ES2966011T3 - Aparato generador de aerosoles y método para operarlos - Google Patents

Aparato generador de aerosoles y método para operarlos Download PDF

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Abstract

Un aparato generador de aerosol comprende un susceptor compuesto para calentar un material generador de aerosol en uso para generar de ese modo un aerosol en uso. El susceptor compuesto comprende una porción de soporte y una porción de susceptor soportada por la porción de soporte. El aparato comprende un elemento de inducción dispuesto para la transferencia de energía inductiva a la porción susceptora en uso; y un dispositivo de accionamiento dispuesto para accionar el elemento de inducción con una corriente alterna en uso para provocar de ese modo la transferencia de energía inductiva a la porción de susceptor en uso, para provocar de ese modo el calentamiento del material generador de aerosol por el susceptor compuesto en uso, para generar de ese modo el aerosol en uso. La corriente alterna tiene una forma de onda que comprende un componente de frecuencia fundamental que tiene una primera frecuencia y uno o más componentes de frecuencia adicionales, cada uno de los cuales tiene una frecuencia mayor que la primera frecuencia. También se describe un método para operar el aparato generador de aerosol. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato generador de aerosoles y método para operarlos
Campo técnico
La presente invención se refiere a un aparato generador de aerosol y a un método para operarlo.
Antecedentes
Los artículos para fumar tales como cigarrillos, puros y similares queman tabaco durante su uso para generar humo de tabaco. Se han realizado intentos de proporcionar alternativas a estos artículos mediante la creación de productos que liberen compuestos sin quemarse. Ejemplos de tales productos son los llamados productos "calentar, no quemar" o dispositivos o productos para calentar tabaco, que liberan compuestos calentando, pero no quemando, el material. El material puede ser, por ejemplo, tabaco u otros productos distintos del tabaco, que pueden contener o no nicotina. El documento WO2018/178216 divulga un ensamblaje susceptor que comprende un primer y un segundo susceptor para calentar inductivamente un sustrato formador de aerosol y un método para producir dicho ensamblaje.
El documento WO2015/177264 divulga un sustrato formador de aerosol para su uso en combinación con un dispositivo de calentamiento inductivo.
El documento WO2018/178113 divulga métodos y aparatos para determinar la temperatura de un susceptor de un dispositivo generador de aerosol, siendo el susceptor para calentamiento inductivo mediante un circuito de resonancia RLC.
Resumen
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato generador de aerosol que comprende: un susceptor compuesto para calentar un material generador de aerosol en uso para generar de ese modo un aerosol en uso, en donde el susceptor compuesto comprende una porción de soporte y una porción susceptora soportada por la porción de soporte; un elemento de inducción dispuesto para la transferencia de energía inductiva a la porción susceptora en uso; y una disposición de accionamiento dispuesta para accionar el elemento de inducción con una corriente alterna en uso para provocar de ese modo la transferencia de energía inductiva a la porción susceptora en uso, para provocar de ese modo el calentamiento del material generador de aerosol por el susceptor compuesto en uso, generar de este modo el aerosol en uso; en donde la corriente alterna tiene una forma de onda que comprende un componente de frecuencia fundamental que tiene una primera frecuencia y uno o más componentes de frecuencia adicionales, cada uno de los cuales tiene una frecuencia mayor que la primera frecuencia. Opcionalmente, la porción susceptora se forma como un recubrimiento sobre la porción de soporte.
Opcionalmente, la porción susceptora comprende una primera lámina de material y la porción de soporte comprende una segunda lámina de material configurada para hacer tope en la porción susceptora para soportar la porción susceptora.
Opcionalmente, la porción de soporte está configurada para rodear la porción susceptora.
Opcionalmente, la porción susceptora tiene un grosor sustancialmente no mayor a 50 micrómetros.
Opcionalmente, el susceptor tiene un grosor sustancialmente no mayor a 20 micrómetros.
Opcionalmente, la porción susceptora comprende un material ferromagnético.
Opcionalmente, la porción susceptora comprende uno o más de níquel y cobalto.
Opcionalmente, uno o más componentes adicionales son armónicos del componente fundamental.
Opcionalmente, la primera frecuencia es una frecuencia F en el rango de 0.5 MHz a 2.5 MHz, y la frecuencia de cada uno de uno o más componentes de frecuencia adicionales es nF, donde n es un número entero positivo mayor que 1. Opcionalmente, la forma de onda es una forma de onda sustancialmente triangular, una forma de onda sustancialmente en diente de sierra y una forma de onda sustancialmente cuadrada.
Opcionalmente, la forma de onda es una forma de onda cuadrada bipolar.
Opcionalmente, la disposición de accionamiento comprende transistores dispuestos en una configuración de puente en H y controlables para proporcionar la forma de onda cuadrada bipolar.
Opcionalmente, la porción de soporte comprende uno o más de un metal, una aleación de metal, un material cerámico, un material plástico y papel.
Opcionalmente, el susceptor compuesto comprende una porción protectora resistente al calor, en donde la porción susceptora está ubicada entre la porción de soporte y la porción protectora.
Opcionalmente, la porción protectora resistente al calor es un recubrimiento sobre la porción susceptora.
Opcionalmente, la porción protectora resistente al calor comprende uno o más de un material cerámico, nitruro de metal, nitruro de titanio y diamante.
Opcionalmente, el susceptor compuesto es sustancialmente plano.
Opcionalmente, el susceptor compuesto es sustancialmente tubular.
Opcionalmente, el aparato comprende el material generador de aerosol, en donde el material generador de aerosol está en contacto térmico con el susceptor compuesto.
Opcionalmente, el material generador de aerosol comprende tabaco y/o uno o más humectantes.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un método para operar un aparato generador de aerosol, el aparato generador de aerosol que comprende un susceptor compuesto dispuesto para calentar un material generador de aerosol para generar de ese modo un aerosol, el susceptor compuesto que comprende una porción de soporte y una porción susceptora soportada por la porción de soporte; el aparato que comprende además un elemento de inducción dispuesto para la transferencia de energía inductiva a la porción susceptora; el método que comprende: accionar el elemento de inducción con una corriente alterna para provocar de ese modo la transferencia de energía inductiva a la porción susceptora, para provocar de ese modo el calentamiento del material generador de aerosol por el susceptor compuesto, para generar de ese modo el aerosol; en donde la corriente alterna tiene una forma de onda que comprende un componente de frecuencia fundamental que tiene una primera frecuencia y uno o más componentes de frecuencia adicionales, cada uno de los cuales tiene una frecuencia mayor que la primera frecuencia.
Opcionalmente, uno o más componentes de frecuencia adicionales son armónicos del componente de frecuencia fundamental.
Opcionalmente, la primera frecuencia es una frecuencia F en el rango de 0.5 MHz a 2.5 MHz, y la frecuencia de cada uno de uno o más componentes de frecuencia adicionales es nF, donde n es un número entero positivo mayor que 1. Opcionalmente, la forma de onda es una forma de onda triangular, una forma de onda en diente de sierra, y una forma de onda cuadrada.
Opcionalmente, la forma de onda es una forma de onda cuadrada bipolar.
Opcionalmente, el aparato generador de aerosol es el aparato generador de aerosol de acuerdo con el primer aspecto. A continuación se describirán características y ventajas adicionales, únicamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, de los cuales:
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 ilustra esquemáticamente un aparato generador de aerosol de acuerdo con un ejemplo;
La figura 2 ilustra esquemáticamente un susceptor compuesto de acuerdo con un primer ejemplo;
La figura 3 ilustra esquemáticamente un susceptor compuesto de acuerdo con un segundo ejemplo;
La figura 4 ilustra esquemáticamente una porción del aparato generador de aerosol de la figura 1;
La figura 5 ilustra esquemáticamente una porción de una disposición de accionamiento de acuerdo con un ejemplo; Las figuras 6a, 6c, 6e, 6g y 6i ilustran cada una esquemáticamente un gráfico de corriente frente al tiempo para diferentes formas de onda de corriente alterna;
Las figuras 6b, 6d, 6f, 6h y 6j ilustran cada una esquemáticamente un gráfico en el espacio de frecuencia de los componentes de frecuencia de las formas de onda de corriente alterna de las figuras 6a, 6c, 6e, 6g y 6i, respectivamente; y
La figura 7 ilustra esquemáticamente un método de operación de un dispositivo generador de aerosol, de acuerdo con un ejemplo.
Descripción detallada
El calentamiento por inducción es un proceso de calentamiento de un objeto conductor de electricidad (o susceptor) mediante inducción electromagnética. Un calentador de inducción puede comprender un elemento de inducción, tal como un electroimán, y una circuitería para hacer pasar una corriente eléctrica variable, tal como una corriente eléctrica alterna, a través del electroimán. La corriente eléctrica variable en el electroimán produce un campo magnético variable. El campo magnético variable penetra en un susceptor adecuadamente posicionado con respecto al electroimán, generando corrientes parásitas en el interior del susceptor. El susceptor tiene resistencia eléctrica a las corrientes parásitas y, por tanto, el flujo de las corrientes parásitas contra esta resistencia hace que el susceptor se caliente mediante calentamiento Joule. En los casos en los que el susceptor comprende material ferromagnético tal como hierro, níquel o cobalto, también se puede generar calor mediante pérdidas por histéresis magnética en el susceptor, es decir, por la orientación variable de los dipolos magnéticos en el material magnético como resultado de su alineación con el campo magnético variable.
En el calentamiento inductivo, en comparación con el calentamiento por conducción, por ejemplo, se genera calor dentro del susceptor, lo que permite un calentamiento rápido. Además, no es necesario que haya ningún contacto físico entre el calentador inductivo y el susceptor, lo que permite una mayor libertad en la construcción y aplicación.
Un calentador de inducción puede comprender un circuito RLC, que comprende una resistencia (R) proporcionada por una resistencia, una inductancia (L) proporcionada por un elemento de inducción, por ejemplo el electroimán que puede estar dispuesto para calentar inductivamente un susceptor, y una capacitancia (C) proporcionada por un condensador, por ejemplo conectado en serie o en paralelo. En algunos casos, la resistencia la proporciona la resistencia óhmica de partes del circuito que conectan el inductor y el condensador y por tanto, el circuito RLC no necesita necesariamente incluir una resistencia como tal. Un circuito de este tipo puede denominarse, por ejemplo, circuito LC. Dichos circuitos pueden exhibir resonancia eléctrica, que ocurre a una frecuencia de resonancia particular cuando las partes imaginarias de las impedancias o admitancias de los elementos del circuito se cancelan entre sí. La resonancia ocurre en un circuito RLC o LC porque el campo magnético que colapsa del inductor genera una corriente eléctrica en sus devanados que carga el capacitor, mientras que el capacitor que se descarga proporciona una corriente eléctrica que construye el campo magnético en el inductor. Cuando el circuito se acciona a la frecuencia resonante, la impedancia en serie del inductor y el condensador es mínima y la corriente del circuito es máxima. Por lo tanto, accionar el circuito RLC o LC en o cerca de la frecuencia resonante puede proporcionar un calentamiento inductivo efectivo y/o eficiente.
La figura 1 ilustra esquemáticamente un aparato 100 generador de aerosol, de acuerdo con un ejemplo. El aparato 100 es un dispositivo 100 generador de aerosol. El dispositivo 100 generador de aerosol se sostiene con la mano. El dispositivo 100 generador de aerosol comprende una fuente 104 de potencia de DC, en este ejemplo una batería 104, una disposición 106 de accionamiento, un elemento 108 de inducción, un susceptor 110 compuesto y un material 116 generador de aerosol.
En una visión general amplia, el susceptor 110 compuesto (que comprende una porción de soporte y una porción susceptora soportada por la porción de soporte, descrita con más detalle a continuación) es para calentar el material generador de aerosol en uso para generar un aerosol en uso, el elemento 108 de inducción está dispuesto para la transferencia de energía inductiva al menos a la porción susceptora del susceptor 110 compuesto en uso, y la disposición 106 de accionamiento está dispuesta para accionar el elemento 108 de inducción con una corriente alterna en uso para provocar de este modo la transferencia de energía inductiva a la porción susceptora del susceptor 110 compuesto en uso, provocar de ese modo el calentamiento del material 116 generador de aerosol mediante el susceptor 110 compuesto en uso, para generar de ese modo el aerosol en uso. La corriente alterna tiene una forma de onda que comprende un componente de frecuencia fundamental que tiene una primera frecuencia y uno o más componentes de frecuencia adicionales, cada uno de los cuales tiene una frecuencia mayor que la primera frecuencia. Por ejemplo, la forma de onda puede ser una forma de onda sustancialmente cuadrada.
En una visión general amplia, accionar el elemento de inducción con una corriente que tiene una forma de onda que comprende un componente de frecuencia fundamental y uno o más componentes de frecuencia adicionales de mayor frecuencia, a su vez hace que el campo magnético alterno producido por el elemento de inducción comprenda un componente de frecuencia fundamental y uno o más componentes de frecuencia adicionales de mayor frecuencia. La profundidad de la piel (es decir, la profundidad característica en la que el campo magnético alterno producido por el elemento 108 de inducción penetra en la porción susceptora para provocar el calentamiento inductivo) disminuye al aumentar la frecuencia del campo magnético alterno. Por lo tanto, la profundidad de la piel para los componentes de frecuencia más alta es menor que la profundidad de la piel para el componente de frecuencia fundamental. Por lo tanto, el uso de una forma de onda que comprende el componente de frecuencia fundamental y uno o más componentes de frecuencia más alta puede permitir que una mayor proporción de la transferencia de energía inductiva desde el elemento de inducción al susceptor se produzca a una profundidad relativamente pequeña desde la superficie del susceptor, por ejemplo, en comparación con el uso de la frecuencia fundamental únicamente. Esto puede permitir que se reduzca el grosor de la porción susceptora mientras se mantiene sustancialmente una eficiencia de transferencia de energía determinada, lo que a su vez puede permitir reducir el coste de la porción susceptora (y/o aumentar la eficiencia de producir la porción susceptora). Alternativa o adicionalmente, esto puede permitir aumentar la eficiencia de transferencia de energía para un grosor de porción susceptora dado (por ejemplo, uno en el que la profundidad de la piel podría ser mayor que el grosor de la porción susceptora), lo que a su vez puede permitir una mejor eficiencia de calefacción. Por lo tanto, se puede proporcionar un dispositivo generador de aerosol y un método mejorados para producir un aerosol.
Volviendo a la figura 1, la fuente 104 de potencia de DC está conectada eléctricamente a la disposición 106 de accionamiento. La fuente 104 de potencia de DC está dispuesta para proporcionar potencia eléctrica de DC a la disposición 106 de accionamiento. La disposición 106 de accionamiento está conectada eléctricamente al elemento 108 de inducción. La disposición 106 de accionamiento está dispuesta para convertir una corriente DC de entrada desde la fuente 104 de potencia DC en una corriente alterna. La disposición 106 de accionamiento está dispuesta para accionar el elemento 108 de inducción con corriente alterna. En otras palabras, la disposición 106 de accionamiento está dispuesta para accionar la corriente alterna a través del elemento 108 de inducción, es decir, hacer que una corriente alterna fluya a través del elemento 106 de inducción.
El elemento 108 de inducción puede ser, por ejemplo, un electroimán, por ejemplo una bobina o solenoide, que puede ser por ejemplo, plano, que puede estar formado por ejemplo, de cobre. El elemento 108 de inducción está dispuesto para la transferencia de energía inductiva al susceptor 110 compuesto en uso (es decir, al menos a la porción susceptora del susceptor 110 compuesto, como se describe con más detalle a continuación). Igualmente, el susceptor 110 compuesto está dispuesto con respecto al elemento 108 de inducción para la transferencia de energía inductiva desde el elemento 108 de inducción al susceptor 110 compuesto.
El elemento 108 de inducción, que tiene corriente alterna accionada a su través, hace que el susceptor 110 compuesto se caliente mediante calentamiento Joule y/o mediante calentamiento por histéresis magnética, como se describió anteriormente. Por ejemplo, el susceptor 110 compuesto está en contacto térmico con el material 116 generador de aerosol (es decir, dispuesto para calentar el material 116 generador de aerosol, por ejemplo, por conducción, convección y/o calentamiento por radiación, para generar un aerosol en uso). En algunos ejemplos, el susceptor 110 compuesto y el material 116 generador de aerosol forman una unidad integral que puede insertarse y/o retirarse del dispositivo 100 generador de aerosol y puede ser desechable. En algunos ejemplos, el elemento 108 de inducción puede ser retirable del dispositivo 100, por ejemplo para reemplazo. El dispositivo 100 generador de aerosol puede estar dispuesto para calentar el material 116 generador de aerosol para generar aerosol para inhalación por parte de un usuario.
Cabe señalar que, tal como se utiliza en este documento, la expresión "material generador de aerosol" incluye materiales que proporcionan componentes volatilizados al calentarlos, típicamente en forma de vapor o aerosol. El material generador de aerosoles puede ser un material que no contiene tabaco o un material que contiene tabaco. Por ejemplo, el material generador de aerosol puede ser o comprender tabaco. El material generador de aerosoles puede incluir, por ejemplo, uno o más de tabaco per se, derivados de tabaco, tabaco expandido, tabaco reconstituido, extracto de tabaco, tabaco homogeneizado o sustitutos del tabaco. El material generador de aerosol puede estar en forma de tabaco molido, tabaco cortado en tiras, tabaco extruido, tabaco reconstituido, material reconstituido, líquido, gel, lámina gelificada, polvo o aglomerados, o similares. El material generador de aerosoles también puede incluir otros productos distintos del tabaco que, según el producto, pueden contener o no nicotina. El material generador de aerosoles puede comprender uno o más humectantes, tales como glicerol y/o propilenglicol.
Volviendo a la figura 1, el dispositivo 100 generador de aerosol comprende un cuerpo 112 exterior que aloja la batería 104, la disposición 106 de accionamiento, el elemento 108 de inducción, el susceptor 110 compuesto y el material 116 generador de aerosol. El cuerpo 112 exterior comprende una boquilla 114 para permitir que el aerosol generado en uso salga del dispositivo 100. Sin embargo, en algunas implementaciones, el material 116 generador de aerosol y la boquilla 114 pueden proporcionarse en una estructura combinada que se inserta en el dispositivo 100 (por ejemplo, un tubo de tabaco envuelto en papel o un material que contiene tabaco que comprende un material de filtro en un extremo).
En uso, un usuario puede activar, por ejemplo mediante un botón (no mostrado) o un detector de bocanadas (no mostrado) que es conocido per se, la circuitería 106 para provocar que se accione corriente alterna a través del elemento 108 de inducción, calentando así inductivamente el susceptor 116 compuesto, que a su vez puede calentar<el material 116 generador de aerosol, y hacer que el material>116<generador de aerosol genere de ese modo un>aerosol. El aerosol se genera en aire aspirado hacia el dispositivo 100 desde una entrada de aire (no mostrada) y, por lo tanto se transporta a la boquilla 114, donde el aerosol sale del dispositivo 100.
La disposición 106 de accionador, el elemento 108 de inducción, el susceptor 110 compuesto y/o el dispositivo 100 en su conjunto pueden disponerse para calentar el material 116 generador de aerosol a un rango de temperaturas para volatilizar al menos un componente del material generador de aerosol sin quemar el material 116 generador de aerosol. Por ejemplo, el rango de temperatura puede ser de aproximadamente 50°C a aproximadamente 350°C, tal como entre aproximadamente 100°C y aproximadamente 250°C, entre aproximadamente 150°C y aproximadamente 230°C. En algunos ejemplos, el rango de temperatura está entre aproximadamente 170°C y aproximadamente 220°C. En algunos ejemplos, el rango de temperatura puede ser distinto de este rango, y el límite superior del rango de temperatura puede ser mayor que 300°C.
Con referencia ahora a la figura 2, se ilustra un susceptor210 compuesto de ejemplo. El susceptor210 compuesto de ejemplo puede usarse como susceptor 110 compuesto en el dispositivo 100 generador de aerosol descrito con referencia a la figura 1. El susceptor 210 compuesto puede ser sustancialmente plano (como se ilustra en la figura 2). En otros ejemplos, el susceptor 210 compuesto puede ser sustancialmente tubular. Por ejemplo, el susceptor 210 compuesto puede rodear el material generador de aerosol (no mostrado en la figura 2), es decir, el material generador de aerosol puede colocarse dentro del susceptor 210 compuesto tubular. Como otro ejemplo, el material generador de aerosol puede disponerse alrededor del susceptor 210 compuesto tubular para rodear el susceptor 210 compuesto tubular. El hecho de que el susceptor 210 compuesto sea tubular puede ayudara mejorar la eficiencia de calentamiento del material generador de aerosol.
El susceptor 210 compuesto comprende una porción 222 de soporte y una porción 224 susceptora. La porción 224 susceptora está soportada por la porción 222 de soporte (es decir, la porción 222 de soporte soporta la porción 224 susceptora). La porción 224 susceptora es capaz de transferir energía inductivamente con el elemento de inducción (por ejemplo, 106 de la figura 1) de manera que un campo magnético alterno producido por el elemento de inducción hace que la porción 224 susceptora se caliente inductivamente, por ejemplo mediante calentamiento Joule y/o calentamiento por histéresis magnética como se describió anteriormente (es decir, la porción 224 susceptora actúa como un susceptor en uso). La porción 224 susceptora puede comprender un material eléctricamente conductor, tal como metal, y/o un polímero conductor. La porción susceptora puede comprender un material ferromagnético, por ejemplo uno o ambos de níquel y cobalto. En algunos ejemplos, la porción 222 de soporte también puede actuar sustancialmente como susceptor. En otros ejemplos, la porción 222 de soporte puede sustancialmente no ser calentable por inducción. La porción 222 de soporte puede comprender uno o más de un metal, una aleación de metal, un material cerámico, un material plástico y papel. Por ejemplo, la porción 222 de soporte puede ser o comprender acero inoxidable, aluminio, acero, cobre, y/o polímeros de alta temperatura (es decir, resistentes al calor) tales como poliéter éter cetona (PEEK) y/o Kapton y/o resinas de poliamida tales como Zytel® HTN.
La porción 224 susceptora puede formarse como un recubrimiento sobre la porción 222 de soporte. Por ejemplo, la porción 224 susceptora puede estar recubierta con un material ferromagnético, por ejemplo níquel y/o cobalto. Por ejemplo, el recubrimiento puede formarse mediante revestimiento químico, por ejemplo revestimiento electroquímico, y/o mediante evaporación al vacío del material de la porción 224 susceptora sobre la porción 222 de soporte. En algunos ejemplos, el grosor de la porción 224 susceptora puede ser sustancialmente no más de 50 micrómetros, por ejemplo no más de 20 micrómetros, por ejemplo entre aproximadamente 10 y 20 micrómetros, por ejemplo alrededor de 15 micrómetros o por ejemplo unos pocos micrómetros.
Un susceptor 110 compuesto que comprende una porción 224 susceptora de material ferromagnético tal como níquel o cobalto, (por ejemplo, en un lado del susceptor 110 compuesto frente al elemento 108 de inducción) puede permitir que la porción 224 susceptora se haga relativamente delgada mientras se efectúa una absorción de energía inductiva similar a la de una placa de acero dulce más gruesa, por ejemplo. Puede preferirse el cobalto ya que tiene una mayor permeabilidad magnética y, por tanto, puede permitir una mejor absorción de energía inductiva. Además, el cobalto tiene una temperatura de punto Curie más alta que el níquel (alrededor de 1,120 a 1,127 grados Celsius para el cobalto, frente a 353 a 354 grados Celsius para el níquel). A la temperatura del punto Curie o hacia ella, la permeabilidad magnética del material susceptor puede reducirse o cesar, y la capacidad del material para calentarse mediante penetración con un campo magnético variable también puede reducirse o cesar. La temperatura del punto Curie del cobalto puede estar por encima de las temperaturas de operación normales del calentamiento inductivo del dispositivo 100 generador de aerosol, y por tanto el efecto de la permeabilidad magnética reducida puede ser menos pronunciado (o imperceptible) durante la operación normal si se utiliza cobalto en comparación con si se utiliza níquel. Como se mencionó anteriormente, la porción 222 de soporte del susceptor 210 compuesto no necesita interactuar con el campo magnético variable aplicado para generar calor para calentar el material 116 generador de aerosol, sino solo para soportar la porción 222 susceptora. Por consiguiente, el soporte puede estar hecho de cualquier material resistente al calor adecuado. Los materiales ejemplo son aluminio, acero, cobre y polímeros de alta temperatura tales como poliéter éter cetona (PEEK), Kapton o papel.
El uso de un grosor relativamente bajo de material susceptor, por ejemplo un material ferromagnético tal como níquel o cobalto, puede permitir que se utilice relativamente poco material susceptor, lo que puede permitir una producción de susceptor más eficiente/de coste reducido. El uso de material susceptor relativamente delgado solo puede producir un susceptor propenso a sufrir daños, por ejemplo debido a la fragilidad de tales materiales en grosores en el rango de decenas de micrómetros. Sin embargo, tener la porción 224 susceptora soportada, por ejemplo formada como un recubrimiento o rodeada por, la porción 222 de soporte puede permitir que se produzca un susceptor de bajo coste pero que sea relativamente resistente al daño. Como se mencionó anteriormente, dado que la porción 222 de soporte no necesariamente tiene que proporcionar la función de ser susceptible al calentamiento inductivo, la porción 222 de soporte puede estar hecha de una variedad más amplia de materiales resistentes al calor, tales como un metal, una aleación de metal, un material cerámico y un material plástico, que pueden tener un coste relativamente bajo. Por lo tanto, el susceptor 210 compuesto puede fabricarse con un coste relativamente bajo.
Con referencia ahora a la figura 3, se ilustra esquemáticamente un susceptor 310 compuesto de ejemplo. El susceptor 210 compuesto de ejemplo puede usarse como susceptor 110 compuesto en el dispositivo 100 generador de aerosol descrito con referencia a la figura 1. El susceptor 310 compuesto ilustrado en la figura 3 puede ser el mismo que el susceptor de ejemplo 210 descrito anteriormente con referencia a la figura 2, excepto que el susceptor 310 compuesto ilustrado en la figura 3 comprende una porción 326 protectora resistente al calor. El susceptor 310 compuesto comprende una porción 322 de soporte (que puede ser igual o similar a la porción 222 de soporte del susceptor 210 compuesto de la figura 2), y una porción 324 susceptora (que puede ser igual o similar a la porción 224 susceptora del susceptor 210 compuesto de la figura 2). En este ejemplo, la porción 324 susceptora está ubicada entre la porción 322 de soporte y la porción 326 protectora.
La porción 326 protectora resistente al calor puede ser un recubrimiento sobre la porción 324 susceptora. La porción 326 protectora resistente al calor puede comprender uno o más de un material cerámico, nitruro de metal, nitruro de titanio y carbono tipo diamante. Por ejemplo, se puede aplicar nitruro de titanio y/o carbono tipo diamante como recubrimiento usando deposición física de vapor. La porción 326 protectora puede proteger la porción 324 susceptora de la corrosión química, tal como oxidación de la superficie, que de otro modo podría tener tendencia a ocurrir, por ejemplo como resultado del calentamiento inductivo del susceptor compuesto, y que de otro modo puede acortar la vida útil del susceptor 310 compuesto. La porción 326 protectora puede proteger alternativa o adicionalmente la porción 324 susceptora del desgaste mecánico, que de otro modo podría acortar la vida útil del susceptor compuesto. La porción 326 protectora puede reducir alternativa o adicionalmente la pérdida de calor de la porción 324 susceptora, que de otro modo podría perderse al medio ambiente y, por lo tanto, la porción 326 protectora puede mejorar la eficiencia de calentamiento del susceptor 310 compuesto.
Por ejemplo, cuando la porción 324 susceptora es de un material ferromagnético tal como cobalto o níquel, la porción 324 susceptora puede volverse cada vez más susceptible a la oxidación a medida que aumenta la temperatura. Esto puede aumentar la pérdida de calor debido a la radiación al aumentar la emisividad relativa (er) con respecto a la superficie del metal no oxidado, mejorando la tasa a la que se pierde energía a través de la radiación. Si la energía irradiada acaba perdiéndose en el medio ambiente, entonces dicha radiación puede reducir la eficiencia energética del sistema. La oxidación también puede reducir la resistencia de la porción 324 susceptora a la corrosión química, lo que puede dar como resultado un acortamiento de la vida útil del elemento calefactor. La porción 326 protectora resistente al calor puede reducir estos efectos. Como se mencionó anteriormente, en algunos ejemplos, la porción 326 protectora se puede aplicar mediante deposición física de vapor, pero en otros ejemplos, la porción 326 protectora puede proporcionarse tratando químicamente la porción 324 susceptora para estimular el crecimiento de una película protectora sobre la porción 324 susceptora, o la formación de una capa protectora de óxido usando un proceso tal como anodización. En algunos ejemplos, la porción susceptora puede estar encapsulada, por ejemplo, la porción 326 protectora resistente al calor y la porción 322 de soporte pueden encapsular juntas la porción 224 susceptora. En algunos ejemplos, la porción 326 protectora resistente al calor puede encapsular la porción 324 susceptora y la porción 322 de soporte. En algunos ejemplos, la porción 326 protectora resistente al calor puede tener una conductividad eléctrica baja o nula, lo que puede evitar la inducción de corrientes eléctricas en la porción 326 protectora resistente al calor en lugar de la porción 324 susceptora.
La figura 4 ilustra esquemáticamente con más detalle algunos de los componentes del aparato 100 descrito anteriormente con referencia a la figura 1, de acuerdo con un ejemplo. Los componentes que son iguales o similares a los descritos anteriormente con referencia a la figura 1 reciben los mismos numerales de referencia y no se describirán en detalle nuevamente.
Con referencia a la figura 4, la disposición 106 de accionamiento comprende un accionador 432 y un controlador 430 del accionador. El accionador 432 está conectado eléctricamente a la batería 104. Específicamente, el accionador 432 está conectado a un terminal positivo de la batería 104, que proporciona un potencial eléctrico relativamente alto v 434, y a un terminal negativo de la batería o a tierra, lo que proporciona un potencial eléctrico GND 436 relativamente bajo, nulo o negativo. Por lo tanto, se establece un voltaje a través del accionador 432.
El accionador 432 está conectado eléctricamente al elemento 108 de inducción. El elemento de inducción puede tener una inductancia L. El accionador 432 puede estar conectado eléctricamente al elemento 108 de inducción a través de un circuito que comprende un condensador (no mostrado) que tiene una capacitancia C y el elemento 108 de inducción conectado en serie, es decir, un circuito LC en serie.
El accionador 432 está dispuesto para proporcionar, a partir de una corriente continua de entrada desde la batería 104, una corriente alterna al elemento 108 de inducción en uso. El accionador 432 está conectado eléctricamente a un controlador 430 del accionador, que comprende, por ejemplo, una circuitería lógica. El controlador 430 del accionador está dispuesto para controlar el accionador 432, o componentes del mismo, para proporcionar la corriente alterna de salida a partir de la corriente continua de entrada. En un ejemplo, como se describe con más detalle a continuación, el controlador 430 del accionador puede estar dispuesto para controlar la provisión de un potencial de conmutación a los transistores del accionador 432 en momentos variables para hacer que el accionador 432 produzca la corriente alterna. El controlador 430 del accionador puede estar conectado eléctricamente a la batería 104, de la cual puede derivarse el potencial de conmutación.
El controlador 430 del accionador puede estar dispuesto para controlar la frecuencia de la corriente alterna accionada a través del elemento 108 de inducción. Como se mencionó anteriormente, los circuitos LC pueden exhibir resonancia. El controlador 208 del accionador puede controlar la frecuencia de la corriente alterna accionada a través de un circuito LC en serie que comprende el elemento 108 de inducción para que esté en o cerca de la frecuencia resonante del circuito LC. Por ejemplo, la frecuencia de accionamiento puede estar en el rango de MHz (Mega Hertz), por ejemplo en el rango de 0.5 a 2.5 MHz, por ejemplo 2 MHz. Se apreciará que se pueden usar otras frecuencias, por ejemplo dependiendo del circuito particular (y/o componentes del mismo) y/o del susceptor 110 usado. Por ejemplo, se apreciará que la frecuencia resonante del circuito puede depender de la inductancia L y la capacitancia C del circuito, que a su vez puede depender del inductor 108, condensador (no mostrado) y susceptor 110 usados. Cabe señalar que en algunos ejemplos, la capacitancia puede ser cero o cercana a cero. En tales ejemplos, el comportamiento resonante del circuito puede ser insignificante.
La disposición 106 de accionamiento puede estar dispuesta para controlar la forma de onda de la corriente alterna producida. En un ejemplo, como se describe con más detalle a continuación, la forma de onda puede ser una forma de onda cuadrada, por ejemplo una forma de onda cuadrada bipolar. En otros ejemplos, la forma de onda puede ser una forma de onda triangular o una forma de onda en diente de sierra, o incluso cualquier forma de onda que comprenda un componente de frecuencia fundamental que tenga una primera frecuencia y uno o más componentes de frecuencia adicionales, cada uno de los cuales tenga una frecuencia mayor que la primera frecuencia. En este sentido, la frecuencia fundamental de la forma de onda es la frecuencia de accionamiento del circuito LC.
En uso, cuando el controlador 430 del accionador es activado, por ejemplo por un usuario, el controlador 430 del accionador puede controlar el accionador 432 para accionar corriente alterna a través del elemento 108 de inducción, calentando así inductivamente el susceptor 110 (que luego puede calentar un material generador de aerosol (no mostrado en la figura 4) para producir un aerosol para inhalación por parte de un usuario, por ejemplo).
Con referencia ahora a la figura 5, se ilustra esquemáticamente con más detalle un accionador 432 de acuerdo con un ejemplo. El accionador 432 ilustrado en la figura 5 puede usarse como el accionador 432 descrito anteriormente con referencia a la figura 4, y/o puede usarse como parte de la disposición 106 de accionamiento descrita anteriormente con referencia a las figuras 1 y/o 4. En este ejemplo, el accionador 432 es un accionador 432 de puente H. El accionador 432 comprende una pluralidad de transistores, en este ejemplo, cuatro transistores Q1, Q2, Q3, Q4, dispuestos en una configuración de puente H (tenga en cuenta que los transistores dispuestos o conectados en una configuración de puente H pueden denominarse puente H). La configuración del puente H comprende un par de transistores Q1, Q2 del lado alto y un par de transistores Q3, Q4 del lado bajo. Un primer transistor Q1 del par del lado alto está eléctricamente adyacente a un tercer transistor Q3 del par del lado bajo, y un segundo transistor Q2 del par del lado alto está eléctricamente adyacente a un cuarto transistor del par del lado bajo. El par del lado alto se conecta a un primer potencial eléctrico v 434 mayor que un segundo potencial eléctrico GND 436 al que se conecta el par del lado bajo. En este ejemplo, el accionador 432 está dispuesto para la conexión de la fuente 104 de potencia de DC (no mostrada en la figura 5) a través de un primer punto 545 entre el par de transistores Q1, Q2 del lado alto y un segundo punto 546 entre el par de transistores Q3, Q4 del lado bajo. Por lo tanto, durante el uso, se establece una diferencia de potencial entre el primer punto 545 y el segundo punto 546.
El accionador de ejemplo 432 ilustrado en la figura 5 está conectado eléctricamente y dispuesto para accionar el elemento 108 de inducción. Específicamente, el elemento 108 de inducción está conectado a través de un tercer punto 548 entre uno del par de transistores Q2 del lado alto y uno del par de transistores Q4 del lado bajo y un cuarto punto 547 entre el otro par de transistores Q1 del lado alto y el otro del segundo par de transistores Q3 del lado bajo.
En este ejemplo, cada transistor es un transistor Q1, Q2, Q3, Q4 de efecto de campo controlable mediante un potencial de conmutación proporcionado por el controlador del accionador (no mostrado en la figura 5), a través de las líneas 541, 542, 543, 544 de control respectivamente, para permitir sustancialmente que la corriente pase a través de ellas en uso. Por ejemplo, cada transistor Q1, Q2, q 3, Q4 de efecto de campo está dispuesto de manera que, cuando el potencial de conmutación se proporciona al transistor Q1, Q2, Q3, Q4 de efecto de campo, entonces el transistor Q1, Q2, Q3, Q4 de efecto de campo permite sustancialmente que la corriente pase a través del mismo, y cuando no se proporciona el potencial de conmutación al transistor Q1, Q2, Q3, Q4 de efecto de campo, entonces el transistor Q1, Q2, Q3, Q4 de efecto de campo impide sustancialmente que la corriente pase a su través.
En este ejemplo, el controlador del accionador (no mostrado en la figura 5, pero véase el controlador 430 del accionador en la figura 4) está dispuesto para controlar el suministro del potencial de conmutación a cada transistor de efecto de campo, a través de las líneas 541, 542, 543, 544 de suministro de forma independiente, para controlar de este modo de forma independiente si cada transistor Q1, Q2, Q3, Q4 respectivo está en un modo "encendido" (es decir, modo de baja resistencia donde la corriente pasa a través del mismo) o en un modo "apagado" (es decir, modo de alta resistencia donde sustancialmente no pasa corriente a través del mismo).
Controlando la temporización de la provisión del potencial de conmutación a los respectivos transistores Q1, Q2, Q3, Q4 de efecto de campo, el controlador 430 del accionador puede provocar que se proporcione corriente alterna al elemento 108 de inducción. Por ejemplo, en un primer momento, el controlador 430 de accionamiento puede estar en un primer estado de conmutación, en el que se proporciona un potencial de conmutación al primer y cuarto transistores Q1, Q4 de efecto de campo, pero no proporcionado al segundo y al tercer transistores<q>2, Q3 de efecto de campo. Por lo tanto, el primer y cuarto transistores Q1, Q4 de efecto de campo estarán en un modo de baja resistencia, mientras que el segundo y tercer transistores Q2, Q3 de efecto de campo estarán en un modo de alta resistencia. Por lo tanto, en este primer momento, la corriente fluirá desde el primer punto 545 del accionador 432, a través del primer transistor Q1 de efecto de campo, a través del elemento 108 de inducción en una primera dirección (de izquierda a derecha en el sentido de la figura 5), a través del cuarto transistor Q4 de efecto de campo hasta el segundo punto 546 del accionador 432. Sin embargo, en un segundo momento, el controlador 430 del accionador puede estar en un segundo estado de conmutación, donde se proporciona un potencial de conmutación al segundo y tercer transistores Q2, Q3 de efecto de campo, pero no se proporciona al primer y cuarto transistores Q1, Q4 de efecto de campo. Por lo tanto, el segundo y tercer transistores Q2, Q3 de efecto de campo estarán en un modo de baja resistencia, mientras que el primer y cuarto transistores Q1, Q4 de efecto de campo estarán en un modo de alta resistencia. Por lo tanto, en este segundo momento, la corriente fluirá desde el primer punto 545 del accionador 432, a través del segundo transistor Q2 de efecto de campo, a través del elemento 108 de inducción en una segunda dirección opuesta a la primera dirección (es decir, de derecha a izquierda en el sentido de la figura 5), a través del tercer transistor Q3 de efecto de campo hasta el segundo punto 546 del accionador 432. Por lo tanto, alternando entre el primer y el segundo estado de conmutación, el controlador 430 del accionador puede controlar el accionador 432 para proporcionar (es decir, accionar) corriente alterna a través del elemento 108 de inducción. De tal manera, la disposición 106 de accionador puede por lo tanto accionar una corriente alterna a través del elemento 108 de inducción.
En este ejemplo, la corriente alterna accionada a través del elemento 108 de inducción puede tener una forma de onda sustancialmente cuadrada. Específicamente, la corriente alterna tendrá una forma de onda cuadrada sustancialmente bipolar (es decir, la forma de onda de la corriente alterna tiene una primera porción sustancialmente cuadrada para valores de corriente positivos (es decir, corriente que fluye en una primera dirección la primera vez), y una segunda porción sustancialmente cuadrada para valores de corriente negativos (es decir, corriente que fluye en una segunda dirección opuesta a la primera dirección en el segundo momento). Sin embargo, como se describe con más detalle a continuación, en otro ejemplo, se pueden usar otras disposiciones 106 de accionamiento para producir corriente alterna que tenga otras formas. Por ejemplo, la disposición 106 de accionamiento puede comprender un generador de señales tal como un generador de funciones o un generador de formas de onda arbitrarias capaz de generar uno o más tipos de formas de onda, que luego puede usarse, por ejemplo con amplificadores adecuados, para hacer que la corriente alterna sea accionada en el elemento 108 de inducción según esa forma de onda.
Con referencia ahora a las figuras 6a a 6j, las figuras 6b, 6d, 6f, 6h y 6j ilustran esquemáticamente una gráfica en el espacio de frecuencia de los componentes de frecuencia de las formas de onda de corriente alterna de las figuras 6a, 6c, 6e, 6g y 6i, respectivamente.
La figura 6a ilustra esquemáticamente una forma de onda sinusoidal de corriente alterna I en función del tiempo t. La forma de onda sinusoidal tiene una frecuencia F, es decir, en la figura 6a, la corriente I varía en función del tiempo t de acuerdo con la ecuación I = sen (2nFt). La figura 6b ilustra esquemáticamente una gráfica en el espacio de frecuencia de los componentes de frecuencia de la forma de onda sinusoidal en la figura 6a. En otras palabras, se puede considerar que el gráfico de la figura 6b representa la transformada de Fourier de la forma de onda de la figura 6b. Específicamente, la figura 6b representa la amplitud A de la forma de onda frente a la frecuencia f. En el gráfico esquemático de la figura 6b, la amplitud A se ha normalizado para que sea 1 para la amplitud A más grande del espectro. El gráfico de la figura 6b ilustra que la forma de onda sinusoidal pura de la figura 6a solo tiene un componente de frecuencia en la frecuencia F. En otras palabras, toda la amplitud o energía de la forma de onda sinusoidal de la figura 6a está contenida en la frecuencia F, es decir, el componente de frecuencia fundamental de la forma de onda.
La figura 6c ilustra esquemáticamente un gráfico de otro ejemplo de forma de onda de corriente alterna I en función del tiempo t. En este ejemplo, la forma de onda comprende un componente sinusoidal fundamental que tiene una frecuencia F, así como un componente sinusoidal adicional que tiene una frecuencia 2F. En otras palabras, en la figura 6c, la corriente I varía en función del tiempo t de acuerdo con la ecuación I = sen (2nFt) B sen (2n2Ft), donde B es una constante arbitraria. La figura 6d ilustra esquemáticamente una gráfica en el espacio de frecuencia (es decir, frecuencia f frente a amplitud A) de los componentes de frecuencia de la forma de onda en la figura 6c. Nuevamente, la amplitud A se ha normalizado para que sea 1 para la amplitud A más grande del espectro. El gráfico de la figura 6d ilustra que la forma de onda de la figura 6c tiene un componente de frecuencia fundamental que tiene una frecuencia F y un componente de frecuencia adicional que tiene una frecuencia de 2F. Como se ilustra, parte de la amplitud o energía de la forma de onda de la figura 6c está contenida en la frecuencia F, es decir, el componente de frecuencia fundamental de la forma de onda, y parte de la amplitud o energía de la forma de onda está contenida en la frecuencia 2F (es decir, en una frecuencia dos veces mayor que la de F).
La figura 6e ilustra esquemáticamente otro gráfico de ejemplo de una forma de onda de corriente alterna I en función del tiempo t. En este ejemplo, la forma de onda es una forma de onda cuadrada, específicamente una forma de onda cuadrada bipolar (es decir, donde la forma de onda comprende una porción cuadrada de flujo de corriente positivo seguida de una porción cuadrada de flujo de corriente negativo). En este ejemplo, la forma de onda cuadrada tiene una frecuencia fundamental F. Como se sabe, la expansión de Fourier de una onda cuadrada comprende una suma (en el ideal una suma infinita, pero en la práctica no infinita) de ondas sinusoidales, que comprende el componente de frecuencia fundamental en la frecuencia F, y otros componentes de frecuencia en múltiplos enteros impares k de F, donde las amplitudes relativas de los componentes de frecuencia están dadas por 1/k. Por ejemplo, si la amplitud del componente de frecuencia fundamental de la frecuencia F se toma como 1, entonces la amplitud del primer componente de frecuencia adicional en la frecuencia 3F sería 1/3, la amplitud del segundo componente de frecuencia en la frecuencia 5F sería 1/5, la amplitud del tercer componente de frecuencia en la frecuencia 7F sería 1/7, y así sucesivamente. Para facilitar la referencia, esta serie se puede representar de acuerdo con la convención (F) 1/3(3F) 1/5(5F) 1/7(7F) .... La figura 6f ilustra esquemáticamente una gráfica en el espacio de frecuencia (es decir, frecuencia f frente a amplitud A) de los componentes de frecuencia de la forma de onda en la figura 6e. Nuevamente, la amplitud A se ha normalizado para que sea 1 para la amplitud A más grande del espectro. El gráfico de la figura 6f ilustra que la forma de onda cuadrada comprende el componente de frecuencia fundamental que tiene la frecuencia F, así como otros componentes de frecuencia en múltiplos enteros impares (armónicos impares) de la frecuencia fundamental F, es decir, 3F, 5F, etc., teniendo amplitudes relativas representadas como 1(F); 1/3(3F); 1/5(5F), etc. En otras palabras, como se ilustra, parte de la amplitud o energía de la forma de onda de la figura 6e está contenida en la frecuencia F, es decir, el componente de frecuencia fundamental de la forma de onda; un tercio de la energía que hay en el componente de frecuencia fundamental está contenida en el componente de frecuencia adicional en la frecuencia 3F, y una quinta parte de la energía que en el componente de frecuencia fundamental está contenida en el componente de frecuencia adicional en la frecuencia 5F (y así sucesivamente). En general, alrededor del 80% de la energía de la forma de onda cuadrada está contenida en el componente de frecuencia fundamental y alrededor del 20% de la energía de la forma de onda cuadrada está contenida en otros componentes de frecuencia de mayor frecuencia.
La figura 6g ilustra esquemáticamente otro gráfico de ejemplo de una forma de onda de corriente alterna I en función del tiempo t. En este ejemplo, la forma de onda es triangular. En este ejemplo, la forma de onda triangular tiene una frecuencia fundamental F. Como es sabido, la expansión de Fourier de una onda triangular comprende una suma (en el ideal una suma infinita, pero en la práctica no infinita) de ondas sinusoidales, conforme a una secuencia (en la forma de la convención introducida anteriormente) de (F) -1/9(3F) 1/25(5F) - 1/49(7F) .... La figura 6h ilustra esquemáticamente una gráfica en el espacio de frecuencia (es decir, frecuencia f frente a amplitud A) de los componentes de frecuencia de la forma de onda en la figura 6g. Nuevamente, la amplitud A se ha normalizado para que sea 1 para la amplitud A más grande del espectro. El gráfico de la figura 6h ilustra que la forma de onda triangular comprende el componente de frecuencia fundamental que tiene la frecuencia F, así como otros componentes de frecuencia en múltiplos enteros impares (armónicos impares) de la frecuencia fundamental F, es decir, 3F, 5F, etc., teniendo amplitudes relativas representadas como 1(F); 1/9(3F); 1/25(5F), etc. En otras palabras, como se ilustra, parte de la amplitud o energía de la forma de onda de la figura 6g está contenida en la frecuencia F, es decir, el componente de frecuencia fundamental de la forma de onda; una novena parte de la energía que hay en el componente de frecuencia fundamental está contenida en el componente de frecuencia adicional en la frecuencia 3F, y una 25a parte de la energía que en el componente de frecuencia fundamental está contenida en el componente de frecuencia adicional en la frecuencia 5F (y así sucesivamente).
La figura 6i ilustra esquemáticamente otro gráfico de ejemplo de una forma de onda de corriente alterna I en función del tiempo t. En este ejemplo, la forma de onda es una forma de onda en diente de sierra. En este ejemplo, la forma de onda en diente de sierra tiene una frecuencia fundamental F. Como se sabe, la expansión de Fourier de una onda en diente de sierra comprende una suma (en el ideal una suma infinita, pero en la práctica no infinita) de ondas sinusoidales, conforme a una secuencia (en la forma de la convención introducida anteriormente) de (F) -1/2(2F) 1/3(3F)- 1/4(4F) .... La figura 6j ilustra esquemáticamente una gráfica en el espacio de frecuencia (es decir, frecuencia f frente a amplitud A) de los componentes de frecuencia de la forma de onda en la figura 6i. Nuevamente, la amplitud A se ha normalizado para que sea 1 para la amplitud A más grande del espectro. El gráfico de la figura 6j ilustra que la forma de onda en diente de sierra comprende el componente de frecuencia fundamental que tiene la frecuencia F, así como otros componentes de frecuencia en múltiplos enteros (armónicos) de la frecuencia fundamental F, es decir, 2F, 3F, etc., teniendo amplitudes relativas representadas como 1(F); 1/2(2F); 1/3(3F), etc. En otras palabras, como se ilustra, parte de la amplitud o energía de la forma de onda de la figura 6i está contenida en la frecuencia F, es decir, el componente de frecuencia fundamental de la forma de onda; la mitad de la energía que en el componente de frecuencia fundamental está contenida en el componente de frecuencia adicional en la frecuencia 2F, y un tercio de la energía que en el componente de frecuencia fundamental está contenida en el componente de frecuencia adicional en la frecuencia 3F (y así sucesivamente).
Por lo tanto, en cada una de las figuras 6c, 6e, 6g y 6i (por ejemplo, cuadrada, triangular, en diente de sierra), la corriente alterna tiene una forma de onda que comprende un componente de frecuencia fundamental que tiene una primera frecuencia (por ejemplo, F) y uno o más componentes de frecuencia adicionales, cada uno de los cuales tiene una frecuencia mayor que la primera frecuencia. Por ejemplo, la primera frecuencia puede ser una frecuencia F en el rango de 0.5 MHz a 2.5 MHz, y la frecuencia de cada uno de uno o más componentes de frecuencia adicionales puede ser nF, donde n es un número entero positivo mayor que 1. Por ejemplo, en el caso de la forma de onda cuadrada (o no), n puede ser un número entero positivo impar mayor que 1. Por ejemplo, la primera frecuencia F puede ser 2 MHz, y la frecuencia del primer componente de frecuencia adicional en el caso de una forma de onda cuadrada (o no) puede ser 3*2 MHz, es decir, 6 MHz. Se apreciará que existen muchos ejemplos de formas de onda, además de los ejemplos mostrados en las figuras 6c, 6e, 6g y 6i, que comprenden un componente de frecuencia fundamental que tiene una primera frecuencia (por ejemplo, F) y uno o más componentes de frecuencia adicionales, cada uno de los cuales tiene una frecuencia mayor que la primera frecuencia, que pueden usarse en su lugar. No obstante, cabe señalar que, entre las posibles formas de onda que cumplen este criterio, la forma de onda cuadrada tiene una alta proporción (alrededor del 20%) de su energía en componentes de frecuencia de orden mayor, y por lo tanto puede proporcionar beneficios particulares en la reducción de la profundidad de la piel de la corriente alterna inducida en la porción susceptora del susceptor, como se describe con más detalle a continuación.
Como se mencionó anteriormente, la profundidad de la piel puede definirse como una profundidad característica en la que el campo magnético alterno producido por el elemento 108 de inducción penetra en la porción susceptora para provocar un calentamiento inductivo. Específicamente, la profundidad de la piel puede definirse como la profundidad debajo de la superficie del susceptor donde la densidad de corriente inducida cae a 1/e (es decir, aproximadamente 0.37) de su valor en la superficie del susceptor. La profundidad de la piel depende de la frecuencia f de la corriente inducida y, por tanto, a su vez, depende de la frecuencia del campo magnético alterno producido por el elemento de inducción y, por tanto, a su vez, depende de la frecuencia de la corriente alterna accionada a través del elemento de inducción. Por ejemplo, la frecuencia de la corriente inducida puede ser la misma que la frecuencia de la corriente alterna accionada a través del elemento de inducción. Específicamente, la profundidad de la piel 8 puede venir dada por:
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donde p es la resistividad del susceptor, f es la frecuencia de la corriente inducida (que puede ser la misma que la frecuencia de la corriente alterna accionada a través del elemento de inducción), y j = j j donde |Jr es la permeabilidad magnética relativa del susceptor y jo es la permeabilidad del espacio libre.
Accionar el elemento de inducción con una corriente que tiene una forma de onda que comprende un componente de frecuencia fundamental que tiene una primera frecuencia y uno o más componentes de frecuencia adicionales que tienen una frecuencia mayor que la primera frecuencia, a su vez hace que el campo magnético alterno producido por el elemento de inducción comprenda un componente de frecuencia fundamental que tiene la primera frecuencia y uno o más componentes de frecuencia adicionales que tienen una frecuencia mayor que la primera frecuencia, lo que hace que la corriente alterna inducida en el susceptor comprenda un componente de frecuencia fundamental que tiene la primera frecuencia y uno o más componentes de frecuencia adicionales que tienen una frecuencia mayor que la primera frecuencia. Los demás componentes de frecuencia de la corriente inducida están asociadas a una profundidad de piel más pequeña que las componentes de frecuencia fundamentales de la corriente inducida. Por lo tanto, accionar el elemento de inducción con una corriente alterna que tiene una forma de onda que comprende el componente de frecuencia fundamental y el uno o más componentes de frecuencia más alta pueden por lo tanto permitir que una mayor proporción de la transferencia de energía inductiva desde el elemento de inducción al susceptor se produzca a distancias relativamente pequeñas desde la superficie del elemento de inducción, por ejemplo, en comparación con el uso de la frecuencia fundamental únicamente. Esto puede permitir ventajas.
Por ejemplo, hacer que una mayor proporción de la transferencia de energía inductiva desde el elemento de inducción al susceptor se produzca a distancias relativamente pequeñas desde la superficie del elemento de inducción puede permitir que se reduzca el grosor de la porción 224, 324 susceptora mientras se mantiene sustancialmente un valor dado. Eficiencia de transferencia de energía inductiva. Por ejemplo, una corriente alterna que tiene una forma de onda sinusoidal pura de frecuencia F puede tener el 100% de la transferencia de energía inductiva ocurriendo a la frecuencia F y, por lo tanto, puede tener una profundidad superficial dentro de la cual tiene lugar una proporción determinada de la transferencia de energía inductiva. Sin embargo, para una corriente alterna de forma de onda cuadrada que tiene la misma frecuencia fundamental F, alrededor del 20% de la transferencia de energía inductiva es proporcionada por los componentes de frecuencia adicionales de mayor frecuencia (y, por lo tanto, profundidades inferiores de piel asociadas), y por tanto se reducirá la profundidad de la piel dentro de la cual tiene lugar la proporción dada de transferencia de energía inductiva. Por consiguiente, la porción 224, 324 susceptora puede hacerse más delgada (en comparación con el caso en el que se usa la forma de onda sinusoidal pura), sin reducir la eficiencia de absorción dada. Por consiguiente, se puede usar menos material (por ejemplo material ferromagnético, por ejemplo níquel o cobalto) para la porción susceptora, lo que a su vez puede permitir que se reduzca el coste de la porción susceptora y/o que se aumente la eficiencia de producir la porción 224, 324 susceptora.
Como otro ejemplo, hacer que una mayor proporción de la transferencia de energía inductiva desde el elemento de inducción al susceptor se produzca a distancias relativamente pequeñas desde la superficie del elemento de inducción puede permitir que se aumente la eficiencia de la transferencia de energía inductiva para un grosor de porción susceptora determinado (por ejemplo, uno en el que, de otro modo, la profundidad de la piel podría ser mayor que el grosor de la porción susceptora). Por ejemplo, una porción 224, 324 susceptora determinada puede tener un grosor determinado. Cuando se utiliza una corriente alterna de forma de onda sinusoidal pura de frecuencia F, la profundidad de la piel puede ser mayor que el grosor de la porción 224, 324 susceptora y, por lo tanto, se puede lograr una transferencia de energía inductiva relativamente baja. Sin embargo, para una corriente alterna de forma de onda cuadrada que tiene la misma frecuencia fundamental F, alrededor del 20% de la transferencia de energía inductiva es proporcionada por los componentes de frecuencia adicionales de mayor frecuencia (y, por lo tanto, profundidades inferiores de piel asociadas), y por lo tanto puede haber una transferencia de energía inductiva relativamente mayor a la porción susceptora que tiene el grosor dado y, por lo tanto, la eficiencia de la transferencia de energía inductiva a la porción 224, 324 susceptora puede incrementarse relativamente.
Con referencia a la figura 7, se ilustra un método de ejemplo para operar un aparato generador de aerosol. Por ejemplo, el aparato generador de aerosol puede ser el aparato 100 generador de aerosol descrito anteriormente con referencia a una cualquiera de las figuras 1 a 5. Por ejemplo, el aparato 100 generador de aerosol puede comprender un susceptor 110, 210, 310 compuesto dispuesto para calentar un material 116 generador de aerosol para generar de ese modo un aerosol. Como se describió anteriormente, el susceptor compuesto puede comprender una porción 222, 322 de soporte resistente al calor y una porción 224, 324 susceptora soportada por la porción 222, 322 de soporte. Por ejemplo, como se describió anteriormente, la porción 222, 322 de soporte puede ser o comprender uno o más de un metal tal como acero inoxidable, aluminio, acero, cobre; una aleación de metal, un material cerámico y un material plástico, y/o un polímero de alta temperatura (es decir, resistente al calor) tal como poliéter éter cetona (PEEK) y/o Kapton. En algunos ejemplos, la porción de soporte puede comprender papel. Por ejemplo, como se describió anteriormente, la porción 224, 324 susceptora puede ser o comprender un material ferromagnético, por ejemplo níquel o cobalto, por ejemplo formado como un recubrimiento sobre la estructura de soporte, por ejemplo que tiene un grosor menor a 50 micrómetros, por ejemplo menor a 20 micrómetros, por ejemplo entre 10 y 20 micrómetros, o por ejemplo unos pocos micrómetros. El aparato puede comprender además un elemento 108 de inducción dispuesto para la transferencia de energía inductiva al menos a la porción 224, 324 susceptora del susceptor210 compuesto.
El método comprende, en el paso 700, accionar el elemento 108 de inducción con una corriente alterna para provocar de ese modo la transferencia de energía inductiva a la porción 224, 324 susceptora, provocar de ese modo el calentamiento del material 116 generador de aerosol mediante el susceptor 110, 210, 310 compuesto, para generar de ese modo el aerosol; en donde la corriente alterna tiene una forma de onda que comprende un componente de frecuencia fundamental que tiene una primera frecuencia (F) y uno o más componentes de frecuencia adicionales, cada uno de los cuales tiene una frecuencia mayor que la primera frecuencia (F). Por ejemplo, como se describió anteriormente, uno o más componentes de frecuencia adicionales pueden ser armónicos del componente de frecuencia fundamental (es decir, que tienen frecuencias de múltiplos enteros de la frecuencia fundamental), por ejemplo, armónicos impares (es decir, que tienen frecuencias de múltiplos enteros impares de la frecuencia fundamental). Por ejemplo, como se describió anteriormente, la forma de onda puede ser una forma de onda triangular, una forma de onda en diente de sierra y una forma de onda cuadrada. Por ejemplo, como se describió anteriormente, la forma de onda puede ser una forma de onda cuadrada bipolar. El accionamiento del elemento de inducción con la corriente alterna se puede realizar mediante una disposición de accionador, por ejemplo, la disposición 106 de accionador descrita anteriormente con referencia a una cualquiera de las figuras 1 a 6, que puede comprender, por ejemplo, transistores en una disposición de puente en H controlados para producir una corriente de accionamiento que tiene una forma de onda cuadrada, como se describió anteriormente.
De una manera similar a la descrita anteriormente, el método puede proporcionar que se reduzca el coste de la porción 224, 324 susceptora mientras se mantiene sustancialmente una eficiencia de transferencia de energía inductiva determinada (y por lo tanto la eficiencia de generación de aerosol), y/o permitir una eficiencia de transferencia de energía inductiva mejorada (y por lo tanto una eficiencia de generación de aerosol) para una porción 224, 324 susceptora de grosor dada.
Por lo tanto, de acuerdo con los ejemplos anteriores, se puede proporcionar un dispositivo generador de aerosol mejorado y un método para producir un aerosol.
En los ejemplos descritos anteriormente, un elemento 108 de inducción se acciona con corriente alterna que tiene una forma de onda (por ejemplo, una forma de onda cuadrada) que comprende un componente de frecuencia fundamental y uno o más componentes de frecuencia más alta (por ejemplo, armónicos), para provocar la transferencia de energía inductiva a una porción 223, 324 susceptora de un susceptor 110, 210, 310 compuesto, el susceptor 110, 210, 310 compuesto que comprende la porción 224, 324 susceptora y una porción de soporte que soporta la porción 224, 324 susceptora. Algunos beneficios de esta disposición se analizan anteriormente. Sin embargo, también se señala lo siguiente:
Dado que la porción 222 de soporte soporta la porción 224, 324 susceptora, la porción 224 susceptora puede hacerse delgada (por ejemplo, 50 micrómetros, por ejemplo no más de 20 micrómetros, por ejemplo entre aproximadamente 10 y 20 micrómetros, por ejemplo alrededor de 15 micrómetros o por ejemplo unos pocos micrómetros) porque la porción 224, 324 susceptora no necesita soportarse a sí misma. Tener una porción 224, 324 susceptora delgada puede permitir numerosos beneficios. Por ejemplo, la masa de la porción 224, 324 susceptora puede ser relativamente pequeña y, por lo tanto, la porción 224, 324 susceptora puede calentarse relativamente rápido para una transferencia de energía inductiva determinada, y por lo tanto, a su vez, se puede aumentar la tasa de calentamiento del material generador de aerosol, lo que puede proporcionar un rendimiento de calentamiento más sensible y/o una eficiencia energética general mejorada. Como otro ejemplo, la cantidad de material de la porción 224 susceptora puede ser relativamente pequeña, ahorrando así costes del material susceptor. Como otro ejemplo, el grosor de la porción 224, 324 susceptora puede ser relativamente pequeño, lo que puede permitir que el tiempo y los costes asociados con la fabricación de la porción 224, 324 susceptora, para reducirlo, por ejemplo, mediante deposición, revestimiento químico y/o electroquímico y/o evaporación al vacío. Como otro ejemplo, para la fabricación de la porción susceptora mediante deposición o evaporación, por ejemplo, la morfología de la capa de la porción susceptora depositada puede empeorar al aumentar el grosor de la capa, y por lo tanto, tener una porción 224, 324 susceptora delgada puede permitir que la calidad general de la capa sea relativamente alta, lo que puede permitir, por ejemplo, un rendimiento mejorado.
Por lo tanto, el susceptor 110, 210, 310 compuesto permite el uso de porciones 224, 324 susceptoras relativamente delgadas, que pueden tener beneficios como los anteriores. Sin embargo, las porciones 224, 324 susceptoras relativamente delgadas podrían en principio tener el inconveniente de que la eficiencia de la transferencia de energía inductiva desde el elemento 108 de inducción a la porción 224, 324 susceptora relativamente delgada puede ser relativamente pequeña. Por ejemplo, como se describió anteriormente, esto puede deberse a que la profundidad de la piel (la profundidad característica en la que el campo magnético alterno producido por el elemento 108 de inducción penetra la porción susceptora para provocar el calentamiento inductivo) puede ser mayor que el grosor de la porción 224, 324 susceptora, lo que significa que la eficiencia de acoplamiento de la transferencia de energía inductiva desde el elemento 108 de inducción a la porción 224, 324 susceptora puede ser relativamente baja. Sin embargo, este posible inconveniente de los susceptores 110, 210, 310 compuestos puede abordarse, según los ejemplos descritos en este documento, accionando el elemento 108 de inducción con corriente alterna que tiene una forma de onda que comprende un componente de frecuencia fundamental y uno o más componentes de frecuencia más alta (por ejemplo, armónicos). Dado que la profundidad de la piel disminuye con el aumento de la frecuencia, los componentes de frecuencia más alta pueden ayudar a garantizar que, para la porción 224, 324 susceptora relativamente delgada del susceptor 110, 210, 310 compuesto, no obstante, se puede lograr una eficiencia de acoplamiento relativamente alta de la transferencia de energía inductiva desde el elemento 108 de inducción a la porción 224, 324 susceptora. Esto se puede lograr, por ejemplo, sin aumentar la frecuencia fundamental de la corriente alterna de accionamiento. Como se describió anteriormente, de tales formas de onda, la forma de onda cuadrada, tal como la forma de onda cuadrada bipolar, tiene una proporción particularmente alta de su energía en componentes de frecuencia más alta, y por lo tanto puede permitir una eficiencia de acoplamiento particularmente alta a la porción 224, 324 susceptora del susceptor 110, 210, 310 compuesto. Además, como se describe, la forma de onda cuadrada, por ejemplo, una forma de onda cuadrada bipolar, puede generarse usando una disposición 432 de accionador relativamente económica y sencilla.
Por lo tanto, la combinación del susceptor 110, 210, 310 compuesto y el accionamiento del elemento de inducción con una corriente alterna que tiene una forma de onda (por ejemplo, una forma de onda cuadrada) que comprende un componente de frecuencia fundamental y uno o más componentes de frecuencia más alta, puede permitir la reducción de costes, por ejemplo, al mismo tiempo que ayuda a garantizar una eficiencia de transferencia de energía relativamente alta y, por lo tanto, puede permitir un dispositivo y método de generación de aerosol mejorados.
Aunque en ciertos ejemplos descritos anteriormente la porción susceptora del susceptor compuesto comprende un recubrimiento sobre la porción de soporte, en otros ejemplos la porción susceptora y la porción de soporte pueden cada una comprender una lámina de material. La porción de soporte puede ser separable de la porción susceptora. La porción de soporte puede entonces hacer tope con la porción susceptora para soportar la porción susceptora, por ejemplo. la porción de soporte puede rodear la porción susceptora. Por ejemplo, la porción susceptora puede comprender una primera lámina de un material configurado para envolverse alrededor del material generador de aerosol, mientras que la porción de soporte comprende una segunda lámina de material configurada para envolverse alrededor de la primera lámina para soportar la primera lámina. En uno de tales ejemplos, la porción de soporte está formada de papel. La porción susceptora puede estar formada por cualquier material adecuado para generar calor debido al campo magnético alterno. Por ejemplo, la porción susceptora puede comprender aluminio.
Los ejemplos anteriores deben entenderse como ejemplos ilustrativos de la invención. Debe entenderse que cualquier característica descrita en relación con un cualquier ejemplo puede usarse sola o en combinación con otras características descritas, y también puede usarse en combinación con una o más características de cualquier otro de los ejemplos, o cualquier combinación de cualquier otro de los otros ejemplos. Además, también se pueden emplear equivalentes y modificaciones no descritas anteriormente sin apartarse del alcance de la invención, que se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (21)

REIVINDICACIONES
1. Aparato (100) generador de aerosol que comprende:
un susceptor (110, 210, 310) compuesto para calentar un material (116) generador de aerosol en uso para generar de ese modo un aerosol en uso, en donde el susceptor (110, 210) compuesto comprende una porción (222, 322) de soporte y una porción (224, 324) susceptora soportada por la porción de soporte;
un elemento (108) de inducción dispuesto para la transferencia de energía inductiva a la porción susceptora en uso; y
una disposición (106) de accionamiento dispuesta para accionar el elemento (108) de inducción con una corriente alterna en uso para provocar de ese modo la transferencia de energía inductiva a la porción susceptora en uso, para provocar de ese modo el calentamiento del material (116) generador de aerosol mediante el susceptor (110, 210, 310) compuesto en uso, generar de ese modo el aerosol en uso;
caracterizado porque
la corriente alterna tiene una forma de onda que comprende un componente de frecuencia fundamental que tiene una primera frecuencia y uno o más componentes de frecuencia adicionales, cada uno de los cuales tiene una frecuencia mayor que la primera frecuencia.
2. El aparato (100) generador de aerosol de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la porción susceptora está formada como un recubrimiento sobre la porción de soporte.
3. El aparato (100) generador de aerosol de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la porción susceptora comprende una primera lámina de material y la porción de soporte comprende una segunda lámina de material configurada para hacer tope con la porción susceptora para soportar la porción susceptora.
4. El aparato (100) generador de aerosol de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la porción de soporte está configurada para rodear la porción susceptora.
5. El aparato (100) generador de aerosol de acuerdo con cualquiera de la reivindicación 1 a la reivindicación 4, en donde la porción susceptora tiene un grosor sustancialmente no mayor a 50 micrómetros, o sustancialmente no mayor a 20 micrómetros.
6. El aparato (100) generador de aerosol de acuerdo con una cualquiera de la reivindicación 1 a la reivindicación 5, en donde:
la porción susceptora comprende: un material ferromagnético; y/o uno o más de níquel y cobalto; y/o aluminio; y/o
la porción de soporte comprende uno o más de un metal, una aleación de metal, un material cerámico, un material plástico y papel.
7. El aparato (100) generador de aerosol de acuerdo con una cualquiera de la reivindicación 1 a la reivindicación 6, en donde uno o más componentes adicionales son armónicos del componente fundamental.
8. El aparato (100) generador de aerosol de acuerdo con una cualquiera de la reivindicación 1 a la reivindicación 7, en donde la primera frecuencia es una frecuencia F en el rango de 0.5 MHz a 2.5 MHz, y la frecuencia de cada uno de los uno o más componentes de frecuencia adicionales es nF, donde n es un número entero positivo mayor que 1.
9. El aparato (100) generador de aerosol de acuerdo con una cualquiera de la reivindicación 1 a la reivindicación 8, en donde la forma de onda es una forma de onda sustancialmente triangular, una forma de onda sustancialmente en diente de sierra y una forma de onda sustancialmente cuadrada.
10. El aparato (100) generador de aerosol de acuerdo con una cualquiera de la reivindicación 1 a la reivindicación 9, en donde la forma de onda es una forma de onda cuadrada bipolar.
11. El aparato (100) generador de aerosol de acuerdo con la reivindicación 10, en donde la disposición (106) de accionamiento comprende transistores dispuestos en una configuración de puente en H y controlables para proporcionar la forma de onda cuadrada bipolar.
12. El aparato (100) generador de aerosol de acuerdo con una cualquiera de la reivindicación 1 a la reivindicación 11, en donde el susceptor (110, 210, 310) compuesto comprende una porción protectora resistente al calor, en donde la porción susceptora está ubicada entre la porción de soporte y la porción protectora.
13. El aparato (100) generador de aerosol de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la porción protectora resistente al calor es un recubrimiento sobre la porción susceptora.
14. El aparato 100 generador de aerosol de acuerdo con la reivindicación 12 o la reivindicación 13, en donde la porción protectora resistente al calor comprende uno o más de un material cerámico, nitruro de metal, nitruro de titanio, y diamante.
15. El aparato (100) generador de aerosol de acuerdo con una cualquiera de la reivindicación 1 a la reivindicación 14, en donde el susceptor (110, 210, 310) compuesto es sustancialmente plano, o sustancialmente tubular.
16. El aparato (100) generador de aerosol de acuerdo con una cualquiera de la reivindicación 1 a la reivindicación 15, en donde el aparato (100) comprende el material (116) generador de aerosol, en donde el material (116) generador de aerosol está en contacto térmico con el susceptor (110, 210, 310) compuesto.
17. El aparato (100) generador de aerosol de acuerdo con la reivindicación 16, en donde el material (116) generador de aerosol comprende tabaco y/o uno o más humectantes.
18. Un método para operar un aparato generador de aerosol, el aparato (100) generador de aerosol que comprende un susceptor (110, 210, 310) compuesto dispuesto para calentar un material (116) generador de aerosol para generar de ese modo un aerosol, el susceptor (110, 210, 310) compuesto que comprende una porción (222, 322) de soporte y una porción (224, 324) susceptora soportada por la porción de soporte; además el aparato (100) que comprende un elemento (108) de inducción dispuesto para la transferencia de energía inductiva a la porción susceptora; el método que comprende:
accionar el elemento (108) de inducción con una corriente alterna para provocar de ese modo la transferencia de energía inductiva a la porción susceptora, para provocar de ese modo el calentamiento del material (116) generador de aerosol mediante el susceptor (110, 220, 330) compuesto, para generar de ese modo el aerosol;
caracterizado porque
la corriente alterna tiene una forma de onda que comprende un componente de frecuencia fundamental que tiene una primera frecuencia y uno o más componentes de frecuencia adicionales, cada uno de los cuales tiene una frecuencia mayor que la primera frecuencia.
19. El método de acuerdo con la reivindicación 18, en donde:
el uno o más componentes de frecuencia adicionales son armónicos del componente de frecuencia fundamental; y/o
la primera frecuencia es una frecuencia F en el rango de 0.5 MHz a 2.5 MHz, y la frecuencia de cada uno de uno o más componentes de frecuencia adicionales es nF, donde n es un número entero positivo mayor que 1.
20. El método de acuerdo con la reivindicación 18 o la reivindicación 19, en donde:
la forma de onda es una forma de onda triangular, una forma de onda en diente de sierra y una forma de onda cuadrada; y/o
la forma de onda es una forma de onda cuadrada bipolar.
21. El método de acuerdo con una cualquiera de la reivindicación 18 a la reivindicación 20, en donde el aparato generador de aerosol es el aparato (100) generador de aerosol de acuerdo con una cualquiera de la reivindicación 1 a la reivindicación 17.
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