Индукционный нагревательный узел для генерирования аэрозоля (варианты) и генерирующее аэрозоль изделие
Группа изобретений относится к вариантам индукционного нагревательного узла для генерирования аэрозоля из образующей аэрозоль жидкости и генерирующему аэрозоль изделию для использования с генерирующим аэрозоль устройством. Индукционный нагревательный узел для генерирования аэрозоля из образующей аэрозоль жидкости содержит кольцеобразный удерживающий жидкость элемент для удержания и переноса образующей аэрозоль жидкости. Кольцеобразный сусцепторный элемент соосно расположен на торцевой в осевом направлении поверхности удерживающего элемента для нагрева образующей аэрозоль жидкости внутри удерживающего элемента. Сусцепторный элемент содержит индукционно нагреваемый сусцепторный материал, локализованный исключительно внутри внутренней кольцевой части, имеющей наружную радиальную протяженность, составляющую максимум 50 процентов от наружной радиальной протяженности удерживающего элемента. Достигается технический результат – повышение эффективности капиллярного переноса жидкости через удерживающий элемент за счет локализации нагрева и предварительного выделения пузырьков. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.
Настоящее изобретение относится к индукционному нагревательному узлу, предназначенному для генерирования аэрозоля из образующей аэрозоль жидкости и содержащему сусцепторный элемент и удерживающий жидкость элемент. Настоящее изобретение также относится к генерирующему аэрозоль изделию, содержащему такой индукционный нагревательный узел.
Генерирующие аэрозоль системы, основанные на индукционном нагреве образующего аэрозоль субстрата, общеизвестны из уровня техники. Документ WO 2015177044 описывает генерирующую аэрозоль систему, которая содержит картридж с внутренним каналом для потока воздуха и образующий аэрозоль субстрат. Образующий аэрозоль субстрат может удерживаться во внутреннем пространстве канала для воздуха и может содержать как твердые, так и жидкие компоненты. В этой системе колебания тока высокой частоты в индукционной катушке вызывают нагрев сусцептора джоулевой теплотой, который в свою очередь нагревает образующий аэрозоль субстрат.
Известные генерирующие аэрозоль системы содержат индукционный источник, генерирующий переменное электромагнитное поле для создания генерирующих тепло вихревых токов и/или потерь на гистерезис в сусцепторном элементе. Сусцепторный элемент находится в тепловой близости к образующей аэрозоль жидкости, которая способна выделять летучие соединения при нагреве. Сусцепторный элемент и образующая аэрозоль жидкость могут быть обеспечены вместе в генерирующем аэрозоль изделии. Изделие выполнено с возможностью использования с генерирующим аэрозоль устройством, которое, в свою очередь, может содержать индукционный источник. Изделие также может содержать удерживающий жидкость элемент, предназначенный для удержания и переноса образующей аэрозоль жидкости из резервуара, находящегося внутри изделия в направлении сусцепторного элемента. Удерживающий элемент находится в тепловом контакте с сусцепторным элементом или вблизи него, так что происходит нагрев удерживаемой в нем жидкости и, таким образом, ее испарение.
Тем не менее, было обнаружено, что нагрев образующей аэрозоль жидкости внутри удерживающего элемента зачастую не обеспечивает ожидаемого количества испаренной жидкости во время одной затяжки. Кроме того, наблюдаются нежелательные изменяющие воздействия на свойства жидкости, например, изменяющие воздействия на аромат аэрозоля, происходящие в течение периода потребления изделия.
Следовательно, было бы желательно иметь такой нагревательный узел для генерирования аэрозоля, содержащий сусцепторный элемент и удерживающий жидкость элемент, который (узел) обладал бы преимуществами известных технических решений, но был бы лишен их недостатков. В частности, было бы желательно, чтобы нагревательный узел имел простую конструкцию, легкую в изготовлении, и обеспечивал бы воспроизводимое количество испаренной образующей аэрозоль жидкости во время одной затяжки.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предложен индукционный нагревательный узел для генерирования аэрозоля из образующей аэрозоль жидкости. Узел содержит кольцеобразный удерживающий жидкость элемент, предназначенный для удержания и переноса образующей аэрозоль жидкости. Узел также содержит кольцеобразный сусцепторный элемент, соосно расположенный на торцевой в осевом направлении поверхности удерживающего элемента для нагрева образующей аэрозоль жидкости внутри удерживающего элемента. Сусцепторный элемент содержит индукционно нагреваемый сусцепторный материал, локализованный исключительно внутри внутренней кольцевой части кольцеобразного сусцепторного элемента. Внутренняя кольцевая часть имеет наружную радиальную протяженность, составляющую максимум 50 процентов от наружной радиальной протяженности удерживающего элемента.
Согласно настоящему изобретению было выяснено, что нагрев образующей аэрозоль жидкости внутри удерживающего элемента может приводить к образованию пузырьков, которые, в свою очередь, могут негативно влиять на капиллярный перенос жидкости через удерживающий элемент. Благодаря локализации индукционного нагреваемого материала во внутренней кольцевой части сусцепторного элемента, которая меньше в радиальном направлении, чем кольцеобразный удерживающий элемент, настоящее изобретение обеспечивает преимущество, состоящее в уменьшении фактически нагреваемого объема удерживающего элемента, т.е. в локализации процесса нагрева. Благодаря указанному локальному нагреву лишь внутренней в радиальном направлении части удерживающего элемента вышеописанные негативные эффекты значительно снижаются. В результате количество испаряемой образующей аэрозоль жидкости становится в высокой степени воспроизводимым.
Локализация процесса нагрева во внутренней кольцевой части удерживающего элемента обеспечивает дополнительное преимущество, поскольку образующая аэрозоль жидкость испаряется там, где она может непосредственно выделяться из удерживающего элемента. В результате этого будет происходить непосредственное выделение потенциально образующихся пузырьков, и таким образом они не смогут помешать капиллярному переносу жидкости через удерживающий элемент. Предпочтительно, образующая аэрозоль жидкость, испаряемая внутри внутренней кольцевой части удерживающего элемента, непосредственно выделяется в центральный проход для потока воздуха, который выполнен через центральную внутреннюю полость соосно выровненных кольцеобразного удерживающего элемента и сусцепторного элемента. Это обеспечивает особое преимущество, поскольку распределение аэрозоля внутри удерживающего элемента является таким, что вблизи центрального прохода для потока воздуха количество аэрозоля больше, чем в других частях удерживающего элемента, которые расположены дальше от центрального прохода для потока воздуха. Локальное испарение образующей аэрозоль жидкости обеспечивает преимущество, состоящее в возможности ее выделения через внутреннюю в радиальном направлении поверхность удерживающего элемента, которая открыта по меньшей мере частично в центральный проход для потока воздуха. Благодаря этому обеспечивается возможность вовлечения испаряемой образующей аэрозоль жидкости в воздух, протекающий в указанном проходе для потока воздуха, таким образом, чтобы впоследствии они охлаждались с образованием аэрозоля.
Кроме того, было выяснено, что избыточное распространение тепла от сусцепторного элемента и/или нагретого удерживающего жидкость элемента на другие части нагревательного узла может привести к серьезным проблемам. В частности, было выяснено, что избыточное распространение тепла на резервуар для жидкости, который заключает в себе образующую аэрозоль жидкость, подлежащую испарению, и по этой причине сообщается по текучей среде с удерживающим жидкость элементом, может привести к вышеописанным изменяющим воздействиям на образующую аэрозоль жидкость. Соответственно, локализованный нагрев обеспечивает преимущество, состоящее в содействии предотвращению таких изменяющих воздействий.
Кроме того, локализованный нагрев обеспечивает возможность снижения энергопотребления нагревательного узла. Это обеспечивает преимущество в свете того факта, что индукционные нагревательные узлы, используемые в генерирующих аэрозоль устройствах, схожих с устройствами согласно настоящему изобретению, обычно получают питание от батарей, которые имеют лишь ограниченную энергоемкость.
Предпочтительно, внутренняя в радиальном направлении часть имеет наружную радиальную протяженность, составляющую максимум 40 процентов, в частности максимум 30 процентов, еще более предпочтительно максимум 20 процентов, наиболее предпочтительно максимум 10 процентов от наружной радиальной протяженности удерживающего элемента. Благодаря дополнительному уменьшению наружной радиальной протяженности внутренней кольцевой части вышеописанные негативные воздействия дополнительно минимизируются.
Кольцеобразный сусцепторный элемент согласно первому аспекту настоящего изобретения может содержать лишь внутреннюю кольцевую часть, содержащую индукционно нагреваемый сусцепторный материал, в частности состоять из нее. В этом случае общая наружная радиальная протяженность кольцеобразного сусцепторного элемента составляет меньше, чем общая наружная радиальная протяженность кольцеобразного удерживающего элемента. Это обеспечивает преимущество, состоящее в компактной и экономичной по материалу конструкции нагревательного элемента. В данной конфигурации кольцеобразный удерживающий элемент предпочтительно изготовлен из твердого материала с тем, чтобы обеспечить достаточную стабильность.
В качестве альтернативы, сусцепторный элемент может содержать наружную кольцевую часть, которая расположена вокруг внутренней кольцевой части и может заключать в себе исключительно материал, не являющийся индукционно нагреваемым, и/или теплоизоляционный материал. Данная конфигурация обеспечивает преимущество, состоящее в тепловой изоляции других частей от нагреваемой внутренней кольцевой части. В данной конфигурации общая наружная радиальная протяженность кольцеобразного сусцепторного элемента предпочтительно равна или даже больше, чем общая наружная радиальная протяженность кольцеобразного удерживающего элемента. В частности, данная конфигурация обеспечивает возможность того, чтобы кольцеобразный сусцепторный элемент образовывал опорный и/или уплотнительный элемент для кольцеобразного удерживающего элемента. В дополнение, данная конфигурация обеспечивает возможность того, чтобы кольцеобразный сусцепторный элемент образовывал часть кожуха резервуара для жидкости, используемого для хранения образующей аэрозоль жидкости, подлежащей испарению. Помимо этого, данная конфигурация обеспечивает очень компактную конструкцию нагревательного узла, обладающую высокой механической стабильностью.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, предложен еще один индукционный нагревательный узел для генерирования аэрозоля из генерирующей аэрозоль жидкости. Узел согласно данному аспекту также содержит кольцеобразный удерживающий жидкость элемент, предназначенный для удержания и переноса образующей аэрозоль жидкости, и кольцеобразный сусцепторный элемент, соосно расположенный на торцевой в осевом направлении поверхности удерживающего элемента для нагрева образующей аэрозоль жидкости внутри удерживающего элемента. Согласно второму аспекту настоящего изобретения, указанный узел также содержит катушку индуктивности, расположенную вблизи торцевой в осевом направлении поверхности сусцепторного элемента с противоположной стороны от удерживающего элемента. Катушка индуктивности выполнена с возможностью генерирования переменного электромагнитного поля внутри сусцепторного элемента. Кроме того, катушка индуктивности имеет наружную радиальную протяженность, составляющую максимум 50 процентов от наружной радиальной протяженности удерживающего элемента и/или наружной радиальной протяженности сусцепторного элемента. Предпочтительно, катушка индуктивности имеет наружную радиальную протяженность, составляющую максимум 40 процентов, в частности максимум 30 процентов, еще более предпочтительно максимум 20 процентов, наиболее предпочтительно максимум 10 процентов от наружной радиальной протяженности удерживающего элемента и/или наружной радиальной протяженности сусцепторного элемента. Например, наружная радиальная протяженность катушки индуктивности может составлять от 3 мм (миллиметров) до 6 мм (миллиметров), предпочтительно от 4 мм (миллиметров) до 5 мм (миллиметров).
Нагревательный узел согласно второму аспекту настоящего изобретения обеспечивает преимущество, состоящее в том, что в нем также достигается локализация процесса нагрева внутри кольцеобразного удерживающего элемента, и таким образом обеспечивается возможность минимизации вышеописанных негативных воздействий. В данном случае локализация процесса нагрева достигается путем уменьшения эффективного объема потока электромагнитного поля через сусцепторный элемент (а не путем локализации индукционно нагреваемого сусцепторного материала от внутренней кольцевой части сусцепторного элемента, который меньше в радиальном направлении, чем кольцеобразный удерживающий элемент) и, таким образом, путем уменьшения эффективного нагреваемого объема сусцепторного элемента.
В дополнение, ограничение радиальной протяженности катушки индуктивности также обеспечивает преимущество с точки зрения компактной конструкции нагревательного узла. В дополнение, уменьшение эффективного объема потока электромагнитного поля через сусцепторный элемент снижает энергопотребление. Аналогичным образом, ограничение радиальной протяженности катушки индуктивности также способствует предотвращению изменяющих воздействий на образующую аэрозоль жидкость, как описано выше в отношении первого аспекта изобретения.
В нагревательном узле согласно второму аспекту настоящего изобретения кольцеобразный сусцепторный элемент может иметь такую же или даже большую наружную радиальную протяженность по сравнению с наружной радиальной протяженностью кольцеобразного удерживающего жидкость элемента. В данной конфигурации вследствие ограниченной наружной радиальной протяженности катушки индуктивности нагревается лишь внутренняя кольцевая часть сусцепторного элемента, в то время как как наружная кольцевая часть сусцепторного элемента расположена слишком далеко от катушки индуктивности, чтобы нагреваться в достаточной степени, т.е. до температуры, превышающей порог для испарения образующей аэрозоль жидкости, удерживаемой в ней. Это особенно справедливо, если сусцепторный элемент нагревается прерывисто, например, в соответствии с затяжками. В любом случае, это уменьшает образование пузырьков в наружной кольцевой части. Наружная кольцевая часть сусцепторного элемента, которая не нагревается, обеспечивает преимущество, состоящее в возможности ее использования в качестве опорного и/или уплотнительного элемента, покрывающего удерживающий жидкость элемент, так что предотвращается утечка образующей аэрозоль жидкости, как описано выше в отношении первого аспекта изобретения.
Разумеется, нагревательный узел согласно первому аспекту также может содержать катушку индуктивности, расположенную вблизи торцевой в осевом направлении поверхности сусцепторного элемента с противоположной стороны от удерживающего элемента. В частности, данная катушка индуктивности также может иметь наружную радиальную протяженность, составляющую максимум 50 процентов, в частности максимум 40 процентов, предпочтительно максимум 30 процентов, еще более предпочтительно максимум 20 процентов от наружной радиальной протяженности удерживающего элемента и/или наружной радиальной протяженности сусцепторного элемента.
И наоборот, нагревательный узел согласно второму аспекту также может содержать сусцепторный элемент, который содержит индукционно нагреваемый материал, локализованный исключительно во внутренней кольцевой части, имеющей наружную радиальную протяженность , составляющую максимум 50 процентов, в частности максимум 40 процентов, предпочтительно максимум 30 процентов, еще более предпочтительно максимум 20 процентов, наиболее предпочтительно максимум 10 процентов от наружной радиальной протяженности удерживающего жидкость элемента.
Дополнительные признаки и преимущества нагревательных узлов согласно обоим аспектам настоящего изобретения будут в целом описаны ниже.
В обоих аспектах настоящего изобретения катушка индуктивности может представлять собой неотъемлемую часть генерирующего аэрозоль изделия, которое содержит нагревательный узел согласно одному из первого или второго аспектов. В качестве альтернативы, сусцепторный элемент может представлять собой неотъемлемую часть генерирующего аэрозоль устройства. Генерирующее аэрозоль устройство выполнено с возможностью использования с генерирующим аэрозоль изделием, которое предпочтительно содержит другие части нагревательного узла (кроме катушки индуктивности), т.е. по меньшей мере кольцеобразный удерживающий элемент и кольцеобразный сусцепторный элемент. Разумеется, по меньшей мере одно из кольцеобразного удерживающего элемента и кольцеобразного сусцепторного элемента также может представлять собой неотъемлемую часть генерирующего аэрозоль устройства.
Кроме того, в обоих аспектах изобретения катушка индуктивности может иметь форму, соответствующую форме ответной части сусцепторного элемента, подлежащего нагреву. Предпочтительно, катушка индуктивности представляет собой винтовую катушку или плоскую дисковую катушку (плоскую спиральную катушку). Катушка индуктивности может быть намотана вокруг ферритового сердечника. В контексте данного документа термин «дисковая катушка» или «плоская спиральная катушка» обозначает катушку, у которой ось намотки катушки расположена по нормали к плоскости, в которой лежит катушка. Плоская спиральная катушка индуктивности может иметь любую нужную форму в плоскости катушки. Например, плоская спиральная катушка может иметь круговую форму, или она может иметь в целом продолговатую или прямоугольную форму. Кроме того, плоская спиральная катушка может содержать, например, два слоя 4-витковой дисковой катушки или один слой 4-витковой дисковой катушки. Использование плоской спиральной катушки обеспечивает возможность создания компактной конструкции, которая является надежной и недорогой в изготовлении. Использование спиральной катушки индуктивности обеспечивает преимущество, состоящее в возможности генерирования однородного переменного электромагнитного поля.
Катушка индуктивности может удерживаться внутри кожуха нагревательного узла, или кожуха генерирующего аэрозоль изделия, или основной части или кожуха генерирующего аэрозоль устройства. Предпочтительно, катушка индуктивности не должна подвергаться воздействию генерируемого аэрозоля. Таким образом обеспечивается возможность предотвращения отложений на катушке и возможной коррозии. В частности, катушка индуктивности может содержать защитную крышку или слой.
В контексте данного документа термины «радиальный», «осевой» и «соосный» относятся к центральной оси нагревательного узла. Указанная центральная ось может представлять собой ось симметрии кольцеобразных удерживающего элемента и сусцепторного элемента. Соответственно, в контексте данного документа термины «внутренняя радиальная протяженность» и «наружная радиальная протяженность» относятся к протяженности, измеренной относительно центральной оси нагревательного узла. Например, наружная радиальная протяженность сусцепторного элемента, удерживающего элемента или катушки индуктивности относится к радиальному расстоянию между центральной осью и самой дальней от центра в радиальном направлении кромкой сусцепторного элемента или катушки индуктивности соответственно. Аналогичным образом, внутренняя радиальная протяженность сусцепторного элемента, удерживающего элемента или катушки индуктивности относится к радиальному расстоянию между центральной осью и самой ближней к центру в радиальном направлении кромкой сусцепторного элемента или катушки индуктивности соответственно.
В контексте данного документа термины «кольцеобразный», «кольцеобразная форма» и «кольцевой» относятся к закрытому в круговом или окружном направлении геометрическому телу, содержащему центральную внутреннюю полость вокруг центральной оси. Наружная радиальная протяженность кольца или кольцевой формы предпочтительно больше, чем осевая протяженность кольца или кольцевой формы. Иначе говоря, кольцо или кольцевая форма предпочтительно являются плоскими. Разумеется, наружная радиальная протяженность кольца или кольцевой формы также может быть меньше, чем осевая протяженность кольца или кольцевой формы.
В контексте данного документа термин «сусцепторный материал» или «индукционно нагреваемый сусцепторный материал» относятся к материалу, который способен преобразовывать электромагнитную энергию в тепло. Таким образом, сусцептор нагревается при его размещении в переменном электромагнитном поле. В целом, это может быть результатом потерь на гистерезис и/или вихревых токов, создаваемых в сусцепторе, в зависимости от электрических и магнитных свойств сусцепторного материала. Потери на гистерезис происходят в ферромагнитных или ферримагнитных сусцепторных материалах вследствие переключения магнитных доменов внутри материала под влиянием переменного электромагнитного поля. Вихревые токи индуцируются, если сусцепторный материал является электропроводным. В случае электропроводного ферромагнитного или ферримагнитного сусцепторного материала тепло может генерироваться под действием как вихревых токов, так и потерь на гистерезис.
Предпочтительно, сусцептор представляет собой металлический сусцептор. Например, сусцептор может содержать ферритное железо, или парамагнитный или ферромагнитный металл или сплав металлов, таких как алюминий или ферромагнитная сталь, в частности ферромагнитная нержавеющая сталь. Сусцептор также может содержать или может быть выполнен из аустенитной стали, аустенитной нержавеющей стали, графита, молибдена, карбида кремния, ниобия, сплавов инконель (суперсплавов на основе аустенитного никель-хрома), металлизированных пленок, керамики, например, такой, как ферримагнитный керамический материал или цирконий, переходных металлов, например таких, как Fe, Co, Ni, или металлоидных компонентов, например таких, как B, C, Si, P, Al.
В контексте данного документа термин «образующая аэрозоль жидкость» относится к жидкости, способной выделять летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль при нагреве указанной образующей аэрозоль жидкости. Образующая аэрозоль жидкость может содержать как твердые, так и жидкие образующие аэрозоль материалы или компоненты. Образующая аэрозоль жидкость может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие ароматические соединения табака, которые выделяются из жидкости при нагреве. В качестве альтернативы или дополнительно, образующая аэрозоль жидкость может содержать нетабачный материал. Образующая аэрозоль жидкость также может содержать вещество для образования аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль. Образующая аэрозоль жидкость также может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как никотин или ароматизаторы. В частности, образующая аэрозоль жидкость может содержать воду, растворители, этанол, растительные экстракты и натуральные или искусственные ароматизаторы. Образующая аэрозоль жидкость также может представлять собой пастообразный материал, саше из пористого материала, содержащее образующий аэрозоль субстрат, или, например, рассыпной табак, смешанный с гелеобразующим веществом или клейким веществом, который может содержать обычное вещество для образования аэрозоля, такое как глицерин, и который затем будет спрессован или отформован в виде заглушки.
В контексте данного документа термин «удерживающий жидкость элемент» относится к среде для переноса и хранения образующей аэрозоль жидкости. Таким образом, образующая аэрозоль жидкость, хранящаяся в удерживающем жидкость элементе, может быть легко перенесена к сусцепторному элементу, например, за счет капиллярного действия. Для обеспечения достаточного испарения образующей аэрозоль жидкости, удерживающий жидкость элемент предпочтительно находится в непосредственном контакте с сусцепторным элементом или по меньшей мере в непосредственной близости к нему.
Предпочтительно, удерживающий жидкость элемент содержит капиллярный материал или состоит из него. Еще более предпочтительно, удерживающий жидкость элемент может содержать материал или состоять из материала с высокой удерживающей способностью или с высокой выделяющей способностью (high release material, HRM) для удержания и переноса образующей аэрозоль жидкости. Кроме того, удерживающий жидкость элемент может представлять собой по меньшей мере одно из неэлектропроводного, парамагнитного или диамагнитного материала. Еще более предпочтительно, удерживающий жидкость элемент может не являться индукционно нагреваемым. Таким образом обеспечивается преимущество, состоящее в том, что удерживающий жидкость элемент не подвергается или лишь в минимальной степени подвергается воздействию переменного электромагнитного поля, используемого для создания генерирующих тепло вихревых токов и/или потерь на гистерезис в сусцепторном элементе. Удерживающий жидкость элемент может в целом содержать или состоять из материала, выполненного с возможностью выдерживания по меньшей мере температуры испарения образующей аэрозоль жидкости. Температура испарения образующей аэрозоль жидкости, может находиться в диапазоне от 220°C до 240°C. Например, удерживающий жидкость элемент может содержать стекловолокно, хлопок или кевларовый материал или состоять из него.
В целом и дополнительно к обоим аспектам настоящего изобретения, наружная радиальная протяженность кольцеобразного сусцепторного элемента предпочтительно равна или больше, чем наружная радиальная протяженность кольцеобразного удерживающего жидкость элемента. Аналогичным образом, внутренняя радиальная протяженность кольцеобразного сусцепторного элемента предпочтительно равнна или меньше, чем внутренняя радиальная протяженность кольцеобразного удерживающего жидкость элемента. Предпочтительно, внутренняя радиальная протяженность кольцеобразного сусцепторного элемента меньше (в частности, лишь ненамного), чем внутренняя радиальная протяженность удерживающего жидкость элемента. Данная конкретная конфигурация способствует образованию мениска образующей аэрозоль жидкости вокруг переходной области между удерживающим жидкость элементом и выступающим внутрь сусцепторным элементом, в частности, между внутренними в радиальном направлении поверхностями сусцепторного элемента и удерживающего элемента. Указанный мениск обеспечивает преимущество, состоящее в обеспечении постоянного и устойчивого объема образующей аэрозоль жидкости, подлежащей испарению, и таким образом обеспечивается высокая воспроизводимость количества испаренной жидкости.
В случае, если внутренняя и наружная радиальные протяженности сусцепторного элемента близки к внутренней и наружной радиальным протяженностям удерживающего жидкость элемента, кольцеобразный сусцепторный элемент с успехом служит в качестве опорного и/или уплотнительного элемента для удерживающего элемента. Это обеспечивает преимущество, состоящее в высокой механической стабильности и предотвращении утечки образующей аэрозоль жидкости.
Разумеется, наружная радиальная протяженность сусцепторного элемента также может быть меньше, чем наружная радиальная протяженность удерживающего жидкость элемента. Аналогичным образом, внутренняя радиальная протяженность сусцепторного элемента может быть больше, чем внутренняя радиальная протяженность удерживающего жидкость элемента.
Предпочтительно, кольцеобразный сусцепторный элемент является тороидальным и/или полым цилиндрическим. Предпочтительно, кольцеобразный сусцепторный элемент является тороидальным и полым цилиндрическим. Иначе говоря, кольцеобразный сусцепторный элемент может представлять собой тело вращения, являющееся результатом вращения прямоугольника вокруг оси вращения с образованием сплошного тела, имеющего центральное отверстие или центральный проход вдоль оси вращения. Высота вращаемого прямоугольника определяет толщину кольцеобразного сусцепторного элемента. Расстояние между осью вращения и внутренней кромкой вращаемого прямоугольника определяет внутреннюю радиальную протяженность кольцеобразного сусцепторного элемента. Расстояние между наружной кромкой вращаемого прямоугольника и осью вращения, т.е. сумма внутренней радиальной протяженности и длины вращаемого прямоугольника, измеренной в радиальном направлении относительно оси вращения, определяет наружную радиальную протяженность кольцеобразного сусцепторного элемента. В частности, кольцеобразный сусцепторный элемент может иметь, например, форму шайбы.
Предпочтительно, кольцеобразный удерживающий жидкость элемент также является тороидальным и/или полым цилиндрическим. В частности, внутренняя радиальная протяженность сусцепторного элемента может быть такой же, что и внутренняя радиальная протяженность кольцеобразного сусцепторного элемента. В данной конфигурации конструкция нагревательного узла является особенно компактной.
В целом, толщина или высота кольцеобразного удерживающего жидкость элемента может быть равна, больше или меньше, чем толщина или высота кольцеобразного сусцепторного элемента. Предпочтительно, высота кольцеобразного удерживающего жидкость элемента выбрана таким образом, что внутренняя в радиальном направлении поверхность удерживающего элемента является достаточно большой для выделения достаточного количества испаряемой образующей аэрозоль жидкости.
В обоих аспектах настоящего изобретения нагревательный узел также может содержать резервуар для жидкости для удержания образующей аэрозоль жидкости. Сочетание резервуара для жидкости, удерживающего жидкость элемента и сусцепторного элемента обеспечивает преимущество, состоящее в возможности легкого выполнения основного компонента генерирующего аэрозоль изделия для использования с генерирующим аэрозоль устройством. Такая конфигурация является компактной и простой в изготовлении, поскольку она содержит лишь небольшое количество деталей.
Как описано выше в отношении сусцепторного элемента и удерживающего жидкость элемента, резервуар для жидкости также может быть тороидальным и/или полым цилиндрическим. Любой из вышеупомянутых признаков обеспечивает преимущество, состоящее в поддержании очень компактной и симметричной конструкции.
Предпочтительно, указанный резервуар также имеет кольцевую форму, соответствующую кольцевой форме сусцепторного элемента и удерживающего жидкость элемента. В частности, резервуар может содержать кольцеобразную внутреннюю стенку и кольцеобразную наружную стенку, окружающую на расстоянии внутреннюю стенку, так что между ними образован кольцеобразный или полый цилиндрический резервуар для хранения образующей аэрозоль жидкости. Предпочтительно, кольцеобразная наружная стенка образует центральный проход для воздуха, проходящий через резервуар вдоль центральной оси нагревательного узла. Центральный проход для воздуха может быть трубчатым, в частности цилиндрическим. Предпочтительно, радиус центрального прохода для воздуха соответствует внутренней радиальной протяженности кольцеобразного удерживающего жидкость элемента и/или внутренней радиальной протяженности кольцеобразного сусцепторного элемента. Например, по меньшей мере одно из внутренней радиальной протяженности кольцеобразного сусцепторного элемента, внутренней радиальной протяженности кольцеобразного удерживающего жидкость элемента или внутреннего радиуса центрального прохода для воздуха может составлять от 2 мм (миллиметров) до 10 мм (миллиметров), предпочтительно от 4 мм (миллиметров) до 5 мм (миллиметров).
Кроме того, радиус центрального прохода для воздуха предпочтительно меньше, чем внутренняя радиальная протяженность кольцевой части сусцепторного элемента там, где происходит нагрев, т.е. в месте, в котором переменное магнитное поле катушки индуктивности предпочтительно является наиболее интенсивным. Центр указанной кольцевой части приблизительно определяется средней радиальной протяженностью катушки индуктивности. Средняя радиальная протяженность катушки индуктивности определяется путем усреднения внутреннего и наружного радиальных протяженностей катушки индуктивности, т.е. путем деления на два суммы внутреннего и наружной радиальных протяженностей катушки индуктивности. Следовательно, внутренняя радиальная протяженность сусцепторного элемента предпочтительно находится между внутренней радиальной протяженностью и средней радиальной протяженностью катушки индуктивности.
Предпочтительно, резервуар содержит или изготовлен из материала, не являющегося индукционно нагреваемым, в частности из неэлектропроводного и парамагнитного или диамагнитного материала. Еще более предпочтительно, резервуар содержит или изготовлен из теплоизоляционного материала. Это обеспечивает преимущество, состоящее в предотвращении нежелательного перегрева образующей аэрозоль жидкости и/или опасности возгорания.
Кроме того, удерживающий жидкость элемент предпочтительно расположен по меньшей мере частично внутри резервуара. В частности, внутренняя в радиальном направлении поверхность удерживающего элемента может быть открыта по меньшей мере частично в центральный проход для воздуха. Это обеспечивает преимущество, состоящее в содействии непосредственному выделению испаряемой образующей аэрозоль жидкости в центральный проход для воздуха. Как описано выше, непосредственное выделение испаряемой образующей аэрозоль жидкости предотвращает нежелательное образование пузырьков внутри удерживающего жидкость элемента, а также внутри жидкости, которая хранится внутри резервуара для жидкости.
Кроме того, в обоих аспектах настоящего изобретения резервуар может быть открыт на торцевой в осевом направлении поверхности. Иначе говоря, резервуар может иметь отверстие в торцевой в осевом направлении поверхности. Предпочтительно, отверстие в торцевой в осевом направлении поверхности имеет кольцевую форму. Соответственно, обеспечивается преимущество, состоящее в возможности размещения кольцеобразного удерживающего жидкость элемента в указанном кольцеобразном отверстии, что обеспечивает возможность нахождения удерживающего жидкость элемента в непосредственном контакте с образующей аэрозоль жидкостью, заключенной в резервуаре.
Тем не менее, кольцеобразный удерживающий жидкость элемент не обязательно обеспечивает уплотнение отверстия в резервуаре для жидкости вследствие его капиллярных свойств. Следовательно, покрывающий или уплотнительный элемент для удерживающего жидкость элемента предпочтительно обеспечивается кольцеобразным сусцепторным элементом, как уже было описано выше. С этой целью кольцеобразный сусцепторный элемент может быть размещен в указанном отверстии в торцевой в осевом направлении поверхности. Еще более предпочтительно, кольцеобразный сусцепторный элемент может образовывать по меньшей мере частично торцевую в осевом направлении поверхность резервуара. В частности, торцевая в осевом направлении поверхность резервуара, образованная сусцепторным элементом, может проходить между внутренней в радиальном направлении частью и наружной в радиальном направлении частью стенки резервуара для жидкости. Последняя конфигурация особенно полезна с точки зрения механической стабильности резервуара для жидкости. С целью обеспечения правильной установки сусцепторного элемента на резервуаре для жидкости наружная в радиальном направлении поверхность сусцепторного элемента и/или наружная в радиальном направлении поверхность удерживающего элемента могут быть утоплены во наружную стенку резервуара.
Кроме того, вокруг контактной/установочной области стенки (стенок) резервуара для жидкости и сусцепторного элемента могут быть обеспечены одно или более уплотнений, например, уплотнительных прокладок. Это дополнительно улучшает герметичность резервуара для жидкости.
В целом, уплотнение удерживающего жидкость элемента может быть обеспечено следующим образом: Удерживающий жидкость элемент может быть полностью уплотнен на своей наружной в радиальном направлении поверхности, т.е. в части, наиболее удаленной от центрального прохода для воздуха, посредством резервуара для жидкости или соединения резервуара для жидкости и сусцепторного элемента. В частности, соединительная внешняя стенка может рассматриваться как продолжение наружной стенки резервуара для жидкости, или она может представлять собой еще одну часть нагревательного узла или генерирующего аэрозоль устройства для генерирующего аэрозоль изделия. Удерживающий жидкость элемент может быть полностью уплотнен посредством сусцепторного элемента на одной из своих торцевых в осевом направлении поверхностей. Кроме того, удерживающий жидкость элемент может быть частично или полностью неуплотненным, т.е. открытым, на внутренней в радиальном направлении поверхности.
Согласно настоящему изобретению также предложено генерирующее аэрозоль изделие для использования с генерирующим аэрозоль устройством. Изделие содержит индукционный нагревательный узел согласно первому или второму аспекту настоящего изобретения. Иначе говоря, в одном аспекте генерирующее аэрозоль изделие содержит нагревательный узел, имеющий сусцепторный элемент, который содержит индукционно нагреваемый сусцепторный материал, локализованный исключительно внутри внутренней кольцевой части, имеющей наружную радиальную протяженность, составляющую максимум 50 процентов от наружной радиальной протяженности удерживающего элемента. В качестве альтернативы, генерирующее аэрозоль изделие содержит нагревательный узел, имеющий катушку индуктивности, расположенную вблизи торцевой в осевом направлении поверхности сусцепторного элемента с противоположной стороны от удерживающего элемента для генерирования переменного электромагнитного поля внутри сусцепторного элемента, причем указанная катушка индуктивности имеет наружную радиальную протяженность, составляющую максимум 50 процентов от наружной радиальной протяженности удерживающего элемента и/или наружной радиальной протяженности сусцепторного элемента.
В контексте данного документа термин «генерирующее аэрозоль изделие» относится к изделию, выполненному с возможностью использования с генерирующим аэрозоль устройством, в частности выполненное с возможностью размещения внутри приемной полости генерирующего аэрозоль устройства. Генерирующее аэрозоль изделие может представлять собой картридж, вставляемый в генерирующее аэрозоль устройство. Генерирующее аэрозоль изделие может представлять собой расходную часть, в частности расходную часть, отправляемую в отходы после однократного использования.
Предпочтительно, генерирующее аэрозоль изделие содержит резервуар для жидкости, который представляет собой часть нагревательного узла, как описано выше в отношении нагревательного узла согласно обоим аспектам изобретения.
Кроме того, генерирующее аэрозоль изделие может содержать мундштук. Предпочтительно, мундштук содержит выпускное отверстие, сообщающееся по текучей среде с центральным проходом для воздуха, образованным центральной полостью кольцеобразного удерживающего жидкость элемента, сусцепторного элемента и резервуара для жидкости (при наличии). Еще более предпочтительно, мундштук может образовывать единое целое с резервуаром для жидкости. В частности, мундштук может представлять собой ближний концевой участок резервуара для жидкости, предпочтительно конический концевой участок резервуара для жидкости. Это обеспечивает преимущество, состоящее в очень компактной конструкции генерирующего аэрозоль изделия. Резервуар для жидкости может также образовывать кожух или наружную оболочку изделия. Изделие согласно данной конфигурации может быть вставлено в приемную полость или прикреплено к ближнему концевому участку генерирующего аэрозоль устройства. Для прикрепления генерирующего аэрозоль изделия к генерирующему аэрозоль устройству дальний концевой участок генерирующего аэрозоль устройства может содержать магнитное или механическое крепление, например штыковое крепление или защелкивающееся крепление, которое взаимодействует с соответствующей сопрягаемой частью на ближнем концевом участке генерирующего аэрозоль устройства.
В качестве альтернативы, генерирующее аэрозоль изделие может содержать лишь кольцеобразный сусцепторный элемент, кольцеобразный удерживающий жидкость элемент и резервуар для жидкости. Изделие согласно данной конфигурации может быть легко подготовлено для вставки в приемную полость генерирующего аэрозоль устройства. Ближний открытый конец приемной полости (используемый для вставки изделия) может быть закрыт мундштуком, который относится к генерирующему аэрозоль устройству. В качестве альтернативы, генерирующее аэрозоль изделие может быть прикреплено к основной части генерирующего аэрозоль устройства и размещено в полости, образованной мундштуком генерирующего аэрозоль устройства при установке мундштука на указанной основной части.
В любой из данных конфигураций при вставке или прикреплении изделия к устройству центральный проход для потока воздуха, образованный центральной полостью кольцеобразного удерживающего жидкость элемента, сусцепторного элемента и резервуара для жидкости (при наличии), предпочтительно сообщается по текучей среде с путем для воздуха, проходящим через генерирующее аэрозоль устройство. Предпочтительно, устройство содержит путь для воздуха, проходящий от по меньшей мере одного впускного отверстия для воздуха через приемную полость (при ее наличии) до по меньшей мере одного выпускного отверстия для воздуха, например, до выпускного отверстия для воздуха в мундштуке (при его наличии).
Как описано выше, катушка индуктивности предпочтительно представляет собой часть генерирующего аэрозоль устройства. Это способствует питанию катушки индуктивности. Тем не менее, как дополнительно описано выше, катушка индуктивности может представлять собой неотъемлемую часть генерирующего аэрозоль изделия. В данной конфигурации катушка индуктивности предпочтительно содержит соединитель для электрического соединения с индукционным источником генерирующего аэрозоль устройства. Соединитель выполнен таким образом, что он автоматически вступает во взаимодействие с соответствующим соединителем генерирующего аэрозоль устройства при соединении генерирующего аэрозоль изделия с генерирующим аэрозоль устройством.
Как упоминалось выше, оно представляет собой генерирующее аэрозоль устройство, которое предпочтительно содержит индукционный источник для питания катушки индуктивности. Индукционный источник может содержать генератор переменного тока (AC). Генератор переменного тока может получать питание от источника питания генерирующего аэрозоль устройства. Генератор переменного тока функционально соединен с катушкой индуктивности. Генератор переменного тока выполнен с возможностью генерирования высокочастотного колебательного тока для пропускания через катушку индуктивности для генерирования переменного электромагнитного поля. В контексте данного документа под высокочастотным колебательным током понимается колебательный ток, имеющий частоту от 500 кГц до 30 МГц, предпочтительно от 1 МГц до 10 МГц, более предпочтительно от 5 МГц до 7 МГц.
Устройство также может содержать электрическую схему, которая предпочтительно содержит генератор переменного тока. Электрическая схема может предпочтительно содержать преобразователь постоянного тока в переменный ток, который может содержать усилитель мощности класса D или класса E. Электрическая схема может быть соединена с электрическим источником питания генерирующего аэрозоль устройства. Электрическая схема может содержать микропроцессор, который может представлять собой программируемый микропроцессор, микроконтроллер или специализированную интегральную схему (ASIC) или другую электронную схему, выполненную с возможностью обеспечения управления. Электрическая схема может содержать дополнительные электронные компоненты. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью регулирования подачи тока на катушку индуктивности. Ток может подаваться на катушку индуктивности непрерывно после активации системы, или он может подаваться прерывисто, например, в соответствии с затяжками.
Как уже упоминалось выше, генерирующее аэрозоль устройство предпочтительно содержит источник питания, предпочтительно 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, и он может иметь емкость, которая обеспечивает возможность накопления достаточного количества энергии для одного или более сеансов потребления пользователем. Например, источник питания может иметь емкость, достаточную для обеспечения возможности непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, равного приблизительно шести минутам, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере источник питания может иметь емкость, достаточную для обеспечения возможности осуществления заданного количества затяжек или отдельных активаций катушки индуктивности.
Дополнительные признаки и преимущества генерирующего аэрозоль изделия согласно настоящему изобретению были описаны применительно к нагревательным узлам согласно обоим аспектам настоящего изобретения, описанным в данном документе. Поэтому эти признаки и преимущества генерирующего аэрозоль изделия не будут описаны повторно.
Согласно настоящему изобретению, предложено также генерирующее аэрозоль устройство. Устройство содержит индукционный нагревательный узел согласно первому или второму аспекту настоящего изобретения. В частности, устройство может быть выполнено с возможностью использования с генерирующим аэрозоль изделием, заключающим в себе образующую аэрозоль жидкость, подлежащую испарению.
Дополнительные признаки и преимущества генерирующего аэрозоль устройства согласно настоящему изобретению были описаны применительно к нагревательным узлам согласно обоим аспектам настоящего изобретения, описанным в данном документе, а также применительно к генерирующему аэрозоль изделию согласно настоящему изобретению, описанному в данном документе. Поэтому эти дополнительные признаки и преимущества генерирующего аэрозоль устройства не будут описаны повторно.
Настоящее изобретение будет далее описано лишь на примерах со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
на Фиг.1 показан схематический вид в сечении иллюстративного варианта осуществления генерирующего аэрозоль изделия, содержащего индукционный нагревательный узел согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.2 показан схематический вид в перспективе генерирующего аэрозоль изделия согласно Фиг.1;
на Фиг.3 показан схематический вид в сечении иллюстративного варианта осуществления генерирующей аэрозоль системы, содержащей генерирующее аэрозоль устройство и генерирующее аэрозоль изделие согласно Фиг.1;
на Фиг.4 показан схематический вид в сечении еще одного иллюстративного варианта осуществления генерирующего аэрозоль изделия, содержащего индукционный нагревательный узел, согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.5 показан схематический вид в сечении еще одного иллюстративного варианта осуществления генерирующего аэрозоль изделия, содержащего индукционный нагревательный узел, согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.6 показан схематический вид в сечении еще одного иллюстративного варианта осуществления генерирующей аэрозоль системы, содержащей генерирующее аэрозоль устройство и генерирующее аэрозоль изделие, согласно одному варианту осуществления, показанному на Фиг.1; и
на Фиг.7 показан схематический вид в сечении еще одного иллюстративного варианта осуществления генерирующей аэрозоль системы, содержащей генерирующее аэрозоль устройство и генерирующее аэрозоль изделие, согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг.1 и Фиг.2 схематически изображен первый вариант осуществления генерирующего аэрозоль изделия 60, содержащего (по меньшей мере частично) индукционный нагревательный узел 10 согласно второму аспекту настоящего изобретения.
Как показано на Фиг.3, генерирующее аэрозоль изделие 60 выполнено с возможностью использования с генерирующим аэрозоль устройством 70, причем устройство 70 и изделие 60 вместе образуют генерирующую аэрозоль систему 1. Генерирующее аэрозоль изделие 60 или нагревательный узел 10 соответственно содержат резервуар 15 для жидкости для удержания образующей аэрозоль жидкости, подлежащей испарению с помощью нагревательного узла 10. В данном варианте осуществления резервуар 15 имеет по существу полую цилиндрическую форму, образованную кольцеобразной наружной стенкой 51, кольцеобразной внутренней стенкой 52 и ближней торцевой стенкой 53 на ближнем конце изделия 60. Кольцеобразная внутренняя стенка 52 образует центральный проход 61 для воздуха через резервуар 50, проходящий вдоль центральной оси 11 нагревательного узла 10. На дальнем конце 64 изделия 60 резервуар 50 имеет отверстие, закрытое кольцеобразным удерживающим жидкость элементом 20, который представляет собой часть индукционного нагревательного узла 10 согласно настоящему изобретению. Удерживающий жидкость элемент 20 выполнен с возможностью удержания и переноса образующей аэрозоль жидкости, хранящейся в кольцеобразном вмещающем объеме 55 полого цилиндрического резервуара 50. Предпочтительно, удерживающий жидкость элемент находится в непосредственном контакте с образующей аэрозоль жидкостью, заключенной в резервуаре 50, благодаря его размещению внутри отверстия резервуара 50. Предпочтительно, удерживающий жидкость элемент 20 содержит или даже состоит из материала с высокой удерживающей способностью или с высокой выделяющей способностью (high release material, HRM), например пористого керамического материала.
Для нагрева и испарения образующей аэрозоль жидкости внутри удерживающего элемента 20 индукционный нагревательный узел согласно первому варианту осуществления, показанному на Фиг.1-3, также содержит кольцеобразный сусцепторный элемент 30, расположенный соосно на торцевой в осевом направлении поверхности удерживающего жидкость элемента 20 с противоположной стороны от вмещающего объема 55 полого цилиндрического резервуара 50 для жидкости. Предпочтительно, сусцепторный элемент 30 находится в непосредственном физическом и, следовательно, тепловом контакте с торцевой в осевом направлении поверхностью удерживающего жидкость элемента 20. Как можно видеть на Фиг.1-3, кольцеобразный сусцепторный элемент 30 образует торцевую в осевом направлении поверхность резервуара 50 для жидкости, и в то же самое время он также обеспечивает уплотнительную крышку для удерживающего жидкость элемента 30, так как последний обычно не обеспечивает достаточное уплотнение резервуара для жидкости вследствие его капиллярных свойств. С целью дополнительного повышения герметичности резервуара 50 для жидкости обеспечены уплотнения 58 вокруг области контакта между внутренней и наружной стенками 51, 52 резервуара 50 для жидкости и удерживающего жидкость элемента 20.
С целью обеспечения правильной установки кольцеобразного сусцепторного элемента 30 на наружной стенке 51 резервуара 50 для жидкости, наружная в радиальном направлении поверхность сусцепторного элемента 30 утоплена в наружную стенку 51 резервуара 50. Соответственно, наружная радиальная протяженность R2 сусцепторного элемента 30 составляет немного больше, чем наружная радиальная протяженность R1 удерживающего жидкость элемента 20. Это обеспечивает преимущество, состоящее в высокой механической стабильности изделия 60.
Для индукционного нагрева сусцепторного элемента 30 и, таким образом, для испарения образующей аэрозоль жидкости внутри удерживающего элемента 20, нагревательный узел 10 согласно данному варианту осуществления содержит катушку 40 индуктивности согласно второму аспекту настоящего изобретения, которая выполнена с возможностью генерирования переменного электромагнитного поля внутри сусцепторного элемента. Катушка 40 индуктивности расположена вблизи торцевой в осевом направлении поверхности сусцепторного элемента 30 с противоположной стороны от удерживающего жидкость элемента 20 на дальнем конце 64 изделия 60. В целом, катушка 40 индуктивности может представлять собой либо часть изделия 60, либо, как в данном варианте осуществления, показанном на Фиг.3, часть генерирующего аэрозоль устройства 70, которое выполнено с возможностью взаимодействия с генерирующим аэрозоль изделием 60.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, катушка 40 индуктивности имеет наружную радиальную протяженность R3, составляющую максимум 50 процентов от наружной радиальной протяженности R2 сусцепторного элемента 30, а также наружной радиальной протяженности R1 удерживающего жидкость элемента 20. В данном варианте осуществления радиальная протяженность R3 катушек 40 индуктивности даже составляет лишь приблизительно 30 процентов от наружной радиальной протяженности R2 сусцепторного элемента 30. Благодаря этому процесс индукционного нагрева локализован во внутренней кольцевой части 33 (см. пунктирный прямоугольник на Фиг.1) сусцепторного элемента 30, имеющего радиальную протяженность, приблизительно соответствующую радиальной протяженности катушки 40 индуктивности. В отличие от этого, остальная часть наружной кольцевой части сусцепторного элемента 30 слишком далеко удалена от катушки 40 индуктивности для того, чтобы нагреваться в достаточной степени, т.е. до температуры, превышающей пороговое значения для испарения образующей аэрозоль жидкости, удерживаемой в ней. Это особенно справедливо, если сусцепторный элемент нагревается прерывисто, например, в соответствии с затяжками. В результате, процесс нагрева внутри кольцеобразного удерживающего жидкость элемента 20 также локализован во внутренней кольцевой части 23 (см. пунктирные прямоугольники на Фиг.1) удерживающего элемента 20. Данная локализация обеспечивает преимущество, состоящее в уменьшении вышеописанных негативных воздействий вследствие образования пузырьков и изменения образующей аэрозоль жидкости во вмещающем объеме 55. В дополнение, локализованный нагрев снижает энергопотребление нагревательного узла 10.
Как особенно хорошо видно из Фиг.1, продольная протяженность кольцеобразной внутренней стенки 52 резервуара 50 для жидкости меньше, чем продольная протяженность наружной стенки 51. Благодаря этому внутренняя в радиальном направлении поверхность удерживающего жидкость элемента 20 открыта по меньшей мере частично в центральный проход 61 для воздуха. Это обеспечивает преимущество, состоящее в содействии непосредственному выделению испаряемой образующей аэрозоль жидкости в центральный проход 61 для воздуха.
Как дополнительно видно из Фиг.1, внутренняя радиальная протяженность кольцеобразного сусцепторного элемента 30 немного меньше, чем внутренняя радиальная протяженность удерживающего жидкость элемента 20, что обеспечивает возможность создания мениска образующей аэрозоль жидкости вокруг переходной области между удерживающим жидкость элементом 20 и выступающим внутрь сусцепторным элементом 30. Указанный мениск обеспечивает преимущество, состоящее в обеспечении постоянного и стабильного объема образующей аэрозоль жидкости, подлежащей испарению, что обеспечивает высокую степень воспроизводимости количества испаренной жидкости.
Предпочтительно, сусцепторный элемент 30 содержит или даже изготовлен из ферромагнитного и электропроводного материала, например ферромагнитной нержавеющей стали. В отличие от этого, материал удерживающего жидкость элемента не является индукционно нагреваемым, в частности он является неэлектропроводным и парамагнитным или диамагнитным. Это обеспечивает преимущество, состоящее в предотвращении нежелательного перегрева образующей аэрозоль жидкости.
Как показано на Фиг.3, генерирующее аэрозоль изделие 60 согласно первому варианту осуществления выполнено с возможностью взаимодействия с генерирующим аэрозоль устройством 70, которое содержит катушку 40 индуктивности нагревательного узла 10. В данном варианте осуществления катушка 40 индуктивности представляет собой плоскую спиральную катушку, содержащую один слой, имеющий четыре витка электропроводной проволоки. Для питания катушки 40 индуктивности генерирующее аэрозоль устройство 70 может содержать индукционный источник (не показан), содержащий генератор переменного тока (АС), который получает питание от батареи (не показана).
Как дополнительно показано на Фиг.3, генерирующее аэрозоль устройство 70 содержит основную часть 80 и мундштук 90. Мундштук 90 выполнен с возможностью разъемного прикрепления к основной части 80. Для этого основная часть 80 и мундштук 90 содержат соответствующие защелкивающиеся крепления 84, 94, которые расположены на противоположных концах стенок 81, 91 основной части 80 и мундштука 90 соответственно.
Мундштук 90 образует полость 95 для размещения генерирующего аэрозоль изделия 60 таким образом, чтобы оно было надежно установлено в генерирующем аэрозоль устройстве 70. После того, как генерирующее аэрозоль изделие 20 прикреплено к генерирующему аэрозоль устройству 70, центральный проход 61 для потока воздуха, образованный центральной полостью кольцеобразного удерживающего жидкость элемента 20, сусцепторного элемента 30 и резервуара 50 для жидкости, сообщается по текучей среде с путем для воздуха, проходящим через генерирующее аэрозоль устройство 70. В данном варианте осуществления путь для воздуха (см. точечные стрелки на Фиг.3) проходит от боковых впускных отверстий 93 для воздуха в наружной стенке 91 мундштука 90 через приемную полость 95 до центрального выпускного отверстия 92 для воздуха на ближнем конце мундштука 90.
При использовании пользователь может осуществлять затяжку на мундштуке 90 для втягивания воздуха через впускные отверстия 93 для воздуха в полость 95 и вытягивания воздуха через выпускное отверстие 92 в рот пользователя. Устройство 70 может содержать датчик 86 затяжки в форме микрофона для обнаружения осуществления пользователем затяжек на мундштуке. Датчик 86 затяжки сообщается по текучей среде с указанным путем для воздуха и расположен внутри основной части 80 вблизи катушки 40 индуктивности и дальнего конца центрального прохода 61 для воздуха. При обнаружении затяжки индукционный источник подает высокочастотный колебательный ток на катушку 40. В результате генерируется колебательное магнитное поле, которое проходит через сусцепторный элемент 30. Вследствие этого сусцепторный элемент 30 нагревается за счет потерь на гистерезис и/или вихревых токов, в зависимости от его электрических и магнитных свойств, до достижения температуры, достаточной для испарения образующей аэрозоль жидкости, удерживаемой в удерживающем жидкость элементе 20. Испаренный образующий аэрозоль материал вовлекается в воздух, протекающий от впускных отверстий 93 для воздуха вдоль центрального прохода 61 для воздуха в направлении выпускного отверстия 92 для воздуха. При прохождении вдоль этого пути пар охлаждается с образованием аэрозоля внутри мундштука 90 перед выходом через выпускное отверстие 92. Индукционный источник может быть выполнен с возможностью подачи питания на катушку 40 индуктивности в течение заданного времени, например, пяти секунд, после обнаружения затяжки и затем выключает ток до тех пор, пока не будет обнаружена новая затяжка.
На Фиг.4 схематически показан второй вариант осуществления генерирующего аэрозоль изделия 160, содержащего нагревательный узел 110 согласно первому аспекту настоящего изобретения. Согласно данному аспекту, кольцеобразный сусцепторный элемент 130 содержит индукционно нагреваемый сусцепторный материал, который локализован исключительно внутри внутренней кольцевой части 133, наружная радиальная протяженность R102 которой составляет максимум 50 процентов от наружной радиальной протяженности R101 удерживающего жидкость элемента 120. В данном варианте осуществления сусцепторный элемент даже состоит лишь из внутренней кольцевой части 133. Кроме того, в варианте осуществления по Фиг.4 наружная радиальная протяженность R102 внутренней кольцевой части 133, т.е. сусцепторного элемента 130, составляет лишь порядка 30 процентов от наружной радиальной протяженности R101 удерживающего жидкость элемента 120. Благодаря этому нагревательный узел 110 согласно данному второму варианту осуществления обеспечивает уменьшение фактически нагреваемого объема удерживающего жидкость элемента 120, т.е. локализацию процесса нагрева.
Как можно дополнительно видеть на Фиг.4, кольцеобразный сусцепторный элемент 130 согласно данному второму варианту осуществления, благодаря своей уменьшенной радиальной протяженности по сравнению с удерживающим жидкость элементом 120, образует лишь часть торцевой в осевом направлении поверхности резервуара 150 или изделия 160 соответственно. Остальная часть торцевой в осевом направлении поверхности образована плоской кольцеобразной дальней торцевой стенкой 154 резервуара 150, имеющей такую же толщину, что и сусцепторный элемент 130. Предпочтительно, дальняя торцевая стенка 154 образует единое целое с кольцеобразной наружной стенкой 151, кольцеобразной внутренней стенкой 152 и ближней торцевой стенкой 154 резервуара 150. Кроме того, кольцеобразный сусцепторный элемент 130 находится в непосредственном контакте с дальней торцевой стенкой 154 и прикреплен к ней, например, с помощью адгезивных средств, таких как клей, или за счет прессовой посадки.
За исключением нагревательного узла 110, в частности за исключением уменьшенного в радиальном направлении сусцепторного элемента 130 и дальней торцевой стенки 154, генерирующее аэрозоль изделие 160 согласно второму варианту осуществления, показанному на Фиг.4, является весьма схожим или даже идентичным генерирующему аэрозоль изделию 60 согласно второму варианту осуществления, показанному на Фиг.1-3. Поэтому схожие или идентичные признаки обозначены одинаковыми ссылочными номерами, но увеличенными на 100.
На Фиг.5 схематически изображен третий вариант осуществления генерирующего аэрозоль изделия 260, которое также содержит нагревательный узел 210 согласно первому аспекту настоящего изобретения. Генерирующее аэрозоль изделие 260 согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения весьма схоже со вторым вариантом осуществления, показанным на Фиг.4. Соответственно, схожие или идентичные признаки обозначены такими же ссылочными номерами, что и на Фиг.4, но увеличенными на 100. В отличие от второго варианта осуществления, показанного на Фиг.4, нагревательный узел 210 генерирующего аэрозоль изделия 260 согласно Фиг.5 содержит кольцеобразный сусцепторный элемент, который образует всю торцевую в осевом направлении поверхность резервуара 250 и изделия 260 соответственно. Иначе говоря, сусцепторный элемент 230 проходит в радиальном направлении по всему удерживающему жидкость элементу 220, и таким образом он обеспечивает уплотнительную крышку для удерживающего жидкость элемента 220, аналогично сусцепторному элементу 30 нагревательного узла 10 согласно первому варианту осуществления, показанному на Фиг.1-3. Тем не менее, данный сусцепторный элемент является двухчастным и содержит внутреннюю кольцевую часть 233 и наружную кольцевую часть 235, расположенную вокруг внутренней кольцевой части 233. Согласно первому аспекту настоящего изобретения, индукционно нагреваемый сусцепторный материал сусцепторного элемента 230 локализован исключительно во внутренней кольцевой части 233. В данном варианте осуществления внутренняя кольцевая часть 233 имеет наружную радиальную протяженность R202, составляющую приблизительно 30 процентов от наружной радиальной протяженности R201 удерживающего жидкость элемента 220, и таким образом достигается локализация процесса нагрева, как описано выше. В отличие от этого, наружная кольцевая часть 235 содержит исключительно материал, не являющийся индукционно нагреваемым, предпочтительно теплоизоляционный материал. Это обеспечивает преимущество, состоящее в обеспечении теплоизоляции других частей, таких как наружная стенка 251 резервуара 250, от нагреваемой внутренней кольцевой части 233.
На Фиг.6 показана генерирующая аэрозоль система 201, содержащая генерирующее аэрозоль изделие 260 согласно Фиг.5, установленное на генерирующем аэрозоль устройстве 270. Последнее весьма схоже с генерирующим аэрозоль устройством 70 согласно Фиг.3. Соответственно, схожие или идентичные признаки устройства 270 обозначены такими же ссылочными номерами, что и на Фиг.3, но увеличенными на 200. В отличие от устройства 70, показанного на Фиг.3, устройство 270, показанное на Фиг.6, содержит катушку 240 индуктивности (представляющую собой часть нагревательного узла 210), которая имеет наружную радиальную протяженность R203, по существу равную наружной радиальной протяженности R201 удерживающего жидкость элемента 220 и наружной радиальной протяженности R202 сусцепторного элемента 230. Тем не менее, несмотря на это, процесс нагрева по-прежнему локализован во внутренней кольцевой части удерживающего элемента 220 благодаря тому, что индукционно нагреваемый сусцепторный материал локализован исключительно внутри внутренней кольцевой части сусцепторного элемента 230. По этой же причине устройство 270 согласно Фиг.6 тоже может легко использоваться с генерирующим аэрозоль изделием 160 согласно Фиг.4. Разумеется, оба из изделия 160 согласно Фиг.4 и изделия согласно Фиг.5 могут использоваться с генерирующим аэрозоль устройством 70 согласно Фиг.3, содержащим катушку 40 индуктивности, наружная радиальная протяженность R3 которой составляет максимум 50 процентов от наружных радиальных протяженностей удерживающего элемента и сусцепторного элемента.
На Фиг.7 схематически показан еще один иллюстративный вариант осуществления генерирующей аэрозоль системы 301, содержащей генерирующее аэрозоль устройство 370 и генерирующее аэрозоль изделие 360 согласно четвертому варианту осуществления. Устройство 370 весьма схоже с устройством 70 согласно Фиг.3, в частности это относится к основным частям 80 и 380 соответственно. Поэтому схожие или идентичные признаки обозначены такими же ссылочными номерами, что и на Фиг.3, но увеличенными на 300. Тем не менее в отличие от устройства 70 согласно Фиг.3, устройство 370 согласно Фиг.7 не содержит мундштука. Вместо этого изделие 360 содержит цилиндрическую мундштучную часть 390 на своем ближнем конце 363, смежном с ближней торцевой стенкой 353 резервуара 350 для жидкости. В частности, мундштучная часть 390 образует единое целое со стенками резервуара 350 для жидкости. Как можно видеть на Фиг.7, центральный проход 361 для воздуха 361, проходящий через полый центр резервуара 350, проходит дальше через центр цилиндрической мундштучной части 390 в направлении выпускного отверстия 392 для воздуха. Как дополнительно можно видеть на Фиг.7, наружная стенка 351 резервуара 350 для жидкости имеет кольцеобразный выступ 356, проходящий в осевом направлении за пределы сусцепторного элемента 330 в дальнюю сторону. На своем дальнем конце кольцеобразный выступ 356 содержит защелкивающееся крепление 394, которое взаимодействует с соответствующим защелкивающимся креплением 384, расположенным на противоположном конце стенок 381 основной части 380 устройства 370. В дополнение, изделие 360 содержит боковые впускные отверстия 393 для воздуха, проходящие через наружную стенку 351 вблизи сусцепторного элемента 330. Отсюда путь для воздуха проходит вдоль торцевой поверхности сусцепторного элемента 330 и внутренней в радиальном направлении поверхности удерживающего жидкость элемента 320, и далее он проходит через центральный проход 361 для воздуха в направлении выпускного отверстия 392 для воздуха.
Изделие 360 обеспечивает преимущество, состоящее в очень компактной конструкции. За исключением вышеуказанного, изделие 360 очень схоже с изделием 60 согласно Фиг.1-3. В частности, нагревательный узел 310, содержащий удерживающий жидкость элемент 320, сусцепторный элемент 330 и катушку 340 индуктивности, является по существу идентичным нагревательному узлу 10 согласно Фиг.1-3.
1. Индукционный нагревательный узел для генерирования аэрозоля из образующей аэрозоль жидкости, содержащий:
кольцеобразный удерживающий жидкость элемент для удержания и переноса образующей аэрозоль жидкости; и
кольцеобразный сусцепторный элемент, соосно расположенный на торцевой в осевом направлении поверхности удерживающего элемента для нагрева образующей аэрозоль жидкости внутри удерживающего элемента,
причем сусцепторный элемент содержит индукционно нагреваемый сусцепторный материал, локализованный исключительно внутри внутренней кольцевой части, имеющей наружную радиальную протяженность, составляющую максимум 50 процентов от наружной радиальной протяженности удерживающего элемента.
2. Индукционный нагревательный узел по п.1, в котором внутренняя кольцевая часть имеет наружную радиальную протяженность, составляющую максимум 10 процентов от наружной радиальной протяженности удерживающего элемента.
3. Индукционный нагревательный узел по п.1 или 2, в котором сусцепторный элемент содержит наружную кольцевую часть вокруг внутренней кольцевой части, содержащую лишь индукционно ненагреваемый материал и/или теплоизоляционный материал.
4. Индукционный нагревательный узел для генерирования аэрозоля из образующей аэрозоль жидкости, содержащий:
кольцеобразный удерживающий жидкость элемент для удержания и переноса образующей аэрозоль жидкости; и
кольцеобразный сусцепторный элемент, соосно расположенный на торцевой в осевом направлении поверхности удерживающего элемента для нагрева образующей аэрозоль жидкости внутри удерживающего элемента,
причем указанный узел также содержит катушку индуктивности, расположенную вблизи торцевой в осевом направлении поверхности сусцепторного элемента с противоположной стороны от удерживающего элемента для генерирования переменного электромагнитного поля внутри сусцепторного элемента и имеющую наружную радиальную протяженность, составляющую максимум 50 процентов от наружной радиальной протяженности удерживающего элемента и/или наружной радиальной протяженности сусцепторного элемента.
5. Индукционный нагревательный узел по п.4, в котором катушка индуктивности имеет наружную радиальную протяженность, составляющую максимум 10 процентов от наружной радиальной протяженности удерживающего элемента и/или наружной радиальной протяженности сусцепторного элемента.
6. Индукционный нагревательный узел по п.4 или 5, в котором катушка индуктивности представляет собой спиральную катушку или плоскую дисковую катушку.
7. Индукционный нагревательный узел по любому из предыдущих пунктов, в котором наружная радиальная протяженность кольцеобразного удерживающего жидкость элемента равна или больше, или меньше, чем наружная радиальная протяженность кольцеобразного сусцепторного элемента.
8. Индукционный нагревательный узел по любому из предыдущих пунктов, в котором внутренняя радиальная протяженность кольцеобразного удерживающего жидкость элемента равна или больше, чем внутренняя радиальная протяженность кольцеобразного сусцепторного элемента.
9. Индукционный нагревательный узел по любому из предыдущих пунктов, в котором кольцеобразный сусцепторный элемент является тороидальным и/или полым цилиндрическим.
10. Индукционный нагревательный узел по любому из предыдущих пунктов, в котором кольцеобразный удерживающий жидкость элемент является тороидальным и/или полым цилиндрическим.
11. Индукционный нагревательный узел по любому из предыдущих пунктов, также содержащий резервуар для жидкости для удержания образующей аэрозоль жидкости, причем кольцеобразная внутренняя стенка указанного резервуара образует центральный проход для воздуха через резервуар, проходящий вдоль центральной оси нагревательного узла, удерживающий элемент расположен по меньшей мере частично внутри указанного резервуара, и внутренняя в радиальном направлении поверхность удерживающего элемента открыта по меньшей мере частично в центральный проход для воздуха.
12. Индукционный нагревательный узел по п.11, в котором сусцепторный элемент образует по меньшей мере частично торцевую в осевом направлении поверхность резервуара.
13. Индукционный нагревательный узел по п.11 или 12, в котором наружная в радиальном направлении поверхность сусцепторного элемента и/или наружная в радиальном направлении поверхность удерживающего элемента утоплены в наружную стенку резервуара.
14. Индукционный нагревательный узел по любому из пп.11-13, в котором резервуар для жидкости является тороидальным и/или полым цилиндрическим.
15. Генерирующее аэрозоль изделие для использования с генерирующим аэрозоль устройством, содержащее индукционный нагревательный узел по любому из предыдущих пунктов.
