RU2796251C2

RU2796251C2 - Electrically heated aerosol generating system and electrically heated aerosol generating device

Info

Publication number: RU2796251C2
Application number: RU2019103592A
Authority: RU
Inventors: Олег МИРОНОВ
Original assignee: Филип Моррис Продактс С.А.
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2023-05-18

Abstract

FIELD: aerosol generating systems.

SUBSTANCE: group of inventions relates to an electrically heated aerosol generating system and an electrically heated device. The electrically heated aerosol generating system comprises an aerosol generating device (100) and a cartridge (200) configured to be used with the device. The device (100) includes a body (101) of the device, a flat spiral induction coil (110) and a power source (102) connected to the flat spiral induction coil (110) and configured to supply high-frequency oscillatory current to the flat spiral induction coil. The cartridge (200) comprises a cartridge body (204) containing an aerosol-forming substrate and configured to be coupled to the device body, and a current-collecting element (210) installed to heat the aerosol-forming substrate. In operation, a high frequency oscillatory current is passed through a flat helical induction coil to generate heat in the current collector.

EFFECT: provided system eliminates the need for solder joints and provides a sealed device that is easy to clean.

27 cl, 17 dwg

Description

Изобретение относится к системам, генерирующим аэрозоль, работающим путем нагревания субстрата, образующего аэрозоль. В частности, изобретение относится к системам, генерирующим аэрозоль, включающим в себя устройство, содержащее источник питания, и сменный картридж, содержащий расходуемый субстрат, образующий аэрозоль.The invention relates to aerosol generating systems operating by heating an aerosol generating substrate. In particular, the invention relates to aerosol generating systems, including a device containing a power source and a replaceable cartridge containing a sacrificial aerosol generating substrate.

Одним типом системы, генерирующей аэрозоль, является электронная сигарета (см., например, публикацию WO 2010/145468 А1). Электронные сигареты обычно используют жидкий субстрат, образующий аэрозоль, испаряемый для образования аэрозоля. Электронная сигарета обычно содержит источник питания, часть для хранения жидкости для размещения запаса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, и распылитель.One type of aerosol generating system is the electronic cigarette (see, for example, WO 2010/145468 A1). Electronic cigarettes typically use an aerosol-forming liquid substrate that is vaporized to form an aerosol. An electronic cigarette typically includes a power supply, a liquid storage portion for accommodating an aerosol-forming liquid substrate supply, and an atomizer.

Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, истощается при эксплуатации и поэтому его необходимо пополнять. Самым распространенным способом пополнения запаса жидкого субстрата, образующего аэрозоль, является картридж, относящийся к типу картриджа-распылителя. Картридж-распылитель содержит как запас жидкого субстрата, так и распылитель, обычно в форме электрически управляемого резистивного нагревателя, обвитого вокруг капиллярного материала, пропитанного субстратом, образующим аэрозоль. Замена картриджа-распылителя в виде одного блока обладает преимуществом, заключающимся в удобстве для пользователя и в отсутствии необходимости для пользователя чистить или осуществлять техническое обслуживание распылителя.The aerosol-forming liquid substrate is depleted during operation and therefore needs to be replenished. The most common way to refill an aerosol-forming liquid substrate is with a cartridge of the atomizing cartridge type. The nebulizer cartridge contains both a supply of liquid substrate and an atomizer, typically in the form of an electrically controlled resistance heater coiled around a capillary material impregnated with the aerosol forming substrate. Replacing the atomizer cartridge as a single unit has the advantage of being user friendly and does not require the user to clean or maintain the atomizer.

Тем не менее, было бы желательно иметь возможность предоставления системы, позволяющей использовать сменные элементы для пополнения субстрата, образующего аэрозоль, обладающие меньшей стоимостью изготовления и являющиеся более надежными, чем картриджи-распылители, доступные в настоящее время, и одновременно являющиеся легкими и удобными в использовании для потребителя. Кроме этого, было бы желательно предоставить систему, устраняющую необходимость в паяных соединениях и предоставляющую герметичное устройство, которое легко очищать.However, it would be desirable to be able to provide a system that allows the use of interchangeable aerosol-forming substrate refill elements that are less expensive to manufacture and more reliable than currently available spray cartridges, while being easy and convenient to use. for the consumer. In addition, it would be desirable to provide a system that eliminates the need for solder joints and provides a sealed device that is easy to clean.

В первом аспекте приводится электронагреваемая система, генерирующая аэрозоль, содержащая устройство, генерирующее аэрозоль, и картридж, выполненный с возможностью применения с устройством, при этом устройство содержит:In a first aspect, an electrically heated aerosol generating system is provided, comprising an aerosol generating device and a cartridge capable of being used with the device, the device comprising:

корпус устройства;body of the device;

плоскую спиральную индукционную катушку; иflat spiral induction coil; And

источник питания, соединенный с плоской спиральной индукционной катушкой и выполненный с возможностью подачи высокочастотного колебательного тока в плоскую спиральную индукционную катушку;a power source connected to the flat helical induction coil and configured to supply high frequency oscillatory current to the flat helical induction coil;

при этом картридж содержит:while the cartridge contains:

корпус картриджа, содержащий субстрат, образующий аэрозоль, и выполненный с возможностью сцепления с корпусом устройства; иa cartridge body containing an aerosol-forming substrate and configured to be engaged with the device body; And

токоприемный элемент, устанавливаемый для нагрева субстрата, образующего аэрозоль.a current-collecting element installed to heat the aerosol-forming substrate.

При эксплуатации высокочастотный колебательный ток проходит через плоскую спиральную индукционную катушку для генерирования переменного магнитного поля, индуцирующего напряжение в токоприемном элементе. Наведенное напряжение заставляет ток течь в токоприемный элемент, и этот ток приводит к нагреву токоприемного элемента джоулевым теплом, что в свою очередь нагревает субстрат, образующий аэрозоль. Если токоприемный элемент является ферромагнитным, потери на гистерезис в токоприемном элементе также могут генерировать тепло.In operation, a high frequency oscillatory current is passed through a flat helical induction coil to generate an alternating magnetic field that induces a voltage in the current collector. The induced voltage causes a current to flow into the current collector, and this current causes the current collector to be heated by Joule heat, which in turn heats the aerosol-forming substrate. If the current collector is ferromagnetic, the hysteresis loss in the current collector can also generate heat.

В данном контексте «плоская спиральная катушка» обозначает катушку, являющуюся в общем плоской катушкой, где ось наматывания катушки перпендикулярна плоскости, в которой лежит катушка. В некоторых вариантах осуществления плоская спиральная катушка может быть плоской в том смысле, что она лежит в плоской евклидовой плоскости. Тем не менее, термин «плоская спиральная катушка» в данном контексте охватывает катушки, которые имеют форму, соответствующую изогнутой поверхности или другой трехмерной поверхности. Например, плоская спиральная катушка может иметь форму, соответствующую цилиндрическому корпусу или полости устройства. В этом случае можно говорить, что плоская спиральная катушка будет плоской, но соответствовать цилиндрической плоскости, при этом ось наматывания катушки будет перпендикулярна цилиндрической плоскости в центре катушки. Если плоская спиральная катушка соответствует цилиндрической плоскости или плоскости, отличной от евклидовой плоскости, предпочтительно плоская спиральная катушка лежит в плоскости, имеющей радиус кривизны в области плоской спиральной катушки больше, чем диаметр плоской спиральной катушки. Когда плоская спиральная катушка изогнута, например, чтобы соответствовать цилиндрическому или имеющему другую форму корпусу, желательно, чтобы токоприемный элемент имел отвечающую ей форму, чтобы расстояние между плоской спиральной катушкой и токоприемником было по существу постоянным на всем протяжении токоприемного элемента. Предпочтительно, минимальное расстояние между токоприемным элементом и плоской спиральной катушкой составляет от 0,5 до 1 мм, в частности в вариантах осуществления, в которых между плоской спиральной катушкой и токоприемником присутствует поток воздуха.In this context, "flat helical bobbin" means a bobbin that is generally a flat bobbin, where the axis of winding of the bobbin is perpendicular to the plane in which the bobbin lies. In some embodiments, the implementation of a flat spiral coil may be flat in the sense that it lies in a flat Euclidean plane. However, the term "flat helical coil" in this context encompasses coils that are shaped to correspond to a curved surface or other three-dimensional surface. For example, a flat helical coil may be shaped to match the cylindrical body or cavity of the device. In this case, we can say that a flat spiral coil will be flat, but correspond to a cylindrical plane, while the coil winding axis will be perpendicular to the cylindrical plane at the center of the coil. If the flat helical coil corresponds to a cylindrical plane or a plane other than the Euclidean plane, preferably the flat helical coil lies in a plane having a radius of curvature in the area of the flat helical coil greater than the diameter of the flat helical coil. When the flat helical coil is bent, for example, to fit a cylindrical or otherwise shaped body, it is desirable that the current collector be shaped to match it so that the distance between the flat helical coil and the current collector is substantially constant throughout the current collector. Preferably, the minimum distance between the current collector and the flat helical coil is 0.5 to 1 mm, in particular in embodiments where there is an air flow between the flat helical coil and the current collector.

В данном контексте «высокочастотный колебательный ток» обозначает колебательный ток с частотой от 500 кГц до 30 МГц. Высокочастотный колебательный ток может иметь частоту от 1 до 30 МГц, предпочтительно от 1 до 10 МГц и более предпочтительно от 5 до 7 МГц.In this context, "high frequency oscillating current" means an oscillating current with a frequency of 500 kHz to 30 MHz. The high frequency oscillating current may have a frequency of 1 to 30 MHz, preferably 1 to 10 MHz, and more preferably 5 to 7 MHz.

В данном контексте «токоприемный элемент» обозначает проводящий элемент, нагревающийся при воздействии на него изменяющегося магнитного поля. Это может быть результатом вихревых токов, наведенных в токоприемном элементе, и/или потерь на гистерезис. Возможные материалы для токоприемных элементов включают графит, молибден, карбид кремния, нержавеющую сталь, ниобий, алюминий и в сущности любые другие проводящие элементы. Преимущественно, токоприемный элемент представляет собой ферритовый элемент. Материал и геометрическая форма токоприемного элемента могут быть выбраны таким образом, чтобы предоставлять желаемое электрическое сопротивление и тепловыделение.In this context, "current-collecting element" means a conductive element that heats up when exposed to a changing magnetic field. This may be the result of eddy currents induced in the current collector and/or hysteresis losses. Possible materials for current collectors include graphite, molybdenum, silicon carbide, stainless steel, niobium, aluminum, and virtually any other conductive element. Advantageously, the current-collecting element is a ferrite element. The material and geometry of the current collector may be chosen to provide the desired electrical resistance and heat dissipation.

Эта конструкция, использующая индукционный нагрев, обладает преимуществом, заключающимся в том, что не нужно образовывать электрические контакты между картриджем и устройством. Также, нагревательный элемент, в данном случае токоприемный элемент, не нуждается в электрическом соединении с любыми другими компонентами, устраняя потребность в пайке или других связующих элементах. Кроме этого, катушка предоставлена в качестве части устройства, делая возможным создание простого, недорогого и надежного картриджа. Картриджи обычно представляют собой сменные изделия, изготавливаемые в существенно больших количествах, по сравнению с устройствами, с которыми они работают. Соответственно, уменьшение стоимости картриджей, даже если это требует более дорогого устройства, может привести к значительной экономии средств как для производителей, так и для потребителей.This design using induction heating has the advantage that electrical contacts do not need to be made between the cartridge and the device. Also, the heating element, in this case the current collector, does not need to be electrically connected to any other components, eliminating the need for soldering or other bonding elements. In addition, a coil is provided as part of the device, making it possible to provide a simple, inexpensive and reliable cartridge. Cartridges are typically interchangeable items manufactured in substantially larger quantities than the devices they work with. Accordingly, reducing the cost of cartridges, even if it requires a more expensive device, can lead to significant cost savings for both manufacturers and consumers.

Кроме того, использование индукционного нагрева вместо схемы со спиралью обеспечивает улучшенное преобразование энергии, так как потери энергии, связанные со спиралью, в частности, потери, обусловленные контактным сопротивлением в местах соединений между спиралью и системой доставки электропитания устройства, в системах индукционного нагрева отсутствуют. Для обеспечения функционирования спираль или на постоянной основе, или с возможностью замены соединена с источником питания через выводы, имеющиеся внутри устройства. Даже с учетом усовершенствованных автоматизированных методов производства, спиральные системы, как правило, имеют на выводах контактное сопротивление, которое создает паразитные потери. Заменяемые спиральные устройства могут также могут претерпевать образование пленок или других материалов, которые повышают контактное сопротивление между контактами заменяемого картриджа и выводами устройства. Напротив, системы индукционного нагрева не требуют наличия контакта между нагревательными элементами и выводами устройства и поэтому не испытывают проблему, связанную с контактным сопротивлением, свойственную устройствам на основе спирали.In addition, the use of induction heating instead of the coil circuit provides improved energy conversion since the energy losses associated with the coil, in particular losses due to contact resistance at the junctions between the coil and the device power delivery system, are not present in induction heating systems. To ensure the functioning of the coil, either on a permanent basis or with the possibility of replacement, it is connected to a power source through the terminals available inside the device. Even with improved automated manufacturing methods, helical systems typically have contact resistance on their terminals that introduces parasitic losses. Replaceable coil devices may also undergo the formation of films or other materials that increase the contact resistance between the contacts of the replaceable cartridge and the terminals of the device. In contrast, induction heating systems do not require contact between the heating elements and device leads and therefore do not experience the problem of contact resistance associated with coil based devices.

Использование плоской спиральной катушки позволяет проектировать компактное устройство с простой конструкцией, которая является надежной и дешевой для производства. Катушка может удерживаться внутри корпуса устройства и необязательно должна подвергаться воздействию сгенерированного аэрозоля, так что можно избежать отложений на катушке и коррозии, а также сделать простой чистку устройства. Использование плоской спиральной катушки также обеспечивает простой интерфейс между устройством и картриджем, позволяя создать простую и дешевую конструкцию картриджа.The use of a flat helical coil allows the design of a compact device with a simple design that is reliable and cheap to manufacture. The coil can be held within the body of the device and need not be exposed to the generated aerosol so that deposits on the coil and corrosion can be avoided and the device can be easily cleaned. The use of a flat helical coil also provides a simple interface between the device and the cartridge, allowing for a simple and low cost cartridge design.

Корпус устройства может содержать полость для размещения по меньшей мере части картриджа, при этом полость имеет внутреннюю поверхность. Плоская спиральная индукционная катушка может быть расположена на поверхности полости, ближайшей к источнику питания, или смежно с ней. Плоская спиральная катушка может иметь форму, соответствующую внутренней поверхности полости.The body of the device may include a cavity for receiving at least a portion of the cartridge, wherein the cavity has an inner surface. The flat helical induction coil may be located on or adjacent to the surface of the cavity proximate the power source. The flat helical coil may be shaped to match the interior surface of the cavity.

Корпус устройства может содержать основную часть и мундштучную часть. Полость может находиться в основной части, и мундштучная часть может иметь выпускное отверстие, сквозь которое аэрозоль, сгенерированный системой, может втягиваться в рот пользователя. Плоская индукционная катушка может находиться в мундштучной части или в основной части.The body of the device may include a main body and a mouthpiece. The cavity may be in the body and the mouthpiece may have an outlet through which the aerosol generated by the system may be drawn into the user's mouth. The flat induction coil may be in the mouthpiece or in the body.

В качестве альтернативы мундштучная часть может быть предоставлена в качестве части картриджа. В данном контексте термин «мундштучная часть» обозначает часть устройства или картриджа, помещаемую в рот пользователя для того, чтобы непосредственно вдыхать аэрозоль, сгенерированный системой, генерирующей аэрозоль. Аэрозоль передается в рот пользователя через мундштучную часть.Alternatively, the mouthpiece may be provided as part of the cartridge. In this context, the term "mouthpiece" refers to the part of the device or cartridge placed in the user's mouth in order to directly inhale the aerosol generated by the aerosol generating system. The aerosol is transferred to the user's mouth through the mouthpiece.

Система может содержать воздушный канал, проходящий от впускного отверстия для воздуха к выпускному отверстию для воздуха, при этом воздушный канал проходит сквозь плоскую спиральную индукционную катушку. Позволяя воздуху течь сквозь систему для прохождения сквозь катушку, можно получить компактную систему.The system may include an air duct extending from an air inlet to an air outlet, the air duct passing through a flat helical induction coil. By allowing air to flow through the system to pass through the coil, a compact system can be obtained.

Система может содержать множество индукционных катушек, некоторые или все из которых могут представлять собой плоские спиральные катушки. Например, в одной возможной конфигурации система может содержать две плоские спиральные катушки, расположенные на противоположных сторонах полости в корпусе устройства, в который устанавливается картридж.The system may comprise a plurality of induction coils, some or all of which may be flat helical coils. For example, in one possible configuration, the system may include two flat helical coils located on opposite sides of the cavity in the body of the device in which the cartridge is installed.

Плоская спиральная индукционная катушка может иметь любую желаемую форму в плоскости катушки. Например, плоская спиральная катушка может иметь круглую форму или может иметь, в общем, продолговатую форму. Индукционная катушка может иметь диаметр от 5 мм до 10 мм.The flat helical induction coil may have any desired shape in the plane of the coil. For example, a flat helical coil may be circular in shape or may be generally oblong in shape. The induction coil can have a diameter of 5 mm to 10 mm.

Картридж может обладать простой конструкцией. Картридж имеет корпус, внутри которого удерживается субстрат, образующий аэрозоль. Корпус картриджа предпочтительно представляет собой жесткий корпус, содержащий материал, непроницаемый для жидкости. В данном контексте «жесткий корпус» обозначает самонесущий корпус.The cartridge may have a simple structure. The cartridge has a housing inside which the substrate is held, forming an aerosol. The cartridge body is preferably a rigid body containing a liquid impermeable material. In this context, "rigid enclosure" means a self-supporting enclosure.

Субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой субстрат, выполненный с возможностью высвобождения летучих соединений, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут быть высвобождены путем нагревания субстрата, образующего аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть твердым или жидким или содержать как твердые, так и жидкие компоненты.An aerosol generating substrate is a substrate capable of releasing volatile compounds that can form an aerosol. Volatile compounds can be released by heating the aerosol-forming substrate. The aerosol-forming substrate may be solid or liquid, or contain both solid and liquid components.

Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие вкусоароматические соединения табака, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагревании. Субстрат, образующий аэрозоль, в качестве альтернативы может содержать материал, не содержащий табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля представляет собой любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которая при эксплуатации способствует образованию плотного и устойчивого аэрозоля и при рабочей температуре системы по существу устойчива к термической деградации. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны из уровня техники и включают, помимо всего прочего: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин; сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как глицерол моно-, ди- или триацетат; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Предпочтительными веществами для образования аэрозоля являются многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и, наиболее предпочтительно, глицерин. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как ароматизаторы.The aerosol-forming substrate may contain material of vegetable origin. The aerosol forming substrate may contain tobacco. The aerosol-forming substrate may comprise a tobacco-containing material containing volatile tobacco flavor compounds that are released from the aerosol-forming substrate upon heating. The aerosol forming substrate may alternatively comprise a non-tobacco material. The aerosol forming substrate may contain homogenized plant material. The aerosol forming substrate may comprise homogenized tobacco material. The aerosol generating substrate may contain at least one aerosol generating agent. The aerosol generating agent is any suitable known compound or mixture of compounds that, in use, promotes the formation of a dense and stable aerosol and, at the operating temperature of the system, is substantially resistant to thermal degradation. Suitable aerosol forming agents are well known in the art and include but are not limited to: polyhydric alcohols such as triethylene glycol, 1,3-butanediol and glycerin; esters of polyhydric alcohols such as glycerol mono-, di- or triacetate; and aliphatic esters of mono-, di- or polycarboxylic acids such as dimethyl dodecanedioate and dimethyl tetradecanedioate. Preferred aerosol forming agents are polyhydric alcohols or mixtures thereof, such as triethylene glycol, 1,3-butanediol, and most preferably glycerol. The aerosol forming substrate may contain other additives and ingredients such as flavors.

Субстрат, образующий аэрозоль, может быть загружен на носитель или опору путем адсорбции, путем нанесения покрытия, путем пропитки или иным способом. В одном примере субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой жидкий субстрат, удерживаемый в капиллярном материале. Капиллярный материал может иметь волокнистую или губчатую структуру. Капиллярный материал предпочтительно содержит пучок капилляров. Например, капиллярный материал может содержать множество волокон или нитей или других трубок с тонкими каналами. Волокна или нити могут быть, в целом, выровнены для передачи жидкости на нагреватель. В качестве альтернативы капиллярный материал может содержать губкообразный или пенообразный материал. Структура капиллярного материала образует множество небольших каналов или трубок, через которые может транспортироваться жидкость за счет капиллярного действия. Капиллярный материал может содержать любой подходящий элемент или сочетание материалов. Примеры подходящих материалов представляют собой губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спекшихся порошков, вспененные металлические или пластиковые материалы, волокнистый материал, например, выполненный из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетатцеллюлозные, полиэфирные, или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамика. Капиллярный материал может иметь любые подходящие капиллярность и пористость с тем, чтобы использовать его с жидкостями с разными физическими свойствами. Жидкость имеет физические свойства, включая, без ограничения, вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температуру кипения и давление пара, которые позволяют перемещать жидкость по капиллярному материалу за счет капиллярного действия. Капиллярный материал может быть выполнен с возможностью передачи субстрата, образующего аэрозоль, к токоприемному элементу.The aerosol-forming substrate may be loaded onto the carrier or support by adsorption, coating, impregnation, or otherwise. In one example, the aerosol-forming substrate is a liquid substrate held in a capillary material. The capillary material may have a fibrous or spongy structure. The capillary material preferably comprises a bundle of capillaries. For example, the capillary material may comprise a plurality of fibers or filaments or other tubes with fine channels. The fibers or filaments may be generally aligned to transfer fluid to the heater. Alternatively, the capillary material may comprise a sponge-like or foam-like material. The structure of the capillary material forms many small channels or tubes through which liquid can be transported by capillary action. The capillary material may comprise any suitable element or combination of materials. Examples of suitable materials are sponge or foam materials, ceramic or graphite based materials in the form of fibers or sintered powders, foamed metal or plastic materials, fibrous material, for example, made from twisted or extruded fibers such as cellulose acetate, polyester, or bonded polyolefin , polyethylene, terylene or polypropylene fibers, nylon fibers or ceramics. The capillary material may have any suitable capillarity and porosity so as to be used with liquids of different physical properties. A liquid has physical properties, including, but not limited to, viscosity, surface tension, density, thermal conductivity, boiling point, and vapor pressure, that allow the liquid to move through a capillary material by capillary action. The capillary material may be configured to transfer the aerosol forming substrate to the current collector.

Токоприемный элемент может быть расположен в контакте с субстратом, образующим аэрозоль. В альтернативном варианте токоприемный элемент может находиться на расстоянии от субстрата, образующего аэрозоль, но при этом находиться близко к субстрату, образующему аэрозоль, чтобы нагревать субстрат, образующий аэрозоль.The current collector may be positioned in contact with the aerosol generating substrate. Alternatively, the current collector may be located at a distance from the aerosol-generating substrate, but close to the aerosol-generating substrate, to heat the aerosol-generating substrate.

Токоприемный элемент может быть предусмотрен на стенке корпуса картриджа, выполненного с возможностью расположения смежно с плоской спиральной индукционной катушкой, когда корпус картриджа сцеплен с корпусом устройства. При эксплуатации преимущественно, чтобы токоприемный элемент располагался вблизи плоской спиральной катушки для максимального увеличения напряжения, наведенного в токоприемном элементе.The current-collecting member may be provided on the wall of the cartridge body, configured to be positioned adjacent to the flat helical induction coil when the cartridge body is engaged with the device body. In operation, it is advantageous for the current collector to be positioned close to the flat helical coil to maximize the voltage induced in the current collector.

Между плоской спиральной индукционной катушкой и токоприемным элементом может быть предусмотрен канал для потока воздуха, когда корпус картриджа сцеплен с корпусом устройства. Испаренный субстрат, образующий аэрозоль, может увлекаться воздухом, текущим в канале для потока воздуха, который впоследствии охлаждается для образования аэрозоля.An air flow channel may be provided between the flat helical induction coil and the current collector when the cartridge body is engaged with the device body. The vaporized aerosol-forming substrate may be entrained by air flowing in the airflow path, which is subsequently cooled to form the aerosol.

Токоприемный элемент может содержать сетку, плоскую спиральную катушку, размещенную внутри фольгу, волокна, ткань или стержень. Токоприемный элемент может быть проницаемым для текучей среды, такой как жидкий субстрат, образующий аэрозоль, или испаренный субстрат, образующий аэрозоль, может проходить через токоприемник.The current-collecting element may contain a grid, a flat spiral coil, foil, fibers, fabric or a rod placed inside. The current collector may be fluid-permeable, such as an aerosol-forming liquid substrate, or an aerosol-forming vaporized substrate may pass through the current collector.

Если в картридже используется капиллярный материал, капиллярный материал может проходить в промежутки в токоприемнике, например, если токоприемник выполнен в форме сетки или массива волокон. Токоприемный элемент может иметь форму листа и может проходить через отверстие в корпусе картриджа. В альтернативном варианте токоприемный элемент может быть включен в субстрат, образующий аэрозоль.If a capillary material is used in the cartridge, the capillary material may pass into the gaps in the current collector, for example, if the current collector is in the form of a grid or an array of fibers. The current collector may be in the form of a sheet and may pass through an opening in the cartridge housing. Alternatively, the current collector may be included in the aerosol forming substrate.

Токоприемный элемент может содержать капиллярный материал. Токоприемник может содержать капиллярный фитиль, проходящий поперек воздушного канала, проходящего через систему.The current collector may comprise a capillary material. The current collector may include a capillary wick extending across an air duct passing through the system.

Преимущественно, токоприемный элемент обладает относительной проникающей способностью от 1 до 40000. Если желательно обеспечить уверенное использование вихревых токов для большей части нагрева, может применяться материал с более низкой проницаемостью, и если желательны эффекты гистерезиса, то может применяться материал с более высокой проникающей способностью. Предпочтительно, материал обладает относительной проникающей способностью от 500 до 40000. Это обеспечивает эффективный нагрев.Preferably, the current collector has a relative penetration from 1 to 40,000. If it is desired to ensure reliable use of eddy currents for most of the heating, a material with lower permeability can be used, and if hysteresis effects are desired, then a material with a higher penetration can be used. Preferably, the material has a relative penetrating power of 500 to 40,000. This provides efficient heating.

Материал токоприемного элемента может выбираться на основании его температуры Кюри. При температуре выше его температуры Кюри материал больше не будет являться ферромагнитным и поэтому не будет происходить нагрев, вызванный потерями на гистерезис. В случае, если токоприемный элемент выполнен из одного однокомпонентного материала, температура Кюри может соответствовать максимальной температуре, которой должен обладать токоприемный элемент (другими словами, температура Кюри идентична максимальной температуре, до которой должен нагреваться токоприемный элемент, или отклоняется от этой максимальной температуры приблизительно на 1-3%). Это уменьшает возможность быстрого перегрева.The material of the current collector may be selected based on its Curie temperature. At a temperature above its Curie temperature, the material will no longer be ferromagnetic and therefore there will be no heating due to hysteresis losses. In case the susceptor is made of one single-component material, the Curie temperature may correspond to the maximum temperature that the susceptor must have (in other words, the Curie temperature is identical to the maximum temperature to which the susceptor must be heated, or deviates from this maximum temperature by approximately 1 -3%). This reduces the possibility of rapid overheating.

Если токоприемный элемент выполнен из более, чем одного материала, материалы токоприемного элемента могут быть оптимизированы относительно следующих аспектов. Например, материалы могут быть выбраны таким образом, чтобы первый материал токоприемного элемента мог обладать температурой Кюри, превышающей максимальную температуру, до которой должен быть нагрет токоприемный элемент. Этот первый материал токоприемного элемента затем может быть оптимизирован, например, относительно максимального тепловыделения и теплопередачи в субстрат, образующий аэрозоль, для обеспечения эффективного нагрева токоприемника, с одной стороны. Тем не менее, токоприемный элемент также может дополнительно содержать второй материал, обладающий температурой Кюри, соответствующей максимальной температуре, до которой должен быть нагрет токоприемник, и когда токоприемный элемент достигает этой температуры Кюри, магнитные свойства токоприемного элемента в целом изменяются. Это изменение может быть обнаружено и сообщено микроконтроллеру, который затем прерывает генерирование переменного тока до тех пор, пока температура снова не опустится ниже температуры Кюри, после чего генерирование переменного тока может быть возобновлено.If the current collector is made of more than one material, the materials of the current collector can be optimized with respect to the following aspects. For example, materials may be selected such that the first material of the current collector may have a Curie temperature in excess of the maximum temperature to which the current collector must be heated. This first current collector material can then be optimized, for example, with respect to maximum heat generation and heat transfer to the aerosol-forming substrate to ensure efficient heating of the current collector on the one hand. However, the current collector may also further comprise a second material having a Curie temperature corresponding to the maximum temperature to which the current collector must be heated, and when the current collector reaches this Curie temperature, the magnetic properties of the current collector generally change. This change can be detected and reported to the microcontroller, which then interrupts AC generation until the temperature drops below the Curie temperature again, after which AC generation can be resumed.

Система может представлять собой электрически управляемую курительную систему. Система может представлять собой удерживаемую рукой систему, генерирующую аэрозоль. Система, генерирующая аэрозоль, может иметь размер, сопоставимый с размером традиционной сигары или сигареты. Курительная система может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Курительная система может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.The system may be an electrically controlled smoking system. The system may be a hand-held aerosol generating system. The aerosol generating system may be of a size comparable to that of a conventional cigar or cigarette. The smoking system may have an overall length of from about 30 mm to about 150 mm. The smoking system may have an outer diameter of from about 5 mm to about 30 mm.

Система может дополнительно содержать электрическую схему, соединенную с индукционной катушкой и с электрическим источником питания. Электрическая схема может содержать микропроцессор, который может представлять собой программируемый микропроцессор, микроконтроллер или специализированную интегральную схему (ASIC) или другую электронную схему, выполненную с возможностью осуществления управления. Электрическая схема может содержать дополнительные электронные компоненты. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью регулирования подачи тока в плоскую спиральную катушку. Ток может подаваться в элемент в виде плоской спиральной катушки непрерывно после включения системы или может подаваться с перерывами, например, на основании затяжек. Электрическая схема преимущественно может содержать преобразователь постоянного тока в переменный, который может содержать усилитель мощности класса D или класса Е.The system may further comprise an electrical circuit connected to the induction coil and to an electrical power source. The electrical circuitry may comprise a microprocessor, which may be a programmable microprocessor, microcontroller or application specific integrated circuit (ASIC) or other electronic circuit capable of performing control. The electrical circuit may contain additional electronic components. The electrical circuit may be configured to control the supply of current to the flat helical coil. The current may be supplied to the flat helical coil element continuously after the system is switched on, or may be supplied intermittently, for example, based on puffs. The circuitry may advantageously comprise a DC/AC converter, which may comprise a Class D or Class E power amplifier.

Система преимущественно содержит источник питания, как правило, батарею, такую как литий-железо-фосфатную батарею, внутри главной части корпуса. В качестве альтернативы источник питания может представлять собой устройство накопления заряда другого типа, такое как конденсатор. Источник питания может требовать перезарядки и может обладать емкостью, позволяющей накапливать достаточно энергии для одной или нескольких операций, выполняемых пользователем, например одного или нескольких сеансов курения. Например, источник питания может иметь достаточную емкость для того, чтобы позволить непрерывно генерировать аэрозоль в течение приблизительно шести минут, что соответствует типичному времени выкуривания традиционной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере источник питания может иметь достаточную емкость для того, чтобы позволить осуществлять заданное количество затяжек или отдельных включений плоской спиральной катушки.The system advantageously comprises a power source, typically a battery such as a lithium iron phosphate battery, within the main housing portion. Alternatively, the power supply may be another type of charge storage device, such as a capacitor. The power supply may need to be recharged and may be of sufficient capacity to store enough power for one or more user operations, such as one or more smoking sessions. For example, the power supply may have sufficient capacity to allow the aerosol to be continuously generated for about six minutes, which is the typical smoking time of a traditional cigarette, or for a period of multiples of six minutes. In another example, the power supply may be of sufficient capacity to allow a given number of puffs or individual firings of the flat helical coil.

Во втором аспекте предусмотрено электрически нагреваемое устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее:In a second aspect, an electrically heated aerosol generating device is provided, comprising:

корпус устройства, образующий полость для размещения по меньшей мере части картриджа, при этом картридж содержит корпус, содержащий субстрат, образующий аэрозоль, и токоприемный элемент, контактирующий с субстратом, образующим аэрозоль, при этом полость имеет внутреннюю поверхность;a device housing forming a cavity for receiving at least a portion of the cartridge, the cartridge comprising a housing containing an aerosol-forming substrate and a current-collecting element in contact with the aerosol-forming substrate, the cavity having an inner surface;

плоскую спиральную индукционную катушку, расположенную на внутренней поверхности полости; иa flat spiral induction coil located on the inner surface of the cavity; And

источник питания, соединенный с плоской спиральной индукционной катушкой и выполненный с возможностью подачи высокочастотного колебательного тока в плоскую спиральную индукционную катушку.a power source connected to the flat helical induction coil and configured to supply high frequency oscillatory current to the flat helical induction coil.

В третьем аспекте настоящего изобретения предложен способ генерирования аэрозоля, включающий:In a third aspect of the present invention, an aerosol generating method is provided, comprising:

предоставление картриджа, содержащего токоприемник и субстрат, образующий аэрозоль, контактирующий с токоприемником или находящийся вблизи него;providing a cartridge containing a current collector and an aerosol-forming substrate in contact with or near the current collector;

расположение картриджа таким образом, чтобы токоприемник находился вблизи плоской спиральной индукционной катушки; иlocation of the cartridge so that the current collector is close to the flat spiral induction coil; And

пропускание высокочастотного колебательного тока через плоскую спиральную индукционную катушку для индуцирования тока в токоприемнике, чтобы таким образом нагревать субстрат, образующий аэрозоль.passing a high frequency oscillatory current through a flat helical induction coil to induce a current in the current collector, to thereby heat the aerosol-forming substrate.

Признаки, описанные в отношении одного аспекта, могут быть применены к другим аспектам изобретения. В частности, преимущественные или необязательные признаки, описанные в отношении первого аспекта изобретения, могут применяться ко второму и третьему аспектам изобретения.Features described in relation to one aspect may be applied to other aspects of the invention. In particular, the advantageous or optional features described in relation to the first aspect of the invention may apply to the second and third aspects of the invention.

Согласно первому объекту настоящего изобретения создана электронагреваемая система, генерирующая аэрозоль и содержащая устройство, генерирующее аэрозоль, и картридж, выполненный с возможностью применения с устройством, при этом устройство содержит:According to a first aspect of the present invention, an electrically heated aerosol generating system is provided, comprising an aerosol generating device and a cartridge capable of being used with the device, the device comprising:

корпус устройства;body of the device;

по меньшей мере одну плоскую спиральную индукционную катушку; иat least one flat helical induction coil; And

источник питания;power supply;

электрическую схему, соединенную с указанной по меньшей мере одной плоской спиральной индукционной катушкой и с источником питания;an electrical circuit connected to said at least one flat helical induction coil and to a power source;

причем электрическая схема содержит преобразователь постоянного тока в переменный, содержащий усилитель мощности класса D или класса Е, и выполнена с возможностью подачи высокочастотного колебательного тока в указанную по меньшей мере одну плоскую спиральную индукционную катушку;moreover, the electrical circuit contains a DC-to-AC converter containing a class D or class E power amplifier, and is configured to supply high frequency oscillatory current to the specified at least one flat helical induction coil;

при этом картридж содержит:while the cartridge contains:

Предпочтительно, корпус устройства содержит полость для размещения по меньшей мере части картриджа, при этом полость имеет внутреннюю поверхность.Preferably, the body of the device contains a cavity for receiving at least part of the cartridge, while the cavity has an internal surface.

Предпочтительно, указанная по меньшей мере одна плоская спиральная индукционная катушка расположена на поверхности полости, ближайшей к источнику питания, или смежно с ней.Preferably, said at least one flat helical induction coil is located on or adjacent to the surface of the cavity closest to the power source.

Предпочтительно, корпус устройства содержит основную часть и мундштучную часть, при этом полость расположена в основной части, а мундштучная часть имеет выпускное отверстие, через которое аэрозоль, генерируемый системой, может быть втянут в рот пользователя, при этом указанная по меньшей мере одна плоская спиральная индукционная катушка находится в мундштучной части.Preferably, the body of the device comprises a main body and a mouthpiece, wherein the cavity is located in the main body, and the mouthpiece has an outlet through which the aerosol generated by the system can be drawn into the user's mouth, said at least one flat spiral induction the coil is located in the mouthpiece.

Предпочтительно, минимальное расстояние между токоприемным элементом и указанной по меньшей мере одной плоской спиральной катушкой составляет от 0,5 до 1 мм.Preferably, the minimum distance between the current collector and said at least one flat helical coil is between 0.5 and 1 mm.

Предпочтительно, высокочастотный колебательный ток имеет частоту от 500 кГц до 30 МГц, предпочтительно от 1 до 10 МГц.Preferably, the high frequency oscillating current has a frequency of 500 kHz to 30 MHz, preferably 1 to 10 MHz.

Предпочтительно, указанная по меньшей мере одна плоская спиральная индукционная катушка имеет диаметр от 5 мм до 10 мм.Preferably, said at least one flat helical induction coil has a diameter of 5 mm to 10 mm.

Предпочтительно, устройство содержит воздушный канал от впускного отверстия для воздуха до выпускного отверстия для воздуха, при этом воздушный канал проходит через указанную по меньшей мере одну плоскую спиральную индукционную катушку.Preferably, the device comprises an air passage from an air inlet to an air outlet, the air passage passing through said at least one flat helical induction coil.

Предпочтительно, указанная по меньшей мере одна плоская спиральная индукционная катушка представляет собой множество плоских спиральных индукционных катушек.Preferably, said at least one flat helical induction coil is a plurality of flat helical induction coils.

Предпочтительно, токоприемный элемент контактирует с субстратом, образующим аэрозоль.Preferably, the current collector is in contact with an aerosol-forming substrate.

Предпочтительно, субстрат, образующий аэрозоль, в корпусе картриджа является жидким.Preferably, the aerosol forming substrate in the cartridge body is liquid.

Предпочтительно, жидкий субстрат, образующий аэрозоль, удерживается в капиллярном материале.Preferably, the aerosol-forming liquid substrate is retained in the capillary material.

Предпочтительно, капиллярный материал выполнен с возможностью передачи субстрата, образующего аэрозоль, к токоприемному элементу.Preferably, the capillary material is configured to transfer the aerosol forming substrate to the current collector.

Предпочтительно, токоприемный элемент предусмотрен на стенке корпуса картриджа, которая выполнена с возможностью расположения смежно с указанной по меньшей мере одной плоской спиральной индукционной катушкой, когда корпус картриджа сцеплен с корпусом устройства.Preferably, a current-collecting member is provided on a wall of the cartridge body which is configured to be adjacent to said at least one flat helical induction coil when the cartridge body is engaged with the device body.

Предпочтительно, канал для потока воздуха предусмотрен между указанной по меньшей мере одной плоской спиральной индукционной катушкой и токоприемным элементом, когда корпус картриджа сцеплен с корпусом устройства.Preferably, an air flow path is provided between said at least one flat helical induction coil and the current collector when the cartridge body is engaged with the device body.

Предпочтительно, токоприемный элемент является проницаемым для текучей среды.Preferably, the current collector is fluid permeable.

Предпочтительно, токоприемный элемент выполнен в форме листа и проходит через отверстие в корпусе картриджа.Preferably, the current collector is in the form of a sheet and extends through an opening in the cartridge body.

Предпочтительно, токоприемный элемент включен в субстрат, образующий аэрозоль.Preferably, the current collector is included in the aerosol forming substrate.

Предпочтительно, токоприемный элемент содержит капиллярный материал.Preferably, the current collector comprises a capillary material.

Предпочтительно, токоприемный элемент содержит капиллярный фитиль, проходящий поперек воздушного канала, проходящего через систему.Preferably, the current collector comprises a capillary wick extending across an air passage through the system.

Предпочтительно, электронагреваемая система, генерирующая аэрозоль, представляет собой удерживаемую рукой курительную систему.Preferably, the electrically heated aerosol generating system is a hand held smoking system.

Согласно второму объекту настоящего изобретения создано электрически нагреваемое устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее:According to the second object of the present invention, an electrically heated aerosol generating device is provided, comprising:

корпус устройства;body of the device;

по меньшей мере одну плоскую спиральную индукционную катушку внутри корпуса устройства; и источник питания;at least one flat helical induction coil within the body of the device; and power supply;

электрическую схему, соединенную с источником питания и с указанной по меньшей мере одной плоской спиральной индукционной катушкой, причем электрическая схема содержит преобразователь постоянного тока в переменный, содержащий усилитель мощности класса D или класса Е, и выполнена с возможностью подачи высокочастотного колебательного тока в указанную по меньшей мере одну плоскую спиральную индукционную катушку.an electrical circuit connected to a power source and said at least one flat helical induction coil, wherein the electrical circuit comprises a DC/AC converter comprising a class D or class E power amplifier and is configured to supply high frequency oscillatory current to said at least at least one flat spiral induction coil.

Предпочтительно, корпус устройства образует полость для размещения по меньшей мере части картриджа, при этом картридж содержит корпус, содержащий субстрат, образующий аэрозоль, и токоприемный элемент, контактирующий с субстратом, образующим аэрозоль.Preferably, the body of the device defines a cavity for receiving at least a portion of the cartridge, wherein the cartridge comprises a body containing an aerosol-forming substrate and a current-collecting element in contact with the aerosol-forming substrate.

Варианты осуществления системы согласно изобретению будут подробно описаны далее лишь в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:Embodiments of the system according to the invention will be described in detail below, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which:

на фиг. 1 показано схематическое изображение первого варианта осуществления системы, генерирующей аэрозоль, использующего плоскую спиральную индукционную катушку;in fig. 1 shows a schematic of a first embodiment of an aerosol generating system using a flat helical induction coil;

на фиг. 2 показан картридж по фиг. 1;in fig. 2 shows the cartridge of FIG. 1;

на фиг. 3 показана индукционная катушка по фиг. 1;in fig. 3 shows the induction coil of FIG. 1;

на фиг. 4 показан альтернативный токоприемный элемент для картриджа по фиг. 2;in fig. 4 shows an alternative current collector for the cartridge of FIG. 2;

на фиг. 5 показан дополнительный альтернативный токоприемный элемент для картриджа по фиг. 1;in fig. 5 shows an additional alternative current collector for the cartridge of FIG. 1;

на фиг. 6 показано схематическое изображение второго варианта осуществления, использующего плоскую спиральную индукционную катушку;in fig. 6 is a schematic representation of a second embodiment using a flat helical induction coil;

на фиг. 7 показано схематическое изображение третьего варианта осуществления, использующего плоские спиральные индукционные катушки;in fig. 7 shows a schematic representation of a third embodiment using flat helical induction coils;

на фиг. 8 показан картридж по фиг. 7;in fig. 8 shows the cartridge of FIG. 7;

на фиг. 9 показана индукционная катушка по фиг. 7;in fig. 9 shows the induction coil of FIG. 7;

на фиг. 10 показано схематическое изображение четвертого варианта осуществления;in fig. 10 is a schematic representation of a fourth embodiment;

на фиг. 11 показан картридж по фиг. 10;in fig. 11 shows the cartridge of FIG. 10;

на фиг. 12 показано схематическое изображение пятого варианта осуществления;in fig. 12 is a schematic representation of the fifth embodiment;

на фиг. 13 показано схематическое изображение шестого варианта осуществления;in fig. 13 is a schematic view of the sixth embodiment;

на фиг. 14 показано схематическое изображение седьмого варианта осуществления;in fig. 14 is a schematic view of the seventh embodiment;

на фиг. 15 показано схематическое изображение восьмого варианта осуществления, использующего картридж с разовой дозой;in fig. 15 is a schematic of an eighth embodiment using a single dose cartridge;

на фиг. 16А показан первый пример управляющей схемы для генерирования высокочастотного сигнала для индукционной катушки; иin fig. 16A shows a first example of a control circuit for generating a high frequency signal for an induction coil; And

на фиг. 16В показан второй пример управляющей схемы для генерирования высокочастотного сигнала для индукционной катушки.in fig. 16B shows a second example of a control circuit for generating a high frequency signal for an induction coil.

Все варианты осуществления, изображенные на фигурах, основаны на индукционном нагреве. Индукционный нагрев работает путем помещения электропроводящего изделия, предназначенного для нагрева, в магнитное поле, изменяющееся с течением времени. Вихревые токи создаются в проводящем изделии. Если проводящее изделие электрически изолировано, вихревые токи рассеиваются вследствие нагрева джоулевым теплом проводящего изделия. В системе, генерирующей аэрозоль, работающей путем нагрева субстрата, образующего аэрозоль, субстрат, образующий аэрозоль, сам по себе обычно не обладает достаточной электрической проводимостью для индуктивного нагревания таким образом. Поэтому, в вариантах осуществления, изображенных на фигурах, в качестве нагреваемого проводящего изделия используется токоприемный элемент и субстрат, образующий аэрозоль, затем нагревается токоприемным элементом посредством теплопроводности, конвекции и/или излучения. Если используется ферромагнитный токоприемный элемент, тепло также может генерироваться вследствие потерь на гистерезис при переключениях магнитных доменов в токоприемном элементе.All embodiments depicted in the figures are based on induction heating. Induction heating works by placing an electrically conductive article to be heated in a magnetic field that changes over time. Eddy currents are created in a conductive product. If the conductive product is electrically insulated, eddy currents are dissipated due to the Joule heating of the conductive product. In an aerosol generating system operating by heating the aerosol generating substrate, the aerosol generating substrate itself generally does not have sufficient electrical conductivity to be inductively heated in this manner. Therefore, in the embodiments shown in the figures, a current-collecting element is used as a heated conductive article, and an aerosol-forming substrate is then heated by the current-collecting element by conduction, convection, and/or radiation. If a ferromagnetic current collector is used, heat can also be generated due to hysteresis losses when switching magnetic domains in the current collector.

В каждом из вариантов осуществления используется плоская спиральная катушка для генерирования магнитного поля, изменяющегося с течением времени. Плоская спиральная катушка спроектирована таким образом, чтобы она не испытывала существенного нагрева джоулевым теплом. Напротив, токоприемный элемент спроектирован таким образом, чтобы происходил существенный нагрев джоулевым теплом токоприемного элемента.In each of the embodiments, a flat helical coil is used to generate a magnetic field that changes over time. The flat helical coil is designed so that it does not experience significant Joule heating. On the contrary, the susceptor is designed in such a way that significant Joule heating of the susceptor occurs.

На фиг. 1 показано схематическое изображение системы, генерирующей аэрозоль, согласно первому варианту осуществления. Система содержит устройство 100 и картридж 200. Устройство содержит основной корпус 101, содержащий литий-железо-фосфатную батарею 102 и управляющие электронные схемы 104. Основной корпус 101 также образует полость 112, в которую помещается картридж 200. Устройство также содержит мундштучную часть 120, содержащую выпускное отверстие 124. В этом примере мундштучная часть соединена с основным корпусом 101 шарнирным соединением, но может использоваться любой тип соединения, такой как защелкивающееся или завинчивающееся соединение. Впускные отверстия 122 для воздуха образованы между мундштучной частью 120 и основной частью 101, когда мундштучная часть находится в закрытом положении, как изображено на фиг. 1.In FIG. 1 is a schematic representation of an aerosol generating system according to the first embodiment. The system includes a device 100 and a cartridge 200. The device includes a main body 101 containing a lithium iron phosphate battery 102 and control electronics 104. The main body 101 also defines a cavity 112 in which the cartridge 200 is placed. The device also includes a mouthpiece 120 containing outlet 124. In this example, the mouthpiece is connected to the main body 101 by a swivel, but any type of connection can be used, such as a snap or screw connection. The air inlets 122 are formed between the mouthpiece 120 and the main body 101 when the mouthpiece is in the closed position, as shown in FIG. 1.

Внутри мундштучной части находится плоская спиральная индукционная катушка 110. Катушка 110 выполнена путем штампования или вырезания спиральной катушки из листа меди. Катушка 110 более подробно изображена на фиг. 3. Катушка 110 расположена между впускными отверстиями 122 для воздуха и выпускным отверстием 124 для воздуха таким образом, чтобы воздух, втянутый через впускные отверстия 122 к выпускному отверстию 124, проходил сквозь катушку. Катушка может быть покрыта антикоррозийным покрытием или ограждением.Inside the mouthpiece is a flat helical induction coil 110. Coil 110 is formed by stamping or cutting a helical coil from a sheet of copper. Coil 110 is shown in more detail in FIG. 3. The coil 110 is positioned between the air inlets 122 and the air outlet 124 such that air drawn through the inlets 122 to the outlet 124 passes through the coil. The coil can be covered with an anti-corrosion coating or a guard.

Картридж 200 содержит корпус 204 картриджа, удерживающий капиллярный материал и заполненный жидким субстратом, образующим аэрозоль. Корпус 204 картриджа непроницаем для текучей среды, но содержит открытый конец, накрытый проницаемым токоприемным элементом 210. Картридж 200 более подробно изображен на фиг. 2. Токоприемный элемент в этом варианте осуществления представляет собой ферритовую сетку. Субстрат, образующий аэрозоль, может образовывать мениск в пустотах сетки. Другим вариантом для токоприемника является графитовая ткань, имеющая структуру с открытыми ячейками.The cartridge 200 includes a cartridge body 204 that holds the capillary material and is filled with an aerosol-forming liquid substrate. Cartridge body 204 is fluid-tight but includes an open end covered by a permeable current collector 210. Cartridge 200 is shown in more detail in FIG. 2. The current collector in this embodiment is a ferrite mesh. The aerosol-forming substrate may form a meniscus in the voids of the mesh. Another option for the current collector is graphite fabric having an open cell structure.

Когда картридж 200 сцеплен с устройством и размещен в полости 112, токоприемный элемент 210 расположен смежно с плоской спиральной катушкой 110. Картридж 200 может содержать шпоночные элементы для того, чтобы исключить возможность его введения в устройство вверх ногами.When the cartridge 200 is engaged with the device and placed in the cavity 112, the current collector 210 is adjacent to the flat helical coil 110. The cartridge 200 may include keyed elements to prevent it from being inserted upside down into the device.

При эксплуатации пользователь делает затяжку на мундштучной части 120 для втягивания воздуха сквозь впускные отверстия 122 для воздуха в мундштучную часть 120 и из выпускного отверстия 124 в рот пользователя. Устройство содержит датчик 106 затяжки в виде микрофона, являющийся частью управляющих электронных схем 104. Небольшой поток воздуха втягивается сквозь впускное отверстие 121 датчика мимо микрофона 106 и в мундштучную часть 120, когда пользователь делает затяжку на мундштучной части. При обнаружении затяжки управляющие электронные схемы подают высокочастотный колебательный ток в катушку 110. Это генерирует колебательное магнитное поле, как изображено пунктирными линиями на фиг. 1. Также включается светодиод 108 для обозначения включенного состояния устройства. Колебательное магнитное поле проходит сквозь токоприемный элемент, индуцируя вихревые токи в токоприемном элементе. Токоприемный элемент нагревается в результате нагрева джоулевым теплом, достигая температуры, достаточной для испарения субстрата, образующего аэрозоль, вблизи токоприемного элемента. Как упомянуто, потери на гистерезис также могут обеспечивать значительный нагрев токоприемного элемента. Испаренный субстрат, образующий аэрозоль, увлекается воздухом, текущим от впускных отверстий для воздуха к выпускному отверстию для воздуха, и охлаждается для образования аэрозоля внутри мундштучной части перед попаданием в рот пользователя. Управляющие электронные схемы подают колебательный ток в катушку в течение заданного периода, в этом примере - в течение пяти секунд, после обнаружения затяжки и затем выключают ток до обнаружения новой затяжки.In use, the user puffs on the mouthpiece 120 to draw air through the air inlets 122 into the mouthpiece 120 and out of the outlet 124 into the user's mouth. The device includes a microphone puff sensor 106 that is part of the control circuitry 104. A small amount of air is drawn through the sensor inlet 121 past the microphone 106 and into the mouthpiece 120 when the user takes a puff on the mouthpiece. When a puff is detected, the control electronics apply a high frequency oscillating current to the coil 110. This generates an oscillating magnetic field as shown in dotted lines in FIG. 1. The LED 108 also turns on to indicate the on state of the device. An oscillating magnetic field passes through the current collector, inducing eddy currents in the current collector. The current collector is heated by Joule heating, reaching a temperature sufficient to vaporize the aerosol forming substrate in the vicinity of the current collector. As mentioned, hysteresis losses can also provide significant heating of the current collector. The vaporized aerosol-generating substrate is entrained by air flowing from the air inlets to the air outlet and is cooled to form an aerosol inside the mouthpiece before entering the user's mouth. The control electronics apply an oscillating current to the coil for a predetermined period, five seconds in this example, after a puff is detected and then turn off the current until a new puff is detected.

Как видно, картридж имеет простую и надежную конструкцию, являющуюся недорогой для изготовления по сравнению с картриджами-распылителями, доступными на рынке. В этом варианте осуществления картридж имеет круглую цилиндрическую форму, и токоприемный элемент перекрывает круглый открытый конец корпуса картриджа. Тем не менее, возможны другие конфигурации. На фиг. 4 показан вид с торца альтернативной конструкции картриджа, в которой токоприемный элемент представляет собой полосу стальной сетки 220, перекрывающей прямоугольное отверстие в корпусе 204 картриджа. На фиг. 5 изображен вид с торца другого альтернативного токоприемного элемента. На фиг. 5 токоприемник представляет собой три концентрических кольца, соединенные радиальным стержнем. Токоприемный элемент заполняет круглое отверстие в корпусе картриджа.As can be seen, the cartridge has a simple and reliable design, which is inexpensive to manufacture compared to spray cartridges available on the market. In this embodiment, the cartridge has a round cylindrical shape and the current collector covers the round open end of the cartridge body. However, other configurations are possible. In FIG. 4 shows an end view of an alternative cartridge design in which the current collector is a strip of steel mesh 220 covering a rectangular opening in the cartridge body 204. In FIG. 5 is an end view of another alternative current collector. In FIG. 5, the current collector consists of three concentric rings connected by a radial rod. The current-collecting element fills a round hole in the cartridge body.

На фиг. 6 изображен второй вариант осуществления. На фиг. 6 изображен лишь передний конец системы, поскольку могут использоваться те же батарея и управляющие электронные схемы, что и изображенные на фиг. 1, включая механизм обнаружения затяжек. На фиг. 6 плоская спиральная катушка 136 расположена в основной части 101 устройства в противоположном конце полости относительно мундштучной части 120, но система работает по существу таким же образом. Разделители 134 обеспечивают достаточное пространство для потока воздуха между катушкой 136 и токоприемным элементом 210. Испаренный субстрат, образующий аэрозоль, увлекается воздухом, текущим мимо токоприемника от впускного отверстия 132 к выпускному отверстию 124. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 6, некоторая часть воздуха может течь от впускного отверстия 132 к выпускному отверстию 124, не проходя через токоприемный элемент. Этот прямой поток воздуха смешивается с паром в мундштучной части, ускоряя охлаждение и обеспечивая оптимальный размер капель в аэрозоле.In FIG. 6 shows a second embodiment. In FIG. 6 shows only the front end of the system since the same battery and control electronics as shown in FIG. 1, including the puff detection mechanism. In FIG. 6, a flat spiral coil 136 is located in the main body 101 of the device at the opposite end of the cavity relative to the mouthpiece 120, but the system operates in essentially the same way. Dividers 134 provide sufficient airflow space between coil 136 and current collector 210. The vaporized aerosol forming substrate is entrained by air flowing past the current collector from inlet 132 to outlet 124. In the embodiment shown in FIG. 6, some air may flow from inlet 132 to outlet 124 without passing through the current collector. This direct airflow mixes with the vapor at the mouthpiece, accelerating cooling and providing the optimum droplet size in the aerosol.

В варианте осуществления, изображенном на фиг. 6, картридж имеет такой же размер и форму, что и картридж на фиг. 1, и имеет такой же корпус и токоприемный элемент. Тем не менее, капиллярный материал внутри картриджа, показанного на фиг. 6, отличается от капиллярного материала, показанного на фиг. 1. Картридж по фиг. 6, содержит два отдельных капиллярных материала 202, 206. Диск первого капиллярного материала 206 расположен таким образом, чтобы контактировать с токоприемным элементом 210 при эксплуатации. Большее количество второго капиллярного материала 202 расположено на противоположной стороне первого капиллярного материала 206 относительно токоприемного элемента. Как первый капиллярный материал, так и второй капиллярный материал удерживают жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Первый капиллярный материал 206, контактирующий с токоприемным элементом, имеет более высокую температуру теплового разложения (по меньшей мере 160°С или выше, такую как приблизительно 250°С), чем второй капиллярный материал 202. Первый капиллярный материал 206 эффективно выполняет функцию разделителя, отделяя токоприемный элемент, который становится очень горячим при эксплуатации, от второго капиллярного материала 202 с тем, чтобы второй капиллярный материал не подвергался воздействию температур, превышающих его температуру теплового разложения. Перепад температур в первом капиллярном материале таков, что второй капиллярный материал подвергается воздействию температур ниже его температуры теплового разложения. Второй капиллярный материал 202 может быть выбран таким образом, чтобы обладать лучшими капиллярными свойствами, чем первый капиллярный материал 206, обладать способностью удерживать больше жидкости на единицу объема, чем первый капиллярный материал, и быть дешевле первого капиллярного материала. В этом примере первый капиллярный материал представляет собой теплостойкий элемент, такой как стекловолокно или элемент, содержащий стекловолокно, и второй капиллярный материал представляет собой полимер, такой как полиэтилен высокой плотности (HDPE), или полиэтилентерефталат (PET).In the embodiment depicted in FIG. 6, the cartridge has the same size and shape as the cartridge in FIG. 1 and has the same housing and current collector. However, the capillary material inside the cartridge shown in FIG. 6 differs from the capillary material shown in FIG. 1. The cartridge of FIG. 6 includes two separate capillary materials 202, 206. A disk of first capillary material 206 is positioned to contact current collector 210 in use. A larger amount of the second capillary material 202 is located on the opposite side of the first capillary material 206 relative to the current collector. Both the first capillary material and the second capillary material hold a liquid substrate forming an aerosol. The first capillary material 206 in contact with the current collector has a higher thermal decomposition temperature (at least 160° C. or higher, such as about 250° C.) than the second capillary material 202. The first capillary material 206 effectively acts as a separator, separating a current collector, which becomes very hot in use, from the second capillary material 202 so that the second capillary material is not exposed to temperatures in excess of its thermal decomposition temperature. The temperature difference in the first capillary material is such that the second capillary material is exposed to temperatures below its thermal decomposition temperature. The second capillary material 202 may be selected to have better capillary properties than the first capillary material 206, be able to hold more liquid per unit volume than the first capillary material, and be less expensive than the first capillary material. In this example, the first capillary material is a heat resistant element such as glass fiber or a glass fiber containing element and the second capillary material is a polymer such as high density polyethylene (HDPE) or polyethylene terephthalate (PET).

На фиг. 7 изображен третий вариант осуществления. На фиг. 7 изображен лишь передний конец системы, поскольку могут использоваться те же батарея и управляющие электронные схемы, что и изображенные на фиг. 1, включая механизм обнаружения затяжек. На фиг. 7 картридж 240 имеет форму куба и выполнен с двумя полосами токоприемного элемента 242 на противоположных боковых поверхностях картриджа. Картридж изображен отдельно на фиг. 8. Устройство содержит две плоские спиральные катушки 142, расположенные на противоположных сторонах полости таким образом, чтобы полосы 242 токоприемного элемента являлись смежными с катушками 142, когда картридж размещен в полости. Катушки 142 имеют прямоугольную форму для того, чтобы соответствовать форме полос токоприемника, как изображено на фиг. 9. Прямоугольная форма является преимущественной, так как она обеспечивает большую плотность вихревых токов вследствие минимального поверхностного эффекта. Каналы для потока воздуха расположены между катушками 142 и полосами 242 токоприемника таким образом, чтобы воздух их впускных отверстий 144 тек мимо полос токоприемника к выпускному отверстию 124, когда пользователь делает затяжку на мундштучной части 120.In FIG. 7 shows a third embodiment. In FIG. 7 shows only the front end of the system since the same battery and control electronics as shown in FIG. 1, including the puff detection mechanism. In FIG. 7, cartridge 240 is cube shaped and provided with two strips of current collector 242 on opposite side surfaces of the cartridge. The cartridge is shown separately in Fig. 8. The device comprises two flat helical coils 142 positioned on opposite sides of the cavity such that the current collector strips 242 are adjacent to the coils 142 when the cartridge is placed in the cavity. Coils 142 are rectangular in shape to match the shape of the pantograph strips as shown in FIG. 9. The rectangular shape is advantageous as it provides a high eddy current density due to minimal skin effect. The airflow channels are positioned between the coils 142 and pantograph strips 242 such that air from their inlets 144 flows past the pantograph strips to outlet 124 when the user draws on the mouthpiece 120.

Как и в варианте осуществления по фиг. 1, картридж содержит капиллярный материал и жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Капиллярный материал расположен таким образом, чтобы передавать жидкий субстрат к полосам 242 токоприемного элемента.As in the embodiment of FIG. 1, the cartridge contains capillary material and an aerosol-forming liquid substrate. The capillary material is positioned so as to transfer the liquid substrate to the strips 242 of the current collector.

На фиг. 10 изображен четвертый вариант осуществления. На фиг. 10 изображен лишь передний конец системы, поскольку могут использоваться те же батарея и управляющие электронные схемы, что и изображенные на фиг. 1, включая механизм обнаружения затяжек. Устройство по фиг. 10 имеет конструкцию, подобную устройству, изображенному на фиг. 6, при этом плоская спиральная индукционная катушка 152 расположена в основной части 101 устройства в противоположном конце полости относительно мундштучной части 120. Однако картридж, изображенный на фиг. 10, имеет конструкцию, которая отличается от конструкции, показанной на фиг. 6. Картридж по фиг. 10 показан на фиг. 11 в виде с торца. Корпус 250 картриджа имеет цилиндрическую форму, но имеет центральный канал 256, проходящий через него. Субстрат, образующий аэрозоль, удерживается в кольцевом пространстве, окружающем центральный канал, и, как и раньше, может удерживаться в капиллярном материале внутри корпуса 250. Капиллярный фитиль расположен на одном конце картриджа, заполняя центральный канал 256. Капиллярный фитиль выполнен из ферритовых волокон и выполняет функцию как фитиля для субстрата, образующего аэрозоль, так и токоприемника, который индукционно нагревается катушкой 152.In FIG. 10 shows a fourth embodiment. In FIG. 10 only shows the front end of the system since the same battery and control electronics as shown in FIG. 1, including the puff detection mechanism. The device according to Fig. 10 has a construction similar to the device shown in FIG. 6, with a flat helical induction coil 152 located in the device main body 101 at the opposite end of the cavity from the mouthpiece 120. However, the cartridge shown in FIG. 10 has a structure that differs from that shown in FIG. 6. The cartridge of FIG. 10 is shown in FIG. 11 in end view. The cartridge body 250 is cylindrical but has a central channel 256 extending through it. The aerosol generating substrate is retained in the annulus surrounding the central channel and, as before, may be retained in the capillary material within the body 250. The capillary wick is located at one end of the cartridge filling the central channel 256. The capillary wick is made of ferrite fibers and the function of both a wick for the aerosol-forming substrate and a current collector that is inductively heated by coil 152.

При эксплуатации субстрат, образующий аэрозоль, втягивается в ферритовый фитиль 252. При обнаружении затяжки включается катушка 152 и создается колебательное магнитное поле. Изменение магнитного потока через фитиль индуцирует вихревые токи в фитиле и потери на гистерезис, вызывающие его нагрев с испарением субстрата, образующего аэрозоль, в фитиле. Испаренный субстрат, образующий аэрозоль, вовлекается в воздух, втягиваемый через систему от впускных отверстий 154 для воздуха до выпускного отверстия 124 для воздуха вследствие осуществления пользователем затяжек на мундштучной части. Воздух течет через внутренний канал 256, который выполняет функцию камеры для образования аэрозоля, охлаждающей воздух и пар при его прохождении к выпускному отверстию 124. Использование полого картриджа позволяет уменьшить общую длину для системы, так как пар охлаждается внутри полого пространства, образованного картриджем.In operation, the aerosol-forming substrate is drawn into the ferrite wick 252. When a puff is detected, coil 152 is turned on and an oscillating magnetic field is generated. The change in magnetic flux through the wick induces eddy currents in the wick and hysteresis losses causing it to heat up to vaporize the aerosol forming substrate in the wick. The vaporized aerosol-forming substrate is entrained in air drawn through the system from the air inlets 154 to the air outlet 124 due to puffs on the mouthpiece by the user. Air flows through internal passage 256, which acts as an aerosol chamber, cooling the air and vapor as it passes to outlet 124. The use of a hollow cartridge reduces the overall length for the system as the vapor cools within the hollow space formed by the cartridge.

На фиг. 12 изображен пятый вариант осуществления. На фиг. 12 изображен лишь передний конец системы, поскольку могут использоваться те же батарея и управляющие электронные схемы, что и изображенные на фиг. 1, включая механизм обнаружения затяжек. Устройство по фиг. 12 имеет конструкцию, подобную конструкции устройства по фиг. 7 с плоскими спиральными катушками, расположенными в боковой стенке корпуса, окружающей полость, в которой размещается картридж, и имеющими форму, соответствующую форме корпуса. Однако картридж имеет другую конструкцию. Картридж 260 по фиг. 12 имеет полую цилиндрическую форму, подобную форме картриджа, изображенного на фиг. 10. Картридж содержит капиллярный материал и заполнен жидким субстратом, образующим аэрозоль. Внутренняя поверхность картриджа 260, т.е. поверхность, окружающая внутренний канал 166, содержит проницаемый для текучей среды токоприемный элемент, в этом примере - ферритовую сетку. Ферритовая сетка может покрывать всю внутреннюю поверхность картриджа или лишь часть внутренней поверхности картриджа.In FIG. 12 shows a fifth embodiment. In FIG. 12 only shows the front end of the system since the same battery and control electronics as shown in FIG. 1, including the puff detection mechanism. The device according to Fig. 12 has a structure similar to that of the device of FIG. 7 with flat spiral coils located in the side wall of the housing, surrounding the cavity in which the cartridge is placed, and having a shape corresponding to the shape of the housing. However, the cartridge has a different design. The cartridge 260 of FIG. 12 has a hollow cylindrical shape similar to the cartridge shown in FIG. 10. The cartridge contains capillary material and is filled with an aerosol-forming liquid substrate. The inner surface of the cartridge 260, i. e. the surface surrounding the inner channel 166 includes a fluid-permeable current collector, in this example a ferrite mesh. The ferrite mesh may cover the entire inner surface of the cartridge or only a portion of the inner surface of the cartridge.

При эксплуатации пользователь делает затяжку на мундштучной части 120 для втягивания воздуха сквозь впускные отверстия 164 для воздуха сквозь центральный канал картриджа мимо токоприемного элемента 262 в мундштучную часть 120 и из выпускного отверстия 124 в рот пользователя. При обнаружении затяжки управляющие электронные схемы подают высокочастотный колебательный ток в катушки 162. Это генерирует колебательное магнитное поле. Колебательное магнитное поле проходит сквозь токоприемный элемент, индуцируя вихревые токи и потери на гистерезис в токоприемном элементе. Токоприемный элемент нагревается, достигая температуры, достаточной для испарения субстрата, образующего аэрозоль, вблизи токоприемного элемента. Испаренный субстрат, образующий аэрозоль, проходит сквозь токоприемный элемент и увлекается воздухом, текущим от впускных отверстий для воздуха к выпускному отверстию для воздуха, и охлаждается для образования аэрозоля внутри канала и мундштучной части перед попаданием в рот пользователя.In use, the user puffs on the mouthpiece 120 to draw air through the air inlets 164 through the central passage of the cartridge past the current collector 262 into the mouthpiece 120 and out of the outlet 124 into the user's mouth. When a puff is detected, the control electronics apply a high frequency oscillating current to the coils 162. This generates an oscillating magnetic field. An oscillating magnetic field passes through the current collector, inducing eddy currents and hysteresis losses in the current collector. The current collector is heated to a temperature sufficient to vaporize the aerosol forming substrate in the vicinity of the current collector. The vaporized aerosol-generating substrate passes through the current collector and is entrained by air flowing from the air inlets to the air outlet and is cooled to form an aerosol inside the channel and the mouthpiece before entering the user's mouth.

На фиг. 13 изображен шестой вариант осуществления. На фиг. 13 изображен лишь передний конец системы, поскольку могут использоваться те же батарея и управляющие электронные схемы, что и изображенные на фиг. 1, включая механизм обнаружения затяжек. Картридж 270, изображенный на фиг. 13, идентичен картриджу, изображенному на фиг. 12. Тем не менее, устройство по фиг. 13 имеет другую конфигурацию, включающую в себя плоскую спиральную индукционную катушку 172 на опорной пластине 17 6, проходящей в центральный канал картриджа, для генерирования колебательного магнитного поля вблизи токоприемного элемента 272.In FIG. 13 shows a sixth embodiment. In FIG. 13 only shows the front end of the system since the same battery and control electronics as shown in FIG. 1, including the puff detection mechanism. The cartridge 270 shown in FIG. 13 is identical to the cartridge shown in FIG. 12. However, the device of FIG. 13 has another configuration including a planar helical induction coil 172 on a base plate 176 extending into the central channel of the cartridge to generate an oscillating magnetic field in the vicinity of the current collector 272.

На фиг. 14 изображен седьмой вариант осуществления. На фиг. 14 изображен лишь передний конец системы, поскольку могут использоваться те же батарея и управляющие электронные схемы, что и изображенные на фиг. 1, включая механизм обнаружения затяжек. На фиг. 14 устройство имеет конструкцию, подобную конструкции, изображенной на фиг. 12. Однако картридж по фиг. 14 заполнен токоприемным элементом 280, смоченным субстратом, образующим аэрозоль. Корпус картриджа содержит паропроницаемую мембрану 282, которая позволяет испаренному субстрату, образующему аэрозоль, выходить из картриджа. Паропроницаемая мембрана 282 расположена смежно с каналом для потока воздуха, проходящим от впускных отверстий 184 для воздуха к выпускному отверстию 124 для воздуха.In FIG. 14 shows the seventh embodiment. In FIG. 14 only shows the front end of the system since the same battery and control electronics as shown in FIG. 1, including the puff detection mechanism. In FIG. 14, the device has a structure similar to that shown in FIG. 12. However, the cartridge of FIG. 14 is filled with a current collector 280 wetted with an aerosol-forming substrate. The cartridge body contains a vapor permeable membrane 282 which allows the vaporized aerosol forming substrate to exit the cartridge. The vapor permeable membrane 282 is adjacent to the air flow path extending from the air inlets 184 to the air outlet 124.

При эксплуатации пользователь делает затяжку на мундштучной части 120 для втягивания воздуха сквозь впускные отверстия 184 для воздуха мимо паропроницаемой части картриджа 282 в мундштучную часть 120 и из выпускного отверстия 124 в рот пользователя. При обнаружении затяжки управляющие электронные схемы подают высокочастотный колебательный ток в катушки 182. Это генерирует колебательное магнитное поле. Колебательное магнитное поле проходит сквозь токоприемный элемент в картридже, индуцируя вихревые токи и потери на гистерезис в токоприемном элементе. Токоприемный элемент нагревается, достигая температуры, достаточной для испарения субстрата, образующего аэрозоль. Испаренный субстрат, образующий аэрозоль, втягивается через паропроницаемую мембрану картриджа 282 воздухом, текущим от впускных отверстий для воздуха к выпускному отверстию для воздуха, и охлаждается для образования аэрозоля внутри мундштучной части перед попаданием в рот пользователя.In use, the user puffs on the mouthpiece 120 to draw air through the air inlets 184 past the vapor permeable portion of the cartridge 282 into the mouthpiece 120 and out of the outlet 124 into the user's mouth. When a puff is detected, the control electronics apply a high frequency oscillating current to the coils 182. This generates an oscillating magnetic field. An oscillating magnetic field passes through the current collector in the cartridge, inducing eddy currents and hysteresis losses in the current collector. The current collector is heated to a temperature sufficient to vaporize the aerosol-forming substrate. The vaporized aerosol-forming substrate is drawn through the vapor permeable membrane of the cartridge 282 by air flowing from the air inlets to the air outlet and is cooled to form an aerosol within the mouthpiece before entering the user's mouth.

Несомненно возможно использование токоприемного элемента для заполнения картриджей, изображенных на фиг. 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12 и 13, в полом картридже, как показано на фиг. 12 и 13, таким же образом и для создания паропроницаемой части корпуса картриджа в таком положении, чтобы воздух проходил ее при прохождении от впускных отверстий для воздуха к выпускному отверстию для воздуха.It is certainly possible to use a current-collecting element for filling the cartridges shown in FIG. 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12 and 13 in a hollow cartridge as shown in FIG. 12 and 13 in the same way to provide a vapor-permeable portion of the cartridge body in such a position that air passes through it as it passes from the air inlets to the air outlet.

На фиг. 15 изображен восьмой вариант осуществления. На фиг. 15 изображен лишь передний конец системы, поскольку могут использоваться те же батарея и управляющие электронные схемы, что и изображенные на фиг. 1, включая механизм обнаружения затяжек. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 15, картридж выполнен очень маленьким, удерживающим количество субстрата, образующего аэрозоль, достаточное для одного применения, например, для одного сеанса курения или для одной дозы лекарственного препарата. Картридж содержит корпус 292 из фольги токоприемника, выполненный из ферритового материала, удерживающий субстрат 290, образующий аэрозоль. Передний конец 294 корпуса картриджа является перфорированным, чтобы быть паропроницаемым. Картридж закрепляется в полости в устройстве смежно с плоской спиральной индукционной катушкой 192.In FIG. 15 shows an eighth embodiment. In FIG. 15 only shows the front end of the system since the same battery and control electronics as shown in FIG. 1, including the puff detection mechanism. In the embodiment depicted in FIG. 15, the cartridge is designed to be very small, holding enough aerosolizing substrate for one application, such as one smoking session or one dose of drug. The cartridge includes a current collector foil body 292 made of ferrite material holding an aerosol-forming substrate 290. The front end 294 of the cartridge body is perforated to be vapor permeable. The cartridge is fixed in a cavity in the device adjacent to the flat helical induction coil 192.

При эксплуатации пользователь делает затяжку на мундштучной части 120 для втягивания воздуха сквозь впускные отверстия 194 для воздуха мимо паропроницаемой части картриджа 294 в мундштучную часть 120 и из выпускного отверстия 124 в рот пользователя. При обнаружении затяжки управляющие электронные схемы подают высокочастотный колебательный ток в катушку 192. Это генерирует колебательное магнитное поле. Колебательное магнитное поле проходит сквозь токоприемный элемент корпуса картриджа, индуцируя вихревые токи и потери на гистерезис в токоприемном элементе. Токоприемный элемент нагревается, достигая температуры, достаточной для испарения субстрата, образующего аэрозоль. Испаренный субстрат, образующий аэрозоль, втягивается через паропроницаемую часть картриджа 294 воздухом, текущим от впускных отверстий для воздуха к выпускному отверстию для воздуха, и охлаждается для образования аэрозоля внутри мундштучной части перед попаданием в рот пользователя.In use, the user puffs on the mouthpiece 120 to draw air through the air inlets 194 past the vapor permeable portion of the cartridge 294 into the mouthpiece 120 and out of the outlet 124 into the user's mouth. When a puff is detected, the control electronics apply a high frequency oscillating current to coil 192. This generates an oscillating magnetic field. An oscillating magnetic field passes through the current-collecting element of the cartridge body, inducing eddy currents and hysteresis losses in the current-collecting element. The current collector is heated to a temperature sufficient to vaporize the aerosol-forming substrate. The vaporized aerosol-forming substrate is drawn through the vapor-permeable portion of the cartridge 294 by air flowing from the air inlets to the air outlet and is cooled to form an aerosol within the mouthpiece before entering the user's mouth.

Все описанные варианты осуществления могут управляться по существу одной и той же электронной схемой 104. На фиг. 16А изображен первый пример схемы, используемой для подачи высокочастотного колебательного тока к индукционной катушке, используя усилитель мощности класса Е. Как видно на фиг. 16А, схема содержит усилитель мощности класса Е, содержащий транзисторный переключатель 1100, содержащий полевой транзистор (FET) 1110, например полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник (MOSFET), схему питания транзисторного переключателя, обозначенную стрелкой 1120, для подачи сигнала переключения (напряжение затвор-исток) в FET 1110, и индуктивно-емкостную сеть 1130 нагрузки, содержащую шунтирующий конденсатор С1 и последовательное соединение конденсатора С2 и индукционной катушки L2. Источник постоянного тока, содержащий батарею 101, содержит дроссель L1 и подает напряжение источника постоянного тока. На фиг. 16А также изображено омическое сопротивление R, представляющее собой общую омическую нагрузку 1140, которая является суммой омического сопротивления R_Coil плоской спиральной индукционной катушки, обозначенной как L2, и омического сопротивления R_Load токоприемного элемента.All described embodiments may be controlled by essentially the same electronic circuit 104. In FIG. 16A shows a first example of a circuit used to supply a high frequency oscillating current to an induction coil using a class E power amplifier. As seen in FIG. 16A, the circuit comprises a class E power amplifier comprising a transistor switch 1100 comprising a field effect transistor (FET) 1110, such as a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET), a transistor switch power circuit, indicated by arrow 1120, for supplying a switch signal ( gate-source voltage) in the FET 1110, and an inductive-capacitive load network 1130 containing a shunt capacitor C1 and a series connection of the capacitor C2 and the induction coil L2. The DC source containing the battery 101 includes a choke L1 and supplies the DC source voltage. In FIG. 16A also shows the ohmic resistance R, which is the total ohmic load 1140, which is the sum of the ohmic resistance R _Coil of the flat helical induction coil, denoted L2, and the ohmic resistance R _Load of the current collector.

Из-за очень малого количества компонентов можно поддерживать чрезвычайно маленький объем электронных схем источника питания. Этот чрезвычайно маленький объем электронных схем источника питания возможен благодаря индукционной катушке L2 индуктивно-емкостной сети 1130 нагрузки, непосредственно используемой в качестве индукционной катушки для индуктивной связи с токоприемным элементом, и этот маленький объем позволяет сохранять небольшие общие размеры всего устройства для индукционного нагрева.Due to the very small number of components, an extremely small amount of power supply electronics can be maintained. This extremely small volume of the power supply electronics is made possible by the inductor L2 of the load inductive-capacitive network 1130 directly used as an induction coil for inductively coupling with the current collector, and this small volume allows the overall size of the entire induction heating apparatus to be kept small.

Хотя общий принцип работы усилителя мощности класса Е известен и подробно описан в уже упоминавшейся статье «Class-Е RF Power Amplifiers», автор Nathan О. Sokal, опубликованной в журнале QEX, выходящем раз в два месяца, выпуск за январь/февраль 2001 г., стр. 9-20, издание Американской лиги радиолюбителей (ARRL), г. Невингтон, Коннектикут, США, некоторые общие принципы будут пояснены далее.Although the general operating principle of a Class E power amplifier is known and detailed in the previously mentioned article "Class-E RF Power Amplifiers", by Nathan O. Sokal, published in the bimonthly QEX January/February 2001 issue. , pp. 9-20, American Amateur Radio League (ARRL) publication, Newington, CT, USA, some general principles will be explained later.

Предположим, что схема 1120 питания транзисторного переключателя подает напряжение переключения (напряжение затвор-исток FET), имеющее прямоугольный профиль, в FET 1110. Пока FET 1321 является проводящим (во включенном состоянии), он по существу составляет цепь короткого замыкания (с малым сопротивлением) и весь ток течет через дроссель L1 и FET 1110. Когда FET 1110 является непроводящим (в выключенном состоянии), весь ток течет в индуктивно-емкостную сеть нагрузки, поскольку FET 1110 по существу представляет собой разомкнутую цепь (с большим сопротивлением). Переключение транзистора между этими двумя состояниями приводит к инвертированию подаваемого напряжения постоянного тока и постоянного тока в напряжение переменного тока и переменный ток.Assume that the transistor switch power circuit 1120 supplies a switching voltage (FET gate-source voltage) having a rectangular profile to the FET 1110. As long as the FET 1321 is conductive (on), it essentially constitutes a short circuit (low resistance) and all current flows through inductor L1 and FET 1110. When FET 1110 is non-conductive (off), all current flows into the load inductive-capacitive network because FET 1110 is essentially an open circuit (high resistance). Switching the transistor between these two states causes the applied DC voltage and DC current to be inverted into AC voltage and AC current.

Для эффективного нагрева токоприемного элемента необходимо передавать максимальное количество подаваемой энергии постоянного тока в форме энергии переменного тока в индуктор L2 и впоследствии в токоприемный элемент, индуктивно связанный с индуктором L2. Энергия, рассеиваемая в токоприемном элементе (потери на вихревые токи, потери на гистерезис), генерирует тепло в токоприемном элементе, как подробно описано выше. Другими словами, рассеивание энергии в FET 1110 должно быть сведено к минимуму, при этом рассеивание энергии в токоприемном элементе должно быть увеличено до максимума.In order to effectively heat the current collector, it is necessary to transfer the maximum amount of supplied DC energy in the form of AC energy to the inductor L2 and subsequently to the current collector inductively coupled to the inductor L2. The energy dissipated in the current collector (eddy current loss, hysteresis loss) generates heat in the current collector, as detailed above. In other words, the energy dissipation in the FET 1110 should be kept to a minimum, while the energy dissipation in the current collector should be maximized.

Рассеивание энергии в FET 1110 в течение одного периода переменного напряжения/тока является произведением напряжения и тока транзистора в каждой временной точке в течение периода переменного напряжения/тока, интегрированным по этому периоду и усредненным по этому периоду. Поскольку FET 1110 должен поддерживать высокое напряжение на протяжении части этого периода и проводить сильный ток на протяжении части этого периода, следует избегать одновременного наличия высокого напряжения и сильного тока, поскольку это приведет к существенному рассеиванию энергии в FET 1110. Во включенном состоянии FET 1110 напряжение транзистора близко к нулевому, когда сильный ток течет сквозь FET. В выключенном состоянии FET 1110 напряжение транзистора является высоким, но ток, проходящий сквозь FET 1110, близок к нулевому.The power dissipation in the FET 1110 during one AC voltage/current cycle is the product of the transistor voltage and current at each time point during the AC voltage/current cycle, integrated over that cycle and averaged over that cycle. Since the FET 1110 must maintain a high voltage for part of this period and conduct a high current for part of this period, the simultaneous presence of high voltage and high current should be avoided, as this will lead to significant power dissipation in the FET 1110. When the FET 1110 is on, the voltage of the transistor close to zero when a strong current flows through the FET. When the FET 1110 is off, the transistor voltage is high, but the current passing through the FET 1110 is close to zero.

Неизбежны также переходные процессы при переключении, длящиеся в течение некоторой части периода. Тем не менее, произведения высокого напряжения тока, представляющего большую потерю энергии в FET 1110, можно избежать с помощью следующих дополнительных мер. Во-первых, задерживают повышение напряжения транзистора до тех пор, пока ток, протекающий через транзистор, не уменьшится до нуля. Во-вторых, обеспечивают возврат напряжения транзистора к нулю до того, как начнется повышение тока, протекающего через транзистор. Это достигается благодаря сети 1130 нагрузки, содержащей шунтирующий конденсатор С1 и последовательное соединение конденсатора С2 и индуктора L2, при этом эта сеть нагрузки представляет собой сеть между FET 1110 и нагрузкой 1140. В-третьих, обеспечивают, чтобы напряжение транзистора во время отпирания было практически равно нулю (для биполярного плоскостного транзистора «BJT» оно представляет собой напряжение V_o смещения при насыщении). Отпирающийся транзистор не разряжает заряженный шунтирующий конденсатор С1, тем самым предотвращая рассеяние энергии, накопленной в шунтирующем конденсаторе. В-четвертых, обеспечивают, чтобы крутизна напряжения транзистора была равна нулю во время отпирания. Затем ток, вводимый в отпирающийся транзистор посредством сети нагрузки, плавно повышают с нуля с регулируемой умеренной скоростью, что приводит к низкому рассеянию энергии в то время, когда проводимость транзистора повышается с нуля во время переходного процесса при отпирании. В результате, напряжение на транзисторе и ток через него никогда не будут высокими одновременно. Переходные процессы при переключении напряжения и тока смещены по времени относительно друг друга. Величины для L1, С1 и С2 могут быть выбраны таким образом, чтобы максимально увеличить эффективное рассеивание энергии в токоприемном элементе.Switching transients are also inevitable, lasting for some part of the period. However, producing a high voltage current, representing a large power loss in the FET 1110, can be avoided by the following additional measures. First, they delay the increase in the voltage of the transistor until the current flowing through the transistor decreases to zero. Secondly, they ensure that the voltage of the transistor returns to zero before the increase in the current flowing through the transistor begins. This is achieved by a load network 1130 comprising shunt capacitor C1 and series connection of capacitor C2 and inductor L2, this load network being the network between FET 1110 and load 1140. zero (for a BJT, this is the saturation bias voltage V _o ). The turn-on transistor does not discharge the charged shunt capacitor C1, thereby preventing the energy stored in the shunt capacitor from dissipating. Fourth, ensure that the voltage slope of the transistor is zero during firing. Then, the current injected into the turn-on transistor by the load network is gradually increased from zero at a controlled moderate rate, resulting in low power dissipation while the transistor conductance rises from zero during the turn-on transient. As a result, the voltage across the transistor and the current through it will never be high at the same time. Transients during voltage and current switching are shifted in time relative to each other. The values for L1, C1 and C2 can be chosen to maximize the effective energy dissipation in the current collector.

Хотя усилитель мощности класса Е является предпочтительным для большинства систем согласно изобретению, также возможно использовать другие архитектуры схем. На фиг. 16В изображен второй пример схемы, используемой для подачи высокочастотного колебательного тока к индукционной катушке, используя усилитель мощности класса D. Схема по фиг. 16В содержит батарею 101, присоединенную к двум транзисторам 1210, 1212. Два переключающих элемента 1220, 1222 предоставлены для включения и выключения транзисторов 1210, 1212. Переключатели управляются с высокой частотой таким образом, чтобы обеспечить выключенное состояние одного из двух транзисторов 1210, 1212, в то время, как другой из двух транзисторов включен. Плоская спиральная индукционная катушка снова обозначена как L2, и объединенное омическое сопротивление катушки и токоприемного элемента обозначено как R. Величины С1 и С2 могут быть выбраны таким образом, чтобы максимально увеличить эффективное рассеивание энергии в токоприемном элементе.Although a class E power amplifier is preferred for most systems according to the invention, it is also possible to use other circuit architectures. In FIG. 16B shows a second example of a circuit used to supply a high frequency oscillatory current to an induction coil using a class D power amplifier. The circuit of FIG. 16V includes a battery 101 connected to two transistors 1210, 1212. Two switching elements 1220, 1222 are provided to turn transistors 1210, 1212 on and off. while the other of the two transistors is on. The flat helical induction coil is again denoted L2, and the combined ohmic resistance of the coil and current collector is denoted R. The values of C1 and C2 can be chosen to maximize the effective power dissipation in the current collector.

Токоприемный элемент может быть изготовлен из материала или сочетания материалов, обладающих температурой Кюри, близкой к желаемой температуре, до которой должен нагреваться токоприемный элемент. Как только температура токоприемного элемента превышает эту температуру Кюри, материал заменяет свои ферромагнитные свойства парамагнитными свойствами. Соответственно, рассеивание энергии в токоприемном элементе существенно уменьшено, поскольку потери на гистерезис материала, обладающего парамагнитными свойствами, значительно меньше потерь на гистерезис материала, обладающего ферромагнитными свойствами. Это уменьшенное рассеивание энергии в токоприемном элементе может быть обнаружено и, например, генерирование переменного тока преобразователем постоянного тока в переменный затем может быть прервано до тех пор, пока токоприемный элемент снова не остынет ниже температуры Кюри и не восстановит свои ферромагнитные свойства. Затем генерирование мощности переменного тока преобразователем постоянного тока в переменный может быть вновь возобновлено.The current collector may be made from a material or combination of materials having a Curie temperature close to the desired temperature to which the current collector is to be heated. As soon as the temperature of the current-collecting element exceeds this Curie temperature, the material replaces its ferromagnetic properties with paramagnetic properties. Accordingly, the dissipation of energy in the current-collecting element is significantly reduced, since the hysteresis loss of a material having paramagnetic properties is much less than the hysteresis loss of a material having ferromagnetic properties. This reduced power dissipation in the current collector can be detected and, for example, AC generation by the DC/AC converter can then be interrupted until the current collector cools below the Curie temperature again and regains its ferromagnetic properties. Then, AC power generation by the DC/AC converter can be resumed again.

Другие конструкции картриджа, содержащие токоприемный элемент согласно данному изобретению, могут быть предусмотрены специалистом в данной области техники. Например, картридж может содержать мундштучную часть и может иметь любую желаемую форму. Кроме этого, размещение катушки и токоприемника согласно изобретению может использоваться в системах других типов, отличающихся от уже описанных, таких как увлажнители, освежители воздуха и другие системы, генерирующие аэрозоль.Other cartridge designs containing the current collector of the present invention may be contemplated by one of ordinary skill in the art. For example, the cartridge may include a mouthpiece and may be of any desired shape. In addition, the coil and current collector arrangement according to the invention can be used in other types of systems than those already described, such as humidifiers, air fresheners and other aerosol generating systems.

Вышеописанные примерные варианты осуществления являются иллюстративными, а не ограничительными. Благодаря рассмотренным выше примерным вариантам осуществления, другие варианты осуществления, соответствующие вышеописанным примерным вариантам осуществления, также должны быть понятны специалистам в данной области техники.The exemplary embodiments described above are illustrative and not restrictive. Due to the exemplary embodiments discussed above, other embodiments corresponding to the exemplary embodiments described above should also be understood by those skilled in the art.

Claims

1. An electrically heated system generating an aerosol and containing an aerosol generating device and a cartridge configured for use with the device, the device comprising a device housing, at least one flat helical induction coil, and a power source, an electrical circuit connected to said at least one flat helical induction coil and with a power source, wherein the electrical circuit comprises a DC-to-AC converter containing a class D or class E power amplifier, and is configured to supply high-frequency oscillatory current to said at least one flat helical induction coil wherein the cartridge comprises a cartridge body containing an aerosol-forming substrate and configured to be coupled to the device body, and a current-collecting element installed to heat the aerosol-forming substrate.

2. The electrically heated aerosol generating system of claim 1, wherein the body of the device comprises a cavity for receiving at least a portion of the cartridge, the cavity having an inner surface.

3. The electrically heated aerosol generating system of claim 2, wherein said at least one flat helical induction coil is positioned on or adjacent to a cavity surface proximate the power source.

4. An electrically heated aerosol generating system according to claim 2 or 3, wherein the body of the device comprises a body and a mouthpiece, wherein the cavity is located in the body, and the mouthpiece has an outlet through which the aerosol generated by the system is drawn into the user's mouth, wherein the specified at least one flat spiral induction coil is located in the mouthpiece part.

5. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, wherein the minimum distance between the current collector and said at least one flat helical coil is between 0.5 mm and 1 mm.

6. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, wherein the high frequency oscillating current has a frequency of 500 kHz to 30 MHz, preferably 1 MHz to 10 MHz.

7. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, wherein said at least one flat helical induction coil has a diameter of 5 mm to 10 mm.

8. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, wherein the device comprises an air duct from an air inlet to an air outlet, the air duct passing through said at least one flat helical induction coil.

9. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, wherein said device comprises at least two flat helical induction coils.

10. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, wherein the current collector is in contact with an aerosol generating substrate.

11. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, wherein the aerosol generating substrate in the cartridge body is liquid.

12. The electrically heated aerosol generating system of claim 11 wherein the aerosol generating liquid substrate is retained in a capillary material.

13. The electrically heated aerosol generating system of claim 12, wherein the capillary material is configured to transfer the aerosol generating substrate to the current collector.

14. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, wherein a current-collecting element is provided on a wall of the cartridge body that is configured to be positioned adjacent to said at least one planar helical induction coil when the cartridge body is engaged with the device body.

15. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, wherein an air flow path is provided between said at least one flat helical induction coil and the current collector when the cartridge body is engaged with the device body.

16. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, wherein the current collector is fluid permeable.

17. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, wherein the current collector is in the form of a sheet and extends through an opening in the cartridge housing.

18. Electrically heated system that generates an aerosol, according to any one of paragraphs. 1-16, in which the current collector is included in an aerosol forming substrate.

19. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, wherein the current-collecting element comprises a capillary material.

20. The electrically heated aerosol generating system of claim 19, wherein the current collector comprises a capillary wick extending across an air passage through the system.

21. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, which is a hand held smoking system.

22. An electrically heated device that generates an aerosol, containing a device body, at least one flat spiral induction coil inside the device body, and a power source, an electrical circuit connected to the power source and with said at least one flat spiral induction coil, moreover, the electric the circuit comprises a DC/AC converter comprising a class D or class E power amplifier and is configured to supply a high frequency oscillatory current to said at least one planar helical induction coil.

23. An electrically heated aerosol-generating device according to claim 22, wherein the body of the device forms a cavity for receiving at least a portion of the cartridge, wherein the cartridge comprises a body containing an aerosol-forming substrate and a current-collecting element in contact with the aerosol-forming substrate. .

24. An electrically heated aerosol generating device according to claim 23, wherein said at least one flat helical induction coil is located on or adjacent to the cavity surface proximate the power source.

25. An electrically heated aerosol generating device according to claim 23 or 24, wherein the body of the device comprises a body and a mouthpiece, the cavity being located in the body and the mouthpiece having an outlet through which the aerosol generated by the system is drawn in. into the mouth of the user, while said at least one flat spiral induction coil is located in the mouthpiece.

26. Electrically heated device that generates an aerosol, according to any one of paragraphs. 23-25, wherein the high frequency oscillatory current has a frequency of 500 kHz to 30 MHz, preferably 1 MHz to 10 MHz.

27. Electrically heated device that generates an aerosol, according to any one of paragraphs. 23-26, wherein said at least one flat helical induction coil has a diameter of 5 mm to 10 mm.