BR112019021893A2

BR112019021893A2 - Conjunto de aquecimento elétrico, dispositivo gerador de aerossol e método para aquecimento resistivo de um substrato formador de aerossol

Info

Publication number: BR112019021893A2
Application number: BR112019021893-9A
Authority: BR
Inventors: Christian Courbat Jerome; Mironov Oleg
Original assignee: Philip Morris Products S.A.
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2020-05-26
Also published as: US20200107579A1; JP2020524981A; CN110799051A; JP7112426B2; US11523469B2; EP3646668A1; RU2758102C2; KR102532402B1; IL269588A; EP3646668B1; WO2019002330A1; CN110799051B; KR20200019858A; RU2019136366A3; PH12019502097A1; RU2019136366A

Abstract

a presente invenção refere-se a um conjunto de aquecimento elétrico de um dispositivo gerador de aerossol para aquecer resistivamente um substrato formador de aerossol. o conjunto de aquecimento compreende um circuito de controle configurado para fornecer uma corrente condutora de ca. o conjunto de aquecimento compreende ainda um elemento de aquecimento eletricamente resistivo que compreende um material ferromagnético ou ferrimagnético eletricamente condutor para aquecer o substrato formador de aerossol. o elemento de aquecimento é acoplado operativamente ao circuito de controle e configurado para se aquecer devido ao aquecimento joule quando passa um elemento condutor de ca fornecido pela corrente do circuito de controle através do elemento de aquecimento. a presente invenção refere-se ainda a um dispositivo gerador de aerossol para uso com um substrato formador de aerossol, em que o dispositivo gerador de aerossol compreende um conjunto de aquecimento de acordo com a invenção.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CONJUNTO DE AQUECIMENTO ELÉTRICO, DISPOSITIVO GERADOR DE AEROSSOL E MÉTODO PARA AQUECIMENTO RESISTIVO DE UM SUBSTRATO FORMADOR DE AEROSSOL.

[0001] A presente invenção refere-se a um conjunto de aquecimento elétrico de um dispositivo gerador de aerossol para aquecer resistivamente um substrato formador de aerossol. A invenção refere-se ainda a um dispositivo gerador de aerossol que compreende tal conjunto de aquecimento, bem como a um método para aquecer resistivamente um substrato formador de aerossol.

[0002] A geração de aerossóis por aquecimento resistivo de um substrato formador de aerossol é geralmente conhecida no estado da técnica. Para isso, um substrato formador de aerossol que é capaz de formar um aerossol inalável mediante aquecimento é trazido em proximidade térmica ou até mesmo em contato físico direto com um elemento de aquecimento resistivo. O elemento de aquecimento compreende um material eletricamente condutor que se aquece devido ao efeito Joule ao passar uma corrente condutora de CC (corrente contínua) pelo mesmo. O elemento de aquecimento pode ser, por exemplo, uma lâmina de cerâmica com uma faixa de metal eletricamente condutora formada nele, que é aquecida quando se passa uma corrente condutora de CC através da faixa. No entanto, devido à natureza frágil do material de cerâmica, tais lâminas de aquecimento têm um risco de ruptura aumentado, particularmente em contato e fora de contato com o substrato formador de aerossol. Alternativamente, a lâmina de aquecimento pode ser feita de metal. No entanto, os metais têm uma resistência de CC muito baixa, o que resulta em baixas eficiências de aquecimento, perdas de energia adversas e resultados de aquecimento não reprodutíveis. Aparte disso, o aquecimento resistivo exige tipicamente algum tipo de controle de temperatura a fim evitar um superaquecimento indesejado

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2/37 do substrato formador de aerossol.

[0003] Consequentemente, seria desejável ter um conjunto de aquecimento elétrico, um dispositivo gerador de aerossol e um método para aquecimento resistive de um substrato formador de aerossol com as vantagens de soluções do estado da técnica, mas sem suas limitações. Particularmente, seria desejável ter um conjunto de aquecimento, um dispositivo gerador de aerossol e um método de aquecimento proporcionando uma possibilidade robusta e eficiente de aquecimento resistivo de um substrato formador de aerossol sem o risco de superaquecimento indesejado.

[0004] De acordo com a invenção, é fornecido um conjunto de aquecimento elétrico para um dispositivo gerador de aerossol para aquecimento resistivo de um substrato formador de aerossol. O conjunto de aquecimento compreende um circuito de controle configurado para fornecer uma corrente condutora de CA (corrente alternada). O conjunto de aquecimento compreende ainda um elemento de aquecimento eletricamente resistivo que compreende um material ferromagnético ou ferrimagnético eletricamente condutor para aquecer o substrato formador de aerossol. O elemento de aquecimento é acoplado operativamente ao circuito de controle e configurado para aquecer devido ao aquecimento Joule ao passar uma corrente condutora de CA - fornecida pelo circuito de controle -através do elemento de aquecimento. Como tal, é o material ferromagnético ou ferrimagnético eletricamente condutor do elemento de aquecimento que a corrente condutora de CA atravessa.

[0005] De acordo com a invenção, foi reconhecido que a resistência efetiva e, assim, a eficiência de aquecimento de um elemento de aquecimento eletricamente condutor pode ser aumentada significativamente ao passar uma corrente condutora de CA em vez de uma corrente condutora de CC através do elemento de aquecimento. Ao contrário das correntes CC, as correntes CA fluem principalmente na película de um

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3/37 condutor elétrico entre uma superfície externa do condutor e um nível chamado de profundidade da película. A densidade da corrente CA é a maior perto da superfície do condutor e diminui com maiores profundidades no condutor. Com a frequência crescente da corrente condutora de CA, a profundidade da película diminui, o que faz com que a sessão transversal eficaz do condutor diminua, aumentando a resistência eficaz do condutor. Este fenômeno é conhecido como efeito de película, que é basicamente devido a correntes de Foucault opostas induzidas pelo campo magnético em mutação resultante da corrente condutora de CA. [0006] A operação do elemento de aquecimento usando uma corrente condutora de CA permite ainda que o elemento de aquecimento seja substancialmente feito de ou consista substancialmente de um material ferromagnético ou ferrimagnético, particularmente sólido, eletricamente condutor, enquanto ainda fornece resistência suficientemente alta para a geração de calor. Em particular, o elemento de aquecimento pode substancialmente consistir de ou pode substancialmente ser feito de um metal, pelo menos em sua maior parte ou mesmo inteiramente. Em comparação com os elementos de aquecimento de cerâmica acima descritos, um elemento de aquecimento que consiste substancialmente de metal ou é feito de metal aumenta significativamente a estabilidade mecânica e robustez do elemento de aquecimento e, assim, reduz o risco de qualquer deformação ou ruptura do elemento de aquecimento. [0007] Além disso, a operação do elemento de aquecimento resistivo usando uma corrente condutora de CA também diminui a influência do comportamento capacitivo indesejado que ocorre em transições materiais dentro do sistema condutor do conjunto de aquecimento elétrico, por exemplo, em solda ou pontos de solda.

[0008] De acordo com a invenção, foi reconhecido ainda que um elemento de aquecimento com um material ferromagnético ou ferrimagnético eletricamente condutor para passar a corrente condutora de CA

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4/37 peto mesmo facilita um controle de temperatura e preferencialmente também uma autolimitaçâo do processo de aquecimento resistivo. Isto é devido ao fato de que as propriedades magnéticas do material eletricamente condutor mudam com temperatura crescente. Particularmente, ao atingir a temperatura de Curie, as propriedades magnéticas mudam de ferromagnética ou ferrimagnética, respectivamente, para paramagnética. Isto é, a permeabilidade magnética do material eletricamente condutor diminui continuamente com o aumento da temperatura. Uma permeabilidade magnética diminuída por sua vez faz com que a profundidade da película aumente e assim a resistência eficaz da CA do material eletricamente condutor diminua. Ao atingir a temperatura de Curie, a permeabilidade magnética relativa cai para cerca de uma unidade, fazendo com que a resistência elétrica CA efetiva chegue no mínimo. Assim, o monitoramento de uma mudança correspondente da corrente condutora de CA que passa através do elemento de aquecimento pode ser usada como o marcador da temperatura que indica quando o material magnético condutor do elemento de aquecimento alcançou sua temperatura de Curie. Preferencialmente, o material magnético condutor do elemento de aquecimento é escolhido como para ter uma temperatura de Curie que corresponde a uma temperatura de aquecimento predefinida do substrato formador de aerossol.

[0009] Ainda adicionalmente, devido à diminuição da resistência CA durante o processo de aquecimento contínuo, a taxa de aquecimento efetiva diminui continuamente com o aumento da temperatura. Ao alcançar a temperatura de Curie, a taxa de aquecimento eficaz pode ser reduzida a tal ponto que a temperatura do elemento de aquecimento não aumenta mais por muito tempo, embora continue a passar uma corrente condutora através do elemento de aquecimento. A temperatura do elemento de aquecimento pode até diminuir ligeiramente ao alcançar a temperatura de Curie do material magnético condutor do elemento de

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5/37 aquecimento, dependendo da liberação de calor ao substrato formador de aerossol. Vantajosamente, este efeito fornece uma autolimitação do processo de aquecimento, impedindo assim um superaquecimento indesejado do substrato formador de aerossol. Consequentemente, o material magnético condutor do elemento de aquecimento pode ser escolhido de modo a ter uma temperatura de Curie correspondente a uma temperatura de aquecimento máxima predefinida do substrato formador de aerossol.

[0010] A corrente condutora de CA pode ser uma corrente condutora de CA bipolar e/ou uma condução de CA sem componente de CC ou sem um deslocamento de CC ou com um componente de CC igual a zero.

[0011] Vantajosamente, a temperatura de Curie do material ferromagnético ou ferrimagnético condutor do elemento de aquecimento está em uma escala entre o 150°C (graus Celsius) e 500°C (graus Celsius), particularmente entre 250°C (graus Celsius) e 400°C (graus Celsius), preferencialmente entre 270°C (graus Celsius) e 380°C (graus Celsius). [0012] A profundidade da película depende não só da permeabilidade magnética, mas também da resistividade do elemento de aquecimento condutor, bem como da frequência da corrente condutora de CA. Assim, a profundidade da película pode ser reduzida por pelo menos pelo menos um dentre diminuir a resistividade do elemento de aquecimento condutor, aumentar a permeabilidade magnética do elemento de aquecimento condutor ou aumentar a frequência da corrente condutora de CA. Consequentemente, a resistência efetiva (inicial) e, assim, a eficiência de aquecimento do elemento de aquecimento podem ser significativamente aumentadas por uma escolha adequada das propriedades materiais do elemento de aquecimento, particularmente porter um elemento de aquecimento que compreende um material eletricamente condutor com pelo menos uma dentre uma baixa resistividade ou uma alta

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6/37 permeabilidade magnética.

[0013] Preferencialmente, o elemento de aquecimento compreende um material ferromagnético ou ferrimagnético condutor com uma permeabilidade magnética absoluta de pelo menos 10 μΗ/m (microhenry por metro), particularmente pelo menos 100 μΗ/m, preferencialmente de pelo menos 1 mH/m (millihenry por metro), mais preferencialmente pelo menos 10 mH/m ou mesmo pelo menos 25 mH/m. Do mesmo modo, o material ferromagnético ou ferrimagnético condutor pode ter uma permeabilidade magnética relativa de pelo menos 10, particularmente pelo menos 100, preferencialmente pelo menos 1000, mais preferencialmente pelo menos 5000 ou mesmo pelo menos 10000.

[0014] Por exemplo, pelo menos uma porção do elemento de aquecimento pode compreender ou pode ser substancialmente feita de pelo menos um dentre: uma liga ferrosa de níquel-cobalto (como por exemplo, Kovar ou Fernico 1), um mumetal, permalloy (como por exemplo, Permalloy C) ou aço inoxidável ferrítico ou um aço inoxidável martensítico.

[0015] Como usado neste documento, o termo conjunto de aquecimento elétrico de um dispositivo gerador de aerossol refere-se a um conjunto de aquecimento elétrico como subunidade de um dispositivo gerador de aerossol. Como tal, o conjunto de aquecimento elétrico é pelo menos adequado para ser usado em um dispositivo gerador de aerossol.

[0016] Ter o elemento de aquecimento compreendendo um material ferromagnético ou ferrimagnético eletricamente condutor não exclui que pelo menos uma porção do elemento de aquecimento também compreender ou substancialmente ser feita de um material paramagnético eletricamente condutor, por exemplo tungstênio, alumínio ou aço inoxidável austenítico.

[0017] A resistência eficaz e, assim, a eficiência do aquecimento do

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7/37 elemento de aquecimento pode significativamente ser aumentada ao passar uma corrente condutora de CA de alta frequência pelo mesmo. Vantajosamente, a corrente condutora de CA tem uma frequência em uma faixa entre 500 kHz (quilohertz) e 30 MHz (megahertz), particularmente entre 1 MHz e 10 MHz, preferencíalmente entre 5 MHz e 7 MHz. Portanto, o circuito de controle é configurado preferencialmente para fornecer uma corrente condutora de CA com uma frequência em uma faixa entre 500 kHz e 30 MHz, particularmente entre 1 MHz e 10 MHz, preferencialmente entre 5 MHz e 7 MHz.

[0018] De acordo com um aspecto preferencial da invenção, uma resistência de CA do elemento de aquecimento está em uma faixa entre 10 mQ (miliohm) e 1500 mQ (miliohm), particularmente entre 20 mQ e 1500 mQ, preferencialmente entre 100 mQ e 1500 mQ, no que diz respeito a uma corrente condutora de CA passando através do elemento de aquecimento com uma frequência em uma faixa entre 500 kHz e 30 MHz, particularmente entre 1 MHz e 10 MHz, preferencialmente entre 5 MHz e 7 MHz. Uma resistência de CA nesta faixa fornece vantajosamente uma eficiência de aquecimento suficientemente elevada. As faixas acima mencionadas referem-se preferencialmente a uma faixa de temperatura do elemento de aquecimento entre a temperatura ambiente e a temperatura de Curie do material ferromagnético ou ferrimagnético condutor.

[0019] O dispositivo gerador de aerossol operado eletricamente cujo conjunto de aquecimento de acordo com a invenção deve ser usado pode preferencialmente ser operado por uma fonte de energia de CC, por exemplo por uma batería. Portanto, o circuito de controle preferencialmente compreende pelo menos um inversor CC/CA para fornecer a corrente condutora de CA.

[0020] De acordo com um aspecto preferencial da invenção, o inversor CC/CA compreende um amplificador de potência de comutação,

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8/37 por exemplo, um amplificador Classe E ou um amplificador Classe D. Além disso, os amplificadores Classe D e Classe E são conhecidos pela dissipação mínima de potência na comutação do transistor durante as transições de comutação. Os amplificadores de potência Classe E são particularmente vantajosos no que diz respeito à operação em altas frequências ao mesmo tempo que têm uma estrutura de circuito simples. Preferencialmente, o amplificador de potência Classe E é um amplificador de potência Classe E de primeira ordem de extremidade única com apenas um interruptor transistor.

[0021] O amplificador de potência de comutação, particularmente caso de um amplificador Classe E, pode incluir um interruptor do transistor, um circuito condutor do excitador do interruptor e uma rede de carga LC, onde a rede de carga LC compreende uma conexão em série de um capacitor e de um indutor. Além, a rede de carga LC pode compreender um capacitor de derivação paralelamente à conexão em série do capacitor e do indutor e paralelamente ao interruptor do transistor. O pequeno número destes componentes permite manter o volume do amplificador de potência de comutação extremamente pequeno, permitindo assim manter o volume total muito pequeno do conjunto de aquecimento também.

[0022] O interruptor de transistor do amplificador de potência de comutação pode ser qualquer tipo de transistor e pode ser incorporado como um transistor de junção bipolar (TJB). Mais preferencialmente, no entanto, o interruptor de transistor é incorporado como um transistor de efeito de campo (FET) como um transistor de efeito de campo metalóxido-semicondutor (MOSFET) ou um transistor de efeito de campo metal-semicondutor (MESFET).

[0023] Na configuração mencionada acima, o circuito de controle pode ainda incluir pelo menos um capacitor de desvio conectado paralelamente ao elemento de aquecimento, particularmente em paralelo a

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9/37 um trajeto do condutor resistive através do elemento de aquecimento. Para isso, deve ser notado que o elemento de aquecimento nâo só constitui uma resistência, mas também uma (pequena) indutância. Portanto, em um diagrama de circuito equivalente, o elemento de aquecimento pode ser representado por uma conexão em série de uma resistência e de um indutor. Por uma seleção apropriada de uma capacidade do capacitor de desvio, o indutor/indutância do elemento de aquecimento e o capacitor do desvio formam um ressonador LC através do qual uma porção principal da corrente condutora de CA passa completamente, visto que somente uma porção menor da corrente condutora de CA passa através do interruptor do transistor por meio do indutor e do capacitor da rede LC. Devido a isto, o capacitor de desvio vantajosamente causa uma redução da transferência térmica do elemento de aquecimento para o circuito de controle. Vantajosamente, uma capacidade do capacitor de desvio é maior, particularmente pelo menos duas vezes, preferencialmente pelo menos cinco vezes maior, mais preferencialmente pelo menos dez vezes maior do que uma capacidade do capacitor da rede LC.

[0024] Além disso, o capacitor do desvio e preferencialmente também o indutor da rede LC pode ser disposto mais próximo do elemento de aquecimento do que do resto do circuito de controle, particularmente tâo próximo quanto possível do elemento de aquecimento.

[0025] Por exemplo, o indutor da rede LC e o capacitor de desvio podem ser incorporados como componentes eletrônicos separados remotamente dispostos a partir dos componentes restantes que, por sua vez, podem ser dispostos em uma placa de circuito impresso (PCB printed circuit board). O capacitor de desvio pode diretamente ser conectado ao elemento de aquecimento.

[0026] Para alimentar o circuito de controle e o elemento de aquecimento, o conjunto de aquecimento pode ainda incluir uma fonte de

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10/37 energia, preferencialmente uma fonte de energia CC, que é conectada operacionalmente ao circuito de controle e, portanto, ao elemento de aquecimento por meio do circuito de controle. A fonte de energia CC geralmente pode compreender qualquer fonte de energia CC adequada, por exemplo, uma ou mais baterias de uso único, uma ou mais baterias recarregáveis ou qualquer outra fonte de energia CC adequada capaz de fornecer a tensão de alimentação CC necessária e a amperagem de alimentação CC necessária. A tensão de alimentação CC da fonte de energia CC pode estar em uma faixa de cerca de 2,5 V (Volts) a cerca de 4,5 V (Volts) e a amperagem de alimentação CC está em uma faixa de cerca de 1 a cerca de 10 Amperes (correspondendo a uma potência de alimentação CC na faixa de cerca de 2,5 W (Watts) e cerca de 45W (Watts).

[0027] Como regra geral, sempre que o termo cerca de for usado em relação a um valor específico, em todo este pedido, deve ser entendido que este valor seguinte ao termo cerca de não tem que ser exatamente o valor específico devido às considerações técnicas. No entanto, o termo cerca de usado em relação a um valor específico deve ser sempre entendido como incluindo e também divulgando explicitamente o valor específico após o termo cerca de.

[0028] Dependendo das condições do substrato formador de aerossol a ser aquecido, o elemento de aquecimento pode ter diferentes configurações geométricas. Por exemplo, o elemento de aquecimento pode ter uma configuração de lâmina ou uma configuração de coluna ou configuração de pino. Ou seja, o elemento de aquecimento pode ser ou pode compreender uma ou mais lâminas, colunas ou pinos que incluem ou substancialmente sâo feitos de um material eletricamente condutor. Estas configurações são particularmente apropriadas para o uso com substratos formadores de aerossol sólidos ou tipo pasta. Particularmente, essas configurações prontamente permitem uma penetração em

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11/37 um substrato formador de aerossol quando o elemento de aquecimento é colocado em contato com o substrato formador de aerossol a ser aquecido. Em uma extremidade proximal, o elemento de aquecimento em forma de lâmina ou coluna pode compor uma porção com ponta afunilada, permitindo uma pronta penetração no substrato formador de aerossol.

[0029] Preferencialmente, o elemento de aquecimento compreende pelo menos uma lâmina que inclui ou é feita substancialmente de um material eletricamente condutor, particularmente um material sólido eletricamente condutor. A lâmina pode compreender uma porção de ponta afunilada que facilita a penetração da lâmina no substrato formador de aerossol a ser aquecido. A lâmina pode ter um comprimento em uma faixa entre 5 mm (milímetros) e 20 mm (milímetros), particularmente entre 10 mm e 15 mm; uma largura em uma faixa entre 2 mm e 8 mm, particularmente entre 4 mm e 6 mm; e uma espessura em uma faixa entre 0,2 mm e 0,8 mm, particularmente entre 0,25 mm e 0,75 mm.

[0030] Alternativamente, o elemento de aquecimento pode ter uma configuração de pavio ou uma configuração de malha. Ou seja, o elemento de aquecimento pode ser ou pode compreender uma ou mais malhas ou pavios que incluem ou substancialmente são feitos de um material eletricamente condutor. As últimas configurações são particularmente apropriadas para uso com substratos líquidos formadores de aerossol.

[0031] Uma superfície externa do elemento de aquecimento pode ter sua superfície tratada ou revestida. Ou seja, o elemento de aquecimento pode compreender um tratamento ou revestimento de superfície. O tratamento ou revestimento de superfície podem ser configurados para pelo menos um dentre: evitar que o substrato formador de aerossol sofra aderência na superfície do elemento de aquecimento, evitar a difusão do material - por exemplo, difusão do metal - do elemento de

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12/37 aquecimento para o substrato formador de aerossol e para melhorar a rigidez mecânica do elemento de aquecimento. Preferencialmente, o tratamento ou revestimento de superfície é eletricamente não condutor. [0032] Geralmente, o elemento de aquecimento pode compreender pelo menos um trajeto do condutor resistivo para passar a corrente condutora de CA pelo mesmo. Como usado neste documento, o termo trajeto condutor refere-se a um trajeto de corrente predefinido para que a corrente de condutora CA passe através do elemento de aquecimento. Este trajeto é dado basicamente pela configuração geométrica do material condutor elétrico do elemento de aquecimento.

[0033] O elemento de aquecimento pode compreender um único trajeto de condutor resistivo. Alternativamente, o elemento de aquecimento pode compreender uma pluralidade de trajetos de condutor resistivo paralelamente uns com os outros para passar a corrente condutora de CA ao mesmo.

[0034] Na última configuração, a pluralidade de trajetos de condutor resistivo pode fundir-se dentro de uma seção comum do elemento de aquecimento. Vantajosamente, isto fornece um projeto compacto do elemento de aquecimento. Nesta configuração, um amplificador de potência de comutação do circuito de controle pode compreender pelo menos uma rede LC como descrito para cada uma da pluralidade de trajetos paralelos de condutor resistivo. Da mesma forma, um amplificador de potência de comutação do circuito de controle pode incluir pelo menos um capacitor de desvio - como descrito acima - para cada uma das pluralidades de trajetos paralelos do condutor resistivo, a fim de reduzir a transferência de calor do elemento de aquecimento para o circuito de controle.

[0035] O pelo menos um trajeto de condutor resistivo ou pelo menos uma da pluralidade de trajetos de condutor resistivo pode compreender

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13/37 dois pontos de alimentação para fornecer o respectivo trajeto de aquecimento com a corrente condutora de CA. Preferencíalmente, os dois pontos de alimentação são dispostos em um lado do elemento de aquecimento. Este arranjo fornece um projeto compacto do elemento de aquecimento e também facilita um acoplamento operacional do elemento de aquecimento com o circuito de controle.

[0036] O pelo menos um trajeto de condutor resistivo ou pelo menos uma da pluralidade de trajetos de condutor resistivo pode compreender dois pontos de alimentação para fornecer o respectivo trajeto de aquecimento com a corrente condutora de CA. Preferencíalmente, os dois pontos de alimentação são dispostos em um lado do elemento de aquecimento. Este arranjo permite um projeto compacto do elemento de aquecimento e igualmente facilita um acoplamento operacional do elemento de aquecimento com o circuito de controle.

[0037] A dissipação de calor ao longo do trajeto do condutor e logo, a eficiência de aquecimento do eiemento de aquecimento, aumenta com o comprimento crescente do trajeto do condutor. Consequentemente, a configuração geométrica do trajeto de condutor resistivo tem preferencialmente um comprimento de trajeto tão longo quanto possível.

[0038] Pelo menos um trajeto de condutor resistivo ou pelo menos uma da pluralidade de trajetos de condutor resistivo pode ser formado por pelo menos uma fenda na seção do elemento de aquecimento. Como resultado, o pelo menos um trajeto de condutor resistivo ou pelo menos uma da pluralidade de trajetos de condutor resistivo podem ser formados por pelo menos uma fenda, onde o elemento de aquecimento é interrompido inteiramente pela fenda ao longo de uma extensão da profundidade da fenda e apenas parcialmente interrompido pela fenda ao longo de uma extensão do comprimento da fenda.

[0039] Por exemplo, um elemento de aquecimento em forma de lâmina ou em forma de coluna feito de um materiai condutor sólido pode

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14/37 compreender uma fenda a partir de uma borda do elemento de aquecimento, mas apenas parcialmente se estendendo ao longo de uma porção de comprimento do elemento de aquecimento, de modo a fornecer um trajeto de condutor em forma de U.

[0040] Da mesma forma, o elemento de aquecimento pode compreender duas fendas paralelas que começam na mesma borda do elemento de aquecimento, mas que apenas parcialmente se estendem ao longo de uma porção de comprimento do elemento de aquecimento, de modo a fornecer dois trajetos de condutor em forma de U tendo uma ramificação central em comum.

[0041 ] No caso de uma pluralidade de trajetos de condutor resistivo, o circuito de controle pode compreender um respectivo capacitor de desvio para cada trajeto de condutor resistivo conectado paralelamente. [0042] De acordo com o aspecto preferido da invenção, o elemento de aquecimento pode ser um elemento de aquecimento de múltiplas camadas que compreende uma pluralidade de camadas, particularmente pelo menos duas camadas. Vantajosamente, uma configuração de múltiplas camadas do elemento de aquecimento permite a combinação de diferentes funcionalidades e efeitos, onde cada camada fornece preferencialmente pelo menos uma função ou efeito especifico. Para isso, as diferentes camadas podem compreender diferentes materiais e/ou podem ter diferentes configurações geométricas, particularmente diferentes espessuras de camada.

[0043] Uma configuração de múltiplas camadas pode revelar-se vantajosa particularmente em relação ao elemento de aquecimento de acordo com a presente invenção, que compreende um material ferromagnético ou ferrimagnético eletricamente condutor. Materiais ferrimagnéticos ou ferromagnéticos, particularmente aqueles que têm uma alta permeabilidade magnética, podem ser bastante maleáveis. Consequentemente, o elemento de aquecimento é vantajosamente um elemento

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15/37 de aquecimento de múltiplas camadas que compreende pelo menos uma camada de suporte e pelo menos uma camada de aquecimento. Pelo menos a camada de aquecimento compreende um material ferromagnético ou ferrimagnético eletricamente condutor para aquecer o substrato formador de aerossol. Em contraste, a camada de suporte é vantajosamente constituída por um material menos maleável em comparação ao material ferromagnético ou ferrimagnético da camada de aquecimento. Particularmente, uma flexão e/ou uma rigidez rotacional da camada de suporte é maior do que uma flexão e/ou uma rigidez rotacional da camada de aquecimento. Tal configuração vantajosamente combina a rigidez mecânica elevada devido à camada de suporte e a resistência elevada da CA, proporcionando assim uma eficiência de aquecimento elevada devido a pelo menos uma camada de aquecimento ferromagnética ou ferrimagnética.

[0044] De acordo com uma modalidade preferida, o elemento de aquecimento de múltiplas camadas compreende pelo menos uma camada de suporte e pelo menos duas camadas de aquecimento que imprensam a camada de suporte, em que pelo menos uma das camadas de aquecimento preferencialmente compreende um material ferromagnético ou ferrimagnético eletricamente condutor. Ainda mais preferencialmente, ambas as camadas de aquecimento compreendem ou são feitas do mesmo material ferromagnético ou ferrimagnético eletricamente condutor e têm a mesma espessura. A configuração simétrica da última configuração revela-se particularmente benéfica como sendo compensada por estados de tensão elástica ou compressiva devido a possíveis diferenças no comportamento de expansão térmica das várias camadas.

[0045] As camadas de aquecimento também podem ter composições diferentes, ou seja, as camadas de aquecimento podem incluir di

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16/37 ferentes materiais com diferentes temperaturas de Curie. Vantajosamente, isso pode fornecer informações adicionais sobre a temperatura de aquecimento, por exemplo, para fins de ajuste ou controle de temperatura.

[0046] Preferencialmente, pelo menos uma camada de aquecimento ou as duas camadas de aquecimento que imprensam a camada de suporte são camadas da borda do elemento de aquecimento de múltiplas camadas. Isto facilita uma transferência de calor direta do elemento de aquecimento ao substrato formador de aerossol.

[0047] Para assegurar uma rigidez mecânica suficiente, pelo menos uma camada do conjunto de aquecimento de múltiplas camadas, preferencialmente pelo menos a camada de suporte, é feita de um material sólido. Mais preferencialmente, todas as camadas sâo feitas de um respectivo material sólido.

[0048] Além disso, uma espessura de camada da pelo menos uma camada de suporte pode ser maior do que uma espessura de camada de pelo menos uma ou duas camadas de aquecimento. Isso também facilita o fornecimento de rigidez mecânica suficiente.

[0049] A pelo menos uma camada de suporte pode ser feita de um material eletricamente não condutor. Portanto, a camada de suporte separa as duas camadas de aquecimento de imprensarem uma da outra, de modo a operar as duas camadas de aquecimento paralelamente. Altemativamente, as duas camadas de aquecimento imprensadas podem ser operadas em série, enquanto ainda são separadas pela camada de suporte eletricamente não condutora disposta entre elas. Para isto, as camadas de aquecimento podem ser conectadas eletricamente em uma extremidade, particularmente em uma extremidade proximal do elemento de aquecimento. Nesta configuração, a camada de suporte eletricamente não condutora não é usada apenas para enrijecimento do elemento de aquecimento, mas também para formar um único trajeto de

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17/37 condutor através do elemento de aquecimento que consiste na conexão em série das duas camadas de aquecimento.

[0050] A pelo menos uma camada de suporte pode também compreender um material eletricamente condutor. Neste caso, uma resistência da CA da camada de suporte é preferencialmente diferente de e preferencialmente mais baixa do que uma resistência da CA da pelo menos uma camada de aquecimento. Particularmente, no caso de pelo menos uma camada de aquecimento ser uma camada de borda, é esperado que a corrente condutora de CA flua pelo menos parcialmente ou mesmo em sua maior parte dentro da camada de aquecimento, embora a resistência da CA da camada de suporte pudesse ser menor do que a resistência da CA da camada de aquecimento. Consequentemente, a dissipação de calor ocorre principalmente dentro da camada de aquecimento. Além disso, em comparação com a camada com a menor resistência de CA tomada isoladamente, a resistência de CA total do elemento de aquecimento de múltiplas camadas com camadas tendo diferentes resistências de CA pode ser significativamente aumentada.

[0051] Consequentemente, uma resistividade do material eletricamente condutor da pelo menos uma camada de aquecimento pode ser maior do que uma resistividade do material eletricamente condutor da pelo menos uma camada de suporte.

[0052] Alternativamente ou adicionalmente, uma permeabilidade magnética relativa do material eletricamente condutor da pelo menos uma ou duas das camadas de aquecimento é maior do que uma permeabilidade magnética relativa do material eletricamente condutor da pelo menos uma camada de suporte. Preferencialmente, o material eletricamente condutor da pelo menos uma camada de suporte é paramagnético, por exemplo tungstênio, alumínio ou aço inoxidável austenítico.

[0053] Cada uma das camadas pode ser chapeada, depositada, re

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18/37 vestida ou soldada em uma respectiva camada adjacente. Particularmente, qualquer uma dessas camadas pode ser aplicada em uma respectiva camada adjacente por pulverização, revestimento por imersão, revestimento por rolagem ou soldagem por resistência.

[0054] O elemento de aquecimento de múltiplas camadas pode ter uma configuração de coluna ou uma configuração de pino ou uma configuração de lâmina. No último caso, cada camada em si pode ter uma configuração de lâmina. Em caso de uma configuração de coluna ou de pino, o elemento de aquecimento de múltiplas camadas pode compreender um núcleo interno como a camada de suporte, que é cercada ou encapsulada ou revestida por um revestimento externo, como a camada de aquecimento. O elemento de aquecimento em forma de coluna pode compreender uma fenda longitudinal central que se estende somente ao longo de uma porção do comprimento do elemento de aquecimento desde sua extremidade distai em direção a sua extremidade proximal, de modo a fornecer um trajeto de condutor em forma de U através do mesmo.

[0055] Alternativamente, um elemento de aquecimento de múltiplas camadas em forma de coluna pode compreender um núcleo interno como a primeira camada de aquecimento e um revestimento externo como a segunda camada de aquecimento. Entre o núcleo interno e o revestimento externo, o elemento de aquecimento pode compreender ainda, como uma camada de suporte, uma luva intermediária feita de um material eletricamente não condutor de modo a separar a primeira e segunda camada de aquecimento. No entanto, o núcleo interno e o revestimento externo podem se conectar eletricamente em uma extremidade, preferencialmente na extremidade proximal do elemento de aquecimento em forma de coluna, de modo a fornecer um trajeto de condutor entre a primeira e segunda camada de aquecimento.

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[0056] A fim reduzir a transferência de calor do elemento de aquecimento para o circuito de controle, o conjunto de aquecimento pode ainda incluir um conector eletricamente condutor que acopla operativamente o circuito de controle com o elemento de aquecimento. Uma resistência da CA do conector é mais baixa do que a resistência da CA do elemento de aquecimento. Devido à resistência mais baixa da CA, a geração de calor causada pelo aquecimento de Joule é reduzida significativamente no conector condutor em comparação ao elemento de aquecimento.

[0057] Vantajosamente, o conector eletricamente condutor tem uma resistência de CA de 25 mfi no máximo, particularmente de 15 mQ no máximo, preferencialmente de 10 mQ no máximo, mais preferencialmente de 10 mQ no máximo, em relação a uma corrente condutora de CA passando pelo elemento de aquecimento com uma frequência em uma faixa entre 500 kHz e 30 MHz, particularmente entre 1 MHz e 10 MHz, preferencialmente entre 5 MHz e 7 MHz.

[0058] A resistência da CA do conector condutor pode ser reduzida ou minimizada, aumentando a profundidade da película. A profundidade da película, por sua vez, aumenta com pelo menos uma diminuição da resistividade ou diminuição da permeabilidade magnética do conector condutor. Consequentemente, as propriedades materiais do conector condutor são escolhidas preferencialmente como para ter pelo menos uma dentre uma baixa resistividade ou uma baixa permeabilidade magnética. Particularmente, uma permeabilidade magnética relativa de um material eletricamente condutor do conector é preferencialmente inferior a uma permeabilidade magnética relativa de um material eletricamente condutor do elemento de aquecimento. Vantajosamente, o material eletricamente condutor do conector é paramagnético. Por exemplo, o elemento de aquecimento pode ser feito de permalloy C, enquanto que o conector pode ser feito de tungstênio.

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[0059] Além ou alternativamente, o conjunto de aquecimento pode ainda incluir um absorvente de calor acoplado termicamente a pelo menos um dentre o circuito de controle ou conector a fim absorver todo o calor adicional e assim reduzir todos os efeitos adversos do calor no circuito de controle. O absorvente de calor pode, por exemplo, incluir um dissipador de calor ou um reservatório de calor ou um permutador de calor.

[0060] Neste último caso, o permutador de calor pode, particularmente, incluir pelo menos um gerador termoelétrico. Um gerador termoelétrico é um dispositivo de conversão de energia para converter o calor em energia elétrica com base no efeito Seebeck. Preferencialmente, pelo menos um gerador termoelétrico é conectado operativamente a uma fonte de alimentação do conjunto de aquecimento ou diretamente ao circuito de controle. Como exemplo, o gerador termoelétrico pode ser conectado de forma operativa a uma batería, a fim de se alimentar de energia elétrica convertida para fins de recarga.

[0061 ] No caso de o absorvente de calor ser um reservatório de calor, o absorvente de calor compreende um material de mudança de fase (PCM). Um material de mudança de fase é uma substância com um alto calor de fusão capaz de armazenar e liberar grandes quantidades de energia quando o material muda sua fase de sólido para líquido, sólido para gás, ou líquido para gás e vice-versa. O PCM pode ser inorgânico, por exemplo, um sal hidratado. Alternativamente, o PCM pode ser orgânico, por exemplo, parafina ou um carboidrato.

[0062] Como o dissipador de calor, o absorvente de calor pode compreender aletas ou fendas de resfriamento em contato térmico com pelo menos um dentre o circuito de controle ou conector. Quando o conjunto de aquecimento é instalado em um dispositivo gerador de aerossol, as aletas ou fendas de resfriamento podem ser organizadas dentro de uma passagem de fluxo de ar do dispositivo gerador de aerossol, de modo a

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21/37 permitir que o calor seja dissipado na passagem de fluxo de ar.

[0063] Como mencionado acima, o elemento de aquecimento pode ser configurado para atuar como sensor de temperatura, particularmente para controlar a temperatura do substrato formador de aerossol, preferencialmente para ajustar a temperatura real. Esta possibilidade está na resistência dependente da temperatura característica do material resistivo usado para acumular o elemento de aquecimento resistivo. O conjunto de aquecimento pode ainda compreender um dispositivo de leitura para medir a resistência do elemento de aquecimento. O dispositivo de leitura pode ser parte do circuito de controle. A temperatura medida corresponde diretamente à temperatura real do elemento de aquecimento. A temperatura medida pode também ser indicativa para a temperatura real do substrato formador de aerossol, dependendo do posicionamento do elemento de aquecimento em relação ao substrato formador de aerossol a ser aquecido e das determinadas características da fonte de calor do elemento de aquecimento ao substrato formador de aerossol.

[0064] O conjunto de aquecimento, particularmente o circuito de controle, pode ainda incluir um controlador de temperatura para controlar a temperatura do elemento de aquecimento. Para isso, o controlador de temperatura é preferencialmente configurado para controlar a corrente condutora de CA que passa através do elemento de aquecimento. Particularmente, o controlador de temperatura pode ser acoplado operativamente ao dispositivo de leitura acima mencionado para medir a resistência e, portanto, a temperatura do elemento de aquecimento.

[0065] De acordo com a invenção, também é fornecido um dispositivo gerador de aerossol para uso com um substrato formador de aerossol, em que o dispositivo gerador de aerossol compreende um conjunto de aquecimento de acordo com a invenção e como descrito neste documento.

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[0066] Como usado neste documento, o termo dispositivo gerador de aerossol é usado para descrever um dispositivo eletricamente operado que é capaz de interagir com pelo menos um substrato formador de aerossol para gerar um aerossol pelo aquecimento do substrato. Preferencialmente, o dispositivo gerador de aerossol é um dispositivo de tragada para gerar um aerossol que é diretamente inalável por um usuário através da boca do usuário. Particularmente, o dispositivo gerador de aerossol é um dispositivo gerador de aerossol portátil.

[0067] Como usado neste documento, o termo substrato formador de aerossol refere-se a um substrato capaz de liberar compostos voláteis que podem formar um aerossol. O substrato formador de aerossol pode ser um substrato formador de aerossol sólido ou líquido. Em ambas condições, o substrato formador de aerossol pode compreender pelo menos um dentre componentes sólidos ou líquidos. Particularmente, o substrato formador de aerossol pode compreender um material contendo tabaco, incluindo compostos flavorizantes de tabaco voláteis, que são liberados a partir do substrato mediante aquecimento. Assim, o substrato formador de aerossol pode ser um substrato formador de aerossol contendo tabaco. O material contendo tabaco pode compreender tabaco preenchido ou embalado ou folhas de tabaco que foram agrupadas ou frisadas. Altemativamente ou adicionalmente, o substrato formador de aerossol pode compreender um material sem tabaco. O substrato formador de aerossol pode compreender ainda um formador de aerossol. Exemplos de formadores de aerossol adequados sâo a glicerina e o propilenoglicol. O substrato formador de aerossol também pode compreender outros aditivos e ingredientes, como nicotina ou aromatizantes, particularmente aromatizantes de tabaco. O substrato formador de aerossol também pode ser um material semelhante a uma pasta, um sachê de material poroso compreendendo um substrato formador de

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23/37 aerossol ou, por exemplo, tabaco solto misturado com um agente gelificante ou agente viscoso, que podería incluir um formador de aerossol comum, como glicerina e que é comprimido ou moldado em um plugue. [0068] O substrato formador de aerossol pode ser parte de um artigo gerador de aerossol, preferencialmente um consumível, para interagir com o dispositivo gerador de aerossol para gerar um aerossol. Por exemplo, o artigo pode ser um artigo gerador de aerossol em forma de coluna que se assemelha à forma de um cigarro convencional, o qual compreende um substrato formador de aerossol sólido, preferencialmente contendo tabaco. Alternativamente, o artigo pode ser um cartucho que compreende um substrato formador de aerossol líquido, preferencialmente, contendo tabaco.

[0069] O dispositivo gerador de aerossol pode compreender uma câmara receptora para receber o substrato formador de aerossol ou o artigo gerador de aerossol que compreende o substrato formador de aerossol a ser aquecido. Preferencialmente, a câmara receptora é disposta em uma extremidade proximal do dispositivo gerador de aerossol. A câmara receptora pode incluir uma abertura receptora para inserir o substrato formador de aerossol na câmara receptora. Por exemplo, o dispositivo gerador de aerossol pode incluir uma cavidade para receber um artigo gerador de aerossol que compreende um substrato formador de aerossol sólido ou um cartucho que compreende um substrato formador de aerossol líquido, como descrito acima. Alternativamente, o dispositivo gerador de aerossol pode compreender um reservatório para receber diretamente um substrato formador de aerossol líquido nele.

[0070] O elemento de aquecimento do conjunto de aquecimento pode ser disposto pelo menos parcialmente dentro da câmara receptora do dispositivo gerador de aerossol. O circuito de controle e, se presente, a energia da fonte do conjunto de aquecimento podem ser dispostos

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24/37 dentro de uma carcaça do dispositivo gerador de aerossol· Preferencialmente, o conjunto de aquecimento é alimentado a partir de uma fonte de alimentação global do dispositivo gerador de aerossol.

[0071] O dispositivo gerador de aerossol pode ainda incluir uma passagem de fluxo de ar que se estendendo pela câmara receptora. O dispositivo pode ainda incluir pelo menos uma entrada de ar em comunicação fluida com a passagem de fluxo de ar.

[0072] Vantagens e características adicionais do dispositivo gerador de aerossol de acordo com a presente invenção foram descritas em relação ao conjunto de aquecimento e não serão repetidas.

[0073] De acordo com a invenção, também é fornecido um método para aquecer resistivamente um substrato formador de aerossol para gerar um aerossol. O método compreende as seguintes etapas:

- fornecer o substrato formador de aerossol a ser aquecido;

- fornecer um elemento de aquecimento eletricamente resistive que compreende um material ferromagnético ou ferrimagnético eletricamente condutor para aquecer o substrato formador de aerossol, o elemento de aquecimento sendo configurado para se aquecer devido ao aquecimento Joule quando uma corrente condutora de CA passa por ele;

dispor o substrato formador de aerossol em estreita proximidade ou contato com o substrato formador de aerossol;

- fornecer uma corrente condutora de CA; e passar a corrente condutora de CA através do elemento de aquecimento.

[0074] Preferencialmente, o método é realizado por meio de um conjunto de aquecimento ou de um dispositivo gerador de aerossol de acordo com a invenção e conforme descrito neste documento. Viceversa, o conjunto de aquecimento ou o dispositivo gerador de aerossol

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25/37 de acordo com a invenção e conforme descrito neste documento pode ser operado usando o método de acordo com a invenção e conforme descrito neste documento.

[0075] Como descrito acima no que diz respeito ao conjunto de aquecimento, a etapa de fornecimento de uma corrente condutora de CA vantajosamente compreende fornecer uma corrente condutora de CA com uma frequência em uma faixa entre 500 kHz e 30 MHz, particularmente entre 1 MHz e 10 MHz, preferencialmente entre 5 MHz e 7 MHz.

[0076] Como descrito acima adicionalmente no que diz respeito ao conjunto de aquecimento, a corrente condutora de CA pode ser fornecida usando um amplificador de potência de comutação.

[0077] Além disso, a etapa de fornecimento de uma corrente condutora de CA usando um amplificador de potência de comutação pode incluir operar o amplificador de potência de comutação com um ciclo de trabalho em uma faixa entre 20% (por cento) e 99% (por cento), particularmente entre 30% e 95%, preferencialmente entre 50% e 90%, mais preferencialmente entre 60% e 90%. A operação do amplificador de potência de comutação com um ciclo de trabalho nesta faixa vantajosamente faz com que a temperatura do circuito de controle permaneça razoavelmente baixa sem o risco de danos térmicos do circuito de controle enquanto ainda permite que o elemento de aquecimento alcance temperaturas suficientemente altas para a geração de aerossol.

[0078] Vantagens e características adicionais do método de acordo com a presente invenção foram descritas em relação ao conjunto de aquecimento e o dispositivo gerador de aerossol e não serão repetidas. [0079] A invenção será descrita a seguir, apenas a título de exemplo, tendo como referência as figuras anexas, em que:

a Figura 1 Ilustra esquematicamente um exemplo de modall

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26/37 dade de um dispositivo gerador de aerossol compreendendo um conjunto de aquecimento elétrico de acordo com a presente invenção para aquecer resistivamente um substrato formador de aerossol;

as Figuras 2-3 ilustram esquematicamente uma primeira e uma segunda modalidade de um diagrama de circuito do conjunto de aquecimento de acordo com a Figura 1;

as Figuras 4-7 ilustram esquematicamente uma primeira, uma segunda, uma terceira e uma quarta modalidade de uma lâmina de aquecimento de acordo com a invenção;

as Figuras 8-9 ilustram esquematicamente um exemplo de modalidade de uma lâmina de aquecimento de múltiplas camadas de acordo com a invenção; e as Figuras 10-11 ilustram esquematicamente um exemplo de modalidade de uma coluna de aquecimento de múltiplas camadas de acordo com a invenção,

[0080] A Figura 1 ilustra esquematicamente um exemplo de modalidade de um dispositivo gerador de aerossol 1 compreendendo um conjunto de aquecimento elétrico 100 de acordo com a presente invenção para aquecer resistivamente um substrato formador de aerossol 210.

[0081] O dispositivo gerador de aerossol 1 compreende uma carcaça do dispositivo 10 que inclui uma câmara receptora 20 em uma extremidade proximal 2 do dispositivo 1 para receber o substrato formador de aerossol 210 a ser aquecido. Preferencialmente, o substrato formador de aerossol 210 é um substrato formador de aerossol sólido contendo tabaco. O substrato 210 é parte de um artigo gerador de aerossol em forma de coluna 200, O artigo 200 assemelha-se à forma de um cigarro convencional e é configurado para ser recebido na câmara receptora 20 do dispositivo 1. Além do substrato formador de aerossol 210, o artigo 200 compreende um elemento de suporte 220, um ele

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27/37 mento de resfriamento de aerossoi 230 e um elemento de filtro 240. Todos estes elementos são dispostos sequencialmente ao substrato formador de aerossol 210, onde o substrato é disposto em uma extremidade distal do artigo 200 e o elemento de filtro é disposto em uma extremidade proximal do artigo 200. O substrato 210, o elemento de suporte 220, o elemento de resfriamento de aerossol 230 e o elemento de filtro 240 são cercados por um invólucro de papel que forma a superfície circunferencial externa do artigo 200.

[0082] O conceito principal do conjunto de aquecimento de acordo com a presente invenção é baseado em passar uma corrente condutora de CA através de um elemento de aquecimento resistivo 110 que por sua vez está em proximidade térmica ou mesmo em contato próximo com o substrato formador de aerossol 210. A utilização de uma corrente condutora de CA vantajosamente permite usar um elemento de aquecimento mecanicamente robusto que forneça ainda aquecimento Joule suficiente (devido ao efeito de peiícula) de modo a alcançar temperaturas em uma faixa apropriada para aquecer o substrato formador de aerossol 210.

[0083] Na modalidade do conjunto de aquecimento 100, como mostrado na Figura 1, o elemento de aquecimento 110 é uma lâmina feita de um material ferromagnético sólido eletricamente condutor, por exemplo, permalloy, tendo uma resistência R de CA em uma faixa entre 10 mQ e 1500 mQ para uma corrente condutora de CA com uma frequência em uma faixa entre 500 kHz e 30 MHz. Preferencialmente, a lâmina de aquecimento 210 é feita de um material sólido. Vantajosamente, uma resistência nesta faixa é suficientemente alta para aquecer o substrato formador de aerossol 210. Ao mesmo tempo, o elemento de aquecimento 110 fornece a estabilidade mecânica suficiente para entrar e sair de contato com o substrato formador de aerossol 210 sem o risco de deformação ou ruptura. Particularmente, a configuração em forma de lâmina do

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28/37 elemento de aquecimento 110 permite a rápida penetração no substrato formador de aerossol 210 ao inserir o artigo gerador de aerossol 200 na câmara receptora 20 do dispositivo gerador de aerossol 1.

[0084] Como pode ser ainda observado na Figura 1, a lâmina de aquecimento 110 é disposta de maneira fixa dentro da carcaça do dispositivo 10 do dispositivo gerador de aerossol 1, estendendo-se centralmente na câmara receptora 20. Uma porção próxima! de ponta afunilada na extremidade proximal 111 da lâmina de aquecimento 110 está de frente para uma abertura receptora na extremidade proximal 2 do dispositivo 1.

[0085] Além do elemento de aquecimento 110, o conjunto de aquecimento 100 compreende um circuito de controle 120 que seja acoplado operativamente com o elemento de aquecimento 110 e configurado para fornecer uma corrente condutora de CA em uma faixa entre 500 kHz e 30 MHz. Assim, ao passar a corrente condutora de CA através do elemento de aquecimento 110 o último se aquece devido ao aquecimento Joule.

[0086] O circuito de controle 120 e assim o processo de aquecimento, é alimentado por uma fonte de alimentação de CC 140. Na modalidade atual, a fonte de alimentação de CC 140 é uma bateria recarregável disposta dentro da carcaça 10 do dispositivo em uma extremidade distal 3 do dispositivo 1. A bateria pode ser uma parte do conjunto de aquecimento 100 ou parte de uma fonte de alimentação global do dispositivo gerador de aerossol 1, que pode ser também utilizada para outros componentes do dispositivo 1.

[0087] A Figura 2 ilustra esquematicamente uma primeira modalidade de um diagrama de circuito do conjunto de aquecimento 100 como usado no dispositivo gerador de aerossol 1 mostrado na Figura 1. De acordo com esta primeira modalidade, o circuito de controle 120 com

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29/37 preende basicamente um inversor CC/CA 121 para inverter a corrente/tensão de CC IDC/+ VDC fornecida pela fonte de alimentação de CC 140 em uma corrente condutora de CA em uma faixa entre 500 kHz e 30 MHz para operar o elemento de aquecimento 110.

[0088] Na presente modalidade, o inversor CC/CA 121 compreende um amplificador Classe E. O amplificador Classe E compreende um interruptor de transistor T1, por exemplo um transistor de efeito de campo metal - óxido - semicondutor (MOSFET), um circuito do acionador do interruptor do transistor PG e uma rede de carga LC. A rede de carga LC compreende uma conexão em série de um capacitor C1 e de um indutor L1. Adicionalmente, a rede de carga LC compreende um capacitor de derivação C2 em paralelo ao interruptor do transistor T1 e em paralelo a uma conexão em série do capacitor C1 e do indutor L1. Além disso, o circuito de controle compreende um bloqueador L2 para fornecer a tensão de alimentação de CC +VDC para o amplificador Classe E. Como mencionado acima, o elemento de aquecimento não só constitui uma resistência, mas também uma (pequena) indutância. Portanto, no diagrama de circuito de acordo com a Figura 2, o elemento de aquecimento 110 é representado por uma conexão em série de uma resistência R110 e um indutor L110. A carga resistiva R110 do elemento de aquecimento 110 também pode representar a carga resistiva do indutor L1. O pequeno número destes componentes permite manter o volume do inversor de CC/CA 121 extremamente pequeno, permitindo assim manter o volume total do conjunto de aquecimento 100 muito baixo também.

[0089] O princípio operacional geral do amplificador Classe E é bem conhecido em geral. Para mais detalhes do amplificador Classe E e sua referência operacional geral, ver, por exemplo, o artigo Class-E RF Power Amplifiers, Nathan O. Sokal, publicado na revista bimestral QEX,

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30/37 edição janeiro/fevereiro 2001, páginas 9-20, de The American Radio Relay League (ARRL), Newington, 5 CT, EUA. O referido artigo também descreve as equações pertinentes a serem consideradas para dimensionar os vários componentes do Inversor de CC/CA 121. Na primeira modalidade, como mostrado na Figura 2, o indutor L1 pode ter uma indutância em uma faixa entre 50 nH (nanohenry) e 200 nH (nanohenry), o indutor L2 pode ter uma indutância em uma faixa entre 0,5 μΗ (microhenry) e 5 μΗ (microhenry) e os capacitores C1 e C2 podem ter uma capacitância em uma faixa entre 1 nF (nanofarad) e 10 nF (nanofarad). [0090] A Figura 3 ilustra esquematicamente uma segunda modalidade de um diagrama de circuito do conjunto de aquecimento 100. O diagrama de circuito de acordo com esta segunda modalidade é muito semelhante à primeira modalidade mostrada na Figura 2. Portanto, componentes idênticos ou semelhantes são denotados com sinais de referência idênticos. Além do diagrama de circuito da Figura 2, o diagrama de circuito da segunda modalidade compreende um capacitor de desvio C3 conectado paralelamente ao elemento de aquecimento 110, isto é, paralelamente à conexão em série da resistência R110 e do indutor L110. Vantajosamente, a capacidade do capacitor de desvio C3 é maior, particularmente pelo menos duas vezes, preferencialmente pelo menos cinco vezes maior, mais preferencialmente pelo menos dez vezes maior do que a capacidade do capacitor C1 da rede LC. Portanto, o capacitor de desvio C3 e o indutor L110 do elemento de aquecimento 110 formam um ressonador LC através do qual uma porção principal da corrente condutora de CA passa completamente, visto que somente uma porção menor da corrente condutora de CA passa através do interruptor do transistor através do indutor L1 e do capacitor C1 da rede LC. Devido a isto, o capacitor de desvio C3 causa vantajosamente uma redução da transferência térmica do elemento de aquecimento 110 em direção ao circuito de controle 120, particularmente em direção ao interruptor do

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31/37 transistor T1. O capacitor de desvio C3 é disposto próximo ao elemento de aquecimento 110, mas possivelmente longe das peças restantes do circuito de controle 120. As peças restantes do circuito de controle 120 são dispostas preferencialmente em uma placa de circuito impresso (PCB - printed circuit board).

[0091] A transferência de calor do elemento de aquecimento 110 em direção ao circuito de controle 120 pode ser ainda mais reduzida, fornecendo um conector eletricamente condutor acoplando operacional· mente o circuito de controle 120 ao elemento de aquecimento 110, em que uma resistência de CA do conector 130 é mais baixa do que a resistência da CA do elemento de aquecimento 110. Isto pode ser conseguido, por exemplo, pela escolha de materiais eletricamente condutores adequados para o conector 130 e o elemento de aquecimento 110. Particularmente, os respectivos materiais podem ser escolhidos de forma que uma permeabilidade magnética relativa de um material eletricamente condutor do conector 130 seja inferior a uma permeabilidade magnética relativa de um material eletricamente condutor do elemento de aquecimento 110. Devido a isso, a profundidade da película é maior e, portanto, a resistência da CA é menor no conector 130 do que no elemento de aquecimento 110. Preferencialmente, o material eletricamente condutor do conector 130 é paramagnético. Na modalidade mostrada na Figura 1, o elemento de aquecimento 120 é acoplado de forma operacional por dois elementos de conector 131,132 que, por exemplo, são feitos de tungstênio, enquanto o elemento de aquecimento 110 é feito de permalloy C.

[0092] Adicionalmente ou alternativamente, o conjunto de aquecimento pode compreender um absorvente de calor que é acoplado termicamente a pelo menos um dentre o circuito de controle 120 ou conector 130 para reduzir todos os efeitos adversos do calor no circuito de

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32/37 controle 120. Por exemplo, o indutor L1 do circuito LC mostrado na Figura 2 e Figura 3 pode ser incorporado em um material absorvente de calor, por exemplo, em um cimento de alta temperatura.

[0093] A Figura 4 mostra uma visão ampliada da lâmina de aquecimento resistiva 110 como usada no conjunto de aquecimento 110 de acordo com a Figura 1. Nesta modalidade, a lâmina de aquecimento compreende uma fenda longitudinal central 113 que se estende de uma extremidade distai 112 em direção a uma extremidade proximal 111 da lâmina de aquecimento. No entanto, a lâmina de aquecimento 110 é apenas parcialmente interrompida pela fenda 113 ao longo de uma extensão de comprimento da lâmina. Em contraste, a lâmina é totalmente interrompida pela fenda 113 ao longo de uma extensão de profundidade ou espessura da lâmina 110. Como resultado, a lâmina de aquecimento fornece um trajeto condutor em forma de U para a corrente condutora de CA (indicada por setas duplas tracejadas) passar através da lâmina. Em sua extremidade distai 112, o trajeto do condutor compreende dois pontos de alimentação 114 para fornecer a corrente condutora de CA.

[0094] Em sua extremidade proximal 111, a lâmina de aquecimento 110 compreende uma porção de ponta afunilada, permitindo que a lâmina penetre prontamente no substrato formador de aerossol 210 do artigo 200.

[0095] A lâmina de aquecimento 110 pode ter um comprimento em uma faixa entre 5 mm (milímetros) e 20 mm (milímetros), particularmente entre 10 mm e 15 mm, uma largura entre 2 mm e 8 mm, particularmente entre 4 mm e 6 mm e uma espessura em uma faixa entre 0,2 mm e 0,8 mm, particularmente entre 0,25 mm e 0,75 mm.

[0096] A Figura 5 mostra uma segunda modalidade da lâmina de aquecimento 110. Em contraste com a Figura 4, a lâmina de aquecimento 110 de acordo com esta segunda modalidade compreende duas fendas longitudinais 113.1, 113.2 que se estendem paralelamente entre

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33/37 si ao longo de uma porção de comprimento da lâmina de aquecimento 110. Como resultado, a lâmina de aquecimento 110 fornece dois trajetos paralelos de condutor em forma de U para que a corrente condutora de CA passe através da lâmina, onde os dois trajetos (indicados por setas duplas tracejadas) têm uma ramificação comum. Portanto, os trajetos de condutor compreendem no total três pontos de alimentação 114 para fornecer a corrente condutora de CA. Ter dois trajetos paralelos vantajosamente provoca um aumento do calor dissipado e, assim, um aumento da eficiência de aquecimento.

[0097] A Figura 6 e Figura 7 mostram uma terceira e quarta modalidades da lâmina de aquecimento 110 que também visam aumentar a dissipação de calor e, assim, a eficiência do aquecimento. Em ambos as modalidades, a lâmina de aquecimento 110 compreende uma pluralidade de fendas no sentido da seção 113 resultando em um único trajeto de condutor com uma configuração sinuosa ou em ziguezague. Devido a isso, o comprimento total do trajeto do condutor e, portanto, a quantidade total de calor dissipado é significativamente aumentada em comparação a configuração mostrada na Figura 4.

[0098] De acordo com a terceira modalidade mostrada na Figura 6, a lâmina de aquecimento 110 compreende duas fendas longitudinais

113.1, 113.2 paralelas entre si ao longo de uma porção de comprimento da lâmina de aquecimento 110. As duas fendas longitudinais 113.1, 133.2 se estendem da extremidade proximal 111 em direção a extremidade distai 112 da lâmina 110, porém não alcançando a mesma. Além disso, a lâmina de aquecimento 110 compreende uma fenda em forma de U 113.3 que pelo menos parcialmente engloba as duas fendas paralelas 113.1, 113.2. Uma porção de base da fenda em forma de U 113.3 é disposta em uma porção distai da lâmina de aquecimento 110, enquanto as ramificações da fenda em forma de U 113.3 se estendem para a extremidade proximal 111 da lâmina 110, ainda não alcançando a

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34/37 mesma. Além disso, a lâmina de aquecimento 110 compreende uma fenda longitudinal central 113.4 que se estende ao longo de uma porção de comprimento da lâmina de aquecimento 110 de uma extremidade distai 112 em direção a uma extremidade proximal 111 da lâmina de aquecimento 110, ainda não atingindo a última. Como pode ser visto a partir da Figura 6, a fenda longitudinal central 113.4 se estende paralelamente e pelo menos parcialmente entre as duas fendas longitudinais 113.1 e cruza a porção base da fenda em forma de U 113.3. Como resultado, as fendas 113.1, 113.2, 113.3, 113.4 fornecem um trajeto condutor com forma sinuosa ou em ziguezague.

[0099] De acordo com a quarta modalidade mostrada na Figura 7, a lâmina de aquecimento 110 compreende uma fenda longitudinal central 113.1 que se estende ao longo de uma porção de comprimento da lâmina de aquecimento 110 de uma extremidade distai 112 em direção a uma extremidade proximal 111 da lâmina de aquecimento 110, ainda não alcançando a última. Ao lado da fenda longitudinal central 113.1, a lâmina de aquecimento 110 compreende ainda uma pluralidade de fendas transversais 113.2 que se estendem em direção a, mas não atingem as bordas longitudinais da lâmina 110, cruzando assim a fenda central 113.1 em uma configuração transversal. Além disso, a lâmina de aquecimento 110 compreende uma pluralidade de fendas laterais 113.3 dispostas ao longo de ambas as bordas longitudinais da lâmina 110. As fendas laterais 113.2 estão em uma configuração deslocada em relação às fendas transversais 113.2. Cada fenda lateral 113.2 se estende de uma respectiva borda longitudinal da lâmina 110 em direção a fenda longitudinal central 113.1, ainda não alcançando a mesma. Como resultado, as fendas 113.1,113.2, 113.3, 113.4 fornecem um trajeto condutor em forma sinuosa ou de ziguezague.

[00100] A Figura 8 e a Figura 9 ilustram esquematicamente uma pri

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35/37 meira modalidade de um elemento de aquecimento de múltiplas camadas 110. O elemento de aquecimento de múltiplas camadas tem uma configuração de lâmina com uma forma externa essencialmente idêntica à lâmina de aquecimento 110, como mostrado na Figura 4. Portanto, componentes idênticos ou semelhantes são denotados com sinais de referência idênticos. Enquanto a lâmina de aquecimento de acordo com a Figura 4 é substancialmente feita de uma única peça ou material sólido eletricamente condutor, a lâmina de aquecimento de múltiplas camadas 110 de acordo com as Figuras 8 e 9 compreende duas camadas de aquecimento 110.1, 110.2 como camadas de borda e uma camada de suporte 110.3 imprensadas entre as duas camadas de aquecimento

110.1, 110.2. As camadas de aquecimento 110.1, 110.2 são feitas de um material sólido ferromagnético eletricamente condutor, por exemplo, permalloy. Como os materiais ferromagnéticos podem ser bastante maleáveis, a camada de suporte 110.3 destina-se a aumentar a rigidez mecânica geral da lâmina de aquecimento 110. Para isso, a camada de suporte 110.3 compreende um material sólido eletricamente condutor, por exemplo, tungstênio ou aço inoxidável, que é significativamente menos maleável do que o material das camadas de aquecimento 110.1,

110.2.

[00101] Ao passar uma corrente condutora de CA através da lâmina de aquecimento 110, é esperado que a corrente condutora de CA flua pelo menos parcialmente ou mesmo em sua maior parte dentro das camadas de aquecimento 110.1, 110.2, embora a resistência da CA da camada de suporte 110.3 possa ser mais baixa do que a resistência CA das camadas de aquecimento 110.1, 110.2. Consequentemente, a dissipação de calor ocorre principalmente dentro das camadas de aquecimento 110.1, 110.2. Em comparação com a camada de suporte tomada sozinha, a resistência total da CA do elemento de aquecimento de múltiplas camadas é aumentada signiflcativamente.

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[00102] Como pode ser observado particularmente a partir da Figura 9, que é uma visão transversal através da porção de ponta afunilada proximal da lâmina de aquecimento 110 de acordo com a Figura 8, pelo menos as duas camadas de aquecimento 110.1, 110.2 têm a mesma espessura de camada e são feitas do mesmo material. Devido a isso, a configuração geral da lâmina de aquecimento 110 é simétrica e, portanto, compensada por estados de tensão elástica ou compressiva devido a possíveis diferenças no comportamento de expansão térmica das várias camadas.

[00103] Na presente modalidade, as várias camadas 110.1, 110.2, 110.3 são conectadas entre si por revestimento.

[00104] A Figura 10 e a Figura 11 ilustram esquematicamente uma segunda modalidade de um elemento de aquecimento de múltiplas camadas 110. Em vez de uma configuração de lâmina, o elemento de aquecimento 110 de acordo com esta modalidade tem uma configuração de coluna. Nesta configuração, o elemento de aquecimento de múltiplas camadas 110 compreende um núcleo interno como camada de suporte 110.5 que é cercado por um revestimento externo, como a camada de aquecimento 110. 4. A camada de aquecimento 110.4 é feita de material sólido ferromagnético condutor, por exemplo, permalloy. Em contrapartida, a camada de suporte 110.5 é feita de um material sólido eletricamente condutor, por exemplo, tungstênio ou aço inoxidável, que é significativamente menos maleável do que o material da camada de aquecimento 110.4. Como descrito acima em relação as Figuras 8 e 9, a camada de suporte 110.5 destina-se a aumentar a rigidez mecânica total da lâmina de aquecimento em forma de coluna 110. Da mesma forma, ao passar uma corrente condutora de CA através da lâmina de aquecimento 110, é esperado que a corrente condutora de CA flua pelo menos parcialmente ou mesmo na maior parte dentro das camadas de

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37/37 aquecimento externas 110.4 onde a dissipação de calor ocorre principalmente.

[00105] Como pode ser visto particularmente a partir da Figura 11, que é uma visão transversal através do elemento de aquecimento em forma de coluna 110 de acordo com a Figura 10, o elemento de aquecimento 110 compreende uma fenda longitudinal central 113 que se estende ao longo de uma porção de comprimento do elemento de aquecimento de sua extremidade distai 112 em direção a sua extremidade proximal 112, de modo a fornecer um trajeto de condutor em forma de U através deste.

[00106] Em sua extremidade proximal 111, o elemento de aquecimento em forma de coluna 110 compreende uma porção de ponta afunilada que permite que a coluna de aquecimento penetre prontamente em um substrato formador de aerossol.

Claims

1. Dispositivo gerador de aerossol para uso com um substrato formador de aerossol, caracterizado pelo fato de que compreende um conjunto de aquecimento para aquecimento resistivo do substrato formador de aerossol, o conjunto de aquecimento compreendendo:

- um circuito de controle configurado para fornecer uma corrente condutora de CA;

um elemento de aquecimento eletricamente resistivo compreendendo um material ferromagnético ou ferrimagnético eletricamente condutor para aquecer o substrato formador de aerossol, em que o elemento de aquecimento é acoplado de forma operacional ao circuito de controle e configurado para aquecer devido ao aquecimento Joule quando passa uma corrente condutora CA fornecida pelo circuito de controle através do elemento de aquecimento, em que o elemento de aquecimento é um elemento de aquecimento de múltiplas camadas que compreende pelo menos uma camada de suporte e pelo menos uma camada de aquecimento, em que pelo menos a camada de aquecimento compreende o material ferromagnético ou ferrimagnético eletricamente condutor e é uma camada de borda do elemento de aquecimento de múltiplas camadas e em que uma espessura da camada da pelo menos uma camada de suporte é maior do que uma espessura da camada de pelo menos uma das camadas de aquecimento.

2. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de aquecimento de múltiplas camadas compreende pelo menos uma camada de aquecimento adicional além da pelo menos uma camada de aquecimento, as pelo menos duas camadas de aquecimento que imprensam a camada de suporte, em que pelo menos uma das camadas de aquecimento compreende o material ferromagnético ou ferrimagnético eletricamente condutor.

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3. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma camada de suporte compreende um material eletricamente condutor.

4. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que uma resistividade do material eletricamente condutor da pelo menos uma ou duas camadas de aquecimento é mais baixa do que uma resistividade do material eletricamente condutor da pelo menos uma camada de suporte.

5. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que uma permeabilidade magnética relativa do material eletricamente condutor da pelo menos uma ou duas camadas de aquecimento é maior do que uma permeabilidade magnética relativa do material eletricamente condutor da pelo menos uma camada de suporte.

6. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o material eletricamente condutor da pelo menos uma ou duas camadas de aquecimento é ferromagnético ou ferrimagnético.

7. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizado pelo fato de que o material eletricamente condutor da pelo menos uma camada de suporte é paramagnético.

8. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 7, caracterizado pelo fato de que as duas camadas de aquecimento são camadas de borda do elemento de aquecimento de múltiplas camadas.

9. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma camada do elemento de aquecimento de múltiplas camadas é feita substancialmente de um material sólido.

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10. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o elemento de aquecimento tem uma configuração da lâmina, uma configuração de coluna, uma configuração de malha ou uma configuração de pavio.

11. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que uma resistência da CA do elemento de aquecimento está em uma faixa entre 10 mQ e 1500 mQ para uma corrente condutora de CA que passa através do elemento de aquecimento que tem uma frequência em uma faixa entre 500 kHz e 30 MHz.