RU2816815C2 - Индукционный нагревательный узел с датчиком температуры и устройство, генерирующее аэрозоль и содержащее такой узел - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к области устройств для генерирования аэрозоля. Индукционный нагревательный узел содержит по меньшей мере одну катушку индуктивности, выполненную с возможностью генерирования изменяющегося магнитного поля при протекании через нее изменяющегося электрического тока, по меньшей мере один токоприемник, расположенный с возможностью проникания в него изменяющегося магнитного поля, генерируемого указанной катушкой индуктивности, для нагревания токоприемника, и по меньшей мере один датчик температуры, выполненный с возможностью измерения температуры токоприемника. При этом датчик температуры содержит первый и второй резистивные чувствительные элементы, соединенные между собой, а первый резистивный элемент расположен относительно второго резистивного элемента так, что ток, индуцируемый в первом резистивном элементе изменяющимся магнитным полем, имеет направление, противоположное направлению тока, индуцируемого во втором резистивном элементе изменяющимся магнитным полем. Предложено также устройство для генерирования аэрозоля, содержащее указанный индукционный нагревательный узел, схему управления и источник питания. Использование изобретений позволяет повысить точность определения температуры токоприемника и улучшить качество работы устройства. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к индукционному нагревательному узлу для устройства, генерирующего аэрозоль. В частности, но не исключительно, один или более вариантов осуществления настоящего изобретения могут относиться к индукционному нагревательному узлу, имеющему датчик температуры, который способен уменьшать шумовые эффекты от работы в изменяющемся магнитном поле. Настоящее изобретение относится к устройству, генерирующему аэрозоль, содержащему индукционный нагревательный узел.

В уровне техники предложен ряд электрических устройств, генерирующих аэрозоль, содержащих электрический нагреватель для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, такого как заглушка из табака. Задачей таких устройств, генерирующих аэрозоль, является снижение количества известных вредных компонентов дыма, образующихся в результате горения и пиролитической деградации табака в обычных сигаретах. Обычно субстрат, генерирующий аэрозоль, обеспечен как часть изделия, генерирующего аэрозоль, которое вставляется в камеру или полость в устройстве, генерирующем аэрозоль.

В некоторых известных устройствах для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, до температуры, при которой он способен высвобождать летучие компоненты, способные образовывать аэрозоль, резистивный нагревательный элемент, такой как нагревательная пластина, вставляется в субстрат, образующий аэрозоль, или расположен вокруг него, когда изделие размещено в устройстве, генерирующем аэрозоль.

В других устройствах, генерирующих аэрозоль, вместо резистивного нагревательного элемента используется индукционный нагревательный элемент. Индукционный нагреватель обычно содержит индуктор, образующий часть устройства, генерирующего аэрозоль, и проводящий токоприемный элемент, расположенный таким образом, что он находится в тепловой близости к образующему аэрозоль субстрату. Индуктор генерирует изменяющееся магнитное поле для создания вихревых токов и потерь на гистерезис в токоприемном элементе вызывая нагревание токоприемного элемента, тем самым нагревая субстрат, образующий аэрозоль. Индукционный нагрев обеспечивает возможность генерирования аэрозоля без воздействия нагревателя на изделие, генерирующее аэрозоль. Это может увеличить легкость, с которой может быть очищен нагреватель.

В устройствах, генерирующих аэрозоль, может быть полезно определять температуру электрического нагревателя, чтобы проверять, не превышает ли его температура температуру, при которой начинают образовываться вредные компоненты дыма. Измеренную температуру также можно использовать для управления величиной мощности, подаваемой на нагреватель, например, в рамках петли обратной связи, для того чтобы поддерживать нагреватель при целевой температуре.

Определение температуры резистивного нагревательного элемента является относительно простым. Например, можно использовать датчик температуры или измерять сопротивление резистивного нагревательного элемента и определять температуру на основании известной зависимости между температурой и сопротивлением. Однако определение температуры токоприемника индуктивного нагревателя является более сложным. Например, токоприемник обычно не соединен со схемой управления, и поэтому его сопротивление нельзя легко измерить. Кроме того, использование датчика температуры в изменяющемся магнитном поле может вносить высокий уровень шума в сигнал датчика, приводя к невозможности использования сигнала или неточности определенной температуры.

Было бы желательно предложить индукционный нагревательный узел, имеющий датчик температуры, который может более точно определять температуру токоприемника и на который шум оказывает меньшее воздействие.

Согласно настоящему изобретению предложен индукционный нагревательный узел для устройства, генерирующего аэрозоль. Индукционный нагревательный узел может содержать по меньшей мере одну катушку индуктивности. По меньшей мере одна катушка индуктивности может быть выполнена с возможностью генерирования изменяющегося магнитного поля при протекании изменяющегося электрического тока через указанную по меньшей мере одну катушку индуктивности. Индукционный нагревательный узел может содержать по меньшей мере один токоприемник. По меньшей мере один токоприемник может быть выполнен с возможностью проникания в него изменяющегося магнитного поля, генерируемого по меньшей мере одной катушкой индуктивности, для нагревания токоприемника. Индукционный нагревательный узел может содержать по меньшей мере один датчик температуры. Указанный по меньшей мере один датчик температуры может быть выполнен с возможностью измерения температуры по меньшей мере одного токоприемника. По меньшей мере один датчик температуры может содержать первый резистивный чувствительный элемент и второй резистивный чувствительный элемент. Первый резистивный чувствительный элемент может быть соединен со вторым резистивным чувствительным элементом. Первый резистивный чувствительный элемент может быть расположен относительно второго резистивного чувствительного элемента таким образом, что ток, индуцируемый в первом резистивном чувствительном элементе изменяющимся магнитным полем, противоположен току, индуцируемому во втором резистивном чувствительном элементе изменяющимся магнитным полем.

В соответствии с настоящим изобретением предложен индукционный нагревательный узел для устройства, генерирующего аэрозоль, где указанный индукционный нагревательный узел содержит: по меньшей мере одну катушку индуктивности, выполненную с возможностью генерирования изменяющегося магнитного поля при протекании изменяющегося электрического тока через указанную по меньшей мере одну катушку индуктивности; по меньшей мере один токоприемник, выполненный с возможностью проникания в него изменяющегося магнитного поля, генерируемого указанной по меньшей мере одной катушкой индуктивности, для нагревания токоприемника; по меньшей мере один датчик температуры, выполненный с возможностью определения температуры указанного по меньшей мере одного токоприемника; при этом указанный по меньшей мере один датчик температуры содержит первый резистивный чувствительный элемент и второй резистивный чувствительный элемент, при этом указанный первый резистивный чувствительный элемент соединен со вторым резистивным чувствительным элементом, и при этом указанный первый резистивный чувствительный элемент расположен относительно указанного второго резистивного чувствительного элемента таким образом, что ток, индуцируемый в первом резистивном чувствительном элементе изменяющимся магнитным полем, противоположен току, индуцируемому во втором резистивном чувствительном элементе изменяющимся магнитным полем.

Датчик температуры описанного выше индукционного нагревательного узла выполнен таким образом, что ток, индуцируемый в первом резистивном чувствительном элементе изменяющимся магнитным полем, противоположен току, индуцируемому во втором резистивном чувствительном элементе изменяющимся магнитным полем. Другими словами, ток, индуцируемый во втором резистивном чувствительном элементе, протекает в направлении, противоположном по отношению к току, индуцируемому в первом резистивном чувствительном элементе. Соответственно, магнитное поле, создаваемое вторым резистивным чувствительным элементом, по существу равно и противоположно создаваемому первым резистивным чувствительным элементом таким образом, что магнитные поля первого и второго резистивных чувствительных элементов в значительной степени устраняют друг друга. Соответственно, самоиндуктивность датчика температуры значительно снижается, а также уменьшаются эффекты шума от работы датчика температуры в изменяющемся магнитном поле. Такая компоновка датчика температуры помогает улучшить точность измерений температуры даже при работе в изменяющемся магнитном поле.

Катушка индуктивности может иметь любую подходящую форму. Например, катушка индуктивности может представлять собой плоскую катушку индуктивности. Плоская катушка индуктивности может быть намотана по спирали, по существу в плоскости. Предпочтительно катушка индуктивности представляет собой трубчатую катушку индуктивности. Обычно, трубчатая катушка индуктивности спирально намотана вокруг продольной оси. Катушка индуктивности может быть продолговатой. В частности, предпочтительно катушка индуктивности может быть удлиненной трубчатой катушкой индуктивности. Катушка индуктивности может иметь любое подходящее поперечное сечение. Например, катушка индуктивности может иметь круглое, эллиптическое, квадратное, прямоугольное, треугольное или другое многоугольное поперечное сечение.

Катушка индуктивности может быть образована из любого подходящего материала. Катушка индуктивности образована из токопроводящего материала. Предпочтительно катушка индуктивности образована из металла или металлического сплава.

В данном документе термин «электропроводный» относится к материалам, имеющим удельное электрическое сопротивление меньше или равное 1×10^-4 ом-метр (Ом⋅м) при двадцати градусах по Цельсию.

Как описано в данном документе, изменяющийся электрический ток может относиться к электрическому току, который изменяется с частотой от приблизительно 5 килогерц до приблизительно 500 килогерц. В некоторых вариантах осуществления изменяющийся ток представляет собой высокочастотный изменяющийся ток. В данном документе термин «высокочастотный изменяющийся ток» обозначает изменяющийся ток с частотой от приблизительно 500 килогерц до приблизительно 30 мегагерц. Высокочастотный изменяющийся ток может иметь частоту от приблизительно 1 мегагерца до приблизительно 30 мегагерц, например, от приблизительно 1 мегагерца до приблизительно 10 мегагерц или, например, от приблизительно 5 мегагерц до приблизительно 8 мегагерц. Изменяющийся ток может представлять собой переменный ток.

В данном документе термин «токоприемник» относится к элементу, содержащему материал, который способен преобразовывать магнитную энергию в тепло. Когда токоприемник расположен в изменяющемся магнитном поле, например, изменяющемся магнитном поле, генерируемом катушкой индуктивности, токоприемник нагревается. Нагревание токоприемника может быть результатом по меньшей мере одного из потерь на гистерезис и вихревых токов, индуцированных в токоприемнике, в зависимости от электрических и магнитных свойств материала токоприемника.

Токоприемник может содержать любой подходящий материал. Токоприемник может быть образован из любого материала, который может быть индукционно нагрет до температуры, достаточной для высвобождения летучих соединений из субстрата, образующего аэрозоль. Предпочтительные токоприемники могут быть нагреты до температуры свыше приблизительно 250 градусов по Цельсию. Предпочтительные токоприемники могут быть образованы из токопроводящего материала. Подходящие материалы для продолговатого токоприемника включают графит, молибден, карбид кремния, нержавеющую сталь, ниобий, алюминий, никель, никелевые соединения, титан и композиты из металлических материалов. Предпочтительные токоприемники содержат металл или углерод. Некоторые предпочтительные токоприемники могут содержать ферромагнитный материал, например, ферритное железо, ферромагнитный сплав, такой как ферромагнитная сталь или нержавеющая сталь, ферромагнитные частицы и феррит. Некоторые предпочтительные токоприемники состоят из ферромагнитного материала. Подходящий токоприемник может содержать алюминий. Подходящий токоприемник может состоять из алюминия. Токоприемник может содержать по меньшей мере приблизительно 5 процентов, по меньшей мере приблизительно 20 процентов, по меньшей мере приблизительно 50 процентов или по меньшей мере приблизительно 90 процентов ферромагнитных или парамагнитных материалов.

Предпочтительно токоприемник образован из материала, который является по существу непроницаемым для газов. Другими словами, предпочтительно токоприемник выполнен из материала, который не является проницаемым для газа.

Указанный по меньшей мере один токоприемник индукционного нагревательного узла может иметь любую подходящую форму. Например, токоприемник может быть продолговатым. Токоприемник может иметь любое подходящее поперечное сечение. Например, токоприемник может иметь круглое, эллиптическое, квадратное, прямоугольное, треугольное или другое многоугольное поперечное сечение. Токоприемник может быть трубчатым.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления токоприемник может содержать слой токоприемника, предусмотренный на опорной основной части. Расположение токоприемника в изменяющемся магнитном поле вызывает вихревые токи в непосредственной близости от поверхности токоприемника, то есть эффект, называемый поверхностным эффектом. Соответственно, является возможным образование токоприемника из относительно тонкого слоя материала токоприемника, что в то же время обеспечивает эффективный нагрев токоприемника при наличии изменяющегося магнитного поля. Выполнение токоприемника из опорной основной части и относительно тонкого слоя токоприемника может облегчить производство изделия, генерирующего аэрозоль, которое является простым, недорогим и надежным.

Опорная основная часть может быть выполнена из материала, который не подвержен индукционному нагреву. Преимущественно это может уменьшить нагрев поверхностей токоприемника, которые не контактируют с субстратом, образующим аэрозоль, где поверхности опорной основной части образуют поверхности токоприемника, которые не контактируют с субстратом, образующим аэрозоль.

Опорная основная часть может содержать электроизоляционный материал. В данном документе термин «электроизоляционный» относится к материалам, имеющим удельное электрическое сопротивление, составляющее по меньшей мере 1×10⁴ ом-метр (Ом⋅м), при двадцати градусах по Цельсию.

Образование опорной основной части из теплоизоляционного материала может обеспечить теплоизоляционную перегородку между слоем токоприемника и другими компонентами индукционного нагревательного узла, например, катушкой индуктивности, окружающей индукционный нагревательный элемент. Это может уменьшить передачу тепла между токоприемником и другими компонентами индукционной нагревательной системы, что является преимуществом.

Теплоизоляционный материал также может иметь объемную термопроводность менее или равную приблизительно 0,01 квадратного сантиметра в секунду (см²/с) при измерении с использованием способа лазерной вспышки. Результатом обеспечения опорной основной части, имеющей такую термопроводность, может быть опорная основная часть с высокой тепловой инерцией, которая может уменьшить передачу тепла между слоем токоприемника и опорной основной частью и уменьшить изменения температуры опорной основной части.

Токоприемник может иметь любые подходящие размеры. Токоприемник может иметь длину от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 15 миллиметров, например, от приблизительно 6 миллиметров до приблизительно 12 миллиметров или от приблизительно 8 миллиметров до приблизительно 10 миллиметров. Токоприемник может иметь ширину от приблизительно 1 миллиметра до приблизительно 8 миллиметров, например, от приблизительно 3 миллиметров до приблизительно 5 миллиметров. Токоприемник может иметь толщину от приблизительно 0,01 миллиметра до приблизительно 2 миллиметров. В случае, где токоприемник имеет постоянное поперечное сечение, например, круглое поперечное сечение, токоприемник может иметь предпочтительную ширину или диаметр от приблизительно 1 миллиметра до приблизительно 5 миллиметров.

Индукционный нагревательный узел может содержать по меньшей мере один внешний нагревательный элемент. По меньшей мере один внешний нагревательный элемент может содержать по меньшей мере один токоприемник. В данном документе термин «внешний нагревательный элемент» относится к нагревательному элементу, выполненному с возможностью нагревания внешней поверхности субстрата, образующего аэрозоль. По меньшей мере один внешний нагревательный элемент может по меньшей мере частично окружать полость для размещения субстрата, образующего аэрозоль.

Индукционный нагревательный узел может содержать по меньшей мере один внутренний нагревательный элемент. Внутренний нагревательный элемент может содержать по меньшей мере один токоприемник. В данном документе термин «внутренний нагревательный элемент» относится к нагревательному элементу, выполненному с возможностью вставки в субстрат, образующий аэрозоль. Внутренний нагревательный элемент может быть выполнен в форме пластины, штыря или конуса. По меньшей мере один внутренний нагревательный элемент может проходить в полость для размещения субстрата, образующего аэрозоль.

В некоторых вариантах осуществления индукционный нагревательный узел содержит по меньшей мере один внутренний нагревательный элемент и по меньшей мере один внешний нагревательный элемент.

Каждый из первого и второго резистивных чувствительных элементов может содержать электрически резистивные проволоки, имеющие первый и второй концы, которые расположены смежно друг с другом по их соответствующим длинам. Такая компоновка способствует уменьшению или устранению магнитных полей первого и второго резистивных чувствительных элементов.

Первый и второй резистивные чувствительные элементы могут быть образованы из платины, золота, серебра, вольфрама, никеля и меди.

Первый и второй резистивные чувствительные элементы могут быть образованы из других подходящих электрически резистивных материалов. Подходящие электрически резистивные материалы включают, но без ограничения: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически «проводящую» керамику (такую как, например, дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, сплавы металлов и композитные материалы, изготовленные из керамического материала и металлического материала. Такие композитные материалы могут содержать легированную или нелегированную керамику. Примеры подходящей легированной керамики включают легированные карбиды кремния. Примеры подходящих металлов включают титан, цирконий, тантал, платину, золото и серебро. Примеры подходящих сплавов металлов включают нержавеющую сталь, никель-, кобальт-, хром-, алюминий-, титан-, цирконий-, гафний-, ниобий-, молибден-, тантал-, вольфрам-, олово-, галлий-, марганец-, золото- и железосодержащие сплавы, а также суперсплавы на основе никеля, железа, кобальта, нержавеющей стали, Timetal® и сплавы на основе железа-марганца-алюминия. В композитных материалах электрически резистивный материал может быть необязательно внедрен в изоляционный материал, инкапсулирован в него или покрыт им, или наоборот, в зависимости от кинетики переноса энергии и требуемых внешних физико-химических свойств.

Первый и второй резистивные чувствительные элементы могут быть намотаны вместе с образованием бифилярной катушки. Было обнаружено, что эта компоновка особенно эффективна для уменьшения или устранения магнитных полей первого и второго резистивных чувствительных элементов.

Используемый в данном документе термин «бифилярная катушка» относится к катушке, содержащей две расположенные на близком расстоянии или смежные параллельные обмотки. Катушка может быть изготовлена из бифилярной проволоки с двумя расположенными на близком расстоянии или смежными нитями или полосками. В альтернативном варианте осуществления катушка может быть изготовлена путем намотки двух отдельных проволок в компоновке, где они расположены на близком расстоянии или являются смежными.

Каждый виток бифилярной катушки может быть расположен на расстоянии от смежного с ним витка(ов). Это снижает влияние магнитного экранирования датчика температуры на токоприемник. Разнесение витков бифилярной катушки друг от друга обеспечивает возможность прохождения изменяющегося магнитного поля через датчик температуры с меньшим подавлением, таким образом, что в токоприемник проникает больше изменяющегося магнитного поля. Такая компоновка является особенно предпочтительной, если датчик температуры проходит вдоль всей длины токоприемника.

Первый и второй резистивные чувствительные элементы могут быть электрически соединены последовательно на своих соответствующих вторых концах. Это обеспечивает прохождение тока через второй резистивный чувствительный элемент в направлении, противоположном по отношению к току, проходящему через первый резистивный чувствительный элемент.

Первый конец каждого из первого и второго резистивных чувствительных элементов может быть выполнен с возможностью соединения со схемой управления. Это дает возможность определения сопротивления датчика температуры схемой управления.

Датчик температуры может быть расположен вокруг по меньшей мере части внешней поверхности токоприемника. Предпочтительно отношение длины датчика температуры к длине токоприемника составляет менее 0,5:1, более предпочтительно менее 0,4:1, более предпочтительно менее 0,3:1, более предпочтительно менее 0,2:1, более предпочтительно менее 0,1:1.

Каждый виток бифилярной катушки датчика температуры может находиться в контакте со смежным с ним витком (витками). Это помогает равномерно распределять температуру по датчику температуры, чтобы избежать «горячих точек» в отдельных местах датчика.

В данном документе термин «смежный» используется в значении «бок о бок» или «рядом». Это включает компоновки, в которых витки находятся в непосредственном контакте, а также компоновки, в которых два или более витков разделены зазором, таким как воздушный зазор или зазор, содержащий один или более промежуточных компонентов между смежными витками.

Датчик температуры может проходить по существу по всей длине токоприемника. Это позволяет определять среднюю температуру всего токоприемника.

Датчик температуры может контактировать с токоприемником. Это обеспечивает улучшенный тепловой контакт между датчиком температуры и токоприемником.

Датчик температуры дополнительно содержит формирователь, вокруг которого намотана бифилярная катушка. Это позволяет сформировать катушку до того, как она будет внедрена в индукционный нагревательный узел, и может обеспечить более простые изготовление и сборку. Формирователь может быть устойчивым к изменяющемуся магнитному полю так, что он не влияет на магнитное поле и не экранирует токоприемник.

Индукционный нагревательный узел может содержать множество катушек индуктивности, и при этом для каждой из катушек индуктивности предусмотрен отдельный датчик температуры. Это позволяет нагревать разные токоприемники или разные области токоприемника в разное время или до различных температур.

Индукционный нагревательный узел может содержать множество токоприемников, и при этом для каждой из катушек индуктивности предусмотрены отдельная катушка индуктивности и отдельный датчик температуры. Это позволяет нагревать различные токоприемники в разное время или до различных температур.

Индукционный нагревательный узел может содержать один токоприемник и множество катушек индуктивности и соответствующих датчиков температуры. Это позволяет нагревать различные участки токоприемника в разное время или до различных температур.

Согласно настоящему изобретению предложено устройство, генерирующее аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать индукционный нагревательный узел, описанный выше. Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать схему управления. Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать источник питания. Схема управления может быть выполнена с возможностью управления подачей электрического тока от источника питания к индукционному нагревательному узлу для управляемого нагревания токоприемника. Схема управления может быть соединена с по меньшей мере одним датчиком температуры индукционного нагревательного узла. Схема управления может быть выполнена с возможностью определения температуры токоприемника путем определения сопротивления по меньшей мере одного датчика температуры.

В соответствии с настоящим изобретением предложено устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее: индукционный нагревательный узел, описанный выше; схему управления; и источник питания; причем схема управления выполнена с возможностью управления подачей электрического тока от источника питания на индукционный нагревательный узел для управляемого нагревания токоприемника; при этом схема управления соединена с по меньшей мере одним датчиком температуры индукционного нагревательного узла и выполнена с возможностью определения температуры токоприемника путем определения сопротивления указанного по меньшей мере одного датчика температуры.

В данном документе «устройство, генерирующее аэрозоль» относится к устройству, которое может взаимодействовать с субстратом, образующим аэрозоль, или изделием, генерирующего аэрозоль, с генерированием аэрозоля.

В данном документе термин «субстрат, образующий аэрозоль» относится к субстрату, способному высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Такие летучие соединения могут высвобождаться посредством нагрева субстрата, образующего аэрозоль.

В данном документе термин «изделие, генерирующее аэрозоль» относится к изделию, содержащему субстрат, образующий аэрозоль, который при нагреве в устройстве, генерирующем аэрозоль, высвобождает летучие соединения, способные образовывать аэрозоль. Изделие, генерирующее аэрозоль, выполнено отдельно от устройства, генерирующего аэрозоль, и выполнено с возможностью комбинирования с ним для нагревания изделия, генерирующего аэрозоль.

Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин. Никотиносодержащий субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой матрицу из никотиновой соли.

Субстрат, образующий аэрозоль, может быть жидким. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать твердые компоненты и жидкие компоненты. Предпочтительно субстрат, образующий аэрозоль, является твердым.

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 нагреве. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать нетабачный материал. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Гомогенизированный табачный материал может быть образован посредством агломерации сыпучего табака. В особенно предпочтительном варианте осуществления субстрат, образующий аэрозоль, содержит собранный гофрированный лист гомогенизированного табачного материала. В данном документе термин «гофрированный лист» обозначает лист, имеющий множество по существу параллельных складок или гофров.

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, которые при использовании способствуют образованию плотного и стабильного аэрозоля и являются по существу устойчивыми к термическому разложению при рабочей температуре системы. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны в данной области техники и включают без ограничения: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин; сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как моно-, ди- или триацетат глицерина; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Предпочтительные вещества для образования аэрозоля могут включать многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол. Предпочтительно вещество для образования аэрозоля представляет собой глицерин. При наличии, гомогенизированный табачный материал может иметь содержание вещества для образования аэрозоля, равное или превышающее 5 масс. % в пересчете на сухой вес, например, от приблизительно 5 процентов до приблизительно 30 масс. % в пересчете на сухой вес. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как ароматизаторы.

По меньшей мере один датчик температуры может быть соединен последовательно с эталонным резистором с образованием делителя напряжения, и при этом выходной сигнал от по меньшей мере одного датчика температуры берут из точки соединения указанного по меньшей мере одного датчика температуры с указанным эталонным резистором. Это обеспечивает выходной сигнал в виде напряжения, который может быть обработан схемой управления, например, с помощью аналогово-цифрового преобразователя микроконтроллера.

По меньшей мере один датчик температуры может быть соединен в компоновке моста Уитстона. Это обеспечивает высокоточное средство для определения сопротивления датчика температуры.

Схема управления может дополнительно содержать конденсатор для фильтрации выходного сигнала от по меньшей мере одного датчика температуры для уменьшения шума в выходном сигнале. Это помогает уменьшить любые остаточные шумы в сигнале датчика температуры, которые не удаляются конструкцией самого датчика температуры.

Конденсатор может образовывать часть низкочастотного фильтра. Частота среза низкочастотного фильтра может быть выполнена такой, что он отфильтровывает частоты в диапазоне частот изменяющегося магнитного поля. Конденсатор может быть соединен параллельно по отношению к эталонному резистору. Конденсатор может быть выполнен с возможностью уменьшения шума в диапазоне частот изменяющегося магнитного поля.

Емкость конденсатора может находиться в диапазоне от 1 нанофарада до 100 микрофарад. Предпочтительно емкость составляет приблизительно 10 микрофарад или менее, более предпочтительно приблизительно 1 микрофарад или менее, более предпочтительно приблизительно 100 нанофарад или менее, более предпочтительно 94 нанофарад.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать полость для размещения изделия, генерирующего аэрозоль, или субстрата, образующего аэрозоль, таким образом, что изделие, генерирующее аэрозоль, или субстрат, образующий аэрозоль, находятся в тепловой близости с индукционным нагревательным узлом.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать корпус устройства. Корпус устройства может по меньшей мере частично определять полость для размещения субстрата, образующего аэрозоль, или изделия, образующего аэрозоль. Предпочтительно полость для размещения субстрата, образующего аэрозоль, или изделия, генерирующего аэрозоль, расположена на ближнем конце устройства.

В случае, если токоприемник является трубчатым токоприемником, трубчатый токоприемник может по меньшей мере частично определять полость для размещения субстрата, образующего аэрозоль. Когда токоприемник содержит опорную основную часть, опорная основная часть может быть трубчатой опорной основной частью и слой токоприемника может быть предусмотрен на внутренней поверхности трубчатой опорной основной части. Посредством обеспечения слоя токоприемника на внутренней поверхности опорной основной части можно расположить слой токоприемника смежно с субстратом, образующим аэрозоль в полости для размещения субстрата, образующего аэрозоль, улучшая передачу тепла между слоем токоприемника и субстратом, образующим аэрозоль.

Корпус устройства может быть продолговатым. Предпочтительно корпус устройства имеет цилиндрическую форму. Корпус устройства может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примеры подходящих материалов включают металлы, сплавы, пластмассы или композитные материалы, содержащие один или более из таких материалов, или термопластичные материалы, подходящие для применения в пищевой или фармацевтической промышленности, например, полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэтилен. Предпочтительно материал является легким и нехрупким.

Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, является портативным. Устройство, генерирующее аэрозоль, может иметь размер, сопоставимый с традиционной сигарой или сигаретой. Устройство, генерирующее аэрозоль, может иметь общую длину, составляющую от приблизительно 30 миллиметров до приблизительно 150 миллиметров. Устройство, генерирующее аэрозоль, может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 30 миллиметров. Устройство, генерирующее аэрозоль, может представлять собой устройство, удерживаемое в руке. Другими словами, устройство, генерирующее аэрозоль, может иметь такие размер и форму, чтобы удерживаться в руке пользователя.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать источник питания, выполненный с возможностью подачи изменяющегося тока на катушку индуктивности.

Источник питания может представлять собой источник питания постоянного тока. В предпочтительных вариантах осуществления источник питания представляет собой батарею. Источник питания может представлять собой никель-металлогидридную батарею, никель-кадмиевую батарею или батарею на основе лития, например, литий-кобальтовую, литий-железо-фосфатную или литий-полимерную батарею. Однако в некоторых вариантах осуществления источник питания может представлять собой другой тип устройства накопления заряда, такой как конденсатор. Источник питания может нуждаться в перезарядке и может иметь емкость, которая позволяет накапливать достаточное количество энергии для одной или более операций пользователем. Например, источник питания может обладать достаточной емкостью для обеспечения непрерывного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, в течение периода, равного приблизительно шести минутам, что соответствует обычному времени, необходимому для выкуривания обычной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере источник питания может обладать достаточной емкостью для обеспечения возможности осуществления заданного количества затяжек или отдельных активаций генератора аэрозоля. В другом примере источник питания может иметь достаточную емкость для обеспечения предварительно заданного количества использований устройства или отдельных активаций. В одном варианте осуществления источник питания представляет собой источник питания постоянного тока, имеющий напряжение постоянного тока в диапазоне от приблизительно 2,5 вольт до приблизительно 4,5 вольт и силу постоянного тока в диапазоне от приблизительно 1 ампера до приблизительно 10 ампер (соответствующие мощности источника питания в диапазоне от приблизительно 2,5 ватт до приблизительно 45 ватт).

Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать схему управления или контроллер, соединенные с по меньшей мере одной катушкой индуктивности и источником питания. Схема управления может быть выполнена с возможностью управления подачей питания от источника питания на по меньшей мере одну катушку индуктивности. Схема управления может содержать микропроцессор, который может представлять собой программируемый микропроцессор, микроконтроллер или специализированную интегральную микросхему (ASIC) или другую электронную схему, способную осуществлять управление. Схема управления может содержать дополнительные электронные компоненты. Схема управления может быть выполнена с возможностью регулирования подачи тока на по меньшей мере одну катушку индуктивности. Ток может подаваться на по меньшей мере одну катушку индуктивности непрерывно после активации устройства, генерирующего аэрозоль, или может подаваться с перерывами, например, от затяжки к затяжке.

Схема управления может содержать преобразователь постоянного тока в переменный, который может содержать усилитель мощности класса D или класса E, что является преимуществом.

Схема управления может быть выполнена с возможностью подачи изменяющегося тока на по меньшей мере одну катушку индуктивности. Изменяющийся ток может быть от приблизительно 5 килогерц до приблизительно 500 килогерц. В некоторых вариантах осуществления изменяющийся ток представляет собой высокочастотный изменяющийся ток, то есть ток от приблизительно 500 килогерц до приблизительно 30 мегагерц. Высокочастотный изменяющийся ток может иметь частоту от приблизительно 1 мегагерца до приблизительно 30 мегагерц, например, от приблизительно 1 мегагерца до приблизительно 10 мегагерц или, например, от приблизительно 5 мегагерц до приблизительно 8 мегагерц.

В некоторых вариантах осуществления корпус устройства содержит мундштук. Мундштук может содержать по меньшей мере одно впускное отверстие для воздуха и по меньшей мере одно выпускное отверстие для воздуха. Мундштук может содержать более одного впускного отверстия для воздуха. Одно или более впускных отверстий для воздуха могут снижать температуру аэрозоля перед его доставкой пользователю и могут снижать концентрацию аэрозоля перед его доставкой пользователю.

В некоторых вариантах осуществления мундштук предусмотрен в качестве части изделия, генерирующего аэрозоль. В контексте настоящего документа термин «мундштук» относится к части системы, генерирующей аэрозоль, помещаемой в рот пользователя для непосредственного вдыхания аэрозоля, генерируемого системой, генерирующей аэрозоль, из изделия, генерирующего аэрозоль, размещенного в устройстве, генерирующем аэрозоль.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать пользовательский интерфейс для активации устройства, например, кнопку для инициирования нагревания изделия, генерирующего аэрозоль.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать дисплей для отображения состояния устройства или субстрата, образующего аэрозоль.

Также в данном документе описана система, генерирующая аэрозоль. В данном документе термин «система, генерирующая аэрозоль» относится к комбинации из устройства, генерирующего аэрозоль, и одного или более субстратов, образующих аэрозоль, или изделий, генерирующих аэрозоль, для использования с устройством. Система, генерирующая аэрозоль, может содержать дополнительные компоненты, такие как зарядное устройство для перезарядки встроенного источника электропитания в электрически управляемом или электрическом устройстве, генерирующем аэрозоль.

Изделие, генерирующее аэрозоль, может быть изделием, которое генерирует аэрозоль, непосредственно вдыхаемый пользователем, затягивающимся или делающим затяжку из мундштука на проксимальном или пользовательском конце системы. Изделие, генерирующее аэрозоль, может быть одноразовым. Изделие, содержащее субстрат, образующий аэрозоль, содержащий табак, в данном документе может называться табачным стиком.

Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь любую подходящую форму. Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь по существу цилиндрическую форму. Изделие, генерирующее аэрозоль, может быть по существу продолговатым. Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь длину и окружность, по существу перпендикулярную длине.

Субстрат, образующий аэрозоль, может быть обеспечен в виде сегмента, генерирующего аэрозоль, содержащего субстрат, образующий аэрозоль. Сегмент, генерирующий аэрозоль, может содержать несколько единиц субстрата, образующего аэрозоль. Сегмент, генерирующий аэрозоль, может содержать первый субстрат, образующий аэрозоль, и второй субстрат, образующий аэрозоль. В некоторых вариантах осуществления второй субстрат, образующий аэрозоль, является по существу одинаковым с первым субстратом, образующим аэрозоль. В некоторых вариантах осуществления второй субстрат, образующий аэрозоль, отличается от первого субстрата, образующего аэрозоль.

В случае если сегмент, генерирующий аэрозоль, содержит несколько субстратов, образующих аэрозоль, количество субстратов, образующих аэрозоль, может быть таким же, как и количество токоприемников в индукционном нагревательном элементе. Аналогично, количество субстратов, образующих аэрозоль, может быть таким же, как и количество катушек индуктивности в индукционном нагревательном узле.

Сегмент, генерирующий аэрозоль, может иметь по существу цилиндрическую форму. Сегмент, генерирующий аэрозоль, может быть по существу продолговатым. Сегмент, генерирующий аэрозоль, может иметь длину и окружность, по существу перпендикулярную длине.

В случае, когда сегмент, генерирующий аэрозоль, содержит несколько единиц субстрата, образующего аэрозоль, единицы субстрата, образующего аэрозоль, могут быть расположены конец к концу вдоль оси сегмента, генерирующего аэрозоль. В некоторых вариантах осуществления сегмент, генерирующий аэрозоль, может содержать перегородку между смежными единицами субстрата, образующего аэрозоль.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь общую длину от приблизительно 30 миллиметров до приблизительно 100 миллиметров. В некоторых вариантах осуществления изделие, генерирующее аэрозоль, имеет общую длину приблизительно 45 миллиметров. Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 12 миллиметров. В некоторых вариантах осуществления изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь внешний диаметр приблизительно 7,2 миллиметра.

Сегмент, генерирующий аэрозоль, может иметь длину от приблизительно 7 миллиметров до приблизительно 15 миллиметров. В некоторых вариантах осуществления сегмент, генерирующий аэрозоль, может иметь длину приблизительно 10 миллиметров или 12 миллиметров.

Сегмент, генерирующий аэрозоль, предпочтительно имеет внешний диаметр, который приблизительно равен внешнему диаметру изделия, генерирующего аэрозоль. Внешний диаметр сегмента, генерирующего аэрозоль, может быть от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 12 миллиметров. В одном варианте осуществления сегмент, генерирующий аэрозоль, может иметь внешний диаметр приблизительно 7,2 миллиметра.

Генерирующее аэрозоль изделие может содержать заглушку фильтра. Заглушка фильтра может быть расположена на ближнем конце изделия, генерирующего аэрозоль. Заглушка фильтра может представлять собой ацетилцеллюлозную заглушку фильтра. В некоторых вариантах осуществления заглушка фильтра может иметь длину от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 10 миллиметров. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления заглушка фильтра может иметь длину приблизительно 7 миллиметров.

Изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать наружную обертку. Наружная обертка может быть образована из бумаги. Наружная обертка может быть проницаемой для газа в сегменте, генерирующем аэрозоль. В частности, в вариантах осуществления, предусматривающих несколько единиц субстрата, образующего аэрозоль, наружная обертка может содержать перфорационные отверстия или другие впускные отверстия для воздуха на границе между смежными единицами субстрата, образующего аэрозоль. В случае, если перегородка предусмотрена между смежными единицами субстрата, образующего аэрозоль, наружная обертка может содержать перфорационные отверстия или другие впускные отверстия для воздуха на перегородке. Это может обеспечить непосредственно обеспечение субстрата, образующего аэрозоль, воздухом, который не втягивается через другой субстрат, образующий аэрозоль. Это может увеличить количество воздуха, принимаемое каждым субстратом, образующим аэрозоль. Это может улучшить характеристики генерирования аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль.

Кроме того, изделие, генерирующее аэрозоль, может также содержать перегородку между субстратом, образующим аэрозоль, и заглушкой фильтра. Перегородка может иметь размер приблизительно 18 миллиметров, но может иметь размер в диапазоне от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 25 миллиметров.

Таким образом, согласно первому объекту настоящего изобретения создан индукционный нагревательный узел для устройства, генерирующего аэрозоль, содержащий:

по меньшей мере одну катушку индуктивности, выполненную с возможностью генерирования изменяющегося магнитного поля при протекании изменяющегося электрического тока через указанную по меньшей мере одну катушку индуктивности;

по меньшей мере один токоприемник, расположенный с возможностью проникания в него изменяющегося магнитного поля, генерируемого указанной по меньшей мере одной катушкой индуктивности, для нагревания указанного токоприемника;

по меньшей мере один датчик температуры, выполненный с возможностью измерения температуры указанного по меньшей мере одного токоприемника,

причем указанный по меньшей мере один датчик температуры содержит первый резистивный чувствительный элемент и второй резистивный чувствительный элемент, при этом первый резистивный чувствительный элемент соединен со вторым резистивным чувствительным элементом, причем первый резистивный чувствительный элемент расположен относительно второго резистивного чувствительного элемента таким образом, что ток, индуцируемый в первом резистивном чувствительном элементе изменяющимся магнитным полем, имеет направление, противоположное направлению тока, индуцируемого во втором резистивном чувствительном элементе изменяющимся магнитным полем.

Предпочтительно, каждый из первого и второго резистивных чувствительных элементов содержит резистивные проволоки, имеющие первый и второй концы, которые расположены смежно друг с другом по их соответствующим длинам.

Предпочтительно, резистивные проволоки первого и второго резистивных чувствительных элементов намотаны вместе с образованием бифилярной катушки.

Предпочтительно, каждый виток бифилярной катушки расположен на расстоянии от смежных с ним витков.

Предпочтительно, первый и второй резистивные чувствительные элементы электрически соединены последовательно на их соответствующих вторых концах.

Предпочтительно, датчик температуры расположен вокруг по меньшей мере части внешней поверхности токоприемника.

Предпочтительно, длина датчика температуры составляет менее пятидесяти процентов от длины токоприемника.

Предпочтительно, датчик температуры проходит по существу по всей длине токоприемника.

Предпочтительно, датчик температуры находится в контакте с токоприемником.

Предпочтительно, индукционный нагревательный узел содержит множество катушек индуктивности, при этом для каждой из катушек индуктивности предусмотрен отдельный датчик температуры.

Согласно второму объекту настоящего изобретения создано устройство, генерирующее аэрозоль и содержащее:

вышеописанный индукционный нагревательный узел,

схему управления и

источник питания,

при этом схема управления выполнена с возможностью управления подачей электрического тока от источника питания на индукционный нагревательный узел для управляемого нагревания токоприемника;

причем схема управления соединена с указанным по меньшей мере одним датчиком температуры индукционного нагревательного узла и выполнена с возможностью определения температуры токоприемника путем определения электрического сопротивления указанного по меньшей мере одного датчика температуры.

Предпочтительно, указанный меньшей мере один датчик температуры соединен последовательно с эталонным резистором с образованием делителя напряжения, при этом выходной сигнал от указанного по меньшей мере одного датчика температуры берут из точки соединения указанного по меньшей мере одного датчика температуры с указанным эталонным резистором.

Предпочтительно, схема управления дополнительно содержит конденсатор для фильтрации выходного сигнала от указанного по меньшей мере одного датчика температуры для уменьшения шума в выходном сигнале.

Предпочтительно, конденсатор соединен параллельно с эталонным резистором.

Предпочтительно, конденсатор выполнен с возможностью уменьшения шума в диапазоне частот изменяющегося магнитного поля, генерируемого указанной по меньшей мере одной катушкой индуктивности.

Признаки, описанные в отношении одного или более примеров настоящего изобретения, могут быть в равной степени применены и к другим примерам настоящего изобретения. В частности, признаки, описанные в отношении системы, генерирующей аэрозоль, могут быть в равной степени применены к изделию, генерирующему аэрозоль, или устройству, генерирующему аэрозоль, и наоборот.

Варианты осуществления изобретения будут далее описаны лишь в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - фрагмент схематического поперечного сечения нагревательного узла в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2 - увеличенный и упрощенный вид датчика температуры нагревательного узла в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3 - фрагмент схематического поперечного сечения нагревательного узла, содержащего датчик температуры, в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 4 - фрагмент схематического поперечного сечения нагревательного узла в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 5 - фрагмент схематического поперечного сечения нагревательного узла в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 6 - фрагмент схематического поперечного сечения устройства, генерирующего аэрозоль, в соответствии с еще одним примером осуществления настоящего изобретения и изделия, генерирующего аэрозоль, для использования с устройством, генерирующим аэрозоль;

Фиг. 8 - верхняя часть устройства, генерирующего аэрозоль, показанного на Фиг. 7, когда изделие, генерирующее аэрозоль, размещено в устройстве;

Фиг. 8A-8C - различные схемы фильтров для устройства, генерирующего аэрозоль, в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения для фильтрации; и

Фиг. 9 - схема фильтра, представленного на Фиг. 8B, соединенного с микроконтроллером.

На Фиг. 1 показан индукционный нагревательный узел 10, содержащий токоприемник 11 и катушку 12 индуктивности. Катушка 12 индуктивности выполнена с возможностью генерирования изменяющегося магнитного поля при протекании изменяющегося электрического тока через катушку 12 индуктивности. Токоприемник 11 расположен относительно катушки 12 индуктивности таким образом, что токоприемник 11 может нагреваться за счет проникновения изменяющегося магнитного поля, которое может генерироваться катушкой 12 индуктивности. Токоприемник 11 выполнен с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Другими словами, когда токоприемник 11 нагревается за счет проникновения изменяющегося магнитного поля, субстрат, образующий аэрозоль, может быть нагрет токоприемником. Субстрат, образующий аэрозоль, нагреваемый токоприемником, может быть размещен в полости 14 индукционного нагревательного узла 10. В примере, показанном на Фиг. 1, токоприемник 11 представляет собой трубчатый токоприемник 11, который определяет полость 14 для размещения субстрата, образующего аэрозоль.

Датчик 13 температуры выполнен в тепловом контакте или в тепловой близости с токоприемником 11 по длине токоприемника. В результате датчик 13 температуры может использоваться для измерения температуры токоприемника 11. Датчик 13 температуры представляет собой резистивный датчик температуры, сопротивление которого изменяется в зависимости от его температуры. Сопротивление датчика 13 температуры увеличивается с повышением температуры в соответствии с известной или поддающейся определению зависимостью. Измерение сопротивления датчика 13 температуры позволяет определять температуру датчика 13 температуры на основании зависимости между температурой и сопротивлением, что дает показатель температуры токоприемника 11.

Датчик 13 температуры имеет форму бифилярной катушки из медной проволоки которая намотана вокруг токоприемника 11. Диаметр медной проволоки составляет приблизительно 60 мкм, и каждый виток бифилярной катушки касается витка (витков), смежного (смежных) с ним. Медная проволока изолирована или покрыта лаком для предотвращения электрического замыкания между витками. Датчик 13 температуры имеет длину приблизительно 4,5 мм и окружает приблизительно десять процентов длины токоприемника 11. Внутренний диаметр датчика 13 температуры составляет приблизительно 7,2 мм. Свободный конец 13a бифилярной катушки датчика 13 температуры выходит за пределы нагревательного узла 10 таким образом, что он может быть соединен со схемой управления (не показана).

На Фиг. 2 показан увеличенный и упрощенный вид датчика 13 температуры нагревательного узла 10, показанного на Фиг. 1. Для ясности показана только пара витков бифилярной катушки. Датчик температуры содержит первый 41 и второй 42 резистивные чувствительные элементы, которые расположены смежно друг с другом по их соответствующим длинам и намотаны вместе в бифилярную катушку вокруг токоприемника 11. Первый 41 и второй 42 резистивные чувствительные элементы имеют первые концы 41a, 42a соответственно, и вторые концы 41b, 42b соответственно. Первый 41 и второй 42 резистивные чувствительные элементы электрически соединены последовательно на своих соответствующих вторых концах 41b, 42b. Первые концы 41a, 41b могут использоваться для соединения датчика 13 температуры со схемой управления (не показана).

Ток I1, индуцируемый в первом резистивном чувствительном элементе 41 изменяющимся магнитным полем, генерируемым катушкой 12 индуктивности, противоположен току I2, индуцируемому во втором резистивном чувствительном элементе 42 изменяющимся магнитным полем. Как видно на Фиг. 2, ток I2, индуцируемый во втором резистивном чувствительном элементе 42, протекает в направлении, противоположном по отношению к току I1, индуцируемому в первом резистивном чувствительном элементе 41. Соответственно, магнитное поле, создаваемое вторым резистивным чувствительным элементом 42, по существу равно и противоположно полю, создаваемому первым резистивным чувствительным элементом 41 таким образом, что магнитные поля первого 41 и второго 42 резистивных чувствительных элементов в значительной степени устраняют друг друга. Соответственно, самоиндуктивность датчика 13 температуры значительно снижается, а также уменьшаются эффекты шума от работы датчика температуры в изменяющемся магнитном поле. Таким образом, датчик 13 температуры способен точно определять температуру даже при работе в изменяющемся магнитном поле.

На Фиг. 3 показан нагревательный узел 100 согласно другому примеру осуществления настоящего изобретения. Нагревательный узел 100 по существу идентичен нагревательному узлу 10, представленному на Фиг. 1, и содержит токоприемник 111, катушку индуктивности 112 и датчик 113 температуры в форме бифилярной катушки. Единственное отличие в этой компоновке заключается в том, что витки бифилярной катушки разнесены друг от друга, и датчик температуры проходит по существу по всей длине токоприемника 111. В этом примере разнесение витков бифилярной катушки друг от друга способствует уменьшению экранирования токоприемника 111 от изменяющегося магнитного поля так, что в токоприемник 111 проникает изменяющееся магнитное поле. Другими словами, разнесение витков бифилярной катушки друг от друга обеспечивает возможность прохождения изменяющегося магнитного поля через датчик 113 температуры к токоприемнику 111.

На Фиг. 4 показан индукционный нагревательный узел 10, содержащий первый токоприемник 11 и второй токоприемник 15. Индукционный нагревательный узел 10 также содержит первую катушку 12 индуктивности и вторую катушку 16 индуктивности. Первая катушка 12 индуктивности выполнена с возможностью генерирования первого изменяющегося магнитного поля при протекании первого изменяющегося электрического тока через первую катушку 12 индуктивности. Вторая катушка 16 индуктивности выполнена с возможностью генерирования второго изменяющегося магнитного поля при протекании второго изменяющегося электрического тока через вторую катушку 16 индуктивности. Первый токоприемник 11 расположен относительно первой катушки 12 индуктивности таким образом, что первый токоприемник 11 может нагреваться за счет проникновения первого изменяющегося магнитного поля. Второй токоприемник 15 расположен относительно второй катушки 16 индуктивности таким образом, что второй токоприемник 15 может нагреваться за счет проникновения второго изменяющегося магнитного поля. Следовательно, когда первый токоприемник 11 нагревается за счет проникновения первого изменяющегося магнитного поля, субстрат, образующий аэрозоль (не показан), расположенный в первом токоприемнике 11, может быть нагрет первым токоприемником 11. Аналогично, когда второй токоприемник 15 нагревается за счет проникновения второго изменяющегося магнитного поля, субстрат, образующий аэрозоль (не показан), расположенный во втором токоприемнике 15, может быть нагрет вторым токоприемником 15.

Индукционный нагревательный узел 10, показанный на Фиг. 4, содержит первый датчик 13 температуры и второй датчик 17 температуры. Первый 13 и второй 17 датчики температуры, показанные на Фиг. 4, идентичны датчику 13 температуры, показанному на Фиг. 1 и 2. Первый датчик 13 температуры выполнен в тепловом контакте с первым токоприемником 11. В результате первый датчик 13 температуры может использоваться для измерения температуры первого токоприемника 11. Второй датчик 17 температуры выполнен в тепловом контакте со вторым токоприемником 15. В результате второй датчик 17 температуры может использоваться для измерения температуры второго токоприемника 15.

В примере, показанном на Фиг. 4, первый токоприемник 11 представляет собой трубчатый токоприемник 11, который определяет первую часть 14 полости для размещения субстрата, образующего аэрозоль. Аналогично, второй токоприемник 15 также представляет собой трубчатый токоприемник, который определяет вторую часть 18 полости для размещения субстрата, образующего аэрозоль.

Вариант осуществления, показанный на Фиг. 4, обеспечивает возможность выборочного нагрева первого токоприемника 11 и второго токоприемника 15. Такой выборочный нагрев дает возможность нагревания индукционным нагревательным узлом 10 разных частей субстрата, образующего аэрозоль, в разные моменты времени, когда субстрат, образующий аэрозоль, размещен в первой 14 и второй 18 частях полости. Кроме того, компоновка, представленная на Фиг. 4, может обеспечить возможность нагрева одного из токоприемников 11, 15 до температуры, отличной от температуры другого токоприемника 15, 11. Такие температуры можно измерять с помощью датчиков 13 и 17 температуры, что является преимуществом.

На Фиг. 5 показан индукционный нагревательный узел 10, содержащий единственный токоприемник 11, имеющий первый участок 111 и второй участок 112. Индукционный нагревательный узел 10 также содержит первую катушку 12 индуктивности и вторую катушку 16 индуктивности. Первая катушка 12 индуктивности выполнена с возможностью генерирования первого изменяющегося магнитного поля при протекании первого изменяющегося электрического тока через первую катушку 12 индуктивности. Вторая катушка 16 индуктивности выполнена с возможностью генерирования второго изменяющегося магнитного поля при протекании второго изменяющегося электрического тока через вторую катушку 16 индуктивности. Первый участок 111 расположен относительно первой катушки 12 индуктивности таким образом, что первый участок 111 может нагреваться за счет проникновения первого изменяющегося магнитного поля. Второй участок 112 расположен относительно второй катушки 16 индуктивности таким образом, что второй участок 112 может нагреваться за счет проникновения второго изменяющегося магнитного поля. Следовательно, когда первый участок 111 нагревается за счет проникновения первого изменяющегося магнитного поля, субстрат, образующий аэрозоль (не показан), расположенный в первом участке 111, может быть нагрет первым участком 111. Аналогично, когда второй участок 112 нагревается за счет проникновения второго изменяющегося магнитного поля, субстрат, образующий аэрозоль (не показан), расположенный во втором участке 112, может быть нагрет вторым участком 112.

Индукционный нагревательный узел, показанный на Фиг. 5, содержит первый датчик 13 температуры и второй датчик 17 температуры. Первый 13 и второй 17 датчики температуры, показанные на Фиг. 5, идентичны датчику 13 температуры, показанному на Фиг. 1 и 2. Первый датчик 13 температуры выполнен в тепловом контакте с первым участком 111. В результате первый датчик 13 температуры может использоваться для измерения температуры первого участка 111. Второй датчик 17 температуры выполнен в тепловом контакте со вторым участком 112. В результате второй датчик 17 температуры может использоваться для измерения температуры второго участка 112.

В компоновке, показанной на Фиг. 5, токоприемник 11 представляет собой трубчатый токоприемник, определяющий полость 14 для размещения субстрата, образующего аэрозоль. Индукционный нагревательный узел 10, показанный на Фиг. 5, обеспечивает возможность выборочного нагрева первого участка 111 и второго участка 112. Такой выборочный нагрев дает возможность нагревания индукционным нагревательным узлом 10 разных частей субстрата, образующего аэрозоль, в разные моменты времени, когда субстрат, образующий аэрозоль, размещен в полости 14. Кроме того, индукционный нагревательный узел 10, показанный на Фиг. 5, может обеспечивать возможность нагрева одного из участков 111, 112 до температуры, отличной от температуры другого участка 112, 111. Такие температуры можно измерять с помощью датчиков 13 и 17 температуры, что является преимуществом.

На Фиг. 6 показаны схематические поперечные сечения устройства 200, генерирующего аэрозоль, и изделия 300, генерирующего аэрозоль, для использования с устройством 200, генерирующим аэрозоль. Изделие 300, генерирующее аэрозоль, и устройство 200, генерирующее аэрозоль, вместе образуют систему, генерирующую аэрозоль.

Устройство 200, генерирующее аэрозоль, содержит по существу цилиндрический корпус 202 устройства с формой и размером, подобными традиционной сигаре. Устройство 200, генерирующее аэрозоль, дополнительно содержит источник 206 питания, в форме перезаряжаемой батареи, схему 208 управления, содержащую микроконтроллер, электрический соединитель 209 и индукционный нагревательный узел 10, описанный выше. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 6, индукционный нагревательный узел 10 аналогичен представленному на Фиг. 4. Однако можно использовать другие индукционные нагревательные узлы. В частности, можно использовать индукционные нагревательные узлы, содержащие одну катушку индуктивности и один токоприемник. В альтернативном варианте осуществления можно использоваться индукционные нагревательные узлы, содержащие более двух катушек индуктивности и более двух токоприемников. В предпочтительном альтернативном варианте осуществления можно использовать индукционные нагревательные узлы, содержащие один токоприемник, две катушки индуктивности и два датчика температуры, в частности, можно использовать индукционный нагревательный узел, показанный на Фиг. 5.

Все из источника 206 питания, контроллера 208 и индукционного нагревательного узла 10 размещены внутри корпуса 202 устройства. Индукционный нагревательный узел 10 устройства 200, генерирующего аэрозоль, расположен на ближнем конце устройства 200. Электрический соединитель 209 расположен на дальнем конце корпуса 202 устройства.

В данном документе термин «ближний» означает пользовательский конец, или мундштучный конец устройства, генерирующего аэрозоль, или изделия, генерирующего аэрозоль. Ближний конец компонента устройства, генерирующего аэрозоль, или изделия, генерирующего аэрозоль, представляет собой конец компонента, ближайший к пользовательскому концу или мундштучному концу устройства, генерирующего аэрозоль, или изделия, генерирующего аэрозоль. В данном документе термин «дальний» относится к концу, противоположному ближнему концу.

Схема 208 управления выполнена с возможностью управления подачей питания от источника 206 питания к индукционному нагревательному узлу 10. Схема 208 управления дополнительно содержит преобразователь постоянного тока в переменный, содержащий усилитель мощности класса D. Схема 208 управления также выполнена с возможностью управления перезарядкой источника 206 питания от электрического разъема 209. Схема 208 управления дополнительно содержит датчик затяжки (не показан), выполненный с возможностью обнаружения, когда пользователь осуществляет затяжку на устройстве, генерирующем аэрозоль.

Индукционный нагревательный узел 10 содержит первую катушку 12 индуктивности и вторую катушку 16 индуктивности. Индукционный нагревательный узел 10 также содержит первый токоприемник 11 и второй токоприемник 15. Как описано со ссылкой на Фиг. 4, первый токоприемник 11 представляет собой трубчатый токоприемник, который определяет первую часть 14 полости для размещения субстрата, образующего аэрозоль. Аналогично, второй токоприемник 15 представляет собой трубчатый токоприемник, который определяет вторую часть 18 полости для размещения субстрата, образующего аэрозоль. Первая 12 и вторая 16 катушки индуктивности также являются трубчатыми в примере осуществления, показанном на Фиг. 6, и они расположены концентрически вокруг, соответственно, первого токоприемника 11 и второго токоприемника 15.

Первая катушка 12 индуктивности соединена со схемой 208 управления и источником 206 питания, и схема 208 управления выполнена с возможностью подачи первого изменяющегося электрического тока на первую катушку 12 индуктивности. Когда первый изменяющийся электрический ток подается на первую катушку 12 индуктивности, первая катушка 12 индуктивности генерирует первое изменяющееся магнитное поле, которое нагревает первый токоприемник 11 по механизму индукции.

Вторая катушка 16 индуктивности соединена со схемой 208 управления и источником 206 питания, и схема 208 управления выполнена с возможностью подачи второго изменяющегося электрического тока на вторую катушку 16 индуктивности. Когда второй изменяющийся электрический ток подается на вторую катушку 16 индуктивности, вторая катушка 16 индуктивности генерирует второе изменяющееся магнитное поле, которое нагревает второй токоприемник 15 по механизму индукции.

Индукционный нагревательный узел 10 содержит первый датчик 13 температуры в тепловом контакте с первым токоприемником 11. Индукционный нагревательный узел 10 содержит второй датчик 17 температуры в тепловом контакте со вторым токоприемником 15. Первый 13 и второй 17 датчики температуры могут использоваться для, соответственно, измерения температур первого токоприемника 11 и второго токоприемника 15, как описано со ссылкой на Фиг. 4.

Корпус 202 устройства также определяет впуск 280 для воздуха в непосредственной близости к дальнему концу первой части 14 полости для размещения субстрата, образующего аэрозоль. Впускное отверстие 280 для воздуха выполнено с возможностью обеспечения втягивания окружающего воздуха в корпус 202 устройства.

Изделие 300, генерирующее аэрозоль, показанное на Фиг. 6, в целом выполнено в форме цилиндрического стержня, имеющего диаметр близкий к внутреннему диаметру полости 14, 18 для размещения субстрата, образующего аэрозоль. Изделие 300, генерирующее аэрозоль, содержит цилиндрическую ацетилцеллюлозную заглушку 304 фильтра и цилиндрический сегмент 310, генерирующий аэрозоль, обернутые вместе наружной оберткой 320 из сигаретной бумаги.

Заглушка 304 фильтра расположена на ближнем конце изделия 200, генерирующего аэрозоль, и образует мундштук системы, генерирующей аэрозоль, на котором пользователь делает затяжку для получения аэрозоля, сгенерированного системой.

Сегмент 310, генерирующий аэрозоль, расположен на дальнем конце изделия 300, генерирующего аэрозоль, и имеет длину, по существу равную объединенной длине первой 14 и второй 18 частей полости. Сегмент 310, генерирующий аэрозоль, содержит несколько единиц субстрата, образующего аэрозоль, включая: первый субстрат 312, образующий аэрозоль, на дальнем конце изделия 300, генерирующего аэрозоль, и второй субстрат 314, образующий аэрозоль, на ближнем конце сегмента 310, генерирующего аэрозоль, смежно с первым субстратом 312, образующим аэрозоль. Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления две или более единиц субстрата, образующего аэрозоль, могут быть образованы из одинаковых материалов. Однако в данном варианте осуществления каждая из единиц субстрата 312, 314, образующего аэрозоль, отличается. Первый субстрат 312, образующий аэрозоль, содержит собранный и гофрированный лист гомогенизированного табачного материала, без дополнительных вкусоароматических веществ. Второй субстрат 314, образующий аэрозоль, содержит собранный и гофрированный лист гомогенизированного табачного материала, содержащий вкусоароматическое вещество в форме ментола. В других примерах субстрат, образующий аэрозоль, может содержать вкусоароматическое вещество в форме ментола, и не содержать табачного материала или любого другого источника никотина. Каждая из единиц субстрата 312, 314, образующего аэрозоль, может также содержать дополнительные компоненты, например, одно или более веществ для образования аэрозоля и воду, таким образом, что нагревание субстрата, образующего аэрозоль, генерирует аэрозоль с необходимыми органолептическими свойствами.

Ближний конец субстрата 312, образующего аэрозоль, является открытым, поскольку он не покрыт наружной оберткой 320. Наружная обертка 320 содержит линию перфорационных отверстий 322, окружающих изделие 300, генерирующее аэрозоль, на границе между первым субстратом, образующим аэрозоль 312, и вторым субстратом, образующим аэрозоль 314. Перфорационные отверстия 322 обеспечивают втягивание воздуха в сегмент 310, генерирующий аэрозоль.

В примере, показанном на Фиг. 6, первый субстрат 312, образующий аэрозоль, и второй субстрат 314, образующий аэрозоль, расположены конец к концу. Однако предполагается, что в других вариантах осуществления между первым субстратом 312, образующим аэрозоль, и вторым субстратом 314, образующим аэрозоль, может быть предусмотрена перегородка.

На Фиг. 7 показан увеличенный вид ближнего конца устройства 200, генерирующего аэрозоль, показанного на Фиг. 6, в котором размещено изделие 300, генерирующее аэрозоль. Изделие 300, генерирующее аэрозоль, размещено таким образом, что первый субстрат 312, образующий аэрозоль, расположен в первой части 14 полости, а второй субстрат 314, генерирующий аэрозоль, расположен во второй части 18 полости.

При использовании пользователь затягивается на заглушке 304 фильтра, что, в свою очередь, приводит к втягиванию воздуха через впуск 280 для воздуха, что определяется детектором затяжки (не показан). В ответ схема управления (не показана на Фиг. 7) активирует одну или более катушек 12 и 16 индуктивности для нагрева одного или более из токоприемников 11 и 15, что приводит к генерированию аэрозоля из одного или более из первого 312 и второго 314 субстратов, образующих аэрозоль. Воздух течет от впуска 280 для воздуха через устройство 200, генерирующее аэрозоль, и изделие 300, генерирующее аэрозоль, вдоль образованных путей для потока воздуха (обозначенных прямыми стрелками на Фиг. 7). Генерируемый аэрозоль увлекается в поток воздуха, который выходит из изделия 300, генерирующего аэрозоль, через фильтр 304 и в рот пользователя.

На Фиг. 8A-8C показаны различные схемы 400a-400c фильтров для фильтрации сигнала, получаемого датчиком 13 температуры вышеописанных индукционных нагревательных узлов 10 при работе в изменяющемся магнитном поле. Схемы фильтров с 400a по 400c способствуют снижению остаточного шума, который не удаляется бифилярной компоновкой датчика 13 температуры.

В каждой из схем 400a-400c фильтра датчик 13 температуры, имеющий сопротивление Rs, расположен последовательно с эталонным резистором 51, имеющим известное сопротивление Rr. В примерах, показанных на фигурах 8A-8C, эталонный резистор 51 имеет значение 100 Ом. Датчик 13 температуры и эталонный резистор 51 образуют делитель напряжения между напряжением питания Vcc и землей. Выходной сигнал или напряжение Vo берут из точки соединения между датчиком 13 температуры и эталонным резистором 51.

Каждая из схем с 400a по 400c также содержит конденсатор 53, имеющий емкость C, который способствует фильтрации остаточного шума от изменяющегося магнитного поля. Конденсатор 53 объединен с эталонным резистором 51 с образованием низкочастотного фильтра для фильтрации шумов в диапазоне частот изменяющегося магнитного поля, т.е. от 5 кГц до 500 кГц или выше. Было обнаружено, что схема фильтра, основанная на примере, показанном на Фиг. 8B, с использованием конденсатора 53, имеющего емкость C, составляющую 94 нФ, является особенно эффективной в снижении остаточного шума в сигнале.

На Фиг. 9 показана схема 400b фильтра, показанного на Фиг. 8B, соединенная с микроконтроллером 220, который образует часть схемы 208 управления, показанной на Фиг. 6. Микроконтроллер 220 можно использовать для определения сопротивления Rs датчика 13 температуры путем определения выходного напряжения Vo с использованием встроенного аналогово-цифрового преобразователя. После определения выходного напряжения Vo микроконтроллер может рассчитать сопротивление Rs следующим образом.

Ток I через эталонный резистор 51 равен Vo, деленному на Rr (т.е. I=Vo/Rr). Ток I через датчик 13 температуры равен разности между напряжением питания Vcc и выходным напряжением Vo, деленной на сопротивление Rs датчика 13 температуры (то есть I=(Vcc-Vo)/Rs). Учитывая, что ток I через датчик 13 температуры равен току I через эталонный резистор 51, уравнивание и преобразование двух вышеуказанных уравнений дает уравнение для сопротивления Rs:

Rs=Rr×(Vcc-Vo)/Vo

После определения Rs температуру датчика 13 температуры и, следовательно, токоприемника можно определить путем применения функции, связывающей температуру и сопротивление, или с использованием таблицы значений сопротивления и соответствующих значений температуры.

В испытаниях было показано, что датчик 13 температуры, показанный на Фиг. 1 имеет номинальное сопротивление 10,5 Ом при 23°C и имеет температурный коэффициент сопротивления 0,00288 K^-1 (по сравнению с теоретическим значением для Cu: 0,00386 K^-1). Он демонстрировал приблизительно линейную зависимость между температурой и сопротивлением в диапазоне температур от 0 до 200°C.

Claims (24)

1. Индукционный нагревательный узел для устройства, генерирующего аэрозоль, содержащий:

по меньшей мере одну катушку индуктивности, выполненную с возможностью генерирования изменяющегося магнитного поля при протекании изменяющегося электрического тока через указанную по меньшей мере одну катушку индуктивности,

по меньшей мере один токоприемник, расположенный с возможностью проникания в него изменяющегося магнитного поля, генерируемого указанной по меньшей мере одной катушкой индуктивности, для нагревания указанного токоприемника,

по меньшей мере один датчик температуры, выполненный с возможностью измерения температуры указанного по меньшей мере одного токоприемника,

при этом указанный по меньшей мере один датчик температуры содержит первый резистивный чувствительный элемент и второй резистивный чувствительный элемент, причем первый резистивный чувствительный элемент соединен со вторым резистивным чувствительным элементом и первый резистивный чувствительный элемент расположен относительно второго резистивного чувствительного элемента таким образом, что ток, индуцируемый в первом резистивном чувствительном элементе изменяющимся магнитным полем, имеет направление, противоположное направлению тока, индуцируемого во втором резистивном чувствительном элементе изменяющимся магнитным полем.

2. Узел по п. 1, в котором каждый из первого и второго резистивных чувствительных элементов содержит резистивные проволоки, имеющие первый и второй концы, которые расположены смежно друг с другом по их соответствующим длинам.

3. Узел по п. 2, в котором резистивные проволоки первого и второго резистивных чувствительных элементов намотаны вместе с образованием бифилярной катушки.

4. Узел по п. 3, в котором каждый виток бифилярной катушки расположен на расстоянии от смежных с ним витков.

5. Узел по любому из пп. 2-4, в котором первый и второй резистивные чувствительные элементы электрически соединены последовательно на их соответствующих вторых концах.

6. Узел по любому из пп. 1-5, в котором датчик температуры расположен вокруг по меньшей мере части внешней поверхности токоприемника.

7. Узел по п. 6, в котором длина датчика температуры составляет менее пятидесяти процентов от длины токоприемника.

8. Узел по п. 6, в котором датчик температуры проходит по существу по всей длине токоприемника.

9. Узел по любому из пп. 1-8, в котором датчик температуры находится в контакте с токоприемником.

10. Узел по любому из пп. 1-9, который содержит множество катушек индуктивности, при этом для каждой из катушек индуктивности предусмотрен отдельный датчик температуры.

11. Устройство для генерирования аэрозоля, содержащее:

индукционный нагревательный узел по любому из пп. 1-10,

схему управления и

источник питания,

при этом схема управления выполнена с возможностью управления подачей электрического тока от источника питания на индукционный нагревательный узел для управляемого нагревания токоприемника,

причем схема управления соединена с указанным по меньшей мере одним датчиком температуры индукционного нагревательного узла и выполнена с возможностью определения температуры токоприемника путем определения электрического сопротивления указанного по меньшей мере одного датчика температуры.

12. Устройство по п. 11, которое дополнительно содержит эталонный резистор, а указанный по меньшей мере один датчик температуры соединен последовательно с эталонным резистором с образованием делителя напряжения, при этом выходной сигнал от указанного по меньшей мере одного датчика температуры используют от точки соединения указанного по меньшей мере одного датчика температуры с указанным эталонным резистором.

13. Устройство по п. 11 или 12, в котором схема управления дополнительно содержит конденсатор для фильтрации выходного сигнала от указанного по меньшей мере одного датчика температуры для уменьшения шума в выходном сигнале.

14. Устройство по п. 13, в котором конденсатор соединен параллельно с эталонным резистором.

15. Устройство по п. 13 или 14, в котором конденсатор выполнен с возможностью уменьшения шума в диапазоне частот изменяющегося магнитного поля, генерируемого указанной по меньшей мере одной катушкой индуктивности.