一种基于动态热场补偿的气溶胶生成装置的制作方法

本专利涉及新型烟草气溶胶生成，具体涉及一种基于动态热场补偿的气溶胶生成装置。

背景技术：

1、在加热不燃烧气溶胶生成制品的技术领域中，核心目标之一是实现对发烟物质（亦称气溶胶生成基质）的均匀、高效加热。理想状态下，发烟物质整体应被同步且等温地加热至其有效成分挥发的目标温度窗口，从而确保气溶胶的瞬间充分释放、口感的一致性与物质利用率的最大化。然而，现行的主流技术方案均难以达成此理想效果。其根本性困境在于，加热体与发烟物质之间通常保持着固定的相对空间位置，这直接导致了在加热过程中，热量从热源向物质传递时，会形成稳定且不均衡的温度场分布。具体而言，与加热体直接接触或最为邻近的区域（可称为“接触面”或“近热面”）会因热传导或热辐射的路径最短、强度最高而率先升温，并始终维持较高温度；反之，远离加热体的区域（“非接触面”或“远热面”）则只能依靠物质自身有限的热导率缓慢升温，形成显著的温度滞后。这种固有的“位置依赖性热场”引发了多重连锁缺陷：首先，它造成气溶胶释放不同步，接触面已开始大量产气时，非接触面尚末达到有效温度，而在接触面有效成分已近耗尽时，非接触面才开始释放气溶胶，这使得使用者在单次抽吸中体验到的是前后不均、品质波动的气溶胶；其次，为保证非接触面物质能被充分利用，加热时间往往被迫延长，但这又会导致已充分反应的接触面区域长期处于过热状态，不可避免地发生局部碳化、降解乃至烧灼，不仅浪费能源，更会生成醛类等有害杂气和焦糊味，严重损害抽吸体验与健康安全性。

2、为突破上述均匀加热的瓶颈，本领域技术人员已进行诸多尝试，其中一种具有代表性的改进方案是“轴向分段加热技术”。该方案将加热体在纵向上划分为多个独立的加热区段（例如近嘴段、中段、远嘴段），并通过控制电路按预设时序或功率对它们进行交替或顺序激活，从而使高温区能够沿发烟物质的轴向移动。此方法在一定程度上缓解了轴向长度上的温度不均，试图模拟一个移动的热波。然而，该技术路径存在其固有的、无法克服的局限性：它仅仅解决了轴向的温度梯度问题，但对于周向/径向的受热不均却完全无能为力。在一个固定的轴向截面上，加热体周向的热量分布依然是静态且固定的，发烟物质在该截面圆周上的各点无法获得均等的热作用。例如，若加热体为片状或局部弧形，则其面对的一面始终过热，而背对的一面始终加热不足。即便对于全周加热体，因其微观结构、材料密度或装配间隙的细微差异，周向温度场也无法实现绝对均匀。更为突出的是，轴向温度的人为移动本身会引入新的问题：不同轴向位置产生的气溶胶在流道中经历的冷凝和混合状态不同，导致使用者吸入的气溶胶在成分、浓度和温度上呈现波动，本身就会干扰抽吸感受的连贯性与稳定性。因此，业界迫切需要一种能够从根本上突破静态热场分布，实现发烟物质在三维空间上，特别是周向上均匀受热的全新解决方案。

技术实现思路

1、本专利目的在于提供一种基于动态热场补偿的气溶胶生成装置，通过驱动具有差异化温度分布的加热体与发烟物质发生相对旋转，使高温区在周向上动态、周期性地扫过发烟物质的每一局部，从而在时间维度上实现对发烟物质周向各部位的均衡热作用，从根本上解决因静态热场导致的受热不均、局部碳化及气溶胶释放不同步的问题。

2、为解决上述技术问题，本专利采用下述技术方案：

3、一种基于动态热场补偿的气溶胶生成装置，包括：加热体，具有绕同一轴线分布且周向角位置固定的第一温度区与第二温度区；驱动机构，用于驱动加热体和/或发烟物质围绕轴线发生相对旋转；其中，相对旋转被配置为，在任一完整加热周期内，发烟物质任一周向位置均会分别经过第一温度区的热作用与第二温度区的热作用，从而实现周向均匀加热。

4、进一步地，第一温度区被配置为对发烟物质产生的热作用强度高于第二温度区。

5、进一步地，第一温度区与第二温度区在周向上不重叠。

6、进一步地，相对旋转为匀速旋转或步进式旋转。

7、进一步地，完整加热周期内，相对旋转的累计角度不小于360°。

8、进一步地，第一温度区的周向角度占比介于1/6至2/3之间。

9、进一步地，加热体为接触式内加热器。

10、进一步地，第一温度区是通过与发烟物质直接接触而形成。

11、进一步地，第二温度区与发烟物质间存在间隙。

12、进一步地，驱动机构被配置为驱动加热体旋转，发烟物质保持静止。

13、进一步地，加热体为套设在发烟物质外侧的套筒式加热体。

14、进一步地，第一温度区与第二温度区数量均为一个。

15、进一步地，第一温度区与第二温度区互补构成完整圆周。

16、本实用新型的加热体可根据实际需求选择以下几种加热原理中的一种或多种组合进行实施，这些加热原理共同构成本实用新型热作用实现方式的保护基础。

17、电阻加热模式：电阻加热是本领域最成熟、应用最广泛的加热技术之一。其基本原理是利用电流通过具有电阻的导体（发热体）时，将电能直接转化为热能。系统电池向发热体供电，发热体因自身电阻而升温，热量主要通过热传导和热辐射的方式传递给与之接触或邻近的发烟物质。通常采用接触式加热。在本专利中，电阻发热体可设计为多种形态，并依此构成本实用新型的第一温度区与第二温度区：例如，中心加热棒：具体为一种针状、棒状发热体，在操作时插入发烟物质的内部。其第一温度区与第二温度区可通过区域性差异化设计实现，例如：使第一温度区与发烟物质直接接触，而第二温度区与发烟物质间存在间隙；或对第一温度区施加更高功率密度。周向加热筒：一个筒状发热体，在操作时包围在发烟物质外周。其第一温度区与第二温度区可沿周向分段布置，通过相对旋转实现动态均衡加热。复合加热体：中心加热棒与周向加热筒的组合，二者可分别配置不同的温度区分布，以实现更立体的加热效果。

18、红外辐射加热模式

19、红外加热是一种基于辐射传热的非接触式加热方式。其原理是发热体在通电后，发射出特定波长的红外线，该射线被发烟物质吸收后，直接引起其内部分子振动加剧，从而在物料内部生成热量。在本专利中，系统驱动红外发热体（如碳纤维、陶瓷或特定合金材料）产生远红外或中红外辐射。第一温度区被配置为主要的红外辐射区，其辐射能量集中；第二温度区可以是辐射强度较弱的区域，或完全不发射红外线的底座/反射区。该辐射能穿透气隙，直接被发烟物质吸收，结合相对旋转，实现由内而外的快速、均匀加热。

20、电磁感应加热模式

21、电磁感应加热是一种利用电磁感应原理（涡流效应/磁滞损耗）使金属感受体自身发热的非接触式加热技术。系统内的交流电路产生高频交变磁场，置于该磁场中的金属感受体会感应出涡流，从而迅速升温。在本专利中，加热体即为金属感受体。第一温度区与第二温度区可通过在感受体上周向布置差异化的感应线圈密度、或采用不同材料/尺寸的感受体片段来实现。例如，对应于第一温度区的感应线圈更密集或感受体更易发热，从而形成高强度热作用区；第二温度区则为低强度热作用区。热量由感受体产生后再传递给相邻的发烟物质。

22、具体地，基于上述多种加热模式，本实用新型中第一温度区与第二温度区之间所需“温度差”或“热作用强度差”的实现方式可归纳为至少以下三类：

23、空间位置型：通过使第一温度区与发烟物质直接接触（实现强热传导），而使第二温度区与发烟物质间存在物理间隙（仅能通过热辐射或对流实现较弱热作用），从而形成热作用强度差。此方式常见于电阻加热模式等接触式加热。

24、能量输出型：第一温度区与第二温度区在空间上可与发烟物质保持相同的关系，但通过对第一温度区施加更高的能量密度（如更高电阻、更密集线圈、更强红外辐射），使其产生更强的热作用。此方式通用于所有加热模式。

25、功能构型型：第二温度区可以并非一个主动发热件，而是一个起支撑、连接或散热作用的底座或支架。其温度源于从第一温度区传导过来的热量，因此其自身热作用强度自然低于第一温度区。此方式在红外加热和某些电阻加热结构中尤为常见，尤其适用于非接触式加热。

26、发烟物质，在优选实施方案中，为一种可供抽吸的制品，其包含气溶胶形成基质。优选地，气溶胶形成基质包括尼古丁。在一些优选实施方式中，发烟物质包含烟草。例如，发烟物质可以由均质烟草的片材形成。替代地或附加地，发烟物质可以包括不含烟草的气溶胶形成材料。例如，该材料可为包含尼古丁盐和气溶胶形成剂的片材。发烟物质的物理形态可以是粉末、颗粒、小丸、碎片、细条、条状物或片材中的一种或更多种，并可含有草本植物叶、烟叶、烟草肋料、平展烟草和均质烟草中的一种或更多种。在本专利中，"气溶胶形成剂"用于描述任何合适的已知化合物或化合物的混合物，化合物或化合物的混合物在使用中促进气溶胶的形成并且在气溶胶生成制品的工作温度下基本耐热降解。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；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，例如丙二醇、三甘醇、1,3-丁二醇，并且最优选为甘油。发烟物质可包括单一气溶胶形成剂。可替代地，可包括两种或更多种气溶胶形成剂的组合。

27、优选地，发烟物质具有按干重计大于5%的气溶胶形成剂含量。更优选地，其具有按干重计大约5%与大约30%之间的气溶胶形成剂含量。在一个具体实施方式中，发烟物质具有按干重计大约20%的气溶胶形成剂含量。

28、本专利提供一种基于动态热场补偿的气溶胶生成装置，相对于现有技术，具有以下有益效果：

29、通过相对旋转，将原本在空间上固定的“高温区”和“低温区”对发烟物质的作用，转化为在时间序列上对每一点交替进行的“强热作用”与“弱热作用”。从整个加热周期来看，发烟物质周向任意一点所接收的累积热负荷趋于一致，从而在宏观上实现了周向加热均匀性。并且，由于不存在持续处于高温状态的“热点”区域，发烟物质的任何部分都不会被长时间过度加热。这从根本上避免了因局部温度累积而导致的干馏、碳化乃至烧灼现象，从而极大减少了醛类、酚类等有害杂气和焦糊味的产生，使气溶胶更为纯净，口感显著提升。此外，周向各点受热均衡，意味着发烟物质的有效成分能在相近的时间点被同步释放。这使得单次抽吸所获得的气溶胶在成分、浓度和口感上高度一致，提供了稳定、连贯且可预测的抽吸体验，解决了现有技术中“前段浓烈后段清淡”或“口感波动”的问题。而且，通过避免局部区域的过早失效（碳化后不再产生气溶胶）和局部区域的加热不足（有效成分未完全释放），在同等填充量下产生更多量的气溶胶，或在产生同等气溶胶量的情况下减少发烟物质的使用，实现了更高的能效比和经济效益。最后，均匀的加热意味着加热体本身的温度分布也更为均衡，避免了因局部过热而导致的加热体材料氧化、老化加速或热应力集中等问题，从而有助于延长整个加热系统的使用寿命和可靠性。

30、综上，本专利提供了一种基于动态热场补偿原理的加热系统根本性解决方案。其核心在于通过具有固定空间分布的差异化温度区与周向相对旋转运动的协同作用，将传统技术中无法克服的空间静置加热不均，转化为在时间维度上可累积平均的动态均衡热作用。