RU2777589C2

RU2777589C2 - Aerosol generating system containing fluid-permeable current collector element

Info

Publication number: RU2777589C2
Application number: RU2019103379A
Authority: RU
Inventors: Олег Миронов; Мишель Торанс; Ихар Николаевич ЗИНОВИК
Original assignee: Филип Моррис Продактс С.А.
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2022-08-08

Abstract

FIELD: tobacco industry.

SUBSTANCE: electrically heated aerosol generating system contains an aerosol generating device and a cartridge made with the possibility of being used with the device. In this case, the device contains: a device case made with the possibility of coupling with at least part of the cartridge; an induction coil located around a cavity or adjacent to it; and a power source connected to the induction coil and made with the possibility of supply of high-frequency oscillating current to the induction coil. At the same time, the cartridge contains: a cartridge case made with the possibility of coupling with the device case and containing aerosol forming substrate. In this case, the case has an outer surface surrounding aerosol forming substrate, wherein at least part of the outer surface is formed by a fluid-permeable current collector element.

EFFECT: obtaining an aerosol generating system.

26 cl, 16 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. 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 an electronic cigarette. 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 atomizer 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 потребителей. 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 replaceable 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 consumers. 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;device body;

индукционную катушку, расположенную вокруг полости или смежно с ней; иan induction coil located around the cavity or adjacent to it; and

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

при этом картридж содержит:while the cartridge contains:

корпус картриджа, выполненный с возможностью сцепления с корпусом устройства и содержащий субстрат, образующий аэрозоль, при этом корпус имеет внешнюю поверхность, окружающую субстрат, образующий аэрозоль, причем по меньшей мере часть внешней поверхности образована проницаемым для текучей среды токоприемным элементом.a cartridge body configured to engage with the device body and containing an aerosol-forming substrate, wherein the housing has an outer surface surrounding the aerosol-forming substrate, wherein at least a portion of the outer surface is formed by a fluid-permeable current-collecting member.

При эксплуатации высокочастотный колебательный ток проходит через плоскую спиральную индукционную катушку для генерирования переменного магнитного поля, наводящего напряжение в токоприемном элементе. Наведенное напряжение заставляет ток течь в токоприемный элемент и этот ток приводит к нагреву токоприемника 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. Испаренный субстрат, образующий аэрозоль, может проходить сквозь токоприемный элемент и впоследствии охлаждаться для образования аэрозоля, подаваемого пользователю.In operation, a high frequency oscillating current is passed through a flat helical induction coil to generate an alternating magnetic field which 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. The vaporized aerosol-generating substrate may pass through the current collector and subsequently be cooled to form an aerosol delivered to a user.

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, чем устройства, 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 replaceable 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.

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. Токоприемный элемент может содержать, например, сетку, плоскую спиральную катушку, волокна или ткань.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. The current collector may comprise, for example, a grid, a flat helical coil, fibers or fabric.

В данном контексте термин «проницаемый для жидкости» элемент означает элемент, через который может проходить жидкость или газ. Токоприемный элемент может иметь множество отверстий, образованных в нем, чтобы позволить текучей среде проходить через него. В частности, токоприемный элемент позволяет субстрату, образующему аэрозоль, или в газовой фазе, или как в газовой, так и в жидкой фазе, проникать через него.As used herein, the term "liquid-permeable" means an element through which a liquid or gas can pass. The current collector may have a plurality of holes formed in it to allow fluid to pass through it. In particular, the current-collecting element allows an aerosol-forming substrate, either in the gas phase or both in the gas and liquid phase, to pass through it.

Токоприемный элемент может иметь форму листа, проходящего через отверстие в корпусе картриджа. Токоприемный элемент может проходить вокруг периметра корпуса картриджа.The current collector may be in the form of a sheet passing through an opening in the cartridge body. The current collector may extend around the perimeter of the cartridge body.

Корпус устройства может содержать полость для размещения по меньшей мере части картриджа, когда корпус картриджа сцеплен с корпусом устройства, при этом полость имеет внутреннюю поверхность. Индукционная катушка может быть расположена на поверхности полости, ближайшей к источнику питания, или смежно с ней. Индукционная катушка может иметь форму, соответствующую внутренней поверхности полости.The device body may include a cavity for receiving at least a portion of the cartridge when the cartridge body is engaged with the device body, wherein the cavity has an inner surface. The induction coil may be located on the surface of the cavity closest to the power source, or adjacent to it. The induction 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. 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 induction coil may be located 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 впускных отверстий для воздуха к выпускному отверстию для воздуха, при этом воздушный канал проходит сквозь индукционную катушку. Позволяя воздуху течь сквозь систему для прохождения сквозь катушку, можно получить компактную систему.The system may include an air duct extending from the air inlets to the air outlet, the air duct extending through the induction coil. By allowing air to flow through the system to pass through the coil, a compact system can be obtained.

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, способный высвобождать летучие соединения, 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-forming 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 перемещаться жидкость за счет капиллярного действия. Капиллярный материал может содержать любой подходящий материал 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. Капиллярный материал может проходить в промежутки в токоприемном элементе.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 move by capillary action. The capillary material may comprise any suitable material 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. The capillary material may pass into the gaps in the current collector.

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

Между 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 airflow channel may be provided between the 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.

Индукционная катушка может представлять собой спиральную катушку или плоскую спиральную катушку. В данном контексте «плоская спиральная катушка» обозначает катушку, являющуюся в общем плоской, где ось наматывания катушки перпендикулярна плоскости, в которой лежит катушка. Тем не менее, термин «плоская спиральная катушка» в данном контексте охватывает катушки, являющиеся плоскими, а также плоские спиральные катушки, форма которых соответствует изогнутой поверхности. Использование плоской спиральной катушки позволяет проектировать компактное устройство с простой конструкцией, которая является надежной и недорогой для производства. Катушка может удерживаться внутри корпуса устройства и необязательно должна подвергаться воздействию сгенерированного аэрозоля, так что можно избежать отложений на катушке и возможной коррозии. Использование плоской спиральной катушки также обеспечивает простой интерфейс между устройством и картриджем, позволяя создать простую и недорогую конструкцию картриджа.The induction coil may be a helical coil or a flat helical coil. In this context, "flat helical bobbin" means a bobbin that is generally flat, where the axis of winding of the bobbin is perpendicular to the plane in which the bobbin lies. However, the term "flat helical coil" in this context encompasses coils that are flat as well as flat helical coils whose shape conforms to a curved surface. The use of a flat helical coil allows the design of a compact device with a simple design that is reliable and inexpensive 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 possible corrosion can be avoided. The use of a flat helical coil also provides a simple interface between the device and the cartridge, allowing for a simple and inexpensive cartridge design.

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.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.

Индукционная катушка может иметь диаметр от 5 мм до 10 мм.The induction coil can have a diameter of 5 mm to 10 mm.

Индукционная катушка может быть расположена на поверхности полости, ближайшей к источнику питания, или смежно с ней. Это уменьшает количество и сложность электрических соединений в устройстве. Система может содержать множество индукционных катушек и может содержать множество токоприемных элементов.The induction coil may be located on the surface of the cavity closest to the power source, or adjacent to it. This reduces the number and complexity of electrical connections in the device. The system may include a plurality of induction coils and may comprise a plurality of current collectors.

Индукционная катушка может иметь форму, соответствующую форме токоприемного элемента.The induction coil may be shaped to match the shape of the current collector.

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 проникающей способностью, 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 lower penetration material can be used, and if hysteresis effects are desired, a higher penetration material 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 своей 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 loss. 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 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 электрического тока в катушку. Электрический ток может подаваться в индукционную катушку 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 E.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 electrical current to the coil. Electric current may be supplied to the induction coil continuously after the system is turned on, or may be supplied intermittently, for example, based on puffs. The electrical circuit 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 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 индукционной 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 have the capacity to store enough energy for 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 have sufficient capacity to allow a given number of puffs or individual induction coil firings.

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.

Во втором аспекте предлагается картридж для применения в электронагреваемой системе, генерирующей аэрозоль, при этом электронагреваемая система, генерирующая аэрозоль, содержит устройство, генерирующее аэрозоль, и картридж, выполненный с возможностью применения с устройством, при этом устройство содержит корпус устройства, образующий полость для размещения по меньшей мере части картриджа; индукционную катушку, расположенную вокруг полости или смежно с ней; и источник питания, соединенный с индукционной катушкой и выполненный с возможностью подачи высокочастотного колебательного тока в индукционную катушку; при этом картридж содержит корпус картриджа, содержащий субстрат, образующий аэрозоль, при этом корпус имеет внешнюю поверхность, причем по меньшей мере часть внешней поверхности образована проницаемым для текучей среды токоприемным элементом, при этом токоприемный элемент электрически изолирован от любых других электрически проводящих компонентов.In a second aspect, a cartridge is provided for use in an electrically heated aerosol generating system, wherein the electrically heated aerosol generating system comprises an aerosol generating device and a cartridge configured to be used with the device, the device comprising a device body forming a cavity for placement along at least part of the cartridge; an induction coil located around the cavity or adjacent to it; and a power source connected to the induction coil and configured to supply high frequency oscillating current to the induction coil; wherein the cartridge comprises a cartridge housing containing an aerosol-forming substrate, wherein the housing has an outer surface, wherein at least a portion of the outer surface is formed by a fluid-permeable current-collecting element, the current-collecting element being electrically isolated from any other electrically conductive components.

Токоприемный элемент может иметь форму листа и проходить через отверстие в корпусе картриджа. Токоприемный элемент может проходить вокруг периметра корпуса картриджа.The current collector may be in the form of a sheet and pass through an opening in the cartridge body. The current collector may extend around the perimeter of the cartridge body.

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 аспекту 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 aspect of the invention.

Варианты осуществления системы согласно изобретению будут подробно описаны далее лишь в качестве примера со ссылкой на прилагаемые графические материалы, 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. one;

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

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. one;

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. ten;

на фиг. 12 показана катушка по фиг. 10;in fig. 12 shows the coil of FIG. ten;

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

на фиг. 14 показано схематическое изображение шестого варианта осуществления;in fig. 14 is a schematic view of the sixth 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. 16A показан первый пример управляющей схемы для генерирования высокочастотного сигнала для индукционной катушки; иin fig. 16A shows a first example of a driving circuit for generating a high frequency signal for an induction coil; and

на фиг. 16B 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 generated 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 описанных вариантов осуществления используется индукционная катушка для генерирования магнитного поля, изменяющегося с течением времени. Индукционная катушка спроектирована таким образом, чтобы она не испытывала существенного нагрева джоулевым теплом. Напротив, токоприемный элемент спроектирован таким образом, чтобы происходил существенный нагрев джоулевым теплом токоприемника.In each of the described embodiments, an induction coil is used to generate a magnetic field that changes over time. The induction coil is designed in such a way that it does not experience significant heating by Joule heat. On the contrary, the current collector is designed in such a way that significant Joule heating of the current collector 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. one.

Внутри мундштучной части находится плоская спиральная индукционная катушка 110. Катушка 110 образована 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 загерметизирована внутри защитного антикоррозийного покрытия или оболочки.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 may be sealed inside a protective anti-corrosion coating or sheath.

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 содержит ферритовую сетку, содержащую ферритную сталь. Субстрат, образующий аэрозоль, может образовывать мениск в промежутках 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 comprises a ferrite mesh containing ferritic steel. The aerosol-forming substrate may form a meniscus in the interstices 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 и в результате потерь на гистерезис, достигая температуры, достаточной для испарения субстрата, образующего аэрозоль, вблизи 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 which is part of the control circuitry 104. A small airflow is drawn through the sensor inlet 121 past the microphone 106 and into the mouthpiece 120 when the user puffs 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 and hysteresis losses, reaching a temperature sufficient to vaporize the aerosol forming substrate in the vicinity 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, которая может быть недорогой в изготовлении 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 can be 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, соприкасающийся с токоприемным элементом, имеет более высокую температуру теплового разложения (по меньшей мере 160°C или выше, такую как приблизительно 250^oC), чем второй капиллярный материал 202. Первый капиллярный материал 206 эффективно выполняет функцию разделителя, отделяя нагревательный 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 disc 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 functions as a separator, separating a heating 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. Каналы для потока воздуха расположены между катушками 142 и полосами 242 токоприемника таким образом, чтобы воздух из 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. Airflow passages are positioned between coils 142 and pantograph strips 242 such that air from inlets 144 flows past the pantograph strips to outlet 124 when the user draws on 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 a 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 показано схематическое изображение четвертого варианта 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.In FIG. 10 shows a schematic view of the 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.

На фиг. 10 картридж 250 имеет цилиндрическую форму и выполнен с токоприемным элементом 252 в форме ленты, проходящим вокруг центральной части картриджа. Токоприемный элемент в форме ленты перекрывает отверстие, выполненное в жестком корпусе картриджа. Картридж изображен отдельно на фиг. 11. Устройство содержит винтовую катушку 152, расположенную вокруг полости таким образом, чтобы токоприемный элемент 252 находился внутри катушки 152, когда картридж размещен в полости. Катушка 152 изображена отдельно на фиг. 12. Каналы для потока воздуха расположены между катушкой 152 и токоприемным элементом 252 таким образом, чтобы воздух из впускных отверстий 154 тек мимо полос токоприемника к выпускному отверстию 124, когда пользователь делает затяжку на мундштучной части 120.In FIG. 10, the cartridge 250 is cylindrical in shape and is provided with a ribbon-shaped current collector 252 extending around the central portion of the cartridge. The current-collecting element in the form of a tape covers the hole made in the rigid body of the cartridge. The cartridge is shown separately in Fig. 11. The device includes a helical coil 152 disposed around the cavity such that the current collector 252 is within the coil 152 when the cartridge is placed in the cavity. Coil 152 is shown separately in FIG. 12. Air flow passages are located between the coil 152 and the current collector 252 so that air from the inlets 154 flows past the current collector strips to the outlet 124 when the user draws on the mouthpiece 120.

При эксплуатации пользователь делает затяжку на мундштучной части 120 для втягивания воздуха сквозь впускные отверстия 154 для воздуха 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 катушку 152. Это генерирует колебательное магнитное поле. Колебательное магнитное поле проходит сквозь токоприемный элемент, индуцируя вихревые токи в токоприемном элементе. Токоприемный элемент нагревается в результате нагрева джоулевым теплом и в результате потерь на гистерезис, 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 operation, the user puffs on the mouthpiece 120 to draw air through the air inlets 154 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 coil 152. This generates an oscillating magnetic field. An oscillating magnetic field passes through the current collector, inducing eddy currents in the current collector. The current collector is heated by Joule heating and hysteresis losses, reaching 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 пятый 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. Устройство по фиг. 13 имеет конструкцию, подобную конструкции устройства по фиг. 7, с плоскими спиральными катушками, расположенными в боковой стенке корпуса, окружающей полость, в которой размещается картридж. Однако картридж имеет другую конструкцию. Картридж 260 по фиг. 13 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. 13 shows the fifth 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 device according to Fig. 13 has a structure similar to that of the device of FIG. 7 with flat helical coils located in the side wall of the housing surrounding the cavity in which the cartridge is placed. However, the cartridge has a different design. The cartridge 260 of FIG. 13 has a hollow cylindrical shape similar to that of 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, contains 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 в токоприемном элементе. Токоприемный элемент нагревается в результате нагрева джоулевым теплом и в результате потерь на гистерезис, 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 in the current collector. The current collector is heated by Joule heating and hysteresis losses, reaching 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. 14 изображен шестой 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. Картридж 270, изображенный на фиг. 14, идентичен картриджу, изображенному на фиг. 13. Тем не менее, устройство по фиг. 14 имеет другую конфигурацию, включающую в себя индукционную катушку 172 на опорной пластине 176, проходящей в центральный канал картриджа, для генерирования колебательного магнитного поля вблизи токоприемного элемента 272.In FIG. 14 shows a sixth 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. The cartridge 270 shown in FIG. 14 is identical to the cartridge shown in FIG. 13. However, the device of FIG. 14 has another configuration including an 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. 15 изображен седьмой 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 элемента, 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 the seventh 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 body 292 of current collector foil, made of a ferrite element, holding the substrate 290, forming an aerosol. 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 в токоприемном элементе. Токоприемный элемент нагревается в результате нагрева джоулевым теплом и в результате потерь на гистерезис, 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 collector of the cartridge body, inducing eddy currents in the current collector. The current collector is heated by Joule heating and hysteresis losses, reaching 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. 16A изображен первый пример схемы, используемой для подачи высокочастотного колебательного тока к индукционной катушке, используя усилитель мощности класса E. Как видно на фиг. 16A, схема содержит усилитель мощности класса E, 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-емкостной контур 1130 нагрузки, содержащий шунтирующий конденсатор C1 и последовательное соединение конденсатора C2 и индукционной катушки L2. Источник постоянного тока, содержащий батарею 101, содержит дроссель L1 и подает напряжение источника постоянного тока. На фиг. 16A также изображено омическое сопротивление R, представляющее собой общую омическую нагрузку 1140, которая является суммой омического сопротивления R_Coil 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-to-source voltage) in FET 1110, and a load inductor-capacitor circuit 1130 comprising shunt capacitor C1 and series connection of capacitor C2 and 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 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-емкостного контура 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 circuit 1130 being 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 device to be kept small.

Хотя общий принцип работы усилителя мощности класса E известен и подробно описан в уже упоминавшейся статье «Class-E RF Power Amplifiers», автор Nathan O. 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 principle of operation 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-емкостной контур 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 circuit 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 индукционную катушку L2 и впоследствии в токоприемный элемент, индуктивно связанный с индукционной катушкой 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 power in the form of AC power to the induction coil L2 and subsequently to the current collector inductively coupled to the induction coil 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 электрический ток течет сквозь FET. В выключенном состоянии FET 1110 напряжение транзистора является высоким, но электрический 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 electrical current flows through the FET. When the FET 1110 is off, the transistor voltage is high, but the electric 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 контуру 1130 нагрузки, содержащей шунтирующий конденсатор C1 и последовательное соединение конденсатора C2 и индукционной катушки L2, при этом этот контур нагрузки представляет собой контур 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 C1, 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 контура 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, C1 и C2 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 with 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 circuit 1130 comprising shunt capacitor C1 and a series connection of capacitor C2 and induction coil L2, this load circuit being the circuit between FET 1110 and load 1140. Thirdly, ensure that the transistor voltage at the time of firing is practically is 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 transistor voltage slope is zero during firing. Then, the current injected into the turn-on transistor by the load circuit is ramped up 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 E является предпочтительным для большинства систем согласно изобретению, также возможно использовать другие архитектуры схем. На фиг. 16B изображен второй пример схемы, используемой для подачи высокочастотного колебательного тока к индукционной катушке, используя усилитель мощности класса D. Схема по фиг. 16B содержит батарею 101, присоединенную к двум транзисторам 1210, 1212. Два переключающих элемента 1220, 1222 предоставлены для включения и выключения двух 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. Индукционная катушка снова обозначена как L2, и объединенное омическое сопротивление катушки и токоприемного элемента обозначено как R. Величины C1 и C2 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 oscillating current to an induction coil using a class D power amplifier. The circuit of FIG. 16B includes a battery 101 connected to two transistors 1210, 1212. Two switching elements 1220, 1222 are provided to turn the two transistors 1210, 1212 on and off. while the other of the two transistors is on. The induction coil is again denoted as L2, and the combined ohmic resistance of the coil and susceptor is denoted as R. The values of C1 and C2 can be chosen to maximize the effective power dissipation in the susceptor.

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. Once the current-collecting element temperature 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 aerosol generating system comprising an aerosol generating device and a cartridge configured to be used with the device, the device comprising:

device body;

an induction coil located around the cavity or adjacent to it; and

a power source connected to the induction coil and configured to supply a high frequency oscillating current to the induction coil;

while the cartridge contains:

a cartridge body configured to engage with the device body and comprising an aerosol-generating substrate, wherein the body has an outer surface surrounding the aerosol-generating substrate, wherein at least a portion of the outer surface is formed by a fluid-permeable current-collecting member allowing the aerosol-generating substrate to , in the liquid phase, penetrate through it.

2. An electrically heated aerosol generating system according to claim 1, characterized in that the current-collecting element is made in the form of a sheet that passes through an opening in the cartridge body.

3. An electrically heated aerosol generating system according to claim 1 or 2, characterized in that the current-collecting element extends around the perimeter of the cartridge housing.

4. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, characterized in that the induction coil is a flat helical coil.

5. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, characterized in that the device body comprises a cavity for receiving at least a portion of the cartridge, when the device body is engaged with the device body, the cavity having an inner surface, and the induction coil is located on surface of the cavity closest to the power source, or adjacent to it.

6. Electrically heated system that generates an aerosol, according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the body of the device contains the main part and the mouthpiece, while the cavity is located in the main part, and the mouthpiece has an outlet through which the aerosol generated by the system can be drawn into the user's mouth, while the induction coil located in the mouthpiece.

7. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a plurality of induction coils.

8. Electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, characterized in that the induction coil has a shape corresponding to the shape of the current collector.

9. An electrically heated aerosol generating system according to any of the preceding claims, characterized in that the current-collecting element is in contact with an aerosol-generating substrate.

10. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, characterized in that an air flow path is provided between the induction coil and the current collector when the cartridge body is engaged with the device body.

11. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, characterized in that the current-collecting element is located on the wall of the cartridge housing, configured to be located adjacent to the induction coil when the cartridge housing is engaged with the device housing.

12. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, characterized in that the current-collecting element comprises a grid, a flat helical coil, fibers or fabric.

13. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, characterized in that the current-collecting element has a relative penetrating power of 500 to 40,000.

14. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, characterized in that the current-collecting element comprises a first material and a second material, the first material having a Curie temperature greater than the second material.

15. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, characterized in that the aerosol generating substrate is a liquid.

16. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, characterized in that the aerosol generating liquid substrate is retained in a capillary material.

17. An electrically heated aerosol generating system according to claim 16, characterized in that the capillary material is configured to transfer the aerosol generating substrate to the current collector.

18. An electrically heated aerosol generating system according to claim 16 or 17, characterized in that it comprises first capillary materials in the cartridge body in contact with the current-collecting element and a second capillary material in the cartridge body in contact with the first capillary material; wherein the first capillary material has a higher thermal decomposition temperature than the second capillary material.

19. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, characterized in that the cartridge body is a rigid body.

20. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, characterized in that the cartridge body comprises an open end, the open end being covered by a current collector.

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

22. Electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that it further comprises an electrical circuit connected to an induction coil and a power source; wherein the circuitry comprises a DC/AC converter comprising a class D or class E power amplifier.

23. An electrically heated aerosol generating system according to any one of the preceding claims, characterized in that it is a hand held smoking system.

24. Cartridge for use in an electrically heated aerosol generating system, wherein the electrically heated aerosol generating system comprises an aerosol generating device and a cartridge configured to be used with the device, wherein the device comprises a device housing forming a cavity for accommodating at least cartridge parts; an induction coil located around the cavity or adjacent to it; and a power source connected to the induction coil and configured to supply high frequency oscillatory current to the induction coil; wherein the cartridge comprises a cartridge body containing an aerosol-forming substrate, the housing having an outer surface, wherein at least a portion of the outer surface is formed by a fluid-permeable current-collecting element allowing the aerosol-forming substrate, in the liquid phase, to pass through it; wherein the current collector is electrically isolated from any other electrically conductive components.

25. The cartridge according to claim 24, characterized in that the current-collecting element is made in the form of a sheet and passes through an opening in the cartridge body.

26. The cartridge according to claim 24 or 25, characterized in that the current-collecting element extends around the perimeter of the cartridge body.