CN109792801B - 用于加热气溶胶形成基质的加热组件、气溶胶生成装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于加热气溶胶形成基质的气溶胶生成装置的加热组件(10)。所述加热组件包括化学加热装置(200)，所述化学加热装置被配置成通过放热化学反应生成主要热并且将所述主要热供应到气溶胶形成基质以用于加热所述基质。所述加热组件进一步包括电加热装置(100)，所述电加热装置被配置成电生成辅助热并将所述辅助热供应到所述气溶胶形成基质以用于加热所述基质。本发明另外涉及一种包含此类加热组件的气溶胶生成装置。一种用于通过加热气溶胶形成基质来生成气溶胶的方法包括依序和/或并行执行以下步骤：通过放热化学反应生成主要热，并将所述主要热供应到所述气溶胶形成基质以用于加热所述基质；以及电生成辅助热并将所述辅助热供应到所述气溶胶形成基质以进一步加热所述基质。

Description

用于加热气溶胶形成基质的加热组件、气溶胶生成装置和 方法

技术领域

本发明涉及用于通过加热气溶胶形成基质来生成气溶胶的加热组件、气溶胶生成装置以及方法。

背景技术

存在气溶胶生成装置，其中气溶胶形成基质被装置内的加热组件加热，以形成在加热时从基质汽化的物质的可吸入气溶胶。许多气溶胶生成装置包括电阻电加热器，以生成用于加热基质的热能。然而，电阻加热可能伴有高能耗，因此限制使用电池驱动加热器的装置的操作时间。其它气溶胶生成装置包括利用放热化学反应的热释放用于加热基质的化学加热器。例如，此类化学加热器可以是固体燃料加热器或催化加热器。虽然通常提供高能量密度，但化学加热器的化学反应并且因此其热释放可能难以控制。

因此，希望具有一种具有现有技术解决方案的优点但无其限制的加热组件、气溶胶生成装置和对应方法。明确地说，希望具有此类产品和此类方法，其提供对气溶胶形成基质的可控制且节能的加热。

发明内容

根据本发明，提供一种用于加热气溶胶形成基质的气溶胶生成装置的加热组件。所述加热组件包括化学加热装置，所述化学加热装置被配置成通过放热化学反应生成主要热并且将所述主要热供应到所述气溶胶形成基质以用于加热所述基质。所述加热组件进一步包括电加热装置，所述电加热装置被配置成电生成辅助热并将所述辅助热供应辅助热以用于加热所述基质。

由于包含两个不同的加热装置，因此根据本发明的加热组件可以理解成为加热气溶胶形成基质提供混合解决方案的混合加热装置，从而具有两种加热装置的优势。所述化学加热装置提供具有高能量密度的热源，因此允许高效地生成主要热，例如可用于气溶胶形成基质的初始加热或粗加热。电加热装置以良好的可控方式提供辅助热，尤其允许基质精确地加热到目标温度。目标温度优选地对应于用于生成气溶胶的气溶胶形成基质的所需温度。

一般来说，所述加热组件可以被配置成与用于气溶胶形成基质的并联或组合加热的化学加热装置和电加热装置并行使用。优选地，化学加热装置可以被配置成生成和供应主要热到气溶胶形成基质以用于将基质加热到预目标温度，并且电加热装置可以被配置成作为主要热的补充而生成和供应辅助热以将气溶胶形成基质进一步加热到高于预目标温度的目标温度。因此，加热组件可以被配置成组合地使用化学加热装置和电加热装置以达到目标温度。明确地说，由于电加热装置的良好可控性，化学加热装置和电加热装置的并行使用允许通过除了主要热以外还受控地供应辅助热来精确地控制气溶胶形成基质的温度。

替代地或另外，加热组件可以被配置成用于明确地说在生成气溶胶的不同阶段期间依序使用化学加热装置和电加热装置以依序加热气溶胶形成基质。据此，加热组件可以被配置成在生成气溶胶的一个阶段期间使用化学加热装置来加热气溶胶形成基质，并且在生成气溶胶的另一阶段期间使用电加热装置来加热气溶胶形成基质。明确地说，加热组件可以被配置成使用化学加热装置和电加热装置中的任一个来将气溶胶形成基质加热到不同的温度，这些温度允许控制随着时间推移而生成的气溶胶。作为实例，加热组件可以被配置成在气溶胶生成的第一阶段期间使用化学加热装置根据第一温度曲线加热气溶胶形成基质，并且用于在气溶胶生成的第二阶段期间使用电加热装置根据第二温度曲线加热气溶胶形成基质。第一温度曲线和第二温度曲线可以使得温度在第一阶段期间从初始温度升高到第一温度，且降低至第一温度以下，然后在第二阶段期间再次升高。

一般来说，加热组件可以被配置成以任何顺序依序使用化学加热装置和电加热装置。例如，加热组件可以被配置成使得首先使用化学加热装置，并且随后使用电加热装置，或反之亦然。

如本文所用，术语“主要热”和“辅助热”是指允许区分来自化学加热装置的热与来自电加热装置的热的标称术语。这些术语不必体现任何定量关系。主要热和辅助热分别构成第一量和第二量的热能，其可以组合或依序使用。

优选地，在组合地使用化学加热装置和电加热装置的情况下，由化学加热装置提供或可提供的主要热可以大于由电加热装置提供或可提供的辅助热。

因此，化学加热装置可以被配置成生成用于加热气溶胶形成基质的基本量或主要量的热，而电加热装置可以被配置成生成补充性或少量的热，补充但小于由化学加热装置提供或可提供的基本/主/主要量的热。

优选地，化学加热装置被配置成粗加热或粗调气溶胶形成基质的温度，而电加热装置可以被配置成精细加热或精细调整气溶胶形成基质的温度。

预目标温度与目标温度之间的温度差可以小于气溶胶形成基质的预目标温度与气溶胶形成基质在加热之前的初始温度之间的温度差。气溶胶形成基质的初始温度可以例如是室温。有利地，预目标温度可以是在200℃与280℃之间，明确地说在240℃与260℃之间的任何温度，优选为约250℃。目标温度通常可以是300℃与350℃之间的任何温度。

主要热的生成可以限于远低于目标温度的预目标温度，以便在过热的情况下，完全关闭辅助热将足够容易地将实际温度降低到合理温度。化学加热装置可以被配置成允许预设主要热的生成，明确地说是将主要热的生成限于预设限制。

当然，由化学加热装置提供或可提供的主要热也可以小于或等于由电加热装置提供或可提供的辅助热。因此，预目标温度与目标温度之间的温度差可以大于或等于气溶胶形成基质的预目标温度与初始温度之间的温度差。

所述加热组件可以包括控制器，所述控制器至少可操作地连接到电加热装置以用于控制所述气溶胶形成基质的温度。由于其高度的可控性，电加热装置是用于控制气溶胶形成基质的温度的优选致动元件。明确地说，电加热装置可以用于将气溶胶形成基质的温度调整到目标温度。

化学加热装置也可以用于控制气溶胶形成基质的温度。为此，控制器也可以操作地连接到化学加热装置。然而，由于化学加热装置通常比电加热装置的可控性小，因此化学加热装置优选地仅用于粗控或缓慢控制气溶胶形成基质的温度或用于粗控且缓慢控制气溶胶形成基质的温度。缓慢控制可以包括在更长时间内的控制，例如，超过10秒。与此相比，电加热装置优选用于精细控制或快速控制气溶胶形成基质的温度，或者用于精细控制且快速控制气溶胶形成基质的温度，特别是在短时间内。

至少关于辅助热的控制，控制器优选是闭环控制器，所述闭环控制器依赖于指示气溶胶形成基质的实际温度的温度测量。为此，加热组件可以包括可操作地连接到控制器的至少一个温度传感器。温度传感器可以是单独的温度传感器，其在气溶胶生成装置中使用加热组件时优选地布置成与气溶胶形成基质热接近或热接触。替代地或另外，电加热装置本身也可以被配置成用作温度传感器。在下文更详细地描述此内容。

为了控制气溶胶形成基质的温度，控制器可以控制电加热装置的电源。同样，控制器还可以控制主要热的生成或作用于用于控制主要热的生成的装置，例如，用于将至少一种反应物供应到放热化学品的可控供应系统。此类装置还将在下文更详细地描述。控制主要热的生成优选地为开环或连续的，或者优选地为开环且连续的。

如在本文中所使用，术语“气溶胶形成基质”指的是在加热气溶胶形成基质时能够释放出可形成气溶胶的挥发性化合物的基质。气溶胶形成基质可以方便地为气溶胶生成制品的一部分。气溶胶形成基质可为固体或液体气溶胶形成基质。所述气溶胶形成基质可以包括含烟草材料，其含有在加热后即从基质释放的挥发性烟草香味化合物。或者或另外，气溶胶形成基质可以包括非烟草材料。气溶胶形成基质可进一步包括气溶胶形成剂。合适的气溶胶形成剂的实例是丙三醇和丙二醇。气溶胶形成基质还可以包括其它添加剂和成分，例如尼古丁或香料。明确地说，液体气溶胶形成基质可以包含水、溶剂、乙醇、植物提取物和天然或人工调味剂。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，其可包含丙三醇等常见气溶胶形成剂，且接着压缩或模制成滤嘴段。

如本文所用，术语“化学加热装置被配置成通过放热化学反应生成热”优选地包含通过放热化学反应直接生成并提供热，其使用或提供通过放热化学反应直接释放的热来用于加热气溶胶形成基质。因此，化学加热装置被配置成直接将化学能转化为热能。

明确地说，化学加热装置可以是燃料加热器，所述燃料加热器用于在燃料与氧化剂(例如氧)之间的放热氧化还原化学反应中燃烧燃料。优选地，燃烧可以被催化。因此，化学加热装置可以是燃料或催化剂加热器。

优选地，用于生成主要热的放热化学反应可以包含以下反应中的至少一种：

(a)涉及贵金属催化剂的燃料的氧化；

(b)涉及贵金属和过渡氧化物催化剂的燃料的氧化；

(c)涉及活性炭催化剂的铁或铁化合物的氧化还原反应；

(d)涉及金属还原剂和含金属氧化剂的金属氧化还原反应；

(e)水引发的放热反应；

(f)过饱和溶液的放热结晶。

关于类型(a)的反应，贵金属催化剂通常会导致燃料的无焰氧化。催化剂材料可以通常分散或涂覆在多孔制品上，催化剂材料接触地催化所述多孔制品上的燃料。为了升高燃烧温度，明确地说为了燃料的完全燃烧和一氧化碳的显著减少，燃料氧化可能涉及过渡氧化物与常规燃烧催化剂，例如贵金属催化剂(参见类型(b)的反应)。

关于类型(c)的反应，活性炭的催化作用可以用于引发铁或铁化合物的氧化还原反应。

关于根据类型(d)的金属氧化还原反应，反应物材料可以包含金属还原剂和氧化剂，例如含金属氧化剂。在放热反应期间，分子氧被氧化的化合物还原。金属还原剂可以包括以下中的一种：钼、镁、钙、锶、钡、硼、钛、锆、钒、铌、钽、铬、钨、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镉、锡，和铝。

在水引发的放热反应中，水被用作化学反应物的反应引发剂，后者可以包含：氧化钙、氢氧化钠、氯化钙、硫酸镁、铁粉、三水乙酸钠、八水合氢氧化钡、六水合硝酸镁、六水合氯化镁、无水无机盐，等等。

关于过饱和溶液的放热结晶，过饱和溶液经受结晶引发剂以促进快速结晶。在结晶期间释放热。所使用的化合物可以选自例如三水乙酸钠、硫酸钠、芒硝或六水合硝酸镁等化合物。

为了发生放热化学反应过程，化学加热装置可以包括反应室。有利地，放热化学反应的反应位置或体积与气溶胶形成基质反应性绝缘。因此，化学加热装置可以进一步包括热传递元件，其用于将在反应室中产生的主要热传递到反应室中的主要热传递以使得热可供应到反应室外的气溶胶形成基质。

热传递元件可以包括至少部分地布置在反应室中或暴露于反应室内部的第一部分。优选地，第一部分至少部分地布置在反应室中，使得放热化学反应直接在第一部分处或在第一部分上发生或使得放热化学反应直接影响第一部分。

热传递元件可以进一步包括热连接到第一部分的第二部分，并且至少部分地在反应室外部布置或提供。第二部分优选地被配置成至少部分地与气溶胶形成基质热接近或热接触。为此，第二部分可以优化为具有可能大的表面，以便将尽可能多的热传递到气溶胶形成基质。

第二部分可以被配置成接收并优选地保持气溶胶形成基质。为此，第二部分可以包括腔体或倾斜构件，或者可以包括腔体和倾斜构件。作为实例，第二部分可以包含叶片、凹槽、叉形物、尖齿、杆、管、空腔、罐、杯或中空圆筒中的至少一个。

第二部分可以被配置成至少部分地与液体输送器热接近或热接触，例如毛细管活动网或芯吸构件。液体输送器可以被使得或与液体气溶胶形成基质接触。一般来说，液体输送器是总体气溶胶生成装置的一部分，而不是加热组件的一部分。当然，也有可能液体输送器是加热组件的一部分。热传递元件，优选的是第二部分，可以包括至少一个液体输送器，其被配置成与液体气溶胶形成基质接触。

优选地，热传递元件是包括导热材料的热导体。热传递元件可以能够存储热。优选地，热传递元件包括具有高比热容量且优选地也具有良好导热性的材料。例如，热传递元件可以包括金属，明确地说是铜、不锈钢，或铝，或金属的组合。

热传递元件可以穿过反应室的壁，使得第一部分至少部分地布置在反应室内或暴露于反应室的内部，并且第二部分至少部分地布置或提供在反应室外部。

热传递元件可以包括反应室壁的至少一部分，具有暴露于反应室内部的内表面。外表面可以被配置成至少部分地与上述第二部分相对应地与气溶胶形成基质热接近或热接触。优选地，热传递元件的第一部分和第二部分整体地形成。或者，外表面可以热连接到热传递元件的单独部分，所述单独部分被配置成至少部分地与气溶胶形成基质热接近或热接触。此其它部分可对应于上述第二部分。

热传递元件、第一部分和第二部分分别可以包括若干配置、形状和材料。明确地说，热传递元件、第一部分和第二部分分别可以具有任何横截面形状，例如圆形、三角形、矩形、二次曲线或多面形。热传递元件、第一部分和第二部分中的至少一个可以至少部分地中空或至少部分地大而重。第一部分和第二部分在至少以下特征中的至少一个上可以彼此不同：配置、形状和材料。

例如，热传递元件可以是叶片形，或可以包括叶片，特别是由金属制成的叶片。叶片的第一部分可以至少部分地布置在反应室中或暴露于反应室的内部，而叶片的第二部分可以至少部分地布置或提供在反应室外部。明确地说，叶片可以被送入或穿过反应室的壁。优选地，叶片的第二部分被配置成接收并优选地保持气溶胶形成基质。为此，叶片的第二部分的自由端可以是锥形的，尤其是在固体气溶胶形成基质的情况下。

作为另一实例，热传递元件可以包括中空圆筒，例如由金属制成的中空圆筒。明确地说，圆筒的第一轴向部分可以至少部分地布置在反应室中或暴露于反应室的内部。圆筒的第一轴向部分可以包含反应室壁的至少一部分。圆筒的第二轴向部分可以至少部分地布置或提供在反应室外部。此外，可以提供分隔构件以将由第一部分包围的内部与由第二部分包围的内部分开。分隔构件可以是反应室的一部分或热传递元件的一部分或反应室和热传递元件两者的一部分。圆筒的第二轴向部分的内部可以被配置成接收并优选地保持气溶胶形成基质。为此，圆筒的第二轴向部分的前端可以打开。

热传递元件可以包括与反应室热接触的罐。明确地说，罐底部可以是反应室壁的一部分，其中底部的外表面暴露于反应室的内部。罐的内部可以被配置成接收并优选地保持气溶胶形成基质。

化学加热装置可以包括至少一个反应物贮存器，用于存储放热化学反应的至少一种反应物，并且用于将至少一种反应物供应到反应室。反应器贮存器可以是可填充的，例如经由填充喷嘴或入口。反应器贮存器可以经由至少一个进给管道、管或通道连接到反应室。

化学加热装置可以包括用于对反应物贮存器中的反应物进行加压以促进反应物向反应室的供应的压力装置。此类压力装置可以包括在反应物贮存器中的反应物上施加压力的微泵或加压气体或负载弹簧。

进给管道、管或通道可以包括多个或大量毛细管通道，从而使得反应物通过毛细管力自动分配。毛细管通道的数量可以用来控制或预先确定流速。有利地，毛细管通道不需要任何压力装置来促进反应物向反应室的供应。这简化了化学加热装置。

反应室可以包括入口、孔口或开口中的至少一个。例如，反应室可以包含连接到反应物贮存器的入口，以用于接收放热化学反应的至少一种反应物。明确地说，将反应物贮存器连接到反应室的进给管道、管或通道可以联接到反应室的入口。

反应室可以包含用于供应空气(明确地说，氧气)的入口。此外，反应室可以包括至少一个出口，特别是用于从反应室排放放热化学反应的反应产物的至少一个出口。作为实例，反应室可以包括至少一个排气口。

化学加热装置可以包括反应室与反应物贮存器之间的热屏障，以用于热屏蔽。明确地说，将反应物贮存器连接到反应室的进给管到、管或通道可以穿过热屏障。

例如，在液体或气体燃料加热器的情况下，加热器可以包括用于向反应室分配燃料的燃料贮存器。为此，反应室可以经由进给管道与燃料贮存器流体连通。贮存器中的燃料可以经由填充喷嘴再次填充。此外，化学加热装置可以提供压力装置以对燃料贮存器中的燃料加压，使得燃料可以容易地分配到反应室中，例如在打开燃料阀以控制燃料贮存器与反应室之间的流体连通时。

加热组件还可以包括用于控制主要热的生成(尤其是用于调整或限制主要热的生成)的装置。这些装置可以包含可控供应系统，用于将至少一种反应物供应到放热化学反应并且用于控制主要热的生成。供应系统的可控性可以允许预设主要热的生成，明确地说是将主要热的生成限于预设限制。替代地或另外，可控供应系统可以允许在加热组件或气溶胶生成装置的相应使用期间调整主要热的生成。可控供应系统可以包括入口阀和出口阀中的至少一个，以用于控制分别通过至少一个入口或出口的流速。明确地说，可控供应系统可以包括至少一个入口阀，用于控制反应物从反应物贮存器向反应室或进气阀的供应以控制空气到反应室中的供应。用于对反应物贮存器中的反应物进行加压的压力装置可以分别是用于控制主要热的生成的装置或可控供应系统的一部分或可能受其影响。

加热组件可以进一步包括用于控制主要热到气溶胶形成基质的供应的装置。此类装置可以例如包括移位装置或移位机构，以可逆地移位热传递元件以使其与气溶胶形成基质热接近或热接触且不热接近或热接触。此类装置还可以包括移位装置或移位机构，以可逆地移位气溶胶形成基质以使其与热传递元件热接近或热接触且不热接近或热接触。此类装置还可以包括移位装置或移位机构，以可逆地移位热传递元件(明确地说，热传递元件的第一部分)以使其与反应室热接近或热接触且不热接近或热接触。

一般来说，根据本发明的电加热装置可以是被配置成将电能转化为热的任何装置。

例如，电加热装置可以是电感加热器，其包括用于产生交变磁场的发电机和感受器材料，所述感受器材料可被交变磁场感应地加热并且相对于发电机定位以便可被交变磁场加热。为进行加热，使气溶胶形成基质与感受器材料热接近。因此，本发明的加热组件可以被配置成使得在气溶胶生成装置中使用加热组件时，感受器材料有利地与气溶胶形成基质热接近或热接触。或者，电感加热器可以仅包含用于产生交变磁场的发电机，而感受器材料集成在待加热的气溶胶形成基质中。

优选地，电加热装置是包括电阻加热元件的电阻加热装置。当电流通过时，电阻加热元件由于其内在欧姆电阻或电阻负载而变热。为此，电阻加热元件可以连接到电源。电源可以是直流电压源，例如电池，优选的是可再充电电池，如锂离子电池。

电源可以是一般的电加热装置或加热组件的一部分。或者，电加热装置可以是本发明的加热组件所针对的气溶胶生成装置的一部分。无论电源是气溶胶生成装置还是加热组件的一部分，电源也可以用于其它目的，例如，用于运行加热组件的控制器或气溶胶生成装置的总体控制器。

电阻加热元件可以包括电阻加热线、电阻加热轨条、电阻加热网格或电阻加热网中的至少一个。

电阻加热元件可以被配置成与或将与气溶胶形成基质至少部分地热接近或热接触。电阻加热元件可以被配置成与或将与液体输送器热接近或热接触，所述液体输送器又可以被使得或与液体气溶胶形成基质接触。

类似于化学加热装置，电加热装置可以包括热传递元件。同样，热传递元件可以包含与电阻加热元件热接触或上面布置有电阻加热元件的第一部分。热传递元件还可以包含被配置成与或将与气溶胶形成基质热接近或热接触的第二部分。已相对于化学加热装置的热传递元件描述热传递元件的进一步特征和优点，且不会重复。

一般来说，化学加热装置与电加热装置可以是单独且独立地，尤其在从相应加热装置向气溶胶形成基质供应热方面。举例来说，加热组件可以被配置成使得化学加热装置与电加热装置可以在不同位置或从不同方向供应热到气溶胶形成基质。

然而，加热组件优选地被配置成使得化学加热装置和电加热装置能够在一个或多个相同位置供应热到气溶胶形成基质。因此，加热组件可以优选地被配置成使得化学加热装置和电加热装置提供联合或合并或级联的热输入到气溶胶形成基质。这对气溶胶形成基质提供更为均匀的加热。甚至，由于气溶胶形成基质的温度取决于在组合使用时主要热和辅助热的积聚，因此联合或合并或级联的热输入有助于容易地控制气溶胶形成基质的温度，明确地说，将气溶胶形成基质的温度调整到目标温度。

有利地，电阻加热元件可以至少部分地布置在化学加热装置的热传递元件内或热传递元件上。优选地，电阻加热元件可以布置在热传递元件的第二部分内或第二部分上。为避免电短路，热传递元件可以包括接收或支撑电阻加热元件的电绝缘涂层或衬底。替代地或另外，电阻加热元件本身可以包括电绝缘涂层或衬底。在两种情况下，涂层或衬底优选地包括陶瓷材料。作为实例，化学加热器的热传递元件可以包括具有沿着第一部分和第二部分延伸的金属芯构件的叶片。沿着第二部分，金属芯构件可以另外夹在两个陶瓷覆盖构件之间。至少一个覆盖构件的外表面可以用作为电阻加热元件的金属轨条(例如，由铂制成)涂覆。为了最大限度地提高加热容量，金属轨条可为蜿蜒或螺旋状。

有利地，电阻加热元件可以被配置成充当温度传感器。此可能性依赖于用于构建电阻加热元件的电阻材料的温度依赖性电阻特性。加热装置还可以包括用于测量电阻加热元件的电阻的读出装置。读出装置可以是加热组件的控制器或气溶胶生成装置的控制器的一部分。所测量的温度直接对应于加热元件的实际温度。所测量的温度也可以指示气溶胶形成基质的实际温度，这取决于加热元件相对于待加热的气溶胶形成基质的定位以及从电加热装置到气溶胶形成基质的热供应的给定特性。因此，电阻加热元件可以用作用于控制气溶胶形成基质的温度(明确地说，用于将气溶胶形成基质的实际温度调整到目标温度)的温度传感器。

加热组件可以包括用于将由化学加热装置生成的热转化成电力的能量转化装置。有利地，此类装置可以用于热回收。明确地说，能量转化装置可以被配置成用于转化由化学加热装置生成的无法提供到气溶胶形成基质的过量热或废热。能量转化装置优选地包含至少一个热电发电机。热电发电机通常基于塞贝克(Seebeck)原理。与热引擎相比，热电发电机没有移动部件，并且不太庞大。

优选地，能量转化装置可操作地连接到电加热装置，用于向电加热装置供应所转化电力。明确地说，所转化的电力可以馈送到用于运行电加热装置的电源。作为实例，能量转化装置可以可操作地连接到电池，以便溃入所转化的电力以用于再充电目的。当然，能量转化装置还可以操作地连接到加热组件或气溶胶生成装置的另一电气部件。例如，此类部件可以是气溶胶生成装置的全局电源，例如全局电池，或加热组件的控制器，或气溶胶生成装置的控制器。

能量转化装置可以分配到气溶胶生成装置或加热组件本身。

能量转化装置可以有利地布置成与反应室热接近或热接触。类似于热传递元件的第一部分，能量转化装置可以至少部分地布置在反应室中或暴露于反应室的内部。例如，能量转化装置可以是反应室壁的至少一部分。能量转化装置与化学加热装置的热传递元件可以在不同位置或区域轻触反应室。

根据本发明，还提供一种用于通过加热气溶胶形成基质来生成气溶胶的气溶胶生成装置。为了加热气溶胶形成基质，所述气溶胶生成装置包括根据本发明并且如本文所述的加热组件。

根据本发明的气溶胶生成装置的其它特征和优点已与加热组件相关地加以描述，且因此将不再重复。

气溶胶生成装置可以包括控制器，所述控制器可以是总体控制器。所述控制器可以用于控制气溶胶形成基质的温度，明确地说，将气溶胶形成基质的温度调整到目标温度。气溶胶生成装置的控制器可以包含或为加热组件的控制器。气溶胶生成装置的控制器还可以用于控制主要热的生成或作用于用于控制主要热的生成的装置，明确地说，用于控制或作用于可控供应系统。气溶胶生成装置的控制器还可以用于控制主要热的供应或作用于用于控制主要热的供应的装置。

气溶胶生成装置可以包括全局电源，其优选地还用于向加热组件(明确地说，电加热装置)供应电力。

此外，气溶胶生成装置可以包括用于接收、容纳且优选地保持气溶胶形成基质的部件。作为实例，气溶胶生成装置可以包含用于接收固体气溶胶形成基质的腔体。同样，气溶胶生成装置可以包括用于液体气溶胶形成基质的贮存器。在此类情况下，气溶胶生成装置还可以包括用于输送液体气溶胶形成基质液体输送器，例如毛细管活动网格或芯吸构件。优选地，液体输送器可以被使得或与加热组件接触以被供应主要热和辅助热。

根据本发明，还提供一种用于通过加热气溶胶形成基质，明确地说，通过使用根据本发明且如本文所描述的加热组件或气溶胶生成装置来生成气溶胶的方法。所述方法包括依序和/或并行执行以下步骤：

通过放热化学反应生成主要热，并将所述主要热供应到所述气溶胶形成基质以用于加热所述气溶胶形成基质；

电生成辅助热并将所述辅助热供应到所述气溶胶形成基质，以用于加热所述气溶胶形成基质。

明确地说，根据本发明的方法可以包括依序与并行执行以上步骤的组合，即，依序和并行使用主要热和辅助热的组合。

根据本发明的方法的优点已经与根据本发明的加热组件和气溶胶生成装置相关地加以描述，且因此将不再重复。

如已与加热组件相关地加以描述，主要热和辅助热可以依序用于依序加热气溶胶形成基质。明确地说，可以在生成气溶胶的不同阶段期间使用各自用于加热气溶胶形成基质的主要热和辅助热。在使用辅助热之前，可以使用主要热，或反之亦然。一般来说，所述方法可以包括使用主要热和辅助热的任何顺序，例如包含交替使用主要热和辅助热的顺序。优选地，主要热和辅助热可以各自在不同阶段期间用于将气溶胶形成基质加热到不同温度，这允许控制随着时间的推移而生成的气溶胶。作为实例，主要热可以用于在气溶胶生成的第一阶段期间根据第一温度曲线加热气溶胶形成基质，且辅助热可以用于在气溶胶生成的第二阶段期间根据第二温度曲线加热气溶胶形成基质。第一温度曲线和第二温度曲线可以使得温度在第一阶段期间从初始温度升高到第一温度，且降低至第一温度以下，然后在第二阶段期间再次升高。

或者，主要热和辅助热可以并行地用于气溶胶形成基质的组合加热。明确地说，主要热可以用于将气溶胶形成基质加热到预目标温度，且辅助热可以作为主要热的补充将气溶胶形成基质进一步加热到高于预目标温度的目标温度。

类似于加热组件，所述方法可以进一步包括通过至少控制辅助热的生成来将气溶胶形成基质的温度调整到目标温度的步骤。同样，所述方法可以进一步包括将来自放热化学反应的热转化为电力并且提供或使用所转化的电力用于电生成辅助热的步骤。

所述方法可以进一步包括控制主要热的生成或供应中的至少一个的步骤。可以例如通过控制放热化学反应的至少一种反应物的供应来控制主要热的生成。可以通过如上文相对于加热组件所述的装置来控制主要热的供应。

所述方法还可以包括控制主要热和辅助热中的至少一个到气溶胶形成基质的供应的步骤。

附图说明

将参看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实施例的包括混合加热组件的气溶胶生成装置的示意图；

图2是根据本发明的第二实施例的包括混合加热组件的气溶胶生成装置的示意图；

图3示出了穿过根据图1和图2的混合加热组件的一部分的横截面，

图4是根据本发明的第三实施例的包括混合加热组件的气溶胶生成装置的示意图；以及

图5-8示出了根据图4的混合加热组件的详情。

具体实施方式

图1示意性地示出根据本发明的第一实施例的包括加热组件10的气溶胶生成装置1。加热组件10包括用于气溶胶形成基质的组合加热的两个加热装置：化学加热装置200和电加热装置100。化学加热装置200通过放热化学反应提供主要热，以用于将气溶胶形成基质预热到低于气溶胶形成基质形成气溶胶的所需目标温度的预目标温度。为了达到目标温度，电加热装置100提供辅助热，作为主要热的补充。由于放热化学反应的高能量密度，化学加热装置优选地提供主要量的热用于温度的粗调，而电加热装置优选地提供少量热以用于温度的精细调整。

关于根据图1的实施例，化学加热装置200是被配置成通过在反应室201中催化燃料燃烧来生成主要热的催化加热器。为此，在反应物贮存器或燃料贮存器202中提供燃料，所述反应物贮存器或燃料贮存器经由分配管204与反应室201流体连通。燃料贮存器202可以经由填充入口(未示出)再次填充。化学加热装置200还包括压力装置208，其用于对燃料贮存器208中的燃料进行加压，从而使得燃料贮存器202中的压力高于反应室201中的压力，后者通常处于大气压下。由此，燃料在打开阀203时经由分配器管204自动分配到反应室201中，所述阀被配置成控制从贮存器202到反应室201中的燃料流。

除了分配器管204的入口之外，反应室201进一步包括用于为催化反应提供氧气的空气入口207。此外，反应室201包括用于将催化反应的水和废气排放到环境中的出口206。

热屏障205设置在反应室201与燃料贮存器202之间以用于热屏蔽，使得燃料贮存器和热屏障205之外的其它部件保持在合理温度下。

在反应室201中，燃料通过催化放热反应燃烧，由此生成用于加热气溶胶形成基质的主要热。

燃料可以是能够通过其氧化供应能量的任何有机化合物。例如，燃料可以包括短链醇(甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇以及丁醇和异构体)、酮、乙醛或可容易氧化的羧酸中的一种。催化可燃气体可以包括例如氢气、甲烷、丙烷、戊烷、乙醚、乙烷或丁烷及其异构体中的一种。。

用于催化燃料燃烧的催化剂可以是具有高氧还原反应性的催化剂。催化剂可以包括例如一种或多种金属或选自由Fe、Co、Ni、Rh、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn和Cd组成的群的一种或多种金属的合金。明确地说，催化剂可以包括至少一种贵金属、至少一种过渡金属、至少一种金属与至少一种过渡金属的组合，例如Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Ni、Os、Re、Co、Fe、Mn、Ag、Cu。催化剂可以例如支撑在反应室201内的基质制品的表面上。

通过燃料-氧混合物的催化放热反应生成的主要热经由热传递元件210从反应室201传递到限定在气溶胶生成装置1的壳体3内的腔体2。腔体2在气溶胶生成装置1的近端处开放，用于接收包含待加热的气溶胶形成基质的气溶胶生成制品。例如，气溶胶形成基质可以被压缩或模制成形成气溶胶生成制品(未示出)的滤嘴段。

图3示出在图1和图2所示的实施例中使用的热传递元件210的进一步详情。热传递元件210包括在腔体2附近穿过反应室201的壁的金属叶片214。热传递元件210包括第一部分212，所述第一部分布置在反应室201中并且优选地直接在其上执行催化放热反应以优化热传递。热传递元件210的第二部分211布置在与反应室201分离的腔体2中。第二部分211的近端是锥形的，因此当其被推入壳体3的腔体2中时，便于插入和保持气溶胶生成制品。借此，气溶胶形成基质可以与催化放热反应直接热接触，而不直接接触反应本身。

进一步参考图1和3，热传递元件210包括陶瓷覆盖构件213，所述陶瓷覆盖构件沿着第二部分211夹住叶片214的金属芯。陶瓷覆盖构件214提供电非导电衬底，以支撑作为电阻加热装置100的一部分的导电加热元件103。在本实施例中，加热元件包括在叶片样热传递元件210两侧的金属轨条103。为了优化到气溶胶形成基质的热传递，金属轨条103以蜿蜒配置布置。或者，轨条可以按螺旋配置布置。为了生成热，加热元件103由电阻材料组成。优选地，金属轨条由铂制成。

通过使电流通过，可以将轨条加热到所需的目标温度。为此，热传递元件210两侧的轨条经由电连接102并行连接到电源104。在本实施例中，电源是可再充电电池，例如锂离子电池。

有利地，加热轨条103可以同时用于测量热传递元件210的表面上的温度，所述温度指示附接到热传递元件的气溶胶形成基质的实际温度。假设加热元件103的材料具有适当的电阻温度系数特性，则温度可以通过测量加热元件103，例如通过测量导电加热元件103上的电压和通过所述导电加热元件的电流，来确定。使用加热元件作为温度传感器有助于减少加热组件10内的部件数量，因为将不需要单独的温度传感器。然而，另外或替代地，加热组件10当然还可以包括单独的温度传感器。

控制器101，例如在电子电路板上实施的微控制器单元，可以用于控制气溶胶形成基质的温度。根据本发明，这是通过至少基于由化学加热装置200提供的主要热控制电加热装置100提供的辅助热来实现的。因此，控制器101至少可操作地连接到电加热装置100。明确地说，控制器101可以被配置成通过确定如上所述的加热元件103的温度依赖性电阻来确定热传递元件210的表面上的实际温度。热传递元件210表面上的温度指示气溶胶形成基质的实际温度。基于实际温度与气溶胶形成基质的所需目标温度或热传递元件上的对应温度的比较，控制器101进一步被配置成控制从电源104到电加热元件103的电力。热电力优选地间歇地供应到加热元件103。有利地，对于用于精细调整气溶胶形成基质的温度的辅助热的控制是闭环的。

控制器101还可以用于控制电源104的重新充电，例如从外部电源对电池再充电。控制器还可以用于控制主要热的生成，例如通过控制燃料阀203，由此控制将从燃料贮存器202分配到反应室201的燃料量。为此，控制器101可以访问表格(例如，存储在控制器101的存储单元中)，其含有预先校准的燃料流速与反应室201中生成的主要热。另外或替代地，控制器101还可以在空气入口207上作用以调节到反应室201中的氧供应。主要热的生成限于远低于实际目标温度的预目标温度，以使得在过热情况下完全关闭辅助热将足够容易地将实际温度降低到合理温度。优选地，预目标温度为约250℃，而目标温度通常在300℃与350℃之间。

一般来说，控制器101和/或电源104可以是加热组件10或总体气溶胶生成装置1的一部分。

图2示意性地示出根据本发明的第二实施例的包括加热组件10的气溶胶生成装置1。生成和供应第一热和第二热到气溶胶形成基质的基本概念类似于根据图1的第一实施例。因此，除非另有明确指示，否则相同的特征以相同的参考数字表示。

与根据图1的第一实施例相比，根据第二实施例的加热组件包括能量转化装置107，所述能量转化装置用于将由化学加热装置200生成的热转化成电力。在本实施例中，能量转化装置107可以包括至少一个热电发电机，其能够基于塞贝克原理从温度梯度生成电力。此类热电发电机通常是现有技术已知的。为此，热电发电机可以布置在燃料贮存器与反应室之间，以代替根据图1的第一实施例中的热屏障205。替代地或另外，热电发电机可以布置成横向地附接到反应室，具有从反应室201朝向外的“冷”侧。

优选地，由能量转化装置107生成的电力被馈送到总体气溶胶生成装置1的加热组件10的电源104中。在本实施例中，加热组件10包括使用由能量转化装置107提供的电力的电池充电器105，来至少部分地为电池104再充电。为此，电池充电器105经由电连接106操作地连接到能量转化装置107和电源104。

图4、5、6、7和8示出根据本发明的第三实施例的包括加热组件10的气溶胶生成装置1。生成和供应第一热和第二热到气溶胶形成基质的基本概念类似于根据图1和图2的第一实施例和第二实施例。因此，除非另有明确指示，否则相同的特征以相同的参考数字表示。

与根据图1和图2的实施例相比，根据此第三实施例的加热组件10包括杯状热传递元件210。

热传递元件210包括板状第一部分212(在图6的俯视图和图8的透视图中未示出)和中空圆柱形第二部分211。第一部分212可以附接到第二部分211的底部(参见图5的横截面图)。

第一部分212至少部分地布置在反应室201中或暴露于所述反应室，使得放热化学反应直接发生在第一部分212的暴露表面上。第一部分212由金属制成，从而允许有效地将主要热传递到气溶胶形成基质，所述气溶胶形成基质可接收在中空圆柱形第二部分211内。

第二部分211还涉及主要热的传递。为此，中空圆柱形第二部分211由陶瓷材料制成，从而提供良好的导热性和高热阻。

如特定地从图7的侧视图和图8的透视图可以看出，非导电第二部分211的外表面支撑导电加热元件103，所述导电加热元件为电阻加热装置100的一部分。在本实施例中，加热元件包括在第二部分211的外表面上周向地布置成蜿蜒配置的金属轨条103(图4和图5中点划线)。蜿蜒配置有利地优化经由第二部分211从加热元件103到气溶胶形成基质的热传递。与图1和图2中所示的加热组件相同，通过使电流通过，轨条103可以变热。为此，轨条经由电连接102连接到电源104。

为了避免装置的用户因持续接触而烧伤，热屏障108布置在第二部分211的外表面与限定在气溶胶生成装置1的壳体3的远端处的腔体2的内表面之间的间隙中。

Claims (13)

1.一种气溶胶生成装置的加热组件，所述加热组件用于加热气溶胶形成基质，所述加热组件包括：

化学加热装置，其被配置成通过放热化学反应生成主要热并且将所述主要热供应到气溶胶形成基质以用于加热所述气溶胶形成基质，

电加热装置，其被配置成电生成辅助热并将所述辅助热供应到所述气溶胶形成基质以用于加热所述气溶胶形成基质，以及

控制器，其至少可操作地连接到所述电加热装置以用于控制所述气溶胶形成基质的温度。

2.根据权利要求1所述的加热组件，其中所述加热组件被配置成进行以下操作中的至少一个：

通过组合地使用所述化学加热装置和所述电加热装置来并行加热所述气溶胶形成基质；

通过依序使用所述化学加热装置和所述电加热装置来依序加热所述气溶胶形成基质。

3.根据权利要求1或2所述的加热组件，其中所述化学加热装置被配置成将所述气溶胶形成基质加热到预目标温度，且所述电加热装置被配置成作为所述化学加热装置的补充将所述气溶胶形成基质进一步加热到高于所述预目标温度的目标温度。

4.根据权利要求1或2所述的加热组件，其中所述化学加热装置包括用于执行所述放热化学反应的反应室，以及用于从所述反应室传递出所述主要热的热传递元件。

5.根据权利要求1或2所述的加热组件，其中所述加热组件包括可控供应系统，所述可控供应系统用于供应至少一种反应物到所述放热化学反应并且用于控制主要热的生成。

6.根据权利要求1或2所述的加热组件，其中所述电加热装置包括电阻加热元件。

7.根据权利要求1或2所述的加热组件，进一步包括用于将由所述化学加热装置生成的热转化成电力的能量转化装置。

8.根据权利要求7所述的加热组件，其中所述能量转化装置可操作地连接到所述电加热装置，以向所述电加热装置供应转化的电力。

9.一种气溶胶生成装置，包括根据前述权利要求1至8中任一项所述的加热组件。

10.一种用于通过加热气溶胶形成基质来生成气溶胶的方法，所述方法包括依序和/或并行执行以下步骤：

通过放热化学反应生成主要热，并将所述主要热供应到所述气溶胶形成基质以用于加热所述气溶胶形成基质；

电生成辅助热并将所述辅助热供应到所述气溶胶形成基质以加热所述气溶胶形成基质；以及

通过至少控制辅助热的生成来将所述气溶胶形成基质的温度调整到目标温度。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述主要热和所述辅助热用于在生成气溶胶的不同阶段期间加热所述气溶胶形成基质。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述主要热用于将所述气溶胶形成基质加热到预目标温度，并且其中所述辅助热用于作为所述主要热的补充将所述气溶胶形成基质进一步加热到高于所述预目标温度的所述目标温度。

13.根据权利要求10或11所述的方法，进一步包括将来自所述放热化学反应的热转化为电力并且提供转化的所述电力以用于电生成辅助热的步骤。

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