CN117356765A - 一种气溶胶生成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气溶胶生成装置，包括：壳体，壳体内部设置有加热腔室，加热腔室用于容置气溶胶生成制品；壳体上部具有用于供气溶胶生成制品插入的上开口；感应线圈，包括至少一个绕组，用于生成波动电磁场；绕组的外接圆直径为D1，内切圆直径为D2；感应发热体，位于波动电磁场内，用于将电磁能量转换成热；感应发热体的外接圆直径为d1，内切圆直径为d2；电源以及控制元件；其中，所述感应线圈和所述感应发热体被配置成满足以下条件：1.4≤D2/d1≤3或1.8≤D1/d2≤3.5。本发明通过优化气溶胶生成装置中感应线圈和感应发热体的结构以及二者的尺寸匹配关系，提高升温效率，加热更加均匀，优化抽吸体验。
Description
技术领域
本发明属于新型烟草技术领域，特别涉及一种感应加热气溶胶生成装置。
背景技术
近年来，随着人们对健康的日益关注，人们都意识到传统卷烟对健康有一定的危害，传统卷烟对健康及环境的影响问题开始逐步受到世界各国的重视。
目前市面上的加热卷烟的器具主要利用电阻加热的原理，加热方式主要有内芯加热、外围加热和内外混合加热。内芯加热的烟具，由于要使气溶胶生成制品便于插入，通常使用针式的发热体，其发热体的截面面积需要较小，使得气溶胶生成制品在加热的过程中，靠近发热体的烟媒被过度加热，而远离发热体的烟媒难以被加热，使得气溶胶生成制品加热不均匀。
电磁感应加热是利用电磁感应的方法，使被加热的材料的内部产生电涡流，依靠这些涡流的能量达到加热目的。电磁感应加热的过程实际上是电磁感应过程和热传导过程的综合体现，其中的电磁感应过程具有主导作用。它影响并在一定程度上决定着热传导过程。热传导过程中所需要的热能量实际上是由电磁感应过程中所产生的涡流功率所提供。电磁感应加热作为一种非接触加热方式，感应发热体不需要与加热控制部件电连接，因此设计的自由度较大，十分适合应用于新型烟草制品领域。电磁感应加热原理中关键的组件包括具有感应线圈的感应发射器和作为感应发热体的感受器。目前常见的电磁感应加热的气溶胶生成装置为中心加热方式，也即为外周环绕电磁感应热射器，中心位置存在一针式感受器。此类感受器与气溶胶生成物质中的烟草物质接触面小，加热过于集中，存在烘烤速率慢，加热不够均匀，感应发热体与烟草物质相接触的位置易过度加热等问题，从而严重抽吸体验。相比之下，管状感受器可以很好的解决上述问题，管状感受器与气溶胶生成制品基质部接触面积更大，加热更加充分均匀，但是相比于传统针式感受器，管状感受器体积更大，在气溶胶生成制品整体体积较小的前提下，需要对管状感受器的设置进行优化。
因此，有必要设计一款应用电磁感应加热原理进行高效加热并且抽吸体验好、功耗较低的加热卷烟烟具。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种全新的气溶胶生成装置，能够通过感应加热方式加热气溶胶生成制品，以产生供用户抽吸的气溶胶。本发明能够提升加热效率，加快加热速度。
本发明采用下述技术方案：
一种气溶胶生成装置，其特征在于，包括：
壳体，壳体内部设置有加热腔室，加热腔室用于容置气溶胶生成制品；壳体上部具有用于供气溶胶生成制品插入的上开口；
感应线圈，设置在加热腔室外周，包括至少一个绕组，用于生成波动电磁场；绕组的外接圆直径为D1，内切圆直径为D2；
感应发热体，设置在加热腔室，并位于波动电磁场内，用于将电磁能量转换成热；感应发热体的外接圆直径为d1，内切圆直径为d2；
电源，设置在壳体上，与感应线圈连接，电源被配置成将高频电流提供到感应线圈，在使用中感应线圈产生波动电磁场以使感应发热体发热且进而加热气溶胶形成制品；
控制元件，设置在壳体上，控制所述电源将所述高频电流提供到所述感应线圈；
其中，所述感应线圈和所述感应发热体被配置成满足以下条件：
1.4≤D2/d1≤3或1.8≤D1/d2≤3.5。
优选的，所述感应线圈和所述感应发热体被配置成满足以下条件：
1.7≤(D1+D2)/(d1+d2)≤2.5。
优选的，所述感应线圈和所述感应发热体被配置成满足以下条件：
(D1+D2)/(d1+d2)＝2。
优选的，所述感应发热体与感应线圈同心设置。
优选的，所述电磁感应线圈和/或所述感应发热体周向截面为圆形。
优选的，所述电磁感应线圈和/或所述感应发热体周向截面为多边形。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明通过优化气溶胶生成装置中感应线圈和感应发热体的结构以及二者的尺寸匹配关系，提高升温效率，加热更加均匀，优化抽吸体验。
附图说明
图1是本发明实施例一的加热腔室和气溶胶生成制品的剖面图；
图2是图1中的加热腔室的剖面图；
图3是本发明实施例二的加热腔室和气溶胶生成制品的剖面图；
图4是图3中的加热腔室的剖面图；
图5是不同耦合系数下感应发热体温升仿真模拟图。
其中，附图标记说明如下：
加热腔室：1
感应线圈：110
上开口：120
感应发热体：130，130’
气溶胶生成制品：2
气溶胶生产基质：210
嘴端组件：220
感应发热体外径：d1；
感应发热体内径：d2；
感应线圈外径：D1；
感应线圈内径：D2。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合示例性实施例来详细说明本发明。
实施例一
如图1和图2所示，本发明的气溶胶生成装置(即烟具)包括电源(未示出)、控制元件(未示出)和加热腔室1，电源和控制元件设置在气溶胶生成装置的壳体(未示出)中，加热腔室1在工作时用于收容气溶胶生成制品2(即气溶胶生成制品)。加热腔室1周围包括用于发射能量的感应线圈110、用于接收能量的感应发热体130、130’(即感受器)、供气溶胶生成制品2插入的上开口120。
感应发热体130为中空圆柱管状结构，感应发热体130与感应线圈110同心设置。感应发热体130内部构成加热腔室1，当气溶胶生成制品2收容于加热腔室1内部时，感应发热体130包容气溶胶生成制品2的气溶胶生成基质210。
该实施方式中，感应线圈110的外径为D1，内径为D2；感应发热体130外径为d1，内径为d2。
电磁线圈直径与发热体间距相关参数试验：
实验准备：
绕制5PCS不同直径的感应线圈110，感应线圈110的高度为50mm,感应线圈110内外径的平均值(D1+D2)/2分别为10mm/12mm/14mm/16mm/18mm；
绕制感应线圈110的材质为铜线，规格为多股线股；
线圈的匝数为8匝，匝间距为0，紧密绕制；
坡莫合金环形管感应发热体130，规格：外径*高度*壁厚5.86mm*40mm*0.08mm。
测试仪器：LCR表一台，功率计一台
测试要求：
1.分别测试不同直径感应线圈110的电感量L,直流电阻R,交流电阻Rs,品质因数Q。
2.将坡莫合金环形管感应发热体130放置感应线圈110正中，分别测试不同直径感应线圈110的电感量L,直流电阻R,交流电阻Rs,品质因数Q。
3.分别将不同直径的感应线圈110与玻莫合金环形管感应发热体130接入同一个串联谐振驱动电路，使坡莫合金环形管加热至相同温度并维持210秒，通过功率计记录输入能量。
测试结果
表1：空线圈电气参数
| (D1+D2)/2 | 10mm | 12mm | 14mm | 16mm | 18mm |
| 直流电阻R(Ω) | 0.03 | 0.33 | 0.036 | 0.039 | 0.042 |
| 交流电阻Rs(Ω) | 0.032 | 0.036 | 0.041 | 0.044 | 0.051 |
| 电感量L | 1.829 | 2.734 | 3.623 | 4.745 | 5.443 |
| Q | 50 | 50 | 65 | 70 | 74 |
表2：有载线圈电气参数
测试发现感应线圈与感应发热体的间距不同会导致电气参数会有单调性变化，但变化的斜率会有不同。
感应发热体130与感应线圈110的耦合系数与二者尺寸以及线圈匝数有关：
其中N为线圈匝数。
当线圈匝数为8时，可以推算出：
表3感应发热体与感应线圈的耦合系数与二者尺寸关系表
| K | N | (d1+d2)/2 | (D1+D2)/2 |
| 0.255442325 | 8 | 5.78 | 8 |
| 0.227059844 | 8 | 5.78 | 9 |
| 0.20435386 | 8 | 5.78 | 10 |
| 0.185776236 | 8 | 5.78 | 11 |
| 0.170294883 | 8 | 5.78 | 12 |
| 0.157195277 | 8 | 5.78 | 13 |
| 0.145967043 | 8 | 5.78 | 14 |
| 0.136235907 | 8 | 5.78 | 15 |
| 0.127721162 | 8 | 5.78 | 16 |
| 0.120208153 | 8 | 5.78 | 17 |
| 0.113529922 | 8 | 5.78 | 18 |
参见图5，为仿真不同耦合系数下发热体温升情况，可知耦合系数越高感应发热体130温升越高，感应发热体130温升与耦合系数成正比关系，但是感应发热体130与感应线圈间距越小，则发热体向线圈传递的热能越快，因此会导致产品整机的能耗增加，所以发热体与加热线圈的间距存在一个合理的尺寸使产品的整机的能耗在一个最优范围。
根据表1中的感应线圈，分别制作5组气溶胶生成装置进行加热测试。在25℃的环境温度下进行能耗测试，并且5组装置均采用统一温度曲线，将感应发热体加热至250℃。
测试结果如表4所示：
表4测试结果
表4中“一个工作循环的能耗”是指加热部30使一支气溶胶生成制品60完全耗尽的过程中的总能耗。
由表4可得，感应线圈110的内外径与感应发热体130的内外径存在比例关系，二者被配置成满足以下条件：1.4≤D2/d1≤3或1.8≤D1/d2≤3.5；
优选地，当感应线圈110的内外径与感应发热体130的内外径符合1.7≤(D1+D2)/(d1+d2)≤2.5时，能耗较小。
更优选地，(D1+D2)/(d1+d2)＝2时，能耗更小。
上述实施方式中感应发热体130环绕在气溶胶生成制品2的外围进行加热，该状态下的加热面积相较常规针式感应发热体更大，加热更均匀。并且符合上述尺寸关系的感应线圈110与感应发热体130加热效率更高。
实施例二
在如图3和4所示的本发明另一种具体实施方式中，感应发热体130’为中空圆柱管状结构，感应发热体130’与感应线圈110同心设置。感应发热体130’设置在加热腔室1内部，当气溶胶生成制品2收容于加热腔室1内部时，感应发热体130’插入气溶胶生成制品2的气溶胶生成基质210中。
上述实施方式中感应发热体130’插入气溶胶生成制品2的内部进行加热，其中空圆柱体结构使得加热面积相较常规针式感应发热体更大，而且可以同时对感应发热体130’内外两侧的气溶胶生产基质210进行加热，热效率更高。容易理解的是，该结构中感应发热体130’与感应线圈110的尺寸关系也符合上述实验中的规律。
感应线圈110具有磁场轴线，感应线圈110整体上布置成包围加热腔室和感应发热体130、130’的至少一部分，电源连接至感应线圈110并且构造成在控制器的控制下向感应线圈110提供高频电流。在工作时，电源向感应线圈110提供高频电流感应，从而在感应发热体130、130’中产生感应电场并形成感应电流，感应发热体130、130’发热后加热气溶胶生成制品2中的气溶胶生成基质210。使用者通过嘴端组件220对气溶胶生成制品2进行吸食。
除上述实施方式中提到的总体呈中空圆柱形感应发热体130、130’，该尺寸关系还可以应用于感应发热体130为规则或不规则的各类中空主体的结构中。例如上开口的中空长方体、中空三棱柱等。
此外，感应线圈110和感应发热体130、130’沿轴向的截面形状、截面面积也可以随着轴线位置而发生变化。
感应发热体的长度尺寸地大于其宽度尺寸或其厚度尺寸，例如大于其宽度尺寸或其厚度尺寸的两倍。因此可以被描述为伸长的感应发热体。感应发热体可以大致纵向地布置在气溶胶生成基质210内。这意味着伸长的感应发热体的长度尺寸布置成近似平行于气溶胶生成基质210的纵向方向，例如在平行于气溶胶生成基质210的纵向方向的加减10度以内。
感应发热体130，130’可以采用能够通过感应方式加热至足以使气溶胶形成基质210生成气溶胶的温度的任何材料制成。具体地，可能包括铁磁性材料，例如铁素体、铁磁性钢或不锈钢。
综上，本发明通过优化气溶胶生成装置中感应线圈和感应发热体的结构以及二者的尺寸关系，提高升温效率，加热更加均匀，优化抽吸体验。
这里基于的术语和表述方式只是用于描述，本专利并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。
同样，需要指出的是，虽然本专利已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本专利，在没有脱离本专利精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本专利的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本专利的权利要求书的范围内。
Claims (6)
1.一种气溶胶生成装置，其特征在于，包括：
壳体，壳体内部设置有加热腔室，加热腔室用于容置气溶胶生成制品；壳体上部具有用于供气溶胶生成制品插入的上开口；
感应线圈，设置在加热腔室外周，包括至少一个绕组，用于生成波动电磁场；绕组的外接圆直径为D1，内切圆直径为D2；
感应发热体，设置在加热腔室，并位于波动电磁场内，用于将电磁能量转换成热；感应发热体的外接圆直径为d1，内切圆直径为d2；
电源，设置在壳体上，与感应线圈连接，电源被配置成将高频电流提供到感应线圈，在使用中感应线圈产生波动电磁场以使感应发热体发热且进而加热气溶胶形成制品；
控制元件，设置在壳体上，控制所述电源将所述高频电流提供到所述感应线圈；
其中，所述感应线圈和所述感应发热体被配置成满足以下条件：
1.4≤D2/d1≤3或1.8≤D1/d2≤3.5。
2.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述感应线圈和所述感应发热体被配置成满足以下条件：
1.7≤(D1+D2)/(d1+d2)≤2.5。
3.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述感应线圈和所述感应发热体被配置成满足以下条件：
(D1+D2)/(d1+d2)＝2。
4.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述感应发热体与感应线圈同心设置。
5.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述电磁感应线圈和/或所述感应发热体周向截面为圆形。
6.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其特征在于，所述电磁感应线圈和/或所述感应发热体周向截面为多边形。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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