CN111031822B - 具有模块化感应加热器的气溶胶生成装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括用于加热气溶胶形成基质的感应加热器的气溶胶生成装置。感应加热器包括感应线圈和加热元件，其中加热元件可布置在感应线圈内。气溶胶生成装置还包括壳体，其具有第一壳体部分和第二壳体部分。第一壳体部分包括将电力供应到感应加热器的感应线圈的电源，以及用于控制从电源到感应加热器的感应线圈的电力供应的控制器。在第二壳体部分中，布置了感应加热器的感应线圈，并且第二壳体部分构造成接收含有气溶胶形成基质的消耗品。第一壳体部分和第二壳体部分构造成布置在其中感应加热器配置成被操作的第一位置，并且第一壳体部分和第二壳体部分构造成转移到第二位置，其中加热元件配置成使得可在第二位置上取得加热。

Description

具有模块化感应加热器的气溶胶生成装置

技术领域

本发明涉及一种包括用于加热气溶胶形成基质的感应加热器的气溶胶生成装置。感应加热器包括感应线圈和加热元件，其中加热元件可布置在感应线圈内，使得其能够感应加热。

背景技术

已知在气溶胶生成制品中使用不同类型的加热器来生成气溶胶。通常，电阻加热器用于加热气溶胶形成基质，如电子烟液。也已知提供使用电阻加热器的“加热不燃烧”装置，其通过加热而不燃烧含有烟草的气溶胶形成基质生成可吸入气溶胶。

感应加热器提供优势，并且已在上述装置中提出。感应加热器例如在 US 2017/055580 A1中描述。在感应加热器中，感应线圈围绕由导电材料制成的部件布置。部件可表示为加热元件或感受器。高频AC电流穿过感应线圈。因此，在感应线圈内形成交变磁场。交替磁场穿透加热元件，从而在加热元件内产生涡电流。这些电流导致加热元件的加热。除了涡电流产生的热量之外，交变磁场还可由于磁滞机制而使感受器发热。一些感受器甚至可能具有不会或几乎不会产生涡电流的性质。在此类感受器中，基本上所有的热生成都是由于磁滞机制引起。大多数常见感受器都是这种类型，其中通过两种机制产生热量。可在WO2015/177255中找到对过程的更详细的描述，且该描述针对被交变磁场穿透时在感受器中产生热量。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。

发明内容

期望具有一种带有感应加热器的气溶胶生成装置，其中可容易地接近加热元件以进行清洁和更换加热元件。

根据本发明的第一方面，提供了一种包括用于加热气溶胶形成基质的感应加热器的气溶胶生成装置。感应加热器包括感应线圈和加热元件，其中加热元件可布置在感应线圈内。气溶胶生成装置还包括壳体，其具有第一壳体部分和第二壳体部分。第一壳体部分包括将电力供应到感应加热器的感应线圈的电源，以及用于控制从电源到感应加热器的感应线圈的电力供应的控制器。在第二壳体部分中，布置了感应加热器的感应线圈，并且第二壳体部分构造成接收含有气溶胶形成基质的消耗品。第一壳体部分和第二壳体部分构造成布置在第一位置和第二位置，在第一位置，感应加热器配置为被操作，在第二位置，使得能够取得加热。在第二位置中，第一壳体部分和第二壳体部分中的一个或两者移位。

将壳体部分相对于彼此的位置从气溶胶生成装置可正常操作的第一位置改变到第二位置，使得能够清洁或更换加热元件。第二位置可允许容易地接近加热元件。含有烟草的气溶胶形成基质可以以气溶胶生成制品的形式提供。气溶胶生成制品可作为消耗品提供，如烟草棒。在下文中，气溶胶生成制品将表示为消耗品。这些耗材可具有细长棒状形状。此消耗品通常推入到装置的凹部中。在凹部中，提供了感应加热器的加热元件，使得消耗品推送到加热元件上方。以此方式，加热元件可穿透消耗品。一旦消耗品中的气溶胶形成基质在感应加热器的多个加热循环之后耗尽，则消耗品被移除并由新消耗品更换。在移除耗尽的消耗品时，耗尽的气溶胶形成基质的残留物可能粘附到加热元件并影响加热元件的功能。这种残留物可能影响后续气溶胶生成，且因此是不希望的。在第二位置中，可易于接近加热元件，使得可容易地移除残留物。

加热元件可构造成在第一壳体部分和第二壳体部分处于第二位置时被更换。如果加热元件劣化，则可更换它的不需要更换装置(例如感应线圈) 的其它部件。以此方式，更换加热元件更具成本效益。另外，不同的加热元件可用于便于不同的加热方式。例如，可使用不同长度的加热元件，导致消耗品中的基质的不同部分的加热。可采用具有不同的加热特性的不同材料制成的加热元件。

在第二位置中，第二壳体部分可从第一壳体部分分离。第二壳体部分的分离可便于更容易地清洁加热元件。在此方面，可从所有侧接近分离的壳体部分以进行清洁。加热元件可以与第二壳体部分一起移除。可随后将加热元件从第二部分壳体移除，以进行清洁或更换。作为备选，加热元件可与第一壳体部分一体连接，使得一旦第二壳体部分从第一壳体部分脱离，加热元件就露出。作为备选，当第二壳体部分从第一壳体部分脱离时，加热元件可保持附接到第一壳体部分。加热元件可随后从第一壳体部分分离。

加热元件可构造成可插入元件，所述可插入元件可插入到第二壳体部分中。当第二壳体部分在第二位置与第一壳体部分分离时，加热元件可插入第二壳体部分。另外，当两个壳体部分在第一位置附接时，加热元件可在第二位置连接到第一壳体部分并插入第二壳体部分。

加热元件可包括基部区段和加热区段。基部区段可由隔热材料制成。基部可由电绝缘材料制成。基部区段可包括用于将加热元件安装在第二壳体部分内的支承元件。基部区段可包括孔口。孔口可允许经由基部区段吸取空气。基部区段可使得加热元件可插入第二壳体部分。第二壳体部分可具有圆柱形中空形状，以便形成可插入消耗品的凹部。加热元件可沿第二壳体部分的纵轴线布置。

加热元件可具有细长形状。加热元件的长度可与线圈的纵向范围相同。加热元件可具有针或刀片的形状。加热元件可为实心的，而线圈可具有螺旋形状。当在壳体部分在第一位置连接在一起时，加热元件可布置在线圈内。线圈可作为螺旋缠绕线圈提供，其具有螺旋弹簧的形状。线圈可包括接触端子。接触端子可允许AC电流从电源流过线圈。供应到感应线圈的 AC电流优选为高频AC电流。出于此申请的目的，术语“高频”应理解为指示范围从大约1兆赫兹(MHz)到大约30兆赫兹(MHz)的频率(包括 1MHz到30MHz的范围)，特别是从大约1兆赫兹(MHz)到大约10兆赫兹MHz(包括1MHz到10MHz的范围)，甚至更特别地从大约5兆赫兹(MHz)到大约7兆赫兹(MHz)(包括5MHz到7MHz的范围)。在线圈和加热元件之间不需要建立直接或电连接，因为由线圈产生的磁场穿透加热元件，且从而产生涡电流。涡电流转换为热能。线圈以及加热元件可由诸如金属等导电材料制成。加热元件和线圈可具有圆形、椭圆形或多边形的横截面。感应线圈可布置在第二壳体部分的腔中。腔可由非导电材料制成，使得在第二壳体部分的腔中不产生涡电流。装置的整个壳体可由非导电材料制成。

加热元件的基部区段可构造成与第二壳体部分的内沿区段对齐。以这种方式，基部区段可安装在第二壳体部分的内部，并且加热元件可在第二壳体部分内正确对齐。

当第一壳体部分和第二壳体部分处于第一位置时，加热元件的基部区段可固定在第一壳体部分和第二壳体部分之间。加热元件可夹在壳体部分之间。当壳体部分处于第一位置时，加热元件可受到第一壳体部分和第二壳体部分保护而免受损坏。

至少一个空气入口可设在第一壳体部分或第二壳体部分的侧部处。空气可通过空气入口抽吸并引导穿过加热元件。

至少一个空气入口可设置在第二壳体部分的凹部处，其中消耗品可插入到第二壳体部分的凹部，使得可经由插入的消耗品旁边的空气入口抽吸空气，并且引导空气穿过加热元件。凹部可具有直径，使得消耗品可以以压配合紧固地固定在凹部中。空气入口可作为凹部中的凹槽提供。

感应线圈可具有不同的间距。线圈的间距表示线圈的单个绕组之间的间隔距离。较高的间距(其中绕组之间的距离较小)可能导致更强的磁场生成。较低的间距(其中绕组之间的距离较大)可能导致较弱的磁场生成。不同强度磁场导致加热元件相邻部分中的不同强度涡电流，并且导致不同的温度。因此，在感应加热器的操作期间，不同的间距可导致加热元件中的温度梯度。

第二壳体部分可构造成使得第二壳体部分的第一端可与第一壳体部分连接，或者与第一端相对的第二端可与第一壳体部分连接。换句话说，第二壳体部分可配置成使得第二壳体部分以两个相对的定向附接到第一壳体部分。第二壳体部分可在任一端附接到第一壳体部分。如果在第二壳体部分中提供具有不同间距的线圈，则在感应加热器的操作期间在加热元件中产生的加热梯度可改变。加热梯度可取决于第二壳体部分的定向。取决于第二壳体部分和感应线圈的定向，加热元件的尖端可加热到高于加热元件的基部的温度，反之亦然。

第二壳体部分可包括具有不同加热特性的至少两个独立感应线圈。独立线圈可设有单独的接触端子。第一感应线圈的第一端子可设在第二壳体部分的第一端处。第二感应线圈的第二端子可设在第二壳体部分的第二端处。第一壳体部分可包括对应的接触端子。以此方式，如果第二壳体部分的第一端与第一壳体部分连接，则第一感应线圈可与电源连接。如果第二壳体部分的第二端与第一壳体部分连接，则第二感应线圈可与电源连接。用于将电能从电池传输到感应线圈的端子可构造为电触点。电能也可感应传递。假如电能感应地传递到第一感应线圈或第二感应线圈，则第一壳体部分可包括公凸起，该公凸起可插入到第二壳体部分的第一端和第二端处的对应的母部分中。第一壳体部分可包括激励线圈，并且第二壳体部分可包括用于传递电能的对应线圈。激励线圈可布置在第一壳体部分的公凸起中，并且对应线圈可布置成包绕第二壳体部分中的激励线圈。备选地，第二壳体部分可包括公凸起且第一壳体部分可包括对应的母部分。如果在第二壳体部分中仅使用一个感应线圈，那么第二壳体部分可仅包括用于传送电能的单个端子。通过逆转第二壳体部分的定向，第一感应线圈或第二感应线圈可用于感应加热器中。

感应线圈可具有不同的间距，或者可由不同的材料制成。因此，感应线圈可具有不同的加热特性。例如，第一线圈可由具有比制造第二感应线圈的材料更低的电阻的材料制成。因此，如果在感应加热器的操作期间使用第一感应线圈，加热元件可加热到更高温度。

当第一壳体部分和第二壳体部分布置在第一位置时，加热元件可基本上延伸穿过第二壳体部分的一半。加热元件可布置在感应线圈的第一部分内。因此，可取决于感应线圈的此部分的加热特性加热加热元件。例如，如果使用具有变化间距的感应线圈，则将第二壳体部分与第一端附接将导致感应线圈的一部分以第一间距包绕加热元件。将第二壳体部分与第二端附接将导致感应线圈的一部分以第二间距包绕加热元件。因此，取决于感应线圈的变化间距和第二壳体部分相对于第一壳体部分的定向，加热元件加热到不同的温度。

如果使用两个感应线圈，则延伸穿过第二壳体部分的一半的加热元件导致第一感应线圈或第二感应线圈围绕加热元件，这取决于第二壳体部分的哪一端与第一壳体部分连接。在此方面，第一感应线圈和第二感应线圈可布置在第二壳体部分中，使得第一感应线圈可基本上围绕第二壳体部分的第一半部邻近第一端布置。第二感应线圈可基本上围绕第二壳体部分的第二半部邻近第二端布置。

第一壳体部分和第二壳体部分可铰接地，优选枢转地彼此连接(优选通过销)，使得壳体部分可从第一位置移动到第二位置。根据此方面，壳体部分可彼此紧密地连接。该连接可设计成使得壳体部分的位置可从第一位置变到第二位置，反之亦然。

装置的第一壳体部分可包括控制器。控制器可包括微处理器，所述微处理器可为可编程微处理器。控制器可包括其他电子部件。控制器可配置成调节向感应加热器供应的电力。电力可在启用装置之后连续地供应到感应加热器，或可间歇性地供应，如基于逐口供应。电力可以电流脉冲的形式供应到感应加热器。

装置可包括第一部分壳体的电源，通常是电池。作为替代方案，电源可为另一形式的电荷存储装置，例如电容器。电源可能需要再充电，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，电源可具有足够的容量以允许在约六分钟的时段中或在六分钟的倍数的时段中连续生成气溶胶。在另一实例中，电源可具有足够的容量以允许预定数量的抽吸或不连续的感应加热器启动。

消耗品可包括气溶胶形成基质。气溶胶形成基质可包括均质化的烟草材料。气溶胶形成基质可包括气溶胶形成剂。气溶胶形成基质优选地包括均质烟草材料、气溶胶形成剂以及水。提供均质烟草材料可改善在加热气溶胶生成制品期间生成的气溶胶的气溶胶生成、尼古丁含量和香味特征。具体地说，制造均质烟草的工艺涉及研磨烟草叶，其在加热时更有效地实现尼古丁和香味的释放。

感应加热器可由抽吸检测系统触发。备选地，感应加热器可通过按压开/关按钮保持使用者抽吸的持续时间来触发。

抽吸检测系统可以作为传感器提供，其可以被配置为气流传感器，并且可以测量气流速率。气流速率是表征用户每次通过气溶胶生成装置的气流路径抽吸的空气量的参数。当气流超出预定阈值时，气流传感器可以检测到抽吸的起始。在用户激活按钮时，也可以检测到起始。

传感器还可配置为压力传感器，以测量气溶胶生成装置内的空气的压力，所述空气由用户在抽吸期间通过装置的气流路径吸入。

如上文所述的气溶胶生成装置和消耗品可为电操作吸烟系统。优选地，气溶胶生成系统为便携式的。气溶胶生成系统可以具有相当于常规雪茄或卷烟的尺寸。吸烟系统可以具有介于约30毫米与约150毫米之间的总长度。吸烟系统可以具有介于约5毫米与约30毫米之间的外径。

本发明还涉及一种包括如上文所述的气溶胶生成装置的气溶胶生成系统。系统还包括气溶胶生成制品，例如消耗品。气溶胶生成制品包括气溶胶形成基质，并且构造成插入到第二壳体部分中。

附图说明

将参考附图仅通过举例方式进一步描述本发明，在附图中：

图1示出了常规的感应加热器；

图2示出了具有分离的第一壳体部分和第二壳体部分的气溶胶生成装置的实施例；

图3示出了具有基部区段的根据本发明的感应加热器；

图4示出了具有不同空气入口的气溶胶生成装置的示例性横截面视图；

图5示出了感应加热器的感应线圈的不同实施例；

图6示出了具有两个相对定向的第二壳体部分的气溶胶生成装置；

图7示出了第一壳体部分和第二壳体部分之间的可枢转连接；以及

图8示出了图7的气溶胶生成装置中的可分离的加热元件。

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具有用于便于消耗品插入的锥形尖端。

图2示出了根据本发明的气溶胶生成装置16。图2a示出两壳体部分：第一壳体部分18和第二壳体部分20。第一壳体部分18包括电池和控制器，控制器用于控制从电池到感应加热器22的电能流。为了启用感应加热器22，提供了按钮24。感应加热器22布置在第一壳体部分18和第二壳体部分20 之间。第一壳体部分18和第二壳体部分20和感应加热器22作为单独的元件提供。感应加热器22包括具有锥形尖端28和基部区段30的加热元件26。感应加热器22还包括感应线圈，其布置在第二壳体部分20的内部，并且因此在图2中不可见。感应加热器22的加热元件26由导电材料制成。基部区段30由绝热且非导电材料制成。

图2b示出插入第二壳体部分20中的凹部32中的感应加热器22。在第二壳体部分20的凹部32中，提供了边沿区段34。感应加热器22的基部区段30具有圆盘形状，使得基部区段30邻接第二壳体部分20的边沿区段34。基部区段30还具有用于使空气穿过基部区段30抽吸的孔或孔口。

图2c示出了第一壳体部分18和第二壳体部分20和感应加热器22连接并布置在第一位置，使得气溶胶生成装置16已准备好使用。在图2a和2b 中，第一壳体部分18和第二壳体部分20在第二位置上彼此分离，使得可接近加热元件26。在第二位置中，可接近加热元件26以进行清洁或更换。

在图3a中，加热元件26和基部区段30。加热元件26包括锥形尖端28，使得消耗品可推送到加热元件26上方。在图3的右侧部分，图3b示出了在加热元件26周围布置的感应线圈36。感应线圈36布置在第二壳体部分 20的腔中，以保护感应线圈36免受外部损坏和污染。

图4示出了气溶胶生成装置16的横截面视图。在第一壳体部分18中，绘出了电池40和控制器42。图4a示出第一壳体部分18和第二壳体部分20 和感应加热器22连接并且布置在第一位置。图4b 示出在第一壳体部分18 的侧表面处的空气入口44，使得可通过用户在消耗品38上抽吸来经由空气入口44抽吸环境空气。气流由箭头指出。空气可通过空气入口44抽吸并引导超过加热元件26。图4c 示出具有不同空气入口46的实施例，其布置在消耗品38和第二壳体元件20的凹部30之间。在此实施例中，空气入口 46作为凹部提供，以便于空气可抽吸到装置的消耗品38与凹部30之间，而消耗品38牢固地保持在凹部30中。

在图5中，绘出了感应线圈36.1、36.2的不同实施例。如图2到4的上下文所述，两个感应线圈36.1、36.2可替代单个感应线圈36。图5a示出了布置在第二壳体部分20内的两个感应线圈36.1、36.2。两个感应线圈36.1、 36.2基本上可设在第二壳体部分20的相应半部中。加热元件26可具有一定长度，使得当插入到第二壳体部分20中时，加热元件26由感应线圈 36.1、36.2中的一个包围。如图5a中所示，两个感应线圈36.1、36.2可具有不同的间距。图5b示出了具有不同间距的单个感应线圈，使得提供两个感应区36.1、36.2。加热元件26可具有一定长度，使得加热元件26可布置在感应区36.1、36.2之一内。图5c示出由不同材料制成的两个感应线圈 36.1、36.2。在图5所示的所有实施例中，由感应线圈36.1、36.2或感应区 36.1、36.2产生的磁场分别由线圈/区36.1、36.2的不同特性而变化。这导致加热元件26的不同加热，这取决于加热元件26周围的线圈/区36.1、 36.2。

图6示出第二壳体部分20构造成以两个相对的定向与第一壳体部分18 附接。加热元件26示为与第一壳体部分18一体地连接。然而，如前所述，加热元件26还可设有基部区段30和单独的元件。在图6a中，第二壳体部分20与第一壳体部分18连接。在第二壳体部分20中，布置了带有不同间距的两个感应线圈36.1、36.2。图6a示出与第一壳体部分18连接的第二壳体部分20，使得具有高间距的感应线圈36.1邻近第二壳体部分20的第一端48布置。第二壳体部分20包括在第一端部48处的相应接触端子，使得感应线圈36.1和仅感应线圈36.1可与电池40连接。

图6b示出与第一壳体部分18分离的第二壳体部分20。第二壳体部分 20的定向颠倒，使得第二壳体部分20的第二端50现在面对第一壳体部分 18。与第二壳体部分20的第二端50相邻布置有低间距的感应线圈36.2。在图6c中，第二壳体部分20的第二端50与第一壳体部分18连接。第二壳体部分20包括在第二端50处的相应接触端子，以用于使感应线圈36.2且仅感应线圈36.2与电池40连接。对应的接触端子设在第一壳体部分18处。加热元件26的长度基本上延伸穿过第二壳体部分20的一半。以此方式，可通过逆转第二壳体部分20的定向来改变加热方式。图5中所示的感应线圈36的所有实施例可在图6中采用。

图7a 和图 7b 示出了实施例，其中第一壳体部分18和第二壳体部分20彼此紧密连接，且无法彼此完全分离。为了接近加热元件26，第一壳体部分18和第二壳体部分20可从第一位置枢转到第二位置。销52描绘为连接第一壳体部分18和第二壳体部分20，并且使得第一壳体部分18和第二壳体部分 20相对于彼此的枢转。图7a示出用于将加热元件26插入第二壳体部分20 的凹部30的孔口54。如上所述，感应加热器22可包括用于邻接第二壳体部分20中提供的边沿区段32的基部区段30。在图7a中，边沿区段32绘制为比先前的图更宽。然而，边沿区段32的功能不变。

图8示出图7中描绘的实施例。包括加热元件26和基部区段30的感应加热器22绘制为可插入第二壳体部分20的孔口54中。在图8a中，加热元件26尚未插入第二壳体部分20的孔口54。在图8b中，加热元件26已插入第二壳体部分20的孔口54。之后，第二壳体部分20可从第二位置枢转到第一位置，且气溶胶生成装置16可准备操作。

Claims (16)

1.气溶胶生成装置，包括：

用于加热气溶胶形成基质的感应加热器，所述感应加热器包括感应线圈和加热元件，其中所述加热元件可移除地布置在所述感应线圈内；以及

包括第一壳体部分和第二壳体部分的壳体，

其中所述第一壳体部分包括用于向所述感应加热器的所述感应线圈供应电力的电源，以及用于控制从所述电源到所述感应加热器的所述感应线圈的电力供应的控制器，并且所述第二壳体部分包括所述感应加热器的感应线圈，并且构造成接收含有气溶胶形成基质的消耗品，

其中所述第一壳体部分和所述第二壳体部分能够在能操作的第一位置和第二位置之间移动，在所述第二位置，所述第一壳体部分和所述第二壳体部分移位且所述加热元件能被接近，其中所述加热元件配置成当所述第一壳体部分和所述第二壳体部分处于所述第二位置时被替换。

2.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其中在所述第二位置中，所述第二壳体部分与所述第一壳体部分分离。

3.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成装置，其中所述加热元件配置成能够可移除地插入到所述第二壳体部分中的可插入元件。

4.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成装置，其中所述加热元件包括基部区段以及加热区段。

5.根据权利要求4所述的气溶胶生成装置，其中所述基部区段包括用于将所述加热元件安装在所述第二壳体部分内的支承元件。

6.根据权利要求5所述的气溶胶生成装置，其中当所述第一壳体部分和所述第二壳体部分处于所述第一位置时，所述加热元件的所述基部区段固定在所述第一壳体部分和所述第二壳体部分之间。

7.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其中所述感应线圈具有不同的间距。

8.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其中所述第二壳体部分包括至少两个独立的感应线圈。

9.根据权利要求8所述的气溶胶生成装置，其中所述感应线圈具有不同的间距或由不同材料制成。

10.根据权利要求8所述的气溶胶生成装置，其中所述两个独立的感应线圈中的每一个延伸所述第二壳体部分的长度的一半。

11.根据权利要求7至权利要求10中的任一项所述的气溶胶生成装置，其中当所述第一壳体部分和所述第二壳体部分布置在所述第一位置时，所述加热元件基本上延伸穿过所述第二壳体部分的一半。

12.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成装置，其中所述第一壳体部分和所述第二壳体部分铰接地连接。

13.根据权利要求12所述的气溶胶生成装置，其中所述第一壳体部分和所述第二壳体部分由销枢转地连接。

14.根据权利要求4所述的气溶胶生成装置，其中所述基部区段由隔热材料制成。

15.气溶胶生成系统，包括：

根据权利要求1至14中的任一项所述的气溶胶生成装置；以及

气溶胶生成制品，

其中所述气溶胶生成制品包括气溶胶形成基质，并且其中所述气溶胶生成制品构造成插入到所述第二壳体部分中。

16.根据权利要求15所述的气溶胶生成系统，其中所述气溶胶生成制品为消耗品。

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