具有带圆锥形感应线圈的感应加热器的气溶胶生成装置
技术领域
本发明涉及一种气溶胶生成装置，其具有被配置为接纳气溶胶生成制品的至少一部分的室。该装置包括感应线圈、电源和用于向感应线圈提供交流电流的控制器。
背景技术
已知在气溶胶生成制品中采用不同类型的加热器来生成气溶胶。通常，采用电阻加热器来加热气溶胶形成基材诸如电子烟液。还已知提供利用电阻加热器的“加热非燃烧”装置，该装置通过加热但不燃烧包含烟草的气溶胶形成基材生成可吸入气溶胶。
感应加热器具有多项优势，并且已经在上述装置中提出。例如在US 2017/055580A1中描述了感应加热器。在感应加热器中，感应线圈布置成围绕由导电材料制成的部件。该部件可以表示为加热元件或感受器。高频AC电流流动通过感应线圈。因此，在感应线圈内产生交变磁场。交变磁场穿透加热元件，从而在加热元件内产生涡流。这些电流导致加热元件的加热。除了由涡流生成的热量外，交变磁场还可由于磁滞机制而导致感受器加热。一些感受器甚至可具有不发生或几乎不发生涡流的性质。在此类感受器中，基本上所有热量生成都是由于磁滞机制。最常见的感受器是其中热量由两种机制生成的类型。可以在WO2015/177255中找到对所述过程的更详细的描述，所述过程负责在感受器被交变磁场穿透时在个感受器中生成热量。感应加热器促进快速加热，这有利于在气溶胶生成装置的操作期间生成气溶胶。
理想的是具有一种带感应加热器的气溶胶生成装置，该感应加热器能够以受控的方式被加热并且易于清洁。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种气溶胶生成装置，该气溶胶生成装置包括壳体，该壳体具有被配置为接纳气溶胶生成制品的至少一部分的室。该室优选地包括至少一个加热元件，所述至少一个加热元件是沿室的纵向方向延伸到室中的实心细长加热元件，并且被配置为穿透接纳在室中的气溶胶生成制品。该加热元件优选地具有圆锥形状并且在其自由端逐渐变细。该装置包括围绕室的至少一部分布置并且具有圆锥形状的感应线圈。该装置还包括电源和控制器，其连接到感应线圈并被配置为向感应线圈提供交流电流，使得在使用中，感应线圈生成波动的磁场用于加热位于室中的加热元件。
通过提供圆锥形的感应线圈，可以控制加热元件的加热特性。在这方面，感应线圈和加热元件之间的距离影响热量生成。感应线圈和加热元件之间的距离越小，则加热元件的温度越高。通过提供圆锥形线圈，在感应加热器的操作期间在加热元件中生成热梯度。优选地，感应线圈的直径从室的近端开始增大。然后，加热元件的温度在加热元件的尖端处最高。
室可包括至少一个加热元件。加热元件可以与气溶胶生成装置一体地连接。可替代地，加热元件可以是气溶胶生成制品的一部分。例如，加热元件可以被提供作为制品中的导电颗粒或细丝。
包含烟草的气溶胶形成基材可以以气溶胶生成制品的形式提供。气溶胶生成制品可以被提供作为消耗品诸如烟草棒。在下文中，气溶胶生成制品将被表示为消耗品。这些消耗品可具有细长的杆状形状。消耗品通常在装置的近端处被推入装置的室中。该端部是消耗品被插入其中的室的口端。在室中，感应加热器的加热元件被配置为穿透消耗品。而且，加热元件可以包括在消耗品本身中。使用后，消耗品将被移除并用新的消耗品代替。
加热元件可以是沿室的纵向方向延伸到室中的实心细长加热元件，并且被配置为穿透接纳在室中的气溶胶生成制品。加热元件和线圈可具有预定义的长度。加热元件可具有与线圈相同的长度。加热元件可具有销或刀片的形状。加热元件可以是实心的，而线圈可具有螺旋形状，使得加热元件可以布置在线圈内。线圈可具有截头圆锥形形状。线圈可被提供为具有圆锥形螺旋弹簧形状的螺旋缠绕线圈。线圈可包括接触元件，使得AC电流可以从电源流动通过线圈。供给感应线圈的AC电流优选地为高频AC电流。为了本申请的目的，术语“高频”应当被理解为表示范围从约1兆赫兹(MHz)到约30兆赫兹(MHz)(包括1Mhz到30MHz的范围)，特别是从约1兆赫兹(MHz)到约10MHz(包括1MHz到10MHz的范围)，甚至更具体地从约5兆赫兹(MHz)到约7兆赫兹(MHz)(包括5MHz到7MHz的范围)的频率。在线圈和加热元件之间不需要建立直接连接或电连接，因为由线圈生成的磁场穿透加热元件并由此通过上述机制加热加热元件。这些机制是涡流和磁滞损耗，它们被转换成热能。线圈以及加热元件可以由导电材料诸如金属制成。加热元件和线圈可以具有圆形、椭圆形或多边形的横截面。加热元件的形状可以用于在将消耗品插入室期间改变消耗品的形状。提供具有圆锥形状的线圈意味着圆锥形线圈的侧缘面相对于线圈的纵向轴线倾斜。当提及加热元件、线圈和室时，术语“纵向”是指将气溶胶生成制品插入到室中的方向，而术语“横向”是指与气溶胶生成制品插入到室中的方向垂直的方向。
加热元件也可具有圆锥形状。加热元件和感应线圈可以具有相对应的形状，使得加热元件可以布置在线圈内。相对应的圆锥形状还意味着加热元件的外形和线圈所包围的形状两者都类似于圆锥。加热元件和线圈的外形可以是直的或稍微弯曲的。通过为线圈和加热元件提供相对应的圆锥形状，可以控制加热元件的加热属性。而且，通过提供圆锥形加热元件，可以增强加热元件的清洁属性。在这方面，在移除消耗品时，气溶胶形成基材的残留物可能粘附到加热元件并且损害加热元件的功能。此类残留物可能影响随后的气溶胶生成，并且因此是不希望的。通过提供圆锥形加热元件，简化了将消耗品推到加热元件上，并且这样做需要较小的力，因为可以更容易地穿透消耗品的基材。另外，由于圆锥形加热元件与烟草基材之间减小的摩擦，因此设置圆锥形加热元件可以减少在移除消耗品时遗留在装置中的散落烟草的量。而且，由于可以更容易地接近加热元件的基部的事实，因此手动清洁加热元件可以更容易。
加热元件和线圈可以具有相同的纵向轴线，使得加热元件布置成在中心位置被线圈环绕。从装置的近端看，纵向轴线与加热元件的侧缘面之间的角度表示为加热元件的顶角。类似地，纵向轴线与线圈的侧缘面之间的角度表示为线圈的顶角。配置加热元件和线圈使得两者之间的垂直于加热元件表面的距离基本相同意味着两者的顶角基本相同。改变加热元件和线圈之间的距离意味着加热元件的顶角不同于线圈的顶角。加热元件和感应线圈两者可具有正顶角，使得加热元件和线圈具有相对应的圆锥形状和相对于该圆锥形状的相同取向。
加热元件的顶角可以与感应线圈的顶角基本相同。以这种方式，可以在整个加热元件中生成均匀的涡流，使得可以将加热元件加热到恒定温度。
而且，感应线圈和加热元件的顶角可不同，以在感应加热器的操作期间促进加热元件中的加热梯度。通过改变加热元件和线圈的顶角，可以控制加热元件的加热特性。在这种情况下，在加热元件中产生的涡流和磁滞效应可能从加热元件的尖端到基部变化。
如果期望将加热元件的尖端加热到比加热元件的基部更高的温度，则加热元件的顶角被选择为小于感应线圈的顶角。换句话说，加热元件和线圈之间的距离可选择为在加热元件的尖端处较小，而在加热元件的基部处较大，这意味着沿着横向于加热元件的尖端处的纵向方向的方向。加热元件的具有较高温度的尖端可优选地加热位于消耗品内部深处并且远离消耗品的尖端处的基材。消耗品内部的基材可受益于增加的加热，因为所述基材可被更紧密地包装并且更致密，并且由于暴露于较少的环境空气中，也可不太干燥。
加热元件的顶角也可选择为大于线圈的顶角。因此，加热元件和线圈之间的距离可选择为在加热元件的尖端处大于在加热元件的基部处的距离，这意味着沿着横向于加热元件的基部处的纵向方向的方向。因此，加热元件的尖端被加热到低于加热元件的基部被加热到的温度。将尖端加热到比加热元件的基部更低的温度可能是有益的，因为在这种情况下，插入的消耗品的尖端加热更少，并且因此干燥更少。当耗尽的消耗品从装置中移除时，这可以减少遗留在装置中的残留物的量。
室可具有与消耗品的形状相对应的狭槽或腔体的形状。加热元件可具有细长的形状以穿透消耗品。在感应加热器的操作期间由加热元件发出的热能可均匀地分布到消耗品的基材中。
感应加热器的感应线圈可以布置成围绕壳体内的加热元件。以这种方式，可以例如通过气溶胶形成基材来保护线圈免受污染。构成线圈限制部的壳体可以由当被交变磁场穿透时不易被加热的材料制成。例如，壳体可以由不导电材料制成，使得在壳体中不生成涡流，并且也不能通过磁滞机制来加热壳体。换句话说，壳体可以由非感受器材料(例如不导电的非感受器材料)制成。装置的整个壳体可以由不导电材料制成。可替代地，壳体的与感应线圈相邻的部分可以由不导电材料制成。
加热元件可具有渐细自由端。自由端还表示为加热元件的尖端。借助渐细尖端，可促进消耗品的插入，并且在插入期间不会损坏消耗品。渐细尖端是指与加热元件相邻的尖端的一小部分。相反，圆锥形状是指相邻元件的从元件的渐细尖端到元件的基部的绝大部分长度。如果元件的长度的至少50％、至少70％或至少90％类似于圆锥，即可存在圆锥形状。如果元件在整个长度上类似于圆锥，即可存在圆锥形状。
至少一个进气口可以设置在壳体的侧缘面，使得空气可以通过进气口被吸取并在与加热元件相邻处被排出。可替代地，至少一个进气口设置在壳体的室处，使得空气可以通过插入的消耗品旁边的进气口被吸取，并且在与加热元件相邻处被排出。进气口可以形成为室中的凹槽，使得消耗品可以牢固地保持在室中，或者室的直径可以大于消耗品的直径。通过使用者的抽吸吸取到装置中的空气可以通过与加热元件相邻的消耗品被吸取，并且加热元件的加热作用可以产生随后可被使用者吸入的气溶胶。
室可以类似于消耗品的形状。室可有助于将消耗品保持在加热元件上方或内部。室可具有对应于消耗品的直径或稍小的直径。
所述加热元件可包括多个加热元件。在所有实施方案中，可以采用单个加热元件或多个加热元件。通过提供多个加热元件，加热元件的不同部分可以独立地加热。可以提供多个独立可控的感应线圈来加热所述多个加热元件。可以将一个感应线圈分配给一个加热元件，并且可以一次引导AC电流通过一个线圈以加热相应的加热元件。感应线圈可以设置有单独的接触端子，用于使线圈与电源单独地接触。可以将不同的加热元件加热到不同的温度。例如，具有不同电阻的不同材料可以用于不同的加热元件。线圈可以由具有不同电阻的不同材料制成。如果采用多个线圈，则可以将不同强度的AC电流引导通过不同的线圈。在不同的线圈中可以采用不同的节距。线圈的节距表示线圈的各个绕组之间的空间距离。可以利用一个或多个感应线圈的这些不同配置来控制磁场的生成，从而控制加热元件的加热。
如上所述，加热元件可具有细长、圆柱形优选地实心的形状，使得消耗品可以容易地穿透。可替代地，加热元件可以是包括内部腔体的中空加热元件，该中空加热元件被配置为在中空腔体中接纳在室中接纳的气溶胶生成制品。借助该中空形状，消耗品因此可以被推入加热元件的内部。中空加热元件可具有略微变弯或弯曲的表面，以促进消耗品的插入。因此，加热元件可具有带稍微弯曲的外表面的圆锥形状。在这种情况下，消耗品可被夹在中空加热元件的内部腔体中，使得消耗品通过压配合保持在加热元件内部。从加热元件传递到消耗品的基材中的热量可被优化，因为消耗品中的基材可被压缩并且加热元件和基材之间的距离可以最小化。
当加热元件是中空的时，可将消耗品推入加热元件的内部腔体中。由于中空加热元件的横截面，消耗品的形状在插入期间可能会发生变化。以这种方式，可以进一步优化消耗品中的气溶胶形成基材的加热。例如，在消耗品的插入期间，加热元件的椭圆形横截面可用于使气溶胶形成基材变平。
从装置的近端看，中空加热元件可具有随后减小的直径。多个中空加热元件可具有连续减小的直径。减小的直径可促进消耗品的插入，并且消耗品可被牢固地保持在装置内。加热元件可在尖端处具有最大直径，而在加热元件的基部处具有最小直径，其中在将消耗品插入加热元件的内部腔体中时所述尖端首先与消耗品接触。
控制器可以包括微处理器，其可以为可编程微处理器。控制器可以包括其他电子部件。控制器可以被配置为调节到感应加热器的电力供应。电力可以在装置激活之后连续地供应给感应加热器，或者可以诸如以逐口抽吸为基础间歇性地供应。电力可以以电流脉冲的形式供应给感应加热器。
电源可以是电池。作为替代，电源可以是另一种形式的电荷存储装置，诸如电容器。电源可能需要充电，并且可具有允许为一次或多次抽吸存储足够能量的容量；例如，电源可以具有足够的容量以允许连续生成气溶胶约六分钟的时间或六分钟的倍数的时间。在另一个实例中，电源可以具有足够的容量以允许感应加热器的预先确定次数的抽吸或离散激活。
气溶胶形成基材可以包含均化的烟草材料。气溶胶形成基材可包括气溶胶形成剂。气溶胶形成基材优选地包括均化的烟草材料、气溶胶形成剂和水。提供均化的烟草材料可改善气溶胶生成制品的加热期间的气溶胶生成、生成的气溶胶的尼古丁含量和气味轮廓(flavour profile)。具体地讲，制作均化的烟草的过程涉及研磨烟叶，这在加热时可以更有效地使得释放尼古丁和香料。
感应加热器可以由抽吸检测系统触发。可替代地，可以通过按下在使用者抽吸期间保持的开关按钮来触发感应加热器。
抽吸检测系统可以被提供为传感器，其可以被配置作为空气流量传感器并且可以测量空气流量。空气流量是表征使用者每次通过气溶胶生成装置的气流路径吸取的空气量的参数。当空气流量超过预先确定的阈值时，可以由空气流量传感器检测到抽吸的开始。优选地，还可以在使用者激活按钮时检测到开始。
传感器还可以被配置作为压力传感器，以测量气溶胶生成装置内部的空气压力，所述空气是使用者在抽吸期间通过装置的气流路径吸取的。
如上所述的气溶胶生成装置和消耗品可以是电操作吸烟系统。优选地，气溶胶生成系统是便携式的。气溶胶生成系统可具有与常规雪茄或香烟相当的尺寸。吸烟系统可具有约30毫米至约150毫米的总长度。吸烟系统可具有约5毫米至约30毫米的外径。
本发明还涉及一种气溶胶生成系统，其包括如上所述的气溶胶生成装置和气溶胶生成制品，所述气溶胶生成制品具有气溶胶生成基材并且被配置用于与所述气溶胶生成装置一起使用。
附图说明
将参考附图仅作为实例进一步描述本发明，在附图中：
图1示出了常规感应加热器；
图2示出了用于气溶胶生成装置的常规感应加热器；
图3示出了根据本发明的感应加热器；
图4示出了用于气溶胶生成装置的根据本发明的感应加热器；
图5示出了用于气溶胶生成装置的进气口；
图6示出了感应加热器的加热元件，所述感应加热器包括多个加热元件并且具有椭圆形形状；并且
图7示出了用于气溶胶生成装置的感应加热器的加热元件，所述感应加热器包括多个加热元件并且具有椭圆形形状。
具体实施方式
图1示出了具有布置在感应线圈14内的细长加热元件12的常规感应加热器10。细长加热元件12具有渐细尖端。除此以外，细长加热元件12以及感应线圈14分别沿着细长加热元件12和感应线圈14的纵向长度具有恒定的直径。
图2示出了用于气溶胶生成装置16的常规感应加热器10。气溶胶生成装置16包括壳体18。感应线圈14布置在壳体18内。壳体18还包括位于近端处的室20，消耗品可在该近端处插入所述室中。在室20中，常规感应加热器10的加热元件12被布置成使得加热元件12可以穿透消耗品。在气溶胶生成装置16的壳体18中，布置有电池22以及用于控制从电池22到常规感应加热器10的电力供应的控制器24。
图3示出了根据本发明的感应加热器26的实施方案。感应加热器26包括被圆锥形感应线圈30环绕的圆锥形加热元件28。仅感应线圈30可具有圆锥形状，而加热元件28可不具有圆锥形状。圆锥形加热元件28具有渐细尖端，以促进将消耗品插入圆锥形加热元件28上方。圆锥形加热元件28具有从圆锥形加热元件28的尖端到圆锥形加热元件28的基部的圆锥形状。
圆锥形感应线圈30环绕圆锥形加热元件28，使得从圆锥形加热元件28到圆锥形感应线圈30的垂直于圆锥形加热元件28的侧表面的距离从圆锥形加热元件28的尖端的末端到圆锥形加热元件28的基部基本保持相同。因此，感应线圈30的圆锥形状对应于加热元件28的圆锥形状。在图3中，示出了加热元件28以及感应线圈30的纵向轴线L。描绘了感应线圈30的顶角α，其是感应线圈30的纵向轴线L和外侧缘面形状之间的角度。示出了顶角β，其是加热元件28的纵向轴线L与外表面之间的角度。在图3所示的实施方案中，顶角α与顶角β基本相同。
图4在图4a中示出了用于气溶胶生成装置32中的感应加热器26。气溶胶生成装置32包括壳体34，壳体包围电池36和控制器38。而且，在壳体中近端处提供了室40，可将消耗品42置于所述室中。感应加热器26放置在室40附近。更详细地，圆锥形加热元件28布置在室40中，使得消耗品42可以容易地被推到圆锥形加热元件28上方，这是因为在将消耗品推到圆锥形加热元件28的圆锥形侧表面上时发生较小的摩擦。感应加热器26的圆锥形感应线圈30被布置成在围绕圆锥形加热元件28的壳体34内受到保护。以这种方式，仅圆锥形加热元件28可在不打开壳体34的情况下从外部接近。可以清洁圆锥形加热元件28，而不会干扰气溶胶生成装置32的其他部件。
在图4b中，示出了在被插入气溶胶生成装置32的室40之前包括气溶胶形成基材的消耗品42。通过将消耗品42推到圆锥形加热元件28的尖端上，直到消耗品42到达圆锥形加热元件28的基部，消耗品42被插入室40中。在图4c中，消耗品42被完全推入气溶胶生成装置32的室40中。
图5示出了气溶胶生成装置32的进气口的两个实施方案。在图5a中，示出了设置在气溶胶生成装置32的侧表面处的进气口44。进气口44允许环境空气通过气溶胶生成装置32吸取并通过消耗品42排出。以这种方式，装置32内从进气口到加热元件的空气流动路径的长度可以被最小化。
在图5c中，描绘了进气口46的不同配置。在该实施方案中，环境空气可以通过室40进入消耗品42旁边的气溶胶生成装置32。进气口46由室40中的凹槽实现。因此，在装置32的侧表面处不需要进气口，从而简化了装置32的整体构造并且增加了稳定性。
图6示出了感应加热器26的加热元件被设置为圆锥形加热元件48。加热元件48是中空的并且具有椭圆形的横截面。在图6a中，描绘了圆锥形椭圆加热元件48。该加热元件48包括多个加热元件48.1、48.2、48.3、48.4、48.5、48.6、48.7。加热元件48.1至48.7可以单独加热。加热元件48.1至48.7可以由不同的材料制成。可以围绕加热元件48.1至48.7的每一者设置单独的感应线圈，以促进单独的加热动作。加热元件48.1至48.7具有圆锥形状，使得直径从第一加热元件48.1到最后加热元件48.7减小。
在图6b中，示出了单个加热元件48.1。在图6c中，圆锥形椭圆加热元件48被示出为沿着气溶胶生成装置32的室40的侧表面布置。圆锥形椭圆加热元件48可以作为单独的元件布置在气溶胶生成装置32的室40的内部。可替代地，加热元件48可被配置作为室40的一体部分以形成室40的侧表面。圆锥形椭圆加热元件48形成为使得用于将消耗品42推入圆锥形椭圆加热元件48的内部腔体中的低插入力将消耗品42的横截面重新成形为主要为椭圆形的横截面。消耗品42的椭圆形横截面可促进从圆锥形椭圆加热元件48到消耗品42的优化的热传递，因为减小了消耗品42的厚度。
图7示出了图6中描绘的实施方案，其中消耗品42已被推入圆锥形椭圆加热元件48的内部腔体内。感应线圈30被布置成在气溶胶生成装置32的壳体34内受到保护并且环绕圆锥形椭圆加热元件48。
本发明不限于所描述的实施方案。本领域技术人员应当理解，在不同实施方案的上下文中描述的特征可以在本发明的范围内相互组合。
