МНОГОСЛОЙНЫЙ СУСЦЕПТОР В СБОРЕ ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА СУБСТРАТА, ОБРАЗУЮЩЕГО АЭРОЗОЛЬ Российский патент 2022 года по МПК A24F47/00 

Настоящее изобретение относится к многослойному токоприемнику (сусцептору) в сборе для индукционного нагрева субстрата (материала), образующего аэрозоль, а также к изделию, генерирующему аэрозоль, содержащему такой многослойный токоприемник (сусцептор) в сборе и подлежащий нагреву субстрат, образующий аэрозоль.

Изделия, генерирующие аэрозоль, которые содержат субстрат, образующий аэрозоль, для образования вдыхаемого аэрозоля при нагреве, общеизвестны из уровня техники. Для нагрева субстрата изделие, генерирующее аэрозоль, может быть размещено в устройстве, генерирующем аэрозоль, содержащем электрический нагреватель. Нагреватель может представлять собой индукционный нагреватель, содержащий индукционный источник. Индукционный источник генерирует переменное электромагнитное поле, которое вызывает вихревые токи, генерирующие тепло, и/или потери на гистерезис в токоприемнике (сусцепторе). Сам токоприемник (сусцептор) находится в тепловой близости к подлежащему нагреву субстрату, образующему аэрозоль. В частности, токоприемник может быть включен в изделие в непосредственном физическом контакте с субстратом, образующим аэрозоль.

Для регулирования температуры субстрата предложены двухслойные токоприемники в сборе, содержащие первый и второй слои, выполненные из первого и второго материала токоприемника (сусцептора), соответственно. Первый материал токоприемника оптимизирован в отношении потери тепла и, таким образом, эффективности нагрева. В отличие от этого второй материал токоприемника используют в качестве температурного маркера. Для этого второй материал токоприемника (сусцептора) выбран таким образом, чтобы иметь температуру Кюри ниже, чем температура Кюри первого материала токоприемника, но соответствующую заданной температуре нагрева токоприемника в сборе. Магнитная проницаемость второго токоприемника (сусцептора) при его температуре Кюри падает до единицы, приводя к изменению его магнитных свойств из ферромагнитных в парамагнитные, что сопровождается временным изменением его электрического сопротивления. Таким образом, путем наблюдения за соответствующим изменением электрического тока, поглощаемого индукционным источником, можно выявить, когда второй материал токоприемника (сусцептора) достиг своей температуры Кюри и, таким образом, когда достигнута заданная температура нагрева.

Хотя такие двухслойные токоприемники (сусцепторы) в сборе обеспечивают хорошую регулируемость температуры нагрева, нежелательные деформации слоистой структуры были обнаружены во время или после обработки токоприемника (сусцептора) в сборе. Аналогично нежелательные деформации слоистой структуры также были обнаружены во время использования токоприемника (сусцептора) в сборе для индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль.

Следовательно, было бы желательно получить многослойный токоприемник (сусцептор) в сборе для индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, с преимуществами решений из известного уровня техники, но без их ограничений. В частности, было бы желательно получить многослойный токоприемник (сусцептор) в сборе с улучшенной стабильностью размеров.

Согласно настоящему изобретению предложен многослойный токоприемник (сусцептор) в сборе для индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, который содержит по меньшей мере первый слой и второй слой, плотно присоединенный к первому слою. Первый слой содержит первый материал токоприемника. Второй слой содержит второй материал токоприемника, имеющий температуру Кюри ниже 500°C (градусов Цельсия).

Предпочтительно первый материал токоприемника выполнен с возможностью индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, и второй материал токоприемника выполнен с возможностью отслеживания температуры токоприемника в сборе. Для этого температура Кюри второго материала токоприемника предпочтительно соответствует заданной температуре нагрева токоприемника в сборе.

В контексте данного документа термин «плотно присоединенный» означает механическое соединение между двумя слоями в многослойном токоприемнике в сборе таким образом, что механическая сила может передаваться между двумя слоями, в частности в направлении, параллельном структуре слоя. Соединение может быть слоистым, двухмерным, секторным или полным соединением, то есть соединением по соответствующим противоположным поверхностям двух слоев. Соединение может быть непосредственным. В частности, два слоя, которые плотно присоединены друг к другу, могут находиться в непосредственном контакте друг с другом. Альтернативно соединение может быть опосредованным. В частности, два слоя могут быть опосредованно соединены посредством по меньшей мере одного промежуточного слоя.

Предпочтительно второй слой размещен на первом слое и плотно присоединен к нему, в частности непосредственно соединен с первым слоем.

Согласно настоящему изобретению было признано, что обработка и эксплуатация многослойного токоприемника в сборе при различных температурах могут вызвать деформации вследствие конкретных различий в тепловом расширении между различными материалами слоя. Например, обработка двухслойного токоприемника в сборе, как описано выше, может включать плотное соединение обоих материалов слоя друг с другом при заданной температуре. После соединения слоев, возможно, могут выполнять термообработку собранного токоприемника, такую как отжиг. Во время последующего изменения температуры, например, во время охлаждения токоприемника в сборе отдельные слои не могут свободно деформироваться из-за объединенной природы токоприемника в сборе. Следовательно, вследствие разных характеристик термического расширения один слой может прилагать сжимающее или растягивающее напряжение к другому слою, в частности к смежному слою. Такое сжимающее или растягивающее напряжение может вызывать наблюдаемые механическое напряжение и деформации, в частности изгиб из плоскости токоприемника в сборе.

Для противодействия этому токоприемник в сборе согласно настоящему изобретению дополнительно содержит третий слой, который плотно присоединен ко второму слою. Третий слой содержит конкретный материал, компенсирующий напряжение, и имеет конкретную толщину слоя для компенсации различий в тепловом расширении, возникающих в многослойном токоприемнике в сборе после обработки токоприемника в сборе, в частности после плотного присоединения слоев друг к другу и/или после термообработки многослойного токоприемника в сборе, так что по меньшей мере в диапазоне температуры компенсации общая тепловая деформация токоприемника в сборе по существу ограничена деформациями в плоскости, при этом диапазон температуры компенсации находится по меньшей мере в рамках от температуры, которая на 20 °C ниже температуры Кюри второго материала токоприемника, до температуры Кюри второго материала токоприемника.

В контексте данного документа термин «деформация» подразумевает изменение по форме и/или размеру токоприемника в сборе из исходной или недеформированной конфигурации в деформированную конфигурацию. «Деформация в плоскости», также называемая «натяжением в плоскости», как упоминается в данном документе, представляет собой деформацию, ограниченную плоскостью, параллельной структуре слоя многослойного токоприемника в сборе.

В контексте данного документа термин «по существу ограниченный деформациями в плоскости» подразумевает, что могут существовать малые, но незначительные деформации из плоскости в направлении, перпендикулярном структуре слоя многослойного токоприемника в сборе. Однако любые деформации из плоскости ограничены так, что кривизна в любой точке на поверхности токоприемника в сборе составляет менее 5%, в частности менее 1%, предпочтительно менее 0,5% толщины токоприемника в сборе. Предпочтительно общая тепловая деформация токоприемника в сборе ограничена деформациями в плоскости по меньшей мере в диапазоне температуры компенсации.

Соответственно, третий слой преимущественно обеспечивает сохранение исходной желаемой формы и предпочтительно также исходного желаемого размера токоприемника в сборе в направлении, перпендикулярном структуре слоя многослойного токоприемника в сборе.

В контексте данного документа термин «толщина слоя» означает размеры, проходящие между верхней и нижней сторонами слоя. Аналогично термин «толщина токоприемника в сборе» означает максимальную протяженность токоприемника в сборе в направлении, перпендикулярном структуре слоя. В контексте данного документа термины «конкретный материал, компенсирующий напряжение» и «конкретная толщина слоя» означают материал, компенсирующий напряжение и толщину слоя, которые конкретно выбраны для компенсации различий в тепловом расширении, возникающих в многослойном токоприемнике в сборе после обработки токоприемника в сборе, так что по меньшей мере в диапазоне температуры компенсации общая тепловая деформация токоприемника в сборе по существу ограничена деформациями в плоскости. Термин «конкретно выбранный», как упоминается в данном документе, подразумевает, что материал, компенсирующий напряжение, и толщина слоя третьего слоя выбраны с учетом первого и второго материалов токоприемника и толщины первого и второго слоев, а также с учетом объединенной природы токоприемника в сборе и его обработки, то есть истории обработки.

В контексте данного документа обработка многослойного токоприемника в сборе может включать по меньшей мере одно из плотного присоединения материалов слоя друг к другу при заданной температуре или термообработки многослойного токоприемника в сборе, такой как отжиг. В частности, токоприемник в сборе может быть токоприемником в сборе, прошедшим термообработку. В любом случае во время обработки, как упоминается в данном документе, температура слоев или токоприемника в сборе соответственно отличается от рабочей температуры токоприемника в сборе при использовании для индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль. В большинстве случаев температуры во время плотного соединения материалов слоя друг с другом и во время термообработки многослойного токоприемника в сборе выше, чем рабочие температуры токоприемника в сборе для индукционного нагрева.

Диапазон температуры компенсации от температуры, которая на 20 °C ниже температуры Кюри второго материала токоприемника, до температуры Кюри второго материала токоприемника соответствует обычному диапазону рабочих температур токоприемника в сборе, используемых для генерирования аэрозоля.

Преимущественно интервал диапазона температуры компенсации может также быть больше, чем 20 °C. Соответственно, диапазон температуры компенсации может находиться по меньшей мере в рамках от температуры, которая на 50 °C, в частности 100 °C, предпочтительно 150 °C ниже температуры Кюри второго материала токоприемника, до температуры Кюри второго материала токоприемника. Наиболее предпочтительно диапазон температуры компенсации может находиться по меньшей мере в рамках от комнатной температуры окружающей среды до второй температуры Кюри. Аналогично диапазон температуры компенсации может соответствовать диапазону температуры от 150°C до температуры Кюри второго материала токоприемника, в частности, от 100°C до температуры Кюри второго материала токоприемника, предпочтительно от 50°C до температуры Кюри второго материала токоприемника, наиболее предпочтительно от комнатной температуры окружающей среды до температуры Кюри второго материала токоприемника.

При приближении ко второй температуре Кюри снизу намагничивание и, следовательно, любой эффект магнитострикции во втором материале токоприемника исчезают. Следовательно, верхний предел диапазона температуры компенсации предпочтительно соответствует температуре Кюри второго материала токоприемника. Однако верхний предел диапазона температуры компенсации также может быть выше, чем температура Кюри второго материала токоприемника. Например, верхний предел диапазона температуры компенсации может быть на по меньшей мере 5 °C, в частности по меньшей мере 10 °C, предпочтительно по меньшей мере 20 °C выше температуры Кюри второго материала токоприемника.

Предпочтительно коэффициент теплового расширения материала, компенсирующего напряжение, по существу равен коэффициенту теплового расширения первого материала токоприемника. Термин «по существу равен» в контексте данного документа подразумевает, что может существовать малое, но незначительное различие между коэффициентами теплового расширения первого и третьего материалов слоя. Однако любое возможное различие ограничено, так что коэффициент теплового расширения материала, компенсирующего напряжение, отклоняется менее чем на ±5%, в частности менее чем на ±1%, предпочтительно менее чем на ±0,5% от коэффициента теплового расширения первого материала токоприемника. Более предпочтительно коэффициент теплового расширения материала, компенсирующего напряжение, равен коэффициенту теплового расширения первого материала токоприемника.

В частности, материал, компенсирующий напряжение, третьего слоя может быть даже тем же самым, что и первый материал токоприемника первого слоя.

Кроме того, толщина слоя третьего слоя может быть по существу равна толщине слоя первого слоя. Термин «по существу равен» в контексте данного документа подразумевает, что может существовать малое, но незначительное различие между толщиной слоя первого и третьего слоев. Однако любое возможное различие ограничено, так что толщина слоя третьего слоя отклоняется менее чем на ±5%, в частности менее чем на ±1%, предпочтительно менее чем на ±0,5% от толщины слоя первого материала токоприемника. Наиболее предпочтительно толщина слоя третьего слоя равна толщине слоя первого слоя.

В предпочтительной конфигурации токоприемника в сборе толщина слоя третьего слоя равна толщине слоя первого слоя, и коэффициент теплового расширения материала, компенсирующего напряжение, по существу равен коэффициенту теплового расширения первого материала токоприемника, в частности, материал, компенсирующий напряжение, третьего слоя является тем же самым, что и первый материал токоприемника первого слоя. Преимущественно эта предпочтительная конфигурация обеспечивает симметричную структуру слоя в отношении теплового расширения.

Альтернативно коэффициент теплового расширения материала, компенсирующего напряжение, может отличаться от коэффициента теплового расширения первого материала токоприемника и предпочтительно также от коэффициента теплового расширения второго материала токоприемника. Соответственно, коэффициент теплового расширения второго материала токоприемника может быть больше, чем коэффициент теплового расширения первого материала токоприемника, и меньше, чем коэффициент теплового расширения материала, компенсирующего напряжение. Наоборот, коэффициент теплового расширения второго материала токоприемника может быть меньше, чем коэффициент теплового расширения первого материала токоприемника, и больше, чем коэффициент теплового расширения материала, компенсирующего напряжение. В этих случаях компенсация различий в тепловом расширении может быть достигнута в основном путем выбора надлежащей толщины слоя третьего слоя.

Материал, компенсирующий напряжение, третьего слоя может отличаться от первого материала токоприемника первого слоя. Это не исключает того, что коэффициент теплового расширения материала, компенсирующего напряжение, по существу равен коэффициенту теплового расширения первого материала токоприемника.

Согласно настоящему изобретению третий слой плотно присоединен ко второму слою. В данном контексте термин «плотно присоединенный» используют так же, как определено выше применительно к первому и второму слоям.

В контексте данного документа термины «первый слой», «второй слой» и «третий слой» являются лишь номинальными без указания в обязательном порядке на конкретный порядок или последовательность соответствующих слоев.

Предпочтительно третий слой размещен на втором слое и плотно присоединен к нему, второй слой, в свою очередь, может быть размещен на первом слое и плотно присоединен к нему.

Альтернативно третий слой может быть плотно присоединен ко второму слою посредством первого слоя. В этом случае первый слой может быть промежуточным слоем между третьим слоем и вторым слоем. В частности, второй слой может быть размещен на первом слое и плотно присоединен к нему, первый слой, в свою очередь, может быть размещен и плотно присоединен к первому слою.

Предпочтительно первый слой, второй слой и третий слой являются смежными слоями многослойного токоприемника в сборе. В этом случае первый слой, второй слой и третий слой могут находиться в непосредственном плотном физическом контакте друг с другом. В частности, второй слой может находиться между первым слоем и третьим слоем.

Альтернативно токоприемник в сборе может содержать по меньшей мере один дополнительный слой, в частности по меньшей мере один промежуточный слой, который расположен между двумя из соответствующего первого слоя, второго слоя и третьего слоя.

По меньшей мере один из первого слоя или третьего слоя может быть граничным слоем многослойного токоприемника в сборе.

Что касается обработки токоприемника в сборе, в частности в отношении сборки различных слоев каждый из слоев может быть гальванически нанесен, осажден, нанесен в виде покрытия, нанесен посредством плакирования или приварен к соответствующему смежному слою. В частности, каждый из этих слоев может быть нанесен на соответствующий смежный слой путем распыления, нанесения покрытия погружением, нанесения покрытия валиком, электролитического осаждения или плакирования. Это в особенности верно для первого слоя, второго слоя и третьего слоя и, при наличии, по меньшей мере одного промежуточного слоя.

В любом случае любая из конфигураций или структур слоя, описанных выше, относится к термину «плотно присоединенный» в контексте данного документа и как также описано выше.

В контексте данного документа термин «токоприемник» означает элемент, который способен преобразовывать электромагнитную энергию в тепло при подвергании воздействию изменяющегося электромагнитного поля. Это может быть результатом потерь на гистерезис и/или вихревых токов, вызванных в материале токоприемника в зависимости от его электрических и магнитных свойств. Материал и геометрическая форма токоприемника в сборе могут быть выбраны таким образом, чтобы обеспечивать требуемое генерирование тепла.

Предпочтительно первый материал токоприемника может также иметь температуру Кюри. Температура Кюри первого материала токоприемника преимущественно отличается от температуры Кюри второго материала токоприемника, в частности выше нее. Соответственно, первый материал токоприемника может иметь первую температуру Кюри, а второй материал токоприемника может иметь вторую температуру Кюри. Температура Кюри представляет собой температуру, выше которой ферримагнитный или ферромагнитный материал теряет свой ферримагнитизм или ферромагнитизм соответственно и становится парамагнитным.

Благодаря наличию по меньшей мере первого и второго материала токоприемника, когда либо второй материал токоприемника имеет температуру Кюри, а первый материал токоприемника не имеет температуры Кюри, либо каждый из первого и второго материалов токоприемника имеет температуры Кюри, отличающиеся друг от друга, токоприемник в сборе может обеспечивать множество функциональностей, таких как индукционный нагрев и регулирование температуры нагрева. В частности, эти функциональности могут быть разделены в связи с наличием по меньшей мере двух разных токоприемников.

Предпочтительно первый материал токоприемника выполнен с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Для этого первый материал токоприемника может быть оптимизирован в отношении потери тепла и, таким образом, эффективности нагрева. Первый материал токоприемника может иметь температуру Кюри выше 400°C.

Предпочтительно первый материал токоприемника выполнен из антикоррозионного материала. Таким образом, первый материал токоприемника преимущественно обладает стойкостью к любым коррозионным воздействиям, в частности, в случае, если токоприемник в сборе встроен в изделие, генерирующее аэрозоль, в непосредственном физическом контакте с субстратом, образующим аэрозоль.

Первый материал токоприемника может содержать ферромагнитный металл. В этом случае тепло может быть сгенерировано не только вихревыми токами, но и потерями на гистерезис. Предпочтительно первый материал токоприемника содержит железо(Fe) или железный сплав, такой как сталь или железо-никелевый сплав. В частности, первый материал токоприемника может содержать нержавеющую сталь, например, ферритную нержавеющую сталь. Может быть особенно предпочтительным, чтобы первый материал токоприемника содержал нержавеющую сталь серии 400, такую как нержавеющая сталь марки 410, или нержавеющая сталь марки 420, или нержавеющая сталь марки 430, или нержавеющая сталь подобных марок.

Первый материал токоприемника альтернативно может содержать подходящий немагнитный материал, в частности парамагнитный проводящий материал, такой как алюминий(Al). В парамагнитном проводящем материале индукционный нагрев происходит исключительно посредством резистивного нагрева вследствие вихревых токов.

Альтернативно первый материал токоприемника может содержать непроводящий ферримагнитный материал, такой как непроводящая ферримагнитная керамика. В этом случае тепло генерируется только за счет потерь на гистерезис.

В отличие от этого второй материал токоприемника может быть оптимизирован и выполнен с возможностью отслеживания температуры токоприемника в сборе. Второй материал токоприемника может быть выбран таким образом, чтобы иметь температуру Кюри, которая по существу соответствует заданной максимальной температуре нагрева первого материала токоприемника. Максимальная необходимая температура нагрева может быть установлена приблизительно такой же, что и температура, до которой должен быть нагрет токоприемник в сборе с целью генерирования аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль. Однако максимальная необходимая температура нагрева должна быть достаточно низкой для предотвращения локального перегрева или горения субстрата, образующего аэрозоль. Предпочтительно температура Кюри второго материала токоприемника должна быть ниже точки воспламенения субстрата, образующего аэрозоль. Второй материал токоприемника выбран с обнаруживаемой температурой Кюри ниже 500°C, предпочтительно равной или ниже 400°C, в частности равной или ниже 370°C. Например, второй токоприемник может иметь определенную температуру Кюри от 150°C до 400°C, в частности от 200°C до 400°C. Хотя температура Кюри и функция температурного маркера являются основной характеристикой второго материала токоприемника, он также может способствовать нагреву токоприемника в сборе.

Предпочтительно, чтобы второй токоприемник присутствовал в качестве плотного слоя. Плотный слой имеет более высокую магнитную проницаемость, чем пористый слой, что облегчает обнаружение малых изменений температуры Кюри.

Предпочтительно второй материал токоприемника содержит ферромагнитный металл, такой как никель (Ni). Никель имеет температуру Кюри в диапазоне от приблизительно 354°C до 360°C или от 627 K до 633 K соответственно в зависимости от природы примесей. Температура Кюри в этом диапазоне идеальна, поскольку она является приблизительно такой же, что и температура, до которой должен быть нагрет токоприемник для генерирования аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль, но все еще достаточно низкой, чтобы избежать локального перегрева или горения субстрата, образующего аэрозоль.

Альтернативно второй материал токоприемника может содержать никелевый сплав, в частности сплав Fe-Ni-Cr. Преимущественно сплавы Fe-Ni-Cr являются антикоррозионными. В качестве примера, второй токоприемник может содержать промышленный сплав, такой как Phytherm 230 или Phytherm 260. Температура Кюри этих сплавов Fe-Ni-Cr может быть индивидуализирована. Phytherm 230 имеет состав (в % по весу=вес. %) с 50 вес. % Ni, 10 вес. % Cr и с остальной частью, представленной Fe. Температура Кюри Phytherm 230 составляет 230°C. Phytherm 260 имеет состав с 50 вес. % Ni, 9 вес. % Cr и с остальной частью, представленной Fe. Температура Кюри Phytherm 260 составляет 260°C.

Аналогично второй материал токоприемника может содержать сплав Fe-Ni-Cu-X, где X представляет собой один или несколько элементов, выбранных из Cr, Mo, Mn, Si, Al, W, Nb, V и Ti.

Что касается третьего слоя, материал, компенсирующий напряжение, предпочтительно может быть тем же самым, что и первый материал токоприемника первого слоя. Соответственно, материал, компенсирующий напряжение, может содержать ферромагнитный металл, предпочтительно железо(Fe) или железный сплав, такой как сталь, или железоникелевый сплав. В частности, материал, компенсирующий напряжение, может содержать нержавеющую сталь, например, ферритную нержавеющую сталь. Может быть особенно предпочтительным, чтобы материал, компенсирующий напряжение, содержал нержавеющую сталь серии 400, такую как нержавеющая сталь марки 410, или нержавеющая сталь марки 420, или нержавеющая сталь марки 430, или нержавеющая сталь подобных марок. Материал, компенсирующий напряжение, может также содержать подходящий немагнитный материал, в частности парамагнитный проводящий материал, такой как алюминий(Al). Альтернативно материал, компенсирующий напряжение, может содержать аустенитную нержавеющую сталь. Например, третий слой может содержать X5CrNi18-10 (согласно номенклатуре EN (Европейские стандарты) номер материала 1.4301, также известен как сталь V2A) или X2CrNiMo17-12-2 (согласно номенклатуре EN (Европейские стандарты), номер материала 1.4571 или 1.4404, также известен как сталь V4A). Преимущественно в связи с ее парамагнитными характеристиками и высоким электрическим сопротивлением аустенитная нержавеющая сталь только слабо защищает второй материал токоприемника от электромагнитного поля, применяемого в отношении первого и второго токоприемников.

Толщина слоя третьего слоя может составлять от 0,5 до 1,5 толщины слоя первого слоя, в частности от 0,75 до 1,25 толщины слоя первого слоя. Толщина слоя третьего слоя в этих диапазонах может представлять преимущества в части противодействия или даже компенсации различий в тепловом расширении, возникающих в многослойном токоприемнике в сборе во время или после обработки. Предпочтительно толщина слоя третьего слоя равна толщине слоя первого слоя.

В контексте данного документа термин «толщина» означает размеры, проходящие между верхней и нижней сторонами, например, между верхней стороной и нижней стороной слоя или верхней стороной и нижней стороной многослойного токоприемника в сборе. Термин «ширина» используют в данном документе для обозначения размеров, проходящих между двумя противоположными боковыми сторонами. Термин «длина» используют в данном документе для обозначения размеров, проходящих между передней и задней или между другими двумя противоположными сторонами, перпендикулярными двум противоположным боковым сторонам, образующим ширину. Толщина, ширина и длина могут быть перпендикулярны друг другу.

Многослойный токоприемник в сборе может представлять собой продолговатый токоприемник в сборе, имеющий длину от 5 мм до 15 мм, ширину от 3 мм до 6 мм и толщину от 10 мкм до 500 мкм. В качестве примера, многослойный токоприемник в сборе может представлять собой продолговатую полоску, имеющую первый слой, которая представляет собой полоску из нержавеющей стали марки 430, имеющую длину 12 мм, ширину от 4 мм до 5 мм, например, 4 мм и толщину от 10 мкм до 50 мкм, такую как, например, 25 мкм. Нержавеющая сталь марки 430 может быть покрыта вторым слоем никеля в качестве второго материала токоприемника, имеющего толщину от 5 мкм до 30 мкм, например, 10 мкм. Поверх второго слоя, противоположного первому слою, может быть нанесен третий слой, который также выполнен из нержавеющей стали марки 430, имеющей такую же толщину слоя, что и первый слой. Преимущественно эта конфигурация обеспечивает высокосимметричную структуру слоя в отношении теплового расширения, не демонстрирующую по существу никаких деформаций из плоскости.

Токоприемник в сборе согласно настоящему изобретению предпочтительно может быть выполнен с возможностью приведения в действие переменным, в частности высокочастотным электромагнитным полем. Как упоминается в данном документе, высокочастотное электромагнитное поле может находиться в диапазоне от 500 кГц до 30 МГц, в частности от 5 МГц до 15 МГц, предпочтительно от 5 МГц до 10 МГц.

Токоприемник в сборе предпочтительно представляет собой токоприемник в сборе изделия, генерирующего аэрозоль, для индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, который является частью изделия, генерирующего аэрозоль.

Согласно настоящему изобретению также предложено изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее субстрат, образующий аэрозоль, и токоприемник в сборе согласно настоящему изобретению и, как описано в данном документе, для индукционного нагрева субстрата.

Токоприемник в сборе предпочтительно расположен в субстрате, образующем аэрозоль, или встроен в него.

В контексте данного документа термин «субстрат, образующий аэрозоль» означает субстрат, способный выделять летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль при нагреве субстрата, образующего аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может в целях удобства представлять собой часть изделия, генерирующего аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой твердый или жидкий субстрат, образующий аэрозоль. В обоих случаях субстрат, образующий аэрозоль, может содержать как твердые, так и жидкие компоненты. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, которые субстрат выделяет при нагреве. Альтернативно или дополнительно субстрат, образующий аэрозоль, может содержать нетабачный материал. Субстрат, образующий аэрозоль, может также содержать вещество для образования аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может также содержать другие добавки и ингредиенты, такие как никотин или ароматизаторы. Субстрат, образующий аэрозоль, может также представлять собой пастообразный материал, пакетик из пористого материала, содержащий субстрат, образующий аэрозоль, или, например, рассыпной табак, смешанный с гелеобразующим средством или клейким веществом, который может содержать обычное вещество для образования аэрозоля, такое как глицерин, и который спрессован или сформован в виде штранга.

Изделие, генерирующее аэрозоль, предпочтительно выполнено с возможностью зацепления с электрическим устройством, генерирующим аэрозоль, содержащим индукционный источник. Индукционный источник, или индуктор, генерирует флуктуационное электромагнитное поле для нагрева токоприемника (сусцептора) в сборе изделия, генерирующего аэрозоль, при размещении во флуктуационном электромагнитном поле. При использовании изделие, генерирующее аэрозоль, зацепляется с устройством, генерирующим аэрозоль, таким образом, что токоприемник в сборе размещен во флуктуационном электромагнитном поле, генерируемом индуктором.

Дополнительные признаки и преимущества изделия, генерирующего аэрозоль, согласно настоящему изобретению были описаны применительно к токоприемнику в сборе и не будут описаны повторно.

Настоящее изобретение будет далее описано исключительно на примерах со ссылкой на сопроводительные графические материалы, на которых:

на фиг. 1 представлено схематическое изображение в перспективе иллюстративного варианта осуществления многослойного токоприемника (сусцептора) в сборе согласно настоящему изобретению;

на фиг. 2 представлено схематическое изображение сбоку токоприемника (сусцептора) в сборе по фиг. 1; и

на фиг. 3 представлено схематическое изображение в поперечном разрезе иллюстративного варианта осуществления изделия, генерирующего аэрозоль, согласно настоящему изобретению.

На фиг. 1 и фиг. 2 схематически показан иллюстративный вариант осуществления токоприемника (сусцептора) в сборе 1 согласно настоящему изобретению, который выполнен с возможностью индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Как будет пояснено более подробно ниже в отношении фиг. 3, токоприемник (сусцептор) в сборе 1 предпочтительно выполнен с возможностью быть встроенным в изделие, генерирующее аэрозоль, в непосредственном контакте с субстратом, образующим аэрозоль, подлежащим нагреву. Само изделие выполнено с возможностью размещения в устройстве, генерирующем аэрозоль, которое содержит индукционный источник, выполненный с возможностью генерирования переменного, в частности высокочастотного электромагнитного поля. Флуктуационное поле генерирует вихревые токи и/или потери на гистерезис в токоприемнике в сборе 1, вызывая его нагрев. Размещение токоприемника в сборе 1 в изделии, генерирующем аэрозоль, и размещение изделия, генерирующего аэрозоль, в устройстве, генерирующем аэрозоль, таковы, что токоприемник в сборе 1 точно расположен во флуктуационном электромагнитном поле, генерируемом индукционным источником.

Токоприемник в сборе 1 согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 1 и фиг. 2, представляет собой трехслойный токоприемник в сборе 1. Токоприемник (сусцептор) в сборе содержит первый слой 10 в качестве базового слоя, содержащего первый материал токоприемника. Первый слой 10, то есть первый материал токоприемника (сусцептора) оптимизирован в отношении потери тепла и, таким образом, эффективности нагрева. В настоящем варианте осуществления первый слой 10 содержит ферромагнитную нержавеющую сталь, имеющую температуру Кюри свыше 400°C. Для регулирования температуры нагрева токоприемник в сборе 1 содержит второй слой 20 в качестве промежуточного или функционального слоя, размещенного на первом слое и плотно присоединенного к нему. Второй слой 20 содержит второй материал токоприемника. В настоящем варианте осуществления второй материал токоприемника (сусцептора) представляет собой никель, имеющий температуру Кюри в диапазоне от приблизительно 354°C до 360°C или от 627 K до 633 K соответственно (в зависимости от природы примесей). Эта температура Кюри представляет преимущества как в части регулирования температуры, так и в части регулируемого нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Как только во время нагрева токоприемник в сборе 1 достигает температуры Кюри никеля, магнитные свойства второго материала токоприемника изменяются из ферромагнитных в парамагнитные, что сопровождается временным изменением его электрического сопротивления. Таким образом, путем наблюдения за соответствующим изменением электрического тока, поглощаемого индукционным источником, можно выявить, когда второй материал токоприемника достиг своей температуры Кюри и, таким образом, когда достигнута заданная температура нагрева.

Однако тот факт, что первый и второй материалы токоприемника имеют разные коэффициенты теплового расширения, может вызвать нежелательные деформации токоприемника в сборе, когда первый и второй слои 10, 20 плотно присоединены друг к другу. Это будет пояснено ниже. Во время некоторых этапов обработки токоприемника в сборе 1 первый и второй слои 10, 20 соединяют друг с другом при заданной температуре, после чего обычно выполняют термообработку, такую как отжиг. Во время последующего изменения температуры, например, во время охлаждения токоприемника в сборе 1 отдельные слои 10, 20 не могут свободно деформироваться из-за объединенной природы токоприемника в сборе 1. Следовательно, так как никелевый материал во втором слое 20 имеет коэффициент теплового расширения больше, чем у нержавеющей стали в первом слое 10, токоприемник в сборе 1 может подвергаться механическому напряжению и деформациям при охлаждении. Эти деформации могут, в частности, присутствовать при использовании токоприемника в сборе, то есть когда токоприемник в сборе приводится в действие при температуре в диапазоне обычных рабочих температур, используемых для генерирования аэрозоля. Обычные рабочие температуры могут находиться в непосредственной близости от температуры Кюри второго материала токоприемника.

С целью противодействия нежелательным механическому напряжению и деформациям, в частности изгибу из плоскости токоприемника в сборе 1, согласно настоящему изобретению токоприемник в сборе 1 дополнительно содержит третий слой 30, который плотно присоединен ко второму слою 20. Третий слой 30 содержит конкретный материал, компенсирующий напряжение, и имеет конкретную толщину T30 слоя для компенсации различий в тепловом расширении, возникающих в многослойном токоприемнике в сборе после обработки токоприемника в сборе, так что по меньшей мере в диапазоне температуры компенсации общая тепловая деформация токоприемника в сборе 1 по существу ограничена деформациями в плоскости. Диапазон температуры компенсации находится по меньшей мере в рамках от температуры, которая на 20 °C ниже температуры Кюри второго материала токоприемника, до температуры Кюри второго материала токоприемника. Соответственно, третий слой преимущественно обеспечивает сохранение исходной желаемой формы и предпочтительно также исходного желаемого размера токоприемника в сборе в направлении, перпендикулярном структуре слоя многослойного токоприемника в сборе.

В настоящем варианте осуществления третий слой предпочтительно содержит тот же самый материал, что и первый слой, то есть ферромагнитную нержавеющую сталь. Дополнительно толщина T30 слоя третьего слоя 30 предпочтительно равна толщине T10 слоя первого слоя 10. Это может представлять особые преимущества в части обеспечения высокосимметричной структуры слоя, не демонстрирующей по существу никаких деформаций из плоскости.

Что касается варианта осуществления, показанного на фиг. 1 и фиг. 2, токоприемник в сборе 1 имеет форму продолговатой полоски, имеющей длину L 12 мм и ширину W 4 мм. Все слои имеют длину L 12 мм и ширину W 4 мм. Первый слой 10 представляет собой полоску из нержавеющей стали марки 430, имеющую толщину T10, составляющую 35 мкм. Второй слой 20 представляет собой полоску из никеля, имеющую толщину T20, составляющую 10 мкм. Слой 30 представляет собой полоску, которая также изготовлена из нержавеющей стали марки 430 и также имеет толщину T30, составляющую 35 мкм. Общая толщина Т токоприемника в сборе 1 составляет 80 мкм. Токоприемник в сборе 1 образован посредством нанесения полоски 20 из никеля на первую полоску 10 из нержавеющей стали. После этого поверх никелевой полоски 20 наносят третью полоску 30 из нержавеющей стали.

Так как первый и третий слои 10, 30 изготовлены из нержавеющей стали, они преимущественно обеспечивают антикоррозионное покрытие для никелевого материала во втором слое 20.

Альтернативно третий слой 30 может содержать другой материал и/или иметь другую толщину по сравнению с первым слоем 10. Например, третий слой 30 может содержать аустенитную нержавеющую сталь в качестве материала, компенсирующего напряжение, такого как сталь V2a или V24. Преимущественно в связи с ее парамагнитными характеристиками и высоким электрическим сопротивлением аустенитная нержавеющая сталь только слабо защищает никелевый материал второго слоя 20 от электромагнитного поля, применяемого в его отношении.

На фиг. 3 схематически изображен иллюстративный вариант осуществления изделия 100, генерирующего аэрозоль, согласно настоящему изобретению. Изделие 100, генерирующее аэрозоль, содержит четыре элемента в осевом выравнивании: субстрат 102, образующий аэрозоль, опорный элемент 103, элемент 104, охлаждающий аэрозоль, и мундштук 105. Каждый из этих четырех элементов представляет собой по существу цилиндрический элемент, при этом каждый из них имеет по существу одинаковый диаметр. Эти четыре элемента размещены последовательно и окружены наружной оберткой 106 с образованием цилиндрического стержня. Дополнительные подробности об этом конкретном изделии, генерирующем аэрозоль, в частности о четырех элементах, раскрыты в документе WO 2015/176898 A1.

Продолговатый токоприемник в сборе 1 расположен в субстрате 102, образующем аэрозоль, в контакте с субстратом 102, образующим аэрозоль. Токоприемник в сборе 1, показанный на фиг. 3, соответствует токоприемнику в сборе 1 согласно фиг. 1 и фиг. 2. Структура слоя токоприемника в сборе, как показано на фиг. 3, изображена в увеличенном размере, но не в масштабе, относительно других элементов изделия, генерирующего аэрозоль. Токоприемник в сборе 1 имеет длину, которая приблизительно такая же, как и длина субстрата 102, образующего аэрозоль, и расположен вдоль центральной в радиальном направлении оси субстрата 102, образующего аэрозоль. Субстрат 102, образующий аэрозоль, содержит собранный лист гофрированного гомогенизированного табачного материала, окруженного оберткой. Гофрированный лист гомогенизированного табачного материала содержит глицерин в качестве вещества для образования аэрозоля.

Токоприемник в сборе 1 может быть вставлен в субстрат 102, образующий аэрозоль, во время процесса, используемого для образования субстрата, образующего аэрозоль, до сборки нескольких элементов для образования изделия, генерирующего аэрозоль.

Изделие 100, генерирующее аэрозоль, изображенное на фиг. 3, выполнено с возможностью зацепления с электрическим устройством, генерирующим аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать индукционный источник, имеющий катушку индуктивности или индуктор для генерирования переменного, в частности высокочастотного электромагнитного поля, в котором расположен токоприемник в сборе изделия, генерирующего аэрозоль, при зацеплении изделия, генерирующего аэрозоль, с устройством, генерирующим аэрозоль.

Группа изобретений относится к табачной промышленности, а именно к сусцептору (токоприемнику) для индукционного нагрева субстрата и изделию для выработки аэрозоля, содержащему токоприемник. Многослойный сусцептор для индукционного нагрева материала, образующего аэрозоль, содержит по меньшей мере первый слой, содержащий первый материал сусцептора. Многослойный сусцептор содержит второй слой, плотно связанный с первым слоем, содержащий второй материал сусцептора, имеющий температуру Кюри ниже 500°C. Многослойный сусцептор включает третий слой, плотно связанный со вторым слоем, содержащий компенсирующий напряжение материал и имеющий заданную толщину слоя для компенсации различий в тепловом расширении, возникающих в многослойном сусцепторе в сборе после плотного связывания слоев друг к другу и/или после термообработки многослойного сусцептора, так что по меньшей мере в диапазоне температуры компенсации общая тепловая деформация сусцептора по существу ограничена деформациями в плоскости, при этом диапазон температуры компенсации находится в пределах от по меньшей мере температуры, которая на 20°C ниже температуры Кюри второго материала сусцептора, до температуры Кюри второго материала сусцептора. Также раскрыто изделие для выработки аэрозоля, содержащее многослойный сусцептор. Технический результат заключается в повышении надежности за счет исключения нежелательных деформации слоистой структуры сусцептора при нагреве. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Многослойный сусцептор для индукционного нагрева материала, образующего аэрозоль, при этом сусцептор содержит по меньшей мере:

первый слой, содержащий первый материал сусцептора;

второй слой, плотно связанный с первым слоем, содержащий второй материал сусцептора, имеющий температуру Кюри ниже 500°C;

третий слой, плотно связанный со вторым слоем, содержащий компенсирующий напряжение материал и имеющий заданную толщину слоя для компенсации различий в тепловом расширении, возникающих в многослойном сусцепторе в сборе после плотного связывания слоев друг к другу и/или после термообработки многослойного сусцептора, так что по меньшей мере в диапазоне температуры компенсации общая тепловая деформация сусцептора по существу ограничена деформациями в плоскости, при этом диапазон температуры компенсации находится в пределах от по меньшей мере температуры, которая на 20°C ниже температуры Кюри второго материала сусцептора, до температуры Кюри второго материала сусцептора.

2. Сусцептор по п. 1, в котором коэффициент теплового расширения компенсирующего напряжение материала по существу равен коэффициенту теплового расширения первого материала сусцептора.

3. Сусцептор по любому из пп. 1, 2, в котором компенсирующий напряжение материал третьего слоя является тем же самым, что и первый материал сусцептора первого слоя.

4. Сусцептор по п. 1, в котором коэффициент теплового расширения второго материала сусцептора больше, чем коэффициент теплового расширения первого материала сусцептора, и меньше, чем коэффициент теплового расширения компенсирующего напряжение материала.

5. Сусцептор по п. 1, в котором коэффициент теплового расширения второго материала сусцептора меньше, чем коэффициент теплового расширения первого материала сусцептора, и больше, чем коэффициент теплового расширения компенсирующего напряжение материала.

6. Сусцептор по любому из пп. 1, 2, 4, 5, в котором компенсирующий напряжение материал третьего слоя отличается от первого материала сусцептора первого слоя.

7. Сусцептор по любому из пп. 1-6, в котором первый материал сусцептора содержит алюминий, железо или сплав железа, в частности нержавеющую сталь марки 410, 420 или 430.

8. Сусцептор по любому из пп. 1-7, в котором второй материал сусцептора содержит никель или сплав никеля, в частности мягкий сплав Fe-Ni-Cr или сплав Fe-Ni-Cu-X, где X представляет собой один или более элементов, выбранных из Cr, Mo, Mn, Si, Al, W, Nb, V и Ti.

9. Сусцептор по любому из пп. 1-8, в котором компенсирующий напряжение материал третьего слоя содержит аустенитную нержавеющую сталь.

10. Сусцептор по любому из пп. 1-9, в котором толщина третьего слоя составляет от 0,5 до 1,5 толщины первого слоя, в частности от 0,75 до 1,25 толщины первого слоя, предпочтительно толщина слоя третьего слоя равна толщине первого слоя.

11. Сусцептор по любому из пп. 1-10, в котором первый слой, второй слой и третий слой являются смежными слоями многослойного сусцептора.

12. Сусцептор по любому из пп. 1-11, в котором третий слой размещен на втором слое и плотно связан с ним, и при этом второй слой размещен на первом слое и плотно связан с ним.

13. Изделие для выработки аэрозоля, содержащее материал, образующий аэрозоль, и сусцептор по любому из пп. 1-12.

14. Изделие по п. 13, в котором сусцептор расположен в образующем аэрозоль материале.