包括感受器组件的感应加热式气溶胶生成装置
阅读说明：本技术 包括感受器组件的感应加热式气溶胶生成装置 (Inductively heated aerosol-generating device comprising a susceptor assembly ) 是由 I·N·奇诺维科 I·陶里诺 于 2019-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于通过加热气溶胶形成基质来生成气溶胶的感应加热式气溶胶生成装置(10)。该装置包括用于接收待加热的气溶胶形成基质(130)的接收腔(20)。该装置还包括感应源(30),该感应源构造成生成交变电磁场。此外,该装置包括感受器组件(60),该感受器组件配置和布置成在由感应源产生的交变磁场的影响下感应加热接收腔内的气溶胶形成基质。该感受器组件包括第一感受器(61)和第二感受器(62)。第一感受器包括具有正电阻温度系数的第一感受器材料,并且第二感受器包括具有负电阻温度系数的第二铁磁性或亚铁磁性感受器材料。本发明还涉及一种气溶胶生成系统,其包括此气溶胶生成装置以及与该装置一起使用的包括待加热的气溶胶形成基质的气溶胶生成制品(100)。(The present invention relates to an inductively heated aerosol-generating device (10) for generating an aerosol by heating an aerosol-forming substrate. The device comprises a receiving chamber (20) for receiving an aerosol-forming substrate (130) to be heated. The apparatus further comprises an induction source (30) configured to generate an alternating electromagnetic field. Furthermore, the device comprises a susceptor assembly (60) configured and arranged to inductively heat the aerosol-forming substrate within the receiving cavity under the influence of an alternating magnetic field generated by the induction source. The susceptor assembly comprises a first susceptor (61) and a second susceptor (62). The first susceptor comprises a first susceptor material having a positive temperature coefficient of resistance and the second susceptor comprises a second ferromagnetic or ferrimagnetic susceptor material having a negative temperature coefficient of resistance. The invention also relates to an aerosol-generating system comprising such an aerosol-generating device and an aerosol-generating article (100) comprising an aerosol-forming substrate to be heated for use with the device.)
技术领域
本发明涉及一种用于通过加热气溶胶形成基质来生成气溶胶的感应加热式气溶胶生成装置。本发明还涉及一种气溶胶生成系统，其包括此气溶胶生成装置以及与该装置一起使用的包括待加热的气溶胶形成基质的气溶胶生成制品。
背景技术
基于感应加热气溶胶形成基质的气溶胶生成系统通常是现有技术中已知的，该气溶胶形成基质能够在加热时形成可吸入气溶胶。这样的系统可包括气溶胶生成装置，该气溶胶生成装置具有用于接收待加热的基质的接收腔。基质可以是配置成与装置一起使用的气溶胶生成制品的一体式部分。为了加热基质，所述装置可包括感应加热器，该感应加热器包括感受器和感应源。感应源配置为生成交变电磁场，该交变电磁场在感受器中感应发热涡电流或磁滞损耗中的至少一者。作为装置的一部分，感受器布置成在接收在装置中时与气溶胶形成基质热接近或直接物理接触。
为了控制基质的温度，已经提出了感受器组件，所述感受器组件包括由不同材料制成的第一感受器和第二感受器。第一感受器材料在热损失且因此加热效率方面进行优化。相比之下，第二感受器材料用作温度标记物。为此，选择第二感受器材料，以便具有对应于感受器组件的预定工作温度的居里温度。在其居里温度下，第二感受器的磁性性质从铁磁性或亚铁磁性变为顺磁性，伴随着其电阻的临时变化。因此，通过监测由感应源吸收的电流的对应改变，可检测到第二感受器材料何时达到其居里温度，且因此何时达到预定的工作温度。
然而，当监测到由感应源吸收的电流的变化时，可能难以区分当第二感受器材料已经达到其居里温度时的情况和当使用者抽吸(特别是初次抽吸)时的情况，在这两种情况期间，电流显示出类似的特性变化。在使用者抽吸期间电流的变化是由于当使用者抽吸时，空气被吸入通过气溶胶生成制品而引起的感受器组件的冷却。冷却使感受器组件的电阻暂时变化。这进而引起由感应源吸收的电流的相应变化。通常，在使用者抽吸期间，感受器组件的冷却通过暂时增加加热功率来在控制器方面抵消。但是，如果将监测到的电流变化(实际上是由于第二感受器材料达到了居里温度)错误地识别为使用者的抽吸，则这种由控制器引起的暂时增加的加热功率可能不利地导致感受器组件发生不期望的过热。
因此，将需要具有一种感应加热式气溶胶生成装置，其具有现有技术解决方案的优点而无其限制。特别地，期望有一种可以改进温度控制的感应加热式气溶胶生成装置。
发明内容
根据本发明，提供一种用于通过加热气溶胶形成基质来生成气溶胶的感应加热式气溶胶生成装置。该装置包括用于接收待加热的气溶胶形成基质的接收腔。该装置还包括感应源，该感应源配置成生成交变电磁场。此外，该装置包括感受器组件，该感受器组件配置和布置成在由感应源产生的交变磁场的影响下感应加热接收腔内的气溶胶形成基质。该感受器组件包括第一感受器和第二感受器。该第一感受器包含具有正电阻温度系数的第一感受器材料。该第二感受器包含具有负电阻温度系数的第二铁磁或亚铁磁感受器材料。
根据本发明，已经认识到，包括具有相反的电阻温度系数的两种感受器材料的感受器组件具有电阻-温度曲线，该电阻-温度曲线包括在第二感受器材料的居里温度附近(例如，在第二感受器材料的居里温度附近±5摄氏度)的最小电阻值。优选地，该最小值是电阻-温度曲线的整体最小值。最小值是由第一感受器材料和第二感受器材料的相应电阻的相反温度行为以及第二感受器材料的磁性性质引起的。当从室温开始加热感受器组件时，第一感受器材料的电阻随着温度的升高而增大，而第二感受器材料的电阻随着温度的升高而减小。感受器组件的总表观电阻(由感应源“看到”)由第一感受器材料和第二感受器材料各自的电阻组合给出。当从下方达到第二感受器材料的居里温度时，第二感受器材料的电阻的减小通常支配第一感受器材料的电阻的增大。因此，感受器组件的总表观电阻在低于(特别是接近低于)第二感受器材料的居里温度的温度范围内减小。在居里温度下，第二感受器材料失去其磁性性质。这导致第二感受器材料中可用于涡电流的表皮层的增加，同时其电阻突然减小。因此，当将感受器组件的温度进一步升高到第二感受器材料的居里温度以上时，第二感受器材料的电阻对感受器组件的总表观电阻的贡献变得更少或者甚至可以忽略不计。因此，在第二感受器材料的居里温度附近通过最小值之后，感受器组件的总表观电阻主要由第一感受器材料的增大的电阻给出。即，感受器组件的总表观电阻再次增大。有利地，在第二感受器材料的居里温度附近，在最小值附近的电阻-温度曲线的减小和随后的增大可与使用者抽吸期间总表观电阻的暂时变化充分地区分。因此，在第二感受器材料的居里温度附近的电阻的最小值可以可靠地用作用于控制气溶胶形成基质的加热温度的温度标记，而没有被误解为使用者的抽吸的风险。因此，可以有效地防止气溶胶形成基质发生不期望的过热。
优选地，选择第二感受器材料使得其居里温度在350摄氏度以下，特别是在300摄氏度以下，优选地在250摄氏度以下，最优选地在200摄氏度以下。这些值远低于用于加热气溶胶生成制品内的气溶胶形成基质的典型工作温度。因此，由于在大约第二感受器材料的居里温度处的电阻-温度曲线的最小值与工作温度(在该工作温度附近，在使用者的抽吸期间通常发生总表观总电阻的变化)之间的足够大的温差，温度标记的正确识别被进一步改善。
用于加热气溶胶形成基质的工作温度可以是至少300摄氏度，特别是至少350摄氏度，优选地至少370摄氏度，最优选地至少400摄氏度。这些温度是用于加热但不燃烧气溶胶形成基质的典型工作温度。
如本文所用，术语“感受器”是指当经受交变电磁场时能够将电磁能量转换成热量的元件。这可以是感受器中引起的磁滞损耗和/或涡电流的结果，这取决于感受器材料的电特性和磁特性。在铁磁性或亚铁磁性感受器中，由于材料内的磁畴在交变电磁场的影响下被切换而发生磁滞损耗。如果感受器导电，则可引起涡电流。在导电铁磁性或亚铁磁性感受器的情况下，可因涡电流和磁滞损耗两者而产生热。
根据本发明，第二感受器材料是具有特定居里温度的至少亚铁磁性的或铁磁性的。居里温度是亚铁磁性或铁磁性材料分别失去其亚铁磁性或铁磁性并变为顺磁性的温度。除了是亚铁磁性的或铁磁性的，第二感受器材料还可以是导电的。
优选地，第二感受器材料可以包括镍铁高导磁合金(mu-metal)或坡莫合金中的一种。
尽管第二感受器主要配置成用于监测感受器组件的温度，但是第一感受器优选地配置成用于加热气溶胶形成基质。为此，第一感受器可以在热损失且因此加热效率方面进行优化。因此，第一感受器材料可以是导电的和/或顺磁性的、铁磁性的或亚铁磁性的中的一种。在第一感受器材料是铁磁性或亚铁磁性的情况下，第一感受器材料的相应居里温度优选地不同于第二感受器的居里温度，特别是高于上述用于加热气溶胶形成基质的任何典型工作温度。例如，第一感受器材料的居里温度可为至少400摄氏度，特别是至少500摄氏度，优选地至少600摄氏度。
例如，第一感受器材料可以包括铝、铁、镍、铜、青铜、钴、普通碳钢、不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢或奥氏体不锈钢中的一种。
优选地，第一感受器和第二感受器彼此紧密地物理接触。特别地，第一感受器和第二感受器可以形成整体感受器组件。因此，当加热时，第一感受器和第二感受器具有基本相同的温度。由此，通过第二感受器对第一感受器的温度控制非常精确。第一感受器与第二感受器之间的紧密接触可以通过任何合适的方式来实现。例如，第二感受器可以被电镀、沉积、涂覆、包覆或焊接到第一感受器上。优选的方法包括电镀(水电镀)、包覆、浸涂或辊涂。
根据本发明的感受器组件优选地被构造成由交变的，特别是高频电磁场驱动。如本文所提到的，高频电磁场的范围可以在500kHz(千赫兹)至30MHz(兆赫兹)之间，特别是在5MHz(兆赫兹)至15MHz(兆赫兹)之间，优选地在5MHz(兆赫兹)和10MHz(兆赫兹)之间。
第一感受器和第二感受器中的每一个或者感受器组件可以包括多种几何构型。第一感受器、第二感受器或感受器组件中的至少一个可以是感受器细丝、或感受器网、或感受器芯、或感受器销、或感受器杆、或感受器叶片、或感受器条带、或感受器套筒、或感受器杯、或圆柱形感受器、或平面感受器中的一种。
例如，第一感受器、第二感受器或感受器组件中的至少一个可以是细丝感受器或网式感受器或芯式感受器。此类感受器在其制造、几何规则性和可再现性以及它们的芯吸功能方面可能具有优势。几何规则性和可再现性在温度控制和受控局部加热方面都可以证明是有利的。芯吸功能可证明对于与液态气溶胶形成基质一起使用是有利的。在使用中，这些感受器中的任一个都可以与待加热的气溶胶形成基质，特别是与液态气溶胶形成基质直接物理接触。在此特定构型中，气溶胶生成装置可以包括用于液态气溶胶形成基质的贮存器。替代地，气溶胶生成装置可以构造成接收气溶胶生成制品，特别是筒，其包括液态气溶胶形成基质，并且构造成接合该气溶胶生成装置的细丝感受器或网式感受器或芯式感受器。
第一感受器、第二感受器或感受器组件中的至少一个可以是感受器叶片或感受器杆或感受器销。优选地，第一感受器和第二感受器一起形成感受器叶片或感受器杆或感受器销。例如，第一感受器或第二感受器中的一个可以形成感受器叶片或感受器杆或感受器销的芯或内层，而第一感受器或第二感受器中的相应另一个可以形成感受器叶片或感受器杆或感受器销的护套或封套。感受器叶片或感受器杆或感受器销的末端中的一个，特别是远端，布置在接收腔的底部部分处，特别是附接到接收腔的底部部分。从那里开始，感受器叶片或感受器杆或感受器销优选地朝向接收腔的开口延伸到接收腔的内部空隙中。接收腔的开口优选地位于气溶胶生成装置的近端处。另一端，即感受器叶片或感受器杆或感受器销的远侧自由端可以是锥形的或尖的，以使感受器叶片或感受器杆或感受器销容易地穿透到待加热的气溶胶形成基质中，例如穿透到布置在气溶胶生成制品的远端部分处的气溶胶形成基质中。感受器叶片或感受器杆或感受器销的长度可以在8mm(毫米)至16mm(毫米)的范围内，特别是10mm(毫米)至14mm(毫米)，优选地12mm(毫米)。在感受器叶片的情况下，第一感受器和/或第二感受器，特别是感受器组件的宽度可以例如在2mm(毫米)至6mm(毫米)的范围内，特别是在4mm(毫米)至5mm(毫米)的范围内。同样，叶片形的第一感受器和/或第二感受器，特别是叶片形的感受器组件的厚度优选地在0.03mm(毫米)至0.15mm(毫米)的范围内，更优选地在0.05mm(毫米)至0.09mm(毫米)的范围内。
第一感受器、第二感受器或感受器组件中的至少一个可以是圆柱形感受器或感受器套筒或感受器杯。具体地，圆柱形感受器或感受器套筒或感受器杯可以形成接收腔的至少一部分，或者可以围绕接收腔周向地布置。在该构型中，第一感受器和/或第二感受器或感受器组件实现了感应加热烘箱或加热室，该感应加热烘箱或加热室被构造成将待加热的气溶胶形成基质接收在其中。
感受器组件可以是多层感受器组件。关于此，第一感受器和第二感受器可以形成多个层，特别是多层感受器组件的相邻层。
在多层感受器组件中，第一感受器、第二感受器可以彼此紧密地物理接触。由此，由于第一感受器和第二感受器具有基本相同的温度，因此第二感受器对第一感受器的温度控制足够精确。
第二感受器可以被电镀、沉积、涂覆、包覆或焊接到第一感受器上。优选地，通过喷涂、浸涂、辊涂、电镀或包覆将第二感受器施加到第一感受器上。
优选地，第二感受器以致密层存在。致密层比多孔层具有更高的磁导率，从而更容易检测居里温度下的细微变化。
从平行于和/或横向于层的任何方向看时，多层感受器组件的各个层可以是裸露的或暴露在多层感受器组件的周向外表面上的环境中。替代地，多层感受器组件可以涂覆有保护涂层。
多层感受器组件可用于实现感受器组件的不同几何构型。
多层感受器组件可用于实现感受器组件的不同几何构型。
例如，多层感受器组件可以是细长的感受器条带或感受器叶片，其长度在8mm(毫米)至16mm(毫米)的范围内，特别是在10mm(毫米)至14mm(毫米)的范围内，优选地12mm(毫米)。感受器组件的宽度可以例如在2mm(毫米)至6mm(毫米)的范围内，特别是在4mm(毫米)至5mm(毫米)的范围内。感受器组件的厚度优选地在0.03mm(毫米)至0.15mm(毫米)的范围内，更优选地在0.05mm(毫米)至0.09mm(毫米)的范围内。多层感受器叶片可具有自由的锥形末端。
例如，多层感受器组件可以是具有第一感受器的细长条带，该第一感受器是长度为12mm(毫米)，宽度为4mm(毫米)至5mm(毫米)例如4mm(毫米)，并且厚度为约50μm(微米)的430级不锈钢条带。430级不锈钢可以涂覆一层镍铁高导磁合金或坡莫合金作为第二感受器，该第二感受器的厚度在5μm(微米)和30μm(微米)之间，例如10μm(微米)。
在本文中使用的术语“厚度”是指在顶侧与底侧之间，例如在层的顶侧与底侧之间或者在多层感受器组件的顶侧与底侧之间延伸的尺寸。在本文中使用的术语“宽度”是指在两个相对的侧面之间延伸的尺寸。在本文中使用的术语“长度”是指在前后之间或在与形成宽度的两个相对的侧面正交的其他两个相对的侧面之间延伸的尺寸。厚度、宽度和长度可以彼此正交。
同样，多层感受器组件可以是多层感受器杆或多层感受器销，特别是如前所述。在该构型中，第一感受器或第二感受器中的一个可以形成芯层，该芯层被由第一感受器或第二感受器中的相应另一个形成的围绕层围绕。优选地，在第一感受器被优化用于加热基质的情况下，则第一感受器形成围绕层。因此，增强了向围绕气溶胶形成基质的热传递。
替代地，多层感受器组件可以是多层感受器套筒或多层感受器杯或圆柱形多层感受器，特别是如前所述。第一感受器或第二感受器中的一个可以形成多层感受器套筒或多层感受器杯或圆柱形多层感受器的内壁。第一感受器或第二感受器中的相应另一个可以形成多层感受器套筒或多层感受器杯或圆柱形多层感受器的外壁。优选地，特别是在第一感受器被优化用于加热基质的情况下，第一感受器形成内壁。如前面所述，多层感受器套筒或多层感受器杯或圆柱形多层感受器可以形成接收腔，或者可以围绕气溶胶生成装置的接收腔周向布置。
例如，出于气溶胶生成制品的制造目的，可能期望第一感受器和第二感受器具有类似的几何构型，如上所述。
替代地，第一感受器和第二感受器可以具有不同的几何构型。因此，可以将第一感受器和第二感受器定制为适合其特定功能。优选地具有加热功能的第一感受器可以具有向气溶胶形成基质呈现大表面积以增强热传递的几何构型。相比之下，优选地具有温度控制功能的第二感受器不需要具有非常大的表面积。如果第一感受器材料被优化用于加热基质，则可能优选的是第二感受器材料的体积不大于提供可检测居里点所需的体积。
根据这个方面，第二感受器可以包括一个或多个第二感受器元件。优选地，一个或多个第二感受器元件显著小于第一感受器，即，其体积小于第一感受器的体积。一个或多个第二感受器元件中的每一个可以与第一感受器紧密地物理接触。由此，第一感受器和第二感受器具有基本相同的温度，这经由用作温度标记的第二感受器来提高第一感受器的温度控制的精确性。例如，第一感受器可以是感受器叶片或感受器条带或感受器套筒或感受器杯的形式，而第二感受器材料可以是被电镀、沉积或焊接到第一感受器材料上的离散的补片的形式。
第一感受器和第二感受器不需要彼此紧密地物理接触。第一感受器可以是实现用于穿透到待加热的气溶胶形成基质中的加热叶片的感受器叶片。同样，第一感受器可以是实现加热烘箱或加热室的感受器套筒或感受器杯。在这些构型中的任一个中，第二感受器可以位于气溶胶生成装置内的不同位置处，与第一感受器间隔开但仍与第一感受器热接近。
第一感受器和第二感受器可以形成感受器组件的不同部分。例如，第一感受器可以形成杯形感受器组件的侧壁部分或套筒部分，而第二感受器形成杯形感受器组件的底部部分。
第一感受器和第二感受器中的至少一个的至少一部分可以包括保护盖。同样，感受器组件的至少一部分可以包括保护盖。保护盖可以由分别形成或涂覆在第一感受器和/或第二感受器或感受器组件的至少一部分上的玻璃、陶瓷或惰性金属形成。有利地，保护盖可被构造成实现以下目的中的至少一个：避免气溶胶形成基质粘附到感受器的表面；避免从感受器材料到气溶胶形成基质中的材料扩散，例如金属扩散，以提高感受器组件的机械刚度。优选地，保护盖是不导电的。
如本文所用，术语“气溶胶生成装置”通常是指能够与至少一种气溶胶形成基质，特别是与设置在气溶胶生成制品内的气溶胶形成基质相互作用的电操作装置，以便通过加热基质来生成气溶胶。优选地，气溶胶生成装置是用于生成气溶胶的抽吸装置，该气溶胶可由使用者通过使用者的嘴直接吸入。具体地讲，气溶胶生成装置是手持式气溶胶生成装置。
为了产生交变电磁场，感应源可以包括至少一个感应器，优选地至少一个感应线圈。至少一个感应器可配置和布置成以便当制品接收在接收腔中时在接收腔内产生交变电磁场，以便感应加热制品的感受器组件。
感应源可以包括单个感应线圈或多个感应线圈。感应线圈的数量可以取决于感受器的数量和/或感受器组件的尺寸和形状。一个或多个感应线圈可以具有分别与第一感受器和/或第二感受器或感受器组件的形状匹配的形状。同样地，所述感应线圈或多个感应器线圈符合气溶胶生成装置的壳体形状的形状。
感应器可以是螺旋线圈或扁平平面线圈，特别是饼状线圈或弯曲平面线圈。扁平螺旋线圈的使用允许坚固且制造便宜的紧凑设计。螺旋感应线圈的使用有利地允许生成均匀的交变电磁场。如本文所用，“扁平螺旋线圈”表示大致平面的线圈，其中线圈绕组的轴垂直于线圈所处的表面。扁平螺旋感应件可在线圈的平面内具有任何期望的形状。例如，扁平螺旋线圈可具有圆形形状，或可具有大致长圆形或矩形的形状。然而，如本文所使用的术语“扁平螺旋线圈”涵盖平面的线圈以及成形为符合弯曲表面的扁平螺旋线圈两者。例如，感应线圈可以是布置在优选为圆柱形的线圈支撑件，例如铁氧体磁芯周围的“弯曲的”平面线圈。此外，扁平螺旋线圈可包括例如两层四匝扁平螺旋线圈或单层四匝扁平螺旋线圈。
第一感应线圈和/或第二感应线圈可保持在加热组件的壳体、或包括加热组件的气溶胶生成装置的主体或壳体中的一个内。第一感应线圈和/或第二感应线圈可缠绕在优选为圆柱形的线圈支撑件，例如铁氧体磁芯周围。
感应源可包括交流电(AC)发电机。该AC发电机可由气溶胶生成装置的电源供电。AC发电机可操作地联接到至少一个感应器。特别地，至少一个感应器可以是AC发电机的一体式部分。AC发电机配置成生成高频振荡电流，以通过感应器来生成交变电磁场。AC电流可在系统激活之后连续地供应到感应器，或可例如在逐口抽吸的基础上间歇地供应。
优选地，感应源包括连接到包括LC网络的DC电源的DC/AC转换器，其中LC网络包括电容器和感应器的串联连接。
感应源优选地配置成产生高频电磁场。如本文所提到的，高频电磁场的范围可以在500kHz(千赫兹)至30MHz(兆赫兹)之间，特别是在5MHz(兆赫兹)至15MHz(兆赫兹)之间，优选地在5MHz(兆赫兹)和10MHz(兆赫兹)之间。
气溶胶生成装置还可包括配置成控制装置的操作的控制器。特别地，控制器可以配置成控制感应源的操作，优选地在闭环配置中，用于控制将气溶胶形成基质加热到预定的工作温度。用于加热气溶胶形成基质的工作温度可以是至少300摄氏度，特别是至少350摄氏度，优选地至少370摄氏度，最优选地至少400摄氏度。这些温度是用于加热但不燃烧气溶胶形成基质的典型工作温度。
控制器可以包括微处理器，例如，可编程微处理器、微控制器或专用集成芯片(ASIC)或能够提供控制的其他电子电路。控制器可以包括其他电子部件，诸如至少一个DC/AC逆变器和/或功率放大器，例如D类或E类功率放大器。特别地，感应源可以是控制器的一部分。
如上文所描述，气溶胶产生装置可配置成将气溶胶形成基质加热到预定的工作温度。优选地，第二感受器材料的居里温度在加热组件的工作温度以下至少20摄氏度，特别是至少50摄氏度，更特别是至少100摄氏度，优选地至少150摄氏度，最优选地至少200摄氏度。有利地，这确保了第二感受器材料的居里温度附近的温度标记与工作温度之间的温度间隙足够大。
控制器可配置成在感受器组件的预热期间(从室温开始朝向工作温度)确定在第二感受器材料的居里温度附近±5摄氏度的温度范围内出现的表观电阻的最小值。有利地，这使得能够正确地识别关于第二感受器材料的居里温度的温度标记。为此，控制器通常可配置成从电源电压，特别是DC电源电压，确定并形成从电源汲取的电源电流，特别是DC电源电流，感受器组件的实际表观电阻反过来指示感受器组件的实际温度。
另外，控制器可配置成在闭环配置中控制感应源的操作，使得实际表观电阻对应于所确定的表观电阻的最小值加上表观电阻的预定偏移值，用于控制将气溶胶形成基质加热到工作温度。关于这个方面，加热温度的控制优选地基于偏移锁定或偏移控制的原理，该偏移锁定或偏移控制使用表观电阻的预定偏移值来弥补标记温度下测得的表观电阻与工作温度下的表观电阻之间的差。有利地，这能够避免基于在工作温度下的表观电阻的预定目标值来直接控制加热温度，并且因此避免了对测得的电阻特征的误解。此外，加热温度的偏移控制比基于在期望工作温度下表观电阻的测量绝对值的温度控制更加稳定和可靠。这是由于这样的事实，即从电源电压和电源电流确定的表观电阻的测量绝对值取决于各种因素，例如感应源电路的电阻和各种接触电阻。这样的因素容易受到环境影响，并且可能会随时间和/或在不同的感应源与相同类型的感受器组件之间变化，视制造条件而定。有利地，这种影响基本上抵消了表观电阻的两个测量绝对值之间的差值。因此，使用表观电阻的偏移值来控制温度不太容易发生这种不利影响和变化。
用于控制气溶胶形成基质的加热温度至工作温度的表观电阻的偏移值可以借助于校准测量来预先确定，例如在装置的制造期间。
优选地，在第二感受器材料的居里温度附近的最小值是电阻-温度曲线的整体最小值。
如本文所用，术语“从室温开始”优选地是指在预热，也就是将感受器组件从室温朝向待加热的气溶胶形成基质的工作温度加热期间，在第二感受器材料的居里温度附近的最小值出现在电阻-温度曲线中。
如本文所用，室温可以对应于介于18摄氏度和25摄氏度之间的范围内的温度，特别是对应于20摄氏度的温度。
控制器以及感应源的至少一部分，特别是感应器以外的感应源，可以布置在共同的印刷电路板上。就装置的紧凑设计而言，这被证明是特别有利的。
为了确定指示感受器组件的实际温度的感受器组件的实际表观电阻，加热组件的控制器可以包括电压传感器(特别是用于测量电源电压(特别是从电源汲取的DC电源电压)的DC电压传感器)或电流传感器(特别是用于测量电源电流(特别是从电源汲取的DC电源电流)的DC电流传感器)中的至少一个。
如前面提到的，气溶胶生成装置可以包括电源，特别是DC电源，该DC电源配置为向感应源提供DC电源电压和DC电源电流。优选地，电源是电池，诸如磷酸锂铁电池。作为备选，电源可以是另一形式的电荷存储装置，诸如电容器。电源可能需要充电，即电源可能是可再充电的。电源可以具有允许存储足够的能量用于一次或多次用户体验的容量。例如，电源可具有足够容量以允许在大约六分钟的时段或六分钟的整倍数的时段中连续生成气溶胶。在另一示例中，电源可具有足够的容量以允许预定次数的抽吸或感应源的不连续激活。
气溶胶生成装置可包括主体，该主体优选地包括感应源、感应器、控制器、电源以及接收腔的至少一部分中的至少一个。
除主体之外，气溶胶生成装置还可包括烟嘴，特别是在待与该装置一起使用的气溶胶生成制品不包括烟嘴的情况下。烟嘴可以安装到装置的主体。烟嘴可被构造成在将烟嘴安装到主体时关闭接收腔。为了将烟嘴附接到主体，主体的近端部分可以包括磁性或机械安装件，例如，卡口安装件或卡扣配合安装件，其在烟嘴的远端部分处与对应的对应件接合。在该装置不包括烟嘴的情况下，待与该气溶胶生成装置一起使用的气溶胶生成制品可以包括烟嘴，例如滤嘴段。
气溶胶生成装置可以包括至少一个空气出口，例如烟嘴(如果存在)中的空气出口。
优选地，气溶胶生成装置包括空气路径，该空气路径从至少一个空气入口延伸穿过接收腔，并且如果存在，还可能进一步延伸到烟嘴中的空气出口。优选地，气溶胶生成装置包括与接收腔流体连通的至少一个空气入口。因此，气溶胶生成系统可以包括从至少一个空气入口延伸到接收腔中的空气路径，并且可能进一步通过制品内的气溶胶形成基质和烟嘴进入使用者口中。
根据本发明，还提供一种气溶胶生成系统，其包括根据本发明并如本文中描述的电加热气溶胶生成装置以及与所述装置一起使用的气溶胶生成制品。气溶胶生成制品包括气溶胶形成基质。
如本文所用，术语“气溶胶生成制品”是指包括至少一种气溶胶形成基质的制品，该气溶胶形成基质在加热时释放可形成气溶胶的挥发性化合物。优选地，气溶胶生成制品为加热式气溶胶生成制品。也就是说，包括至少一种气溶胶形成基质的气溶胶生成制品旨在被加热而非被燃烧以便释放可形成气溶胶的挥发性化合物。气溶胶生成制品可以是消耗品，尤其是在单次使用后被丢弃的消耗品。气溶胶生成制品可以是烟草制品。例如，该制品可以是包括待加热的液态或固态气溶胶形成基质的筒。替代地，该制品可以是杆状制品，特别是烟草制品，类似于常规香烟并且包括固态气溶胶形成基质。
如本文所用，术语“气溶胶形成基质”表示由气溶胶形成材料形成或包含气溶胶形成材料的基质，该气溶胶形成材料在加热后能够释放挥发性化合物以用于生成气溶胶。气溶胶形成基质旨在被加热而不是燃烧以便释放形成气溶胶的挥发性化合物。气溶胶形成基质可以是固体或液体气溶胶形成基质。在这两种情况下，气溶胶形成基质可以包括固体和液体组分两者。气溶胶形成基质可包括含烟草材料，该含烟草材料含有加热后从基质释放的挥发性烟草香味化合物。另选地或附加地，气溶胶形成基质可包括非烟草材料。气溶胶形成基质还可包括气溶胶形成剂。合适的气溶胶形成剂的示例是丙三醇和丙二醇。气溶胶形成基质还可包括其他添加剂和成分，诸如尼古丁或香料。气溶胶形成基质还可以是糊状材料、包括气溶胶形成基质的多孔材料小袋，或例如与胶凝剂或粘剂混合的松散烟草，其可以包含诸如丙三醇的常见气溶胶形成剂，且被压缩或模制成塞。
优选地，气溶胶生成制品具有圆形或椭圆形或卵形或正方形或矩形或三角形或多边形的横截面。
除气溶胶形成基质之外，制品还可以包括不同的元件。
特别地，该制品可以包括烟嘴。如本文所用，术语“烟嘴”是指制品的放置到使用者的口中以便直接从制品中吸入气溶胶剂的一部分。优选地，烟嘴包括过滤嘴。
特别是关于具有类似于常规香烟的杆状制品和/或包括固态气溶胶形成基质的气溶胶生成制品，该制品还可以包括：具有中央空气通道的支撑元件、气溶胶冷却元件和过滤嘴元件。过滤嘴元件优选地用作烟嘴。特别地，该制品可以包括基质元件，该基质元件包括气溶胶形成基质和与气溶胶形成基质接触的感受器组件。这些元件中的任何一个或任何组合可顺序地布置到气溶胶形成杆段。优选地，基质元件布置在制品的远端处。同样，过滤嘴元件优选地布置在制品的近端处。支撑元件、气溶胶冷却元件和过滤器元件可具有与气溶胶形成杆段相同的外横截面。
此外，该制品可以包括围绕气溶胶形成基质的至少一部分的壳体或包装材料。特别地，该制品可以包括包装材料，该包装材料围绕上述不同段和元件的至少一部分，以便将它们保持在一起并维持制品的期望横截面形状。
壳体或包装材料可以包括感受器组件。有利地，这允许均匀且对称地加热被感受器组件围绕的气溶胶形成基质。
根据本发明的气溶胶生成系统的另外特征和优点已经相对于气溶胶生成装置进行了描述，并且将不再重复。
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是根据本发明的第一示例性实施方案的气溶胶生成系统的示意图，该气溶胶生成系统包括感应加热式气溶胶生成装置和气溶胶生成制品；
图2是根据图1的气溶胶生成制品的详细图；
图3是包括在根据图1的气溶胶生成制品中的感受器组件的透视图；
图4是示意性地示出了根据本发明的感受器组件的电阻-温度曲线的图；
图5是与根据图1的装置一起使用的感受器组件的替代实施方案的透视图；
图6是与根据图1的装置一起使用的感受器组件的另一替代实施方案的透视图；
图7是与根据图1的装置一起使用的感受器组件的又一替代实施方案的透视图；
图8是根据本发明的第二示例性实施方案的气溶胶生成系统的示意图示；
图9是根据本发明的第三示例性实施方案的气溶胶生成系统的示意图示；以及
图10是根据本发明的第四示例性实施方案的气溶胶生成系统的示意图示。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的气溶胶生成系统1的第一示例性实施方案。系统1包括根据本发明的气溶胶生成装置10以及气溶胶生成制品100，该气溶胶生成制品被构造成与该装置一起使用并且包括待加热的气溶胶形成基质。
气溶胶生成装置10包括圆柱形接收腔20，该圆柱形接收腔限定在装置10的近侧部分12内，用于在其中接收制品100的至少远侧部分。装置10还包括感应源，该感应源包括感应线圈30，用于产生交变，特别是高频电磁场。在本实施方案中，感应线圈30是周向围绕圆柱形接收腔20的螺旋线圈。另外，该装置还包括感受器组件60，该感受器组件布置在接收腔内，以便经受由感应线圈30产生的电磁场。因此，在激活感应源时，感受器组件60由于涡电流和/或磁滞损耗而变热，这取决于感受器组件60的感受器材料的磁和电特性。在远侧部分13内，气溶胶生成装置10还包括DC电源40和控制器50(仅在图1中示意性地示出)，用于为加热过程供电并控制加热过程。除感应线圈30之外，感应源优选地至少部分是控制器50的一体式部分。温度控制的详细信息将在下文中进一步描述。
图2示出气溶胶生成制品100的进一步详情。制品100基本上具有杆形状，并且包括按顺序布置成同轴对准的四个元件：包括气溶胶形成基质130的气溶胶形成杆段110，具有中心空气通道141的支撑元件140，气溶胶冷却元件150，以及用作烟嘴的过滤器元件160。气溶胶形成杆段110布置在制品100的远端102处，而过滤嘴元件160布置在制品100的远端103处。这四个元件中的每个元件为基本上圆柱形元件，它们全部具有基本上相同的直径。四个元件由外包装材料170包围，以便将四个元件保持在一起并维持杆状制品100的期望圆形横截面形状。包装材料170优选地由纸制成。
图1所示的装置的感受器组件60是感受器叶片。感受器叶片以其远端64布置在装置的接收腔20的底部部分处。从那里开始，感受器叶片朝向接收腔20的开口延伸到接收腔20的内部空隙中。接收腔20的开口位于气溶胶生成装置10的近端14处，从而允许气溶胶生成制品100插入到接收腔20中。感受器叶片60的另一端(即远侧自由端63)是锥形的，以便允许感受器叶片容易地穿透到气溶胶生成制品100的远端102处气溶胶形成杆段110内的气溶胶形成基质130中。
图3示出了图1中所示的感受器组件60的另外细节。根据本发明，感受器组件60包括第一感受器61和第二感受器62。第一感受器61包括具有正电阻温度系数的第一感受器材料，而第二感受器62包括具有负电阻温度系数的第二铁磁性或亚铁磁性感受器材料。由于第一感受器材料和第二感受器材料具有相反的电阻温度系数，并且由于第二感受器材料的磁性性质，因此感受器组件60具有电阻-温度曲线，该电阻-温度曲线包括第二感受器材料的居里温度附近的最小电阻值。
对应的电阻-温度曲线在图4中示出。当开始从室温T_R加热感受器组件60时，第一感受器材料的电阻随温度T的升高而增大，而第二感受器材料的电阻随温度T的升高而减小。感受器组件60的总表观电阻R_a(如通过装置10的感应源“看到”的)由第一感受器材料和第二感受器材料的相应电阻的组合给出。当从下方达到第二感受器材料的居里温度T_C时，第二感受器材料的电阻的减小通常支配第一感受器材料的电阻的增大。因此，感受器组件60的总表观电阻R_a在低于(特别是接近低于)第二感受器材料的居里温度T_C的温度范围内减小。在居里温度T_C下，第二感受器材料失去其磁性性质。这导致第二感受器材料中可用于涡电流的表皮层的增加，同时其电阻突然减小。因此，当将感受器组件60的温度T进一步升高到第二感受器材料的居里温度T_C以上时，第二感受器材料的电阻对感受器组件60的总表观电阻R_a的贡献变得更少或者甚至可以忽略不计。因此，在第二感受器材料的居里温度T_C附近通过最小值R_min之后，感受器组件60的总表观电阻R_a主要由第一感受器材料的增大的电阻给出。即，感受器组件60的总表观电阻R_a在工作温度T_op下再次朝向工作电阻R_op增大。有利地，在第二感受器材料的居里温度T_C附近，在最小值R_min附近的电阻-温度曲线的减小和随后的增大可与使用者抽吸期间总表观电阻的暂时变化充分地区分。因此，在第二感受器材料的居里温度T_C附近的电阻R_a的最小值可以可靠地用作用于控制气溶胶形成基质的加热温度的温度标记，而没有被误解为使用者的抽吸的风险。因此，可以有效地防止气溶胶形成基质发生不期望的过热。
为了将气溶胶形成基质的加热温度控制为与期望的工作温度T_op相对应，装置10的控制器50配置为以闭环偏移配置来控制感应源的操作，以便将实际表观电阻保持在与所确定的表观电阻R_a的最小值R_min加上预定偏移值ΔR_偏移相对应的值。偏移值ΔR_偏移弥补了在标记温度T_C下测得的表观电阻R_min与在工作温度T_op下的工作电阻R_op之间的差。有利地，这能够避免基于在工作温度T_op下的表观电阻的预定目标值来直接控制加热温度。而且，加热温度的偏移控制比基于在期望工作温度下表观电阻的测量绝对值的温度控制更加稳定和可靠。
当实际表观电阻等于或超过表观电阻的确定最小值加上表观电阻的预定偏移值时，可以通过中断交变电磁场的产生，即通过断开感应源或至少通过减小感应源的输出功率，来停止加热过程。当实际表观电阻低于表观电阻值的确定最小值加上表观电阻的预定偏移值时，可以通过恢复交变电磁场的产生，即通过再次接通感应源或通过重新增大感应源的输出功率，来恢复加热过程。
在本实施方案中，工作温度为约370摄氏度。该温度是用于加热但不燃烧气溶胶形成基质的典型工作温度。为了确保第二感受器材料的居里温度T_C处的标记温度与工作温度T_op之间有至少20摄氏度的足够大的温差，选择第二感受器材料以使居里温度在350摄氏度以下。
如图3所示，在图1的装置内的感受器组件60是多层感受器叶片，更特别地是双层感受器叶片。它包括构成第一感受器61的第一层和构成第二感受器62的第二层，第二层布置在第一层上并与其紧密联接。如上所述，在对第一感受器61关于热损失从而关于加热效率进行优化的同时，第二感受器62主要是用作温度标记的功能感受器。感受器组件60为细长叶片的形式，其长度L为12毫米，并且宽度W为4毫米，即，两层的长度L为12毫米，并且最大宽度W为4毫米。第一感受器61是由居里温度超过400℃的不锈钢制成的条带，例如430级不锈钢。它的厚度为约35微米。第二感受器62是所具有的居里温度在工作温度以下的镍铁高导磁合金或坡莫合金的条带。它的厚度为约10微米。感受器组件60通过将第二感受器条带包覆到第一感受器条带并且随后形成锥形端63而形成。
图5示出了锥形叶片状感受器组件160的替代实施方案，该替代实施方案类似于图1和图3所示的感受器组件60的实施方案。与后者相比，根据图5的感受器组件160是三层感受器叶片，除分别形成第一层和第二层的第一感受器161和第二感受器162之外，该三层感受器叶片还包括形成第三层的第三感受器163。所有三个层都布置在彼此的顶部，其中相邻层彼此紧密地耦合。图5所示的三层感受器叶片的第一感受器161和第二感受器162与图1和图2所示的双层感受器组件60的第一感受器61和第二感受器62相同。第三感受器163与第一感受器161相同。即，第三层163包括与第一感受器161相同的材料。而且，第三感受器163的层厚度等于第一感受器161的层厚度。因此，第一感受器161和第三感受器163的热膨胀行为基本上相同。有利地，这提供了高度对称的层结构，其显示基本没有面外变形。另外，根据图5的三层感受器叶片提供了更高的机械稳定性。
图6示出了锥形的叶片状感受器组件260的另一个实施方案，其可以代替双层感受器60在图1的装置中替代地使用。根据图6的感受器组件260由紧密耦合到第二感受器262的第一感受器261形成。第一感受器261是430级不锈钢的条带，其尺寸为12毫米乘4毫米乘35微米。这样，第一感受器261限定感受器叶片260的基本形状。第二感受器262是尺寸为3毫米乘2毫米乘10微米的镍铁高导磁合金或坡莫合金的补片。补片形第二感受器262被电镀到锥形的叶片状第一感受器261上。尽管第二感受器262明显小于第一感受器261，但是其仍然足以允许精确地控制加热温度。有利地，根据图6的感受器组件260大大节省了第二感受器材料。在其他实施方案(未示出)中，可存在与第一感受器成紧密接触而定位的第二感受器的多于一个补片。
图7示出了与图1的装置一起使用的感受器组件360的又一个实施方案。根据该实施方案，感受器组件260形成感受器销。感受器销具有锥形端363，从而允许感受器销容易地穿透到制品100的气溶胶形成基质中。在远端364处可以看出，感受器组件包括内芯感受器，该内芯感受器形成根据本发明的第二感受器362。芯感受器被护套感受器包围，该护套感受器形成根据本发明的第一感受器361。因为第一感受器361优选地具有加热功能，所以这种构造在直接热传递到周围的气溶胶形成基质方面被证明是有利的。另外，感受器销的基本圆柱形形状提供了非常对称的加热轮廓，这对于杆状气溶胶生成制品可能是有利的。
图8-10示意性地示出根据本发明的第二、第三和第四实施方案的不同气溶胶生成装置710、810、910。装置710、810、910与图1所示的装置10非常相似，特别是在装置的一般设置方面。因此，相似或相同的特征由与图1中的相同附图标记表示，但分别增加700、800和900。
与图1所示的装置10相比，根据图8的气溶胶生成系统701的气溶胶生成制品710包括感受器组件760，其中第一感受器761和第二感受器762具有不同的几何构型。第一感受器761是类似于图1和图3所示的双层感受器组件60的单层感受器叶片，但是没有第二感受器层。在该构型中，第一感受器761基本上形成感应加热叶片，因为其主要具有加热功能。相比之下，第二感受器762是感受器套筒，其形成接收腔720的周向内侧壁的至少一部分。当然，相反的构型也是可能的，其中第一感受器可以是形成圆柱形接收腔720的周向内侧壁的至少一部分的感受器套筒，而第二感受器可以是待插入到气溶胶形成基质中的单层感受器叶片。在后一种构型中，第一感受器可以实现感应烘箱加热器或加热。第一感受器761和第二感受器762位于气溶胶生成装置710内的不同位置处，彼此间隔开但仍彼此热接近。
图9所示的气溶胶生成系统801的气溶胶生成装置810包括作为感受器杯的感受器组件860，从而实现感应烘箱加热器或加热室。在该构型中，第一感受器861是形成杯形感受器组件860的周向侧壁的感受器套筒，并且因此是圆柱形接收腔820的内侧壁的至少一部分。相比之下，第二感受器862形成杯形感受器组件860的底部部分。当气溶胶生成制品100被接收在装置810的接收腔820中时，第一感受器861和第二感受器862与该气溶胶生成制品的气溶胶形成基质热接近。
图10所示的气溶胶生成装置910包括作为多层感受器套筒的感受器组件960。在该构型中，第二感受器962形成多层感受器套筒的外壁，而第一感受器961形成多层感受器套筒的内壁。第一感受器961和第二感受器962的这种特定布置是优选的，因为因此主要用于加热气溶胶形成基质130的第一感受器961更靠近基质130。有利地，感受器组件960还实现感应烘箱加热器或加热室。
关于图8-10所示的所有三个实施方案，第一感受器优选地由铁磁性不锈钢制成，该铁磁性不锈钢被优化用于加热气溶胶形成基质。相比之下，第二感受器优选地由作为合适的温度标记材料的镍铁高导磁合金或坡莫合金制成。