НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ И СПОСОБ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА СУБСТРАТА, ОБРАЗУЮЩЕГО АЭРОЗОЛЬ Российский патент 2023 года по МПК A24F40/57 

Настоящее изобретение относится к индукционному нагревательному узлу и способу индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Настоящее изобретение также относится к устройству, генерирующему аэрозоль, и системе, генерирующей аэрозоль, содержащей такой индукционный нагревательный узел.

Системы, генерирующие аэрозоль, на основе индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, который может образовывать вдыхаемый аэрозоль при нагреве, общеизвестны из предшествующего уровня техники. Для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, такие системы могут содержать индукционный нагревательный узел, содержащий индукционный источник и токоприемник (сусцептор). Индукционный источник выполнен с возможностью генерирования переменного электромагнитного поля, которое индуцирует по меньшей мере одно из вихревых токов, генерирующих тепло, или потерь на гистерезис в токоприемнике (сусцепторе). Хотя индукционный источник обычно является частью устройства, генерирующего аэрозоль, токоприемник (сусцептор) может быть либо частью устройства, либо неотделимой частью изделия, генерирующего аэрозоль, которое выполнено с возможностью размещения в устройстве, генерирующем аэрозоль, включая индукционный источник. В любом случае токоприемник расположен так, чтобы быть в тепловой близости от субстрата или в прямом физическом контакте с ним во время работы системы.

Для регулирования температуры субстрата предложены токоприемные (сусцепторные) узлы, содержащие первый и второй токоприемники (сусцепторы), выполненные из различных материалов. Первый токоприемный (сусцепторный) материал оптимизирован в отношении потери тепла и, таким образом, эффективности нагрева. В отличие от этого второй токоприемный (сусцепторный) материал используют как температурный маркер. Для этого второй токоприемный материал выбирают так, чтобы он имел температуру Кюри, соответствующую заданной рабочей температуре токоприемного (сусцепторного) узла. Магнитные свойства второго токоприемника (сусцептора) при его температуре Кюри изменяются с ферромагнитных или ферримагнитных на парамагнитные, что сопровождается временным изменением его электрического сопротивления. Таким образом, посредством наблюдения за соответствующим изменением электрического тока, потребляемого индукционным источником, можно определить, когда второй токоприемный (сусцепторный) материал достиг своей температуры Кюри и, таким образом, когда была достигнута заданная рабочая температура.

Однако при наблюдении изменения электрического тока, потребляемого индукционным источником, может оказаться трудно отличить ситуацию, когда второй токоприемный (сусцепторный) материал достиг своей температуры Кюри, от ситуации, когда пользователь делает затяжку, в частности первую затяжку, во время которой электрический ток показывает аналогичное изменение характеристик. Изменение электрического тока во время затяжки пользователя происходит из-за охлаждения токоприемного узла, вызванного втягиванием воздуха через изделие, генерирующее аэрозоль, когда пользователь делает затяжку. Охлаждение вызывает временное изменение электрического сопротивления токоприемного узла. Это, в свою очередь, вызывает соответствующее изменение электрического тока, потребляемого индукционным источником. Обычно охлаждению токоприемного узла во время затяжки пользователя противодействует контроллер, временно увеличивая мощность нагрева. Тем не менее, это вызванное контроллером временное увеличение мощности нагрева может оказывать неблагоприятное воздействие, вызывая нежелательный перегрев токоприемного узла в случае, когда отслеживаемое изменение электрического тока, которое на самом деле происходит из-за того, что второй токоприемный материал достиг своей температуры Кюри, ошибочно идентифицируют как затяжку пользователя.

Следовательно, было бы желательно иметь индукционный нагревательный узел и способ индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, с преимуществами решений предшествующего уровня техники, но без их ограничений. В частности, было бы желательно иметь индукционный нагревательный узел и способ индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, которые позволили бы улучшить регулирование температуры.

Согласно настоящему изобретению, предоставляется индукционный нагревательный узел для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, до рабочей температуры. Нагревательный узел содержит блок питания постоянного тока, выполненный с возможностью подачи напряжения питания постоянного тока и тока питания постоянного тока. Нагревательный узел содержит дополнительно содержит индукционный источник, соединенный с блоком питания постоянного тока и выполненный с возможностью генерирования переменного электромагнитного поля. Нагревательный узел также содержит токоприемный узел для индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, под воздействием переменного магнитного поля, генерируемого индукционным источником. Токоприемный узел содержит первый токоприемник, содержащий первый токоприемный материал. Токоприемный узел также содержит второй токоприемник, содержащий второй токоприемный материал, имеющий температуру Кюри ниже рабочей температуры. Кроме того, нагревательный узел содержит контроллер, функционально соединенный с индукционным источником и блоком питания постоянного тока. Контроллер выполнен с возможностью определения по напряжению питания постоянного тока и току питания постоянного тока, потребляемым от блока питания постоянного тока, фактического кажущегося сопротивления токоприемного узла, которое указывает фактическую температуру токоприемного узла. Контроллер дополнительно выполнен с возможностью определения минимального значения кажущегося сопротивления, возникающего во время предварительного нагрева токоприемного узла, начиная от комнатной температуры и до рабочей температуры. Кроме того, контроллер выполнен с возможностью регулирования (управления) работы индукционного источника в конфигурации с обратной связью так, что фактическое кажущееся сопротивление соответствует (сумме) определенному минимальному значению кажущегося сопротивления плюс предварительно определенное (заданное) значение смещения кажущегося сопротивления, для регулирования нагрева субстрата, образующего аэрозоль, до рабочей температуры.

Согласно настоящему изобретению было признано, что минимальное значение кажущегося сопротивления, возникающего во время предварительного нагрева токоприемного узла, начиная с комнатной температуры, может быть надежно использовано в качестве температурного маркера для регулирования температуры нагрева субстрата, образующего аэрозоль, без риска быть ошибочно принятым за затяжку пользователя. Это связано с тем фактом, что сопротивление проходит минимальное значение во время предварительного нагрева токоприемного узла и, следовательно, находится в диапазоне температур ниже рабочей температуры. В результате существует достаточно большой температурный интервал между маркерной температурой и рабочей температурой, при которой обычно происходит временное изменение сопротивления во время затяжки пользователя. Соответственно нежелательный перегрев субстрата, образующего аэрозоль, может быть эффективно предотвращен.

Согласно настоящему изобретению регулирование температуры нагрева основано на принципах блокировки смещения или регулирования смещения с использованием предварительно определенного значения смещения кажущегося сопротивления. Значение смещения перекрывает интервал между измеренным кажущимся сопротивлением при маркерной температуре и кажущимся сопротивлением при рабочей температуре. Преимущественно это позволяет избежать прямого регулирования температуры нагрева на основе предварительно определенного целевого значения кажущегося сопротивления при рабочей температуре и, следовательно, избежать неправильной интерпретации измеренного параметра сопротивления.

Кроме того, регулирование смещения температуры нагрева более стабильно и надежно, чем регулирование температуры, основанное на измеренных абсолютных значениях кажущегося сопротивления при желаемой рабочей температуре. Это связано с тем, что измеренное абсолютное значение кажущегося сопротивления, определяемое по напряжению питания и току питания, зависит от различных факторов, таких как, например, сопротивление электрической схемы индукционного источника и различные контактные сопротивления. Такие факторы подвержены влиянию окружающей среды и могут изменяться со временем и/или между разными индукционными источниками и токоприемными узлами одного и того же типа, в зависимости от производства. Преимущественно такие эффекты по существу сводят на нет значение разности между измеренными абсолютными значениями кажущегося сопротивления. Соответственно, использование значения смещения кажущегося сопротивления для регулирования температуры менее подвержено таким неблагоприятным воздействиям и изменениям.

Значение смещения кажущегося сопротивления для регулирования температуры нагрева субстрата, образующего аэрозоль, до рабочей температуры может быть предварительно определено посредством калибровочного измерения, например, во время изготовления устройства.

Предпочтительно минимальное значение, близкое к температуре Кюри второго токоприемного материала, является глобальным минимумом профиля зависимости сопротивления от температуры.

В контексте данного документа термин «начиная с комнатной температуры» предпочтительно означает, что минимальное значение, близкое к температуре Кюри второго токоприемного материала, возникает в профиле зависимости сопротивления от температуры во время предварительного нагрева, то есть нагрева токоприемного узла от комнатной температуры до рабочей температуры, до которой субстрат, образующий аэрозоль, необходимо нагревать.

В контексте данного документа комнатная температура может соответствовать температуре в диапазоне от 18 градусов Цельсия до 25 градусов Цельсия, в частности температуре 20 градусов Цельсия.

Минимальное значение кажущегося сопротивления, возникающее при предварительном нагреве токоприемного узла, предпочтительно находится в диапазоне температур ±5 градусов Цельсия около температуры Кюри второго токоприемного материала. Согласно настоящему изобретению температура Кюри второго токоприемного материала ниже рабочей температуры. То есть, первый и второй токоприемные материалы предпочтительно выбирают так, что во время предварительного нагрева токоприемного узла, начиная с комнатной температуры, профиль зависимости сопротивления от температуры токоприемного узла имеет минимальное значение кажущегося сопротивления в диапазоне температур ±5 градусов Цельсия около температуры Кюри второго токоприемного материала.

Предпочтительно второй токоприемный материал выбирают так, что он имеет температуру Кюри ниже 350 градусов Цельсия, в частности ниже 300 градусов Цельсия, предпочтительно ниже 250 градусов Цельсия, наиболее предпочтительно ниже 200 градусов Цельсия. Эти значения значительно ниже типичных рабочих температур, используемых для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, внутри изделия, генерирующего аэрозоль. Таким образом, правильная идентификация маркера температуры на минимуме профиля зависимости сопротивления нот температуры, близком к температуре Кюри второго токоприемного материала, дополнительно улучшается благодаря достаточно большому температурному интервалу до рабочей температуры, при которой обычно происходит изменение кажущегося общего сопротивления при затяжке пользователя.

Рабочие температуры, используемые для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, внутри изделия, генерирующего аэрозоль, могут составлять по меньшей мере 300 градусов Цельсия, в частности по меньшей мере 350 градусов Цельсия, предпочтительно по меньшей мере 370 градусов Цельсия, наиболее предпочтительно по меньшей мере 400 градусов Цельсия. Эти температуры являются обычными рабочими температурами для нагрева, но не сгорания, субстрата, образующего аэрозоль.

Аналогично второй токоприемный материал имеет температуру Кюри на по меньшей мере 20 градусов Цельсия, в частности по меньшей мере 50 градусов Цельсия, более конкретно, по меньшей мере 100 градусов Цельсия, предпочтительно по меньшей мере 150 градусов Цельсия, наиболее предпочтительно по меньшей мере 200 градусов Цельсия ниже рабочей температуры.

В контексте данного документа термин «токоприемник» обозначает элемент, который может преобразовывать электромагнитную энергию в тепло при воздействии на него переменного электромагнитного поля. Это может быть результатом потерь на гистерезис и/или вихревых токов, индуцируемых в токоприемнике, в зависимости от электрических и магнитных свойств токоприемного материала. Потери на гистерезис возникают в ферромагнитных или ферримагнитных токоприемниках в связи с перемагничиванием магнитных доменов внутри материала под воздействием переменного электромагнитного поля. Вихревые токи могут быть индуцированы, если токоприемник является электрически проводящим. В случае электрически проводящего ферромагнитного или ферримагнитного токоприемника тепло может генерироваться посредством как вихревых токов, так и потерь на гистерезис.

Согласно настоящему изобретению второй токоприемный материал является по меньшей мере ферримагнитным или ферромагнитным, имеющим конкретную температуру Кюри. Температура Кюри представляет собой температуру, выше которой ферримагнитный или ферромагнитный материал теряет соответственно свой ферримагнитизм или ферромагнитизм и становится парамагнитным. В дополнение к тому, что он является ферримагнитным или ферромагнитным, второй токоприемный материал также может быть электрически проводящим.

Предпочтительно второй токоприемный материал может содержать один из мю-металла или пермаллоя.

В то время как второй токоприемник в основном приспособлен для отслеживания температуры токоприемного узла, первый токоприемник предпочтительно выполнен с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Для этого первый токоприемник может быть оптимизирован в отношении потери тепла и, таким образом, эффективности нагрева. Соответственно, первый токоприемный материал может быть электрически проводящим и/или одним из парамагнитного, ферромагнитного или ферримагнитного материалов. В случае, если первый токоприемный материал является ферромагнитным или ферримагнитным, соответствующая температура Кюри первого токоприемного материала предпочтительно является отличающейся от температуры Кюри второго токоприемника, в частности, более высокой, чем любая типичная рабочая температура, упомянутая выше, используемая для нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Например, первый токоприемный материал может иметь температуру кюри по меньшей мере 400 градусов Цельсия, в частности по меньшей мере 500 градусов Цельсия, предпочтительно по меньшей мере 600 градусов Цельсия.

Например, первый токоприемный материал может содержать один из алюминия, железа, никеля, меди, бронзы, кобальта, нелегированной углеродистой стали, нержавеющей стали, ферритной нержавеющая стали, мартенситной нержавеющей стали или аустенитной нержавеющей стали.

Предпочтительно первый токоприемный материал имеет положительный температурный коэффициент сопротивления, тогда как второй токоприемный материал предпочтительно имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Согласно настоящему изобретению было признано, что токоприемный узел, содержащий два токоприемных материала, имеющих противоположные температурные коэффициенты сопротивления, имеет профиль зависимости сопротивления от температуры, который включает минимальное значение сопротивления около температуры Кюри второго токоприемного материала, например ±5 градусов Цельсия около температуры Кюри второго токоприемного материала. Предпочтительно это минимальное значение является глобальным минимумом профиля зависимости сопротивления от температуры. Этот минимум обусловлен противоположным температурным поведением соответствующего электрического сопротивления первого и второго токоприемных материалов и магнитными свойствами второго токоприемного материала. При начале нагрева токоприемного узла от комнатной температуры сопротивление первого токоприемного материала увеличивается, тогда как сопротивление второго токоприемного материала уменьшается с увеличением температуры. Общее кажущееся сопротивление токоприемного узла, «видимое» индукционным источником, используемым для индуктивного нагрева токоприемного узла, определяется комбинацией соответствующих сопротивлений первого и второго токоприемных материалов. При достижении температуры Кюри второго токоприемного материала снизу уменьшение сопротивления второго токоприемного материала обычно преобладает над увеличением сопротивления первого токоприемного материала. Соответственно, общее кажущееся сопротивление токоприемного узла уменьшается в диапазоне температур ниже, в частности приблизительно ниже, температуры Кюри второго токоприемного материала. При температуре Кюри второй токоприемный материал теряет свои магнитные свойства. Это вызывает увеличение поверхностного слоя, доступного для вихревых токов во втором токоприемном материале, что сопровождается внезапным падением его сопротивления. Таким образом, при дальнейшем увеличении температуры токоприемного узла сверх температуры Кюри второго токоприемного материала вклад сопротивления второго токоприемного материала в общее кажущееся сопротивление токоприемного узла становится меньше или даже пренебрежимо малым. Следовательно, после прохождения минимального значения около температуры Кюри второго токоприемного материала, общее кажущееся сопротивление токоприемного узла в основном определяется увеличением сопротивления первого токоприемного материала. То есть, общее кажущееся сопротивление токоприемного узла снова увеличивается. В результате токоприемный узел имеет профиль зависимости сопротивления от температуры, который включает желаемое минимальное значение сопротивления около температуры Кюри второго токоприемного материала.

Предпочтительно первый токоприемник и второй токоприемник находятся в непосредственном физическом контакте друг с другом. В частности, первый и второй токоприемники могут образовывать единый токоприемный узел. Таким образом, при нагреве первый и второй токоприемники имеют по существу одинаковую температуру. Благодаря этому регулирование температуры первого токоприемника посредством второго токоприемника является крайне точным. Непосредственный контакт между первым токоприемником и вторым токоприемником может быть реализован любыми подходящими средствами. Например, второй токоприемник может быть гальванически нанесен, осажден, нанесен в виде покрытия, нанесен посредством плакирования или приварен к первому токоприемнику. Предпочтительные способы включают электролитическое осаждение (нанесение гальванического покрытия), плакирование, нанесение покрытия погружением или нанесение покрытия валиком.

Токоприемный узел согласно настоящему изобретению предпочтительно выполнен с возможностью приведения в действие переменным, в частности высокочастотным, электромагнитным полем. В контексте данного документа высокочастотное электромагнитное поле может находиться в диапазоне от 500 кГц (килогерц) до 30 МГц (мегагерц), в частности от 5 МГц (мегагерц) до 15 МГц (мегагерц), предпочтительно от 5 МГц (мегагерц) до 10 МГц (мегагерц).

Каждый из первого токоприемника и второго токоприемника или токоприемный узел могут иметь разнообразные геометрические конфигурации. По меньшей мере один из первого токоприемника, второго токоприемника или токоприемного узла может представлять собой один из токоприемника в виде частиц, или токоприемной нити, или токоприемной сетки, или токоприемного фитиля, или токоприемного штыря, или токоприемного стержня, или токоприемной пластины, или токоприемной полоски, или токоприемного рукава, или токоприемника в виде чаши, или цилиндрического токоприемника, или плоского токоприемника.

В качестве примера, по меньшей мере один из первого токоприемника, второго токоприемника или токоприемного узла может представлять собой один из токоприемника в виде нити, или токоприемника в виде сетки, или токоприемника в виде фитиля. Такие токоприемники могут иметь преимущества в отношении их изготовления, их геометрической упорядоченности и воспроизводимости, а также их капиллярной функции. Геометрическая упорядоченность и воспроизводимость могут оказаться преимущественными как для регулирования температуры, так и для регулируемого локального нагрева. Капиллярная функция может оказаться преимущественной для использования с жидким субстратом, образующим аэрозоль. При использовании любой из этих токоприемников может находиться в прямом физическом контакте с субстратом, образующим аэрозоль, подлежащим нагреву. Например, первый и/или второй токоприемник типа нити может быть внедрен внутрь субстрата, образующего аэрозоль, изделия, генерирующего аэрозоль. Аналогично, первый и/или второй токоприемник может представлять собой токоприемник в виде сетки или токоприемник в виде фитиля либо как часть изделия, генерирующего аэрозоль, которое предпочтительно содержит жидкий субстрат, образующий аэрозоль, либо как часть устройства, генерирующего аэрозоль. В последней конфигурации устройство может содержать резервуар для жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Альтернативно устройство может быть выполнено с возможностью размещения изделия, генерирующего аэрозоль, в частности картриджа, который содержит жидкий субстрат, образующий аэрозоль, и которое выполнено с возможностью сцепления с токоприемником в виде нити, или токоприемником в виде сетки, или токоприемником в виде фитиля устройства, генерирующего аэрозоль.

По меньшей мере один из первого токоприемника, второго токоприемника или токоприемного узла может представлять собой токоприемную пластину, токоприемный стержень или токоприемный штырь. Предпочтительно первый токоприемник и второй токоприемник вместе образуют токоприемную пластину, токоприемный стержень или токоприемный штырь. Например, один из первого или второго токоприемника может образовывать центральный или внутренний слой токоприемной пластины, или токоприемного стержня, или токоприемного штыря, тогда как соответствующий другой из первого или второго токоприемника может образовывать оболочку или обертку токоприемной пластины, или токоприемного стержня, или токоприемного штыря.

В качестве токоприемной пластины, или токоприемного стержня, или токоприемного штыря по меньшей мере один из первого токоприемника, второго токоприемника или токоприемного узла может быть частью изделия, генерирующего аэрозоль, в частности может быть расположен внутри субстрата, образующего аэрозоль, изделия, генерирующего аэрозоль. Один крайний конец токоприемной пластины, или токоприемного стержня, или токоприемного штыря может быть суженным или заостренным так, чтобы облегчать вставку токоприемной пластины, или токоприемного стержня, или токоприемного штыря в субстрат, образующий аэрозоль, изделия.

Альтернативно по меньшей мере один из первого токоприемника, второго токоприемника или токоприемного узла, каждый из которых имеет вид токоприемной пластины, или токоприемного стержня, или токоприемного штыря, может быть частью устройства, генерирующего аэрозоль. Одним своим концом, в частности дальним концом, токоприемная пластина, или токоприемный стержень, или токоприемный штырь могут быть расположены у нижней части приемной полости устройства, в частности прикреплены к ней. Оттуда токоприемная пластина, или токоприемный стержень, или токоприемный штырь предпочтительно проходит во внутреннее пространство приемной полости в направлении к отверстию приемной полости. Отверстие приемной полости предпочтительно расположено на ближнем конце устройства, генерирующего аэрозоль. Другой конец, то есть дальний свободный конец токоприемной пластины, или токоприемного стержня, или токоприемного штыря может быть суженным или заостренным так, чтобы позволять токоприемной пластине, или токоприемному стержню, или токоприемному штырю легко проникать в субстрат, образующий аэрозоль, подлежащий нагреву, например в субстрат, образующий аэрозоль, расположенный на части дальнего конца изделия, генерирующего аэрозоль.

В каждом случае токоприемная пластина, или токоприемный стержень, или токоприемный штырь могут иметь длину в диапазоне от 8 мм (миллиметров) до 16 мм (миллиметров), в частности от 10 мм (миллиметров) до 14 мм (миллиметров), предпочтительно 12 мм (миллиметров). В случае токоприемной пластины первый токоприемник и/или второй токоприемник, в частности токоприемный узел, может иметь ширину, например, в диапазоне от 2 мм (миллиметров) до 6 мм (миллиметров), в частности от 4 мм (миллиметров) до 5 мм (миллиметров). Аналогично толщина первого токоприемника и/или второго токоприемника, имеющих форму пластины, в частности токоприемного узла, имеющего форму пластины, предпочтительно находится в диапазоне от 0,03 мм (миллиметра) до 0,15 мм (миллиметра), более предпочтительно от 0,05 мм (миллиметра) до 0,09 мм (миллиметра).

По меньшей мере один из первого токоприемника, второго токоприемника или токоприемного узла может представлять собой цилиндрический токоприемник, или токоприемный рукав, или токоприемник в виде чаши. Цилиндрический токоприемник, токоприемный рукав или токоприемник в виде чаши могут образовывать приемную полость или могут быть расположены по окружности вокруг приемной полости устройства, генерирующего аэрозоль, частью которого может быть нагревательный узел. В этой конфигурации первый и/или второй токоприемник или токоприемный узел реализует индукционную нагревательную печь или нагревательную камеру, выполненную с возможностью размещения субстрата, образующего аэрозоль, подлежащего нагреву в ней. Альтернативно по меньшей мере один из первого токоприемника, второго токоприемника или токоприемного узла, каждый из которых имеет вид цилиндрического токоприемника, или токоприемного рукава, или токоприемника в виде чаши, может окружать по меньшей мере часть субстрата, образующего аэрозоль, подлежащего нагреву, тем самым реализуя нагревательную печь или нагревательную камеру. В частности, каждый из них может образовывать по меньшей мере часть оболочки, обертки, кожуха или корпуса изделия, генерирующего аэрозоль.

Токоприемный узел может представлять собой многослойный токоприемный узел. При этом первый токоприемник и второй токоприемник могут образовывать слои, в частности смежные слои многослойного токоприемного узла.

В многослойном токоприемном узле первый токоприемник и второй токоприемник могут находиться в непосредственном физическом контакте друг с другом. Благодаря этому регулирование температуры первого токоприемника посредством второго токоприемника является достаточно точным, поскольку первый и второй токоприемники имеют по существу одинаковую температуру.

Второй токоприемник может быть гальванически нанесен, осажден, нанесен в виде покрытия, нанесен посредством плакирования или приварен к первому токоприемнику. Предпочтительно второй токоприемник наносят на первый токоприемник путем распыления, нанесения покрытия погружением, нанесения покрытия валиком, электролитического осаждения или плакирования.

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

Отдельные слои многослойного токоприемного узла могут быть незащищенными или открытыми воздействию окружающей среды на окружной наружной поверхности многослойного токоприемного узла, если смотреть в любом направлении, параллельном и/или поперечном слоям. Альтернативно многослойный токоприемный узел может быть покрыт защитным покрытием.

Многослойный токоприемный узел может быть использован для реализации разных геометрических конфигураций токоприемного узла.

Например, многослойный токоприемный узел может представлять собой продолговатую токоприемную полоску или токоприемную пластину, имеющую длину в диапазоне от 8 мм (миллиметров) до 16 мм (миллиметров), в частности от 10 мм (миллиметров) до 14 мм (миллиметров), предпочтительно 12 мм (миллиметров). Ширина токоприемного узла может находиться, например, в диапазоне от 2 мм (миллиметров) до 6 мм (миллиметров), в частности от 4 мм (миллиметров) 5 мм (миллиметров). Толщина токоприемного узла предпочтительно находится в диапазоне от 0,03 мм (миллиметра) до 0,15 мм (миллиметра), более предпочтительно от 0,05 мм (миллиметра) до 0,09 мм (миллиметра). Многослойная токоприемная пластина может иметь свободный сужающийся конец.

В качестве примера, многослойный токоприемный узел может представлять собой удлиненную полоску, имеющую первый токоприемник, который представляет собой полоску из нержавеющей стали марки 430, имеющую длину 12 мм (миллиметров), ширину от 4 мм (миллиметров) до 5 мм (миллиметров), например 4 мм (миллиметра), и толщину приблизительно 50 мкм (микрометров). Нержавеющая сталь марки 430 может быть покрыта слоем мю-металла или пермаллоя в качестве второго токоприемника, имеющего толщину от 5 мкм (микрометров) до 30 мкм (микрометров), например 10 мкм (микрометров).

Термин «толщина» используется в данном документе для обозначения размеров, проходящих между верхней и нижней сторонами, например между верхней стороной и нижней стороной слоя или верхней стороной и нижней стороной многослойного токоприемного узла. Термин «ширина» используется в данном документе для обозначения размеров, проходящих между двумя противоположными боковыми сторонами. Термин «длина» используется 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.

Аналогично многослойный токоприемный узел может представлять собой многослойный токоприемный стержень или многослойный токоприемный штырь, в частности, как описанные ранее. В этой конфигурации один из первого или второго токоприемника может образовывать центральный слой, который окружен окружающим слоем, образованным соответствующим другим из первого или второго токоприемника. Предпочтительно именно первый токоприемник образует окружающий слой в случае, когда первый токоприемник оптимизирован для нагрева субстрата. Таким образом, улучшается передача тепла к окружающему субстрату, образующему аэрозоль.

Альтернативно многослойный токоприемный узел может представлять собой многослойный токоприемный рукав, или многослойный токоприемник в виде чаши, или цилиндрический многослойный токоприемник, в частности, как описанные ранее. Один из первого или второго токоприемника может образовывать внутреннюю стенку многослойного токоприемного рукава, или многослойного токоприемника в виде чаши, или цилиндрического многослойного токоприемника. Соответствующий другой из первого или второго токоприемника может образовывать наружную стенку многослойного токоприемного рукава, или многослойного токоприемника в виде чаши, или цилиндрического многослойного токоприемника. Предпочтительно именно первый токоприемник образует внутреннюю стенку, в частности в случае, когда первый токоприемник оптимизирован для нагрева субстрата. Как описано ранее, многослойный токоприемный рукав, или многослойный токоприемник в виде чаши, или цилиндрический многослойный токоприемник могут окружать по меньшей мере часть субстрата, образующего аэрозоль, подлежащего нагреву, в частности могут образовывать по меньшей мере часть оболочки, обертки, кожуха или корпуса изделия, генерирующего аэрозоль. Альтернативно многослойный токоприемный рукав, или многослойный токоприемник в виде чаши, или цилиндрический многослойный токоприемник могут образовывать приемную полость или могут быть расположены по окружности вокруг приемной полости устройства, генерирующего аэрозоль, частью которого может быть нагревательный узел.

Например, для целей производства изделия, генерирующего аэрозоль, может быть желательно, чтобы первый и второй токоприемники имели сходные геометрические конфигурации, такие как описанные выше.

Альтернативно первый токоприемник и второй токоприемник могут иметь разные геометрические конфигурации. Таким образом, первый и второй токоприемники могут быть созданы для своей конкретной функции. Первый токоприемник, предпочтительно имеющий функцию нагрева, может иметь геометрическую конфигурацию, которая предоставляет большую площадь поверхности субстрату, образующему аэрозоль, чтобы улучшать передачу тепла. В отличие от этого, второму токоприемнику, который предпочтительно имеет функцию регулирования температуры, не нужно иметь очень большую площадь поверхности. Если первый токоприемный материал оптимизирован для нагрева субстрата, может быть предпочтительно, чтобы объем материала второго токоприемного материала не превышал объем, необходимый для обеспечения обнаруживаемой точки Кюри.

Согласно этому аспекту второй токоприемник может содержать один или более элементов второго токоприемника. Предпочтительно один или более элементов второго токоприемника значительно меньше, чем первый токоприемник, то есть имеют объем меньший, чем объем первого токоприемника. Каждый из одного или более элементов второго токоприемника может находиться в непосредственном физическом контакте с первым токоприемником. Из-за этого первый и второй токоприемники имеют по существу одинаковую температуру, что повышает точность регулирования температуры первого токоприемника посредством второго токоприемника, служащего маркером температуры.

Например, первый токоприемник может иметь форму токоприемной пластины, или токоприемной полоски, или токоприемного рукава, или токоприемника в виде чаши, тогда как второй токоприемный материал может иметь форму отдельных накладок, которые гальванически нанесены, осаждены или приварены на первом токоприемном материале.

Согласно другому примеру, первый токоприемник может представлять собой токоприемник в виде полоски, токоприемник в виде нити или токоприемник в виде сетки, тогда как второй токоприемник представляет собой токоприемник в виде частиц. Как первый токоприемник в виде нити или сетки, так и второй токоприемник в виде частиц могут быть, например, встроены в изделие, генерирующее аэрозоль, в непосредственном физическом контакте с субстратом, образующим аэрозоль, подлежащим нагреву. В этой конкретной конфигурации первый токоприемник может проходить внутри субстрата, образующего аэрозоль, через центр изделия, генерирующего аэрозоль, тогда как второй токоприемник может быть равномерно распределен по всему субстрату, образующему аэрозоль.

Первому и второму токоприемникам не нужно находиться в непосредственном физическом контакте друг с другом. Первый токоприемник может представлять собой токоприемную пластину, реализующую нагревательную пластину для проникновения в субстрат, образующий аэрозоль, подлежащий нагреву. Аналогично первый токоприемник может представлять собой токоприемный рукав или токоприемник в виде чаши, реализующий нагревательную печь или нагревательную камеру. В любой из этих конфигураций второй токоприемник может быть расположен в другом месте внутри нагревательного узла, на расстоянии от первого токоприемника, но все же в тепловой близости к первому токоприемнику.

Первый и второй токоприемники могут образовывать разные части токоприемного узла. Например, первый токоприемник может образовывать часть боковой стенки или часть рукава токоприемного узла, имеющего форму чаши, тогда как второй токоприемник образует нижнюю часть токоприемного узла, имеющего форму чаши.

По меньшей мере часть по меньшей мере одного из первого токоприемника и второго токоприемника может содержать защитное покрытие. Аналогично по меньшей мере часть токоприемного узла может содержать защитное покрытие. Защитное покрытие может быть образовано с использованием стекла, керамики или инертного металла, образована или нанесена на по меньшей мере части первого токоприемника и/или второго токоприемника или токоприемного узла соответственно. Преимущественно защитное покрытие может быть приспособлено для по меньшей мере одного из того, чтобы: избегать прилипания субстрата, образующего аэрозоль, к поверхности токоприемника; избегать диффузии материала, например диффузии металла, из токоприемных материалов в субстрат, образующий аэрозоль; улучшать механическую жесткость токоприемного узла. Предпочтительно защитное покрытие является электрически непроводящим.

Для генерирования переменного электромагнитного поля индукционный источник может содержать по меньшей мере один индуктор, предпочтительно по меньшей мере одну индукционную катушку.

Индукционный источник может содержать одну индукционную катушку или множество индукционных катушек. Количество индукционных катушек может зависеть от количества токоприемников и/или размера и формы токоприемного узла. Индукционная катушка или катушки могут иметь форму, соответствующую форме первого и/или второго токоприемника или токоприемного узла соответственно. Аналогично индукционная катушка или катушки могут иметь форму, согласующуюся с формой корпуса устройства, генерирующего аэрозоль, частью которого может быть нагревательный узел.

По меньшей мере одна индукционная катушка может представлять собой винтовую катушку или плоскую катушку планарного типа, в частности дисковую катушку или изогнутую катушку планарного типа. Использование плоской спиральной катушки обеспечивает компактность конструкции, которая является надежной и недорогой в производстве. Использование винтовой индукционной катушки преимущественно обеспечивает генерирование однородного переменного электромагнитного поля. В контексте данного документа термин «плоская спиральная катушка» обозначает катушку, которая в целом является планарной катушкой, при этом ось наматывания катушки перпендикулярна плоскости, в которой лежит катушка. Плоская спиральная индукционная катушка может иметь любую требуемую форму в плоскости катушки. Например, плоская спиральная катушка может иметь круглую форму или может иметь в общем продолговатую или прямоугольную форму. Однако термин «плоская спиральная катушка» в контексте данного документа охватывает как катушки, являющиеся планарными, так и плоские спиральные катушки, форма которых соответствует изогнутой поверхности. Например, индукционная катушка может представлять собой «изогнутую» планарную катушку, размещенную по окружности предпочтительно цилиндрической опоры катушки, например ферритового сердечника. Кроме того, плоская спиральная катушка может содержать, например, два слоя четырехвитковой плоской спиральной катушки или один слой четырехвитковой плоской спиральной катушки.

Первая и/или вторая индукционная катушка может удерживаться внутри одного из корпуса нагревательного узла или основной части или корпуса устройства, генерирующего аэрозоль, которое содержит нагревательный узел. Первая и/или вторая индукционная катушка может быть намотана вокруг предпочтительно цилиндрической опоры катушки, например ферритового сердечника.

Источник индукции может содержать генератор переменного тока (AC). Генератор переменного тока может получать питание от блока питания устройства, генерирующего аэрозоль. Генератор переменного тока функционально соединен с по меньшей мере одной индукционной катушкой. В частности, по меньшей мере одна индукционная катушка может быть неотделимой частью генератора переменного тока. Генератор переменного тока выполнен с возможностью генерирования высокочастотного колебательного тока для прохождения через по меньшей мере одну индукционную катушку для генерирования переменного электромагнитного поля. Переменный ток можно подавать на по меньшей мере одну индукционную катушку непрерывно после активации системы или можно подавать с перерывами, например от затяжки к затяжке.

Предпочтительно индукционный источник содержит преобразователь постоянного тока в переменный, соединенный с блоком питания постоянного тока, содержащим индуктивно-емкостную цепь, при этом индуктивно-емкостная цепь содержит последовательное соединение конденсатора и индуктора.

Индукционный источник предпочтительно выполнен с возможностью генерирования высокочастотного электромагнитного поля. В контексте данного документа высокочастотное электромагнитное поле может находиться в диапазоне от 500 кГц (килогерц) до 30 МГц (мегагерц), в частности от 5 МГц (мегагерц) до 15 МГц (мегагерц), предпочтительно от 5 МГц (мегагерц) до 10 МГц (мегагерц).

Контроллер может содержать микропроцессор, например, программируемый микропроцессор, микроконтроллер или специализированную интегральную схему (ASIC), или другую электронную схему, способную обеспечивать управление. Контроллер может содержать дополнительные электронные компоненты, такие как по меньшей мере один преобразователь постоянного тока в переменный и/или усилители мощности, например, усилитель мощности класса D или класса E. В частности, индукционный источник может быть частью контроллера.

Контроллер может представлять собой главный контроллер, или его часть, устройства, генерирующего аэрозоль, частью которого является нагревательный узел согласно настоящему изобретению.

Контроллер и по меньшей мере часть индукционного источника, в частности индукционный источник за исключением индуктора, могут быть расположены на общей печатной плате. Это оказывается особенно преимущественным в отношении компактной конструкции нагревательного узла.

Для определения фактического кажущегося сопротивления токоприемного узла, которое указывает фактическую температуру токоприемного узла, контроллер нагревательного узла может содержать по меньшей мере один из датчика напряжения постоянного тока для измерения напряжения питания постоянного тока, потребляемого от блока питания постоянного тока, или датчика тока постоянного тока для измерения тока питания постоянного тока, потребляемого от блока питания постоянного тока.

Предпочтительно блок питания представляет собой батарею, такую как литий-железо-фосфатная батарея. Альтернативно блок питания может представлять собой устройство накопления заряда другого вида, такое как конденсатор. Блок питания может нуждаться в перезарядке, то есть блок питания может быть перезаряжаемым. Блок питания может иметь емкость, которая позволяет накапливать достаточно энергии для одного или более применений пользователем. Например, блок питания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, составляющего приблизительно шесть минут, или в течение периода, который является кратным шести минутам. В другом примере блок питания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности выполнения заданного количества затяжек или отдельных активаций индукционного источника. Блок питания может представлять собой главный блок питания устройства, генерирующего аэрозоль, частью которого является нагревательный узел согласно настоящему изобретению.

Согласно настоящему изобретению также предоставлено устройство, генерирующее аэрозоль, для генерирования аэрозоля посредством нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Устройство содержит приемную полость для размещения субстрата, образующего аэрозоль, подлежащего нагреву. Устройство дополнительно содержит индукционный нагревательный узел согласно настоящему изобретению, как описано в данном документе, предназначенный для индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, внутри приемной полости.

В контексте данного документа термин «устройство, генерирующее аэрозоль» используется для описания электрического устройства, которое может взаимодействовать с по меньшей мере одним субстратом, образующим аэрозоль, в частности с субстратом, образующим аэрозоль, предоставленным внутри изделия, генерирующего аэрозоль, так, чтобы генерировать аэрозоль посредством нагрева субстрата. Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, представляет собой устройство для затяжки для генерирования аэрозоля, непосредственно вдыхаемого пользователем через рот. В частности, устройство, генерирующее аэрозоль, является удерживаемым рукой устройством, генерирующим аэрозоль.

В контексте данного документа термин «субстрат, образующий аэрозоль» означает субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль при нагреве субстрата, образующего аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой часть изделия, генерирующего аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой твердый или предпочтительно жидкий субстрат, образующий аэрозоль. В обоих случаях субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере один из твердых и жидких компонентов. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные вкусоароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата при нагреве. Альтернативно или дополнительно субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал, не являющийся табачным. Субстрат, образующий аэрозоль, может дополнительно 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 быть пастообразным материалом, пакетиком из пористого материала, содержащим субстрат, образующий аэрозоль, или, например, рассыпным табаком, смешанным 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.

Приемная полость может содержаться в корпусе устройства, генерирующего аэрозоль.

Как описано выше, устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать главный контроллер для регулирования работы устройства. Главный контроллер может содержать или может включать в себя контроллер нагревательного узла.

Как дополнительно описано выше, устройство, генерирующее аэрозоль, также может содержать блок питания, в частности блок питания постоянного тока, такой как батарея. В частности, блок питания может представлять собой главный блок питания устройства, генерирующего аэрозоль, который используют, среди прочего, для подачи напряжения питания постоянного тока и тока питания постоянного тока на индукционный источник нагревательного узла.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать основную часть, которая предпочтительно содержит по меньшей мере одно из индукционного источника, по меньшей мере одну индукционную катушку, контроллер, блок питания и по меньшей мере часть приемной полости.

В дополнение к основной части устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать мундштук, в частности, в случае, если изделие, генерирующее аэрозоль, подлежащее использованию с устройством, не содержит мундштук. Мундштук может быть установлен на основной части устройства. Мундштук может быть выполнен с возможностью закрытия приемной полости при установке мундштука на основной части. Для прикрепления мундштука к основной части ближняя концевая часть основной части может содержать магнитное или механическое крепление, например штыковое крепление или крепление с защелкиванием, которое входит в зацепление с соответствующей сопрягаемой деталью на дальней концевой части мундштука. В случае, если устройство не содержит мундштук, изделие, генерирующее аэрозоль, подлежащее использованию с устройством, генерирующим аэрозоль, может содержать мундштук, например заглушку фильтра.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно выпускное отверстие для воздуха, например выпускное отверстие для воздуха в мундштуке (при наличии).

Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, содержит путь для воздуха, проходящий от по меньшей мере одного впускного отверстия для воздуха через приемную полость и возможно далее к выпускному отверстию для воздуха в мундштуке, при наличии. Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, содержит по меньшей мере одно впускное отверстие для воздуха, находящееся в сообщении по текучей среде с приемной полостью. Соответственно, система, генерирующая аэрозоль, может содержать путь для воздуха, проходящий от по меньшей мере одного впускного отверстия для воздуха в приемную полость и возможно далее через субстрат, образующий аэрозоль, внутри изделия и мундштук в рот пользователя.

Дополнительные признаки и преимущества изделия, генерирующего аэрозоль, согласно настоящему изобретению уже были описаны в отношении нагревательного узла и повторно описываться не будут.

Согласно настоящему изобретению также предусмотрена система, генерирующая аэрозоль. Система содержит устройство, генерирующее аэрозоль, изделие, генерирующее аэрозоль, для использования с устройством, генерирующим аэрозоль, и индукционный нагревательный узел согласно настоящему изобретению и как описано в данном документе. Индукционный источник нагревательного узла представляет собой часть устройства, генерирующего аэрозоль. Первый токоприемник токоприемного узла представляет собой часть изделия, генерирующего аэрозоль, тогда как второй токоприемник токоприемного узла представляет собой либо часть изделия, генерирующего аэрозоль, либо часть устройства, генерирующего аэрозоль.

Преимущественно первый токоприемник, будучи частью изделия, генерирующего аэрозоль, может быть выполнен с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Для этого первый токоприемник может быть оптимизирован в отношении потери тепла и, таким образом, эффективности нагрева. Например, первый токоприемник может представлять собой токоприемную полоску, токоприемную пластину, токоприемный стержень, токоприемный штырь, токоприемную сетку, токоприемную нить или токоприемник в виде частиц, расположенный с субстратом, образующим аэрозоль, изделия, генерирующего аэрозоль.

В отличие от этого, второй токоприемник может быть в основном приспособлен для отслеживания температуры токоприемного узла. Для этого второй токоприемник может быть частью либо изделия, генерирующего аэрозоль, либо устройства, генерирующего аэрозоль, в частности быть расположен в них. В любой конфигурации, когда изделие используют с устройством, в частности присоединяют к нему, второй токоприемник предпочтительно расположен в тепловой близости или даже в тепловом контакте с первым токоприемником и/или субстратом, образующим аэрозоль. Преимущественно это гарантирует, что второй токоприемник по существу имеет ту же температуру, что и первый токоприемник и/или субстрат, образующий аэрозоль, во время работы системы, генерирующей аэрозоль. Таким образом, можно достичь надлежащего и точного регулирования температуры. Например, второй токоприемник может быть расположен на внутренней стенке приемной полости устройства, генерирующего аэрозоль.

При наличии, контроллер нагревательного узла может быть частью устройства, генерирующего аэрозоль, в частности быть расположен в нем. Предпочтительно контроллер устройства, генерирующего аэрозоль, может содержать или может представлять собой контроллер нагревательного узла.

Аналогично, при наличии, блок питания нагревательного узла может быть частью устройства, генерирующего аэрозоль, в частности быть расположен в нем. Предпочтительно блок питания устройства, генерирующего аэрозоль, может содержать или может представлять собой блок питания нагревательного узла.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать приемную полость для размещения по меньшей мере части изделия, генерирующего аэрозоль.

В контексте данного документа термин «изделие, генерирующее аэрозоль» относится к изделию, содержащему по меньшей мере один субстрат, образующий аэрозоль, который при нагреве высвобождает летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Предпочтительно изделие, генерирующее аэрозоль, является нагреваемым изделием, генерирующим аэрозоль. То есть изделие, генерирующее аэрозоль, предпочтительно содержит по меньшей мере один субстрат, образующий аэрозоль, который предназначен для нагрева, а не сжигания, для высвобождения летучих соединений, которые могут образовывать аэрозоль. Изделие, генерирующее аэрозоль, может представлять собой расходный материал, в частности расходный материал, подлежащий выбрасыванию после однократного использования. Изделие, генерирующее аэрозоль, может представлять собой табачное изделие. Например, изделие может представлять собой картридж, содержащий жидкий или твердый субстрат, образующий аэрозоль, подлежащий нагреву. Альтернативно изделие может представлять собой стержнеобразное изделие, в частности табачное изделие, напоминающее обычные сигареты и содержащее твердый субстрат, образующий аэрозоль.

Предпочтительно изделие, генерирующее аэрозоль, имеет круглое, или эллиптическое, или овальное, или квадратное, или прямоугольное, или треугольное, или многоугольное поперечное сечение.

В дополнение к субстрату, образующему аэрозоль, и токоприемному узлу изделие может дополнительно содержать различные элементы.

В частности, изделие может содержать мундштук. В контексте данного документа термин «мундштук» обозначает часть устройства, которая помещается в рот пользователя для непосредственного вдыхания аэрозоля из изделия. Предпочтительно мундштук содержит фильтр.

Кроме того, изделие может содержать кожух, в частности трубчатую обертку, окружающий по меньшей мере часть субстрата, образующего аэрозоль. Обертка может содержать токоприемный узел. Преимущественно это обеспечивает однородный и симметричный нагрев субстрата, образующего аэрозоль, окруженного токоприемным узлом.

В частности, что касается изделия, генерирующего аэрозоль, имеющего стержнеобразное изделие, напоминающее обычные сигареты и/или содержащее твердый субстрат, образующий аэрозоль, это изделие может дополнительно содержать: опорный элемент, имеющий центральный проход для воздуха, элемент, охлаждающий аэрозоль, и фильтрующий элемент. Фильтрующий элемент предпочтительно выполняет функцию мундштука. В частности, изделие может содержать элемент субстрата, который содержит субстрат, образующий аэрозоль, и токоприемный узел в контакте с субстратом, образующим аэрозоль. Любой из этих элементов или любое их сочетание могут быть расположены последовательно относительно сегмента стержня, образующего аэрозоль. Предпочтительно элемент субстрата расположен на дальнем конце изделия. Аналогично фильтрующий элемент предпочтительно расположен на ближнем конце изделия. Кроме того, эти элементы могут иметь такое же наружное поперечное сечение, что и сегмент стержня, образующего аэрозоль.

Кроме того, изделие может содержать кожух или обертку, окружающие по меньшей мере часть субстрата, образующего аэрозоль. В частности, изделие может содержать обертку, окружающую по меньшей мере часть разных сегментов и элементов, упомянутых выше, так, чтобы удерживать их вместе и сохранять необходимую форму сечения изделия.

Кожух или обертка могут содержать по меньшей мере первый токоприемник или как первый, так и второй токоприемники токоприемного узла. Преимущественно это обеспечивает возможность однородного и симметричного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, окруженного первым токоприемником или токоприемным узлом.

Предпочтительно кожух или обертка образует по меньшей мере часть наружной поверхности изделия. Кожух может образовывать картридж, содержащий резервуар, который содержит субстрат, образующий аэрозоль, например жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Обертка может представлять собой бумажную обертку, в частности бумажную обертку, изготовленную из сигаретной бумаги. Альтернативно обертка может представлять собой фольгу, например изготовленную из пластмассы. Обертка может быть проницаемой для текучей среды, чтобы обеспечивать возможность высвобождения испаренного субстрата, образующего аэрозоль, из изделия или чтобы обеспечивать возможность втягивания воздуха в изделие через его окружность. Кроме того, обертка может содержать по меньшей мере одно летучее вещество, подлежащее активации и высвобождению из обертки при нагреве. Например, обертка может быть пропитана вкусоароматическим летучим веществом.

Дополнительные признаки и преимущества системы, генерирующей аэрозоль, согласно настоящему изобретению были описаны в отношении устройства, генерирующего аэрозоль, и нагревательного узла и повторно описываться не будут.

Согласно настоящему изобретению также предоставлен способ индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, в частности включающий такой нагревательный узел согласно настоящему изобретению и как описано в данном документе. Предпочтительно способ представляет собой способ работы нагревательного узла согласно настоящему изобретению и как описано в данном документе, или работы устройства, генерирующего аэрозоль, согласно настоящему изобретению и как описано в данном документе, или работы системы, генерирующей аэрозоль, согласно настоящему изобретению и как описано в данном документе.

Этот способ включает этапы:

генерирование переменного электромагнитного поля посредством подачи напряжения питания постоянного тока и тока питания постоянного тока на индукционный источник, чтобы нагревать токоприемный узел, индукционно связанный с индукционным источником;

определение по напряжению питания постоянного тока и току питания постоянного тока, потребляемым от блока питания постоянного тока, фактического кажущегося сопротивления, указывающего фактическую температуру токоприемного узла, который выполнен с возможностью индукционного соединения с индукционным источником или индукционно связан с ним;

определение минимального значения кажущегося сопротивления во время предварительного нагрева токоприемного узла, начиная от комнатной температуры и до рабочей температуры.

Способ может дополнительно включать этапы:

регулирование работы индукционного источника в конфигурации с обратной связью так, что фактическое кажущееся сопротивление соответствует определенному минимальному значению кажущегося сопротивления плюс предварительно определенное значение смещения кажущегося сопротивления, для регулирования нагрева субстрата, образующего аэрозоль, до предварительно определенной рабочей температуры.

Этап регулирования работы индукционного источника включает этапы:

прерывание этапа генерирования переменного электромагнитного поля, когда фактическое кажущееся сопротивление равно определенному минимальному значению кажущегося сопротивления плюс предварительно определенное значение смещения кажущегося сопротивления или превышает их, и

возобновление этапа генерирования переменного электромагнитного поля, когда фактическое кажущееся сопротивление ниже определенного минимального значения кажущегося сопротивления плюс предварительно определенное значение смещения кажущегося сопротивления.

Дополнительные признаки и преимущества способа согласно настоящему изобретению были описаны в отношении нагревательного узла, устройства, генерирующего аэрозоль, и системы, генерирующей аэрозоль, и повторно описываться не будут.

Настоящее изобретение будет также описано, исключительно в качестве примера, со ссылкой на сопроводительные графические материалы, на которых:

на фиг. 1 показано схематическое изображение системы, генерирующей аэрозоль, содержащей устройство, генерирующее аэрозоль, с индукционным нагревом и изделие, генерирующее аэрозоль, при этом система содержит нагревательный узел согласно первому примерному варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 показано схематическое изображение индукционно нагреваемого изделия, генерирующего аэрозоль, согласно фиг. 1;

на фиг. 3 показан вид в перспективе токоприемного узла изделия, генерирующего аэрозоль, согласно фиг. 1 и фиг. 2;

на фиг. 4 показан график, схематически иллюстрирующий профиль зависимости сопротивления от температуры токоприемного узла согласно настоящему изобретению;

на фиг. 5-7 показаны альтернативные варианты осуществления токоприемного узла для использования с изделием согласно фиг. 1 и фиг. 2;

на фиг. 8-10 показаны изделия, генерирующие аэрозоль, для использования с устройством согласно фиг. 1, которые включают дополнительные альтернативные варианты осуществления токоприемных узлов;

на фиг. 11 показано схематическое изображение другой системы, генерирующей аэрозоль, содержащей нагревательный узел согласно второму примерному варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 12 показан вид в перспективе токоприемного узла, включенного в устройство, генерирующее аэрозоль, согласно фиг. 11;

на фиг. 13-15 показаны альтернативные варианты осуществления токоприемного узла для использования с устройством со гласно фиг. 11;

на фиг. 16 показано схематическое изображение системы, генерирующей аэрозоль, содержащей нагревательный узел согласно третьему примерному варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 17 показано схематическое изображение системы, генерирующей аэрозоль, содержащей нагревательный узел согласно четвертому примерному варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 18 показано схематическое изображение системы, генерирующей аэрозоль, содержащей нагревательный узел согласно пятому примерному варианту осуществления настоящего изобретения; и

на фиг. 19 показано схематическое изображение системы, генерирующей аэрозоль, содержащей нагревательный узел согласно шестому примерному варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 1 схематически изображен первый примерный вариант осуществления системы 1, генерирующей аэрозоль, согласно настоящему изобретению. Система 1 содержит устройство 10, генерирующее аэрозоль, согласно настоящему изобретению, а также изделие 100, генерирующее аэрозоль, которое выполнено с возможностью использования с устройством и которое содержит субстрат, образующий аэрозоль, подлежащий нагреву.

На фиг. 2 показаны дополнительные детали изделия 100, генерирующего аэрозоль, причем изделие 100, генерирующее аэрозоль, по существу является стержнеобразным и содержит четыре элемента, последовательно соосно выровненные: сегмент 110 стержня, образующего аэрозоль, содержащий токоприемный элемент 120 и субстрат 130, образующий аэрозоль, опорный элемент 140, содержащий центральный проход 141 для воздуха, элемент 150, охлаждающий аэрозоль, и фильтрующий элемент 160, выполняющий функцию мундштука. Сегмент стержня 110, образующего аэрозоль, расположен на дальнем конце 102 изделия 100, в то время как фильтрующий элемент 160 расположен на дальнем конце 103 изделия 100. Каждый из этих четырех элементов представляет собой по существу цилиндрический элемент, при этом все они имеют по существу одинаковый диаметр. Кроме этого, четыре элемента окружены внешней оберткой 170 для того, чтобы удерживать эти четыре элемента вместе и сохранять необходимую круглую форму сечения стержнеобразного изделия 100. Обертка 170 предпочтительно изготовлена из бумаги. Дополнительные подробности об изделии, в частности, о четырех элементах, помимо особенностей токоприемного узла 120 внутри сегмента 110 стержня, раскрыты в документе WO 2015/176898 A1.

Со ссылкой на фиг. 1 устройство 10, генерирующее аэрозоль, содержит цилиндрическую приемную полость 20, образованную внутри ближней части 12 устройства 10 для размещения в ней по меньшей мере дальней части изделия 100. Устройство 10 дополнительно содержит индукционный источник, включающий индукционную катушку 30 для генерирования переменного, в частности, высокочастотного, электромагнитного поля. В настоящем варианте осуществления индукционная катушка 30 представляет собой винтовую катушку, окружающую цилиндрическую приемную полость 20 по окружности. Катушка 30 расположена так, что токоприемный узел 120 изделия 100, генерирующего аэрозоль, подвергается воздействию электромагнитного поля при сцеплении изделия 100 с устройством 10. Таким образом, при активации индукционного источника, токоприемный узел 120 нагревается благодаря вихревым токам и/или потерям на гистерезис, которые индуцированы переменным электромагнитным полем, в зависимости от магнитных и электрических свойств токоприемных материалов токоприемного узла 120. Токоприемный узел 120 нагревается до тех пор, пока не достигнет рабочей температуры, достаточной для испарения субстрата 130, образующего аэрозоль, окружающего токоприемный узел 120 внутри изделия 100.

Внутри дальней части 13 устройство 10, генерирующее аэрозоль, дополнительно содержит блок 40 питания постоянного тока и контроллер 50 (изображены лишь схематически на фиг. 1) для питания и управления процессом нагрева. С точки зрения электроники индукционный источник, не считая индукционной катушки 30, предпочтительно представляет собой по меньшей мере частично неотделимую часть контроллера 50.

Как индукционный источник, будучи частью устройства 10, так и токоприемный узел 120, будучи частью изделия 100, генерирующего аэрозоль, составляют существенные части индукционного нагревательного узла 5 согласно настоящему изобретению.

На фиг. 3 показан подробный вид токоприемного узла 120, используемого внутри изделия, генерирующего аэрозоль, показанного на фиг. 1 и фиг. 2. Согласно настоящему изобретению токоприемный узел 120 содержит первый токоприемник 121 и второй токоприемник 122. Первый токоприемник 121 содержит первый токоприемный материал, имеющий положительный температурный коэффициент сопротивления, тогда как второй токоприемник 122 содержит второй ферромагнитный или ферримагнитный токоприемный материал, имеющий отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Из-за того, что первый и второй токоприемные материалы имеют противоположные температурные коэффициенты сопротивления и из-за магнитных свойств второго токоприемного материала, токоприемный узел 120 имеет профиль зависимости сопротивления от температуры, который включает минимальное значение сопротивления около температуры Кюри второго токоприемного материала.

Соответствующий профиль зависимости сопротивления от температуры показан на фиг. 4. Во время начала нагрева токоприемного узла 120 от комнатной температуры T_R сопротивление первого токоприемного материала увеличивается, тогда как сопротивление второго токоприемного материала уменьшается с увеличением температуры T. Общее кажущееся сопротивление R_a токоприемного узла 120, как «видно» индукционному источнику устройства 10, используемого для индукционного нагрева токоприемного узла 120, определяется комбинацией соответствующего сопротивления первого и второго токоприемных материалов. При достижении температуры Кюри T_C второго токоприемного материала снизу уменьшение сопротивления второго токоприемного материала, как правило, преобладает над увеличением сопротивления первого токоприемного материала. Соответственно, общее кажущееся сопротивление R_a токоприемного узла 120 уменьшается в диапазоне температур ниже, в частности приблизительно ниже, температуры Кюри T_C второго токоприемного материала. При температуре Кюри T_C второй токоприемный материал теряет свои магнитные свойства. Это вызывает увеличение поверхностного слоя, доступного для вихревых токов во втором токоприемном материале, что сопровождается внезапным падением его сопротивления. Таким образом, при дальнейшем увеличении температуры T токоприемного узла 120 сверх температуры Кюри T_C второго токоприемного материала вклад сопротивления второго токоприемного материала в общее кажущееся сопротивление R_a токоприемного узла 120 становится меньше или даже пренебрежимо малым. Следовательно, после прохождения минимального значения R_min у температуры Кюри T_C второго токоприемного материала, общее кажущееся сопротивление R_a токоприемного узла 120 в основном определяется увеличением сопротивления первого токоприемного материала. То есть, общее кажущееся сопротивление R_a токоприемного узла 120 снова увеличивается к рабочему сопротивлению R_op при рабочей температуре T_op. Преимущественно уменьшение и последующее увеличение профиля зависимости сопротивления от температуры относительно минимального значения R_min около температуры Кюри T_C второго токоприемного материала в достаточной степени отличимо от временного изменения общего кажущегося сопротивления во время затяжки пользователя. В результате минимальное значение сопротивления R_a около температуры Кюри T_C второго токоприемного материала может быть надежно использовано в качестве температурного маркера для регулирования температуры нагрева субстрата, образующего аэрозоль, без риска быть ошибочно принятым за затяжку пользователя. Соответственно нежелательный перегрев субстрата, образующего аэрозоль, может быть эффективно предотвращен.

Для управления температурой нагрева субстрата, образующего аэрозоль, чтобы она соответствовала желаемой рабочей температуре T_op, контроллер 50 устройства 10, показанного на фиг. 1, выполнен с возможностью регулирования работы индукционного источника в конфигурации с обратной связью и смещением так, чтобы поддерживать фактическое кажущееся сопротивление на значении, которое соответствует определенному минимальному значению R_min кажущегося сопротивления R_a плюс предварительно определенное значение смещения ΔR_offset. Значение смещения ΔR_offset перекрывает интервал между кажущимся сопротивлением R_min, измеренным при маркерной температуре T_C, и рабочим сопротивлением R_op при рабочей температуре T_op. Преимущественно это позволяет избежать прямого регулирования температуры нагрева на основе предварительно определенного целевого значения кажущегося сопротивления при рабочей температуре T_op. Также регулирование смещения температуры нагрева более стабильно и надежно, чем регулирование температуры, основанное на измеренных абсолютных значениях кажущегося сопротивления при желаемой рабочей температуре.

Когда фактическое кажущееся сопротивление равно или превышает определенное минимальное значение кажущегося сопротивления плюс предварительно определенное значение смещения кажущегося сопротивления, процесс нагрева может быть остановлен посредством прерывания генерирования переменного электромагнитного поля, то есть посредством отключения индукционного источника или по меньшей мере посредством уменьшения выходной мощности индукционного источника. Когда фактическое кажущееся сопротивление находится ниже определенного минимального значения кажущегося сопротивления плюс предварительно определенное значение смещения кажущегося сопротивления, процесс нагрева может быть возобновлен посредством продолжения генерирования переменного электромагнитного поля, то есть посредством очередного включения индукционного источника или посредством повторного увеличения выходной мощности индукционного источника.

В настоящем варианте осуществления рабочая температура составляет приблизительно 370 градусов Цельсия. Эта температура является обычной рабочей температурой для нагрева, но не сжигания субстрата, образующего аэрозоль. Чтобы обеспечить достаточно большой температурный интервал, составляющий по меньшей мере 20 градусов Цельсия, между маркерной температурой при температуре Кюри T_C второго токоприемного материала и рабочей температурой T_op, второй токоприемный материал выбирают так, чтобы он имел температуру Кюри ниже 350 градусов Цельсия.

Как показано на фиг. 3, токоприемный узел 120 внутри изделия, показанного на фиг. 2, представляет собой многослойный токоприемный узел, более конкретно двухслойный токоприемный узел. Он содержит первый слой, составляющий первый токоприемник 121, и второй слой, составляющий второй токоприемник 122, который расположен на первом слое и непосредственно присоединен к нему. В то время как первый токоприемник 121 оптимизирован относительно потери тепла и, таким образом, эффективности нагрева, второй токоприемник 122 в основном представляет собой функциональный токоприемник, используемый в качестве температурного маркера, как описано выше. Токоприемный узел 120 выполнен в форме продолговатой полоски, имеющей длину L 12 миллиметров и ширину W 4 миллиметра, то есть оба слоя имеют длину L 12 миллиметров и ширину W 4 миллиметра. Первый токоприемник 121 представляет собой полоску, изготовленную из нержавеющей стали, имеющей температуру Кюри выше 400°C, например из нержавеющей стали марки 430. Она имеет толщину приблизительно 35 микрометров. Второй токоприемник 122 представляет собой полоску из мю-металла или пермаллоя, имеющую температуру Кюри ниже рабочей температуры. Она имеет толщину приблизительно 10 микрометров. Токоприемный узел 120 образован посредством нанесения полоски второго токоприемника на полоску первого токоприемника.

На фиг. 5 показан альтернативный вариант осуществления токоприемного узла 220 в форме полоски, который схож с вариантом осуществления токоприемного узла 120, показанного на фиг. 1 и 2. В отличие от последнего, токоприемный узел 220 согласно фиг. 5 представляет собой трехслойный токоприемный узел, который, в дополнение к первому и второму токоприемникам 221, 222, образующим первый и второй слой соответственно, содержит третий токоприемник 223, который образует третий слой. Все три слоя расположены друг на друге, при этом смежные слои непосредственно присоединены друг к другу. Первый и второй токоприемники 221, 222 трехслойного токоприемного узла, показанного на фиг. 5, идентичны первому и второму токоприемникам 121, 122 двухслойного токоприемного узла 120, показанного на фиг. 1 и 2. Третий токоприемник 223 идентичен первому токоприемнику 221. То есть, третий слой 223 содержит тот же материал, что и первый токоприемник 221. Кроме того, толщина слоя третьего токоприемника 223 равна толщине слоя первого токоприемника 221. Соответственно, характеристики теплового расширения первого и третьего токоприемников 221, 223 по существу одинаковы. Преимущественно это обеспечивает высокосимметричную слоистую структуру, по существу не проявляющую деформаций вне плоскости. Кроме того, трехслойный токоприемный узел согласно фиг. 5 обеспечивает более высокую механическую стабильность.

На фиг. 6 показан другой вариант осуществления токоприемного узла 320 в форме полоски, который может быть альтернативно использован в изделии, показанном на фиг. 2, вместо двухслойного токоприемника 120. Токоприемный узел 320 согласно фиг. 6 образован из первого токоприемника 321, который непосредственно соединен со вторым токоприемником 322. Первый токоприемник 321 представляет собой полоску из нержавеющей стали марки 430, имеющую размеры 12 миллиметров на 4 миллиметра на 35 микрометров. Таким образом, первый токоприемник 321 определяет основную форму токоприемного узла 320. Второй токоприемник 322 представляет собой накладку из мю-металла или пермаллоя, имеющую размеры 3 миллиметра на 2 миллиметра на 10 микрометров. Второй токоприемник 322 в форме накладки электролитически наложен на первый токоприемник 321 в форме полоски. Хотя второй токоприемник 322 значительно меньше, чем первый токоприемник 321, он все еще подходит для того, чтобы обеспечивать возможность точного регулирования температуры нагрева. Преимущественно токоприемный узел 320, показанный на фиг. 6, обеспечивает значительную экономию второго токоприемного материала. В дополнительных вариантах осуществления (не показаны) может существовать более одной накладки второго токоприемника, расположенных в непосредственном контакте с первым токоприемником.

На фиг. 7 показан еще один вариант осуществления токоприемного узла 1020 для использования с изделием, показанным на фиг. 1 и фиг. 2. Согласно этому варианту осуществления токоприемный узел 1020 образует токоприемный стержень. Токоприемный стержень является цилиндрическим и имеет круглое поперечное сечение. Предпочтительно токоприемный стержень расположен по центру внутри субстрата, образующего аэрозоль, так, чтобы проходить по продольной оси изделия, показанного на фиг. 2. Как можно видеть на одной из его торцевых поверхностей, токоприемный узел 1020 содержит внутренний центральный токоприемник, который образует второй токоприемник 1022 согласно настоящему изобретению. Центральный токоприемник окружен оболочным токоприемником, который образует первый токоприемник 1021 согласно настоящему изобретению. Поскольку первый токоприемник 1021 предпочтительно выполняет функцию нагрева, эта конфигурация оказывается преимущественной с точки зрения прямой передачи тепла к окружающему субстрату, образующему аэрозоль. Кроме того, цилиндрическая форма токоприемного штыря обеспечивает очень симметричный профиль нагрева, который может быть преимущественным в отношении стержнеобразного изделия, генерирующего аэрозоль.

На фиг. 8-10 схематически изображены разные изделия 400, 500, 600, генерирующие аэрозоль, содержащие дополнительные варианты осуществления токоприемного узла, который является частью нагревательного узла согласно настоящему изобретению. Изделия 400, 500, 600 очень похожи на изделие 100, показанное на фиг. 1 и 2, в частности в отношении общей конструкции изделия. Поэтому подобные или идентичные признаки обозначены теми же номерами ссылок, что и на фиг. 1 и 2, но с увеличением на 300, 400 и 500 соответственно.

В отличие от изделия 100, показанного на фиг. 1 и 2, изделие 400, генерирующее аэрозоль, согласно фиг. 8 содержит нитевидный токоприемный узел 420. То есть первый и второй токоприемники 421, 422 представляют собой нити, которые скручены друг с другом так, чтобы образовывать пару скрученных нитей. Пара нитей расположена по центру внутри субстрата 430, образующего аэрозоль, и находится в прямом контакте с субстратом 430. Пара нитей по существу проходят вдоль длины изделия 400. Первый токоприемник 421 представляет собой нить, изготовленную из ферромагнитной нержавеющей стали и, таким образом, в основном выполняет функцию нагрева. Второй токоприемник 422 представляет собой нить, изготовленную из мю-металла или пермаллоя и, таким образом, в основном служит в качестве температурного маркера.

Изделие 500, генерирующее аэрозоль, согласно фиг. 9 содержит токоприемный узел 520 в виде частиц. И первый токоприемник 521, и второй токоприемник 522 содержат множество токоприемных частиц, распределенных внутри субстрата 530, образующего аэрозоль, изделия 500. Таким образом, токоприемные частицы находятся в непосредственном физическом контакте с субстратом 530, образующим аэрозоль. Токоприемные частицы первого токоприемника 521 изготовлены из ферромагнитной нержавеющей стали и, таким образом, в основном служат для нагрева окружающего субстрата 530, образующего аэрозоль. Напротив, токоприемные (сусцепторные) частицы второго токоприемника 422 изготовлены из мю-металла или пермаллоя и, таким образом, в основном служат в качестве температурного маркера.

Изделие 600, генерирующее аэрозоль, согласно фиг. 10 содержит токоприемный узел 600, содержащий первый токоприемник 621 и второй токоприемник 622, которые имеют разные геометрические конфигурации. Первый токоприемник 621 представляет собой токоприемник в виде частиц, содержащий множество токоприемных частиц, распределенных в субстрате 630, образующем аэрозоль. Благодаря своей структуре в виде частиц, первый токоприемник 621 предоставляет большую площадь поверхности для окружающего субстрата 630, образующего аэрозоль, которая преимущественно улучшает передачу тепла. Соответственно, конфигурацию в виде частиц первого токоприемника 621 специально выбирают с учетом функции нагрева. Напротив, второй токоприемник 622 в первую очередь выполняет функцию регулирования температуры и поэтому ему не нужно иметь очень большую площадь поверхности. Соответственно, второй токоприемник 622 согласно настоящему изобретению представляет собой токоприемную полоску, проходящую внутри субстрата 630, образующего аэрозоль, через центр изделия 600, генерирующего аэрозоль.

На фиг. 11 схематически изображен второй примерный вариант осуществления системы 2001, генерирующей аэрозоль, согласно настоящему изобретению. Система 2001 очень похожа на систему 1, показанную на фиг. 1, за исключением токоприемного узла. Поэтому подобные или идентичные признаки обозначены теми же номерами ссылок, что и на фиг. 1 и 2, но с увеличением на 2000. В отличие от варианта осуществления, показанного на фиг. 1, токоприемный узел 2060 нагревательного узла 2005 согласно варианту осуществления на фиг. 11 является частью устройства 2010, генерирующего аэрозоль.

Соответственно, изделие 2100, генерирующее аэрозоль, не содержит никакого токоприемного узла. Следовательно, изделие 2100 по сути соответствует изделию 100, показанному на фиг. 1 и 2, но без токоприемного узла.

Аналогично, устройство 2010, генерирующее аэрозоль, показанное на фиг. 11, по сути соответствует устройству 10, показанному на фиг. 1. В отличие от последнего, устройство 2010 содержит все части нагревательного узла 2005 согласно настоящему изобретению. То есть устройство 2010 содержит индукционный источник, содержащий винтовую индукционную катушку 2030, которая окружает цилиндрическую приемную полость 2020 по окружности. Кроме того, устройство дополнительно содержит токоприемный узел 2060, который расположен внутри приемной полости так, чтобы подвергаться воздействию электромагнитного поля, создаваемого индукционной катушкой 2030.

Токоприемный узел 2060 представляет собой токоприемную пластину. Своим дальним концом 2064 токоприемная пластина 2060 расположена на нижней части приемной полости 2020 устройства 2010. Оттуда токоприемная пластина проходит во внутреннее пространство приемной полости 2020 в направлении к отверстию приемной полости 2020. Отверстие приемной полости 2020 расположено на ближнем конце 2014 устройства 2010, генерирующего аэрозоль, таким образом позволяя вставлять изделие 2100, генерирующее аэрозоль, в приемную полость 2020.

Как, в частности, можно видеть на фиг. 12, токоприемный узел 2060 устройства 2010 согласно фиг. 11 представляет собой двухслойную токоприемную пластину, очень похожую на двухслойный токоприемный узел 120, показанный на фиг. 1-3. В отличие от последнего, дальний свободный конец 2063 токоприемного узла 2060 сужается так, чтобы позволять имеющему форму пластины токоприемному узлу легко проникать в субстрат 2130, образующий аэрозоль, внутри дальнего конца изделия 2100, генерирующего аэрозоль.

Кроме того, токоприемный узел 2060 и нагревательный узел 2005 системы 2001, генерирующей аэрозоль, согласно фиг. 11 демонстрирует тот же профиль зависимости сопротивления от температуры, как и у системы, генерирующей аэрозоль, показанной на фиг. 1, то есть профиль, показанный на фиг. 4.

На фиг. 13, фиг. 14 и фиг. 15 показаны дополнительные варианты осуществления токоприемных узлов 2160, 2260, 2360 согласно настоящему изобретению, которые могут быть альтернативно использованы с устройством согласно фиг. 11. Токоприемные узлы 2160, 2260 и 2360 по сути соответствуют токоприемным узлам 220, 320 и 1020, показанным на фиг. 5, фиг. 6 и фиг. 7 соответственно. Следовательно, большинство признаков и преимуществ этих токоприемных узлов 2160, 2260, 2360 были описаны в отношении токоприемных узлов 220, 320, 1020 и поэтому не будут описаны повторно. Как и токоприемный узел 120, соответствующий дальний свободный конец 2163, 2263, 2361 токоприемных узлов 2160, 2260, 2360 является суженным, чтобы облегчать проникновение в субстрат, образующий аэрозоль.

На фиг. 16-18 схематически изображены дополнительные варианты осуществления систем 2701, 2801, 2901, генерирующих аэрозоль, в соответствии с настоящим изобретением, в которых соответствующий индукционный нагревательный узел 2705, 2805, 2905 является исключительно частью соответствующего устройства 2710, 2810, 2910, генерирующего аэрозоль. Системы 2701, 2801 и 2901 очень похожи на систему 2001, показанную на фиг. 11, в частности в отношении общей конструкции устройств 2710, 2810, 2910 и изделий 2700, 2800, 2900. Поэтому подобные или идентичные признаки устройств обозначены теми же номерами ссылок, что и на фиг. 11, с увеличением на 700, 800 и 900 соответственно.

В отличие от устройства 2010, показанного на фиг. 11, устройство 2710, генерирующее аэрозоль, системы 2701, генерирующей аэрозоль, согласно фиг. 16 содержит токоприемный узел 2760, в котором первый токоприемник 2761 и второй токоприемник 2762 имеют разные геометрические конфигурации. Первый токоприемник 2761 представляет собой однослойную токоприемную пластину, подобную двухслойному токоприемному узлу 2060, показанному на фиг. 11 и фиг. 12, но без второго слоя токоприемника. В этой конфигурации первый токоприемник 2761 по сути образует индукционную нагревательную пластину, поскольку она в основном выполняет функцию нагрева. Напротив, второй токоприемник 2762 представляет собой токоприемный рукав, который образует по меньшей мере часть окружной внутренней боковой стенки приемной полости 2720. Разумеется, также возможна противоположная конфигурация, в которой первый токоприемник может представлять собой токоприемный рукав, образующий по меньшей мере часть окружной внутренней боковой стенки цилиндрической приемной полости 2720, в то время как второй токоприемник может представлять собой однослойную токоприемную пластину, подлежащую вставке в субстрат, образующий аэрозоль. В последней конфигурации первый токоприемник может реализовывать нагреватель индукционной печи или нагревательную камеру. В любой из этих конфигураций первый и второй токоприемники 2761, 2762 расположены в разных местах внутри устройства 2710, генерирующего аэрозоль, на расстоянии друг от друга, но все же в тепловой близости друг с другом.

Устройство 2810, генерирующее аэрозоль, системы 2801, генерирующей аэрозоль, показанной на фиг. 17, содержит токоприемный узел 2860, который представляет собой токоприемник в виде чаши, таким образом реализуя нагреватель индукционной печи или нагревательную камеру. В этой конфигурации первый токоприемник 2861 представляет собой токоприемный рукав, образующий окружную боковую стенку токоприемного узла 2860 в форме чаши и таким образом по меньшей мере часть внутренней боковой стенки цилиндрической приемной полости 2820. Напротив, второй токоприемник 2862 образует нижнюю часть токоприемного узла 2860 в форме чаши. И первый, и второй токоприемники 2861, 2862 находятся в тепловой близости к субстрату 2130, образующему аэрозоль, изделия 2100, генерирующего аэрозоль, когда оно размещено в приемной полости 2820 устройства 2810.

Устройство 2910, генерирующее аэрозоль, системы 2901, генерирующей аэрозоль, показанной на фиг. 18, содержит токоприемный узел 2960, который представляет собой многослойный токоприемный рукав. В этой конфигурации второй токоприемник 2962 образует наружную стенку многослойного токоприемного рукава, тогда как первый токоприемник 2961 образует внутреннюю стенку многослойного токоприемного рукава. Такое особое расположение первого и второго токоприемников 2961, 2962 является предпочтительным, поскольку благодаря ему первый токоприемник 2961, используемый в основном для нагрева субстрата 2130, образующего аэрозоль, находится ближе к субстрату 2130. Преимущественно токоприемный узел 2960 также реализует нагреватель индукционной печи или нагревательную камеру.

На фиг. 19 схематически изображен еще один вариант осуществления системы 3701, генерирующей аэрозоль, согласно настоящему изобретению. Система 3701 очень похожа на систему 2701, показанную на фиг. 16. Поэтому подобные или идентичные признаки обозначены теми же номерами ссылок, что и на фиг. 16, но с увеличением на 1000. В отличие от варианта осуществления, показанного на фиг. 19, токоприемный узел 3760 нагревательного узла 3705 согласно варианту осуществления на фиг. 16 разделен. В то время как первый токоприемник 3761 токоприемного узла 3760 представляет собой часть изделия 3100, генерирующего аэрозоль, второй токоприемник 3762 токоприемного узла 3760 представляет собой часть устройства 3710, генерирующего аэрозоль. Первый токоприемник 3761 представляет собой однослойную токоприемную полоску, подобную двухслойному токоприемному узлу 120, показанному на фиг. 1-3, но расположенную внутри субстрата 3130, образующего аэрозоль, изделия 3100 и без второго слоя токоприемника. Таким образом, первый токоприемник 3761 по сути образует индукционный нагревательный элемент как неотъемлемую часть изделия 3100. Второй токоприемник 2762 представляет собой токоприемный рукав, который образует по меньшей мере часть окружной внутренней боковой стенки приемной полости 2720, реализует нагреватель индукционной печи или нагревательную камеру. Хотя второй токоприемник 3762 расположен на расстоянии от первого токоприемника 3761, он все же находится в тепловой близости с первым токоприемником 3761 и субстратом 3130, образующим аэрозоль, и, таким образом, может быть легко использован в качестве температурного маркера.

Что касается всех трех вариантов осуществления, показанных на фиг. 16-19, первый токоприемник предпочтительно изготовлен из ферромагнитной нержавеющей стали, которая оптимизирована для нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Напротив, второй токоприемник предпочтительно изготовлен из мю-металла или пермаллоя, который является подходящим материалом температурного маркера.

Настоящее изобретение относится к индукционному нагревательному узлу для индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, до рабочей температуры. Нагревательный узел содержит индукционный источник, соединенный с блоком питания постоянного тока, который выполнен с возможностью генерирования переменного электромагнитного поля для индукционного нагрева токоприемного узла. Токоприемный узел содержит первый токоприемник, содержащий первый токоприемный материал, и второй токоприемник, содержащий второй токоприемный материал, имеющий температуру Кюри ниже рабочей температуры. Кроме того, нагревательный узел содержит контроллер, функционально соединенный с индукционным источником и блоком питания постоянного тока. Контроллер выполнен с возможностью определения фактического кажущегося сопротивления токоприемного узла, которое указывает фактическую температуру токоприемного узла, для определения минимального значения кажущегося сопротивления, возникающего при предварительном нагреве токоприемного узла, и для регулирования работы индукционного источника так, что фактическое кажущееся сопротивление соответствует определенному минимальному значению кажущегося сопротивления плюс предварительно определенное значение смещения кажущегося сопротивления, для регулирования нагрева субстрата, образующего аэрозоль, до рабочей температуры. Настоящее изобретение дополнительно относится к устройству, генерирующему аэрозоль, системе, генерирующей аэрозоль, и способу индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль с использованием такого нагревательного узла. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Индукционный нагревательный узел для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, до рабочей температуры, причем нагревательный узел содержит:

блок питания постоянного тока, выполненный с возможностью подачи напряжения питания постоянного тока и тока питания постоянного тока;

индукционный источник, соединенный с блоком питания постоянного тока и выполненный с возможностью генерирования переменного электромагнитного поля,

сусцепторный узел для индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, под воздействием переменного магнитного поля, генерируемого индукционным источником, причем сусцепторный узел содержит первый сусцептор, содержащий первый сусцепторный материал, и второй сусцептор, содержащий второй сусцепторный материал, имеющий температуру Кюри на по меньшей мере 50 градусов Цельсия ниже рабочей температуры, при этом первый и второй сусцепторные материалы выбирают так, что во время предварительного нагрева сусцепторного узла, начиная с комнатной температуры, профиль зависимости сопротивления от температуры сусцепторного узла имеет минимальное значение кажущегося сопротивления в диапазоне температур ± 5 градусов Цельсия около температуры Кюри второго сусцепторного материала;

контроллер, функционально соединенный с индукционным источником и блоком питания постоянного тока и выполненный с возможностью:

определения по напряжению питания постоянного тока и току питания постоянного тока, от блока питания постоянного тока, фактического кажущегося сопротивления сусцепторного узла, которое указывает фактическую температуру сусцепторного узла,

определения минимального значения кажущегося сопротивления, возникающего во время предварительного нагрева сусцепторного узла, начиная от комнатной температуры и до рабочей температуры, и

управления индукционным источником в конфигурации с обратной связью так, что фактическое кажущееся сопротивление соответствует сумме определенного выше минимального значения кажущегося сопротивления и заданного значения смещения кажущегося сопротивления, для управления нагревом субстрата, образующего аэрозоль, до рабочей температуры.

2. Нагревательный узел по п. 1, отличающийся тем, что контроллер содержит по меньшей мере один из датчика напряжения постоянного тока для измерения напряжения питания постоянного тока, от блока питания постоянного тока, или датчика тока постоянного тока для измерения тока питания постоянного тока, поступающего от блока питания постоянного тока.

3. Нагревательный узел по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что индукционный источник содержит по меньшей мере один индуктор.

4. Нагревательный узел по п. 3, отличающийся тем, что индуктор представляет собой винтовую катушку или плоскую катушку планарного типа, в частности дисковую катушку или изогнутую катушку планарного типа.

5. Нагревательный узел по любому из пп. 3 или 4, отличающийся тем, что индукционный источник содержит преобразователь постоянного/переменного тока, соединенный с блоком питания постоянного тока, содержащим индуктивно-емкостную цепь, при этом индуктивно-емкостная цепь содержит последовательное соединение конденсатора и индуктора.

6. Нагревательный узел по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что контроллер и по меньшей мере часть индукционного источника, в частности индукционный источник, помимо индуктора, расположены на общей печатной плате.

7. Нагревательный узел по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что минимальное значение кажущегося сопротивления находится в диапазоне температур ± 5 градусов Цельсия около температуры Кюри второго сусцепторного материала.

8. Нагревательный узел по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что второй сусцепторный материал имеет температуру Кюри на по меньшей мере 100 градусов Цельсия, предпочтительно на по меньшей мере 150 градусов Цельсия, наиболее предпочтительно на по меньшей мере 200 градусов Цельсия ниже рабочей температуры.

9. Нагревательный узел по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что рабочая температура составляет по меньшей мере 300 градусов Цельсия, в частности по меньшей мере 350 градусов Цельсия, предпочтительно по меньшей мере 370 градусов Цельсия, наиболее предпочтительно по меньшей мере 400 градусов Цельсия.

10. Нагревательный узел по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый сусцепторный материал имеет положительный температурный коэффициент сопротивления, и при этом второй сусцептор содержит второй сусцепторный материал, имеющий отрицательный температурный коэффициент сопротивления.

11. Устройство, генерирующее аэрозоль, для генерирования аэрозоля посредством нагрева субстрата, образующего аэрозоль, причем устройство содержит:

приемную полость для размещения субстрата, образующего аэрозоль, подлежащего нагреву; и

индукционный нагревательный узел по любому из предыдущих пунктов для индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, внутри приемной полости.

12. Система, генерирующая аэрозоль, содержащая устройство, генерирующее аэрозоль, и изделие, генерирующее аэрозоль, для использования с устройством, генерирующим аэрозоль, отличающаяся тем, что система содержит индукционный нагревательный узел по любому из пп. 1-10, причем индукционный источник и блок питания постоянного тока нагревательного узла являются частью устройства, генерирующего аэрозоль, при этом первый сусцептор сусцепторного узла является частью изделия, генерирующего аэрозоль, и при этом второй сусцептор сусцепторного узла является частью изделия, генерирующего аэрозоль, или частью устройства, генерирующего аэрозоль.

13. Способ работы нагревательного узла по любому из пп. 1-10, или работы устройства, генерирующего аэрозоль, по п. 11, или работы системы, генерирующей аэрозоль, по п. 12, причем способ включает в себя этапы:

генерирования переменного электромагнитного поля посредством подачи напряжения питания постоянного тока и тока питания постоянного тока на индукционный источник таким образом, чтобы нагревать сусцепторный узел, индукционно связанный с индукционным источником;

определения по напряжению питания постоянного тока и току питания постоянного тока, от блока питания постоянного тока, фактического кажущегося сопротивления, указывающего фактическую температуру сусцепторного узла;

определения минимального значения кажущегося сопротивления во время предварительного нагрева сусцепторного узла, начиная от комнатной температуры и до рабочей температуры;

управления индукционным источником в конфигурации с обратной связью так, что фактическое кажущееся сопротивление соответствует сумме определенного выше минимального значения кажущегося сопротивления и заданного значения смещения кажущегося сопротивления, для управления нагревом субстрата, образующего аэрозоль, до предварительно определенной рабочей температуры.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что этап управления индукционным источником включает в себя этапы:

прерывания этапа генерирования переменного электромагнитного поля, когда фактическое кажущееся сопротивление равно сумме определенного выше минимального значения кажущегося сопротивления и заданного значения смещения кажущегося сопротивления или превышает их, и

возобновления этапа генерирования переменного электромагнитного поля, когда фактическое кажущееся сопротивление ниже суммы определенного выше минимального значения кажущегося сопротивления и заданного значения смещения кажущегося сопротивления.