Результат интеллектуальной деятельности: НАГРЕВАНИЕ КУРИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА

Область техники

Изобретение относится к нагреванию курительного материала для испарения его компонентов.

Уровень техники

В курительных изделиях, например сигаретах и сигарах, в процессе использования сжигают табак для создания табачного дыма. Предпринимались попытки создания альтернативы этим курительным изделиям в виде продуктов, выделяющих соединения без создания табачного дыма. Примерами таких продуктов могут служить так называемые продукты, нагреваемые без горения, которые выделяют соединения при нагревании табака без его сжигания.

Раскрытие изобретения

В соответствии с изобретением, предложен прибор (устройство), выполненный с возможностью испарения компонентов курительного материала для их вдыхания, включающий: корпус, содержащий камеру нагрева курительного материала и одноразовый картридж с курительным материалом, выполненный с возможностью введения в камеру нагрева курительного материала и извлечения из нее через отверстие в корпусе; и нагревательный материал, приспособленный для нагрева в присутствии переменного магнитного поля и размещенный внутри курительного материала в одноразовом картридже с возможностью передачи тепловой энергии курительному материалу для испарения упомянутых компонентов для вдыхания пользователем.

Нагревательный материал предпочтительно включает множество кусочков нагревательного материала, распределенных внутри курительного материала. Каждый из множества кусочков нагревательного материала окружен слоем материала-основы, выполненного с возможностью удерживания тепловой энергии, получаемой от нагревательного материала, и передачи ее курительному материалу. Удерживающий тепловую энергию материал-основа имеет удельную теплоемкость, превышающую теплоемкость нагревательного материала и находящуюся в интервале между 1000 и 3500 Дж/кг⋅K.

Нагревательный материал предпочтительно подвержен воздействию вихревых токов, возбуждаемых в материале переменным магнитным полем и вызывающих нагревание нагревательного материала джоулевым теплом (омическим нагревом). Прибор, соответственно, содержит генератор переменного магнитного поля, выполненный с возможностью генерирования переменного магнитного поля. Конструкция генератора переменного магнитного поля обеспечивает его разъемное соединение с корпусом, с сохранением устойчивого положения корпуса относительно генератора переменного магнитного поля в процессе нагревания.

Нагревательный материал приспособлен для нагрева курительного материала до температуры испарения в интервале примерно от 50 до 250°С для испарения упомянутых компонентов.

Одноразовый картридж предпочтительно содержит полую гильзу, в которой размещен курительный материала.

Корпус и гильза предпочтительно выполнены с применяем пластика.

Прибор может дополнительно иметь мундштук, сообщающийся с камерой нагрева, для обеспечения втягивания пользователем испаренных компонентов курительного материала через мундштук.

Материал-основа может быть выполнен с возможностью передачи тепловой энергии курительному материалу в течение продленного промежутка времени с тем, чтобы поднять температуру курительного материала и поддерживать ее на уровне температуры испарения в течение продленного промежутка времени, без одновременного нагревания нагревательного материала переменным магнитным полем.

Нагревательный элемент может представлять собой удлиненный элемент, прилегающий к камере нагрева курительного материала.

Камера нагрева может быть расположена коаксиально вокруг нагревательного элемента.

Нагревательный материал может быть выполнен с возможностью нагревания курительного материала до температуры испарения в интервале примерно от 50 до 250°С, для испарения этих компонентов.

С использованием описанного прибора может осуществляться способ нагревания курительного материала для испарения компонентов курительного материала, для их вдыхания, при осуществлении которого:

генерируют переменное магнитное поле;

используют переменное магнитное поле для возбуждения электрического тока в нагревательном материале и, тем самым, нагревают нагревательный материал;

передают тепловую энергию от нагревательного материала к курительному материалу для нагревания курительного материала до температуры испарения и, тем самым, испарения компонентов курительного материала.

Также может осуществляться способ нагревания курительного материала для испарения компонентов курительного материала, для их вдыхания, при осуществлении которого:

вставляют корпус, содержащий нагревательный материал и курительный материал, в устройство, выполненное с возможностью генерирования переменного магнитного поля;

генерируют переменное магнитное поле в устройстве и, тем самым, нагревают нагревательный материал, возбуждая в нагревательном материале электрический ток;

передают тепловую энергию от нагревательного материала к курительному материалу для нагревания курительного материала до температуры испарения и, тем самым, испаряют компоненты курительного материала.

В качестве частного примера изобретения ниже описываются его варианты выполнения со ссылками на приложенные чертежи, на которых:

Краткое описание чертежей

на фиг. 1 представлено, с частичным разрезом, изображение прибора для получения испаренных компонентов нагретого курительного материала, для его вдыхания пользователем, в котором нагревательный элемент, содержащий электропроводный нагревательный материал, располагается рядом с камерой нагрева курительного материала;

на фиг. 2 представлено в перспективе изображение прибора для получения испаренных компонентов нагретого курительного материала, для его вдыхания пользователем, в котором корпус прибора вставлен в генератор магнитного поля, для возбуждения в нагревательном материале вихревых токов;

на фиг. 3 представлен вид поперечного сечения прибора для получения испаренных компонентов нагретого курительного материала, для его вдыхания пользователем, в котором электропроводный нагревательный материал располагается вместе с курительным материалом в камере нагрева; и

на фиг. 4 представлено в перспективе изображение прибора для получения испаренных компонентов нагретого курительного материала, для его вдыхания пользователем, в котором корпус прибора вставлен в генератор магнитного поля, для возбуждения в нагревательном материале вихревых токов.

Подробное описание изобретения

В данном описании, термин "курительный материал" включает любой материал, выделяющий летучие компоненты при нагревании, и любой содержащий табак материал, и может, например, включать один или более материалов из группы, включающей табак, производные табака, обработанный или модифицированный табак, например, разрыхленный табак, восстановленный табак или заменители табака.

Прибор 1 для получения испаренных компонентов курительного материала 2, для его вдыхания, включает камеру 3 нагрева курительного материала и сообщающийся с ней мундштук 4. Мундштук 4 может содержать фильтрующий материал, например, жгут ацетата целлюлозы, который может иметь вид обернутой фильтрующей вставки. Пользователь прибора 1 может вдыхать испаренные компоненты мундштука 4, когда курительный материал 2 нагревают внутри камеры 3 нагрева до температуры, достаточной для испарения компонентов курительного материала.

Как более подробно описано ниже, курительный материал 2 нагревают посредством передачи тепла от нагревательного материала 5, расположенного вблизи курительного материала 2. В нагревательном материале 5, в свою очередь, выделяется джоулево тепло при индукционном нагреве.

В частности, нагревательный материал представляет собой электропроводный материал, имеющий конечное электрическое сопротивление, в котором возбуждаются вихревые токи, вызывающие нагревание материала 5 джоулевым теплом, когда этот материал помещается в переменное магнитное поле. Примером подходящего нагревательного материала 5 является железо, в альтернативном варианте могут быть использованы и другие электропроводные материалы, например, другой электропроводный металл или сплав. Нагревательный материал 5 нагревается воздействием электромагнитной индукции до температуры, достаточной для испарения компонентов курительного материала 2 в камере 3 нагрева, например, никотина и ароматных веществ, без горения курительного материала 2.

Нагревательный материал 5 может быть расположен либо внутри камеры 3 нагрева, либо в непосредственной близости от нее. Как показано ниже, нагревательный материал 5 может располагаться, либо непосредственно примыкая к курительному материалу 2, либо в нагревательном элементе 6, расположенном непосредственно вблизи курительного материала 2. Нагревательный материал 5 располагается так что обеспечивается эффективная теплопередача между нагретым нагревательным материалом 5 и курительным материалом 2 внутри камеры 3 нагрева, благодаря чему курительный материал 2 нагревается до температуры, достаточной для испарения компонентов курительного материала 2, для его вдыхания через мундштук 4.

Как было вкратце упомянуто выше, нагревательный материал 5 может содержаться в нагревательном элементе 6, выполненном с возможностью передачи тепловой энергии от нагревательного материала к курительному материалу 2 в камере 3 нагрева. Помимо нагревательного материала 5, нагревательный элемент 6 может содержать материал-основу 7, удерживающий тепло, и высвобождающий тепловую энергию, полученную от нагревательного материала 5, в течение относительно длительного времени, поддерживая, тем самым, курительный материал 2 при температуре испарения в течение этого времени. Это время может составлять примерно от трех до десяти минут, как будет показано ниже. Материал-основа 7 может быть электроизоляционным и, в отличие от нагревательного материала 5, сам по себе не подвержен возбуждению в нем электрических вихревых токов при помещении в переменное магнитное поле.

Материал-основа 7 имеет тепловой контакт с нагревательным материалом 5, поэтому, когда нагревательный материал 5 нагрет электромагнитной индукцией, тепловая энергия от нагревательного материала 5 передается в материал-основу 7 и нагревает его до температуры нагревательного материала 5. Тепло, запасенное в материале-основе 7, затем рассеивается в камере 3 нагрева в течение продленного промежутка времени так, что непрерывно нагревает находящийся там курительный материал 2 и вызывает непрерывное испарение курительного материала 2, для вдыхания его через мундштук 4.

Примером подходящего материала-основы 7 служит материал с высокой удельной теплоемкостью, превышающей теплоемкость нагревательного материала 5. В качестве примера можно привести удельную теплоемкость в интервале примерно от 1000 до 3500 Дж/кг⋅K, хотя могут использоваться материалы и с другой теплоемкостью. Материалом 7 может быть полимер, хотя могут быть использованы и другие материалы. Примером подходящего материала 7 может служить полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) или поликарбонат. Как было упомянуто выше, материал-основа 7 выполнен с возможностью запасать тепловую энергию, полученную от нагревательного материала 5, и постепенно рассеивать эту энергию в течение продленного промежутка времени, упомянутого выше, с тем чтобы нагревать курительный материал 2 до температуры в пределах желательного интервала температур испарения и поддерживать температуру курительного материала 2 в заданном интервале температур испарения, пока не истечет этот промежуток времени. Примером температурного диапазона, в котором испаряются компоненты курительного материала, например табака, может служить интервал примерно от 50 до 250°С, например, примерно от 50 до 150°С, примерно от 50 до 120°С, примерно, от 50 до 100°С, примерно от 50 до 80°С или примерно от 60 до 70°С. Также возможны и другие интервалы. Продленный промежуток времени может иметь примерно ту же продолжительность, что и время выкуривания обычной сигареты. Этот период может составлять примерно от четырех до восьми минут, например, примерно семь минут.

Нагревательный материал 5 и материал-основа 7 (при его использовании) может, в частности, помещаться в переменное магнитное поле между затяжками для повторного нагрева нагревательного материала 5 перед каждой затяжкой.

Нагревательный элемент 6 может проходить вдоль продольной оси прибора 1. Камера 3 нагрева также может проходить вдоль продольной оси прибора 1 и может быть расположена вблизи нагревательного элемента 6. Например, нагревательный элемент 6, показанный на фиг. 1, проходит в основном вдоль центральной продольной оси прибора 1, а камера 3 нагрева расположена вокруг его продольной поверхности. Если нагревательный элемент 6 имеет в целом цилиндрическую форму, как это показано на фиг. 1, то продольная поверхность, вокруг которой проходит камера 3 нагрева, является круговой поверхностью нагревательного элемента 6. В конструкции этого типа, камера 3 нагрева может иметь коаксиальный слой вокруг нагревательного элемента 6. Этим обеспечивается наличие кольцевого пространства вокруг нагревательного элемента 6, в которое может быть вставлен курительный материал 2 для его нагревания, как будет описано ниже.

В альтернативном варианте, камера 3 нагрева и нагревательный элемент 6 расположены наоборот, так, что камера 3 нагрева располагается вдоль центральной продольной оси устройства, а нагревательный элемент 6 располагается кольцеобразно вокруг нее в виде коаксиального слоя.

Как показано на фиг 1, нагревательный материал 5 может представлять собой множество кусочков нагревательного материала, распределенных в материале-основе 7 в нагревательном элементе 6. В целом равномерное распределение нагревательного материала 5 по материалу-основе 7 обеспечивает равномерный нагрев материала-основы 7 при нагреве нагревательного материала 5, и в результате, также равномерный нагрев курительного материала 2 в камере 3 нагрева. Следует, однако, иметь в виду, что использование множества отдельных кусочков нагревательного материала 5 не является обязательным условием изобретения, и что в равной мере возможны и другие конструкции для обеспечения равномерного нагрева материала-основы 7 и (или) курительного материала 2.

Другая конструкция представлена на фиг. 3, где нагревательный материал 5 находится не внутри нагревательного элемента 6, как это было описано выше, а внутри самого курительного материала 2. Как показано на фиг. 3, множество кусочков нагревательного материала 5 могут быть в основном равномерно распределены по курительному материалу 2 с тем, чтобы обеспечить равномерное нагревание курительного материала 2 по камере 3, когда нагревательный материал 5 нагревается наведенными в нем электрическими токами. Эти отдельные кусочки нагревательного материала 5 могут быть окружены материалом-основой 7 так, что камера 3 нагрева содержит множество нагревательных элементов 6, каждый из которых содержит нагревательный материал 5 и материал-основу 7, распределенные по камере 3. Например, нагревательные элементы 6 могут иметь приблизительно сферическую форму с внутренним ядром нагревательного материала 5 и наружным слоем материала-основы 7.

Глубина, или иной поперечный размер камеры 3 нагрева может составлять примерно от 2 до 10 мм, например, 5 мм. Это может относиться, а может и не относиться, к материалу-основе 7, если он расположен в виде коаксиального сердечника в камере нагрева, как это было описано выше. Длина камеры 3 нагрева может быть примерно равна длине стержня курительного материала (сигаретной палочки) в обычной сигарете. Примером подходящей длины может служить длина примерно от 55 до 60 мм, хотя возможна и другая длина.

Корпус 8 может содержать компоненты прибора 1, например, камеру 3 нагрева, мундштук 4, нагревательный материал 5 и материал-основу 7. Корпус 8, показанный на фиг. 1 и 2, имеет удлиненную форму, с мундштуком 4, расположенным на первом из его концов, и нагревательным элементом 6 и камерой 3 нагрева, проходящими внутри корпуса 8 вдоль его продольной оси от противоположного второго конца. Корпус 8 может, например, иметь в целом трубчатую форму, например трубки, с размерами, аналогичными размерам сигарет, сигар или сигарилл. Корпус 8 может быть выполнен из пластика, например, подходящего полимерного материала, комфортного для пользователя прибора 1, удерживающего его в процессе затяжки и манипуляций с ним.

Переменное магнитное поле, возбуждающее токи в нагревательном материале 5, может генерироваться генератором 9 магнитного поля, примеры которого представлены на фиг. 2 и 4. Генератор 9 магнитного поля может иметь источник 10 питания, например, подходящий аккумулятор или батарею, обеспечивающие электрическую энергию для генерирования переменного магнитного поля. Генератор 9 поля может, в альтернативном варианте, быть выполнен с возможностью получения электрической энергии от внешнего источника питания, например сетевого источника питания, персонального компьютера или иного внешнего источника питания.

Генератор 9 поля может иметь электрическую катушку, через которую пропускают изменяющийся электрический ток, например, переменный ток, для создания переменного электромагнитного поля, к примеру, изменяющегося высокочастотного поля, вблизи генератора 9. Переменный магнитный поток, создаваемый генератором 9 поля, возбуждает вихревые токи в нагревательном материале 5, когда нагревательный материал 5 находится вблизи генератора 9. Как было описано выше, эти вихревые токи, в свою очередь, вызывают выделение джоулева тепла в нагревательном материале 5 и, тем самым, повышают температуру нагревательного материала 5.

Генератор 9 магнитного поля может быть отделен от корпуса 8, в котором расположены нагревательный элемент 6, камера 3 нагрева и курительный материал 2. В этом случае, генератор 9 поля может быть выполнен с возможностью такого конструктивного соединения с корпусом 8 нагревательной камеры в процессе нагревания нагревательного материала 5, что корпус 8 и компоненты прибора в нем удерживаются в стабильном положении относительно источника 9 магнитного поля. Например, как показано на фиг. 2 и 4, генератор 9 магнитного поля может иметь гнездо 11, в которое может быть вставлен корпус 8. Внутренняя форма гнезда 11 может быть в основном сопряжена с наружной формой концевой части корпуса 8 так, что концевая часть корпуса 8 может быть установлена в генератор 9 поля и, тем самым, физически закреплена в нем.

Введение корпуса 8 в генератор 9 поля может инициировать запуск генератора 9, создающего переменное магнитное поле и, тем самым, начинать процесс нагревания нагревательного материала 5 для получения испаренных компонентов курительного материла.

При использовании генератора 9 поля, он может быть расположен в пределах расстояния примерно от 5 до 100 мм от нагревательного материала 5, например, когда корпус 8 установлен в генератор 9. Этот интервал указан в качестве примера, и в альтернативном варианте могут быть и другие подходящие расстояния за переделами этого интервала.

Как было показано ранее, тепло от нагревательного материала 5 рассеивается в курительном материале 2 в камере 3 нагрева и вызывает испарение компонентов курительного материала 2, когда курительный материал 2 достигает температуры испарения. В частности, прибор 1 может иметь датчик 12 температуры, например, содержащий термопару, выполненный с возможностью определения момента достижения заданной температуры нагревательным материалом 5, материалом-основой 7 и (или) курительным материалом 2 в камере 3 нагрева. Датчик 12 температуры может содержать сигнальное устройство, световой индикатор или какой-либо иной подходящий механизм сигнализации, выполненный с возможностью информирования пользователя, что была достигнута температура испарения и поэтому испаренные компоненты курительного материала 2 готовы для их вдыхания, либо может быть связан с таким устройством.

В качестве дополнения или альтернативы, устройство 1 может содержать таймер 13, выполненный с возможностью измерения промежутка времени от момента начала воздействия переменного магнитного поля на нагревательный материал 5, и подачи сигнала пользователю, когда истечет заданное время нагрева, которое должно соответствовать достижению температуры испарения в камере 3 нагрева. Таймер 13 может приводиться в действие автоматически прибором 1 при обнаружении или получении иным путем информации, что корпус 8 был установлен в генератор 9 магнитного поля.

Как только нагревательный материал 5 окажется нагретым до заранее установленной температуры испарения, корпус 8 может быть извлечен из генератора 9 поля с тем, чтобы нагревательный материал 5 не подвергался дальнейшему существенному воздействию джоулева тепла. В этот момент питание генератора 9 поля может быть отключено. В частности, генератор 9 поля может быть выполнен с возможностью автоматического прекращения создания магнитного поля при достижении заданной температуры испарения и (или) истечения заданной продолжительности нагревания.

Компоненты курительного материала 2, уже испаренные, или которые будут испарены под воздействием тепла, высвободившегося из нагретого нагревательного материала 5, могут вдыхаться через мундштук 4 без необходимости присутствия генератора 9 поля вблизи нагревательного материала 5. Это дает возможность пользователю прибора 1 вдыхать испаренные компоненты из мундштука 4 аналогично тому, как он это делал бы, используя курительное изделие, например, сигарету. Пользователь может, например, положить генератор 9 поля в карман на продленный промежуток времени, упомянутый выше, при этом периодически делая затяжку вновь испаренными компонентами курительного материала из мундштука 4, по мере того, как продолжается нагревание курительного материала 2.

Во всех конструкциях прибора 1, курительный материал 2 может иметь форму одноразового картриджа курительного материала или иного расходуемого продукта курительного материала, который может быть вставлен в камеру 3 нагрева и извлечен из нее через соответствующее окно в корпусе 8. Таким образом, у пользователя прибора 1 имеется возможность замены курительного материала 2 для получения иных или улучшенных курительных ощущений, используя прежний корпус 8, его внутренние компоненты прибора и генератор 9 поля. Например, картридж, или иной расходуемый продукт, может представлять собой полую трубку курительного материала, которая может быть надета на удлиненный нагревательный элемент 6, например, аналогичный показанному на фиг. 1, или снята с него, либо может представлять собой в целом сплошной вытянутый стержень курительного материала 2, который может вставляться в полую середину удлиненного нагревательного элемента 6 и выниматься из него. Картридж может содержать гильзу, например, выполненную из пластика, содержащую курительный материал 2, из которой испаренные компоненты курительного материала могут протекать в мундштук 4.

В альтернативном варианте, корпус 8, вместе с его внутренними компонентами, включая курительный материал 2, могут вместе формировать одноразовое изделие, выбрасываемое после использования.

Как показано на фиг. 1 и 3, корпус 8 и (или) картридж 2 курительного материала могут иметь тепловую изоляцию 14 для снижения потерь тепла от курительного материала 2 и внутренних компонентов корпуса 8 во внешнюю атмосферу вокруг корпуса 8. Тепловая изоляция 14 может, например, содержать вакуумную изоляцию, выполненную с возможностью изолирования прибора 1, обеспечивая область вакуума между камерой 3 нагрева и наружной поверхностью корпуса 8, тем самым предотвращая кондуктивные и конвективные потери тепла. Корпус 8 и (или) картридж 2 курительного материала может дополнительно или в качестве альтернативы иметь слой, отражающий инфракрасное излучение, расположенный между курительным материалом 2 и внешней поверхностью корпуса 8, для предотвращения потерь за счет теплового излучения. Отражающий слой может, при необходимости, находиться на теплоизолирующем слое 14 или в нем.

Теплоизоляция корпуса 8 может дополнительно или в качестве альтернативы выполняться курительным материалом 2, расположенным между нагревательным материалом 5 и наружной поверхностью корпуса 8.

Благодаря теплоизоляции, гарантируется, что наружная поверхность корпуса 8 по существу не нагревается нагревательным материалом 5, и поэтому остается при температуре, комфортной для потребителя, удерживающего корпус 8 во время вдыхания испаренных компонентов через мундштук 4.

При необходимости, камера 3 нагрева может герметично закупориваться с тем, чтобы предотвратить нежелательное улетучивание испаренных компонентов курительного материала через мундштук 4. Впускные и выпускные клапаны могут быть выполнены с возможностью герметичного отключения камеры 3 нагрева от мундштука 4, и обеспечения выхода испаренных компонентов из камеры 3 только, когда пользователь делает затяжку через мундштук 4. Прибор 1 может иметь датчик затяжки для инициирования открывания и закрывания клапанов в нужные моменты времени. В альтернативном варианте, клапаны могут открываться автоматически силой всасывания, создаваемой пользователем при затяжке через мундштук 4. В клапанах может использоваться механический шарнир.

При изготовлении прибора 1 нагревательный материал 5 могут распределять внутри подходящего материала-основы 7, после чего полученному продукту придается форма нагревательного элемента 6. Корпус 8 прибора 1 могут изготавливать формовкой пластика для создания в основном полой внутренней области, в которую могут быть введены компоненты прибора 1. На внутреннюю или наружную стенки корпуса 8 могут быть нанесены один или более слоев тепловой изоляции 14 для снижения потерь тепла от нагревательного материала 5 при использовании прибора 1. Как было показано ранее, нагревательный элемент 6 может быть закреплен вдоль продольной оси корпуса 8, например, вдоль центральной оси, так, чтобы камера 3 нагрева курительного материала прилегала к нему. Датчик 12 температуры и таймер 13, вместе со световым индикатором и иным подходящим механизмом сигнализации, также закрепляются в корпусе 8 в подходящем месте, например, между камерой 3 нагрева и мундштуком 4, как показано на фиг. 1. Мундштук 4 находится на одном конце корпуса 8, а между камерой 3 нагрева и мундштуком имеется канал для текучей среды, обеспечивающий протекание испаренных компонентов курительного материала 2 в мундштук 4 для их вдыхания.

Для рассмотрения различных аспектов заявляемого изобретения и его представления, настоящее описание показывает на частных примерах различных вариантов выполнения возможности реализации изобретения (-ий), в которых обеспечивается получение высокоэффективного прибора и способа. Преимущества и признаки, приведенные в описании, относятся только к вариантам выполнения и не являются исчерпывающими и (или) исключающими. Они представлены только для улучшения понимания и разъяснения заявленных признаков. Следует иметь в виду, что преимущества, варианты выполнения, примеры, функции, признаки, конструкции и (или) иные особенности изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение, определяемое формулой, или эквиваленты формулы, и что в рамках области притязаний и (или) существа изобретения могут быть использованы другие варианты выполнения и модификации. Различные варианты выполнения могут, соответственно, содержать, состоять из, или в основном состоять из различных комбинаций раскрытых элементов, компонентов, признаков, частей, шагов, средств и т.д. Кроме того, изобретение включает другие варианты изобретения, не заявленные здесь, но которые могут быть реализованы в будущем.