专利名称：用于抽烟器的感应加热装置的制作方法
技术领域：
本发明广泛涉及电能抽烟器，尤其涉及电能抽烟器的感应加热装置。
以前大家知道的较普通的抽烟装置都是把香气和香味作为燃烧的结果输送给使用者，由于在喷冒烟期间大多数常规香烟中的典型燃烧温度都超过800℃，大量可燃性材料(主要是烟草制品)被燃烧，并且邻近部位的材料由于受到抽吸通过的热量而被热分解。在这个加热期间，会发生可燃性材料的氧化不充分并产生出各种馏分和热解产品。随着这些产品被抽吸通过抽烟器本体进入使用者的口中，这些产品冷却并凝结成带有悬浮微粒的气体或蒸气，伴随着吸烟供给消费者香气和香味。
常规香烟本身带有各种看得出的缺点，其中有各次喷冒烟之间的阴燃产生的边废气烟会对某些不抽烟者有害，以及一经点燃，就必须抽完或者丢掉，重新点燃一支普通的香烟当然是可能的，不过通常由于一些主观的原因(香味、口味、声誉)，对一个精干的吸烟者是一个无吸引力的前景。
对较普通的香烟的一种以前的替代品包括那些在其中可燃材料本身不直接提供产生被抽烟者吸入的带悬浮微粒的气体的香味剂。在这些抽烟器中，可燃的加热元件(实质是典型碳素体)被燃烧加热空气，当空气被吸到加热元件的上方并通过一个含有热激活元件的区域时，该热激活元件便释放出带香味悬浮微粒的气体。尽管这一型式的抽烟器产生很少一点或不产生边废气烟，但仍然产生燃烧产品，并且一经点燃，它就不适合在常规的意义上作为以后的闻吸之用。
我们的美国专利NOS.5,093,894；5,225,498；5,060,671以及5,095,921发明了各种加热元件和香味发生器，大大减少了边废气烟，并让抽烟者能够有选择地暂停和重新开始抽烟。但是，在这些专利中公开的香烟制品都不很坚固耐用，并且可能会由于硬拉或不小心对待而压坏、扯裂或折断。在某些情形下，这些以前的香烟制品可能会由于把它们插进电燃烟器而被碰掉。在被吸烟的情况下，这些烟制品甚至更脆弱，并且可能会在从燃烟器移开时被扯裂或折断。
1993年9月10日申请的国际专利申请系列NO.WO94/06314叙述了一种电抽烟装置，包括一种新颖的电能燃烟器和适于配合此燃烟器一起使用的新颖香烟，燃烟器的优选实施例包括一组置于通过插入的方法安放香烟的烟条部位的结构中的多个金属正弦加热器。
WO 94/06314的香烟的优选实施例，这是可取的，包括一个装烟丝的管状载烟器，包裹管状载烟器的香烟纸，一个位于载烟器接嘴端的无逆流滤塞装置以及一个位于载烟器另一端(远端)的过滤塞，更可取的是此过滤塞限制空气轴向穿过香烟。香烟和燃烟器构造得使香烟插入燃烟器时，并且当各个加热器为每一次的喷冒烟而被激活时，在每一个加热器支承香烟的地方，环绕香烟器周的各点出现局部烧焦。一挨全部加热器都被激活过，这些烧焦点就会互相紧挨着并环绕香烟的载烟部位的中心区一周，依靠加热器上的最大温度和输送得的总能量，烧焦点明白显示出多于香烟纸的浅色部位。在大多数使用中，烧焦会在香烟纸和下面的载烟材料中造成至少是小的断裂，这个断裂导致香烟的机械强度减弱。为了把香烟从燃烟器拔出来，烧焦的点至少必须有一部分滑过加热器，在严重的情形下，例如当香烟潮湿或被盘玩过或扭曲时，在从燃烟器拔出过程中，香烟可能会容易折断或者拉下一段来。留在燃烟器中卡住的一段能够妨碍燃烟器的正常工作和/或为下一根香烟的抽吸烟输送出异臭味道，如果香烟在拔出时断为两截，则抽烟者可能会不仅面对断烟产品的打击，而且面对着在他或她能够享受另一根香烟之前，必须从被堵塞的燃烟器中清理残留物的前景。
WO 94/06314的香烟的优选实施例实质上就是一个位于香烟接嘴端的过滤塞和远端插塞之间的空心圆管。这一结构被认为通过提供足够的空间让从载烟器发出的带悬浮微粒的气体能以最小限度的碰撞和在任何邻近表面上的带悬浮微粒气体的凝结进入该空间，增加向抽烟者的输送量。但是，空心的结构易受弯曲或折损、碰碎、压坏和/或由于不小心扯裂。这一结构在香烟的制造与包装，尤其是在现在高速度的香烟制造和包装机械中也容易遭到损坏。
希望的是，降低或消除对烟味介质及任何辅助构件与相对脆弱的加热元件之间接触的需要，使损坏减到最少，或者在大量香烟介质产品被插入、使用中的调整以及移去时停用加热系统，提供均匀加热对于抽烟器的成功点火也是重要的。而且，要求加热元件与烟味介质之间的热接触或密切的热配准的加热系统必须要精确的制造配合公差，这对获得和/或维持高的批量生产率可能是困难的或者说在经济上是难以行得通的。此外，改善加热系统的加热效率，从而节省抽烟器的功率消耗和大量能源永远是所希望的。还有，包裹在烟纸中或埋设在烟纸基体中的烟味介质的传导和/或对流加热必须要通过烟纸的燃烧，放出烟纸产生的蒸气附加到所需要的烟味介质的带悬浮微粒的气体中，它可能凝结在相对较冷的元件例如敏感的电子器件上，引起短路或其他不希望有的毁损和/或不正常动作。
1991年10月29日发布的共同拥有美国专利NO.5,060,171，在第10栏1—7行公开了通过适当再确认和改进以前的电容器充电技术用磁场或电磁场对烟味发生器的耦合能量来驱动加热器。
本发明的目的是提供用于电抽烟器的改进型加热装置。
根据本发明，提供了一种用于电抽烟器的以热接近感受器材料的方式使烟味介质产生烟味的加热器，加热器包括一种用于产生交变磁场感应加热感受器材料，感受器材料又转而加热烟味介质的感应加热器。
本发明也提供一种用于和电抽烟器一起使用的香烟输送系统，抽烟器有一个产生交变磁场的感应加热源，香烟输送系统包括一个烟味介质层；以及一个与烟味介质层热接近的感受器，交变磁场以此感应加热所述感受器，感受器又转而加热烟味介质。
本发明还提供一种用于和产生交变磁场的感应加热源一起使用的香烟，香烟包括一个烟味介质圆管；以及一个与烟味介质热接近的感受器，交变磁场以此感应加热所述感受器，感受器又转而加热烟味介质。
本发明还提供一种加热烟味介质使之发出香味的方法，方法包括的步骤是提供烟味介质；置一感受器与烟味介质热接近；以及将交变磁场加于感受器上，感受器在其中被加热并加热与之热接近的烟味介质。
本发明的诸实施例都可以减少或消除烟味介质与加热源之间的接触，以增加它们之间的空隙公差。
这些实施例都以降低或消除对对烟味介质与加热源之间的热接触或紧密热配准的要求，以及降低对烟味介质和抽烟器的精密制造公差。
本发明的诸实施例都可以有理想的功率消耗，并在连续不断地激活抽烟器期向烟味介质提供相对均匀的热量。
本发明的诸实施例都可以避免通过烟纸或其他材料加热烟味介质，并减少冷凝物。
在本发明的优选实施例中，一个感应源产生一个交变的电磁(EM)场，电磁场则在感受器中感应出一个产生热量的涡流。这个被加热的感受器又转而加热与之热接近置放的烟味介质。
最好，将多个感应源环绕烟味介质圆柱体周围设置。感受器或者设置在烟味介质层中，或者与烟味介质一道铺放成一薄层，换句话说，单个的感应源与圆柱体沿轴向转换相互之间的相对位置，换句话说，一个含有烟味介质的可移动衬底例如输烟带与相对静止的感应源配准。感应源或者感应加热与烟味介质混合的感受器材料或铺放在烟味介质之上的感受器材料，或者感应加热一个与烟味介质热接近的特殊感受器元件。
现在将通过实例并参照
本发明优选实施例。
图1是实施本发明的E形感应加热源的一个说明侧视图，与一个圆柱形的烟味介质或香烟一起示出；图2是实施本发明的C形感应加热源的一个说明侧视图，与一个圆柱形的烟味介质或香烟一起示出；图3是实施本发明的感应加热源的顶视图，与一个圆柱形的烟味介质或香烟一起示出；图4是实施本发明的圆柱形感应加热源的一个说明侧视图，包括多个普通圆形感应加热源；图5是沿着图4的A—A线取看的说明正视图；图6是一个方截面的普通单环形感应加热源的说明侧视图；图7是一个圆截面的普通单环形感应加热源的说明侧视图；图8是实施本发明的一种感受器与烟味介质的说明侧视图；图9是一种在其中具有不连续的感受器介质的烟味介质的说明侧视图；图10A是一种具有筛状导或感受器的烟味介质说明侧视图；图10B是一个图10A的烟味介质的说明侧视图；图10C是一种烟味介质与不连续的感受器薄层的说明侧视图；图11是一个实施本发明的抽烟器的示意图，使用一个承载烟味介质的输烟带和一个感应加热源；图12A是一个输烟带的说明侧视图，包括烟味介质并且，如果需要，也包括感受器材料；图12B是一个根据图12A的输烟带说明侧视图，还包括一个支持的以及任选的感受器的衬底；图12C是一个根据图12B的输烟带说明侧视图，还包括一个支持带条；图12D是一个根据图12C的输烟带说明侧视图，还包括一个附加支持带条；图12E是一个根据图12A的输烟带说明侧视图，还包括一个支持带条；图12F是一个根据图12E的输烟带说明侧视图，还包括一个附加支持带条；图12G是一个输烟带的透视图，包括分立的烟味介质区以及，如果需要的话，包括感受器材料；图13是一个实施本发明的抽烟器示意图，使用一个承载烟味介质的输烟带，一个感应加热源以及一个相当耐用的感受器；图14是一个使用实施本发明的装置的抽烟器方框原理图；以及图15是一个实施本发明的电路原理图。
感应加热是一个由法拉第感应定律和欧姆定律描述的众所周知的现象，更具体地说，法拉第感应定律讲如果导体中的磁感应密度β是变化的，则在导体中产生一个变化的电场E。由于在导体中产生了这个电场，一个叫做涡流的电流就要根据欧姆定律在导体中流动，涡流电流要产生正比于电流密度和导体的电阻率的热量，一个能够感应生热的导体就叫做感受器。本发明使用一种由AC电源例如LC电路产生交变磁场β的感应加热源，更具体地说，产生一个EM场，由于磁场分量被认为是感受器感应加热的主要因素，故所产生的场将被称作磁场。然后，在或者是烟味介质输送系统的一部分或者是热接近烟味介质的特殊元件的感受器中产生生热的涡流。从感受器转向香烟介质的基本热转移机理，按作用排序为，传导、辐射以及可能的对流，传导是主要的转移机制。
本发明中使用的烟味介质在WO 94/06314和其他申请中已非常详细地规定了，包括能够被加热发出所需气味的香烟、再造香烟、它们的组合物等等。因为香烟被看作是电介质，所以在这类烟味介质中不能感应出涡流，更具体地说，香烟具有一个高的比电阻率和一个低的磁导率。因而要使用与烟味介质热接近的感受器，即感受器要相对于烟味介质定位，以向烟味介质转移足够的热量，使之发出所需要的气味。例如，感受器可以是如下所述的足够靠近要向之转移热量的烟味介质的特殊元件，一个热接近烟味介质的感受器材料层，或者是一个铺放在烟味介质之上、散布在烟味介质之中或受烟味介质环绕包围的不连续的感受器材料。
例如，如图1和2所示，感应加热源10可以包括一个由铁氧体或其他导磁材料组成的适当形状的磁极体11，它有一个承载电流的导线或励磁线圈12缠绕在其一定部位的周围形成一个螺环。承载电流的导线12连接到一个交流电路LC，感应源可以是如图1所示带有导线12螺旋盘绕着向同一方向伸出的两条侧腿之间的中间腿20的E形，或者是如图2所示带有导线12螺旋盘绕着垂直伸出的两条腿32和34之间的中间段30的方C形，换句话说，磁极体包括一个由励磁线圈环绕着的磁极，电路可以是连接到电池组或其他电能电源的如下面要非常详细叙述的任何适当的LC电路。于是，感应加热源将形成一个交变磁场。在图1的E形磁极体的情形，磁场3线将从中间腿伸出到每一相应的侧边腿，形成二个由多条场线组成的相应弧拱，从而，磁场自己封在各条腿之间，在图2的C形磁极体的情形，磁场线以一个由多条场线组成的弧拱形式伸展在两侧腿之间并自封，这样生成的交变磁场，如下所述，将在位置适当的感受器中感应出涡流。
如在图3中清楚看到的，在一个实施例中使用多个感应源10，并以基本是平面关系的方式成圆周布置在由烟味介质组成的圆柱形香烟C的周围，虽然图3中示出的是6个感应源10，但本实施例中感应源的优选数目应等于加热香烟产生喷冒烟所需要的数目，例如6、7、8、9或者更多些，每一个感应源都构造得能根据一个表明抽烟者在抽烟器上抽吸的信号产生一个交变磁场，感应源的各次点火可以围绕圆周周边依次进行，或者按任何其他所要求的方式，例如首先点燃位于对面的感应源，再接下来点燃第一个感应源，接下来点燃第二个感应源，等等，以把转移到没有想要加热的香烟部位的热量减到最小，结果，烟味介质圆管纵向伸展的诸部位被围绕圆管周围均匀加热。在一个替换实施例中，环绕圆周布置的感应源10可以相对于香烟的纵轴错开排列。例如，感应源10可以螺旋环绕香烟。结果，烟味介质圆管纵向伸展的各部位错开加热。
感应源的另一实施例示示图4和图5，圆柱形感应源包括多个独立的以相应的圆形屏蔽环114隔开和磁屏蔽的普通圆形感应源102，外罩110可以是一个拼合的不锈钢磁性套管围着所有的感应源102和多个分别隔开相邻感应源102的特殊屏蔽环114。分立的感应源数目最好等于使插入到圆柱形感应源100所确定的空心圆柱腔内的香烟C产生所需要的喷冒烟的数目。每一个感应源102包括一个独立的导线绕组104，组成一个励磁线圈环绕在插入的香烟周围，并连接到一个相应的交变磁场发生电路。每一个感应源102还包括一个使用例如铁氧体材料制成的相关磁极体环，它使所产生的磁场内向β折转向所插入的香烟内。
一个薄的内圆柱壁120把磁折向环106和邻接的屏蔽环与所，插入的香烟C隔开。圆柱壁120固定住香烟C并让空气进入香烟。圆柱壁120可以是一种具有一个低的磁导率以及一个相当于空气的相应的高磁阻的适用材料，例如聚醚(乙醚)酮或者可以从英国的帝国化学工业公司贸易购买得到PEEK聚合物。圆柱形圆管100、铁氧体磁极体环106、励磁线圈、屏蔽环114以及所插入的香烟C都是同轴的。
单个感应源被激活，正如已讨论的，引起交流电流流过由所缠绕的导线组成的励磁线圈104，从而借助特别的磁极体环106产生一个向内折转并穿过圆柱壁120的交变磁场，此交变磁场伸向基本置于第一磁极体环106之下或被该环围绕的所插入香烟的部位。屏蔽环114设置在每一个励磁线圈的两侧，把相邻的感应源102与所产生的磁场屏蔽隔开，把磁场线对基本置于点火感应源102之下的目标部位以外的香烟部位的撞击即加热减至最小，并增加折向下面的香烟部位的磁场强度，如图所示，在圆柱壁120和所插入的香烟C之间可以存在一个缝隙以降低制造公差的严格性。磁场线能够跨越这个缝隙感应加热热接近烟味介质的感受器材料。这样的一种结构会在圆柱形香烟上沿着纵轴方向产生一连串的圆形燃烧图案。点火顺序可按任何需要的次序，并且最好是相应于香烟远端——相对于抽烟者的嘴而言——的感应源，即相对于抽烟者为最远的感应源首先点火。最好，点火不要顺着香烟纵轴直线出现。结果就是，烟味介质圆管的各个圆周环受到加热。
这样一种圆柱形管状结构为香烟的多次重复插入提供了一个光滑的容器。圆管相对强于香烟，因而感应加热源不致在插入、调整和移去香烟时被损坏，而且，圆管120也构成一个阻挡层，防止可能的有害蒸气成分和导臭味逸入电抽烟器通道的其他元件和空气中。
图6—7示出另一个优选实施例，感应源235包括一个圆环形的具有一个空心中央区域的薄壳外环222。圆柱形香烟C通过这一空心中央区域插入。环222包括两个相连的半薄壳220和221，这两个半薄壳除了贯通环的内圆周的环形轮状缝隙224外完全密接闭合。薄壳外环222最好由铁氧体材料组成，以使缝隙224处的磁场折转方向。薄壳外环222合围住一个线绕组成的励磁线圈230，励磁线圈与外薄壳222和插入的香烟同心励磁线圈230连接到一个适当的电路以产生一个交变磁场。衬套层240可以是如图所示的半环形，它在缝隙224处介于线绕励磁线圈230和外薄壳222之间。衬套240的作用是减轻制造困难并把励磁线圈相对于缝隙224定位好，以确保均匀一致的磁缝尺寸；通过维持旋转取向确保围绕环缝均匀一致的磁场强度；以及保护励磁线圈，衬套240最好是具有低磁导率的材料，例如可，以是聚醚(乙醚)酮或是可以从英国的帝国化学工业公司购买得到的PEEK聚合物。
这样一种结构所产生的结果是整个磁路由薄壳外环222和缝隙224组成。若铁氧体的相对磁导率高，则磁场强度严格是缝隙特性和励磁电流的一个函数。这一实施例依靠从缝隙224向香烟发出的相对较弱的边缘磁场线，相反的是在缝隙中建立的是相对较强的磁场。
内侧的环形缝隙224最好是等距离贯通薄壳环222，即确定缝隙224的薄壳环222的两个对置的内侧面平行，如果这两个面成锥形朝向薄壳的外圆周，即缝隙的间隔朝被加热物体的方向减小，因而场边缘的相对量增加。但是，边缘场的大小仍然大致相同，因为锥度减少了缝隙的有效作用面积，增加了磁路磁阻，又反过来降低β场强度。
由半薄壳220和221确定的环222的里面的横截面在图6中为方形，在图7中为圆形。圆形横截面的长处是缩短了磁路，因而可得到较低的磁阻和较高的磁导率。方形横截面的长处是适合于制造。
每一个上述的感应源都可包括一个由单导线或多导线组成的励磁线圈。单导线或多导线绕成单匝或多匝，产生足够通过感受体加热烟味介质的磁场所要求的每一匝的电流安培数取决于输送到感受器靶所用的能量特定数量、最大需要温度、需要的温升速率、线圈几何形状以及所选用的感受器材料。
例如，激活励磁线圈时，产生一个交变磁场并在缝隙224处折转方向，计算机模拟表明，场强度集中跨越缝隙224并且这个集中的边缘场的作用力与插入的香烟C交叉。为了连续点火，环形感应源235和插入的香烟C要转换互相之间的相对位置，使香烟的下一部位与场集中的缝隙224配准。最好，感应源235通过适当的机械或机电定位机构沿着相对静止的香烟轴向平移。结果，烟味介质圆管的诸圆周环受到加热。
在示于图1—7的前面实施例中，均使用一种圆柱形香烟。在有关的专利申请系列NO.WO 94/06314中，公开了一种优选的香烟结构。这种香烟具有一个大致为7.8mm的直径。由于感应源不需要接触香烟向它转移能量，香烟的外表面不需要密切接近感应源102、235的内圆周面，因而使感应源和香烟C可以有较少精密的制造公差，并且大大减少在香烟C插入、调整和移去期间对香烟C和/或加热器的碰撞损坏。当然，整洁的残留香烟是所希望的，这可以精密的公差和适当的保存机构来维持。
产生带悬浮微粒的气体的烟味介质可采取多种形式，例如装满料的圆柱形香烟、空心的圆柱形香烟、或是下面要非常详细讨论的连续输烟带，不管使用什么形式，烟味介质都必须随着每次抽吸点燃特定的感应源产生出主观上等效于所希望的大多数常规香烟的喷冒烟的气味和带有悬浮微粒的气体。举个例子，一个空心的圆柱形香烟必须要反复喷冒烟7—8次，例如是普通香烟的8次。在0.5秒内加热密度0.50g/cm3的烟味介质块的10.5mm3的区域至所要求的温度600℃需要能量大约1.58焦耳。当然，必须考虑到被感应加热的感受器的热容量和密度。最好，在成层状的感受器/烟块结构中，感受器的面积相当于烟块的面积，或者与它所面对的实际面积一样大，因为由感受器表面向烟味介质表面的最终靶的热转移效率是随两个表面之间的界面面积的增加而增加的。
上面的专利申请系列NO.WO94/06314中所述的香烟C是一种空心圆柱体，由烟味介质或含有香烟气味介质的材料以及最好是用烟基纸或含有香烟气味的涂料层构成的包封纸组成。正如所讨论的，感受器是必要的，因为烟味介质不能被感应加热。可以使用隔开的和分立的感受器元件SE，它是抽烟器中除了感应源、线路、逻辑、传感器等等之外的一个较耐久的部件，它受感应源感应加热，以热接近的方式加热烟味介质。此外，或者换一种方式，感受器材料是圆柱形香烟或其他形式的烟味介质的一部分。分开独立的感受器元件可以由一个同轴设置在所插入的香烟外围的垫圈构成，垫圈的一部分切入除一缝隙外密接闭合的螺环的径向伸展的缝隙中，这种分立的感受器元件的热质量必须不能高得像热阱作用那样降低所需要的温升速率。
参照图8，示出一个香烟叠层的截面，包括一个圆柱形的烟味材料层TM，一个置于TM层之上的圆柱形感受器层，以及一个20纸包裹外层310。所产生的磁场通过纸包裹外层310，由于纸具有一高磁导率而不受涡流加热，因而由于纸不被磁场烧穿就减少了冷凝物，纸包裹外层310的尺寸确定得与制造得使纸不被加热的感受器烧穿。所产生的磁场在下面的感受器层300中感应出涡流电流。感受器层300于是受到加热，并主要以传导方式加热紧密接触或贴近的香烟材料层TM使之放出所需要的气味来。
本发明中使用的感受器材料必须具有一个低磁阻和一个相当高的相对磁导率，以使一个给定强度的交变磁场所产生的表面涡流达到最佳数值。感受器也必须有一个相当低的电阻率，以增加焦耳热消耗，产品的比热和密度越低，热效率越高。可以使用高相对磁导率的材料以发挥伴随磁滞现象的额外加热机制。感受器层300必须有一个相对于它的依赖于励磁频率的特别的集肤深度为相当薄的厚度，以使绝大部分磁场在感受器中建立起产生热量的涡流。这一点特别是当存在开缝装置的边缘磁场时有好处。随着感受器厚度的增加，磁场不能穿透足够深度进入材料，就需要一个不希望有的能量增量去加热增加了热质量的感受器。如果感受器层太薄，例如大大小于集肤深度，会出现一个磁场通过涡流变为热能的低效率转换；如果感受器层太厚，例如大于三倍集肤深度，高转换效率是达到了，但感受器的热负荷即质量。却降低了温升速率，大多数非导磁金属达到的最佳磁场例在500KHz的励磁频率，大约2密耳的厚度下接近550高斯。最好，磁场大体在400和800高斯之间。要在差不多1秒钟内从室温达到一个所需要的500℃温度，理论的最小要求功率是3.5瓦，可能适用的感受器材料包括优选的诸如石墨这样的导电碳、氧化铝、不锈钢、铜、青铜或是它们混合物以及纯铝或混合物，具有同样的电阻率和磁导率的材料都可以单独或组合使用，理想的感受器厚度大致在0.25和0.5密耳之间。
置于感受器300之上的纸包裹外层310有一个足够的厚度和/不透气性，以使绝大部分所产生的带悬浮微粒的气体留在里面组成一个圆柱，确保最大量带悬浮微粒的气体输送给抽烟者，并进而减少带悬浮微粒的气体从香烟内部逃逸造成元件的损坏性凝结，包裹外层310必须有足够的厚和/或烧毁速率特性，以避免被加热的感受器烧毁，如上所述，感应加热源在纸包裹外层中不产生任何涡流。300层和310层的次序可以倒过来；但是，这种安排需要有不必要的热量穿过纸层传导给烟味介质，有可能产生蒸气。适当的粘合剂被用来粘合感受器层300和纸包裹层310以及香烟衬底，感受器层300与包裹外层310能够制成一个箔层例如一个铝箔层。
除了这一感受器/烟味介质叠层实施例之外，本发明的其他诸实施例均制成一个烟味介质与感受器的混合层，这些实施例把由于感应加热的靶感受器通过感受器的其他部位向邻近的非靶烟味介质部位传导而对烟味介质的邻近部位的非有意加热减到最小，例如，感受器材料SM分散在烟味介质TMN中，被激活时便以足够数量的热量传导给周围的烟味介质，如图9所示，感受器介质SM可以是连续的纤维、断开的纤维、质点或是它们的任意混合物，这些感受器质点相互之间没有传导关系，就减少了对邻近的非靶感受器和烟味介质部位的不应有的传导加热，这些感受器材料可以放入一个图形中间描画出要感应加热的靶区。
一特别优选的实施例示于图10A—C，感受器包括一个具有各种非密实体410贯穿其中的整体层400，例如整体层400可以是一个屏栅、网筛或是一种适用感受器材料的多孔箔，并互相咬合在一起，最好用烟味介质封闭或者完全包围起来，就如图10A和10B所示的那样，这一安排由于绝大部分感受器面积热接触所要传导热量的烟味介质而增加了感受器和烟味介质之间的有效接触面积，热感受器400的平面内的热传导由于非密实体410而减少，从而减少了对烟味介质非靶部位的加热，这种实施例的机械的，更具体地说是抗张强度由于整体框架被用于支持烟味介质，特别是相对脆弱的加热的烟味介质而优于使用分散的感受器质点的实施例，这一结构也由于不密实、多孔或开口而较感受器/烟味介质叠层要脆弱一些，而且，这样一种结构还有一个低于分立的感受器层的热质量，从而降低了能量要求。此外，这种感受器的几何形状导致一个更快的感受器热响应速度，因而有助于更快加热烟味介质，提高带悬浮微粒的气味的析出速率，非密实体410使析出的带悬浮微粒的气体能流过感受器400，增加了沿所要求的流动方向转移的带悬浮微粒的气体数量。
参照图10C，一种示出的实施例包括一个烟味介质薄片TM、一层感受器材料SM以及一层纸色裹外层310，此实施例与图8的实施例相似，只是感受器材料层包括有用缝隙隔开的感受器材料分立部分。这样，如所示的那样，缝隙相对均匀，并可成锥度向纸色裹外层310或者向着烟味介质层TM。
上面叙述的分立感受器层300也可以有不密实性并可采用屏栅、网筛或多孔箔的形式，例如可以使用一种在其中设有多条箔带的纸箔薄片，如果使用一个不透气的感受器层，典型地会在感受器层和烟味介质层TM之间产生一个蒸气屏障。这一蒸气并障降低了由感受器向烟味介质转移的热量，不密实性的存在允许此蒸气屏障通过感受器。
这种不密实的感受器层可以用于供抽烟用的任何形需要形式的烟味介质。例如，烟味介质可以是填满的或者如系列NO.WO94/06314中所述的空心圆柱体形状，或者是如在美国专利申请系列NO.08/105,346中所讨论的输烟带。
正如上面所讨论的，为了加热烟味介质的相应部位以产生相应的喷冒烟，或者是感应源转换相对于烟味介质的位置，或者反过来，或者两者都互相相对运动，其中烟味介质相对于静止的感应加热源转换位置的优选实施例在共同转让专利申请系列NO.08/105.346中能找到。
系列NO.08/105.346公开了一种用于将烟味介质输送带热接近配准电阻加热源的系统，输送带的一个部位被支持着热接近加热源，对产生香烟味的物质加热，随后向前移过这个配准点，如果配备供带装置，这一前移就使得输送带的下一个部位与电加热源配准。
如在图11和13中大概所示，抽烟器500具有一个用适当的电机和传动装置驱动的主导轴502以及一个被动导轴504，一个供应烟味介质的输烟带W卷绕在一个安装于被动导轴504上的圆筒上，并被引导从供带圆筒经过中介导轮510，去与一般表示为IS的感应加热源配准，再通过中介导轮512和514，再到一个安装在主导轴上并由主导轴502驱动的卷带圆筒，下面要非常详细叙述，配准的输烟带被IS源感应加热的感受器加热产生一个带悬浮微粒的气体进入气味室516供抽烟者通过接嘴端抽吸。
感应加热源1S可以是根据本发明的任何感应加热源，更具体地说，图1和2中的C形和E形感应加热源，或图6和7的具有拼合环222的感应加热源都可使用，在图11和13中，示出了图2的优选C形，任何其他能够产生足够强度交变磁场的适用几何形状都可使用。
输烟带W包括或承载烟味介质，输烟带可有上面参照图8—10C所叙述的一般结构，现在将参照图12A—12G讨论更具体的实施例，输烟带W可以由烟味介质TM本身作成，例如使用在再造烟产品的生产中所熟知的方法加工成拉长的薄片形，如图12A所示，若输烟带用于图11的实施例中，则如同上面参照图8所讨论的，烟味介质与感受器材料SM相混合，并且，如有需要，对图13的实施例使用一个单独的感受器元件。
这样一种选择在某些应用中是足够的，它取决于抽烟器以及对来自输烟带前移的预计摩擦量和张力，如果这一结构导致无支持的输烟带断裂，尤其是加热之后输烟带变弱时断裂的话，可以使用如图12B所示的替代方案。如图12B所示，输烟带W就是一薄层烟味介质TM和一个支持层531，支持层531可以是编织的或非编织的的碳纤维块，适合作支持层的碳纤维可以是切成一英寸长的碳纤维，这可从田纳西州的洛克伍德城的Akzo Fortafil公司即伊利诺斯州芝加哥城的Akzo Amlra公司的一个子公司买到，名字叫FORT-AFIL3C。支持层531也可以是任何其他合用的材料，如增加TM层强度并能经受得住TM所加热到的温度又不会产生主观异臭味的经过适当处理的纸，如果选用合适的材料，支持层531能起到如上参照图9所述的感受器的作用。果真这样的话，烟味介质层TM可以与感受器材料一起或不一起提供，就取决于感受器支持层531所产生的涡流是不是足够满足加热TM层的要求。
可能会发现，除了支持层531所提供的支持以外，还需要有另外的支持，如图12C所示，输烟带还得包括加强带条541。加强带条541可以是纸、金属箔或者箔/纸叠层，如图12D所看出的，可以通过类似于加强条54的第二加强条551提供进一步的支持。
在另一个替换实施例中，可能会发现，加强条541或加强条541、551的组合已足以支持连续的烟味介质条，并且两种这样的实施例示于图12E和12F。
根据本发明的烟味介质输烟带的另一个实施例示于图12G，在此实施例中，烟味介质TM各个独立的烟段591附着在载烟输烟带592上，图12B—F所示的任何一种替代结构均可用于这一实施例中，这一实施例比第一实施例要求输烟带运输有更大准确性，使烟段591与交变磁场感应配准，但是，依据各种输带材料的相对热传导率，两个实施例都必须在各次喷冒烟之间，如前面所讨论的，前移大致相同的距离，以防止二次加热烟味介质，避免产生异臭味。
一个替代实施例示于图13，其中感应加热源IS感应加热位于附近或接触运行于供带轮和卷带轮502和504之间的输烟带W的感受器材料的一个或两个感受器元件，任何适用的感受器材SM的分立元件加热与之紧密接触的输烟带W，在所示的结构中，感受器轮515位于气味室516中并且相对于输烟带固定，轮515能转动使输烟带前移，也能随输烟带稍稍移动以减少输烟带上的张力，输烟带W可以是前面讨论的图12A—12G实施例的任意一种，并且如有必要，能含有上述附加感受器材料以满足加热烟味介质的要求。
现在讨论用于提供一个感应加热烟味介质的感受器的实施例，这个实施例适用于圆柱形、输烟带或其他任何适合于抽吸烟的烟味介质。
感受器材料使用具有高磁导率和低的比电阻率的例如前面提到的任何能够在暴露到交变磁场中时加热香烟基体到产生抽烟器中输送的带悬浮微粒的气体所需温度的材料。
例如，使用铝浆或银浆，感受器通过混合一种食品级的胶合剂，例如像果胶和魔芋膏这样的水解胶体以及其他辅助成分和感受器填料组成，所得的浆料然后通过一种向所需要的烟味介质和/或纸衬底涂敷的常规方法敷到所需要的几何形体上，这种浆料可以用来制造两种普通形式的感受器，在第一种情形，浆料通过低温例如在接近室温条件下干燥凝固。这一做法在胶质母体中产生一个由导电的/电阻的(可渗透的)渗滤质点组成的感受器元件。填充料对胶合剂的容积比决定凝固的时间和温度，因而影响根据渗滤现象测得的元件磁阻。这一形式的感受器能够淀积或凝固在不容许在高温下暴露的例如香烟和纸这样的纤维素材料衬底上，在第二种情形，浆料能够淀积在如像氧化铝这样的高温衬底上，并把温度升得足够高，时间拉得足够长，以氧化胶合剂留下一层由感受器材料组成的薄膜，最终的磁阻将取决于浆料中填料的最初载带量、填充材料、填充材料向衬底表面扩散或流变的亲和度，以及淀积薄膜的时间温度历程，这些参数都影响最后的质点形态，质点形态又影响元件的电阻—视在电阻率。
所产生的浆料通过网板印刷、照像制版印刷、喷墨涂敷、蒸发淀积、真空淀积、等离子体溅射等等方法涂覆到纸和/或烟味介质上。
如此，感受器浆料印刷或用另外的方式淀积在纸和或烟味介质上感受器最好与烟味介质接触。如果印在纸上，感受器最好在纸面向烟味介质的一侧，纸应当足够厚并/或具有相当的烧穿速率特性，以把感受器浆料加热时的烧损减至最小，上面讨论的纸包裹外层可以使用。
这一实施例提供了好几个优点，使用与香烟材料相容的各种常规食物级胶合剂、浆料在室温下凝结，因而简化了工艺，并避免了所不希望的会要改变挥发性烟味成分浓度的对涂敷在烟味介质上的感受器的热后处理，凝结过程可以通过稍许升高凝结温度加速，所得的感受器形式是柔韧性的，允许和以后要受滚压，弯曲或用其他方式制造以得到到特定的几何形状的烟味介质衬底一起使用。
印制的感受器有一个轻的质量，从而减少了贮存在感受器物质中的总能量，并产生出向衬底的较大的热转移效率，感受器材料可以用诸如所讨论的网板或照相制版印刷这些常规印刷技术涂复，浆料的印刷和流带特性在烟味介质衬底上产生一整体加热膜。这一整体膜形成感受器材料与衬底之间的紧密接触，产生良好的传导热转移。而且，这样一种整体印制的感受器较少可能掉层。
热转移的决量取决于所感受器材料的型号、感受器材料与浆料的相对比例以及所使用的闪料的特定的几何图形。这个图形应当要设烟味介质填料和纸上，使所涂敷的感受器材料与插入和激活时所产生的磁场配准。
感受器浆料可以涂敷成均匀的涂层或在上述实施例中所讨论的薄层，换句话说，一个图形可以印成几个分开的区域，每个区域构成一个整体，并与尺寸控制得产生一次喷冒烟的烟味介质的相应区域紧密接触，印制的感受器区域都分隔开来，以避免所不希望的对邻接的感受器区域例如烟味介质衬底上的隔开一间隔的感受器区域感应加热。
不管使用什么样的感受器烟味介质结构，感受器都得热接触烟味介质，即这些元件要这样安设，使感应加热的感受器转移足够的热量给烟味介质，以发出带悬浮微粒的气体。
一种使用根据本发明的感应加热器的电抽烟器筒化示意方块图示于图14，所表示的电源例如电池组600，控制线路610，传感器620以及选用的电机/传动装置的630在这里作为参考所指出的有关申请中已非常详细地叙述过了，传感器620产生一个响应抽烟者在特定的电抽烟器上抽吸的信号。这个“抽吸”信号馈给控制线路610，控制线路送出一个“点火”信号或放电信号到LC电路640。LC电路640由电池组600供电，LC电路640送出一个交流电流到单个的感应加热器650，或是一组或一组以上的多个加热器，以产生交变磁场加热感受器，电机/传动装置630由电池组600供电并且，如在系列NO.08/105.346中所述，由控制线路610激活，以使感应加热器或固定的感受器与移动的输烟带配准，换句话说，电机/传动装置630用于移动香烟和所说的感应加热器互相之间的相对位置。
任何适用于产生交流电流供给励磁线圈转换为交变磁场的电路都可使用。
一种示范性的控制电路示于图15，包括一个控制线路611，例如PWM(脉宽调制)控制逻辑集成电路驱动器芯片，它推动FET(场效应晶体管)驱动变压器615，FET(图示为4个)615连接成全桥结构。这一优选电路布局用于把最大的功率转移到工作励磁线圈614，同时把电源阻抗减到最小并降低整流损失。取决于电路选用的输入供电电压可在3到24VDC之间，从供电电源(示于图14)输送到工作线圈614的功率，用电流变换器616动态(实时)监控，来自电流变换器616的比例电流送入第一信号调整网络618并转换成一个电压向PWM控制器611提供一个误差信号，这个电压比例信号还馈给一个第二识别信号调整网络622，后者提供一个与香烟中感受器的反射阻抗以及感受器特有的物理性能如电阻、磁导率、几何形状等有关的不定DC信号，这一信号送入一个线路子系统示踪正负符号处理器624，在香烟插入燃烟器子系统的同时，香烟感受器的阻抗受到监控，用小于正常所加功率的5％“引发”一个具有低于加热感受器所产生的磁场强度的磁场，即起始场不能加热感受器，香烟感受器向工作线圈614反射依赖于所用频率的负载阻抗。正负符号处理器624把反射的负载阻抗与储存于ROM表中的几个任意频点的数值相比较，香烟感受器的判决精度，以及对超出规格范围的香烟和不相干的物体的检测精度都以所用的测试频点的数字和对每次测试响应所允许的公差范围为基础，正负符号处理器624提供一个“开机/不开机”容许信号给燃烟器功率输送控制和逻辑子系统612，燃烟器控制和逻辑子系统再控制PWM控制逻辑驱动器芯片611的同步和准时动作，正员符号处理器624在检测感受器的物理性能中，还检测由于显著位移而输送给感受器的不希望有的能量，并通过子系统612关掉PWM控制器芯片611中断燃烟器的工作。
许多替代、改进和完善，对于熟练的技术人员来说，没有脱离本详细说明和下面的权利要求所叙述的和规定的本发明的精神和范围是显而易见的。
权利要求
1.一种用于电抽烟器的加热装置，以热接近感受器材料的方式使烟味介质燃烧冒烟，加热器包括一个用于产生交变磁场感应加热感受器材料的感应加热器，感受器材料转而又加热烟味介质。
2.根据权利要求1的加热装置，包括一组多个感应加热器，每个加热器产生一个交变磁场，加热器定位得可通过感受器材料加热烟味介质的各不相连的部位。
3.根据权利要求2的加热装置，其中烟味介质为圆柱形并且各感应加热器围绕圆柱形烟味介质周边布置。
4.根据权利要求3的加热装置，其中所述多个沿周边布置的感应加热器处于同一平面上。
5.根据权利要求1至4的任一条的加热装置，还包括一种热接近烟味介质的由感受器材料制成的感受器，利用这一点或其他有关点，所产生的交变磁场感应加热所述感受器元件，所述感受器元件转而又加热烟味介质。
6.根据权利要求5的加热装置，其中所述感受器元件是铝、导电碳、石墨、不锈钢、铜、青铜或是它们的一种混合物。
7.根据权利要求1至6的任何一条的加热装置，其中一个或每个感应加热器，包括一个铁氧体构架；以及一个盘绕在所述铁氧体构架上的励磁线圈。
8.根据权利要求7的加热装置，其中铁氧体构架是一个具有两条边侧腿和一条中间腿从一个公共部分伸向同一方向的E形构架，其中所述线圈螺旋盘绕在中间腿的四周。
9.根据权利要求7的加热装置，其中铁氧体构架是一个具有两条侧边腿从一个公共部分伸向同一方向的C形构架，其中所述线圈螺旋盘绕在公共部分的四周。
10.根据权利要求7的加热装置，其中所述铁氧体构架是界定了一个空心轮状内部的环，并且所述励磁线圈就贯通这个轮状内部缠绕，所述环围在烟味介质的四周。
11.根据权利要求10的加热装置，其中通过所述环的内圆周壁界定一个环形缝隙，利用这一点，交变磁场在所界定的缝隙处折转方向。
12.根据权利要求10或11的加热装置，还包括一个放置在空心内部所述励磁线圈和所述环之间的导磁衬套。
13.根据权利要求2的加热装置，其中烟味介质是一个圆柱形香烟，并且加热系统还包括一个圆柱管，所述圆管由间隔开的同轴的内壁和外壁确定，内壁确定一个空心的圆柱形容器，用来插入圆柱形的香烟，所述多个感应加热器置于间隔开的内外壁之间。
14.根据权利要求13的加热装置，其中所述多个感应加热器的每一个都包括一个置于间隔开的内外管壁之间并与之同心的铁氧体环，以及连接到电源的励磁导线，缠绕在每个环上形成与每个环同轴的励磁线圈。
15.根据权利要求14的加热装置，还包括多个磁屏蔽环，每一个磁屏蔽环安插在两个相邻的铁氧体环及连带的励磁线圈之间，所述磁屏蔽环与所述的铁氧体环同轴。
16.根据权利要求13、14或15的加热装置，还包括一个感受器，由此交变磁场感应加热所述感受器、感受器转而又加热圆柱形香烟的烟味介质。
17.根据权利要求14至16的任何一条的加热装置，其中内管壁是导磁的。
18.根据权利要求14至17的任何一条的加热装置，其中外管壁是磁屏蔽的。
19.根据权利要求13至18的任何一条的加热装置，其中所述感受器元件是铝、导电碳、石墨、不锈钢、铜、青铜或是它们的混合物。
20.根据权利要求1的加热装置，包括一个随意激活所述感应源的控制器。
21.根据权利要求20的加热装置，其中所述控制器包括用于在需要时激活所述感应源并用于在一个预定的周期后关死所述感应源的部件。
22.根据权利要求20或21的加热装置，其中所述控制器随时响应在抽烟器上的抽吸烟。
23.根据权利要求20、21或22的加热装置，还包括一个用于判断是否存在适当的感受器材料的部件，所述判断部件仅在适当的感受器材料出现时激活所述控制器。
24.根据权利要求20至23的任何一条的加热装置，其中所述控制器把一个起始交变磁场加到感受器材料的指定部位，起始磁场是不能感应加热感受器材料的。并且所述控制器决定是否根据表明存在所要求的感受器材料的起始磁场的反射加上交变磁场。
25.根据权利要求20至24的任何一条的加热装置，其中所述控制器根据判决的感受器材料特性的偏移关死所述感应源。
26.一种和产生交变磁场的感应加热源配合使用的香烟，此香烟包括一个烟味介质的圆管；以及一个热接近烟味介质的感受器，交变磁场借此感应加热所述感受器，感受器转而又加热烟味介质。
27.根据权利要求26的香烟，还包括一个围着所述圆管的包裹外层。
28.根据权利要求27的香烟，其中所述包裹外层是纸。
29.根据权利要求27的香烟，其中感受器元件包括一个胶合剂混合物以及一个混和在其中的感受器填料，所述混合物被涂敷到所述包裹外层上。
30.一种和电抽烟器配合使用的香烟输送系统，具有一个产生交变磁场的感应加热源，香烟输送系统包括一个烟味介质层；以及一个和烟味介质热接近的感受器，交变磁场借此感应加热所述感受器。感受器转而加热烟味介质。
31.根据权利要求30的香烟输送系统，其中所述烟味介质层包括一个输烟带。
32.根据权利要求30的香烟输送系统，其中烟味介质层包括一个绕在供烟筒上并拉伸到卷烟筒上的输烟带。
33.根据权利要求30、31或32的香烟输送系统，其中所述感受器是分散在所述烟味介质层中的感受器填料。
34.根据权利要求30、31、32或33的香烟输送系统，其中所述感受器(或接触)是一层热接近或接触所述烟味介质的感受器材料。
35.根据权利要求的26至28的任何一条的香烟或根据权利要求30至34的任何一条的香烟输送系统，其中所述感受器包括胶合剂的混合物和混合在其中的感受器填料，所述混合物涂敷在烟味介质上。
36.根据权利要求29或35的香烟或根据权利要求35的香烟输送系统，其中胶合剂是水解胶体。
37.根据权利要求29或35的香烟或根据权利要求35的香烟输送系统，其中胶合剂是果胶。
38.根据权利要求29或35的香烟或根据权利要求35的香烟输送系统，其中胶合剂是魔芋膏。
39.根据权利要求26、27或28或权利要求35至38的任何一条的香烟或根据权利要求35至38的任何一条的香烟输送系统，其中所述感受器是一层环绕所述烟味介质的圆管的感受器材料。
40.根据权利要求26、27或28或权利要求35至38的任何一条的香烟、或根据权利要求35至38的任何一条的香烟输送系统，其中所述感受器是具有非密实体贯通其中的感受器材料。
41.根据权利要求40的香烟，其中感受器材料是一个多孔的箔。
42.根据权利要求40的香烟，其中感受器材料是一个屏栅。
43.根据权利要求40、41或42的香烟，其中烟味介质与感受器材料是分散开的。
44.根据权利要求40、41或42的香烟，其中烟味介质在所述感受器材料的周围。
45.一种加热烟味介质发出气味的方法，此方法包括的步骤是提供烟味介质；置放感受器热接近于烟味介质；以及向感受器施加一个交变磁场，其中感受器被感应加热并加热与之热接近的烟味介质。
46.根据权利要求45的方法，其中所述提供步骤还包括将烟味介质的供应输烟带从供烟筒向卷烟筒的前移，其间交变磁场施加到感受器上加热伸展在供烟筒和卷烟筒之间的烟味介质。
47.根据权利要求46的方法，其中所述置放步骤包括提供一个从供烟筒拉伸到卷烟筒并热接触烟味介质输送带的感受器材料的薄层。
48.根据权利要求46的方法，其中所述置放步骤包括把一个感受器定位在供烟筒和卷烟筒之间，此感受器热接触向前移的烟味介质输送带。
49.根据权利要求45的方法，其中所述提供步骤包括提供一个圆柱形的烟味介质条。
50.根据权利要求45、46或49的方法，其中所述置放步骤包括把感受器材料分散在烟味介质供给品中。
51.根据权利要求45、46和49的方法，其中所述置放步骤包括置放一薄层与烟味介质条热接触的感受器材料。
52.根据权利要求49的方法，其中交变磁场围绕圆柱形烟味介质条周边作用。
53.根据权利要求49的方法，其中交变磁场依次作用圆柱形香烟条的多个周边区域。
54.根据权利要求49的方法，其中交变磁场环绕烟条圆周边依次作用圆柱形香烟条的纵向伸展各部位。
55.根据权利要求45至54的任何一条的方法，还包括把一个起始交变磁场加到感受器的指定部位，起始磁场是不能将感受器加热的；接收所反射的起始磁场指明的信号；并依据接收的信号是否表明存所要求的感受器而决定是否继续后面的施加步骤。
56.根据权利要求1至6的任何一条的加热装置，其中一个或每一个感应加热器包括一个导磁材料的杆条，以及一个环绕此杆条的励磁线圈。
全文摘要
一种用于和电抽烟器一起使用的感应加热源(100)，感应加热源提供一个交变磁场，感应加热与烟味介质热接近的感受器以产生带悬浮微粒的气体、使用多个感应加热器(102)并且/或者烟味介质相对于感应加热器或感受器转移位置，烟味介质可以与感受器作成紧密结构并能采取圆柱香烟或输烟带的形成。
文档编号A24F47/00GK1126426SQ95190279
公开日1996年7月10日 申请日期1995年4月6日 优先权日1994年4月8日
发明者约翰·M·坎普贝尔, 格里尔·S·弗雷斯切尔, 查里斯·T·海因斯, 罗伯特·L·里普利, 戴维德·E·夏普, 米切尔·L·沃特金斯, 苏珊·E·沃林 申请人:菲利普莫里斯生产公司