 12В, в некоторых других примерах или, кроме того, аналогичная функциональность может быть обеспечена наружными стенками, ограничивающими периферию нагревательного элемента.
Характерная шкала нагревательного элемента может быть выбрана в соответствии с конкретной практикой, например, с учетом общей шкалы системы обеспечения аэрозоля, в которой реализован нагревательный элемент, и желаемой скорости генерации аэрозоля. Например, в одном конкретном варианте осуществления нагревательный элемент 350 может иметь диаметр около 10 мм и толщину около 1 мм с отверстиями, имеющими характерный размер около 2 мм. В других примерах нагревательный элемент 330 может иметь диаметр в диапазоне от 3 мм до 20 мм и толщину от около 0,1 мм до 5 мм, а одно или несколько отверстий могут иметь характерный размер от около 10% до 30% диаметра, но в некоторых случаях может быть меньше или больше.
Приводная катушка в конфигурации, показанная на фиг. 8, будет генерировать изменяющееся во времени магнитное поле, которое широко перпендикулярно плоскости нагревательного элемента и, таким образом, будет генерировать электрические поля для возбуждения индуцированного тока в нагревательном элементе, которые обычно являются азимутальными. Таким образом, в циркулярно-симметричном нагревательном элементе, как представлен на фиг. 9А, плотности индуцированного тока будут в целом однородными при разных азимутах вокруг нагревательного элемента. Однако для нагревательного элемента, который содержит стенки, которые нарушают круговую симметрию, такие как стенки, ассоциированные с отверстиями 354 в нагревательном элементе 350 на фиг. 11А, плотности тока не будут в целом равномерными при разных азимутах, но будут нарушены, тем самым, приводя к разным плотностям тока, следовательно, к разным уровням нагрева в разных областях нагревательного элемента.
Таким образом, нагревательный элемент 350 содержит места, которые более восприимчивы к индуцированному току, поскольку ток отводится стенками в эти места, что приводит к более высоким плотностям тока. Например, ссылаясь, в частности, на фиг. 11А, нагревательный элемент 350 содержит первую область 351, примыкающую к одному из отверстий 354, и вторую область 352, которая не примыкает к одному из отверстий. В общем случае плотность тока в первой области 351 будет отличаться от плотности тока во второй области 352, поскольку ток, текущий вблизи первой области 351, прерывается смежным отверстием 354. Конечно, очевидно, что описаны всего лишь две примерные области, идентифицированные для целей объяснения.
Конкретное расположение отверстий 354, которые обеспечивают стенки для прерывания противоположного потока азимутального тока, может быть выбрано с учетом различий в восприимчивости к индуцированному току нагревательного элемента, которые подходят для обеспечения желаемых изменений температуры (профиля) при использовании. Характеристика конкретной конфигурации нагревательного элемента (например, с учетом влияния отверстия на профиль температуры нагревательного элемента), может быть смоделирована или эмпирически проверена на этапе проектирования, чтобы помочь обеспечить конфигурацию нагревательного элемента, имеющую требуемые рабочие характеристики, например, относительно различных температур, достигаемых при нормальном использовании, и пространственное расположение областей с различными значениями температуры (например, относительно размера и размещения).
На фиг. 12А и фиг. 12В схематично представлены соответствующие виды в плане и поперечном сечении нагревательного элемента 360, содержащего области с различной восприимчивостью к индуцированному току в соответствии с еще одной примерной реализацией варианта осуществления изобретения. Нагревательный элемент может снова содержать, например, ANSI 304 сталь и/или другой подходящий материал, такой как обсуждалось выше. Ориентации этих представлений соответствуют ориентациям, показанным на фиг. 9A и фиг. 9B, рассмотренным выше.
Нагревательный элемент 360 снова имеет, как правило, плоскостную форму. Более конкретно, нагревательный элемент 360 в примере на фиг.12А и фиг. 12В обычно выполнен в форме плоского звездообразного диска, в этом примере, в виде пятиконечной звезды. Соответствующие точки звезды ограничиваются внешними (периферийными) стенками нагревательного элемента 360, которые не являются азимутальными (то есть, нагревательный элемент содержит стенки, простирающиеся в направлении, имеющем радиальный компонент). Поскольку периферийные стенки нагревательного элемента не параллельны направлению электрических полей, сформированными изменяющимся во времени магнитным полем приводной катушки, они действуют для прерывания токовых потоков в нагревательном элементе в целом так же, как описано выше для стенки, ассоциированной с отверстиями 354 нагревательного элемента 350, показанного на фиг. 11А и фиг. 11В.
Характерная шкала нагревательного элемента может быть выбрана в соответствии с конкретной практикой, например, с учетом общей шкалы системы обеспечения аэрозолей, в которой реализован нагревательный элемент, и желаемой скорости генерации аэрозоля. Например, в одном конкретном варианте осуществления нагревательный элемент 360 может содержать пять равномерно разнесенных точек, простирающихся от 3 мм до 5 мм от центра нагревательного элемента (то есть, соответствующие точки звезды могут иметь радиальную протяженность около 2 мм). В других примерах выступы (т.е. точки звезды в примере на фиг. 12А) могут иметь разные размеры, например, они могут простираться в диапазоне от 1 мм до 20 мм.
Как обсуждалось выше, приводная катушка в конфигурации на фиг. 8 будет генерировать изменяющееся во времени магнитное поле, которое широко перпендикулярно плоскости нагревательного элемента 360 и, таким образом, будет генерировать электрические поля для возбуждения потоков индуцированного тока в нагревательном элементе, которые обычно являются азимутальными. Таким образом, для нагревательного элемента, который содержит стенки, которые прерывают круговую симметрию, такие как наружные стенки, ассоциированные с точками звездообразного рисунка нагревательного элемента 360 на фиг. 12А, или более простую форму, такую как квадрат или прямоугольник, плотности тока не будут однородными при разных азимутах, но будут прерваны, что приведет к разной степени нагрева и, следовательно, температурам в разных областях нагревательного элемента.
Таким образом, нагревательный элемент 360 содержит места, которые имеют разные значение индуцированного тока, поскольку потоки тока прерываются стенками. Таким образом, ссылаясь, в частности, на фиг. 12А, нагревательный элемент 360 содержит первую область 361, примыкающую к одной из наружных стенок, и вторую область 362, которая не примыкает к одной из внешних стенок. Конечно, будет понятно, что это всего лишь две примерные области, идентифицированные для целей объяснения. В общем случае плотность тока в первой области 361 будет отличаться от плотности тока во второй области 362, поскольку ток, протекающий вблизи первой области 361, отклоняется/прерывается смежной неазимутальной стенкой нагревательного элемента.
Аналогично тому, как описано в других примерах конфигураций нагревательных элементов, имеющих местоположения с различной восприимчивостью к потокам индуцированного тока (т.е. области с различными характеристиками приводной катушки относительно степени индуцированного нагрева), конкретная компоновка периферийных стенок нагревательного элемента для прерывания направленного в противоположном направлении азимутального тока, могут быть выбраны с учетом различий в восприимчивости, которые подходят для обеспечения желаемых изменений температуры (профиля) при использовании. Характеристика конкретной конфигурации нагревательного элемента (например, с учетом влияния неазимутальных стенок на профиль температуры нагревательного элемента), может быть смоделирована или эмпирически проверена на этапе проектирования, чтобы обеспечить конфигурацию нагревательного элемента, имеющую желаемые рабочие характеристики, например, относительно различных температур, достигаемых при нормальном использовании, и пространственного расположения областей с разными температурами (например, относительно размера и размещения).
Понятно, что тот же самый принцип лежит в основе работы нагревательного элемента 350, представленного на фиг. 11А и фиг. 11В, и нагревательного элемента 360, представленного на фиг. 12А и фиг. 12В, в том, что места с различной восприимчивостью к индуцированным токам обеспечиваются неазимутальными краями/стенками для прерывания потоков тока. Разница между этими двумя примерами заключается в том, являются ли стенки внутренними стенками (то есть, ассоциированными с отверстиями в нагревательном элементе) или внешними стенками (то есть, ассоциированными с периферией нагревательного элемента). Кроме того, следует понимать, что конкретные конфигурации стенок, представленные на фиг. 11А и фиг. 12А, проиллюстрированы только в качестве примера, и существует множество других различных конфигураций, которые обеспечивают стенки, которые прерывают потоки тока. Например, вместо звездной конфигурации, такой как представленная на фиг. 12А, в другом примере сектор может содержать щелевые отверстия, например, удлиненные внутрь от периферии или в виде отверстий в нагревательном элементе. В более общем плане важно то, что нагревательный элемент снабжен стенками, которые не параллельны направлению электрических полей, создаваемых изменяющимся во времени магнитным полем. Таким образом, для конфигурации, в которой приводная катушка выполнена с возможностью генерировать широко однородное и параллельное магнитное поле (например, для соленоидной приводной катушки), приводная катушка простирается вдоль оси катушки, вокруг которой создается магнитное поле, генерируемое приводной катушкой, обычно имеет циркулярно-симметричную форму, но нагревательный элемент имеет форму, которая не обеспечивает круговую симметрию относительно оси катушки (в смысле несимметричности при всех поворотах, хотя при некоторых поворотах она может быть симметричной).
Таким образом, было описано выше несколько различных способов, в которых нагревательный элемент в узле индукционного нагрева системы обеспечения аэрозолей может быть снабжен областями с различной восприимчивостью к потокам индуцированного тока и, следовательно, с различной степенью нагрева, чтобы обеспечить диапазон различных температур нагревательного элемента. Как отмечено выше, это может быть желательным в некоторых сценариях для облегчения одновременного испарения различных компонентов жидкого препарата, подлежащего выпариванию с различными температурами/характеристиками испарения.
Следует принимать во внимание, что существует много вариантов обсуждаемых выше подходов и многих других способов обеспечения местоположения с различной восприимчивостью к потокам индуцированного тока.
Например, в некоторых вариантах осуществления нагревательный элемент может содержать области, имеющие различное электрическое сопротивление, чтобы обеспечить разную степень нагрева в разных областях. Это может быть обеспечено нагревательным элементом, содержащим различные материалы, имеющие различные значения электрического удельного сопротивления. В другой реализации нагревательный элемент может содержать материал, имеющий разные физические характеристики в разных областях. Например, могут быть области нагревательного элемента, имеющие разную толщину в направлении, параллельном магнитным полям, генерируемым приводной катушкой, и/или области нагревательного элемента, имеющие разную пористость.
В некоторых примерах сам нагревательный элемент может быть однородным, но приводная катушка может быть сконфигурирована так, что магнитное поле, генерируемое при использовании, изменяется по нагревательному элементу таким образом, что различные области нагревательного элемента имеют разную восприимчивость к индуцированному току, потому что магнитное поле, генерируемое на нагревательном элементе при использовании приводной катушки, имеет разные значения в разных местах.
Далее следует понимать, что в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения нагревательный элемент, имеющий характеристики, предназначенные для обеспечения областей с различной восприимчивостью к индуцированным токам, может быть обеспечен в сочетании с другими характеристиками испарителя, описанными здесь, например нагревательный элемент, имеющий разные области восприимчивости к индуцированным токам, может содержать пористый материал, выполненный с возможностью подавать жидкий препарат из источника жидкого препарата капиллярным действием для замещения жидкого препарата, испаряемого нагревательным элементом, когда он используется, и/или может быть расположен рядом с фитилем, выполненным с возможностью подавать жидкий препарат из источника жидкого препарата капиллярным действием для замещения жидкого препарата, испаряемого нагревательным элементом при использовании.
Кроме того, следует понимать, что нагревательный элемент, содержащий области, имеющие различную восприимчивость к индуцированным токам, не ограничивается использованием в системах обеспечения аэрозолей, описанных здесь, но их можно использовать более широко в узле индуктивного нагрева любой системы обеспечения аэрозолей. Соответственно, хотя различные примеры вариантов осуществления, описанные здесь, сфокусированы на двухсоставной системе обеспечения аэрозоля, содержащей повторно используемый блок 302 управления и сменный картридж 304, в других примерах нагревательный элемент, имеющий области с различной восприимчивостью, можно использовать в системе обеспечения аэрозоля, которая не включает в себя сменный картридж, но является одноразовой системой или многоразовой системой. Аналогично, хотя различные примеры осуществления, описанные здесь, сфокусированы на системе обеспечения аэрозолей, в которой приводная катушка предусмотрена в многоразовом блоке 302 управления, и нагревательный элемент предусмотрен в сменном картридже 304, в других вариантах осуществления приводная катушка также может быть предусмотрена в сменном картридже с блоком управления и картриджем, имеющим соответствующий электрический интерфейс для подачи мощности на приводную катушку.
Далее будет понятно, что в некоторых примерах реализации нагревательный элемент может включать в себя признаки из более чем одного нагревательных элементов, представленных на фиг. 9-12. Например, нагревательный элемент может содержать различные материалы (например, как описано выше со ссылкой на фиг. 9А и фиг. 9В), а также волнистости (например, как обсуждалось выше со ссылкой на фиг. 10А и фиг. 10В) и т.д. для других комбинаций признаков.
Кроме того, следует понимать, что, хотя некоторые из вышеописанных вариантов осуществления токоприемника (нагревательного элемента), имеющие области, которые по-разному реагируют на приводную катушку индуктивного нагревателя, фокусируются на прекурсоре аэрозоля, содержащем жидкий препарат, нагревательные элементы в соответствии с принципами описанные здесь, также могут быть использованы в сочетании с другими формами прекурсора аэрозоля, например твердотельными материалами и гелиевыми материалами.
Таким образом, также был описан узел индуктивного нагрева для генерирования аэрозоля из прекурсора аэрозоля в системе обеспечения аэрозолей, причем узел индуктивного нагрева содержит: нагревательный элемент; и приводную катушку, выполненную с возможностью индуцировать поток тока в нагревательном элементе для нагрева нагревательного элемента и испарения прекурсора аэрозоля вблизи поверхности нагревательного элемента, причем нагревательный элемент содержит области с различной восприимчивостью к индуцированному току из приводной катушки, поскольку при использовании поверхность нагревательного элемента в областях с различной восприимчивостью нагревается до различных температур потоком тока, создаваемым приводной катушкой.
На фиг. 13 схематично представлен в поперечном сечении узел 500 испарителя для использования в системе обеспечения аэрозоля, например, описанного выше типа в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Узел 500 испарителя содержит плоский испаритель 505 и резервуар 502 исходной жидкости 504. Испаритель 505 в этом примере содержит индуктивный нагревательный элемент 506, имеющий форму плоского диска, содержащего сталь ANSI 304 или другой подходящий материал, такой как обсуждалось выше, окруженный матрицей 508 для впитывания, содержащей непроводящий волокнистый материал, например, тканый стекловолоконный материал. Исходная жидкость 504 может содержать формулу E-жидкий препарат, обычно используемый в электронных сигаретах, например, содержащий 0-5% никотина, растворенный в растворителе, содержащий глицерин, воду и/или пропиленгликоль. Исходная жидкость может также содержать ароматизаторы. Резервуар 502 в этом примере содержит камеру для свободной исходной жидкости, но в других примерах резервуар может содержать пористую матрицу или любую другую структуру для удержания исходной жидкости до тех пор, пока она не будет доставлена в генератор/испаритель аэрозоля.
Узел 500 испарителя, показанный на фиг. 13, может, например, быть частью сменного картриджа для системы обеспечения аэрозоля видов, обсуждаемых здесь. Например, узел 500 испарителя, представленный на фиг. 13, может соответствовать испарителю 305 и резервуару 312 для исходной жидкости 314, представленному в примере системы 300 обеспечения аэрозоля на фиг. 8. Таким образом, узел 500 испарителя расположен в картридже электронного сигареты, так что, когда пользователь вдыхает через картридж/электронную сигарету, воздух втягивается через картридж и проходит поверх испаряющейся поверхности испарителя. Испаряющаяся поверхность испарителя является поверхностью, из которой испаренная исходная жидкость высвобождается в окружающий воздушный поток, и поэтому в примере на фиг. 13, является самой левой поверхностью испарителя 505. (Следует понимать, что ссылки на «левый» и «правый», а также аналогичные термины, обозначающие ориентацию, используются для обозначения ориентации, представленной на чертежах, для удобства объяснения и не предназначены для указания какой-либо конкретной ориентации для использования).
Испаритель 505 представляет собой плоскостной испаритель, имеющий, как правило, плоскую/листообразную форму. Таким образом, испаритель 505 содержит первую и вторую противоположные лицевые поверхности, соединенные периферийной кромкой, в котором размеры испарителя в плоскости первой и второй лицевых поверхностей, например длина или ширина поверхностей испарителя, больше, чем толщина испарителя (т.е. разделение между первой и второй поверхностями), например, более чем в два раза, более чем в три раза, более чем в четыре раза, более чем в пять раз или более, чем в раз 10. Следует понимать, что, хотя испаритель имеет, как правило, плоскую форму, испаритель необязательно имеет плоскую планарную форму, но может включать в себя изгибы или волнистости, например, вида, показанного для нагревательного элемента 340 на фиг. 10В. Нагревательный элемент 506 испарителя 505 представляет собой плоский нагревательный элемент такой, как испаритель 505, представляет собой плоский испаритель.
Для обеспечения конкретного примера узел 505 испарителя, схематически представленный на фиг. 13, имеет обычно кругово-симметричное расположение относительно горизонтальной оси через центр и в плоскости поперечного сечения, представленного на фиг. 13, и иметь характерный диаметр около 12 мм и длину около 30 мм, причем испаритель 505 имеет диаметр около 11 мм и толщину около 2 мм, и нагревательный элемент 506 имеет диаметр около 10 мм и толщиной около 1 мм. Однако будет понятно, что другие размеры и формы узла испарителя могут быть приняты в соответствии с вариантом осуществления, например, с учетом общего размера системы обеспечения аэрозоля. Например, некоторые другие реализации могут принимать значения в диапазоне от 10% до 200% от этих примерных значений.
Резервуар 502 для исходной жидкости (e-жидкость) 504 ограничен корпусом, содержащим участок корпуса (как показано на фиг. 13), который может, например, содержать одну или несколько пластиковых формованных элементов, которые обеспечивает боковую стенку и торцевую стенку резервуара 502, тогда как испаритель 505 обеспечивает другую торцевую стенку резервуара 502. Испаритель 505 может удерживаться на месте в пределах участка корпуса резервуара несколькими различными способами. Например, испаритель 505 может быть запрессован и/или приклеен на конце участка корпуса резервуара. В качестве альтернативы или, кроме того, может быть предусмотрен отдельный механизм фиксации, например, может быть использовано подходящее зажимное приспособление.
Таким образом, узел 502 испарителя на фиг. 13 может составлять часть системы обеспечения аэрозоля для генерирования аэрозоля из исходной жидкости, причем система обеспечения аэрозоля содержит резервуар исходной жидкости 504 и плоский испаритель 505, содержащий плоский нагревательный элемент 506. Используя испаритель 505 и, в частности, в примере на фиг. 13, впитывающий материал 508, окружающий нагревательный элемент 506, в контакте с исходной жидкостью 504 в резервуаре 502, испаритель вытягивает исходную жидкость из резервуара в область испарения поверхность испарителя посредством капиллярного действия. Катушка индукционного нагревателя системы обеспечения аэрозоля, в которой предусмотрен узел 500 испарителя, выполнена с возможностью индуцировать ток в нагревательном элементе 506 для индуктивного нагрева нагревательного элемента и, таким образом, испарять часть исходной жидкости вблизи поверхности испарителя, тем самым, высвобождая испаренную исходную жидкость в воздух, протекающий вокруг поверхности испарителя.
Конфигурация, представленная на фиг. 13, в которой испаритель содержит в целом плоскостную форму, содержащую в целом плоский нагревательный элемент с индуктивным нагревом и выполненный с возможностью подавать исходную жидкость на поверхность испарителя, обеспечивая простую, но эффективную конфигурацию для подачи исходной жидкости в индуктивно нагреваемый испаритель, описанных здесь типов. В частности, использование обычно плоского испарителя обеспечивает конфигурацию, которая может иметь относительно большую поверхность для испарения с относительно небольшой тепловой массой. Это может помочь обеспечить более быстрое время нагрева, когда инициируется генерация аэрозоля, и более быстрое время охлаждения, когда прекращается генерация аэрозоля. Более быстрое время нагрева может быть желательным в некоторых сценариях для сокращения времени ожидания пользователя, и в некоторых сценариях может потребоваться более быстрое время охлаждения, чтобы избежать остаточного тепла в испарителе из-за продолжающейся генерации аэрозоля после того, как пользователь перестает вдыхать. Такая продолжающаяся генерация аэрозоля в действительности представляет собой неэффективный расход исходной жидкости и мощности и может привести к конденсации исходной жидкости в системе обеспечения аэрозоля.
В примере на фиг. 13 испаритель 505 включает в себя непроводящий пористый материал 508 для обеспечения функции извлечения исходной жидкости из резервуара на поверхность испарения посредством капиллярного действия. В этом случае нагревательный элемент 506 может, например, содержать непористый проводящий материал, такой как твердотельный диск. Однако в других вариантах исполнения нагревательный элемент 506 может также содержать пористый материал, так что он также способствует подаче исходной жидкости из резервуара на поверхность испарения. В испарителе 505, представленном на фиг. 13, пористый материал 508 полностью окружает нагревательный элемент 506. В этой конфигурации участки пористого материала 508 по обе стороны нагревательного элемента 506 могут рассматриваться как обеспечивающие различную функциональность. В частности, участок пористого материала 508 между нагревательным элементом 506 и исходной жидкостью 504 в резервуаре 502 может в первую очередь обеспечивать извлечение исходной жидкости из резервуара в окрестности поверхности испарения испарителя, тогда как участок пористого материала 508 на противоположной стороне нагревательного элемента (т.е. на фиг. 13) может поглощать исходную жидкость, которая была извлечена из резервуара, в окрестности поверхности испарения испарителя, чтобы хранить/удерживать исходную жидкость вблизи поверхности испарения испарителя для последующего испарения.
Таким образом, в примере на фиг. 13 поверхность испарения испарителя содержит, по меньшей мере, участок самой левой поверхности испарителя, и исходная жидкость извлекается из резервуара в область поверхности испарения посредством контакта с правой поверхностью испарителя. В примерах, где нагревательный элемент содержит твердотельный материал, капиллярный поток исходной жидкости на поверхность испарения может проходить через пористый материал 508 на периферийной кромке нагревательного элемента 506 для достижения поверхности испарения. В примерах, где нагревательный элемент содержит пористый материал, капиллярный поток исходной жидкости на поверхность испарения может дополнительно проходить через нагревательный элемент 506.
На фиг. 14 схематично изображен в поперечном сечении узел 510 испарителя для использования в системе обеспечения аэрозоля, например описанного выше типа, в соответствии с некоторыми другими вариантами осуществления настоящего изобретения. Различные аспекты узла 510 испарителя, показанного на фиг. 14, аналогичны и будут понятны из соответствующих пронумерованных элементов узла 500 испарителя, представленного на фиг. 13. Однако узел 510 испарителя отличается от узла 500 испарителя наличием дополнительного испарителя 515, предусмотренного на противоположном конце резервуара 512 для исходной жидкости 504 (т.е. испаритель и дополнительный испаритель разделены вдоль продольной оси системы обеспечения аэрозоля). Таким образом, основной корпус резервуара 512 (показанный на фиг. 14) содержит то, что на самом деле является трубкой, которая закрыта с обоих концов стенками, обеспечиваемыми первым испарителем 505, как обсуждалось выше в отношении фиг. 13, и вторым испарителем 515, который, по существу, идентичен испарителю 505 на другом конце резервуара 512. Таким образом, второй испаритель 515 содержит нагревательный элемент 516, окруженный пористым материалом 518, таким же образом, как испаритель 505 содержит нагревательный элемент 506, окруженный пористым материалом 508. Функциональность второго испарителя 515 является такой, как описано выше, как показано на фиг. 13 для испарителя 505, единственным отличием является конец резервуара 504, с которым соединен испаритель. Подход, показанный на фиг. 14, может быть использован для генерирования больших объемов пара, поскольку соответствующим образом сконфигурированный тракт воздушного потока проходит через оба испарителя 505, 515, что обеспечивает большая площадь поверхности испарения (фактически удваивает площадь поверхности испарения, испарителя, показанную на фиг. 13).
В конфигурациях, в которых система обеспечения аэрозоля содержит несколько испарителей, например, как показано на фиг. 14, соответствующие испарители могут приводиться в действие одинаковыми или отдельными катушками индукционного нагревателя. То есть, в некоторых примерах одна катушка индукционного нагрева может работать одновременно, чтобы индуцировать токовые потоки в нагревательных элементах нескольких испарителей, тогда как в некоторых других примерах соответствующие из множества испарителей могут быть ассоциированы с отдельными и независимыми индуктивными катушками индукционного нагревателя, тем самым, позволяя различным из множества испарителей управляться независимо друг от друга.
В примерах узлов 500, 510 испарителя, представленных на фиг. 13 и фиг. 14, соответствующие испарители 505, 515 снабжены исходной жидкостью, контактирующей с плоской поверхностью испарителя. Однако в других примерах испаритель может снабжаться исходной жидкостью, находящейся в контакте с периферийным краевым участком испарителя, например, в обычно кольцевой конфигурации, такой как показано на фиг. 15.
Таким образом, фиг. 15 схематически изображает в поперечном сечении узел 520 испарителя для использования в системе обеспечения аэрозоля в соответствии с некоторыми другими вариантами осуществления настоящего изобретения. Аспекты узла 520 испарителя, показанного на фиг. 15, которые аналогичны и будут понятны из соответствующих аспектов примерных узлов испарителя, представленных на других чертежах, в дальнейшем не рассматриваются в интересах краткости.
Узел 520 испарителя, представленный на фиг. 15, снова содержит обычно плоский испаритель 525 и резервуар 522 для исходной жидкости 524. В этом примере резервуар 522 имеет, в общем, кольцевое поперечное сечение в области узла 520 испарителя с испарителем 525 установленный в центральной части резервуара 522 таким образом, что наружная периферия испарителя 525 простирается через стенку корпуса резервуара (схематично показано на фиг. 15), чтобы контактировать с жидкостью 524 в резервуаре. Испаритель 525 в этом примере содержит индуктивный нагревательный элемент 526 формы плоского кольцевого диска, содержащего сталь ANSI 304, или другого подходящего материала, такого как обсуждалось выше, окруженного матрицей 528 для смачивания/впитывания, содержащей непроводящий волокнистый материал, например, тканый материал из стекловолокна. Таким образом, испаритель 525 на фиг. 15 в целом соответствует испарителю 505 на фиг. 13, за исключением того, что имеет канал 527, проходящий через центр испарителя, через который может втягиваться воздух, когда используется испаритель.
Узел 520 испарителя, показанный на фиг. 15, может, например, снова быть частью сменного картриджа для системы обеспечения аэрозоля видов, обсуждаемых здесь. Например, узел 520 испарителя, представленный на фиг. 15, может соответствовать фитилю 454, нагревательному элементу 455 и резервуару 470, представленному в примерной системе обеспечения аэрозоля/электронной сигарете 410, показанной на фиг. 4. Таким образом, узел 520 испарителя представляет собой секцию картриджа электронной сигареты, так что, когда пользователь вдыхает через картридж/электронную сигарету, воздух проходит через картридж и через канал 527 в испарителе 525. Поверхность испарения испарителя является поверхностью, с которой испаряется исходная жидкость высвобождаемая в проходящий воздушный поток, и поэтому в примере на фиг. 15, соответствует поверхностям испарителя, которые подвергаются воздействию воздушного тракта через центр узла 520 испарителя
Для обеспечения конкретного примера испаритель 525, схематически представленный на фиг. 15, имеет характерный диаметр около 12 мм и толщину около 2 мм, причем канал 527 имеет диаметр 2 мм. Нагревательный элемент 526 имеет диаметр около 10 мм и толщину около 1 мм с отверстием диаметром 4 мм вокруг канала. Тем не менее, будет понятно, что другие размеры и формы испарителя могут быть использованы в соответствии с вариантом осуществления. Например, некоторые другие реализации могут принимать значения в диапазоне от 10% до 200% от этих примерных значений.
Резервуар 522 для исходной жидкости (e-жидкость) 524 ограничен корпусом, содержащим участок корпуса (показанный штриховкой на фиг. 15), который может, например, содержать один или несколько пластиковых формованных элементов, которые обеспечивают, в общем, трубчатую внутреннею стенку резервуара, в котором установлен испаритель, так что периферийная кромка испарителя 525 проходит через внутреннюю трубчатую стенку корпуса резервуара для контакта с исходной жидкостью 524. Испаритель 525 может удерживаться на месте посредством участка корпуса резервуара различными способами. Например, испаритель 525 может быть впрессован и/или приклеен в соответствующем отверстии в участке корпуса резервуара. В качестве альтернативы или дополнительно, может быть предусмотрен отдельный механизм фиксации, например, может быть предусмотрено подходящее зажимное приспособление. Отверстие в корпусе резервуара, в которое принимается испаритель, может быть слегка уменьшено по сравнению с испарителем, поэтому, присущее пористому материалу 528 свойство сжимаемости, помогает герметизировать отверстие в корпусе резервуара, предотвращая утечку жидкости.
Таким образом, как и в узлах испарителей, показанные на фиг. 13 и фиг. 14, узел 522 испарителя на фиг. 15 может составлять часть системы обеспечения аэрозоля для генерирования аэрозоля из исходной жидкости, содержащей резервуар для исходной жидкости 524, и плоский испаритель 525, содержащий плоский нагревательный элемент 526. Благодаря наличию испарителя 525 и, в частности, в примере на фиг. 15, пористый впитывающий материал 528, окружающий нагревательный элемент 526, в контакте с исходной жидкостью 524 в резервуаре 522 на периферии испарителя, испаритель 525 подает исходную жидкость из резервуара в область поверхности испарения испарителя посредством капиллярного действия. Катушка индукционного нагревателя системы обеспечения аэрозоля, в которой предусмотрен узел 520 испарителя, способна индуцировать поток тока в плоском кольцевом нагревательном элементе 526 для индуктивного нагрева нагревательного элемента и, таким образом, для испарения части исходной жидкости вблизи поверхности испарения испарителя, тем самым, высвобождая испаренную исходную жидкость в воздушный поток, протекающий через центральную трубку, ограниченную резервуаром 522 и каналом 527, через испаритель 525.
Конфигурация, представленная на фиг. 15, в которой испаритель содержит, в общем, плоскостную форму, содержащую, в общем, индуктивно нагретый плоскостной нагревательный элемент и выполненный с возможностью извлекать исходную жидкость на поверхность испарения испарителя, обеспечивает простую, но эффективную конфигурацию для извлечения исходной жидкости на индуктивно нагретый испаритель, описанных здесь типов, имеющий обычно кольцевой резервуар для жидкости.
В примере на фиг. 15 испаритель 525 включает в себя непроводящий пористый материал 528 для обеспечения функции извлечения исходной жидкости из резервуара на поверхность испарения посредством капиллярного действия. В этом случае нагревательный элемент 526 может, например, содержать непористый материал, такой как твердотельный диск. Однако в других вариантах исполнения нагревательный элемент 526 может также содержать пористый материал, так что он также способствует впитыванию исходной жидкости из резервуара на поверхность испарения.
Таким образом, в примере на фиг. 15 поверхность испарения испарителя содержит, по меньшей мере, участок каждой из левой и правой поверхностей испарителя и, в котором исходная жидкость подается из резервуара в область поверхности испарения через контакт, по меньшей мере, с участком периферийной кромки испарителя. В примерах, где нагревательный элемент содержит пористый материал, капиллярный поток исходной жидкости на поверхность испарения может дополнительно проходить через нагревательный элемент 526.
На фиг. 16 схематично представлен в поперечном сечении блок 530 испарителя для использования в системе обеспечения аэрозоля, например, описанного выше типа, в соответствии с некоторыми другими вариантами осуществления настоящего изобретения. Различные аспекты узла 530 испарителя, показанные на фиг. 16, аналогичны и будут понятны из соответствующих элементов узла 520 испарителя, представленного на фиг. 15. Однако узел 530 испарителя отличается от узла 520 испарителя наличием двух испарителей 535А, 535В, находящихся на разных продольных позициях вдоль центрального канала через корпус 532 резервуара, содержащий исходную жидкость 534. Соответствующие испарители 535А, 535В содержат нагревательный элемент 536А, 536В, окруженный пористым материалом 538А, 538В с капиллярным эффектом. Соответствующие испарители 535A, 535B и способ их взаимодействия с исходной жидкостью 534 в резервуаре 532 могут соответствовать испарителю 525, представленному на фиг.15, и способу, которым этот испаритель взаимодействует с исходной жидкостью 524 в резервуаре 522. Функциональность и назначение для обеспечения нескольких испарителей в примере, представленном на фиг. 16, могут быть в целом такими же, как обсуждалось выше, в отношении узла 510 испарителя, содержащего множество испарителей, представленных на фиг. 14.
На фиг. 17 схематично изображен в поперечном сечении блок 540 испарителя для использования в системе обеспечения аэрозоля, например, описанного выше типа, в соответствии с некоторыми другими вариантами осуществления настоящего изобретения. Различные аспекты испарителя 540, показанные на фиг. 17, аналогичны и будут понятны из соответствующих пронумерованных элементов узла 500 испарителя на фиг. 13. Однако блок 540 испарителя отличается от узла 500 испарителя наличием модифицированного испарителя 545 по сравнению с испарителем 505 на фиг. 13. В частности, в то время как в испарителе 505 на фиг. 13 нагревательный элемент 506 окружен пористым материалом 508 на обеих сторонах, в примере на фиг. 17 испаритель 545 содержит нагревательный элемент 546, который только окружен пористым материалом 548 с одной стороны и, в частности, стороной, обращенной к исходной жидкости 504 в резервуаре 502. В этой конфигурации нагревательный элемент 546 содержит пористый проводящий материал, такой как, полотно из стальных волокон, и поверхность испарения испарителя представляет собой обращенную наружу (т.е. показанную слева на фиг. 17) поверхность нагревательного элемента 546. Таким образом, исходная жидкость 504 может быть извлечена из резервуара 502 на поверхность испарения испарителя посредством капиллярного действия через пористый материал 548 и пористый нагревательный элемент 546. Работа электронной системы обеспечения аэрозоля, вмещающая в себя испаритель, показанный на фиг. 17, может в остальной части быть такой, как описано здесь в отношении другой системы индукционного нагрева на основе индукционного нагрева.
На фиг. 18 схематично представлен в поперечном сечении узел 550 испарителя для использования в системе обеспечения аэрозоля, например, описанного выше типа, в соответствии с некоторыми другими вариантами осуществления настоящего изобретения. Различные аспекты узла 550 испарителя, показанные на фиг. 18, аналогичны и будут понятны из соответствующих пронумерованных элементов узла 500 испарителя, представленного на фиг. 13. Однако узел 550 испарителя отличается от узла 500 испарителя наличием модифицированного испарителя 555 по сравнению с испарителем 505 на фиг. 13. В частности, в то время как в испарителе 505 на фиг. 13 нагревательный элемент 506 окружен пористым материалом 508 на обеих сторонах, в примере на фиг. 18 испаритель 555 содержит нагревательный элемент 556, который только окружен пористым материалом 558 с одной стороны и, в частности, на стороне, обращенной от исходной жидкости 504 в резервуаре 502. Нагревательный элемент 556 снова содержит пористый проводящий материал, такой как агломерированный/стальную сетку материал. Нагревательный элемент 556 в этом примере выполнен с возможностью простираться по всей ширине отверстия в корпусе резервуара 502, чтобы обеспечить пористое уплотнение, и может удерживаться на месте посредством запрессовки в отверстии корпуса резервуара и/или приклеивания на месте и/или включают в себя отдельный механизм зажима. Пористый материал 558 фактически обеспечивает поверхность испарения для испарителя 555. Таким образом, исходная жидкость 504 может быть подана из резервуара 502 на поверхность испарения испарителя посредством капиллярного действия через пористый нагревательный элемент 556. Работа электронного устройства система обеспечения аэрозоля, включающая в себя испаритель, показанный на фиг. 18, может в остальной части быть такой, как описано здесь в отношении другой системы индукционного нагрева.
На фиг. 19 схематично представлен в поперечном сечении блок 560 испарителя для использования в системе обеспечения аэрозоля, например, описанного выше типа, в соответствии с некоторыми другими вариантами осуществления настоящего изобретения. Различные аспекты узла 560 испарителя, показанные на фиг. 19, аналогичны и будут понятны из соответственно пронумерованных элементов узла 500 испарителя, представленного на фиг. 13. Однако узел 560 испарителя отличается от узла 500 испарителя наличием модифицированного испарителя 565 по сравнению с испарителем 505 на фиг. 13. В частности, в то время как в испарителе 505 на фиг. 13 нагревательный элемент 506 окружен пористым материалом 508, в примере на фиг. 19 испаритель 565 состоит из нагревательного элемента 566 без какого-либо окружающего пористого материала. В этой конфигурации нагревательный элемент 566 снова содержит пористый проводящий материал, такой как, агломерированный материал/сетчатой стали. Нагревательный элемент 566 в этом примере выполнен с возможностью проходить по всей ширине отверстия в корпусе резервуара 502, чтобы обеспечить то, что на самом деле является пористым уплотнением, и может удерживаться на месте посредством запрессовки в отверстии корпуса резервуара и/или склеивания на месте и/или включают в себя отдельный механизм зажима. Нагревательный элемент 546 фактически обеспечивает поверхность испарения для испарителя 565, а также обеспечивает функцию извлечения исходной жидкости 504 из резервуара 502 на поверхность испарения испарителя капиллярным действием. Работа электронной системы обеспечения аэрозоля, включающая в себя испаритель, показанный на фиг. 19, может быть в общем случае такой, как описано здесь, в отношении других систем обеспечения аэрозоля на основе индукционного нагрева.
На фиг. 20 схематично изображен в поперечном сечении узел 570 испарителя для использования в системе обеспечения аэрозоля, например, описанного выше типа, в соответствии с некоторыми другими вариантами осуществления настоящего изобретения. Различные аспекты узла 570 испарителя, показанного на фиг. 20, аналогичны и будут понятны из соответственно пронумерованных элементов узла 520 испарителя, представленного на фиг. 15. Однако узел 570 испарителя отличается от узла 520 испарителя наличием модифицированного испарителя 575 по сравнению с испарителем 525 на фиг. 15. В частности, в то время как в испарителе 525 на фиг. 15 нагревательный элемент 526 окружен пористым материалом 528, в примере на фиг. 20 испаритель 575 состоит из нагревательного элемента 576 без какого-либо окружающего пористого материала. В этой конфигурации нагревательный элемент 576 снова содержит пористый проводящий материал, такой как агломерированный материал/сетчатой стали. Поверхность нагревательного элемента 576 выполнена с возможностью простираться в отверстие соответствующего размера в корпусе резервуара 522 для обеспечения контакта с жидким препаратом, и может удерживаться на месте прижимным приспособлением и/или клеем и/или зажимным механизмом. Нагревательный элемент 546 фактически обеспечивает поверхность испарения для испарителя 575, а также обеспечивает функцию извлечения исходной жидкости 524 из резервуара 522 на поверхность испарения испарителя капиллярным действием. Работа электронной системы обеспечения аэрозоля, включающая в себя испаритель, показанная на фиг. 20, может быть в общем случае такой, как описано здесь, в отношении других систем обеспечения аэрозоля на основе индукционного нагрева.
Таким образом, на фиг. 13 - 20 показан ряд различных примерных механизмов подачи жидкости для использования в испарителе индуктивного нагревателя электронной системы обеспечения аэрозоля, таком как электронная сигарета. Понятно, что в этом примере изложены принципы, которые могут быть приняты в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, и в других вариантах осуществления могут быть предусмотрены различные устройства, которые включают в себя эти и подобные принципы. Например, будет понятно, что конфигурации не обязательно должны быть циркулярно-симметричными, но в целом могут принимать другие формы и размеры в соответствии с вариантом реализации. Также будет понятно, что различные признаки разных конфигураций могут быть объединены. Например, в то время как на фиг. 15 испаритель установлен на внутренней стенке резервуара 522, в другом примере на кольцевом резервуаре может быть установлен кольцеобразный испаритель в целом. То есть, это можно назвать конфигурацией «концевой крышки», показанной на фиг. 13, также можно использовать для кольцевого резервуара, при этом, торцевая крышка содержит кольцевое кольцо, а не кольцевой диск, такой как в примере на фиг. 13, 14 и 17-19. Кроме того, будет понятно, что примерные испарители, показанные на фиг. 17, 18, 19 и 20 могут быть одинаково использованы в узле испарителя, содержащем множество испарителей, например, показанных на фиг. 15 и фиг. 16.
Кроме того, следует принять во внимание, что узлы испарителя такого типа, как показанные на фиг. 13-20, не ограничиваются использованием в системах обеспечения аэрозоля, описанных здесь, но могут использоваться более широко в любой системе обеспечения аэрозоля на основании индукционного нагрева. Соответственно, хотя различные примеры осуществления, описанные здесь, сфокусированы на двухблочной системе обеспечения аэрозоля, содержащей повторно используемый блок управления и сменный картридж, в других примерах испаритель, описанный здесь со ссылкой на фиг. 13-20, может использоваться в системе обеспечения аэрозоля, которая не включает в себя сменный картридж, но представляет собой цельную одноразовую систему или многоразовую систему.
Кроме того, следует понимать, что в соответствии с некоторыми примерами реализации нагревательный элемент примеров узлов испарителя, рассмотренных выше со ссылкой на фиг. 13-20, может соответствовать любому из приведенных выше примерных нагревательных элементов, например, по отношению к фиг. 9-12. То есть, компоновки, показанные на фиг. 13-20, могут включать в себя нагревательный элемент, имеющий неравномерную характеристику индуктивного нагрева, как обсуждалось выше.
Таким образом, была описана система обеспечения аэрозоля для генерирования аэрозоля из исходной жидкости, причем система обеспечения аэрозоля содержит: резервуар для исходной жидкости; плоскостной испаритель, содержащий плоскостной нагревательный элемент, в котором испаритель выполнен с возможностью извлекать исходную жидкость из резервуара в область поверхности испарения испарителя посредством капиллярного действия; и катушку индукционного нагревателя, способную индуцировать поток тока в нагревательном элементе, чтобы индуцировано нагревать нагревательный элемент и, таким образом, испарять часть исходной жидкости вблизи поверхности испарения испарителя. В некотором примере испаритель дополнительно содержит пористый ватный/впитывающий материал, например, электрически непроводящий волокнистый материал, по меньшей мере, частично окружающий плоский нагревательный элемент (токоприемник) и находящийся в контакте с исходной жидкостью из резервуара, чтобы обеспечить или, по меньшей мере, способствовать функции подачи исходной жидкости из резервуара в область поверхности испарения испарителя. В некоторых примерах плоский нагревательный элемент (токоприемник) может сам содержать пористый материал, чтобы обеспечить или, по меньшей мере, способствовать выполнению функции подачи исходной жидкости из резервуара в область поверхности испарения испарителя.
С целью рассмотрения различных вопросов и усовершенствования уровня техники, настоящее изобретение иллюстрирует в качестве примера различные варианты осуществления, в которых заявленное изобретение (и) может быть реализовано на практике. Преимущества и признаки настоящего изобретения представляют собой только примерную выборку вариантов осуществления и не являются исчерпывающими и/или исключительными. Они представлены только с целью содействия понимания заявленного изобретения(ий). Следует понимать, что преимущества, варианты осуществления, примеры, функции, признаки, структуры и/или другие аспекты изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретение, как определено формулой изобретения, или ограничивающие эквиваленты формулы изобретения, и что могут быть использованы другие варианты осуществления и могут быть сделаны изменения без отхода от объема формулы изобретения. Различные варианты осуществления могут соответственно содержать, состоять из или состоять, по существу, из различных комбинаций раскрытых элементов, компонентов, признаков, частей, этапов, средств и т.д., отличных от тех, которые конкретно описаны здесь, и поэтому будет понятно, что признаки зависимых пунктов формулы изобретения могут быть объединены с признаками независимых пунктов формулы изобретения в комбинациях, отличных от тех, которые явно указаны в формуле изобретения. Настоящее изобретение может включать в себя другие изобретения, не заявленные в настоящее время, но которые могут быть заявлены в будущем.
Изобретение относится к табачной промышленности. Узел индукционного нагрева для генерирования аэрозоля из прекурсора аэрозоля в системе обеспечения аэрозоля содержит токоприемник и приводную катушку, выполненную с возможностью индуцировать поток тока в токоприемнике для его нагрева и испарения прекурсора аэрозоля в непосредственной близости от поверхности токоприемника. Токоприемник содержит области (331, 332) с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока от приводной катушки. При использовании токоприемника его области с различной восприимчивостью нагревают до различных температур потоком тока, индуцированным приводной катушкой. Технический результат - уменьшение себестоимости электронных табачных изделий. 5 н. и 17 з.п. ф-лы, 27 ил.
1. Узел индукционного нагрева для генерирования аэрозоля из прекурсора аэрозоля в системе обеспечения аэрозоля, содержащий:
токоприемник; и
приводную катушку, выполненную с возможностью индуцировать поток тока в токоприемнике для нагрева токоприемника и испарения прекурсора аэрозоля в непосредственной близости от поверхности токоприемника,
в котором токоприемник содержит области с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока от приводной катушки, так что при использовании поверхность токоприемника в областях с различной восприимчивостью нагревают до различных температур потоком тока, индуцированным приводной катушкой.
2. Узел по п. 1, в котором области с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока обеспечены областями токоприемника, содержащими различные материалы.
3. Узел по п. 1, в котором материалы выбраны из группы, содержащей медь, алюминий, цинк, латунь, железо, олово и сталь.
4. Узел по любому из пп. 1-3, в котором токоприемник имеет в целом плоскостную форму и в котором области с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока обеспечены областями, в которых обычно плоскостная форма токоприемника ориентирована под различными углами к магнитному полю, сформированному приводной катушкой во время использования.
5. Узел по п. 4, в котором обычно плоскостная форма токоприемника содержит одну или несколько волнообразных неровностей, чтобы обеспечить области, в которых токоприемник ориентирован под различными углами к магнитному полю, создаваемому приводной катушкой во время использования.
6. Узел по любому из пп. 1-5, в котором области с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока от приводной катушки ограничены стенкой токоприемника, которая не параллельна направлению индуцированного потока тока, тем самым прерывая поток индуцированных токов в токоприемнике для формирования области с различной плотностью тока.
7. Узел по п. 6, в котором стенка представляет собой внешнюю стенку токоприемника.
8. Узел по п. 6 или 7, в котором стенка представляет собой внутреннюю стенку токоприемника, ассоциированную с отверстием в токоприемнике.
9. Узел по любому из пп. 1-8, в котором приводная катушка простирается вдоль оси катушки, вокруг которой магнитное поле, генерируемое приводной катушкой, при использовании, обычно является циркулярно-симметричным, и в котором токоприемник не является циркулярно-симметричным относительно оси катушки.
10. Узел по любому из пп. 1-9, в котором области с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока обеспечены областями токоприемника, имеющими различные значения удельного электрического сопротивления.
11. Узел по любому из пп. 1-10, в котором области с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока обеспечены областями токоприемника, имеющими различную толщину, вдоль направления, параллельного магнитному полю, генерируемому на токоприемнике, когда используют приводную катушку.
12. Узел по любому из пп. 1-11, в котором области с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока обеспечены областями, в которых магнитное поле, генерируемое на токоприемнике при использовании приводной катушки, имеет различную напряженность.
13. Узел по любому из пп. 1-12, в котором токоприемник имеет обычно плоскостную форму.
14. Узел по п. 13, в котором области с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока концентрически расположены в плоскости токоприемника.
15. Узел по любому из пп. 1-14, в котором прекурсор аэрозоля содержит жидкий препарат.
16. Узел по п. 15, в котором токоприемник содержит пористый материал, выполненный с возможностью переносить жидкий препарат из источника жидкого препарата посредством капиллярного действия для замещения жидкого препарата, испаряемого токоприемником во время использования.
17. Узел по п. 15 или 16, дополнительно содержащий элемент фитиля, расположенный рядом с токоприемником, при этом элемент фитиля выполнен с возможностью переносить жидкий препарат из источника жидкого препарата посредством капиллярного действия для замещения жидкого препарата, испаряемого токоприемником во время использования.
18. Система обеспечения аэрозоля, содержащая узел индукционного нагрева по любому из пп. 1-17.
19. Система по п. 18, содержащая хост-устройство и картридж, при этом хост-устройство содержит приводную катушку узла индукционного нагрева, а картридж содержит токоприемник узла индукционного нагрева.
20. Картридж для использования в системе обеспечения аэрозоля, содержащей узел индуктивного нагрева, при этом картридж содержит токоприемник, который содержит области с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока от внешней приводной катушки, так что при использовании поверхность токоприемника в областях различной восприимчивости нагревают до различных температур потоками тока, индуцированными внешней приводной катушкой.
21. Средство узла индукционного нагрева для генерирования аэрозоля из прекурсора аэрозоля в системе обеспечения аэрозоля, содержащее:
средство токоприемника; и
средство индукции, выполненное с возможностью индуцировать поток тока в средстве токоприемника для нагрева средства токоприемника и испарения прекурсора аэрозоля в непосредственной близости от поверхности средства токоприемника,
в котором средство токоприемника содержит области с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока от средства индукции, так что при использовании поверхность средства токоприемника в областях различной восприимчивости нагревают до различных температур потоком тока, индуцированным средством индукции.
22. Способ генерирования аэрозоля из прекурсора аэрозоля, включающий в себя следующие этапы:
обеспечение узла индукционного нагрева, содержащего токоприемник и приводную катушку, выполненную с возможностью индуцировать поток тока в токоприемнике, в котором токоприемник содержит области с различной восприимчивостью к индуцированному потоку тока от приводной катушки, так что поверхность токоприемника в областях с различной восприимчивостью нагревают до различных температур потоками тока, индуцированными приводной катушкой, и
использование приводной катушки для индукции токов в токоприемнике для нагрева токоприемника и испарения прекурсора аэрозоля в непосредственной близости с поверхностью токоприемника для генерирования аэрозоля.
| WO 2014048745 A1, 03.04.2014 | |||
| WO 2013083638 A1, 13.06.2013 | |||
| БЕЗДЫМНЫЙ ЗАМЕНИТЕЛЬ СИГАРЕТЫ | 2007 |
|
RU2450780C2 |
