CN114431541A - 气溶胶生成装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及烟具领域，提供了一种气溶胶生成装置及其控制方法，所述气溶胶生成装置包括壳体，具有通孔以及空气入口；腔室，气溶胶形成基质可通过通孔接收于腔室或者从腔室移除；加热器，用于加热接收于腔室的气溶胶形成基质；排热装置，设置在空气入口与通孔之间延伸的气体流动路径上；电路，被配置为在加热器启动加热之后至加热器进入抽吸阶段之前，控制排热装置启动工作以将加热产生的热空气沿着气体流动路径排出壳体外。本申请在抽吸者对气溶胶生成装置进行抽吸之前，通过排热装置将含有水蒸气的气溶胶排出壳体外，避免了抽吸者在抽吸第一口时感觉烟气温度较高，导致灼痛感的问题，提升了用户的抽吸体验。
Description
技术领域
本申请涉及烟具技术领域，尤其涉及一种气溶胶生成装置及其控制方法。
背景技术
诸如香烟和雪茄的吸烟物品在使用期间燃烧烟草以产生烟雾。已经尝试通过产生在不燃烧的情况下释放化合物的产品来为这些燃烧烟草的物品提供替代物。此类产品的示例是所谓的加热不燃烧产品，其通过加热烟草而不是燃烧烟草来释放化合物。
现有的一种加热不燃烧的烟具，主要是在基体的外表面涂覆远红外涂层和导电涂层，通电后的远红外涂层发出远红外线穿透基体并对基体内的烟支进行加热；由于远红外线具有较强的穿透性，可以穿透烟支的外围进入内部，使得对烟支中的气溶胶形成基质的加热较为均匀。
该烟具存在的问题是，由于穿透性好、加热较为均匀，烟支中的大部分水分均受热蒸发，含有热量较高的水蒸气使得抽吸者在抽吸时很容易产生灼痛感，尤其是在抽吸第一口时感觉更为明显。
发明内容
本申请提供一种气溶胶生成装置及其控制方法，旨在解决现有烟具加热烟支时产生的烟气温度较高的问题。
本申请提供一种气溶胶生成装置，用于加热气溶胶形成基质以生成供吸食的气溶胶；包括：
壳体，具有通孔以及空气入口；
腔室，所述气溶胶形成基质可通过所述通孔接收于所述腔室或者从所述腔室移除；
加热器，加热器用于加热接收于所述腔室的气溶胶形成基质；
排热装置，设置在所述空气入口与所述通孔之间延伸的气体流动路径上；
电路，被配置为在所述加热器启动加热之后至所述加热器进入抽吸阶段之前，控制所述排热装置启动工作以将加热产生的热空气沿着所述气体流动路径排出所述壳体外；其中，所述加热器的温度变化曲线至少包括升温阶段和抽吸阶段。
本申请提供的气溶胶生成装置及其控制方法，在抽吸者对气溶胶生成装置进行抽吸之前，通过排热装置将含有水蒸气的气溶胶排出壳体外，避免了抽吸者在抽吸第一口时感觉烟气温度较高，导致灼痛感的问题，提升了用户的抽吸体验。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限定。
图1是本申请实施方式提供的气溶胶生成装置示意图；
图2是本申请实施方式提供的气溶胶生成装置的剖面示意图；
图3是本申请实施方式提供的加热器示意图；
图4是本申请实施方式提供的加热器的加热曲线示意图；
图5是本申请实施方式提供的气溶胶生成装置的控制过程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1-图2是本申请实施方式提供的一种气溶胶生成装置100，包括：
壳体10，内部具有收容空间，可以收容加热器12、电芯13、电路14等等。壳体10具有相对的近端和远端，近端设置有通孔101，远端设置有空气入口102，即通孔101与空气入口102相互隔开的。在其他示例中，空气入口102可以为通孔101的一部分，例如：气溶胶形成基质可通过通孔101接收于腔室11之后，空气从气溶胶形成基质与通孔101之间的间隙流入，即该间隙形成空气入口102。
腔室11，气溶胶形成基质可通过通孔101接收于腔室11或者从腔室11移除。
气溶胶形成基质是一种能够释放可形成气溶胶的挥发性化合物的基质。这种挥发性化合物可通过加热该气溶胶形成基质而被释放出来。气溶胶形成基质可以是固体或液体或包括固体和液体组分。气溶胶形成基质可吸附、涂覆、浸渍或以其它方式装载到载体或支承件上。气溶胶形成基质可便利地是气溶胶生成制品的一部分。
气溶胶形成基质可以包括尼古丁。气溶胶形成基质可以包括烟草，例如可以包括含有挥发性烟草香味化合物的含烟草材料，当加热时所述挥发性烟草香味化合物从气溶胶形成基质释放。优选的气溶胶形成基质可以包括均质烟草材料。气溶胶形成基质可以包括至少一种气溶胶形成剂，气溶胶形成剂可为任何合适的已知化合物或化合物的混合物，在使用中，所述化合物或化合物的混合物有利于致密和稳定气溶胶的形成，并且对在气溶胶生成系统的操作温度下的热降解基本具有抗性。合适的气溶胶形成剂是本领域众所周知的，并且包括但不限于：多元醇，例如三甘醇，1,3-丁二醇和甘油；多元醇的酯，例如甘油单、二或三乙酸酯；和一元、二元或多元羧酸的脂肪酸酯，例如二甲基十二烷二酸酯和二甲基十四烷二酸酯。优选的气溶胶形成剂是多羟基醇或其混合物，例如三甘醇、1,3-丁二醇和最优选的丙三醇。
加热器12，用于产生红外线以辐射加热接收于腔室11的气溶胶形成基质。
电芯13提供用于操作气溶胶生成装置100的电力。例如，电芯13可以提供电力以对加热器12进行加热。此外，电芯13可以提供操作气溶胶生成装置100中所提供的其他元件所需的电力。
电芯13可以是可反复充电电池或一次性电池。电芯13可以是但不限于磷酸铁锂(LiFePO4)电池。例如，电芯13可以是钴酸锂(LiCoO2)电池或钛酸锂电池。
电路14可以控制气溶胶生成装置100的整体操作。电路14不仅控制电芯13和加热器12的操作，而且还控制气溶胶生成装置100中其它元件的操作。例如：电路14获取温度传感器感测到的加热器12的温度信息，根据该信息控制电芯13提供给加热器12的电力。
图3是本申请实施方式提供的一种加热器12，加热器12包括：
基体121，被构造成沿腔室11的轴向方向延伸并围绕腔室11的管状。
具体地，基体121包括第一端和第二端，延伸于第一端和第二端之间的表面。基体121可以为圆柱体状、棱柱体状或者其他柱体状。基体121优选为圆柱体状，贯穿基体121中部的圆柱体状孔形成至少部分腔室，孔的内径略大于气溶胶形成制品的外径，便于将气溶胶形成制品置于腔室内对其进行加热。
基体121可以由石英玻璃、陶瓷或云母等耐高温且透明的材料制成，也可以由其它具有较高的红外线透过率的材料制成，例如：红外线透过率在95％以上的耐高温材料，具体地在此不作限定。
红外电热涂层122形成在基体121的表面上。红外电热涂层122可以形成在基体121的外表面上，也可以形成在基体121的内表面上。
红外电热涂层122接受电功率产生热量，进而产生一定波长的红外线，例如：8μm～15μm的远红外线。当红外线的波长与气溶胶形成基质的吸收波长匹配时，红外线的能量易于被气溶胶形成基质吸收。红外线的波长不作限定，可以为0.75μm～1000μm的红外线，优选的为1.5μm～400μm的远红外线。
红外电热涂层122优选的由远红外电热油墨、陶瓷粉末和无机粘合剂充分搅拌均匀后涂覆在基体121的外表面上，然后烘干固化一定的时间，红外电热涂层122的厚度为30μm-50μm；当然，红外电热涂层122还可以由四氯化锡、氧化锡、三氯化锑、四氯化钛以及无水硫酸铜按一定比例混合搅拌后涂覆到基体121的外表面上；或者为碳化硅陶瓷层、碳纤维层、碳纤维复合层、锆钛系氧化物陶瓷层、锆钛系氮化物陶瓷层、锆钛系硼化物陶瓷层、锆钛系碳化物陶瓷层、铁系氧化物陶瓷层、铁系氮化物陶瓷层、铁系硼化物陶瓷层、铁系碳化物陶瓷层、稀土系氧化物陶瓷层、稀土系氮化物陶瓷层、稀土系硼化物陶瓷层、稀土系碳化物陶瓷层、镍钴系氧化物陶瓷层、镍钴系氮化物陶瓷层、镍钴系硼化物陶瓷层、镍钴系碳化物陶瓷层或高硅分子筛陶瓷层中的一种；红外电热涂层还可以是其他材料涂层，例如：以碳为部分或全部组成元素的衍生物和化合物，包括但不限于碳纳米管、碳纳米管薄膜、石墨烯、碳纤维、碳纤维薄膜、碳膜、碳纤维布。
导电元件，包括间隔设置于基体121上的第一电极123和第二电极124，用于将所述电功率馈送至红外电热涂层122。
第一电极123和第二电极124均至少部分地与红外电热涂层122电性连接，以使得电流可以经由红外电热涂层122从其中一个电极流向另一个电极。第一电极123和第二电极124的极性相反，例如：第一电极123为正极、第二电极124为负极；或者，第一电极123为负极、第二电极124为正极。
在本示例中，第一电极123和第二电极124均为导电涂层，导电涂层可以为金属涂层或导电胶带等，金属涂层可以包括银、金、钯、铂、铜、镍、钼、钨、铌或上述金属合金材料。
在本示例中，第一电极123和第二电极124沿基体121的中心轴对称设置。
第一电极123包括沿基体121周向方向延伸的藕接电极1231以及自藕接电极1231朝向所述近端轴向方向延伸的条形电极1232，藕接电极1231不与红外电热涂层122接触，条形电极1232至少部分与红外电热涂层122接触以形成电连接。
第二电极124包括沿基体121周向方向延伸的藕接电极1241以及自藕接电极1241朝向近端A轴向方向延伸的条形电极1242，藕接电极1241不与红外电热涂层122接触，条形电极1242至少部分与红外电热涂层122接触以形成电连接。
由上述可以看出，条形电极1232和条形电极1242之间分布距离均匀，可确保红外电热涂层122发热均匀，提升烟具的加热效率。藕接电极1231和藕接电极1241的设置，便于与电芯13藕接，且避免了一端连接的导线需要经过发热区域导致导线容易损坏的问题。
进一步地，请参考图2所示，气溶胶生成装置100还包括套接在基体121外的隔热管15。隔热管15具有径向方向设置的内管和外管，内管和外管之间形成密封空间，密封空间内可以抽真空、填充气体以及隔热材料等等。气体包括但不限于惰性气体、空气、二氧化碳等，隔热材料包括但不限于气凝胶、云母片、云母管、氧化铝微孔陶瓷、堇青石、岩棉板或岩棉毡等低导热率的材料。
需要说明的是，由红外电热涂层122、第一电极123和第二电极124构成的红外发射器，并不限于图3的示例。在其他示例中，红外发射器可由热激发的红外辐射层形成、或者由可卷绕在基体121上的薄膜构造形成等等。
还需要说明的是，上述示例中，加热器12是以红外加热方式进行说明。在其他示例中，加热器12的加热方式还可以是电阻加热、电磁加热等等，并不限于此。
请再参考图2所示，气溶胶生成装置100还包括排热装置16。
排热装置16，设置在空气入口102、腔室11以及通孔之间101延伸的气体流动路径(图中的虚线箭头所示)上。具体地，排热装置16，设置在空气入口102与腔室11之间，排热装置16被构造成在启动工作之后，排出的气流方向是朝向通孔101的，即图中的虚线箭头所示方向。可以理解的，排出的气流方向朝向空气入口102也是可行的。排出的气流方向朝向通孔101，可以有利地将气溶胶生成制品中的水成分排出壳体外。排热装置16可以为风扇或者类似装置。
电路14，被配置为在加热器12启动加热之后至加热器12进入抽吸阶段之前，控制排热装置16启动工作以将加热产生的热空气沿着气体流动路径排出壳体10外。
请参考图4所示，一般的，加热器12随时间的温度变化曲线包括升温阶段、保温阶段以及抽吸阶段。
升温阶段，加热器12的温度从初始温度T0(或者环境温度)升高至最大工作温度T1。一般地，T1可以为150℃-400℃。
保温阶段，加热器12的温度在预设目标温度T1下保持一段时间，以使得气溶胶形成基质得到充分的预热，提升用户的抽吸口感。
升温阶段持续时间为t0～t2，保温阶段的持续时间为t2～t3，t0～t3即为加热器12的预热时间。一般地，加热器12的预热时间为5秒～30秒。
抽吸阶段，加热器12的温度从最大工作温度T1下降到期望工作温度T2，期望工作温度T2为气溶胶形成基质产生气溶胶的最佳温度。一般地，T2可以为150℃-350℃。在该阶段，加热器12的温度一般保持为期望工作温度T2或者在期望工作温度T2上下波动，t4～t5为保持时间。
需要说明的是，加热器12的加热曲线并不限于图4情形。在其他示例中，加热器12的加热曲线只有升温阶段和抽吸阶段，也是可行的。
基于图4可知，为了避免了抽吸者在抽吸第一口时感觉烟气温度较高，导致灼痛感的问题，电路14应该在抽吸阶段之前(t3或者t4时间点)控制排热装置16启动工作以将加热产生的热空气沿着气体流动路径排出壳体10外。
在一示例中，气溶胶生成装置100还包括用于检测加热器12的温度信息的温度检测装置(附图未示出)；
电路14，被配置为在加热器12启动加热之后，获取所述温度检测装置检测到的加热器12的温度信息；在加热器12的温度达到预设温度时，控制排热装置16启动工作以将加热产生的气溶胶沿着气体流动路径排出壳体10外。
其中，所述预设温度小于加热器12的最大工作温度T1，即在t2时间点之前控制排热装置16启动工作以将加热产生的气溶胶沿着气体流动路径排出壳体10外。
在一示例中，电路14，被配置为在加热器12启动加热之后，对加热器12的加热时间进行计时；在加热器12的加热时间达到预设时间时，控制排热装置16启动工作以将加热产生的气溶胶沿着所述气体流动路径排出壳体10外。
其中，所述预设时间小于加热器12的温度从初始温度上升到最大工作温度的持续时间。即在t2时间点之前控制排热装置16启动工作以将加热产生的气溶胶沿着气体流动路径排出壳体10外。
进一步地，在t10时刻，加热器12的加热温度T10使得烟支中的大部分水分均已蒸发，因此在t10时刻，即可控制排热装置16启动工作以将加热产生的热空气沿着气体流动路径排出壳体10外，这样可避免临近抽吸阶段时将加热产生的气溶胶沿着气体流动路径排出壳体10外，导致抽吸者在抽吸第一口时感觉烟雾量小、降低抽吸体验的问题。一般的，T10可以为80℃-200℃。
进一步地，电路14，还被配置为在抽吸者可对气溶胶生成装置100进行抽吸时，控制排热装置16停止工作。即在用户抽吸时(t4～t5期间)，排热装置16停止工作，此时用户即可抽吸到温度相对较低的烟气。
需要说明的是，排热装置16停止工作并不限于此种情形。例如：在排热装置16运行一段时间之后即停止工作，并不用等待抽吸者可对气溶胶生成装置100进行抽吸时才停止工作。很容易想象得到的，在排热装置16的工作期间，排热装置16的工作功率也是可调的，即可以一定的工作功率控制排热装置16运行一定的时间。
基于气溶胶生成装置100，本申请进一步提供一种气溶胶生成装置的控制方法，所述方法包括：
在加热器12启动加热之后至加热器12进入抽吸阶段之前，控制排热装置16启动工作以将加热产生的热空气沿着气体流动路径排出壳体10外；
其中，加热器12的温度变化曲线至少包括升温阶段和抽吸阶段。
图5是本申请实施例提供的气溶胶生成装置的控制过程示意图。气溶胶生成装置的控制过程包括步骤：
S31、在烟支插入腔室11之后，即可控制加热器12启动加热；
S32、获取温度传感器检测到的加热器12的温度信息；
S33、判断加热器12的是否大于或者等于预设温度？
S34、若加热器12的大于或者等于预设温度，则控制排热装置16启动工作；否则继续执行步骤S32(步骤S35)；
S36、排热装置16将加热产生的气溶胶沿着气体流动路径排出壳体10外；
S37、判断加热器12是否进入抽吸阶段？
S38、若加热器12进入抽吸阶段，则控制排热装置16停止工作；否则继续执行步骤S37(步骤S39)；
S40、用户开始抽吸。
需要说明的是，本申请的说明书及其附图中给出了本申请的较佳的实施例，但是，本申请可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本申请内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本申请说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本申请所附权利要求的保护范围。
Claims (11)
1.一种气溶胶生成装置，用于加热气溶胶形成基质以生成供吸食的气溶胶；其特征在于，包括：
壳体，具有通孔以及空气入口；
腔室，所述气溶胶形成基质可通过所述通孔接收于所述腔室或者从所述腔室移除；
加热器，用于加热接收于所述腔室的气溶胶形成基质；
排热装置，设置在所述空气入口与所述通孔之间延伸的气体流动路径上；
电路，被配置为在所述加热器启动加热之后至所述加热器进入抽吸阶段之前，控制所述排热装置启动工作以将加热产生的热空气沿着所述气体流动路径排出所述壳体外；其中，所述加热器的温度变化曲线至少包括升温阶段和抽吸阶段。
2.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述壳体具有相对的近端和远端；
所述通孔设置在所述壳体的近端，所述空气入口设置在所述壳体的远端。
3.根据权利要求2所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述排热装置设置在所述空气入口与所述腔室之间。
4.根据权利要求1-3任一所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述排热装置被构造成在启动工作之后，排出的气流方向是朝向所述通孔的。
5.根据权利要求1-4任一所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述气溶胶生成装置还包括用于检测所述加热器的温度信息的温度检测装置；
所述电路，被配置为在所述加热器启动加热之后，获取所述温度检测装置检测到的所述加热器的温度信息；在所述加热器的温度达到预设温度时，控制所述排热装置启动工作以将加热产生的气溶胶沿着所述气体流动路径排出所述壳体外。
6.根据权利要求5所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述预设温度小于所述加热器的最大工作温度。
7.根据权利要求1-4任一所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述电路，被配置为在所述加热器启动加热之后，对所述加热器的加热时间进行计时；在所述加热器的加热时间达到预设时间时，控制所述排热装置启动工作以将加热产生的气溶胶沿着所述气体流动路径排出所述壳体外。
8.根据权利要求7所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述预设时间小于所述加热器的温度从初始温度上升到最大工作温度的持续时间。
9.根据权利要求1-8任一所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述电路，还被配置为在抽吸者可对所述气溶胶生成装置进行抽吸时，控制所述排热装置停止工作。
10.根据权利要求1-9任一所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述加热器包括：
基体，具有一表面；
红外发射器，设置在所述表面上；所述红外发射器用于产生红外线以辐射加热接收于所述腔室的气溶胶形成基质。
11.一种气溶胶生成装置的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
在加热器启动加热之后至所述加热器进入抽吸阶段之前，控制排热装置启动工作以将加热产生的热空气沿着气体流动路径排出壳体外；
其中，所述加热器的温度变化曲线至少包括升温阶段和抽吸阶段。
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