TW201433272A - 受熱型氣溶膠產生裝置及用於產生具有一致性質的氣溶膠之方法 - Google Patents

Abstract

提供一在氣溶膠產生裝置中之控制氣溶膠製造的方法，該裝置包括：一加熱器，其包括至少一個加熱元件，該加熱元件係配置為加熱一氣溶膠形成基質；及一電源，其係用於提供電力給該加熱元件，該方法包含以下步驟：控制提供給該加熱元件的該電力，以致在一第一相中，提供電力致使該加熱元件的溫度從一初始溫度增加至一第一溫度，在一第二相中，提供電力致使該加熱元件的溫度下降為低於該第一溫度，且在一第三相中，提供電力致使該加熱元件的溫度再次增加。在該加熱程序之一最終相期間增加該加熱元件的溫度，減少或防止氣溶膠輸送隨時間減少。

Description

受熱型氣溶膠產生裝置及用於產生具有一致性質的氣溶膠之方法

本發明係關於一氣溶膠產生裝置及用於藉由加熱一氣溶膠形成基質來產生氣溶膠的方法。特別地，本發明係關於一用於從一氣溶膠形成基質產生氣溶膠的裝置及方法，所產生的氣溶膠在經過一段時間的持續或重複加熱該氣溶膠形成基質後具有一致且需要的性質。

藉由加熱氣溶膠形成基質來操作的氣溶膠產生裝置在此項技藝中為已知，且包括例如受熱型吸煙裝置(heated smoking device)。WO2009/118085敘述一受熱型吸煙裝置，在其中加熱一基質來產生氣溶膠，同時將溫度控制在所需的溫度範圍內，以防止基質燃燒。

需要氣溶膠產生裝置能夠製造隨時間變化仍為一致的氣溶膠。其尤指當氣溶膠係用於人類消耗的情況，例如，在受熱型吸煙裝置中。在隨時間持續或重複地加熱可耗用基質之裝置中，此可為困難的，因為氣溶膠形成基質的性質可隨著持續或重複的加熱而顯著改 變，既與基質中剩餘之氣溶膠形成成分的量及分佈相關，且亦與基質溫度相關。特別地，由於基質耗乏掉傳送尼古丁或在某些情況下傳送香味的氣溶膠形成劑，持續或重複加熱裝置的使用者可體驗到香味、味道及氣溶膠的感覺變淡。因此，隨時間變化提供一致的氣溶膠輸送，以致在操作期間，首先輸送的氣溶膠本質上可比最終輸送的氣溶膠。

本揭示內容之一目標在於提供一氣溶膠產生裝置及系統，其提供在經過一段時間的持續或重複加熱氣溶膠形成基質後，性質更為一致的氣溶膠。

在一第一實施態樣中，本揭示內容提供在一氣溶膠產生裝置中控制氣溶膠製造的方法，該裝置包括：一加熱器，其包括至少一個加熱元件，該加熱元件係配置為加熱一氣溶膠形成基質；及一電源，其係用於提供電力給該加熱元件，該方法包含以下步驟：控制提供給該加熱元件的該電力，以致在一第一相中，提供電力致使該加熱元件的溫度從一初始溫度增加至一第一溫度，在一第二相中，提供電力致使該加熱元件的溫度減少至一低於該第一溫度的第二溫度，且在一第三相中，提供電力致使該加熱元件的溫度增加至一大於該第二溫度的第三溫度。

如此處所用，一「氣溶膠產生裝置」係關於一裝置，其與一氣溶膠形成基質交互作用，以產生氣溶 膠。該氣溶膠形成基質可為一氣溶膠產生物品的一部分，例如，一吸煙物品的一部分。一氣溶膠產生裝置可為與一氣溶膠產生物品之一氣溶膠形成基質交互作用而產生氣溶膠的吸煙裝置，該氣溶膠係通過使用者的嘴部直接吸入使用者的肺內。一氣溶膠產生裝置可為一煙嘴。

如此處所用，「氣溶膠形成基質」一詞係關於能夠釋放可形成氣溶膠之揮發性化合物的基質。這類揮發性化合物可藉由加熱該氣溶膠形成基質來釋放。一氣溶膠形成基質可方便地為一氣溶膠產生物品或吸煙物品的一部分。

如此處所用，「氣溶膠產生物品」及「吸煙物品」這些詞指的是包括能夠釋放可形成氣溶膠之揮發性化合物之氣溶膠形成基質的物品。舉例來說，一氣溶膠產生物品可為吸煙物品，其產生通過使用者嘴部直接吸入使用者肺內的氣溶膠。一氣溶膠產生物品可為可拋棄式。此後通常使用「吸煙物品」一詞。一吸煙物品可為或可包括煙草棒(Tobacco stick)。

藉由重複或持續地加熱基質來產生氣溶膠之現存的氣溶膠產生裝置典型係受控為隨時間達成單一恆定溫度。不過，在加熱的情況下，氣溶膠形成基質變得耗乏，亦即，基質中之關鍵氣溶膠成分的量減少，其意指針對給定溫度之減少的氣溶膠生成。此外，隨著氣溶膠形成基質中的溫度達到穩態，氣溶膠輸送會因為熱擴散效應減少而減少。結果，就關鍵氣溶膠成分(例如，在受熱型吸煙裝置的情況下為尼古丁)測量得到的氣溶膠 輸送隨時間減少。在加熱程序的最終相期間增加加熱元件的溫度，減少或防止氣溶膠輸送隨時間減少。

在此背景中，持續或重複地加熱意指加熱基質或一部分的基質，以在一段持續時間(典型超過5秒，並可延伸至超過30秒)內產生氣溶膠。在受熱型吸煙裝置或使用者在其上抽吸以從裝置抽出氣溶膠之其他裝置的背景中，此意指在包括複數個使用者抽吸的一段時間內加熱基質，以便持續產生氣溶膠，無關使用者是否在裝置上抽吸。也就是在此背景中，基質的耗乏變成重要的問題。此係與瞬間加熱(flash heating)形成對比，在瞬間加熱中，其對每一次的使用者抽吸加熱一分開的基質或部分的基質，使得對超過一次的抽吸係沒有對部分的基質加熱，其中，一次抽吸的持續時間係接近2至3秒的長度。

如此處所用，「抽吸」及「吸入」這些詞係可互換地使用，並意指使用者通過嘴部或鼻子將氣溶膠吸入體內的動作。吸入包括將氣溶膠吸入使用者肺內的狀況，且亦包括氣溶膠在從使用者的身體排出之前僅吸入使用者口腔或鼻腔的狀況。

選擇第一、第二及第三溫度，以致在第一、第二及第三相期間持續地產生氣溶膠。第一、第二及第三溫度較佳地基於相當於基質中存在之氣溶膠形成劑之揮發溫度的溫度範圍來判定。舉例來說，若使用甘油作為氣溶膠形成劑，則使用不超過攝氏290及320度之間的溫度(亦即，高於甘油沸點的溫度)。在第二相期間可 提供電力給加熱元件，以確保溫度不會下降到低於最小可允許的溫度。

在第一相中，加熱元件的溫度升高到第一溫度，在此溫度下，從氣溶膠形成基質產生氣溶膠。在許多裝置中，特別是在受熱型吸煙裝置中，需要在啟動裝置後儘快地產生具有所需成分的氣溶膠。針對受熱型吸煙裝置之令人滿意的消費者經驗，咸認為「至第一次抽吸的時間」為其關鍵。消費者不希望在裝置啟動之後必須經過長時間的等待才能開始第一次抽吸。為此原因，在第一相中，可供應電力給加熱元件，以使其盡快地升高至第一溫度。第一溫度可選擇為處於可允許的溫度範圍內，但可選擇為接近最大可允許溫度，以產生用於初始輸送給消費者之令人滿意的氣溶膠量。在裝置操作的初始週期期間，氣溶膠的輸送可由於裝置內的凝結而減少。

可允許的溫度範圍取決於氣溶膠形成基質。氣溶膠形成基質在不同溫度下釋放一系列的揮發性化合物。從氣溶膠形成基質釋放的一些揮發性化合物僅通過加熱程序形成。每一揮發性化合物將在高於特徵釋放溫度時釋放。藉由將最大操作溫度控制在低於一些揮發性化合物的釋放溫度，可避免這些成分的釋放或形成。亦可選擇最大操作溫度，以確保在正規操作條件下不會發生基質燃燒。

可允許的溫度範圍可具有介於攝氏240及340度之間的下限以及介於攝氏340及400度之間的上 限，並可較佳地介於攝氏340及380度之間。第一溫度可介於攝氏340及400度之間。第二溫度可介於攝氏240及340度之間，且較佳地介於攝氏270及340度之間，而第三溫度可介於攝氏340及400度之間，且較佳地介於攝氏340及380度之間。第一、第二及第三溫度之任一個的最大操作溫度較佳的是不超過用於存在習知、點燃端香煙中之不需要的化合物的燃燒溫度或接近攝氏380度。

有利地執行控制提供給加熱元件之電力的步驟，以便在第二相中以及在第三相中使加熱元件的溫度維持在可允許或所需的溫度範圍內。

對於判定從第一相過渡至第二相以及同等地從第二相過渡至第三相的時間有若干可能性。在一實施例中，第一相、第二相及第三相可各自具有預定的持續時間。在此實施例中，啟動裝置後的時間係用於判定第二及第三相何時開始及結束。作為一替代例，第一相可在加熱元件一達到第一目標溫度的同時便結束。在另一替代例中，第一相係基於加熱元件達到第一目標溫度後之一預定時間結束。在另一替代例中，第一相及第二相可基於啟動後輸送給加熱元件的總能量而結束。尚在另一替代例中，可將裝置配置為偵測使用者抽吸(例如，使用專用的流量感測器)，且第一及第二相可在預定數目的抽吸之後結束。當明白這些選項之一組合可使用，並可施加至任兩相之間的過渡。亦當明白加熱元件可具有超過三個不同的操作相。

當第一相結束時，第二相開始，並控制至加熱元件的電力，以便降低加熱元件的溫度至低於第一溫度，但仍處於可允許之溫度範圍內的第二溫度。此降低加熱元件的溫度是需要的，因為隨著裝置與基質變熱，凝結減少，且氣溶膠的輸送針對給定的加熱元件溫度增加。在第一相之後，亦可需要降低加熱元件的溫度，以減少基質燃燒的可能性。此外，降低加熱元件的溫度減少氣溶膠產生裝置所消耗之能量的量。此外，在裝置操作期間改變加熱元件的溫度容許將時間調變的熱梯度引入基質之中。

在第三相中，加熱元件的溫度增加。隨著基質在第三相期間變得越來越耗乏，可需要持續增加溫度。在第三相期間增加加熱元件的溫度補償由基質耗乏及減少的熱擴散所引起之氣溶膠輸送的減少。不過，在第三相期間增加加熱元件的溫度可具有任何所需的時間分佈，並可取決於裝置及基質幾何、基質組成物及第一和第二相的持續時間。較佳的是在整個第三相期間讓加熱元件的溫度維持在可允許的範圍內。在一實施例中，執行控制至加熱元件之電力的步驟，以便在第三相期間持續地增加加熱元件的溫度。

控制至加熱元件之電力的步驟可包含測量加熱元件的溫度或接近加熱元件的溫度，以提供測量溫度；執行測量溫度與目標溫度的比較；及基於比較結果調整提供給加熱元件的電力。在裝置啟動之後，目標溫度較佳地隨時間改變，以提供第一、第二及第三相。舉 例來說，在第一相期間，目標溫度可為第一目標溫度，在第二相期間，目標溫度可為第二目標溫度，且在第三相期間，目標溫度可為第三目標溫度，其中第三目標溫度隨時間逐漸增加。當明白在第一、第二及第三操作相的限制內，目標溫度可選擇為具有任何所需的時間分佈。

加熱元件可為電阻式加熱元件，且控制提供給加熱元件之電力的步驟可包含判定加熱元件的電阻；及依據所判定的電阻調整供應給加熱元件的電流。加熱元件的電阻指示其溫度，且因此所判定的電阻可與目標電阻相比較，並相應地調整所提供的電力。可使用PID控制迴路將所判定的溫度帶至目標溫度。此外，可使用用於溫度感測而非偵測加熱元件電阻的機構，例如，雙金屬帶、熱電耦或與加熱元件電隔離的專用熱阻器或電阻元件。除了藉由監控加熱元件的電阻來判定溫度之外或者代替藉由監控加熱元件的電阻來判定溫度，可使用這些替代的溫度感測機構。舉例來說，分開的溫度感測機構可用於控制機構中，以用於在加熱元件的溫度超過可允許的溫度範圍時切斷至加熱元件的電力。

該方法可進一步包含識別氣溶膠形成基質之特性的步驟。控制電力的步驟之後可依據所識別的特性進行調整。舉例來說，針對不同基質可使用不同的目標溫度。

在本發明之一第二實施態樣中，提供一以電力操作的氣溶膠產生裝置，該裝置包括：至少一個加熱元件，其係配置為加熱一氣溶膠形成基質，以產生一氣 溶膠；一電源供應，其係用於供應電力給該加熱元件；及電路系統，其係用於控制從該電源供應至該至少一個加熱元件的電力供應，其中該電路系統係安排為：控制提供給該加熱元件的該電力，以致在一第一相中，該加熱元件的溫度從一初始溫度增加至一第一溫度，在一第二相中，該加熱元件的溫度下降至低於該第一溫度，且在一第三相中，該加熱元件的溫度再次增加，其中電力在該第一、第二及第三相期間係持續供應。

用於每一相之持續時間及加熱元件在每一相期間之溫度的選項係如針對第一實施態樣所述者。電路系統可配置為致使第一相、第二相及第三相的每一者具有固定的持續時間。電路系統可配置為控制提供給加熱元件的電力，以便在第三相期間持續地增加加熱元件的溫度。

電路系統可安排為以電流脈衝提供電力給加熱元件。提供給加熱元件的電力之後可藉由調整電流的工作循環來進行調整。可藉由改變脈衝寬度或脈衝頻率或上述兩者來調整工作循環。或者，電路系統可安排為以連續的DC訊號提供電力給加熱元件。

電路系統可包括溫度感測手段，其係配置為測量加熱元件的溫度或近接加熱元件的溫度，以提供測量溫度，並可配置為執行測量溫度與目標溫度的比較，以及基於比較結果調整提供給加熱元件的電力。在裝置啟動之後，目標溫度可儲存在電子記憶體中，並較佳地隨時間改變，以提供第一、第二及第三相。

溫度感測手段可為例如熱阻器之專用電部件，或可為電路系統，其係配置為根據加熱元件的電阻判定溫度。

電路系統可進一步包括手段，其係用於識別裝置中之氣溶膠形成基質的特性；及記憶體，其保存電力控制指令及對應的氣溶膠形成基質之特性的檢查表(look-up table)。

在本發明之第一及第二實施態樣的兩者之中，加熱元件可包括電阻材料。適當的電阻材料包括，但不限於：半導體(例如，經摻雜的陶瓷)、「導電」陶瓷(例如，二矽化鉬)、碳、石墨、金屬、金屬合金及以陶瓷材料和金屬材料製成的複合材料。這類複合材料可包括摻雜或未摻雜的陶瓷。適當的摻雜陶瓷之範例包括摻雜碳化矽。適當的金屬之範例包括鈦、鋯、鉭、鉑、金和銀。適當的金屬合金之範例包括不鏽鋼；含鎳、鈷、鉻、鋁、鈦、鋯、鉿、鈮、鉬、鉭、鎢、錫、鎵、錳、金和鐵的合金；以及基於鎳、鐵、鈷、不鏽鋼、Timetal®及鐵-錳-鋁基合金的超合金。在複合材料中，電阻材料可選擇地嵌入、封裝或塗佈絕緣材料，或反之亦然，取決於能量轉移的動力學以及所需的外部物理化學性質。

在本發明之第一及第二實施態樣的兩者之中，氣溶膠產生裝置可包括內部加熱元件或外部加熱元件或內部及外部加熱元件兩者，其中「內部」及「外部」係與氣溶膠形成基質相關聯。內部加熱元件可採取任何適當的形式。舉例來說，內部加熱元件可採取加熱葉片 的形式。或者，內部加熱器可採取具有不同導電部之外殼或基板或者電阻式金屬管的形式。或者，內部加熱元件可為穿過氣溶膠形成基質之中心的一或多個加熱針或棒。其他替代例包括加熱線或絲(舉例來說，Ni-Cr(鎳-鉻)、鉑、鎢或合金線)或加熱板。可選擇地，內部加熱元件可沈積在剛性載體材料之中或之上。在這一類實施例中，電阻式加熱元件可使用在溫度及電阻之間具有已定義之關係的金屬形成。在這一類示範性裝置中，金屬可在適當的絕緣材料(例如，陶瓷材料)上形成為軌道，之後再以另一絕緣材料(例如，玻璃)將金屬夾在兩者之中。以此方式形成的加熱器可用來在操作期間既加熱又監控加熱元件的溫度。

外部加熱元件可採取任何適當的形式。舉例來說，外部加熱元件可採取一或多個位於介電基板(例如，聚亞醯胺)上之撓性加熱箔的形式。撓性加熱箔可形成符合基質容納空腔的周長。或者，外部加熱元件可採取一或多個金屬網格、撓性印刷電路板、模製互連裝置(moulded interconnect device,MID)、陶瓷加熱器、撓性碳纖維加熱器的形式，或者可在適當成形的基質上使用塗佈技術(例如，電漿氣相沈積)來形成。外部加熱元件亦可使用在溫度及電阻之間具有已定義之關係的金屬形成。在這一類示範性裝置中，金屬可在兩層適當的絕緣材料之間形成為軌道。以此方式形成的外部加熱元件可用來在操作期間既加熱又監控外部加熱元件的溫度。

內部或外部加熱元件可包括散熱器或貯熱 器，其包括能夠吸收並儲存熱且隨後隨時間對氣溶膠形成基質釋放熱的材料。散熱器可由例如適當的金屬或陶瓷材料之任何適當的材料構成。在一實施例中，該材料具有高熱容量(顯熱儲存材料)，或為能夠吸收熱，且隨後經由可逆程序(例如，高溫相變)釋放熱的材料。適當的顯熱儲存材料包括二氧化矽凝膠、氧化鋁、碳、玻璃氈、玻璃纖維、礦物、例如鋁、銀或鉛的金屬或合金及例如紙的纖維素材料。其他經由可逆相變釋放熱的適當材料包括石蠟、乙酸鈉、萘、蠟、聚乙烯氧化物、金屬、金屬鹽、低共熔鹽之混合物或合金。散熱器或貯熱器可經過安排，以致其直接與氣溶膠形成基質接觸，並可將儲存的熱直接轉移到基質。或者，儲存在散熱器或貯熱器中的熱可經由熱導體(例如，金屬管)轉移至氣溶膠形成基質。

加熱元件有利地經由傳導加熱氣溶膠形成基質。加熱元件可至少部分地與基質或在其上沈積基質的載體接觸。或者，來自內部或外部加熱元件之任一者的熱可經由導熱元件傳導至基質。

在本發明之第一及第二實施態樣的兩者之中，於操作期間，氣溶膠形成基質可完全容納於氣溶膠產生裝置之內。在該情況下，使用者可在氣溶膠產生裝置的煙嘴上抽吸。或者，在操作期間，含有氣溶膠形成基質的吸煙物品可部分地容納於氣溶膠產生裝置之內。在該情況下，使用者可直接在吸煙物品上抽吸。加熱元件可放置在裝置中的空腔內，其中該空腔係配置為容納 氣溶膠形成基質，以致在使用中，加熱元件係位於氣溶膠形成基質之內。

吸煙物品的形狀本質上可為圓柱形。吸煙物品本質上可為細長狀。吸煙物品可具有長度及本質上垂直長度的圓周。氣溶膠形成基質的形狀本質上可為圓柱形。氣溶膠形成基質本質上可為細長狀。氣溶膠形成基質亦可具有長度及本質上垂直長度的圓周。

吸煙物品可具有介於接近30mm及接近100mm之間的總長度。吸煙物品可具有介於接近5mm及接近12mm之間的外徑。吸煙物品可包括濾器插塞。濾器插塞可位於吸煙物品的下游端。濾器插塞可為乙酸纖維素濾器插塞。濾器插塞的長度在一實施例中接近7mm，但可具有介於接近5mm至接近10mm之間的長度。

在一實施例中，吸煙物品具有接近45mm的總長度。吸煙物品可具有接近7.2mm的外徑。另外，氣溶膠形成基質可具有接近10mm的長度。或者，氣溶膠形成基質可具有接近12mm的長度。另外，氣溶膠形成基質的直徑可介於接近5mm及接近12mm之間。吸煙物品可包括外部紙包裝。另外，吸煙物品可包括在氣溶膠形成基質與濾器插塞之間的分隔。該分隔可為接近18mm，但可位於接近5mm至接近25mm的範圍內。該分隔較佳地藉由熱交換器填充在吸煙物品之中，該熱交換器在氣溶膠從基質通過吸煙物品至濾器插塞時冷卻氣溶膠。該熱交換器可為例如聚合物基濾器，例如，卷曲的PLA材料。

在本發明之第一及第二實施態樣的兩者之中，氣溶膠形成基質可為固態氣溶膠形成基質。或者，氣溶膠形成基質可包括固態及液態兩種成分。氣溶膠形成基質可包括含煙草的材料，其含有一經加熱便從基質釋放的揮發性煙草味化合物。或者，氣溶膠形成基質可包括非煙草材料。氣溶膠形成基質可進一步包括氣溶膠形成劑。適當的氣溶膠形成劑的範例為甘油及丙二醇。

若氣溶膠形成基質為固態氣溶膠形成基質，固態氣溶膠形成基質可包括例如下列的一或多個：含有下列之一或多個香草葉、煙草葉、煙草主脈的碎片、重組煙草、均質化煙草、壓出煙草、去葉煙草及膨脹煙草之粉末、微粒、顆粒、絲、實心條、條帶或片。固態氣溶膠形成基質可為鬆散的形式，或可以適當容器或卡匣提供。可選擇地，固態氣溶膠形成基質可含有額外的煙草或非煙草揮發性香味化合物，以在基質一經加熱時釋放。固態氣溶膠形成基質亦可含有膠囊，其例如包括額外的煙草或非煙草揮發性香味化合物，且這類膠囊可在固態氣溶膠形成基質的加熱期間熔化。

如此處所用，均質化煙草指的是藉由黏聚微粒煙草所形成的材料。均質化煙草可為成片的形式。根據乾燥重量，均質化煙草材料可具有大於5%的氣溶膠形成劑含量。根據乾燥重量，均質化煙草材料可替代地具有介於5重量百分比及30重量百分比之間的氣溶膠形成劑含量。均質化煙草材料片可藉由黏聚微粒煙草來形成，微粒煙草則係藉由研磨或以其他方式碾碎煙草葉片 或煙草葉莖的一或兩者來獲得。替代地，或額外地，均質化煙草材料片可包括在例如處理、裝卸及運送煙草期間所形成之煙草灰、煙草細料及其他微粒煙草副產品的一或多個。均質化煙草材料片可包括一或多個為煙草內生黏結劑的內在黏結劑、一或多個為煙草外生黏結劑的外在黏結劑或其一組合，以幫助黏聚微粒煙草；替代地，或額外地，均質化煙草材料片可包括其他添加劑，包括，但不限於煙草及非煙草纖維、氣溶膠形成劑、保濕劑、塑化劑、香味素、填料、水性及非水性溶劑以及其組合。

可選擇地，固態氣溶膠形成基質可在熱穩定載體上提供或嵌入熱穩定載體之中。載體可採取粉末、微粒、顆粒、絲、實心條、條帶或片的形式。替代地，載體可為管狀載體，其具有沈積在其內部表面上或在其外部表面上或在其內部及外部兩個表面上的固態基質薄層。這一類管狀載體可由例如紙或似紙材料、非織物碳纖維氈、低質量網眼金屬篩網或有孔金屬箔或任何其他熱穩定聚合物間質構成。

固態氣溶膠形成基質可以例如片、發泡體、凝膠或漿料的形式沈積在載體的表面上。固態氣溶膠形成基質可沈積在載體的整個表面上，或替代地，可以為了在使用期間提供不均勻之香味輸送的圖案沈積。

雖然上文提及固態氣溶膠形成基質，一在此項技藝中具有普通技能者當明白其他形式的氣溶膠形成基質可與其他實施例併用。舉例來說，氣溶膠形成基質可為液態氣溶膠形成基質。若提供液態氣溶膠基質，氣 溶膠產生裝置較佳地包括用於保持液態的手段。舉例來說，液態氣溶膠形成基質可保存在容器之中。替代或額外地，液態氣溶膠形成基質可吸收至多孔載體材料內。多孔載體材料可由任何適當的吸收性插塞或主體，例如，發泡金屬或塑膠材料、聚丙烯、滌綸、尼龍纖維或陶瓷製成。在使用氣溶膠產生裝置之前，液態氣溶膠形成基質可保存在多孔載體材料中，或替代地，在使用期間或在立刻使用之前，液態氣溶膠形成基質材料可釋放至多孔載體材料之中。舉例來說，液態氣溶膠形成基質可以膠囊提供。膠囊外殼較佳地在一經加熱時熔化，並將液態氣溶膠形成基質釋放至多孔載體材料之中。膠囊可選擇地含有固體結合液體。

替代地，載體可為非織物織品或纖維束，在其中已包含煙草成分。非織物織品或纖維束可包括例如碳纖維、天然纖維素纖維或纖維素衍生物纖維。

在本發明之第一及第二實施態樣的兩者之中，氣溶膠產生裝置可進一步包括電源供應，以用於供應電力給加熱元件。電源供應可為任何適當的電源供應，例如，DC電壓源。在一實施例中，電源供應為鋰離子電池。替代地，電源供應可為鎳金屬氫化物電池、鎳鎘電池或鋰基電池，例如，鋰-鈷、鋰-鐵-磷酸鹽、鈦酸鋰或鋰聚合物電池。

在本發明之一第三實施態樣中，提供電路系統，其係用於以電力操作的氣溶膠產生裝置，該電路系統係安排為執行本發明之第一實施態樣的方法。

在本發明之一第四實施態樣中，提供一電腦程式，當在用於以電力操作的氣溶膠產生裝置之可程式化電路系統上運行時，其致使該可程式化電路系統執行本發明之第一實施態樣的方法。在本發明之一第五實施態樣中，提供一電腦可讀取儲存媒體，在其上已儲存根據本發明之第四實施態樣的電腦程式。

雖然本揭示內容已藉由參照不同的實施態樣敘述，當明白針對本揭示內容之一實施態樣敘述的特徵可應用至本揭示內容的其他實施態樣。

10‧‧‧外殼

12‧‧‧氣溶膠形成基質

14‧‧‧加熱元件

16‧‧‧電能供應器

18‧‧‧微控制器

20‧‧‧使用者介面

22‧‧‧空腔

24‧‧‧煙嘴

26‧‧‧入口

28‧‧‧空氣通道

42‧‧‧連接

44‧‧‧電阻

46‧‧‧電晶體

47‧‧‧類比輸出

48‧‧‧類比輸入

50‧‧‧目標溫度

52‧‧‧線

60‧‧‧線

62‧‧‧第一溫度

64‧‧‧第二溫度

66‧‧‧最小溫度

68‧‧‧最大溫度

70‧‧‧第一相

72‧‧‧第二相

74‧‧‧第三相

76‧‧‧停用時間

100‧‧‧電受熱型氣溶膠產生裝置

102‧‧‧吸煙物品

V1‧‧‧電壓

V2‧‧‧電壓

本發明的實施例現將僅經由範例參照伴隨圖式詳細敘述，其中：第1圖為根據本發明之一電受熱型吸煙裝置的示意圖；第2圖為第1圖所示之裝置類型之一第一實施例的前端示意橫剖面；第3圖為用於一加熱元件之平坦溫度分佈的示意圖；第4圖為以平坦溫度分佈減少氣溶膠輸送的示意圖；第5圖為根據本發明之一實施例之用於一加熱元件的溫度分佈示意圖；第6圖為根據本發明之一實施例之恆定氣溶膠輸送的示意圖；第7圖繪示根據本發明之一實施例之用於提供加熱 元件之溫度調節的控制電路系統；及第8圖繪示根據本發明之一些替代的目標溫度分佈。

在第1圖中，以簡化的方式顯示電受熱型氣溶膠產生裝置100之一實施例的部件。特別地，在第1圖中，電受熱型氣溶膠產生裝置100的元件並未依比例繪製。為了簡化第1圖，已省略與理解此實施例無關的元件。

電受熱型氣溶膠產生裝置100包括外殼10及氣溶膠形成基質12(例如，香煙)。將氣溶膠形成基質12推入外殼10的內側，以取得與加熱元件14的熱近接性(thermal proximity)。氣溶膠形成基質12將在不同溫度下釋放各種揮發性化合物。藉由將電受熱型氣溶膠產生裝置100的操作溫度控制在低於一些揮發性化合物的釋放溫度，可避免這些煙霧成分的釋放或形成。

在外殼10之內有電能供應器16，例如，可再充電的鋰離子電池。控制器18係連接至加熱元件14、電能供應器16及使用者介面20(例如，按鈕或顯示器)。為了調節加熱元件14的溫度，控制器18控制供應給加熱元件14的電力。典型地，將氣溶膠形成基質加熱至介於攝氏250及450度之間的溫度。

在所述的實施例中，加熱元件14為沈積在陶瓷基板上的一或多個電阻式軌道。陶瓷基板為葉片形式，且在使用中係插入氣溶膠形成基質12之中。第2圖 為裝置的前端示意圖，並繪示通過裝置的氣流。須注意第2圖並未準確地繪示裝置元件的相對比例。包括氣溶膠形成基質12的吸煙物品102係容納於裝置100的空腔22之內。藉由使用者在吸煙物品102之煙嘴24上的抽吸動作將空氣吸入裝置。通過形成在外殼10的近端面中的入口26吸入空氣。吸入裝置的空氣通過環繞空腔22之外側的空氣通道28。吸入的空氣在鄰接設置於空腔22中之葉片形加熱元件14的近端之吸煙物品102的遠端處進入氣溶膠形成基質12。吸入的空氣進續通過氣溶膠形成基質12，產生氣溶膠，之後至吸煙物品102的嘴端。氣溶膠形成基質12為煙草基材料的圓柱形插塞。

當前的氣溶膠產生裝置係配置為在操作期間提供恆定溫度，如第3圖所繪示。在裝置啟動之後，將電力輸送至加熱元件，直到達到目標溫度50為止。一旦達到目標溫度50，加熱元件便維持該溫度直到停用裝置為止。第4圖為使用第3圖所示之平坦溫度分佈輸送關鍵氣溶膠成分的示意圖。線52代表在裝置啟動期間所輸送之關鍵氣溶膠成分(例如，甘油或尼古丁)的量。可見到成分輸送達到最高點，之後因為基質耗乏及熱擴散效應減弱而隨時間下滑。

第5圖為根據本發明之一實施例之用於一加熱元件的溫度分佈示意圖。線60代表隨時間變化之加熱元件的溫度。

在第一相70之中，加熱元件的溫度從環境溫度升高至第一溫度62。溫度62係處於可允許的溫度範 圍內、介於最小溫度66及最大溫度68之間。設定可允許的溫度變化，以便所需的揮發性化合物從基質蒸發，但在較高溫度下蒸發之不需要的化合物則未蒸發。可允許的溫度範圍亦低於在正規操作條件，亦即，正規溫度、壓力、濕度、使用者抽吸行為及空氣組合物下可發生基質燃燒的溫度。

在第二相72之中，將加熱元件的溫度降低至第二溫度64。第二溫度64係處於可允許的溫度範圍內，但低於第一溫度。

在第三相74之中，逐漸增加加熱元件的溫度，直到停用時間76為止。加熱元件的溫度在整個第三相期間維持在可允許的溫度範圍內。

第6圖為在第5圖所繪示之加熱元件的溫度分佈的情況下，關鍵氣溶膠成分之輸送分佈的示意圖。 在啟動加熱元件隨後初始增加輸送之後，輸送保持恆定直到停用加熱元件為止。在第三相中增加溫度補償基質之氣溶膠形成劑的耗乏。

第7圖繪示根據本發明之一實施例之用於提供所述之溫度分佈的控制電路系統。

加熱器14係通過連接42連接至電池。電池(在第7圖中未顯示)提供電壓V2。在接地及電壓V2之間，將與加熱元件14串聯之具有已知電阻r的額外電阻44插入中間，並連接至電壓V1。電流的頻率調變係藉由微控制器18來控制，並經由其類比輸出47輸送至作為簡單開關的電晶體46。

調節係基於PID調節器，其係整合在微控制器18中之軟體的一部分。加熱元件的溫度(或溫度指示)係藉由測量加熱元件的電阻來判定。經判定的溫度係用於調整工作循環，在此情況下，供應給加熱元件之電流脈衝的頻率調變係為了使加熱元件維持目標溫度或將加熱元件的溫度朝目標溫度調整。溫度係在選定為匹配工作循環之控制的頻率下判定，並可每100ms判定一次。

微控制器18上的類比輸入48係用於收集跨電阻44的電壓，並提供流入加熱元件的電流影像。電池電壓V+及跨電阻44的電壓係用於計算加熱元件的電阻變化及或其溫度。

欲在特定溫度下測量之加熱器電阻為R_heater。為了讓微處理器18測量加熱器14的電阻R_heater，可判定通過加熱器14的電流及跨加熱器14的電壓兩者。之後，可使用下列眾所周知的公式來判定電阻：V=IR (1)

在第6圖中，跨加熱器的電壓為V2-V1，且通過加熱器的電流為I。因此：

電阻r已知的額外電阻44係用於再次使用上文的(1)判定電流I。通過電阻44的電流為I，且跨電阻24的電壓為V1。因此：

因此，結合(2)和(3)給出：

因此，微處理器18可在使用氣溶膠產生系統時測量V2及V1，且已知r的值可判定特定溫度下之加熱器的電阻R_heater。

加熱器電阻係與溫度相關聯。根據下列公式，可使用線性近似在溫度T下使溫度T及測量電阻R_heater相關： 其中A為加熱元件材料的熱電阻係數，且R₀為加熱元件在室溫T₀下的電阻。

若簡單的線性近似在操作溫度的範圍內不夠準確，則可使用用於近似電阻及溫度之間的關係之其他更為複雜的方法。舉例來說，在另一實施例中，可基於二個以上各自覆蓋不同溫度範圍之線性近似的組合來推導出關係。此方案依靠三個以上溫度校正點，加熱器的電阻係在這些溫度校正點處進行測量。對校正點之間的溫度而言，電阻值係從校正點處的值內插得到。校正點溫度係選定為覆蓋操作期間的加熱器之預期的溫度範圍。

這些實施例之一優點在於不需要可為大體積且昂貴的溫度感測器。同樣地，PID調節器可直接使用電阻值而非溫度。如在方程式(5)中指出，電阻值係直接與加熱元件的溫度相關聯。因此，若測量到的電阻值處於所需的範圍內，則加熱元件的溫度亦將是如此。因此， 不需要計算加熱元件的實際溫度。不過，可使用分開的溫度感測器，並將其連接至微控制器，以提供必要的溫度資訊。

第8圖繪示一範例目標溫度分佈，在其中可清楚見到三個操作相。在第一相70之中，目標溫度設定在T₀。將電力提供給加熱元件，以盡快地使加熱元件的溫度增加至T₀。如所述，使用PID調節器使加熱元件的溫度在整個裝置操作期間維持在盡可能接近目標溫度。在時間t₁，目標溫度變化為T₁，其意指第一相70結束，且第二相開始。目標溫度係維持在T₁直到時間t₂。在時間t₂，第二相結束，且第三相74開始。在第三相74期間，目標溫度隨著時間增加而線性地增加，直到時間t₃為止，在此時間，目標溫度為T₂，且不再供應電力給加熱元件。

具有第8圖所示之形狀的目標溫度分佈導致具有第5圖所示之形狀的實際溫度分佈。可調整T₀、T₁、T₂的值，以適應特定基質及特定裝置、加熱元件及基質幾何。類似地，可選擇t₁、t₂及t₃的值，以適應環境。

在一範例中，第一相長達45秒，且T₀係設定在360℃；第二相長達145秒，且T₁為320℃；而第三相長達170秒，且T₃為380℃。吸煙經歷總共持續360秒。

在另一範例中，第一相長達60秒，且T₀係設定在340℃；第二相長達180秒，且T₁為320℃；而第三相長達120秒，且T₃為360℃。再次，加熱循 環或吸煙經歷總共持續360秒。

在尚有另一範例中，第一相長達30秒，且T₀係設定在380℃；第二相長達110秒，且T₁為300℃；而第三相長達220秒，且T₃為340℃。

針對每一操作相的持續時間及溫度目標係儲存在控制器18內的記憶體中。此資訊可為由微控制器執行之軟體的一部分。不過，可將之儲存在檢查表中，以便微控制器可選擇不同的分佈。消費者可基於使用者偏好或基於欲加熱之特定基質經由使用者介面選擇不同的分佈。該裝置可包括用於識別基質的手段(例如，光學讀取器)，並基於識別出的基質自動選擇加熱分佈。

在另一實施例中，僅目標溫度T₀、T₁及T₂儲存在記憶體中，且相與相之間的過渡係藉由抽吸計數來觸發。舉例來說，微控制器可從流量感測器接收抽吸計數資料，並可配置為在兩次抽吸後結束第一相以及在另外的五次抽吸後結束第二相。

當與第3圖所繪示之平坦加熱分佈相比時，上述的每一實施例導致在整個基質加熱過程中甚至更多的氣溶膠輸送。最佳加熱分佈取決於若干個因素，並可針對給定裝置及基質幾何與基質組成物來以實驗判定。舉例來說，該裝置可包括多於一個的加熱元件，且加熱元件的安排將影響基質耗乏與熱擴散效應。每一加熱元件可受控為具有不同的加熱分佈。關於加熱元件之基板的形狀和尺寸亦可為重要因素。

當明白上述的示範性實施例係作為說明而非 限制。鑒於上文所討論的示範性實施例，與上文之示範性實施例一致的其他實施例現對一在此項技藝中具有普通技能者當為顯而易見的。

10‧‧‧外殼

12‧‧‧氣溶膠形成基質

14‧‧‧加熱元件

16‧‧‧電能供應器

18‧‧‧微控制器

20‧‧‧使用者介面

100‧‧‧電受熱型氣溶膠產生裝置

Claims (17)

1. 一種在一氣溶膠產生裝置中控制氣溶膠製造的方法，該氣溶膠產生裝置包括：一加熱器，其包括至少一個加熱元件，該加熱元件係配置為加熱一氣溶膠形成基質；及一電源，其係用於提供電力給該加熱元件，該方法包含以下步驟：控制提供給該加熱元件的該電力，以致在一第一相中，提供電力致使該加熱元件的溫度從一初始溫度增加至一第一溫度，在一第二相中，提供電力致使該加熱元件的溫度下降至低於該第一溫度，且在一第三相中，提供電力致使該加熱元件的溫度再次增加。
2. 如請求項1之控制氣溶膠製造的方法，其中執行該控制提供給該加熱元件之該電力的步驟，以便在該第二相中以及在該第三相中使該加熱元件的溫度維持在一所需的溫度範圍內。
3. 如請求項1之控制氣溶膠製造的方法，其中該所需的溫度範圍具有介於攝氏240及340度之間的下限以及介於攝氏340及400度之間的上限。
4. 如請求項1至3中任一項之控制氣溶膠製造的方法，其中該第一溫度係介於攝氏340及400度之間。
5. 如請求項1至4中任一項之控制氣溶膠製造的方法，其中該第一相、第二相或第三相具有一預定的持續時間。
6. 如請求項1至5中任一項之控制氣溶膠製造的方法，其中該第一相係在該加熱元件達到該第一溫度時結束。
7. 如請求項1至6中任一項之控制氣溶膠製造的方法，其中該第二相的該持續時間係基於在該第二相期間提供給該加熱元件之電力的總量來判定。
8. 如請求項1至7中任一項之控制氣溶膠製造的方法，其進一步包含偵測該氣溶膠產生裝置上的使用者抽吸，且其中該第一、第二或第三相係在偵測到一預定數目的使用者抽吸後結束。
9. 如請求項1至8中任一項之控制氣溶膠製造的方法，其進一步包含以下步驟：識別該氣溶膠形成基質之一特性，且其中該控制該電力的步驟係依據該識別特性進行調整。
10. 一種以電力操作的氣溶膠產生裝置，該裝置包括：至少一個加熱元件，其係配置為加熱一氣溶膠形成基質，以產生一氣溶膠；一電源供應，其係用於供應電力給該加熱元件；及電路系統，其係用於控制從該電源供應至該至少一個加熱元件的電力供應，其中該電路系統係安排為：控制提供給該加熱元件的該電力，以致在一第一相中，該加熱元件的溫度從一初始溫度增加至一第一溫度，在一第二相中，該加熱元件的溫度下降至低於該第一溫度，且在一第三相中，該加熱元件的溫度再 次增加，其中電力在該第一、第二及第三相期間係持續供應。
11. 如請求項10之以電力操作的氣溶膠產生裝置，其中配置該電路系統，以致該第一相、第二相及第三相的至少一個具有一固定的持續時間。
12. 如請求項10或11之以電力操作的氣溶膠產生裝置，其進一步包括用於偵測該氣溶膠產生裝置上之使用者抽吸的手段，其中配置該電路系統，以致該第一、第二或第三相的至少一個係在偵測到一預定數目的使用者抽吸之後結束。
13. 如請求項10、11或12之以電力操作的氣溶膠產生裝置，其進一步包括一用於識別該裝置中之一氣溶膠形成基質之一特性的手段，且其中該控制電路系統包括一記憶體，其保存一電力控制指令及對應的氣溶膠形成基質之特性的檢查表。
14. 如請求項10至13中任一項之以電力操作的氣溶膠產生裝置，其中該加熱元件係放置在該裝置中之一空腔內，且其中該空腔係配置為容納一氣溶膠形成基質，以致在使用中，該加熱元件係位於該氣溶膠形成基質之內。
15. 一種電路系統，其係用於一以電力操作的氣溶膠產生裝置，該電路系統係安排為執行如請求項1之方法。
16. 一種電腦程式，當在用於一以電力操作之氣溶膠產生裝置之可程式化電路系統上運行時，其導致該可程式化電路系統執行如請求項1之方法。
17. 一種電腦可讀取儲存媒體，在其上已儲存如請求項1之電腦程式。