СИСТЕМА, УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ АЭРОЗОЛЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВА Российский патент 2024 года по МПК A24D1/20 

Настоящее изобретение относится к системе и способу для генерирования аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль. В частности, настоящее изобретение относится к системе и способу нагревания субстрата, образующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля для вдыхания пользователем.

Доступно множество различных типов персональных испарителей и продуктов с нагревом без сжигания, которые генерируют вдыхаемый аэрозоль из субстрата, образующего аэрозоль. Некоторые из этих систем нагревают жидкую композицию, а другие нагревают твердую табачную смесь. Почти все доступные системы нагревают субстрат, образующий аэрозоль, путем проведения тепла от нагревательного элемента к субстрату, образующему аэрозоль. Чаще всего это достигается путем пропускания электрического тока через электрически резистивный нагревательный элемент, что приводит к джоулеву нагреву нагревательного элемента. Также были предложены системы индукционного нагрева, в которых джоулев нагрев происходит в результате вихревых токов, индуцированных в нагревательном токоприемном элементе.

Одной из проблем этих систем является то, что они дают неравномерный нагрев субстрата, образующего аэрозоль. Часть субстрата, образующего аэрозоль, наиболее близко расположенная к нагревательному элементу, нагревается быстрее или до более высокой температуры, чем части субстрата, образующего аэрозоль, более удаленные от нагревательного элемента. Для устранения этой проблемы использовались различные конструкции. В некоторых конструкциях используется множество нагревательных элементов для обеспечения возможности распределения тепла или нагрева различных частей субстрата в разное время. В других конструкциях только малая часть субстрата, образующего аэрозоль, переносится к нагревательному элементу, таким образом, что только эта малая часть испаряется перед переносом другой части субстрата, образующего аэрозоль, к нагревательному элементу.

Было бы желательно обеспечить равномерный нагрев субстрата, образующего аэрозоль, таким образом, чтобы обеспечить большую гибкость конструкции и лучший контроль нагрева, с сохранением возможности реализации в компактной портативной системе.

Согласно настоящему изобретению предложено устройство, генерирующее аэрозоль, для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля, при этом устройство, генерирующее аэрозоль, содержит:

полость субстрата, выполненную с возможностью размещения субстрата, образующего аэрозоль; и

генератор электромагнитного поля, выполненный с возможностью генерирования радиочастотного (РЧ) электромагнитного поля в полости субстрата, при этом генератор электромагнитного поля содержит полупроводниковый РЧ транзистор.

Устройство может обеспечивать диэлектрический нагрев субстрата, образующего аэрозоль. Диэлектрический нагрев может быть равномерным в пределах объема субстрата, образующего аэрозоль, без образования горячих точек. Нагрев также не требует контакта между нагревательным элементом и субстратом, образующим аэрозоль. Это означает, что нет необходимости очищать нагревательный элемент, на котором накапливается аэрозольный остаток. Устройство обеспечивает значительную гибкость конструкции с точки зрения формы, объема и состава субстрата, образующего аэрозоль, и, соответственно, формы и объема полости субстрата.

Использование полупроводникового РЧ преобразователя позволяет сделать устройство компактным. Возможно изготовление устройства, которое легко помещается в одной руке пользователя. Обычным средством получения радиочастотного излучения для нагрева, например, в бытовых микроволновых печах, является магнетрон. Магнетроны громоздки и требуют очень высокого напряжения для работы, что делает их непригодными для портативного устройства. Кроме того, магнетроны характеризуются относительно нестабильной частотой на выходе и относительно коротким сроком службы. РЧ транзистор может обеспечивать стабильную работу в течение многих циклов использования и требует значительно более низких рабочих напряжений.

Полупроводниковый РЧ транзистор выполнен с возможностью генерирования и усиления радиочастотного электромагнитного поля, что является преимуществом. Использование одного транзистора для обеспечения генерирования и усиления радиочастотного электромагнитного поля позволяет создать компактное устройство.

Используемый в данном документе термин «радиочастотный (РЧ)» означает частоту от 3 Гц до 3 ТГц и включает микроволны. Предпочтительно, радиочастотное электромагнитное поле имеет частоту от 500 МГц до 50 ГГц, более предпочтительно от 900 МГц до 30 ГГц. Радиочастотное электромагнитное поле может иметь частоту от 900 МГц до 5 ГГц. В одном варианте осуществления радиочастотное электромагнитное поле имеет частоту приблизительно 2,4 ГГц.

В контексте данного документа термин «субстрат, образующий аэрозоль» означает субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Такие летучие соединения могут высвобождаться посредством нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, обычно является частью изделия, генерирующего аэрозоль.

В контексте данного документа термин «изделие, генерирующее аэрозоль» относится к изделию, содержащему субстрат, образующий аэрозоль, который способен высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Например, изделие, генерирующее аэрозоль, может быть изделием, которое генерирует аэрозоль, непосредственно вдыхаемый пользователем, затягивающимся или делающим затяжку из мундштука. Изделие, генерирующее аэрозоль, может быть одноразовым. Изделие, содержащее субстрат, образующий аэрозоль, содержащий табак, может называться табачным стиком.

В контексте данного документа термин «устройство, генерирующее аэрозоль» относится к устройству, которое взаимодействует с субстратом, образующим аэрозоль, для генерирования аэрозоля. Изделие, генерирующее аэрозоль, выполнено отдельно от устройства, генерирующего аэрозоль, и выполнено с возможностью комбинации с ним для нагрева изделия, генерирующего аэрозоль.

В контексте данного документа термин «система, генерирующая аэрозоль» относится к комбинации устройства, генерирующего аэрозоль, и изделия, генерирующего аэрозоль. В системе, генерирующей аэрозоль, изделие, генерирующее аэрозоль, и устройство, генерирующее аэрозоль, взаимодействуют для генерирования аэрозоля.

Полость субстрата может содержать одну или более внешних стенок, образованных из материала, непрозрачного для радиочастотного электромагнитного поля. В указанных одной или более внешних стенках могут быть образованы одна или более прорезей для проникновения электромагнитного поля в полость субстрата. Желательно, чтобы электромагнитное излучение, генерируемое генератором электромагнитного поля, было локализовано в полости субстрата. Это необходимо как для обеспечения эффективного нагрева, так и для предотвращения утечки излучения. Такая утечка излучения может повредить другие компоненты системы, включая сам генератор электромагнитного поля. Также желательно минимизировать воздействие РЧ излучения на пользователя. Внешние стенки могут содержать любой подходящий материал, который не является прозрачным для РЧ излучения, например, алюминий, нержавеющую сталь, серебро или золото. Внешние стенки могут иметь полированную поверхность для улучшения отражения РЧ излучения внутри полости.

Однако должна быть обеспечена возможность попадания излучения в полость субстрата. Обеспечение одной или более прорезей, через которые может проходить электромагнитное поле, позволяет электромагнитному полю проникать в полость субстрата. По меньшей мере одна из указанных одной или более прорезей может иметь L-образную, S-образную, T-образную или I-образную форму.

Полость субстрата может включать стенки, прозрачные для радиочастотного электромагнитного поля. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть заключен в обертку или контейнер, образованные из материала, непрозрачного для радиочастотного электромагнитного поля, и одна или более прорезей могут быть образованы в обертке или контейнере для обеспечения проникновения электромагнитного поля.

Полость субстрата может содержать несквозную полость, имеющую открытый конец и закрытый конец. Полость субстрата может быть выполнена с возможностью размещения изделия, образующего аэрозоль, содержащего субстрат, образующий аэрозоль, через открытый конец. Полость субстрата может быть выполнена с возможностью удержания субстрата, образующего аэрозоль, в полости субстрата.

Устройство может включать затвор или мундштук для покрытия открытого конца полости субстрата при использовании. Затвор или мундштук может включать экран против излучения, выполненный с возможностью отражения радиочастотного электромагнитного излучения. В качестве альтернативы или дополнительно, изделие, образующее аэрозоль, может содержать экран против излучения, выполненный с возможностью отражения радиочастотного электромагнитного излучения. Один или более экранов против излучения могут быть проницаемыми для текучей среды для обеспечения прохождения через них генерируемого аэрозоля. Например, экран против излучения может содержать металлическую сетку.

Устройство может содержать впуск для воздуха и выпуск для воздуха. Между впуском для воздуха и выпуском для воздуха может быть определен канал для потока воздуха. Канал для потока воздуха может проходить через полость субстрата или мимо нее. В вариантах осуществления, в которых канал для потока воздуха проходит через полость субстрата или через генерируемое радиочастотное электромагнитное поле, канал для потока воздуха может содержать лабиринтную часть, проходящую через один или более экранирующих элементов против излучения, для предотвращения выхода РЧ излучения через впуск для воздуха или выпуск для воздуха. В качестве альтернативы или дополнительно, в канале для потока воздуха могут быть предусмотрены один или более проницаемых для текучей среды экранирующих элементов против излучения.

Устройство может содержать кожух устройства. Устройство может содержать полость локализации излучения внутри кожуха, при этом полость локализации излучения окружает полость субстрата или прилегает к ней. Полость локализации излучения может быть выполнена с возможностью проникновения радиочастотного электромагнитного поля в полость субстрата через одну или более прорезей или точек входа. РЧ излучение может свободно распространяться в полости локализации излучения. Полость локализации излучения может содержать волновод. Полость локализации излучения может иметь внешние стенки, которые не являются прозрачными для радиочастотного электромагнитного излучения.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать резонирующую полость между полостью субстрата и генератором электромагнитного поля. Используемый в данном документе термин «резонирующая полость» представляет собой структуру, которая может удерживать электромагнитные волны заданной частоты. В этом случае выбранная частота электромагнитных волн соответствует РЧ области спектра. Для локализации электромагнитных волн резонансная полость выполнена из отражающего материала для данной частоты (например, металлов). Структура может быть либо полой, либо заполненной диэлектрическим материалом. Целью резонансной полости является обеспечение возможности отражения электромагнитных волн в разных направлениях внутри для усиления образования стоячих волн и минимизации потерь мощности.

Резонирующая полость усиливает радиочастотное электромагнитное поле на резонансной частоте и может быть сконструирована для согласования импеданса генератора электромагнитного поля и нагрузки, в данном случае субстрата, образующего аэрозоль, в полости субстрата для оптимизации поглощения энергии нагрузкой и минимизации отражения излучения от нагрузки. Это повышает эффективность нагрева и минимизирует утечку излучения из системы. Резонирующая полость может быть расположена между генератором электромагнитного поля и полостью субстрата.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать одну или более антенн, соединенных с генератором электромагнитного поля и выполненных с возможностью направления радиочастотного электромагнитного поля. Одна или более антенн могут быть расположены по меньшей мере частично в полости субстрата. При использовании одна или более антенн могут быть расположены по меньшей мере частично с субстратом, образующим аэрозоль, в полости субстрата. Одна или более антенн могут быть выполнены с возможностью прокалывания контейнера с субстратом, образующим аэрозоль, при использовании. Одна или более антенн могут проходить через прорезь во внешней стенке полости субстрата. Одна или более антенн могут быть расположены по меньшей мере частично в полости локализации излучения. Одна или более антенн могут быть расположены в резонирующей полости.

Применение антенны для направления излучения, генерируемого генератором электромагнитного поля, может повысить эффективность устройства. Одна или более антенн могут содержать токопроводящий штырь.

При использовании РЧ транзистора для генерирования радиочастотного электромагнитного поля можно использовать схему управления с замкнутым контуром. Устройство может содержать датчик в полости субстрата или смежно с ней, где датчик обеспечивает сигнал, являющийся показателем температуры в полости субстрата, и контроллер, присоединенный с возможностью приема сигнала от датчика и присоединенный с возможностью управления генератором электромагнитного поля в зависимости от сигнала, поступающего с датчика.

Датчик может содержать датчик температуры, который непосредственно измеряет температуру. В качестве альтернативы или дополнительно, датчик может содержать тестирующую антенну или множество тестирующих антенн, выполненных с возможностью выявления возмущения электромагнитного поля в полости субстрата, что является показателем температуры в полости субстрата. Диэлектрические свойства субстрата, образующего аэрозоль, изменяются в зависимости от температуры. Частота или амплитуда, либо и частота, и амплитуда электромагнитного поля могут регулироваться контроллером на основании сигнала, поступающего с датчика для управления нагревом, обеспечиваемым устройством. В частности, может быть обнаружен перегрев или недогрев, и соответствующим образом отрегулированы частота и амплитуда электромагнитного поля. Могут быть обнаружены нарушения в работе. Также может быть обнаружено присутствие недопустимых материалов в полости субстрата. При обнаружении недопустимого материала устройство может быть автоматически отключено. Аналогичным образом, если сигнал для датчика указывает на то, что в полости субстрата не присутствует субстрат, образующий аэрозоль, устройство можно автоматически выключить. Такой контроль невозможен, если для генерирования РЧ излучения используется магнетрон.

Может быть желательным поддерживать температуру в полости субстрата в пределах заданного температурного диапазона. Может быть желательным поддерживать температуру субстрата, образующего аэрозоль, ниже температуры, при которой происходит горение субстрата, образующего аэрозоль.

Возможность контролировать величину нагрева, обеспечиваемого устройством, на основе сигнала обратной связи, также позволяет использовать различные субстраты, образующие аэрозоль. Разные субстраты, образующие аэрозоль, желательно нагревать до различных температур. Таким образом, обеспечение механизма контроля температуры позволяет достигать оптимальных условий для различных субстратов, образующих аэрозоль, или различных конструкций изделия, генерирующего аэрозоль.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать резервуар для жидкости и жидкостный насос, выполненный с возможностью доставки жидкости из резервуара для жидкости в полость субстрата. Жидкость в резервуаре для жидкости может содержать воду. Жидкость в резервуаре для жидкости может содержать полярные молекулы, восприимчивые к диэлектрическому нагреву. Для эффективного диэлектрического нагрева полезно, чтобы субстрат, образующий аэрозоль, содержал молекулы, которые поглощают РЧ излучение в диапазоне частот, генерируемом генератором электромагнитного поля. Может быть преимущественным добавление дополнительной жидкости к субстрату, образующему аэрозоль, непосредственно перед нагревом или во время нагрева.

Жидкостный насос может быть соединен со схемой управления. Схема управления может также быть соединена с генератором электромагнитного поля. Схема управления может координировать работу жидкостного насоса и генератора электромагнитного поля.

Жидкостный насос может содержать перистальтический насос в комбинации с шаговым двигателем, шприцевой насос и осмотический насос или пьезоэлектрический насос.

Полупроводниковый РЧ транзистор может представлять собой, например, транзистор LDMOS, GaAs FET, SiC MESFET или GaN HFET.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать детектор затяжки, выполненный с возможностью определения осуществления затяжки пользователем на системе, генерирующей аэрозоль. В контексте данного документа термин «затяжка» используется обозначения осуществления пользователем затяжки на системе, генерирующей аэрозоль.

Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, является портативным. Устройство, генерирующее аэрозоль, может иметь размер, сравнимый с традиционной сигарой или сигаретой. Устройство, генерирующее аэрозоль, может иметь общую длину, составляющую от приблизительно 30 миллиметров до приблизительно 150 миллиметров. Устройство, генерирующее аэрозоль, может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 30 миллиметров. Полость субстрата может иметь диаметр от 2 миллиметров до 20 миллиметров. Полость субстрата может иметь длину от 2 миллиметров до 20 миллиметров. Устройство, генерирующее аэрозоль, может представлять собой персональный испаритель, электронную сигарету или устройство с нагревом без сжигания.

Устройство может содержать схему управления. Схема управления может быть выполнена с возможностью управления подачей электропитания от блока питания на генератор электромагнитного поля. Схема управления может содержать микропроцессор, программируемый микропроцессор, микроконтроллер или специализированную интегральную микросхему (ASIC) или другую электронную схему, способную осуществлять управление. Схема управления может содержать дополнительные электронные компоненты. Например, в некоторых вариантах осуществления схема управления может содержать любое из датчиков, переключателей и дисплейных элементов. Схема управления может содержать датчик РЧ мощности. Схема управления может содержать усилитель мощности. Источник питания может представлять собой источник питания постоянного тока. Источник питания может содержать по меньшей мере одну батарею. По меньшей мере одна батарея может включать перезаряжаемую литий-ионную батарею. В качестве альтернативы, источник питания может представлять собой устройство накопления заряда другого типа, такое как конденсатор.

Источник питания может обеспечивать мощность от 0,5 Вт до 30 Вт.Импеданс генератора электромагнитного поля может составлять менее 100 Ом и предпочтительно от 50 до 75 Ом.

При использовании в полости субстрата размещают субстрат, образующий аэрозоль. Предусмотрена система, генерирующая аэрозоль, содержащая устройство, генерирующее аэрозоль, как описано выше, и субстрат, образующий аэрозоль, размещенный в полости субстрата.

Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать твердое вещество. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать жидкость. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гель. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать любую комбинацию двух или более из твердого вещества, жидкости и геля.

Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин, производное никотина или аналог никотина. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать одну или более никотиновых солей. Указанные одна или более никотиновых солей могут быть выбраны из перечня, состоящего из цитрата никотина, лактата никотина, пирувата никотина, битартрата никотина, пектатов никотина, альгинатов никотина и салицилата никотина.

Образующий аэрозоль субстрат может содержать вещество для образования аэрозоля. В контексте данного документа «вещество для образования аэрозоля» представляет собой любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которые при использовании способствуют образованию плотного и устойчивого аэрозоля и которые при рабочей температуре генерирующего аэрозоль изделия по существу являются стойкими к термическому разложению. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны из уровня техники и включают, без ограничения: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин; сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как глицерол моно-, ди- или триацетат; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат.Предпочтительными веществами для образования аэрозоля являются многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин.

Субстрат, образующий аэрозоль, может дополнительно содержать вкусоароматическое вещество. Вкусоароматическое вещество может содержать летучий вкусоароматический компонент.Вкусоароматическое вещество может содержать ментол. В контексте данного документа термин «ментол» обозначает соединение 2-изопропил-5-метилциклогексанола в любой из его изомерных форм. Вкусоароматическое вещество может обеспечивать вкус/аромат, выбранные из группы, состоящей из ментола, лимона, ванили, апельсина, винтергрена, вишни и корицы. Вкусоароматическое вещество может содержать летучие вкусоароматические соединения табака, которые выделяются из субстрата при нагреве.

Субстрат, образующий аэрозоль, может дополнительно содержать табак или материал, содержащий табак. Например, субстрат, образующий аэрозоль, может содержать любое из следующего: табачные листья, фрагменты табачных жилок, восстановленный табак, гомогенизированный табак, экструдированный табак, табачную суспензию, литой табачный лист и расширенный табак. При необходимости, образующий аэрозоль субстрат может содержать табачный порошок, сжатый посредством инертного материала, например, стекла или керамики или другого подходящего инертного материала.

В тех случаях, когда субстрат, образующий аэрозоль, содержит жидкость или гель, в некоторых вариантах осуществления генерирующее аэрозоль изделие может содержать абсорбирующий носитель. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть покрыт или пропитан абсорбирующим носителем. Например, никотиновое соединение и вещество для образования аэрозоля могут быть смешаны с водой в качестве жидкого состава. Указанный жидкий состав может в некоторых вариантах осуществления дополнительно содержать вкусоароматическое вещество. Такой жидкий состав может затем быть абсорбирован посредством абсорбирующего носителя или нанесен на поверхность абсорбирующего носителя. Абсорбирующий носитель может представлять собой лист или таблетку материала на основе целлюлозы, на который могут быть нанесены или абсорбированы никотиновое соединение и вещество для образования аэрозоля. Абсорбирующий носитель может представлять собой металлический, полимерный или растительный пеноматериал, обладающий свойствами удерживания жидкости и капиллярности, и на который жидкий или гелеподобный субстрат, образующий аэрозоль, нанесен в виде покрытия, или на котором жидкий или гелеподобный субстрат, образующий аэрозоль абсорбирован.

Могут иметь место изделия, генерирующие аэрозоль, разных категорий, каждая из которых обеспечивает отличное от других ощущение у пользователя. Например, указанные разные категории могут включать изделия, имеющие разные составы или композиции образующих аэрозоль субстратов, разные концентрации никотина или других компонентов и разные количества или толщину образующих аэрозоль субстратов. Генерирующие аэрозоль изделия, относящиеся к одной и той же категории, могут иметь одинаковую форму, размер или цвет для обеспечения возможность их идентификации пользователем или системой или устройством, генерирующими аэрозоль. Система или устройство, генерирующие аэрозоль, могут быть выполнены с возможностью размещения изделия, генерирующего аэрозоль, только определенной категории, например, за счет наличия выемки или пространства, которые имеют размер или форму для размещения только определенного типа изделия, генерирующего аэрозоль. Выемка или пространство могут выполнены таким образом, чтоб в них можно было размещать только изделия, генерирующие аэрозоль, соответствующей формы.

Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать капсулу, заполненную жидкостью. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать капсулу, заполненную гелем. Капсула, заполненная жидкостью, или капсула, заполненная гелем, могут быть выполнены с возможностью разрыва при нагревании жидкости или геля радиочастотным электромагнитным полем в полости субстрата. Капсула, заполненная жидкостью, или капсула, заполненная гелем, могут содержать один или более клапанов. Один или более клапанов могут быть выполнены с возможностью открытия при нагревании жидкости или геля радиочастотным электромагнитным полем в полости субстрата из-за повышения давления в капсуле. Один или более клапанов могут быть выполнены с возможностью открытия при втягивании пользователем воздуха через систему, генерирующую аэрозоль.

Предложено изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее: субстрат, образующий аэрозоль; мундштук, через который пользователь может втягивать генерируемый аэрозоль или пар; и проницаемый для текучей среды экран против радиочастотного электромагнитного излучения, расположенный между субстратом, образующим аэрозоль, и мундштуком.

Изделие, генерирующее аэрозоль, может использоваться с устройством, генерирующим аэрозоль, описанным выше. Изделие, генерирующее аэрозоль, может быть размещено или частично размещено в полости подложки. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть таким, как описано выше. Проницаемый для текучей среды экран против радиочастотного электромагнитного излучения может представлять собой металлическую сетку.

Предпочтительно, изделие выполнено таким образом, что генерируемый аэрозоль или пар должен пройти через проницаемый для текучей среды экран против радиочастотного электромагнитного излучения, чтобы достичь мундштука. Проницаемый для текучей среды экран против радиочастотного электромагнитного излучения может быть расположен смежно с мундштуком или прикреплен к мундштуку.

Изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать фильтр в мундштуке. Изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать охлаждающий элемент. Изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать прокладку.

Предложен способ генерирования аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль, при этом способ включает:

размещение субстрата, образующего аэрозоль, в полости субстрата устройства, генерирующего аэрозоль; и

генерирование радиочастотного (РЧ) электромагнитного поля в полости субстрата с применением полупроводникового РЧ транзистора.

Субстрат, образующий аэрозоль, может быть субстратом, образующим аэрозоль, описанным выше. Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть таким, как описано выше.

Радиочастотное (РЧ) электромагнитное поле может иметь частоту от 500 МГц до 50 ГГц, более предпочтительно от 900 МГц до 30 ГГц. Радиочастотное электромагнитное поле может иметь частоту от 900 МГц до 5 ГГц. В одном варианте осуществления радиочастотное электромагнитное поле имеет частоту приблизительно 2,4 ГГц. Обычно эффективность нагрева выше при более высокой частоте. Поэтому желательно использовать частоты в микроволновой части радиочастотного спектра.

Способ может дополнительно включать определение некоторого параметра в полости субстрата и регулировку радиочастотного (РЧ) электромагнитного поля на основе измеренного параметра. Таким параметром может быть температура. Таким параметром может быть напряженность электромагнитного поля. Таким параметром может быть частота электромагнитного поля. Способ может включать регулировку радиочастотного (РЧ) электромагнитного поля на основе комбинации измеренных параметров.

Способ может дополнительно включать инъекцию жидкости в субстрат, образующий аэрозоль, в полости субстрата.

Также следует иметь в виду, что отдельно взятые комбинации различных признаков, описанных выше, могут быть реализованы, предоставлены и использованы независимо.

Таким образом, согласно первому объекту настоящего изобретения создано устройство, генерирующее аэрозоль, для диэлектрического нагрева субстрата, образующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля, при этом устройство, генерирующее аэрозоль, содержит:

полость субстрата, выполненную с возможностью размещения субстрата, образующего аэрозоль; и

генератор электромагнитного поля, выполненный с возможностью генерирования радиочастотного (РЧ) электромагнитного поля в полости субстрата, при этом генератор электромагнитного поля содержит полупроводниковый РЧ транзистор.

Предпочтительно, полупроводниковый РЧ транзистор дополнительно выполнен с возможностью усиления радиочастотного электромагнитного поля.

Предпочтительно, полость субстрата содержит одну или более внешних стенок, образованных из материала, непрозрачного для радиочастотного электромагнитного поля, при этом в указанных одной или более внешних стенках образованы одна или более прорезей.

Предпочтительно, полость субстрата содержит несквозную полость, выполненную с возможностью размещения изделия, образующего аэрозоль, содержащего субстрат, образующий аэрозоль.

Предпочтительно, устройство, генерирующее аэрозоль, дополнительно содержит резонирующую полость между полостью субстрата и генератором электромагнитного поля, причем резонирующая полость выполнена с возможностью усиления электромагнитного поля на резонансной частоте.

Предпочтительно, устройство, генерирующее аэрозоль, дополнительно содержит антенну, соединенную с генератором электромагнитного поля, выполненным с возможностью передачи радиочастотного электромагнитного поля в полость субстрата.

Предпочтительно, антенна по меньшей мере частично расположена в полости субстрата.

Предпочтительно, устройство, генерирующее аэрозоль, содержит датчик в полости субстрата или смежно с ней, причем датчик обеспечивает сигнал, являющийся показателем температуры в полости субстрата, и контроллер, соединенный для приема сигнала от датчика и соединенный для управления генератором электромагнитного поля в зависимости от сигнала, поступающего от датчика.

Предпочтительно, устройство, генерирующее аэрозоль, дополнительно содержит резервуар для жидкости и жидкостный насос, выполненный с возможностью доставки жидкости из резервуара для жидкости в полость субстрата.

Согласно второму объекту настоящего изобретения создана система, генерирующая аэрозоль и содержащая вышеописанное устройство, генерирующее аэрозоль, и субстрат, образующий аэрозоль и размещенный в полости субстрата.

Предпочтительно, субстрат, образующий аэрозоль, содержит табак.

Предпочтительно, субстрат, образующий аэрозоль, содержит заполненную жидкостью капсулу или заполненную гелем капсулу.

Предпочтительно, заполненная жидкостью капсула или заполненная гелем капсула выполнена с возможностью разрыва при нагревании жидкости или геля радиочастотным (РЧ) электромагнитным полем в полости субстрата.

Согласно третьему объекту настоящего изобретения создан способ генерирования аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль, путем диэлектрического нагрева субстрата, образующего аэрозоль, при этом способ включает:

размещение субстрата, образующего аэрозоль, в полости субстрата устройства, генерирующего аэрозоль; и

генерирование радиочастотного (РЧ) электромагнитного поля в полости субстрата с применением полупроводникового РЧ транзистора.

Варианты осуществления настоящего изобретения далее будут описаны исключительно в качестве примеров со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 - схематическое изображение системы диэлектрического нагрева;

фиг. 2 - схематическое изображение первого варианта осуществления системы, генерирующей аэрозоль;

фиг. 3 - схематическое изображение изделия, генерирующего аэрозоль, для использования в системе с фиг. 2;

фиг. 4 - схематическое изображение второго варианта осуществления системы, генерирующей аэрозоль;

фиг. 5 - схематическое изображение третьего варианта осуществления системы, генерирующей аэрозоль;

фиг. 6 - схематическое изображение четвертого варианта осуществления системы, генерирующей аэрозоль;

фиг. 7 - схематическое изображение пятого варианта осуществления системы, генерирующей аэрозоль;

фиг. 8 - схематическое изображение шестого варианта осуществления системы, генерирующей аэрозоль;

фиг. 9 - схематическое изображение возможных конфигураций для прорезей в полости субстрата;

фиг. 10 - схематическое изображение седьмого варианта осуществления системы, генерирующей аэрозоль;

фиг. 11 - схематическое изображение восьмого варианта осуществления системы, генерирующей аэрозоль;

фиг. 12 - схематическое изображение капсулы с жидкостью; и

фиг. 13 - схематическое изображение системы управления с замкнутым контуром для системы, генерирующей аэрозоль, в соответствии с любым из описанных вариантов осуществления.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение системы нагрева с применением радиочастотного электромагнитного излучения, иногда называемого диэлектрическим нагревом. Система содержит генератор 10 радиочастотного сигнала, усилитель 12 мощности, соединенный с генератором сигнала для усиления радиочастотного сигнала, и антенны 16, расположенные внутри нагревательной полости 14, при этом антенны соединены с выходом усилителя 12 мощности. Выходной сигнал усилителя подается обратно на генератор сигнала для обеспечения управления замкнутым контуром. Объект 18, подлежащий нагреванию, помещают в полость 14 и подвергают воздействию радиочастотного электромагнитного излучения. Полярные молекулы внутри объекта 18 выравниваются с колеблющимся электромагнитным полем аи таким образом возбуждаются электромагнитным полем при его колебании. Это вызывает повышение температуры объекта 18. Преимущество такого нагрева заключается в том, что он происходит равномерно по всему объекту (при условии, что полярные молекулы распределены равномерно). Его преимущество также в том, что это бесконтактная форма нагрева, которая не требует проведения или конвекции тепла от нагревательного элемента с высокой температурой. В вариантах осуществления, описанных со ссылкой на фиг. 2-13, используется основной принцип нагрева, проиллюстрированный на фиг. 1.

Кроме того, в описанных вариантах осуществления используется полупроводниковый радиочастотный (РЧ) транзистор для выполнения функций как генерирования сигнала, так и усиления мощности, проиллюстрированных на фиг. 1. Тем не менее, возможно реализовать описанные варианты с использованием РЧ транзистора для генерирования сигнала и отдельного электронного компонента или компонентов для обеспечения усиления мощности.

На фиг. 2 представлено схематическое изображение системы, генерирующей аэрозоль, с нагревом без сжигания. Система 21 содержит изделие 22, генерирующее аэрозоль, размещенное в кожухе 26 устройства, генерирующего аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, содержит блок 25 питания, такой как литий-ионная батарея, схему 24 управления, генератор 23 радиочастотного электромагнитного поля, содержащий полупроводниковый РЧ транзистор, и полость 28 субстрата, в которой размещено изделие 22, генерирующее аэрозоль. Генератор 23 радиочастотного электромагнитного поля обеспечивает питание от батареи 25 под контролем схемы 24 управления для генерирования радиочастотного электромагнитного излучения в полости 28 субстрата. Имеется полость 27 локализации излучения, через которую электромагнитное излучение, генерируемое генератором радиочастотного электромагнитного поля, перемещается до достижения полости 28 субстрата, окружающая полость 28 субстрата и расположенная между генератором радиочастотного электромагнитного поля и полостью субстрата.

Полость субстрата обычно представляет собой цилиндрическую, несквозную полость, имеющую открытый конец и закрытый конец, и боковую стенку, проходящую между открытым концом и закрытым концом. Изделие, генерирующее аэрозоль, вставляют в полость субстрата через ее открытый конец. Как полость 28 субстрата, так и полость 27 локализации излучения имеют внешние стенки, образованные из подходящего металлического материала, такого как алюминий, который непрозрачен для РЧ излучения. Это концентрирует электромагнитное поле в полости субстрата и предотвращает утечку излучения из устройства. Для того чтобы обеспечить прохождение излучения из полости локализации излучения в полость субстрата, во внешних стенках полости 28 субстрата образованы прорези 29. В примере, показанном на фиг. 2, прорезь образована в стенке на закрытом конце полости субстрата, и в боковой стенке полости субстрата образованы еще две прорези.

Изделие 22, генерирующее аэрозоль, в данном варианте осуществления имеет вид и ощущение сигареты. Оно содержит мундштучный конец, на котором пользователь может делать затяжку для вытягивания аэрозоля из системы, генерирующей аэрозоль. Напротив мундштучного конца изделие, генерирующее аэрозоль, удерживает субстрат, образующий аэрозоль. В данном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, содержит восстановленный табак вместе с веществом для образования аэрозоля, таким как глицерин, и водой. Мундштук может содержать фильтр.

Устройство, генерирующее аэрозоль, разработано как портативное, удерживаемое рукой устройство, которое пользователь может легко держать в одной руке. Кожух 26 может быть образован из подходящего пластикового материала, например, полиэфирэфиркетона (PEEK). В кожухе могут быть предусмотрены впуски (не показаны), позволяющие втягивать воздух в устройство, через полость 28 субстрата и наружу через мундштук изделия, генерирующего аэрозоль.

В процессе эксплуатации, после того как изделие, генерирующее аэрозоль, помещено в полость субстрата, устройство активируется. Затем РЧ излучение от генератора электромагнитного поля направляется в полость субстрата и вызывает диэлектрический нагрев субстрата, образующего аэрозоль. В данном примере частота электромагнитного поля находится в диапазоне от 900 МГц до 2,4 ГГц. Как будет подробно объяснено, температуру внутри полости субстрата можно регулировать с помощью механизма управления c обратной связью. Для подачи сигнала обратной связи на схему 24 управления можно определять температуру внутри полости субстрата, или можно определять другой параметр, являющийся показателем температуры внутри полости субстрата. Затем схема управления регулирует частоту или амплитуду электромагнитного поля, либо и частоту, и амплитуду для поддержания температуры внутри полости субстрата в желаемом температурном диапазоне.

Как описано ранее, стенки полости субстрата и полости локализации излучения изготовлены из материала, который не является прозрачным для РЧ излучения. Например, можно использовать алюминий, нержавеющую сталь, серебро и золото. Стенки полости субстрата в идеале имеют полированную поверхность для улучшения отражения РЧ излучения. Также желательно минимизировать выход РЧ излучения через мундштучный конец изделия, генерирующего аэрозоль. С этой целью в изделие, генерирующее аэрозоль, может быть включен экранирующий элемент против излучения, как проиллюстрировано на фиг. 3.

Изделие 22, генерирующее аэрозоль, показанное на фиг. 3, содержит часть 36 субстрата, генерирующего аэрозоль, которая может представлять собой пробку из гофрированного, восстановленного табака вместе с веществом для образования аэрозоля и водой. Изделие, генерирующее аэрозоль, также содержит опорный элемент 35, который может представлять собой полую ацетатную трубку, вентиляционную часть 34, включающую лазерные перфорации 33 во внешней обертке для обеспечения возможности проникновения воздуха для охлаждения генерируемого парообразного аэрозоля и мундштучный фильтр 31. Между мундштучным фильтром 31 и охлаждающей частью 34 предусмотрен металлический сетчатый, экранирующий элемент 32 против излучения. Экранирующий элемент против излучения отражает любое РЧ излучение (изображенное на фиг. 3 стрелками), которое выходит из полости субстрата в направлении мундштука. Наличие экранирующего элемента против излучения минимизирует утечку излучения в мундштук и соответственно в сторону пользователя устройства. Необходимо, чтобы экранирующий элемент против излучения был проницаемым для текучей среды, чтобы генерируемый аэрозоль мог проходить через него в рот пользователя.

На фиг. 4 представлен другой вариант осуществления системы, генерирующей аэрозоль, аналогичный варианту осуществления, показанному на фиг. 2. Однако в варианте осуществления по фиг. 4 полость субстрата имеет стенки, которые являются прозрачными для радиочастотного электромагнитного поля. Например, стенки полости 49 субстрата могут содержать, например, тефлон, кварц высокой чистоты или политетрафторэтилен. Эти материалы способны выдерживать высокие температуры и обеспечивают гладкие и легко очищаемые поверхности. Как и в варианте осуществления по фиг. 2, система содержит изделие 22, генерирующее аэрозоль, размещенное в кожухе 46 устройства, генерирующего аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, содержит блок 45 питания, такой как литий-ионная батарея, схему 44 управления, генератор 43 радиочастотного электромагнитного поля, содержащий полупроводниковый РЧ транзистор, и полость 49 субстрата, в которой размещается изделие 22, генерирующее аэрозоль. На генератор 43 радиочастотного электромагнитного поля подается питание от батареи 45 под управлением схемы 44 управления для генерирования радиочастотного электромагнитного излучения в полости 49 субстрата.

На фиг. 5 представлен дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения, в котором доставка электромагнитного поля в полость субстрата улучшена за счет обеспечения присутствия антенны или волновода 59. Компоненты системы по варианту осуществления на фиг. 5 в остальном такие же, как описанные со ссылкой на фиг. 2. Система содержит изделие 22, генерирующее аэрозоль, размещенное в кожухе 56 устройства, генерирующего аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, содержит блок 55 питания, схему 54 управления, генератор 53 радиочастотного электромагнитного поля, содержащий полупроводниковый РЧ транзистор, и полость 58 субстрата, в которой размещено изделие 22, генерирующее аэрозоль. Имеется полость 57 локализации излучения, через которую электромагнитное излучение, генерируемое генератором радиочастотного электромагнитного поля, перемещается до достижения полости 58 субстрата, окружающая полость 58 субстрата и расположенная между генератором радиочастотного электромагнитного поля и полостью субстрата.

Антенна 59 проходит от генератора 53 электромагнитного поля в полость 58 субстрата через прорезь 51, образованную в основании полости субстрата. Когда изделие, генерирующее аэрозоль, вставляют в полость субстрата, антенна прокалывает субстрат, образующий аэрозоль. Антенна 59 направляет радиочастотное электромагнитное излучение непосредственно в полость субстрата. Антенна 59 также может способствовать удержанию изделия, генерирующего аэрозоль, внутри устройства. Антенна 59 может представлять собой токопроводящий штырь. Радиочастотное электромагнитное поле также может свободно распространяться в полости 57 локализации излучения и проникать в полость субстрата через прорези 51 в боковой стенке полости субстрата.

На фиг. 6 представлен дополнительный вариант осуществления, практически идентичный варианту осуществления по фиг. 5. Признаки на фиг. 6, идентичные признакам на фиг. 5, обозначены такими же ссылочными номерами. В варианте осуществления по фиг. 6 антенна 59 проходит в полость субстрата, но в данном случае антенна 59 не проникает в субстрат, образующий аэрозоль. В полости субстрата предусмотрены упорные поверхности 60 для предотвращения надавливания изделия, генерирующего аэрозоль, на антенну 59. Преимуществом этого является то, что на антенне не скапливается конденсат или продукты распада. Однако антенна по-прежнему способна доставлять электромагнитное поле непосредственно в полость субстрата.

Эффективность нагрева и снижение утечки излучения также могут быть улучшены за счет использования резонирующей полости, расположенной между генератором радиочастотного электромагнитного поля и полостью субстрата. Система, содержащая резонирующую полость, представлена на фиг. 7.

Система по фиг. 7 содержит изделие 22, генерирующее аэрозоль, размещенное в кожухе 76 устройства, генерирующего аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, содержит блок 75 питания, схему 74 управления, генератор 73 радиочастотного электромагнитного поля, содержащий полупроводниковый РЧ транзистор, и полость 78 субстрата, в которой размещается изделие 22, генерирующее аэрозоль. Имеется полость 77 локализации излучения, через которую может проходить электромагнитное излучение, генерируемое генератором радиочастотного электромагнитного поля, окружающая полость 78 субстрата.

Между генератором радиочастотного электромагнитного поля и полостью субстрата расположена резонирующая полость 65. Антенна 79, соединенная с выходом генератора электромагнитного поля 73, расположена в резонирующей полости. Стенки резонирующей полости выполнены с возможностью отражения РЧ излучения. Размеры резонирующей полости соответствуют частоте работы системы таким образом, что возникает резонанс электромагнитного поля, и электромагнитное поле усиливается на резонансной частоте. Использование резонирующей полости позволяет согласовать импеданс между источником, в данном случае генератором электромагнитного поля 73, и нагрузкой, в данном случае - субстратом, образующим аэрозоль. Если импеданс нагрузки и источника согласован, то не будет происходить отражения электромагнитного поля от нагрузки обратно к источнику.

В одном примере частота работы составляет 2,4 ГГц. Резонансная полость, как правило, является цилиндрической и имеет длину (в направлении между генератором электромагнитного поля и полостью субстрата) 22,75 мм и диаметр 21,75 мм. Длина антенны составляет 8,74 мм. Полость локализации излучения имеет те же размеры, что и резонирующая полость. Полость субстрата в полости локализации излучения имеет длину 13 мм и диаметр 7 мм. Прорези между резонирующей полостью и полостью локализации излучения и между полостью локализации излучения и полостью субстрата могут быть прямоугольными и иметь размеры 1 мм × 3 мм.

Диэлектрический нагрев обычно наиболее эффективен для молекул в жидкой фазе, которые могут двигаться более свободно, чем молекулы в твердой фазе. Гели, в частности гели, которые разжижаются при нагревании, также можно эффективно нагревать. По этой причине предпочтительно, чтобы субстрат, образующий аэрозоль, содержал определенное количество геля или жидкости. Содержание жидкости или геля также может быть полезным для генерирования плотного аэрозоля. В примерах, описанных до сих пор, аэрозоль-образующий субстрат содержит табачный материал. Восстановленный табак может быть нагрет с помощью диэлектрического нагрева. Тем не менее, может быть полезным замачивание или увлажнение табака жидким глицерином и водой. Вода и вещество для образования аэрозоля могут быть предусмотрены в капсулах внутри табака в жидкой или гелевой фазе при комнатной температуре. Когда жидкость или гель в капсулах нагреваются с помощью диэлектрического нагрева, они расширяются. Стенки капсулы могут быть выполнены с возможностью разрыва при расширении жидкости или геля или могут быть выполнены с возможностью плавления или распада при повышении температуры. Капсула может быть разорвана непосредственно перед использованием путем приложения механического давления. В качестве альтернативы или дополнительно, табачный материал может быть покрыт композицией, которая представляет собой гель при комнатной температуре, но разжижается при повышении температуры. Таким образом, субстрат, образующий аэрозоль, можно хранить в течение длительного периода времени без высыхания жидкого содержимого, так чтобы жидкость высвобождалась только во время использования.

Еще одним вариантом является встраивание капсул с жидкостью, которые не разрываются внутри субстрата, образующего аэрозоль. Жидкость в капсулах нагревается под воздействием РЧ излучения, а тепло передается за счет теплопроводности от капсул к остальной части субстрата, образующего аэрозоль.

По меньшей мере часть геля или жидкости может быть выбрана таким образом, чтобы она нагревалась под действием РЧ излучения, но не подвергалась значительному испарению при температуре эксплуатации. Таким образом, гель или жидкость передает тепло субстрату, образующему аэрозоль, но содержание жидкости или геля в субстрате не уменьшается во время нагрева, что может повлиять на эффективность нагрева.

Другой возможностью является впрыскивание или закачивание жидкости в полость субстрата непосредственно перед использованием или во время использования. На фиг. 8 представлено схематическое изображение варианта осуществления системы, генерирующей аэрозоль, аналогичного варианту осуществления, показанному на фиг. 2, но в котором жидкость из резервуара для жидкости закачивается в субстрат, образующий аэрозоль, во время нагрева субстрата.

Система по фиг. 8 содержит изделие 22, генерирующее аэрозоль, размещенное в кожухе 86 устройства, генерирующего аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, содержит блок 85 питания, схему 84 управления, генератор 83 радиочастотного электромагнитного поля, содержащий полупроводниковый РЧ транзистор, и полость 88 субстрата, в которой размещено изделие 22, генерирующее аэрозоль. Имеется полость 87 локализации излучения, через которую может проходить электромагнитное излучение, генерируемое генератором радиочастотного электромагнитного поля, окружающая полость 88 субстрата. Для возможности обеспечения прохождения излучения из полости локализации излучения в полость субстрата предусмотрены прорези 81 в полости субстрата.

Устройство, генерирующее аэрозоль, содержит резервуар для жидкости, содержащий жидкое вещество для образования аэрозоля, например, глицерин, и воду. Жидкостный канал 95 ведет от резервуара для жидкости 94 к полости субстрата 88. Насосы 94 выполнены с возможностью перекачки жидкости из резервуара для жидкости в полость субстрата с контролируемой скоростью. Закачка жидкости в полость субстрата может улучшить эффективность нагрева. Модуль 92 управления соединен со схемой 84 управления генератора 83 электромагнитного поля. Работа насосов 94 может быть согласована с работой генератора электромагнитного поля и в ответ на измеряемую температуру в полости субстрата. Насосы могут быть, например, пьезоэлектрическими микронасосами.

Прорези, предусмотренные для обеспечения возможности попадания РЧ излучения в субстрат, образующий аэрозоль, могут находиться в различных положениях. На фиг. 9 показаны различные возможности расположения прорезей. Вариант a) содержит одну прорезь на закрытом конце полости субстрата. Вариант b) содержит диаметрально противоположные прорези в боковой стенке полости. Вариант c) содержит как прорезь на закрытом конце, так и диаметрально противоположные прорези в боковой стенке полости. Вариант d) содержит две прорези на закрытом конце и диаметрально противоположные прорези в боковой стенке полости. Вариант e) содержит только две прорези на закрытом конце полости. Вариант f) содержит две прорези на закрытом конце и одну прорезь в боковой стенке полости. Вариант g) содержит три прорези на закрытом конце полости. Вариант h) содержит три прорези на закрытом конце полости и две диаметрально противоположные прорези в боковой стенке полости. Вариант i) содержит три прорези на закрытом конце полости и две пары диаметрально противоположных прорезей в боковой стенке полости. Это лишь некоторые примеры конфигураций. Каждая прорезь может иметь определенную форму. Например, некоторые или все из прорезей могут иметь I-образную, L-образную, S-образную или T-образную форму. Некоторые или все прорези могут быть круглыми, овальными или прямоугольными.

Следует понимать, что, в частности, в вариантах осуществления, в которых стенки полости субстрата являются прозрачными для РЧ излучения, изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь обертку или оболочку, непрозрачную для РЧ излучения, при этом в обертке или оболочке могут быть предусмотрены прорези или окна различной конфигурации, чтобы РЧ излучение могло проникать в субстрат, образующий аэрозоль.

В описанных до сих пор вариантах осуществления субстрат, образующий аэрозоль, был размещен в изделии, генерирующем аэрозоль, на котором пользователь делает затяжку. На фиг. 10 показан альтернативный вариант осуществления, в котором изделие, генерирующее аэрозоль, расположено с устройством, генерирующим аэрозоль. Система, генерирующая аэрозоль, по фиг. 10, содержит мундштучную часть, на которой пользователь делает затяжку, являющуюся частью устройства, и капсулу 110, содержащую субстрат, образующий аэрозоль, полностью находящуюся в кожухе 106 устройства.

Система по фиг. 10 содержит капсулу 110, генерирующую аэрозоль, размещенную в кожухе 106 устройства, генерирующего аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, содержит блок 105 питания, схему 104 управления, генератор 103 радиочастотного электромагнитного поля, содержащий полупроводниковый РЧ транзистор, и полость 108 субстрата, в которой размещается капсула 110, генерирующая аэрозоль. Между генератором 103 радиочастотного электромагнитного поля и полостью субстрата расположена резонирующая полость 107. Антенна 109, соединенная с выходом генератора 103 электромагнитного поля, расположена в резонирующей полости, как описано со ссылкой на вариант осуществления по фиг. 7. Внешняя поверхность капсулы, как правило, непрозрачна для РЧ излучения, но для проникновения излучения внутрь капсулы предусмотрены окна 112, прозрачные для радиочастотного электромагнитного поля. Капсула, например, может быть снабжена пластиковым покрытием, прозрачным для РЧ излучения.

Мундштучная часть 101 прикреплена к кожуху 106 для покрытия капсулы. Мундштук может быть прикреплен к кожуху устройства с помощью винтового соединения, защелкивающегося соединения, шарнира или любым другим способом. Мундштучная часть 101 содержит металлический сетчатый экран 102 против излучения, через который может проходить генерируемый аэрозоль.

В кожухе 106 могут быть предусмотрены отверстия для воздушного потока (не показаны), чтобы воздух мог втягиваться в устройство, проходить выпуск капсулы 110 (или через капсулу) и выходить через мундштук устройства, генерирующего аэрозоль.

На фиг. 11 представлен другой вариант осуществления, аналогичный варианту осуществления по фиг. 10, но в котором вместо резонирующей полости предусмотрен волновод. Признаки, идентичные варианту осуществления по фиг. 10, обозначены одинаковыми ссылочными номерами. Устройство, генерирующее аэрозоль, содержит блок 105 питания, схему 104 управления, генератор 103 радиочастотного электромагнитного поля, содержащий полупроводниковый РЧ транзистор, и полость 108 субстрата, в которой размещается капсула 120, генерирующая аэрозоль. В варианте осуществления по фиг. 11 РЧ излучение направляется от генератора 103 электромагнитного поля через волновод 124 к антенне 126, расположенной смежно с окном в боковой стенке капсулы 120. И в этом случае внешняя поверхность капсулы в целом непрозрачна для РЧ излучения, но для проникновения излучения внутрь капсулы предусмотрены окна 122, прозрачные для радиочастотного электромагнитного поля. Окно 122 расположено на противоположной стороне капсулы относительно окна, через которое излучение проникает в полость, чтобы обеспечить возможность тестирования РЧ электромагнитного поля тестирующей антенной, как будет описано.

В вариантах осуществления, показанных на фиг. 10 и 11, капсулы заполнены гелевым или жидким субстратом, образующим аэрозоль, хотя может быть использован тот же диапазон субстратов, который описан со ссылкой на предыдущие варианты осуществления. Гель может содержать большую долю глицерина вместе с никотином и ароматизаторами. Жидкость может содержать смесь из одного или более веществ для образования аэрозоля, таких как глицерин и пропиленгликоль, воду, никотин и ароматизаторы. В одном примере жидкость в капсуле по фиг. 11 содержит 39% (по весу) глицерина, 39% пропиленгликоля, 20% воды и 2% никотина. В другом примере жидкость содержит 58% (по весу) глицерина, 20% пропиленгликоля, 20% воды и 2% никотина.

На фиг. 12 представлено схематическое изображение возможного механизма для обеспечения выхода аэрозоля из капсулы, заполненной гелем или жидкостью, для использования в вариантах осуществления по фиг. 10 или 11. Капсула по фиг. 12 содержит металлический кожух 130, который может быть повторно заполнен гелем или жидким субстратом 132, образующим аэрозоль. В кожухе капсулы выполнены окна для проникновения РЧ излучения, чтобы гель или жидкость могли нагреваться. На мундштучном конце капсулы имеются клапаны 134. Когда пользователь осуществляет затяжку через мундштук системы, снижение давления в мундштуке приводит к открытию клапанов, позволяя пару и аэрозолю выходить из капсулы и втягиваться в рот пользователя. Нагревание геля или жидкости также может увеличивать давление в капсуле, обеспечивая дополнительное усилие для открытия клапанов 134.

Во всех описанных вариантах осуществления желательно иметь возможность регулировать температуру субстрата, образующего аэрозоль. Возможность использования управления с обратной связью для управления частотой или амплитудой электромагнитного поля является одним из преимуществ использования полупроводникового РЧ транзистора.

На фиг. 13 представлена схема управления, которая может быть использована в любом из описанных вариантов осуществления. Как было описано ранее, система содержит схему управления для генератора электромагнитного поля. В примере по фиг. 13 генератор 11 электромагнитного поля содержит полупроводниковый РЧ транзистор LDMOS, который выполняет функцию как генератора 10 РЧ сигнала, так и усилителя 12 мощности для усиления генерируемого радиочастотного электромагнитного сигнала. Выходной сигнал радиочастотного полупроводникового транзистора 11 передается на излучающую антенну 149, расположенную для излучения субстрата 152, образующего аэрозоль, расположенного внутри изделия 150, генерирующего аэрозоль, размещенного в полости 148 субстрата.

Схема управления содержит микроконтроллер 140, который может управлять как частотой, так и выходной мощностью полупроводникового радиочастотного транзистора. Один или более датчиков обеспечивают входные данные для микроконтроллера. Микроконтроллер регулирует частоту или выходную мощность, либо и частоту, и выходную мощность генератора электромагнитного поля на основе входных сигналов датчика. В примере, показанном на фиг. 13, имеется датчик 142 температуры, расположенный для измерения температуры в полости субстрата. В качестве альтернативы или в дополнение к датчику температуры в полости может быть предусмотрена тестирующая антенна 144. Тестирующая антенна выполнена как приемник и может обнаруживать возмущение электромагнитного поля в полости субстрата, что является показателем эффективности поглощения энергии субстратом, образующим аэрозоль. Также предусмотрен датчик 147 РЧ мощности для определения выходной мощности генератора электромагнитного поля.

Микроконтроллер 140 получает сигналы от датчика РЧ мощности, датчика 142 температуры и тестирующей антенны 144. Сигналы могут быть использованы для определения: слишком низкой температуры, слишком высокой температуры, наличия неисправности и отсутствия субстрата или наличия субстрата с неприемлемыми диэлектрическими свойствами в полости субстрата. Субстрат с неприемлемыми свойствами субстрата может быть субстратом, в котором содержащиеся в нем жидкость или гель были истощены при использовании и поэтому нуждаются в замене.

На основании определения, выполненного микроконтроллером 140, частота и мощность электромагнитного поля, генерируемого радиочастотным полупроводниковым транзистором 11, регулируется или электромагнитное поле отключается. Как правило, желательно обеспечить стабильный и постоянный объем аэрозоля, что означает поддержание субстрата, образующего аэрозоль, в определенном температурном диапазоне. Однако желаемая целевая температура может меняться с течением времени при изменении состава субстрата, образующего аэрозоль, и изменении температуры окружающей системы. Кроме того, диэлектрические свойства субстрата, образующего аэрозоль, изменяются в зависимости от температуры, и поэтому может потребоваться регулировка электромагнитного поля при повышении или понижении температуры.

Следует понимать, что признаки, описанные в отношении одного варианта осуществления, также могут быть применены к другим вариантам осуществления. Описанные варианты осуществления обеспечивают преимущества равномерного бесконтактного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, таким образом, чтобы можно было обеспечить определенные, желательные свойства аэрозоля. По сравнению с обычным микроволновым нагревом с использованием магнетрона, использование полупроводникового РЧ транзистора обеспечивает компактную систему, которая может быть реализована как портативная система. Использование полупроводникового РЧ транзистора также позволяет лучше контролировать частоту и мощность и увеличить срок службы.

Предложено устройство, генерирующее аэрозоль, для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля, при этом устройство, генерирующее аэрозоль, содержит: полость (28, 49, 58, 78, 88, 108) субстрата, выполненную с возможностью размещения субстрата, образующего аэрозоль; и генератор (23, 43, 53, 73, 83, 103) электромагнитного поля, выполненный с возможностью генерирования радиочастотного (РЧ) электромагнитного поля в полости (28, 49, 58, 78, 88, 108) субстрата, при этом генератор (23, 43, 53, 73, 83, 103) электромагнитного поля содержит полупроводниковый РЧ транзистор. Устройство может обеспечивать диэлектрический нагрев субстрата (36), образующего аэрозоль. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Устройство, генерирующее аэрозоль, для диэлектрического нагрева субстрата, образующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля, при этом устройство, генерирующее аэрозоль, содержит:

полость субстрата, выполненную с возможностью размещения субстрата, образующего аэрозоль; и

генератор электромагнитного поля, выполненный с возможностью генерирования радиочастотного (РЧ) электромагнитного поля в полости субстрата, при этом генератор электромагнитного поля содержит полупроводниковый РЧ транзистор.

2. Устройство, генерирующее аэрозоль, по п. 1, в котором полупроводниковый РЧ транзистор дополнительно выполнен с возможностью усиления радиочастотного электромагнитного поля.

3. Устройство, генерирующее аэрозоль, по п. 1, в котором полость субстрата содержит одну или более внешних стенок, образованных из материала, непрозрачного для радиочастотного электромагнитного поля, при этом в указанных одной или более внешних стенках образованы одна или более прорезей.

4. Устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, в котором полость субстрата содержит несквозную полость, выполненную с возможностью размещения изделия, образующего аэрозоль, содержащего субстрат, образующий аэрозоль.

5. Устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащее резонирующую полость между полостью субстрата и генератором электромагнитного поля, причем резонирующая полость выполнена с возможностью усиления электромагнитного поля на резонансной частоте.

6. Устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащее антенну, соединенную с генератором электромагнитного поля, выполненным с возможностью передачи радиочастотного электромагнитного поля в полость субстрата.

7. Устройство, генерирующее аэрозоль, по п. 6, в котором антенна по меньшей мере частично расположена в полости субстрата.

8. Устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, содержащее датчик в полости субстрата или смежно с ней, причем датчик обеспечивает сигнал, являющийся показателем температуры в полости субстрата, и контроллер, соединенный для приема сигнала от датчика и соединенный для управления генератором электромагнитного поля в зависимости от сигнала, поступающего от датчика.

9. Устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащее резервуар для жидкости и жидкостный насос, выполненный с возможностью доставки жидкости из резервуара для жидкости в полость субстрата.

10. Система, генерирующая аэрозоль и содержащая устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из пп. 1-8 и субстрат, образующий аэрозоль и размещенный в полости субстрата.

11. Система, генерирующая аэрозоль, по п. 10, в которой субстрат, образующий аэрозоль, содержит табак.

12. Система, генерирующая аэрозоль, по п. 10 или 11, в которой субстрат, образующий аэрозоль, содержит заполненную жидкостью капсулу или заполненную гелем капсулу.

13. Система, генерирующая аэрозоль, по п. 12, в которой заполненная жидкостью капсула или заполненная гелем капсула выполнена с возможностью разрыва при нагревании жидкости или геля радиочастотным (РЧ) электромагнитным полем в полости субстрата.

14. Способ генерирования аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль, путем диэлектрического нагрева субстрата, образующего аэрозоль, при этом способ включает:

размещение субстрата, образующего аэрозоль, в полости субстрата устройства, генерирующего аэрозоль; и

генерирование радиочастотного (РЧ) электромагнитного поля в полости субстрата с применением полупроводникового РЧ транзистора.