加热组件、气溶胶生成装置及其控制方法与流程

本发明涉及新型烟草，特别涉及加热组件、气溶胶生成装置及其控制方法。

背景技术：

1、近年来，在世界传统卷烟的市场份额日益减少的背景下，新型烟草制品呈现快速发展趋势。新型烟草制品主要包括无烟气烟草制品、加热卷烟和电子烟，其中加热卷烟受到各大烟草公司的高度重视，并成为长期战略目标之一。此类气溶胶生成装置可以将气溶胶生成制品中的基质加热至使其中的至少一种组分挥发的温度，而不燃烧气溶胶形成制品。

2、气溶胶生成制品内气溶胶的主要成分是水和丙三醇。受加工工艺影响，各气溶胶生成制品填充的烟草物质量并不均匀，存在差异；不同品牌气溶胶生成制品的添加比例也存在较大差异；受生产过程中车间湿度影响，气溶胶生成制品内的气溶胶也存在差异；开封后的气溶胶生成制品也容易受潮从而改变其中的气溶胶。综上原因，各个气溶胶生成制品之间的气溶胶含量存在较大差异。目前在器具中也缺乏检测气溶胶生成制品是否受潮、是否使用过以及使用的程度的手段。

3、现有的气溶胶生成装置大多根据预先设定的温度曲线进行加热。但不同气溶胶生成制品的气溶胶原始含量存在差异，消费者的抽吸习惯，例如每口的抽吸时间，抽吸力度的大小亦存在差异，且在抽吸过程中，气溶胶量会随着气溶胶生成品中有效成分的消耗而逐渐减少，属于动态变化的参数。因此，不同气溶胶生成制品之间乃至同一支气溶胶生成制品不同抽吸口数之间，气溶胶的量的差异较大且各不相同，通过既定的加热温度曲线难以满足气溶胶生成制品不同状态下的抽吸的一致性。目前有将湿度传感器置于装置中的方法，但是该操作会增加装置整体的复杂度，并且测量精确度较低。

4、此外，目前气溶胶生成装置的很多品牌的产品欠缺口数统计功能，只能通过将抽吸时间限制在相对较短的时间来保证用户不过量抽吸，即便具有口数统计功能，但其应用的吸烟口数检测方法主要是借助温度传感器检测温度是否下降到一定幅度来检测吸烟动作，或者是内置一个气流传感器进行反馈，上述统计口数的方法灵敏度不高，容易受到环境气流扰动的影响，统计误差大，并且会导致气溶胶生成装置的结构进一步复杂化，体积变大，与该装置便携、灵活的发展趋势相悖。

技术实现思路

1、本发明目的是为了提供加热组件、气溶胶生成装置及其控制方法，用于实时精确提供气溶胶生成制品状态信息。

2、为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

3、一种能够用于气溶胶生成装置的加热组件，加热组件能够加热收容于气溶胶生成装置内的气溶胶生成制品，加热组件包括基底和加热-检测模块，加热-检测模块设置于基底上，其中，加热-检测模块包含导电加热件和电容检测件，加热-检测模块能够检测气溶胶生成制品的抽吸情况。

4、进一步地，导电加热件和电容检测件交错分布，使得加热-检测模块构成叉指型电容器。

5、进一步地，加热-检测模块围绕基底的周向设置一个或多个。

6、进一步地，加热-检测模块中的至少一个能够被独立控制。

7、进一步地，电容检测件至少包含一个电容叉指单元。

8、进一步地，电容叉指单元包含极板件和连接端。

9、进一步地，至少一个极板件通过连接端连接形成电容检测件，在至少一组相邻的电容叉指单元之间设置导电加热件。

10、进一步地，导电加热件至少包含一个电阻叉指单元。

11、进一步地，至少一个电阻叉指单元彼此串联形成导电加热件。

12、进一步地，每个电阻叉指单元包含第一发热轨迹、第二发热轨迹。

13、进一步地，第一发热轨迹和第二发热轨迹串联，第一发热轨迹和第二发热轨迹之间形成有电绝缘空间。

14、进一步地，将加热-检测模块平铺后，导电加热件满足：

15、0.01mm≤e≤100mm和/或0.01mm≤h≤100mm；

16、其中，e为导电加热件沿轴向方向上的总长度，h为导电加热件垂直于n方向上的总宽度。

17、进一步地，导电加热件进一步满足：

18、0.01mm≤w≤50mm和/或0.01mm≤b≤50mm；

19、其中，w为单个电阻叉指单元的宽度，b为电阻叉指单元之间的间隔宽度。

20、进一步地，加热组件为内加热或外加热形式。

21、进一步地，导电加热件和电容检测件设置在衬底上。

22、进一步地，衬底卷包或铺贴于基底上。

23、一种气溶胶生成装置，其能够通过电阻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，气溶胶生成装置包括：电源、控制系统和加热组件，电源、控制系统和加热组件之间彼此电连接，控制系统被配置为能够获取加热-检测模块的电容值，从而检测气溶胶生成制品的抽吸情况。

24、进一步地，气溶胶生成装置满足：

25、w＝αc–β          (1)

26、其中，w为剩余气溶胶含量，c为加热-检测模块的实时电容，参数α、β通过以下方式测得：将多个气溶胶生成制品样本放入气溶胶生成装置中，加热预定时间抽吸一次，并记录每次抽吸后的气溶胶生成制品重量，以及每次抽吸后的电容值，每口抽吸后的气溶胶生成制品重量与最终抽吸完毕的气溶胶生成制品重量之差值，即为每口抽吸后气溶胶生成制品的剩余气溶胶含量w，记录测量数据，将剩余气溶胶含量w与实时电容c进行拟合后获取参数α、β。

27、一种气溶胶生成装置的控制方法，用于对气溶胶生成装置实现抽吸状态参数测量和加热控制，包括以下步骤：控制系统获取到电容值升高并且升高量超过第一阈值，视为气溶胶生成制品插入并控制电源向加热-检测模块供应电力，启动加热，并且，控制系统持续检测电容数据并获取剩余气溶胶含量；控制系统持续获取插入气溶胶生成制品后的电容的变化速率，如果控制系统监测到变化速率超过第二阈值，则控制系统记录抽吸动作记录数据；或者，控制系统检测到的剩余气溶胶含量低于第三阈值，则控制系统停止向加热-检测模块的电力供应；或者，控制系统根据抽吸动作记录数据，调整向加热-检测模块的电力供应。

28、进一步地，在控制系统中预设逐口抽吸气溶胶消耗量范围，该含量范围的上限为第四阈值，下限为第五阈值：当检测到用户该口抽吸的气溶胶含量大于设定的第四阈值时，降低电源对加热-检测模块的电力供应，当检测到用户该口抽吸的气溶胶含量小于设定的第五阈值时，增大电源对加热-检测模块的电力供应。

29、进一步地，气溶胶生成装置包含多个加热-检测模块，每个加热-检测模块能够独立检测并被控制系统独立控制。

30、进一步地，当加热检测模块为多个时，控制系统至少获取该一个加热-检测模块的电容值，并根据获取的电容值控制向该一个加热-检测模块的导电加热件的电力供应。

31、进一步地，当该一个加热-检测模块检测到用户抽吸的气溶胶量大于第一预设阈值时，降低对该一个加热-检测模块的电力供应；当该一个加热-检测模块检测到该抽吸的气溶胶量小于第二预设阈值时，增大对该一个加热-检测模块的电力供应；当该一个加热-检测模块检测的剩余气溶胶量低于第三预设阈值时，停止向该一个加热-检测模块的电力供应。

32、电容器通过其极板之间的位置关系可以分为平行极板电容器和非平行极板电容器，图8(a)所示，是平行极板电容器示意图，平行极板电容器可检测置入其电场线中的待测试件的电容值，图8(b)所示是非平行极板电容器的示意图，非平行极板电容传感器是基于电容边缘效应的传感器，相当于将平行极板电容器的一组极板分别旋转至不同平面，两个金属极板分别被称为感应极板和驱动极板。非平行极板电容器的具体工作原理如下：当给驱动极板一定的电压激励信号，两个极板间就会出现电场。待测物体靠近电容器时，电场线穿透待测试件，当在传感器测量区域内有待测试件时，在待测试件内部会产生感生电位移场，进而影响电容器电极上的电荷分布，导致激励与感应电极间的电容值发生变化，这种变化可用于评价待测材料的介电性能，如介电常数、电导率等参数并在感应极板和驱动极板之间形成相应电容值。非平行板电容器的理论公式如下：

33、

34、其中c为电容值，ε是电容极板间的介电常数，如图3所示，极板两端到交点o的距离分别是r1和r2，极板长度为l。电容器设计好后，l、θ、r1、r2均固定，电容传感器通过感应介质介电常数的变化来实现测量。

35、一般情况下，空气的介电常数ε为1，水的相对介电常数ε为80，丙三醇的相对介电常数ε为47，甘油的相对介电常数ε为43.5，而干燥的生物质的相对介电常数ε在2-4之间。上述物质的相对介电常数存在巨大差异。气溶胶形成基质可包括单一气溶胶形成剂。可替代地，气溶胶形成基质可包括两种或更多种气溶胶形成剂的组合。而合适的气溶胶形成剂在本领域中是已知的，并且其包括但不限于：多元醇，例如丙二醇、三甘醇、1，3-丁二醇和甘油；多元醇的酯，例如甘油单乙酸酯、甘油二乙酸酯或甘油三乙酸酯；以及一元、二元或多元羧酸的脂族酯，例如十二烷二酸二甲酯和十四烷二酸二甲酯。优选的气溶胶形成剂是多元醇或其混合物，例如丙三醇、丙二醇、三甘醇、1，3-丁二醇，并且最优选的为丙三醇。因此，气溶胶生成制品的至少部分成分可形成电介质材料。可通过测量插入气溶胶生成制品后的介电常数来表征气溶胶生成制品中可抽吸的剩余气溶胶含量。优选地，气溶胶形成基质具有按干重计大于5％的气溶胶形成剂含量。更优选地，气溶胶形成基质可具有按干重计大约5％与大约30％之间的气溶胶形成剂含量。

36、优选地，导电加热件为发热性能良好的材料，包含但不限于：合适的金属材料或金属合金材料；半导体，例如掺杂陶瓷、“导”电陶瓷、碳、石墨、以及由陶瓷材料和金属材料制成的复合材料。合适的金属以及金属合金材料包括但不限于银浆、银钯浆料、钨、不锈钢，含镍、钴、铬、铝、钛、锆、铪、铌、钼、钽、钨、锡、镓、锰和铁以及上述材料的合金。

37、优选地，电容检测件可采用金属材料也可以是柔性或电镀的极板，也可以是电线。

38、优选地，基底可以选择陶瓷材料(如氧化铝、氧化锆等)，此类材料导热快，加热效率高。

39、优选地，衬底130可以选用高分子绝缘材料作为衬底130的原料，优选为聚酰亚胺(pi，polyimide)，聚酰亚胺是一种高性能工程塑料，能够提供良好的电气和机械性能，同时具有较高的温度耐受性和化学稳定性。使用聚酰亚胺将衬底130制造为薄膜衬底，进而使得加热-检测模块100形成的电容器整体为薄膜电容器，薄膜电容器具有尺寸小巧使之适用于微型电子设备；稳定性高，薄膜材料在长时间使用中不容易发生电容值的变化、低损耗、高绝缘、耐高温等优点。

40、本专利通过提出加热-检测模块以及对该检测模块的应用，将加热件中增加一段电容极板，与导电加热件交叉形成叉指型电容器结构，可以对气溶胶生成制品中的可抽吸气溶胶含量进行实时检测，能精确反馈剩余可抽吸气溶胶含量，从而实现气溶胶生成装置针对不同气溶胶生成制品或者同一气溶胶生成制品的不同状态实现加热功率的精确控制，从而确保气溶胶生成量的一致性。此外，通过对气溶胶消耗量的检测，也能实时准确表征抽吸口数等使用参数并反馈用户，此外还能通过上述数据测算每口的抽吸量，并进行实时调整，提升抽吸体验的均一性，并且该系统结构简单，体积小。而且该结构无需额外引入任何专用气流、湿度测量传感器，仅通过对加热-检测模块的设计实现检测，体积小、结构简单、检测精准。