ТОКОПРИЕМНЫЙ УЗЕЛ, СОДЕРЖАЩИЙ ОДНУ ИЛИ БОЛЕЕ КОМПОЗИТНЫХ ТОКОПРИЕМНЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 2025 года по МПК H05B6/10 H01F1/33 A24F40/465 

Настоящее изобретение относится к токоприемому узлу, содержащему одну или более композитных токоприемных частиц для индукционного нагрева образующего аэрозоль субстрата под действием переменного магнитного поля. Настоящее изобретение дополнительно относится к генерирующему аэрозоль изделию, содержащему такой токоприемный узел, а также к генерирующей аэрозоль системе, содержащей такое изделие и генерирующее аэрозоль устройство. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу изготовления такого токоприемного узла.

Генерирование пригодного для вдыхания аэрозоля путем индукционного нагрева образующих аэрозоль субстратов общеизвестно из уровня техники. С этой целью субстрат может быть расположен в тепловой близости к токоприемнику или в непосредственном физическом контакте с токоприемником, способным генерировать тепло за счет вихревых токов и/или потерь на гистерезис, кода на него воздействует переменное магнитное поле. Например, токоприемник может содержать одну или более токоприемных частиц, встроенных в образующий аэрозоль субстрат. Вместе субстрат и токоприемник могут представлять собой часть генерирующего аэрозоль изделия, которое выполнено с возможностью вставки в генерирующее аэрозоль устройство, содержащее источник индуктивности для создания переменного магнитного поля.

Для регулирования температуры субстрата предложены токоприемные узлы, содержащие первый и второй токоприемники, выполненные из разных материалов. Первый токоприемный материал может быть оптимизирован в отношении потерь тепла и, таким образом, эффективности нагрева. В отличие от этого, второй токоприемный материал может использоваться как температурный маркер. Для этого второй токоприемный материал выбирают таким образом, чтобы он имел температуру Кюри, соответствующую заданной рабочей температуре токоприемного узла. Магнитные свойства второго токоприемника при его температуре Кюри изменяются с ферромагнитных или ферримагнитных на парамагнитные, что сопровождается временным изменением его электрического сопротивления. Таким образом, путем отслеживания соответствующего изменения электрического тока, потребляемого источником индукции, можно определять момент достижения вторым токоприемным материалом его температуры Кюри и, таким образом, момент достижения заданной рабочей температуры. С целью предотвращения быстрого перегрева, необходимо осуществлять управление процессом нагрева путем активного снижения или выключения мощности нагрева, когда достигнута рабочая температура.

Следовательно, было бы желательно иметь токоприемный узел, генерирующее аэрозоль устройство и генерирующую аэрозоль систему с преимуществами решений предшествующего уровня техники, но со смягчением их ограничений. В частности, было бы желательно иметь токоприемный узел, генерирующее аэрозоль изделие и генерирующее аэрозоль устройство, имеющие улучшенную эффективность нагрева и улучшенные возможности регулирования температуры.

Согласно аспекту настоящего изобретения, предложен токоприемный узел для индукционного нагрева образующего аэрозоль субстрата под действием переменного магнитного поля. Токоприемный узел содержит одну или более композитных токоприемных частиц. Каждая из указанных одной или более токоприемных частиц содержит ядро частицы и оболочку частицы, в которую полностью инкапсулировано ядро частицы. Ядро частицы содержит ферромагнитный или ферримагнитный материала ядра, имеющий относительную магнитную проницаемость по меньшей мере 200 на частоте 10 кГц (килогерц), в частности на частотах до 10 кГц (килогерц), при температуре 20 градусов по Цельсию, или ядро частицы изготовлено из этого материала. Иначе говоря, ядро частицы содержит ферромагнитный или ферримагнитный материал ядра, имеющий относительную магнитную проницаемость по меньшей мере 200 при проникновении переменного магнитного поля с частотой 10 кГц (килогерц), в частности с частотой до 10 кГц (килогерц), при температуре 20 градусов по Цельсию, или ядро частицы изготовлено из этого материала. Оболочка частицы содержит электропроводный материал оболочки или изготовлена из этого материала.

Согласно настоящему изобретению, было обнаружено, что токоприемные частицы, содержащие магнитное ядро с высокой магнитной проницаемостью и электропроводную оболочку, обеспечивают как улучшенную эффективность нагрева, так и улучшенное регулирование температуры, благодаря саморегулирующим свойствам. В этой связи было обнаружено, что магнитное ядро с высокой магнитной проницаемостью действует как концентратор магнитного потока, который увеличивает магнитный поток через оболочку частицы. В соответствии с законом Фарадея об индукции, увеличение магнитного потока вызывает увеличение электродвижущей силы вокруг замкнутого пути через электропроводный материал оболочки, что, в свою очередь, приводит к увеличению потерь на вихревые токи в оболочке частицы. Следовательно, высокая магнитная проницаемость магнитного ядра увеличивает количество тепла, генерируемого в оболочке частицы во время использования. В качестве преимущества, это также обеспечивает возможность изготовления сравнительно тонкой оболочки частицы и, таким образом, экономии материала и снижения затрат на изготовление токоприемных частиц.

Кроме того, было обнаружено, что магнитное ядро может использоваться для регулирования количества тепла, генерируемого в оболочке частицы, в зависимости от фактической температуры токоприемного узла. Это обусловлено тем фактом, что магнитные свойства ядра частицы изменяются с ферромагнитных или ферримагнитных на парамагнитные при температуре Кюри материала ядра. Как следствие, общая эффективная магнитная проницаемость композитной токоприемной частицы падает до единицы при достижении токоприемным узлом температуры Кюри материала ядра. Это приводит к прекращению теплообразования в ядре частицы из-за потерь на гистерезис вследствие исчезновения магнитного гистерезиса в материале ядра. Кроме того, изменение магнитной проницаемости также влияет на теплообразование в оболочке частицы, поскольку уменьшение магнитной проницаемости приводит к уменьшению магнитного потока через электропроводную оболочку. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению электродвижущей силы и, таким образом, к уменьшению потерь на вихревые токи, вызывающие теплообразование в оболочке частицы, при достижении токоприемным узлом температуры Кюри материала ядра. В дополнение, глубина скин-эффекта оболочки частицы, которая представляет собой показатель того, в пределах какого расстояния имеет место электропроводность в электропроводном материале оболочки под действием переменного магнитного поля, зависит от общей эффективной магнитной проницаемости композитной токоприемной частицы. Следовательно, уменьшение общей эффективной магнитной проницаемости токоприемной частицы, вызванное уменьшением магнитной проницаемости в ядре частицы, приводит к увеличению глубины скин-эффекта в оболочке. Это, в свою очередь, приводит к снижению эффективного сопротивления электропроводной оболочки частицы. Как следствие, при достижении температуры Кюри материала ядра теплообразование в оболочке частицы также уменьшается из-за снижения эффективного сопротивления, что также приводит к уменьшению потерь на вихревые токи в материале оболочки. Соответственно, при температуре Кюри теплообразование за счет потерь вихревого тока в оболочке частицы уменьшается как вследствие уменьшения магнитного потока через оболочку частицы, так и вследствие уменьшения эффективного сопротивления материала оболочки. В дополнение, общее теплообразование уменьшается вследствие исчезновения потерь на гистерезис в ядре частицы при температуре Кюри материала ядра. Наиболее важным является то, что снижение общего теплообразования происходит само по себе, когда токоприемный узел достигает температуры Кюри материала ядра. В результате обеспечивается возможность эффективного предотвращения быстрого перегрева образующего аэрозоль субстрата, предпочтительно без необходимости в активном регулировании температуры.

Кроме того, эффективность нагрева композитных токоприемных частиц согласно настоящему изобретению больше, чем у токоприемных частиц, изготовленных лишь из ферромагнитного или ферримагнитного материала ядра. Это обусловлено материалом оболочки, в котором основная часть тепла генерируется вследствие повышенных потерь на вихревые токи.

Материал оболочки может быть парамагнитным. В этом случае теплообразование в электропроводном материале оболочки обусловлено лишь вихревыми токами. Аналогичным образом, материал оболочки может быть ферромагнитным или ферримагнитным. Как следствие, тепло может генерироваться в материале оболочки также за счет потерь на гистерезис. В качестве преимущества, это повышает эффективность нагрева токоприемного узла. Предпочтительно, в случае магнитного материала оболочки его температура Кюри ниже, чем температура Кюри ферромагнитного или ферримагнитного материала ядра, или равна ей. В качестве преимущества, это обеспечивает то, что теплообразование в материале оболочки из-за потерь на гистерезис происходит лишь при температуре, меньшей температуры Кюри материала ядра или равной ей, то есть лишь при температуре, меньшей определенной рабочей температуры или равной ей. Также возможно, что температура Кюри материала оболочки выше температуры Кюри ферромагнитного или ферримагнитного материала ядра.

Материал оболочки может представлять собой одно из алюминия, нержавеющей стали, электропроводного углеродного материала или бронзы. Алюминий является особенно подходящим, поскольку он обеспечивает возможность спекания при низких температурах, что, в свою очередь, обеспечивает возможность содействия изготовлению композитного токоприемного материала, как будет более подробно описано ниже.

Предпочтительно, материал ядра является неэлектропроводным. В этом случае теплообразование в материале ядра обусловлено лишь потерями на гистерезис. Как следствие, при достижении температуры Кюри материала ядра теплообразование в токоприемном ядре полностью прекращается. Это особенно полезно применительно к саморегулированию температуры токоприемного узла. Также возможно, что материал ядра является электропроводным.

Как упоминалось выше, температура Кюри материала ядра предпочтительно соответствует определенной рабочей температуре токоприемного узла. Фактическая рабочая температура зависит от конкретного типа образующего аэрозоль субстрата, подлежащего нагреву. Для твердых образующих аэрозоль субстратов, содержащих табачный материал, рабочая температура может находиться в диапазоне от 200 градусов по Цельсию до 360 градусов по Цельсию. Для гелеобразных образующих аэрозоль субстратов рабочая температура может находиться в диапазоне от 160 градусов по Цельсию до 240 градусов по Цельсию. Соответственно, материал ядра может иметь температуру Кюри в диапазоне от 160 градусов по Цельсию градусов по Цельсию до 400 градусов по Цельсию, в частности от 160 градусов по Цельсию до 360 градусов по Цельсию, предпочтительно от 200 градусов по Цельсию до 360 градусов по Цельсию или от 160 градусов по Цельсию до 240 градусов по Цельсию.

Эффективность нагрева токоприемного узла увеличивается с повышением значений относительной магнитной проницаемости. Следовательно, материал ядра может иметь относительную магнитную проницаемость, даже превышающую 200. Соответственно, материал ядра может иметь относительную магнитную проницаемость по меньшей мере 300, или по меньшей мере 400, или по меньшей мере 500, или по меньшей мере 700, в частности по меньшей мере 1000, предпочтительно по меньшей мере 10000, или по меньшей мере 50000, или по меньшей мере 80000. Эти значения относятся к максимальным значениям относительной магнитной проницаемости на частоте 10 кГц (килогерц), в частности на частотах до 10 кГц (килогерц), при температуре 25 градусов по Цельсию. Как будет дополнительно описано ниже, переменное магнитное поле, используемое для индукционного нагрева токоприемного узла, 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). На этих частотах минимальная относительная магнитная проницаемость материала ядра может быть ниже. В частности, материал ядра может иметь относительную магнитную проницаемость по меньшей мере 80, в частности по меньшей мере 100, предпочтительно по меньшей мере 120, на частоте 7 МГц (мегагерц) при температуре 25 градусов по Цельсию. Аналогичным образом, материал ядра может иметь относительную магнитную проницаемость по меньшей мере 40, в частности по меньшей мере 50, предпочтительно по меньшей мере 60, на частоте 15 МГц (мегагерц) и температуре 25 градусов по Цельсию.

Материал ядра может содержать феррит, в частности ферритовый порошок, или состоять из него. Используемый в данном документе термин «феррит» обозначает керамический материал, полученный путем смешения больших процентных долей оксида железа (III) (Fe₂O₃) с малыми процентными долями одного или более дополнительных металлических элементов, таких как барий, марганец, никель и цинк, с последующим обжигом.

Например, материал ядра может представлять собой одно из феррита марганца-магния, феррита никеля-цинка или феррита кобальта-цинка-бария.

Например, материал ядра может содержать композицию типа Mg_x Mn_y Fe_z O₄, где х=0,4-1,1, y=0,3-0,9, z=1-2, причем атомная доля x, y и z металлических катионов Mg, Mn и Fe является такой, что суммарный заряд металлических катионов уравновешивает суммарный заряд кислородных анионов. В частности, материал ядра может содержать или представлять собой одно из следующего:

- Mg_0,77 Mn_0,58 Fe_1,65 O₄, имеющий температуру Кюри приблизительно 270 градусов по Цельсию;

- Mg_0,55 Mn_0,88 Fe_1,55 O₄, имеющий температурой Кюри приблизительно 262 градуса по Цельсию;

- Mg_1,03 Mn_0,35 Fe_1,37 O₄, имеющий температуру Кюри приблизительно 190 градусов по Цельсию.

Феррит никеля-цинка, упомянутый выше, может содержать композицию или состоять из композиции типа Ni_x Zn_1-x Fe₂ O₄, где x=0,3-0,7, а атомная доля металлических катионов Ni, Zn и Fe является такой, что суммарный заряд металлических катионов уравновешивает суммарный заряд кислородных анионов. В частности, индукционно нагреваемый керамический материал с открытыми порами может содержать или представлять собой, например, Ni_0,5 Zn_0,5 Fe₂ O₄, имеющий температуру Кюри приблизительно 258 градусов по Цельсию.

Феррит кобальта-цинка-бария, упомянутый выше, может содержать Co_1.75 Zn_0.25 Ba₂ Fe₁₂ O₂₂, имеющий температуру Кюри приблизительно 279 градусов по Цельсию, или состоять из него.

В качестве преимущества, ферриты просты и недороги в изготовлении. В дополнение, ферриты являются неэлектропроводными. Соответственно, теплообразование в материале ядра обусловлено лишь потерями на гистерезис, и таким образом обеспечивается саморегулирование при достижении температуры Кюри. Кроме того, ферриты являются инертными и, таким образом, некритичными в отношении использования в генерирующих аэрозоль изделиях, содержащих образующие аэрозоль субстраты.

Ядро частицы предпочтительно представляет собой твердое ядро частицы. В частности, ядро частицы может иметь форму шара. Аналогичным образом, оболочка частицы предпочтительно может представлять собой твердую оболочку частицы. В частности, частица может иметь сферическую оболочку.

Каждая из указанных одной или более токоприемных частиц может иметь эквивалентный диаметр частицы в диапазоне от 10 микрометров до 500 микрометров, в частности от 20 микрометров до 250 микрометров, более конкретно от 35 микрометров до 75 микрометров, например, 55 микрометров. Диаметр эквивалентной сферы используется в отношении частиц неправильной формы и определяется как диаметр сферы эквивалентного объема. Размер частиц может зависеть, помимо всего прочего, от образующего аэрозоль субстрата, подлежащего нагреву. Кроме того, по соображениям безопасности размер частиц должен быть достаточно большим, чтобы токоприемные частицы не проходили через фильтр генерирующего аэрозоль изделия, в котором могут использоваться токоприемные частицы. Соответственно, каждая из указанных одной или более токоприемных частиц может иметь диаметр частицы, составляющий по меньшей мере 20 микрометров, предпочтительно по меньшей мере 35 микрометров.

Соответственно, ядро частицы может иметь диаметр эквивалентного сферического ядра в диапазоне от 5 микрометров до 499 микрометров, в частности от 15 микрометров до 220 микрометров, более конкретно от 30 микрометров до 55 микрометров, например, 35 микрометров. Эквивалентный диаметр частицы может определяться, главным образом, диаметром эквивалентного сферического ядра. Диаметр эквивалентного сферического ядра в диапазоне от 30 микрометров до 55 микрометров является особенно подходящим, поскольку такие частицы достаточно малы для того, чтобы они были слабо заметны в субстрате, но при этом достаточно велики для того, чтобы они не проходили через фильтр генерирующего аэрозоль изделия, в котором могут использоваться токоприемные частицы.

Благодаря эффекту усиления потока, создаваемому материалом ядра в оболочке, обеспечивается возможность того, чтобы толщина оболочки была сравнительно малой. В качестве преимущества, это позволяет экономить материал и снизить затраты на изготовление токоприемных частиц. Оболочка частицы может иметь толщину оболочки в диапазоне от 2,5 микрометра до 15 микрометров, в частности от 5 микрометров до 12 микрометров, например, 10 микрометров. Толщина оболочки может зависеть, помимо всего прочего, от материала оболочки частицы, в частности от скорости индукционного нагрева и конкретных требований к материалу для изготовления оболочки. Например, в случае алюминия толщина оболочки может составлять 10 микрометров, в то время как в случае стали толщина оболочки может составлять меньше 10 микрометров. Большие значения толщины оболочки особенно подходят для оболочек частиц, имеющих пористую или спеченную структуру.

Вышеуказанные значения могут относиться к среднему диаметру ядра, средней толщине оболочки и среднему диаметру всех токоприемных частиц в токоприемном узле. Соответственно, возможно, что некоторые токоприемные частицы имеют по меньшей мере одно из меньшего диаметра ядра, меньшей толщины оболочки или меньшего диаметра частицы по сравнению с другими токоприемными частицами токоприемного узла.

Предпочтительно, оболочка частицы находится в физическом контакте с ядром частицы. Это обеспечивает возможность хорошего теплообмена между оболочкой частицы и ядром частицы, так что оболочка частицы и ядро частицы имеют приблизительно одинаковую температуру.

Ядро частицы может представлять собой спеченное ядро частицы. В частности, материал ядра может представлять собой спеченный материал. Спекание представляет собой процесс прессования и формирования твердой массы материала с помощью тепла или давления без его плавления до точки плавления. В качестве преимущества, спекание обеспечивает возможность изготовления ядер частиц, имеющих по существу любые форму и размеры. Спекание также приводит к образованию токоприемных частиц, которые имеют хорошие характеристики прочности. Кроме того, спеченное ядро частицы способствует хорошей связи между оболочкой частицы и ядром частицы.

Соответственно, оболочка частицы предпочтительно прочно связана с ядром частицы. Иначе говоря, может иметь место связь вещества с веществом между оболочкой частицы и ядром частицы. Прочная связь обеспечивает хорошую механическую стабильность и хороший теплообмен между оболочкой частицы и ядром частицы.

В частности, материал оболочки может быть нанесен на ядро частицы путем металлизации, осаждения, нанесения покрытий или плакирования таким образом, чтобы сформировать оболочку частицы.

Токоприемный узел согласно настоящему изобретению предпочтительно выполнен с возможностью его возбуждения переменным, в частности высокочастотным, магнитным полем. Как упомянуто в настоящем документе, высокочастотное магнитное 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).

Токоприемная частица может содержать покрытие, в частности защитное покрытие. Покрытие может быть образовано стеклом, керамикой или инертным металлом, и оно может быть сформировано или нанесено на по меньшей часть токоприемных частиц соответственно. В качестве преимущества, покрытие может быть выполнено с возможностью по меньшей мере одного из следующего: предотвращения прилипания образующего аэрозоль субстрата к поверхности токоприемного узла или наоборот; увеличения адгезии образующего аэрозоль субстрата, в частности жидкого образующего аэрозоль субстрата, к токоприемному узлу; обеспечения пористой поверхности, в частности, для хранения вкусоароматического вещества или жидкого образующего аэрозоль субстрата для обеспечения вкусоароматического вещества или покрытия, улучшающего аэрозолизацию; предотвращения диффузии материала, например, диффузии металла, из токоприемного материала в образующий аэрозоль субстрат; или улучшения механической прочности токоприемных частиц. С целью обеспечения вкусоароматического вещества или покрытия, улучшающего аэрозолизацию, покрытие может содержать вкусоароматическое вещество или вещество, улучшающее аэрозолизацию. Предпочтительно, покрытие является неэлектропроводным.

Используемый в данном документе термин «токоприемная частица» относится к элементу, который способен преобразовывать электромагнитную энергию в тепло при воздействии на него переменного магнитного поля. Это может быть результатом потерь на гистерезис и/или вихревых токов, индуцируемых в токоприемной частице, в зависимости от электрических и магнитных свойств материалов, содержащихся в токоприемной частице. Потери на гистерезис происходят в ферромагнитных или ферримагнитных токоприемных материалах вследствие переключения магнитных доменов внутри материала под действием переменного электромагнитного поля. Вихревые токи могут быть индуцированы, если токоприемный материал является электропроводным. В случае электропроводного ферромагнитного или ферримагнитного токоприемного материала тепло может генерироваться вследствие обоих из вихревых токов и потерь на гистерезис.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, предложено генерирующее аэрозоль изделие для использования с генерирующим аэрозоль устройством, осуществляющим индукционный нагрев. Изделие содержит по меньшей мере один образующий аэрозоль субстрат и токоприемный узел согласно настоящему изобретению, описанный в данном документе. Указанные одна или более токоприемных частиц токоприемного узла встроены в образующий аэрозоль субстрат.

Токоприемные частицы могут быть распределены по всему образующему аэрозоль субстрату. Токоприемные частицы могут быть равномерно распределены по всему образующему аэрозоль субстрату, то есть гомогенно распределены. Также возможно, что токоприемные частицы распределены по всему образующему аэрозоль субстрату с локальными пиками концентрации или в соответствии с градиентом концентрации, например, с градиентом распределения от центральной оси образующего аэрозоль изделия к его периферии.

Используемый в данном документе термин «генерирующее аэрозоль изделие» относится к изделию, содержащему по меньшей мере один образующий аэрозоль субстрат, который при нагреве выделяет летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Предпочтительно, генерирующее аэрозоль изделие представляет собой нагреваемое генерирующее аэрозоль изделие. Иначе говоря, генерирующее аэрозоль изделие содержит по меньшей мере один образующий аэрозоль субстрат, который предназначен для нагрева, а не сжигания, с целью выделения летучих соединений, которые могут образовывать аэрозоль. Генерирующее аэрозоль изделие может представлять собой расходную часть, в частности расходную часть, подлежащую утилизации после однократного использования. Например, изделие может представлять собой картридж, содержащий гелеобразный образующий аэрозоль субстрат, подлежащий нагреву. В качестве альтернативы, изделие может представлять собой стержнеобразное изделие, в частности табачное изделие, схожее с обычными сигаретами.

Как использовано в настоящем документе, термин «образующий аэрозоль субстрат» обозначает субстрат, образованный из образующего аэрозоль материала, который способен выделять летучие соединения при нагреве для генерирования аэрозоля, или содержащий этот образующий аэрозоль материал. Образующий аэрозоль субстрат предназначен для нагрева, а не сжигания, с целью выделения летучих образующих аэрозоль соединений. Образующий аэрозоль субстрат может представлять собой твердый образующий аэрозоль субстрат, или жидкий образующий аэрозоль субстрат, или гелеобразный образующий аэрозоль субстрат, или любую их комбинацию. Иначе говоря, образующий аэрозоль субстрат может содержать, например, как твердые, так и жидкие компоненты. Образующий аэрозоль субстрат может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные вкусоароматические соединения, которые выделяются из субстрата при нагреве. В качестве альтернативы или дополнительно, образующий аэрозоль субстрат может содержать материал, не являющийся табаком. Образующий аэрозоль субстрат может дополнительно содержать вещество для образования аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль. Образующий аэрозоль субстрат также может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как никотин или вкусоароматические вещества. Образующий аэрозоль субстрат может также представлять собой пастообразный материал, пакетик из пористого материала, содержащий образующий аэрозоль субстрат, или, например, рассыпной табак, смешанный с гелеобразующим веществом или клейким веществом, который может включать обычное вещество для образования аэрозоля, такое как глицерин, и который спрессован или сформован в виде заглушки.

Например, генерирующее аэрозоль изделие может содержать следующие элементы: субстратный элемент, опорный элемент, охлаждающий элемент и фильтрующий элемент. Все вышеупомянутые элементы могут быть расположены последовательно вдоль продольной оси изделия в вышеописанном порядке, причем субстратный элемент предпочтительно расположен на дальнем конце изделия, а фильтрующий элемент предпочтительно расположен на ближнем конце изделия. В частности, субстратный элемент расположен дальше по потоку относительно опорного элемента по отношению к потоку воздуха, проходящему через изделие при использовании системы. Каждый из вышеупомянутых элементов может быть по существу цилиндрическим. В частности, все элементы могут иметь одинаковую наружную форму поперечного сечения. В дополнение, указанные элементы могут быть окружены наружной оберткой для удержания элементов вместе и сохранения требуемой формы поперечного сечения стержнеобразного изделия. Предпочтительно, обертка изготовлена из бумаги.

Субстратный элемент предпочтительно содержит по меньшей мере один подлежащий нагреву образующий аэрозоль субстрат и токоприемный узел, то есть одну или более токоприемных частиц, встроенных в образующий аэрозоль субстрат.

Опорный элемент может содержать полую ацетилцеллюлозную трубку, имеющую свободный центральный проход для воздуха.

Элемент для охлаждения аэрозоля представляет собой элемент, имеющий большую площадь поверхности и низкое сопротивление втягиванию, например, от 15 мм WG (миллиметров водного столба) до 20 мм WG (миллиметров водного столба). При использовании аэрозоль, образуемый летучими соединениями, выделяющимися из субстратного элемента, втягивается через элемент для охлаждения аэрозоля перед переносом к ближнему концу генерирующего аэрозоль изделия.

Фильтрующий элемент предпочтительно служит в качестве мундштука или в качестве части мундштука вместе с элементом для охлаждения аэрозоля. Как использовано в настоящем документе, термин «мундштук» относится к той части изделия, через которую аэрозоль выходит из генерирующего аэрозоль изделия.

Согласно еще одному примеру, генерирующее аэрозоль изделие может содержать следующие элементы: дальний опорный элемент, субстратный элемент, ближний опорный элемент, охлаждающий элемент и фильтрующий элемент. Все из вышеупомянутых элементов могут быть расположены последовательно вдоль продольной оси изделия в вышеуказанном порядке, причем дальний опорный элемент расположен на дальнем конце изделия, а фильтрующий элемент расположен на ближнем конце изделия. Иначе говоря, субстратный элемент расположен между ближним опорным элементом и дальним опорным элементом. В частности, субстратный элемент расположен дальше по потоку относительно ближнего опорного элемента и раньше по потоку относительно дальнего опорного элемента по отношению к потоку воздуха, проходящему через изделие при использовании. Каждый из вышеупомянутых элементов может быть по существу цилиндрическим. В частности, все элементы могут иметь одинаковую наружную форму поперечного сечения. В дополнение, указанные элементы могут быть окружены наружной оберткой для удержания элементов вместе и сохранения требуемой формы поперечного сечения стержнеобразного изделия. Предпочтительно, обертка изготовлена из бумаги.

Субстратный элемент, охлаждающий элемент и фильтрующий элемент могут соответствовать соответствующим элементам согласно вышеупомянутому примеру.

Дальний и ближний опорные элементы могут содержать полую ацетилцеллюлозную трубку, имеющую свободный центральный проход для воздуха. В качестве альтернативы, дальний опорный элемент может содержать ацетилцеллюлозную заглушку (без свободного центрального прохода для воздуха). Ацетилцеллюлозная заглушка может использоваться для покрытия и защиты дальнего переднего конца субстратного элемента.

Дополнительные признаки и преимущества генерирующего аэрозоль изделия согласно настоящему изобретению уже были описаны выше применительно к токоприемному узлу согласно настоящему изобретению, и они применимы в равной степени.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, предложена генерирующая аэрозоль система, содержащая генерирующее аэрозоль изделие согласно настоящему изобретению, описанное в данном документе, а также генерирующее аэрозоль устройство, осуществляющее индукционный нагрев, для использования с указанным устройством.

Как использовано в настоящем документе, термин «генерирующее аэрозоль устройство, осуществляющее индукционный нагрев,» используется для описания электрического устройства, которое способно взаимодействовать с по меньшей мере одним генерирующим аэрозоль изделием, содержащим по меньшей мере одну образующую аэрозоль жидкость, таким образом, чтобы генерировать аэрозоль путем индукционного нагрева токоприемного узла и, следовательно, образующего аэрозоль субстрата внутри изделия. Предпочтительно, генерирующее аэрозоль устройство представляет собой ингаляционное устройство для генерирования аэрозоля, который пригоден для непосредственного вдыхания пользователем через рот. В частности, генерирующее аэрозоль устройство представляет собой удерживаемое рукой генерирующее аэрозоль устройство.

Устройство может содержать приемную полость для съемного размещения по меньшей мере участка генерирующего аэрозоль изделия.

Генерирующее аэрозоль устройство, осуществляющее индукционный нагрев, может содержать по меньшей мере один источник индуктивности, выполненный и расположенный с возможностью генерирования переменного магнитного поля в приемной полости для индукционного нагрева образующего аэрозоль субстрата в генерирующем аэрозоль изделии, когда это изделие размещено в генерирующем аэрозоль устройстве.

Для генерирования переменного магнитного поля источник индуктивности может содержать по меньшей мере один индуктор, предпочтительно по меньшей мере одну катушку индуктивности, расположенную вокруг приемной полости. Катушка индуктивности может быть расположена таким образом, чтобы она окружала токоприемный узел, то есть одну или более токоприемных частиц, когда изделие размещено в приемной полости.

Указанная по меньшей мере одна катушка индуктивности может представлять собой спиральную катушку или плоскую планарную катушку, в частности дискообразную катушку или криволинейную планарную катушку. Использование плоской спиральной катушки обеспечивает компактную конструкцию, которая является надежной и недорогой в изготовлении. Использование спиральной катушки индуктивности в качестве преимущества обеспечивает возможность генерирования однородного переменного магнитного поля. Как использовано в настоящем документе, термин «плоская спиральная катушка» обозначает катушку, являющуюся в целом плоской, причем ось намотки катушки перпендикулярна плоскости, в которой лежит катушка. Плоская спиральная катушка индуктивности может иметь любую требуемую форму в плоскости катушки. Например, плоская спиральная катушка может иметь круглую форму, или она может иметь в целом удлиненную или прямоугольную форму. Однако термин «плоская спиральная катушка», как использовано в настоящем документе, охватывает как катушки, являющиеся планарными, так и плоские спиральные катушки, форма которых соответствует криволинейной поверхности. Например, катушка индуктивности может представлять собой «криволинейную» планарную катушку, расположенную на окружности предпочтительно цилиндрической опоры катушки, например, ферритового сердечника. Кроме того, плоская спиральная катушка может содержать, например, два слоя плоской спиральной катушки с четырьмя витками или один слой плоской спиральной катушки с четырьмя витками. Указанная по меньшей мере одна катушка индуктивности может удерживаться внутри одного из основного корпуса или кожуха генерирующего аэрозоль устройства.

Источник индуктивности может содержать генератор переменного тока (AC). Генератор переменного тока может получать питание от источника питания генерирующего аэрозоль устройства. Генератор переменного тока функционально соединен с указанной по меньшей мере одной катушкой индуктивности. В частности, указанная по меньшей мере одна катушка индуктивности может представлять собой неотъемлемую часть генератора переменного тока. Генератор переменного тока выполнен с возможностью генерирования высокочастотного колебательного тока, подлежащего пропусканию через указанную по меньшей мере одну катушку индуктивности для генерирования переменного магнитного поля. Переменный ток может подаваться на указанную по меньшей мере одну катушку индуктивности непрерывно после активации системы, или он может подаваться с перерывами, например, от затяжки к затяжке.

Предпочтительно, источник индуктивности содержит преобразователь постоянного тока в переменный ток, соединенный с источником питания постоянного тока, содержащим LC-цепь, которая содержит последовательно соединенные конденсатор и индуктор.

Источник индуктивности предпочтительно выполнен с возможностью генерирования высокочастотного магнитного поля. Как упомянуто в настоящем документе, высокочастотное магнитное 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).

Генерирующее аэрозоль устройство может дополнительно содержать контроллер, выполненный с возможностью управления выполнением процесса нагрева, предпочтительно в конфигурации с обратной связью, в частности для управления нагревом образующей аэрозоль жидкости до заданной рабочей температуры. Рабочая температура, используемая для нагрева образующего аэрозоль субстрата, может находиться в диапазоне от 200 градусов по Цельсию до 360 градусов по Цельсию, в частности от 160 градусов по Цельсию до 240 градусов по Цельсию. Эти температуры являются типичными рабочими температурами для нагрева, но не сжигания образующего аэрозоль субстрата.

Контроллер может представлять собой общий контроллер генерирующего аэрозоль устройства, или он может представлять собой его часть. 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 ток и/или усилители мощности, например, усилитель мощности класса С или усилитель мощности класса D, или усилитель мощности класса E. В частности, источник индуктивности может представлять собой часть контроллера.

Генерирующее аэрозоль устройство может содержать источник питания, в частности источник питания постоянного тока, выполненный с возможностью подачи питающего напряжения постоянного тока и питающего постоянного тока на источник индуктивности. Предпочтительно, источник питания представляет собой батарею, такую как литий-железо-фосфатная батарея. В качестве альтернативы, источник питания может представлять собой устройство накопления заряда другого типа, такое как конденсатор. Источник питания может нуждаться в перезарядке, то есть источник питания может быть перезаряжаемым. Источник питания может иметь емкость, которая обеспечивает возможность накопления достаточной энергии для одного или более сеансов использования. Например, источник питания может иметь емкость, достаточную для обеспечения возможности непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, составляющего приблизительно шесть минут, или в течение периода, кратного шести минутам. Еще в одном примере источник питания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности осуществления заданного количества затяжек или дискретных активаций источника индуктивности.

Генерирующее аэрозоль устройство может дополнительно содержать концентратор потока, расположенный вокруг по меньшей мере участка катушки индуктивности и выполненный с возможностью искривления переменного магнитного поля указанного по меньшей мере одного источника индуктивности в направлении приемной полости. Таким образом, когда изделие размещено в приемной полости, переменное магнитное поле искривляется в направлении индукционно нагреваемого жидкостного канала, при его наличии. Предпочтительно, концентратор потока содержит фольгу концентратора потока, в частности, многослойную фольгу концентратора потока.

Дополнительные признаки и преимущества генерирующей аэрозоль системы согласно настоящему изобретению уже были описаны в отношении токоприемного узла и генерирующего аэрозоль изделия согласно настоящему изобретению, и таким образом они применимы в равной степени.

Согласно настоящему изобретению, предложен также способ изготовления токоприемного узла, содержащего одну или более композитных токоприемных частиц для индукционного нагрева образующего аэрозоль субстрата, причем каждая из указанных одной или более токоприемных частиц содержит ядро частицы и оболочку частицы, в которую полностью инкапсулировано ядро частицы. Способ включает:

- обеспечение одного или более ядер частиц, содержащих ферромагнитный или ферримагнитный материал ядра или выполненных из него;

- окружение каждого из указанных одного или более ядер частиц электропроводным материалом оболочки таким образом, чтобы сформировать оболочку частицы вокруг каждого из указанных одного или более ядер частиц.

Как описано выше в отношении токоприемного узла согласно настоящему изобретению, ядро частицы может представлять собой спеченное ядро частицы. Соответственно, обеспечение одного или более ядер частиц может включать:

- формирование, из ферромагнитного или ферримагнитного материала ядра, одного или более исходных тел, имеющих форму, соответствующую форме ядра частицы;

- спекание указанных одного или более исходных тел путем нагрева указанных одного или более исходных тел.

Как описано выше в отношении токоприемного узла согласно настоящему изобретению, материал оболочки может быть нанесен путем металлизации, осаждения, нанесения покрытий или плакирования на ядро частицы таким образом, чтобы сформировать оболочку частицы. Соответственно, окружение каждого из указанных одного или более ядер частиц электропроводным материалом оболочки может включать нанесение материала оболочки путем металлизации, осаждения, нанесения покрытий или плакирования на одно или более ядер частиц. В частности, электропроводный материал оболочки может быть нанесен на ядро частицы путем осаждения из паровой фазы или обкатки в суспензии или в плоской жидкостной ванне, где суспензия и плоская жидкостная ванна содержат подлежащий нанесению материал оболочки.

Дополнительные признаки и преимущества способа согласно настоящему изобретению уже были описаны применительно к токоприемному узлу согласно настоящему изобретению, и они применимы в равной степени.

Настоящее изобретение определено в формуле изобретения. Тем не менее, ниже представлен неисчерпывающий перечень неограничивающих примеров. Любые один или более признаков этих примеров могут сочетаться с любыми одним или более признаками другого примера, варианта осуществления или аспекта, описанных в данном документе.

Пример Ex1: Токоприемный узел для индукционного нагрева образующего аэрозоль субстрата под действием переменного магнитного поля, содержащий одну или более композитных токоприемных частиц, каждая из которых содержит ядро частицы и оболочку частицы, в которую полностью инкапсулировано ядро частицы, причем ядро частицы содержит ферромагнитный или ферримагнитный материал ядра, имеющий относительную магнитную проницаемость по меньшей мере 200 на частоте 10 кГц (килогерц), в частности на частотах до 10 кГц (килогерц), при температуре 20 градусов по Цельсию, или ядро частицы изготовлено из этого материала, и при этом оболочка частицы содержит электропроводный материал оболочки или изготовлена из него.

Пример Ex2: Токоприемный узел согласно примеру 1, в котором материал оболочки является парамагнитным.

Пример Ex3: Токоприемный узел согласно любому из предыдущих примеров, в котором материал оболочки представляет собой одно из алюминия, нержавеющей стали, электропроводного углеродного материала или бронзы.

Пример Ex4: Токоприемный узел согласно любому из предыдущих примеров, в котором материал ядра является неэлектропроводным.

Пример Ex5: Токоприемный узел согласно любому из предыдущих примеров, в котором материал ядра имеет температуру Кюри в диапазоне от 160 градусов по Цельсию до 400 градусов по Цельсию, в частности от 160 градусов по Цельсию до 360 градусов по Цельсию, предпочтительно от 200 градусов по Цельсию до 360 градусов по Цельсию или от 160 градусов по Цельсию до 240 градусов по Цельсию.

Пример Ex6: Токоприемный узел согласно любому из предыдущих примеров, в котором материал ядра представляет собой ферритовый порошок.

Пример Ex7: Токоприемный узел согласно любому из предыдущих примеров, в котором материал ядра представляет собой феррит марганца-магния, феррит никеля-цинка или феррит кобальта-цинка-бария.

Пример Ex8: Токоприемный узел согласно любому из предыдущих примеров, в котором каждая из указанных одной или более токоприемных частиц имеет по существу форму шара.

Пример Ex9: Токоприемный узел согласно любому из предыдущих примеров, в котором каждая из указанных одной или более токоприемных частиц имеет диаметр эквивалентной сферической частицы в диапазоне от 10 микрометров до 500 микрометров, в частности от 20 микрометров до 250 микрометров, более конкретно от 35 микрометров до 75 микрометров, например, 55 микрометров.

Пример Ex10: Токоприемный узел согласно любому из предыдущих примеров, в котором ядро частицы имеет диаметр эквивалентного сферического ядра в диапазоне от 5 микрометров до 499 микрометров, в частности от 15 микрометров до 220 микрометров, более конкретно от 30 микрометров до 55 микрометров, например, 35 микрометров.

Пример Ex11: Токоприемный узел согласно любому из предыдущих примеров, в котором оболочка частицы имеет толщину оболочки в диапазоне от 1 микрометра до 100 микрометра, в частности от 2,5 микрометра до 15 микрометров, более конкретно от 5 микрометров до 12 микрометров, например, 10 микрометров.

Пример Ex12: Токоприемный узел согласно любому из предыдущих примеров, в котором ядро частицы представляет собой спеченное ядро частицы, в частности материал ядра представляет собой спеченный материал.

Пример Ex13: Токоприемный узел согласно любому из предыдущих примеров, в котором оболочка частицы находится в физическом контакте с ядром частицы.

Пример Ex14: Токоприемный узел согласно любому из предыдущих примеров, в котором оболочка частицы прочно связана с ядром частицы.

Пример Ex15: Токоприемный узел согласно любому из предыдущих примеров, в котором материал оболочки нанесен путем металлизации, осаждения, нанесения покрытий или плакирования на ядро частицы таким образом, что сформирована оболочка частицы.

Пример Ex16: Генерирующее аэрозоль изделие для использования с генерирующим аэрозоль устройством, осуществляющим индукционный нагрев, содержащее по меньшей мере один образующий аэрозоль субстрат и токоприемный узел согласно любому из предыдущих примеров, причем указанные одна или более токоприемных частиц токоприемного узла встроены в образующий аэрозоль субстрат, в частности распределены по всему образующему аэрозоль субстрату, например, распределены гомогенно или распределены с локальными пиками концентрации или распределены с градиентом распределения, в частности, от центральной оси образующего аэрозоль изделия к его периферии.

Пример Ex17: Генерирующая аэрозоль система, содержащая генерирующее аэрозоль изделие согласно любому из предыдущих примеров и генерирующее аэрозоль устройство, осуществляющее индукционный нагрев, для использования с указанным устройством.

Пример Ex18: Способ изготовления токоприемного узла, содержащего одну или более композитных токоприемных частиц для индукционного нагрева образующего аэрозоль субстрата, причем каждая из указанных одной или более токоприемных частиц содержит ядро частицы и оболочку частицы, в которую полностью инкапсулировано ядро частицы; способ включает:

обеспечение одного или более ядер частиц, содержащих ферромагнитный или ферримагнитный материал ядра или изготовленных из него;

окружение каждого из указанных одного или более ядер частиц в электропроводный материал оболочки таким образом, чтобы сформировать оболочку частицы вокруг каждого из указанных одного или более ядер частиц.

Пример Ex19: Способ согласно примеру 18, согласно которому обеспечение одного или более ядер частиц включает:

формирование, из ферромагнитного или ферримагнитного материала ядра, одного или более исходных тел, имеющих форму, соответствующую форме ядра частицы;

спекание указанных одного или более исходных тел путем нагрева указанных одного или более исходных тел.

Пример Ex20: Способ согласно любому из примеров 18 или 19, согласно которому окружение каждого из указанных одного или более ядер частиц электропроводным материалом оболочки включает нанесение, путем металлизации, осаждения, нанесения покрытий или плакирования, материала оболочки на указанные одно или более ядер частиц.

Пример Ex21: Способ согласно любому из примеров 18-20, согласно которому окружение каждого из указанных одного или более ядер частиц электропроводным материалом оболочки включает нанесение материала оболочки на ядро частицы путем осаждения из паровой фазы или обкатки в суспензии или в плоской жидкостной ванне, где суспензия и плоская жидкостная ванна содержат материал оболочки, подлежащий нанесению.

Далее примеры будут дополнительно описаны со ссылкой на чертежи, на которых:

на Фиг. 1 схематически показано индукционно нагреваемое генерирующее аэрозоль изделие согласно первому приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения, содержащее токоприемный узел;

на Фиг. 2 схематически показан приведенный в качестве примера вариант осуществления генерирующей аэрозоль системы, содержащей генерирующее аэрозоль устройство и генерирующее аэрозоль изделие по Фиг. 1;

на Фиг. 3 показана одна токоприемная частица токоприемного узла, включенного в генерирующее аэрозоль изделие согласно Фиг. 1; и

на Фиг. 4 схематически показано индукционно нагреваемое генерирующее аэрозоль изделие согласно второму приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 1 схематически показан первый приведенный в качестве примера вариант осуществления индукционно нагреваемого генерирующего аэрозоль изделия 100 согласно настоящему изобретению. Генерирующее аэрозоль изделие 100 является по существу стержнеобразным и содержит четыре элемента, которые расположены последовательно с соосным выравниванием: образующий аэрозоль стержневой сегмент 110, опорный элемент 140, имеющий центральный проход 141 для воздуха, элемент 150 для охлаждения аэрозоля и фильтрующий элемент 160, который служит в качестве мундштука. Образующий аэрозоль стержневой сегмент 110 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, и все они имеют по существу одинаковый диаметр. Кроме этого, эти четыре элемента окружены наружной оберткой 170 для удержания этих четырех элементов вместе и сохранения необходимой круглой формы сечения стержнеобразного изделия 100. Обертка 170 предпочтительно изготовлена из бумаги.

Что касается настоящего изобретения, то образующий аэрозоль стержневой сегмент 110 содержит образующий аэрозоль субстрат 130, а также токоприемный узел 120 для нагрева субстрата 130 под действием переменного магнитного поля. Как можно видеть на Фиг. 1, токоприемный узел 120 содержит множество токоприемных частиц 123, которые равномерно распределены по всему образующему аэрозоль субстрату 130. Благодаря своей корпускулярной природе, токоприемные частицы 123 обеспечивают большую площадь поверхности для окружающего образующего аэрозоль субстрата 130, что в качестве преимущества улучшает теплопередачу. Токоприемные частицы 123 будут описаны более подробно ниже применительно к Фиг. 3.

Как показано на Фиг. 2, генерирующее аэрозоль изделие 100 выполнено с возможностью использования генерирующим аэрозоль устройством 10, с осуществляющим индукционный нагрев. Вместе генерирующее аэрозоль устройство 10 и генерирующее аэрозоль изделие 100 образуют генерирующую аэрозоль систему 1 согласно настоящему изобретению. Генерирующее аэрозоль устройство 10 содержит цилиндрическую приемную полость 20, образованную внутри ближнего участка 12 устройства 10 для размещения в ней по меньшей мере дальнего участка изделия 100. Устройство 10 дополнительно содержит источник индуктивности, включающий катушку 30 индуктивности для генерирования переменного высокочастотного магнитного поля. В данном варианте осуществления катушка 30 индуктивности представляет собой спиральную катушку, окружающую цилиндрическую приемную полость 20 по окружности. Катушка 30 расположена таким образом, что токоприемный узел 120 генерирующего аэрозоль изделия 100 подвергается воздействию магнитного поля при взаимодействии изделия 100 с устройством 10. Таким образом, при активации источника индуктивности токоприемный узел 120 нагревается в результате индукционного нагрева. Как будет описано более подробно ниже в отношении Фиг. 3, токоприемный узел 120 нагревается до тех пор, пока не достигнет рабочей температуры, достаточной для испарения образующего аэрозоль субстрата 130 в образующем аэрозоль стержневом сегменте 110. Внутри дальнего участка 13 генерирующее аэрозоль устройство 10 дополнительно содержит источник 40 питания постоянного тока и контроллер 50 (показаны лишь схематически на Фиг. 2) для подачи питания и управления процессом нагрева. За исключением катушки 30 индуктивности, источник индуктивности предпочтительно по меньшей мере частично представляет собой неотъемлемую часть контроллера 50 устройства 10.

На Фиг. 3 показан подробный вид в разрезе одной из токоприемных частиц 123, используемых внутри генерирующего аэрозоль изделия, показанного на Фиг. 1. Согласно настоящему изобретению, каждая из токоприемных частиц 123 содержит ядро 121 частицы и оболочку 122 частицы, в которую полностью инкапсулировано ядро 121 частицы. Ядро 121 частицы содержит ферромагнитный или ферримагнитный материала ядра, имеющий относительную магнитную проницаемость по меньшей мере 200 на частотах до 10 кГц (килогерц) при температуре 20 градусов по Цельсию, или оно изготовлено из этого материала. В данном варианте осуществления ядро 121 частицы изготовлено из феррита никеля-цинка, то есть из неэлектропроводного ферримагнитного материала. В отличие от этого, оболочка 122 частицы изготовлена из электропроводного материала оболочки. В данном варианте осуществления оболочка 122 частицы изготовлена из алюминия, который является парамагнитным. Таким образом, в целом, под действием переменного магнитного поля катушки 32 индуктивности оболочка частицы 122 нагревается за счет вихревых токов, в то время как ядро частицы 121 нагревается за счет потерь на гистерезис.

Согласно настоящему изобретению, магнитное ядро имеет еще одну важную функцию. Благодаря своей высокой магнитной проницаемости, частица 121 действует как концентратор потока, который увеличивает магнитный поток через оболочку 122 частицы. Согласно закону Фарадея об индукции, увеличение магнитного потока вызывает увеличение потерь на вихревые токи в оболочке частицы 122. Таким образом, высокая магнитная проницаемость ядра 121 магнитной частицы увеличивает количество тепла, генерируемого в оболочке частицы во время использования. В качестве преимущества, это также обеспечивает возможность изготовления сравнительно тонкой оболочки частицы и, таким образом, экономии материала и снижения затрат на изготовление токоприемных частиц.

При приблизительном достижении температуры Кюри материала ядра магнитные свойства ядра 121 частицы изменяются с ферримагнитных на парамагнитные. Как следствие, общая эффективная магнитная проницаемость ядра 121 магнитной частицы падает до единицы. Это приводит к прекращению теплообразования в ядре 121 частицы, поскольку исчезает магнитный гистерезис в материале ядра. Кроме того, изменение магнитной проницаемости также влияет на теплообразование в оболочке 122 частицы, поскольку уменьшение магнитной проницаемости ядра 121магнитной частицы вызывает уменьшение магнитного потока через электропроводную оболочку 122 частицы. Это, в свою очередь, приводит к снижению электродвижущей силы и, таким образом, к снижению приводящих к теплообразованию потерь на вихревые токи в оболочке 122 частицы, когда токоприемный узел достигает температуры Кюри материала ядра.

Кроме того, изменение магнитной проницаемости влияет на теплообразование в оболочке 122 частицы, поскольку уменьшение магнитной проницаемости приводит к увеличению глубины скин-эффекта в оболочке 122 частицы, как описано выше. Это, в свою очередь, приводит к снижению эффективного сопротивления оболочки 122 алюминиевой частицы. Таким образом, при достижении температуры Кюри материала ядра теплообразование в оболочке 122 частиц также уменьшается, поскольку уменьшение эффективного сопротивления также приводит к снижению потерь на вихревые токи в материале оболочки.

Соответственно, при температуре Кюри теплообразование за счет потерь на вихревые токи в оболочке 122 частицы уменьшается как вследствие уменьшения магнитного потока через оболочку частицы, так и вследствие уменьшения эффективного сопротивления материала оболочки. Кроме того, общее теплообразование уменьшается вследствие исчезновения потерь на гистерезис в ядре 121 частицы при температуре Кюри материала ядра. В частности, уменьшение общего теплообразования само по себе приводит к тому, что обеспечивается возможность эффективного предотвращения быстрого перегрева образующего аэрозоль субстрата, предпочтительно без необходимости в активном регулировании температуры.

Предпочтительно, конкретный материал ядра выбирают таким образом, чтобы его температура Кюри была приблизительно равна заданной рабочей температуре токоприемного узла 120, до которой должен быть нагрет образующий аэрозоль субстрат 130. Для твердых образующих аэрозоль субстратов, содержащих табачный материал, рабочая температура может находиться в диапазоне от 200 градусов по Цельсию до 360 градусов по Цельсию.

Как дополнительно показано на Фиг. 3, токоприемная частица 123 имеет по существу форму шара. Диаметр 124 частицы может находиться в диапазоне от 50 микрометров до 75 микрометров. В данном варианте осуществления средний диаметр всех токоприемных частиц 123 составляет приблизительно 555 микрометров вследствие того, что ядро 121 частицы имеет диаметр 125 ядра, составляющий приблизительно 35 микрометров, а оболочка 122 частицы имеет толщину 126 оболочки, составляющую приблизительно 10 микрометров.

Ядро частицы может быть изготовлено путем спекания исходного тела из ферромагнитного или ферримагнитного материала ядра, с последующим нанесением материала оболочки на ядро 121 частицы, например, путем осаждения из паровой фазы таким образом, чтобы обеспечить оболочку 122 частицы, прочно связанную с ядром 121 частицы.

На Фиг. 4 показан второй вариант осуществления генерирующего аэрозоль изделия 200 согласно настоящему изобретению. В целом, генерирующее аэрозоль изделие 200 согласно Фиг. 4 очень схоже с генерирующим аэрозоль изделием 100, показанным на Фиг. 1 и Фиг. 2. Поэтому одинаковые или схожие признаки обозначены одинаковыми ссылочными номерами, но с увеличением на 100. В отличие от первого варианта осуществления, показанного на Фиг. 1, изделие 400 согласно Фиг. 4 имеет распределение токоприемных частиц 223 с градиентом распределения от центральной оси 207 генерирующего аэрозоль изделия 200 к его периферии, в частности с максимальной локальной концентрацией вдоль центральной оси 207 изделия 200, чтобы образующий аэрозоль субстрат 230 нагревался, главным образом, на центральном участке стержневого сегмента 210.

Для целей настоящего описания и приложенной формулы изобретения, за исключением случаев, когда указано иное, все числа, выражающие величины, количества, процентные доли и так далее, следует понимать как модифицированные во всех случаях наречением «приблизительно». Кроме того, все диапазоны включают раскрытые точки максимума и минимума и любые промежуточные диапазоны между ними, которые могут быть, а могут и не быть конкретно выражены в численной форме в данном документе. Поэтому в данном контексте число А следует понимать как А ± 5 процентов от А. В данном контексте число А можно считать включающим численные значения, находящиеся в пределах обычной стандартной погрешности измерения свойства, которая модифицирует число А. Число А в некоторых случаях при использовании в приложенной формуле изобретения может отклоняться на представленные выше в численной форме процентные доли при условии, что величина, на которую отклоняется А, существенно не влияет на основную и новую характеристику (характеристики) заявленного изобретения. Кроме того, все диапазоны включают раскрытые точки максимума и минимума и любые промежуточные диапазоны между ними, которые могут быть, а могут и не быть конкретно выражены в численной форме в данном документе.

Изобретение относится к токоприемному узлу, содержащему одну или более композитных токоприемных частиц для индукционного нагрева образующего аэрозоль субстрата под действием переменного магнитного поля. Технический результат заключается в улучшении эффективности нагрева и улучшении возможности регулирования температуры. Для этого каждая из указанных одной или более токоприемных частиц содержит ядро частицы и оболочку частицы, в которую полностью инкапсулировано ядро частицы. Ядро частицы содержит ферромагнитный или ферримагнитный материал ядра, имеющий относительную магнитную проницаемость по меньшей мере 200 на частотах до 10 кГц при температуре 20 градусов по Цельсию, или ядро частицы изготовлено из этого материала. Оболочка частицы содержит электропроводный материал оболочки или изготовлена из этого материала. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Токоприемный узел для индукционного нагрева образующего аэрозоль субстрата под действием переменного магнитного поля, содержащий одну или более композитных токоприемных частиц, каждая из которых содержит ядро частицы и оболочку частицы, в которую полностью инкапсулировано ядро частицы, причем ядро частицы содержит ферромагнитный или ферримагнитный материал ядра, имеющий относительную магнитную проницаемость по меньшей мере 200 на частотах до 10 кГц при температуре 20°С, или ядро частицы изготовлено из этого материала, при этом оболочка частицы содержит электропроводный материал оболочки или изготовлена из него.

2. Токоприемный узел по п. 1, в котором материал оболочки является парамагнитным.

3. Токоприемный узел по п. 1 или 2, в котором материал оболочки представляет собой одно из алюминия, нержавеющей стали, электропроводного углеродного материала или бронзы.

4. Токоприемный узел по любому из предыдущих пунктов, в котором материал ядра является неэлектропроводным.

5. Токоприемный узел по любому из предыдущих пунктов, в котором материал ядра имеет температуру Кюри в диапазоне от 160°С до 400°С, в частности от 160°С до 360°С, предпочтительно от 200°С до 360°С или от 160°С до 240°С.

6. Токоприемный узел по любому из предыдущих пунктов, в котором материал ядра представляет собой ферритовый порошок.

7. Токоприемный узел по любому из предыдущих пунктов, в котором материал ядра представляет собой феррит марганца-магния, феррит никеля-цинка или феррит кобальта-цинка-бария.

8. Токоприемный узел по любому из предыдущих пунктов, в котором каждая из указанных одной или более токоприемных частиц имеет по существу форму шара.

9. Токоприемный узел по любому из предыдущих пунктов, в котором каждая из указанных одной или более токоприемных частиц имеет диаметр эквивалентной сферической частицы в диапазоне от 10 микрометров до 500 микрометров, в частности от 20 микрометров до 250 микрометров, более конкретно от 35 микрометров до 75 микрометров, например, 55 микрометров.

10. Токоприемный узел по любому из предыдущих пунктов, в котором ядро частицы имеет эквивалентный диаметр сферического ядра в диапазоне от 5 микрометров до 499 микрометров, в частности от 15 микрометров до 220 микрометров, более конкретно от 30 микрометров до 55 микрометров, например, 35 микрометров.

11. Токоприемный узел по любому из предыдущих пунктов, в котором оболочка частицы имеет толщину оболочки в диапазоне от 1 микрометра до 100 микрометров, в частности от 2,5 микрометра до 15 микрометров, более конкретно от 5 микрометров до 12 микрометров, например, 10 микрометров.

12. Токоприемный узел по любому из предыдущих пунктов, в котором ядро частицы представляет собой спеченное ядро частицы, в частности в котором материал ядра представляет собой спеченный материал.

13. Токоприемный узел по любому из предыдущих пунктов, в котором материал оболочки нанесен путем металлизации, осаждения, нанесения покрытий или плакирования на ядро частицы таким образом, что сформирована оболочка частицы.

14. Генерирующее аэрозоль изделие для использования с генерирующим аэрозоль устройством, осуществляющим индукционный нагрев, причем изделие содержит по меньшей мере один образующий аэрозоль субстрат и токоприемный узел по любому из предыдущих пунктов, при этом указанные одна или более токоприемных частиц токоприемного узла встроены в образующий аэрозоль субстрат, в частности распределены по всему образующему аэрозоль субстрату, предпочтительно с градиентом распределения от центральной оси генерирующего аэрозоль изделия к его периферии.

15. Генерирующая аэрозоль система, содержащая генерирующее аэрозоль изделие по п. 14 и генерирующее аэрозоль устройство, осуществляющее индукционный нагрев, для использования с указанным изделием.