DE102023104390A1

DE102023104390A1 - Aerosolerzeugungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102023104390A1
Application number: DE102023104390.0A
Authority: DE
Inventors: Pascal Schläpfer; Stefan Wolf
Original assignee: Innovative Sensor Technology IST AG
Current assignee: Innovative Sensor Technology IST AG
Priority date: 2023-02-22
Filing date: 2023-02-22
Publication date: 2024-08-22

Abstract

Die Erfindung umfasst eine Aerosolerzeugungsvorrichtung (2), umfassend:
- eine zur Aufnahme von in die Gasphase zu überführendem festem oder flüssigem Material ausgestaltete Kammer (200), welches Material insbesondere aktive Inhaltsstoffe enthält;
- einen Magnetfeldgenerator (210), der so konfiguriert ist, dass er ein sich veränderndes Magnetfeld erzeugt; und
- ein Heizelement (1), umfassend ein Substrat (100) mit einer Oberseite und einer Unterseite und eine erste auf einem Teilbereich der Ober- oder der Unterseite des Substrats (100) aufgebrachte strukturierte erste Suszeptorschicht (110), wobei die erste Suszeptorschicht (110) derart ausgestaltet ist, dass sie von dem sich verändernden Magnetfeld durchdrungen wird, um Wärme zu erzeugen, wodurch zumindest ein Teil des in der Kammer (200) aufgenommenen Materials erhitzt und in die Gasphase überführt wird, wobei die erste Suszeptorschicht (110) derart strukturiert ist, dass ein eine Wärmeeinbringung von der ersten Suszeptorschicht (110) in das Material hauptsächlich in einem Bereich erfolgt, in welchem ein direkter Kontakt zwischen dem Material und der ersten Suszeptorschicht (110) vorliegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aerosolerzeugungsvorrichtung.
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von in der Hand tragbaren dampferzeugenden Geräte für den Konsum, im Folgenden Aerosolerzeugungsvorrichtung genannt, bekannt. Allen diesen Aerosolerzeugungsvorrichtungen gemein ist, dass diese zur Aufnahme eines Verbrauchsprodukts oder „Consumables“ ausgestaltet sind, welche ein festes oder flüssiges Medium enthalten, welches von der Aerosolerzeugungsvorrichtung erhitzt wird, so dass es einen gasförmigen Zustand oder eine Aerosolform annimmt. Dieser Dampf wird anschließend von einem Konsumenten oder Benutzer inhaliert.
Ein Beispiel für solche Aerosolerzeugungsvorrichtungen sind elektronische Zigaretten oder Verdampfer. Deren Verbrauchsprodukte enthalten eine Flüssigkeit („Liquid“), welches verdampft wird. Solche Flüssigkeiten können aktive Inhaltsstoffe wie beispielweise Nikotin enthalten, oder aber auch nikotinfrei ausgestaltet sein und aktive Inhaltsstoffe wie beispielsweise Tee oder Medikamente, bspw. Aspirin, enthalten.
Ein weiteres Beispiel für solche Aerosolerzeugungsvorrichtungen sind sogenannte Tabakerhitzer, insbesondere „Heat-not-Burn-Produkte“ (HnB) oder „reduced risk products“ (RRPs). HnB-Produkte oder RRPs stellen eine Alternative zu herkömmlichen Zigaretten dar. Sie verwenden Heizelemente, welche in einer Heizkammer angebracht sind, um den Tabak zu erhitzen, anstatt ihn zu verbrennen. Das Ergebnis des Erhitzens ist ein Nikotin-enthaltendes Aerosol, welches von dem Benutzer eingeatmet wird. HnB-Produkte, bzw. RRPs unterscheiden sich von anderen Arten der Dampferzeuger darin, dass echter Tabak erhitzt wird, anstatt einer Nikotin-enthaltenden Flüssigkeit. Hierfür ist das Verbrauchsprodukt als Tabakstick ausgestaltet, welcher in eine Heizkammer des HnB-Produktes, bzw. RRPs, eingeführt, typischerweise von dem Heizelement durchstochen und anschließend von dem Heizelement oder von den Wänden der Heizkammer erwärmt wird.
Alle kommerziell auf dem Markt erhältlichen HnB-Produkte/RRPs (bspw. „IQOS“ von PMI, „LilPlus“ von KT&G, „Glo“ von BAT, „IUOC 2“ von SYT, „Monk“ von CT, etc.) und weiteren Arten der Dampferzeuger verwenden elektronisch gesteuerte Heizelemente, basierend auf resistivem (Joule-)Heizen.
Induktive Heizsysteme sind hinreichend bekannt und in vielen Industriezweigen zu finden. Dazu gehören zum Beispiel Anwendungen in der Verpackungsindustrie, Umformtechnik, Medizintechnik, Küchengeräten, Metallurgie, aber auch in den bereits beschriebenen HnB-Produkten, bzw. RRPs. Grob umrissen bestehen induktive Heizsysteme aus einem Magnetfeldgenerator in Form einer Spule, die das notwendige Wechselmagnetfeld bereitstellt, sowie einem sogenannten „Suszeptor“. Der Suszeptor besteht aus einem magnetischen Material, welches sich beim Durchdringen mit dem wechselseitigen Magnetfeld erhitzt und lokal Wärme generiert.
Im Falle der beschriebenen HnB-Produkte, bzw. RRPs befindet sich im Gerät eine Spule, welche ein Suszeptormaterial im Kontakt zur tabakhaltigen Substanz erhitzt. Als Suszeptormaterial dienen oft Formteile aus Metallen oder Legierungen wie beispielswiese Fe-Si(-P), Fe-Si-Al, oder ähnlichem.
Die Tatsache, dass solche Suszeptoren als Formteil vorliegen bringt einige Nachteile mit sich: In Absenz einer Feinstrukturierung im Suszeptor wird über den gesamten Suszeptorkörper Wärme durch Induktion generiert. Jedoch sind die Anforderungen an das Heizsystem durch den Phasenübergang des Fluids nicht über den gesamten Flüssigkeits-, bzw. Dampfpfad identisch. Durch das isotrope Aufheizen des gesamten Formteils, unabhängig von dessen Position im Flüssigkeits- bzw. Dampfpfad, wird das Gesamtsystem ineffizient. Die nicht ideale Effizienz hat zur Folge, dass auch die Größe, das Gewicht und/oder die Akkuleistung der zugehörigen Geräte nicht optimal, folglich überdimensioniert, ist. Darüber hinaus kann die erreichte Temperatur des Suszeptors nur schwer kontrolliert werden. Zwar gibt es durch die Curie-Temperatur (TC) des Suszeptormaterials eine physikalisch bedingte Obergrenze der erreichbaren Temperatur, jedoch ist die Curie-Temperatur ein Materialparameter und als solcher kaum zu beeinflussen, ohne die Effizienz der Induktion zu beeinträchtigen. Weiter ist durch die Anpassung der Versorgungsleistung zwar eine Steuerung der Temperatur, nicht aber eine Regelung derselben möglich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht folglich darin, eine Aerosolerzeugungsvorrichtung anzugeben, deren Heizelement eine effiziente induktive Überführung von festem oder flüssigem Material in die Gasphase ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch eine Aerosolerzeugungsvorrichtung gelöst, welche Aerosolerzeugungsvorrichtung umfasst:

- eine zur Aufnahme von in die Gasphase zu überführendem festem oder flüssigem Material ausgestaltete Kammer, welches Material insbesondere aktive Inhaltsstoffe enthält;
- einen Magnetfeldgenerator, der so konfiguriert ist, dass er ein sich veränderndes Magnetfeld erzeugt; und
- ein Heizelement, umfassend ein Substrat mit einer Oberseite und einer Unterseite und eine erste auf einem Teilbereich der Ober- oder der Unterseite des Substrats aufgebrachte strukturierte Suszeptorschicht, wobei die erste Suszeptorschicht derart ausgestaltet ist, dass sie von dem sich verändernden Magnetfeld durchdrungen wird, um Wärme zu erzeugen, wodurch zumindest ein Teil des in der Kammer aufgenommenen Materials erhitzt und in die Gasphase überführt wird, wobei die erste Suszeptorschicht derart strukturiert ist, dass eine Wärmeeinbringung von der Suszeptorschicht in das Material hauptsächlich in einem Bereich erfolgt, in welchem ein direkter Kontakt zwischen dem Material und der Suszeptorschicht vorliegt.

Durch die spezielle Anordnung und Ausgestaltung des Heizelements wird die Verdampfung des Materials effizienter gestaltet. Dadurch benötigt die Aerosolerzeugungsvorrichtung weniger Energie, wodurch auch die Laufzeit der Energieversorgungseinheit, beispielsweise ein Akku, einer solchen Aerosolerzeugungsvorrichtung erhöht wird. Auch können Dimensionen - und dadurch Kosten - der Aerosolerzeugungsvorrichtung reduziert werden.
Ein Suszeptor ist ein Bauteil, welcher aus einem Material besteht, das die Eigenschaft besitzt, Energie eines Wechselmagnetfelds aufzunehmen und in Wärme umzuwandeln.
Bei den aktiven Inhaltsstoffen handelt es sich beispielsweise um Aromen, um Nikotin oder medizinische Wirkstoffe, wie beispielsweise Aspirin.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Aerosolerzeugungsvorrichtung sieht vor, dass die Aerosolerzeugungsvorrichtung einen Auslass zur Aufnahme des in die Gasphase überführten Materials durch einen Benutzer aufweist, wobei die Aerosolerzeugungsvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sich das in die Gasphase überführte Material in einer Flussrichtung von der Kammer zum Auslass über das Heizelement hinwegbewegt, wobei die erste Suszeporschicht derart ausgestaltet ist, dass sich zumindest eine Teilfläche der ersten Suszeptorschicht in Flussrichtung sukzessive verjüngt. Diese Strukturierung der ersten Suszeptorschicht führt dazu, dass eine Homogenität der Heizleistung erreicht wird. In der Umgebung desjenigen Bereichs, der am breitesten ausgestaltet ist, befindet sich mehr in die Gasphase zu überführendes Material, so dass dieser die größte Heizleistung benötigt
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Aerosolerzeugungsvorrichtung ist vorgesehen, dass das Heizelement eine oder mehrere zweite strukturierte Suszeptorschichten aufweist, welche auf derselben Seite wie die erste Suszeptorschicht oder der entsprechenden anderen Seite des Substrats aufgebracht ist/sind. Insbesondere sind die erste Suszeptorschicht und die zweite/n Suszeptorschicht/en in einer vorteilhaften Ausgestaltung elektrisch und thermisch voneinander isoliert. Die elektrische und thermische Isolation folgt zum einen durch Vorsehen eines ausreichenden Abstands der Suszeptorschichten zueinander, bzw. eine Anordnung verschiedener Schichten auf gegenüberliegenden Seiten, zum anderen durch die Materialwahl des Substrats. Vorteilhafterweise weist das Substrat ein Material auf, welches elektrisch und thermisch isolierend ist, bspw. ein keramisches Material oder ein Halbleitermaterial.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Aerosolerzeugungsvorrichtung ist es vorgesehen, dass die erste Suszeptorschicht und/oder die zweite/n Suszeptorschicht/en ein ferromagnetisches Material umfassen. Geeignet Materialien hierfür sind beispielsweise Eisen, Fe-Si, Fe-Si-Al, Permalloy (Fe-Ni-Mo), Nickel, o.ä.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die erste Suszeptorschicht und/oder die zweite/n Suszeptorschicht/en ein hartmagnetisches Material umfassen. Beispielsweise kommt als hartmagnetisches Material Ferrit (Fe₃O₄) infrage. Es kann auch vorgesehen sein, dass die die erste Suszeptorschicht und/oder die zweite/n Suszeptorschicht/en Kombinationen der vorgenannten ferro- und hartmagnetischen Materialien aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Aerosolerzeugungsvorrichtung ist vorgesehen, dass das Material einen definierten Temperaturkoeffizienten aufweist. Das Material kann dadurch als PTC- oder NTC-Widerstandselement zur Erfassung der Temperatur eingesetzt werden. Hierfür weist die Aerosolerzeugungsvorrichtung eine Regel-/Auswerteeinheit auf, wobei die Regel-/Auswerteeinheit dazu ausgestaltet ist, den Magnetfeldgenerator in ersten Zeitintervallen zu aktivieren, wobei der Magnetfeldgenerator in zweiten Zeitintervallen, welche zwischen den ersten Zeitintervallen liegen, ausgeschaltet ist. Es wird also ein alternierender Betrieb des Magnetfeldgenerator realisiert.
Die Regel-/Auswerteeinheit ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Aerosolerzeugungsvorrichtung dazu ausgestaltet, mittels des alternierenden Betriebs in den zweiten Zeitintervallen einen Widerstandswert der ersten Suszeptorschicht und/oder der zweite/n Suszeptorschicht/en zu erfassen und daraus abgeleitet einen Temperaturwert zu bestimmen.
Ein zentraler Punkt von RRPs ist das reduzierte Risiko der Verdampfung, bzw. Erhitzung von Tabaksubstanz. Dabei ist die erreichte Maximaltemperatur von zentraler Bedeutung. Ist sie zu niedrig, wird nicht genügend Substanz in Aerosol umgewandelt. Ist sie zu hoch, entstehen gesundheitsschädliche Nebenprodukte während der übermässigen Erhitzung. Mittels des alternierenden Betriebs ist es also zusätzlich zur effizienten Heizfunktion des Heizelements auch möglich, eine Überwachung und dadurch eine Regelung der tatsächlich herrschenden Temperatur der Suszeptorenschichten vorzunehmen.
Gemäß einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Aerosolerzeugungsvorrichtung ist vorgesehen, dass die erste Suszeptorschicht und/oder die zweite/n Suszeptorschicht/en mittels eines Dünnschichtverfahrens aufgebracht sind. Für das Dünnschichtverfahren kommen industriegeläufige Verfahren wie beispielsweise Sputtern, Sprühbeschichtung, oder ähnliche CVD- und/oder PVD-Verfahren in Frage. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass die erste Suszeptorschicht und/oder die zweite/n Suszeptorschicht/en jeweils vollflächig aufgebracht und erst nach dem Aufbringen strukturiert sind. Die Strukturierung kann im Falle der Verwendung einer Dünnschichttechnologie beispielsweise mittels eines Lithographie- oder Laserverfahrens durchgeführt werden.
Gemäß einer zweiten Variante der erfindungsgemäßen Aerosolerzeugungsvorrichtung ist vorgesehen, dass die erste Suszeptorschicht und/oder die zweite/n Suszeptorschicht/en strukturiert mittels eines additiven Verfahrens, insbesondere eines Siebdruckverfahrens, aufgebracht sind.
Im Falle der Verwendung eines Siebdruckverfahrens wird eine Paste auf das Substrat aufgebracht, welche anschließend für eine bestimmte Zeitdauer mit einer bestimmten Temperatur ausgeheizt wird. In Abhängigkeit der konkret in der Paste enthaltenen Materialien beträgt die für das Erhitzen benötigte Temperatur ca. 400°C bis 800 °C. Die benötigte Zeitdauer als Haltezeit liegt in der Größenordnung Minuten bis Stunden.
Die Paste enthält vorteilhafterweise eine leitfähige Phase und einen Matrixanteil, wobei die leitfähige Phase Suszeptorpartikel umfasst. Durch die Einbettung einzelner Suszeptorpartikel in einen Matrixanteil sind durch geeignete Materialwahl Suszeptoreigenschaften wie spezifischer elektrischer Widerstand, (effektive) Curie-Temperatur, thermische Leitfähigkeit, sowie magnetische Permeabilität mit hohen Maß an Unabhängigkeit voneinander manipulierbar. Der Matrixanteil enthält vorteilhafterweise Gläser enthält, welche Gläser eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, insbesondere ITO. Alternativ oder zusätzlich enthält der Matrixanteil Glassysteme, insbesondere natrium-, calcium-, silizium- und/oder aluminiumhaltigen Glassystemen, welche Glassysteme eine Migration von Ionen erlauben. Diese Glassysteme sind insbesondere Na/Ca/Si/Al-Systeme. Durch Wahl dieser Materialien stellt die Matrix die Haftung der leitfähigen Phase auf dem Substrat sicher. Ebenso wird die leitfähige Phase von der Umgebung elektrisch isoliert.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Aerosolerzeugungsvorrichtung sieht vor, dass die thermische Wärmeleitfähigkeit des Materials des Substrats niedriger ist als die thermische Wärmeleitfähigkeit des Materials der ersten Suszeptorschichten und des Materials der zweite Suszeptorschicht/en. Dadurch wird die durch die Induktion erzeugte Wärme größtenteils in das die Gasphase zu überführende Material emittiert.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert. Es zeigen

1: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Aerosolerzeugungsvorrichtung;
2: eine Ausgestaltung des Heizelements mit der ersten Suszeptorschicht;
3: eine alternative Ausgestaltung des Heizelements, welche zusätzliche zweite Suszeptorschichten aufweist; und
4: eine weitere alternative Ausgestaltung des Heizelements, welche zusätzliche zweite Suszeptorschichten aufweist.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Aerosolerzeugungsvorrichtung 2 beispielhaft abgebildet. Die Aerosolerzeugungsvorrichtung weist ein Gehäuse auf, welches an einem Endbereich einen Auslass hat. Der Auslass ist Teil einer Kammer 200, oder kann mit der Kammer 200 verbunden sein und dient der Aufnahme von Aerosolen, welche durch die Aerosolerzeugungsvorrichtung 2 erzeugt werden, durch einen Benutzer. Die Kammer 200 dient der Aufnahme eines flüssigen oder festen Materials, bspw. stickförmig oder als Liquidtank. Das Material enthält aktive Inhaltsstoffe, bspw. Nikotin oder Aspirin.
Die Aerosole werden durch ein Heizelement 1 erzeugt, welches thermisch mit dem Material in Verbindung steht. Das Heizelement 1, welches in 1 von der Seitenansicht gezeigt wird und welches ein Substrat 100 und eine erste Suszeptorschicht 110 umfasst, wird von einem wechselnden Magnetfeld durchdrungen und erhitzt sich dadurch. Das Substrat 100 besteht aus einem Material mit einer schlechten thermischen und elektrischen Leitfähigkeit, beispielsweise ein keramisches Material.
Das Magnetfeld, hier als zweites Magnetfeld bezeichnet, wird durch einen Magnetfeldgenerator 210 erzeugt, beispielsweise eine Spule, welcher durch eine Regel-/Auswerteeinheit 220 ein- und ausgeschaltet wird. Die Regeleinheit 220 und der Magnetfeldgenerator 210 werden durch eine Energieversorgungseinheit 230, insbesondere eine Batterie oder ein Akkumulator, mit ihrer zum Betrieb benötigten elektrischen Energie versorgt.
Die erste Suszeptorschicht 110 wird im Siebdruckverfahren aufgebracht. Zusammengefasst besteht der Siebdruckprozess aus dem Aufbringen einer flüssigen Paste auf ein Substrat mit anschließender Wärmebehandlung zur Fixierung des gedruckten Materials, sowie zur Definition der finalen Materialeigenschaften.
Das Materialsystem besteht aus einer elektrisch leitfähigen Phase, welche erste Suszeptorpartikel 112 mit einer ausreichend hohen Permeabilität aufweist und einem Matrixanteil 111. Zusammengefasst hat die elektrisch leitfähige Phase folgende Funktionen:

- Bestimmung der magnetischen Permeabilität, sowie Bildung zusammenhängender, elektrisch leitfähiger Bereiche; sowie
- Bestimmung der magnetischen Hystereseeigenschaften.

Geeignete Materialien für die elektrisch leitfähige Phase sind Eisen, Fe-Si, Fe-Si-Al, Ferrit (Fe3O4), Permalloy (Fe-Ni-Mo), Nickel, hartmagnetische Partikel wie z.B. Sr-Fe3O4 oder eine Kombination der vorgenannten Materialien.
Der Matrixanteil übernimmt folgende Funktionen:

- Sicherstellen der Haftung der elektrisch leitfähigen Phase auf dem Substrat;
- Trennung (Isolation) der elektrisch leitfähigen Phase von der Umgebung;
- (Mit-) Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit der gesamten Suszeptorschicht 110; und
- Einstellung der effektiven Curietemperatur der Suszeptorschicht 110.

Geeignete Materialien für den Matrixanteil sind Gläser mit hoher Leifähigkeit z.B. ITO (Indium-Tin-Oxide), Gläser, welche lonenmigration erleichtern, wie z.B. Na/Ca/Si/Al-Systeme oder Kombinationen der vorgenannten Materialien.
Mittels des Siebdruckverfahrens kann die Strukturierung, also die Wahl der Form, bzw. Geometrie und die Dimensionierung, der ersten Suszeptorschicht direkt während des Aufbringens erfolgen. Alternativ kann die erste Suszeptorschicht 110 mittels eines Dünnschichtverfahrens zuerst flächig auf das Substrat aufgebracht werden, beispielsweise mittels eines CVD- oder PVD-Verfahrens und anschließend mittels Lithografie oder eines Laserverfahrens strukturiert werden.
Essentiell hierbei ist, dass die Form der ersten Suszeptorschicht 110 auf das restliche Gerätedesign derart angepasst wird, dass die Wärmeeinbringung und der dadurch resultierende Wärmeübergang von der ersten Suszeptorschicht 110 auf die Flüssigkeit hauptsächlich in dem Bereich erfolgt, welcher direkten Kontakt zur flüssigen Tabaksubstanz steht.
2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer solchen Suszeptorschicht 110. Atmet der Benutzer durch den Auslass 240 ein, so wird ein Sog erzeugt. Das verdampfte Material wird in Flussrichtung $\vec{v}$
von der Kamer 200 in Richtung des Auslasses 240 befördert. In dem Bereich des Heizelements 2, in welchem eine große Überlappung des Heizelements 2 mit dem Material erfolgt, ist die Fläche der ersten Suszeptorschicht 110 relativ groß ausgestaltet. Mit fortlaufender Flussrichtung $\vec{v}$
verkleinert sich die Breite der ersten Suszeptorschicht 110. So können zwar noch unverdampfte Bestandteilte des Materials ebenfalls in die Dampfphase überführt werden, allerdings erfolgt hier eine höhere Kühlung des Heizelements als bei einer vollflächigen Ausgestaltung, so dass die Heizleistung erhöht wird.
3 zeigt eine Ausgestaltung des Heizelements 2, in welcher neben der ersten Suszeptorschicht 110 ein oder mehrere zweite Suszeptorschichten 120 auf dem Substrat aufgebracht sind. Die zweite Suszeptorschicht, bzw.-schichten 120 können auf derselben Seite des Substrats 100 (durchgehende Darstellung) wie die erste Suszeptorschicht 110 aufgebracht sein, oder auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats 100 (gestrichelte Darstellung). Deren Materialien sind gleich der Materialien der ersten Suszeptorschicht. Auch wird ein identisches Verfahren zum Aufbringen wie bei der ersten Suszeptorschicht 110 verwendet. Insbesondere erfolgt das Aufbringen der ersten Suszeptorschicht und der einen oder mehreren zweiten Suszeptorschichten 120 in einem gemeinsamen Herstellungsschritt.
Dadurch wird eine noch gezieltere Aufteilung der Heizzonen ermöglicht. Da sowohl der spezifische elektrische Widerstand und die magnetische Permeabilität Funktionen der Temperatur sind, wird die eingebrachte Leistung im Induktionsverfahren mit zunehmender Temperatur der Suszeptorschichten 110, 120 in der Regel abnehmen. Die elektrische und thermische Trennung der Suszeptorbereiche führt dazu, dass kühlere Bereiche mehr Leistung einbringen als wärmere. Das hilft nicht nur, eine hohe Homogenität der Heizleistung zu erreichen, sondern ermöglicht auch, dass Bereiche, welche mit dem Material bedeckt sind und dadurch einen hohen Wärmeabgang aufweisen, mehr Leistung einbringen als unbedeckte. Im Vergleich zu einem Formteil erhöht diese Strukturierung einerseits weiter die Heizeffizienz und bringt andererseits eine hohe Robustheit des Heizsystems gegen Überhitzung.
Wird als Suszeptorschicht 110, 120, 121 ein Material verwendet, welches einen hinreichend bekannten und stabilen thermischen Widerstandskoeffizienten aufweist, kann diese durch die Kombination von thermischer Trennung und strukturierter Aufbringung der Schicht in gepulstem Betrieb der Magnetfeldgenerierung ebenfalls als Temperatursensor eingesetzt werden. 4 zeigt eine solche Ausgestaltung. In dieser Ausgestaltung sind neben der ersten Suszeptorschicht 110, welche gemäß des Ausführungsbeispiels der 2 ausgestaltet ist, zwei zweite Suszeptorschichten 120, 121 aufgebracht, welche in Flussrichtung $\vec{v}$
gesehen links und rechts neben der ersten Suszeptorschicht 110 angeordnet sind. Jede dieser zweiten Suszeptorschichten 120, 121 ist mäanderförmig strukturiert. In einem ersten Zeitintervall ist der Magnetfeldgenerator 210 eingeschaltet, so dass sich alle drei Suszeptorschichten 110, 120, 121 erhitzen. In einem zweiten Zeitintervall erfasst die Regel-/Auswerteeinheit 220, welche mit beiden zweiten Suszeptorschichten 120, 121 elektrisch verbunden ist, den Widerstandswert der zweiten Suszeptorschichten 120, 121 und kann dadurch die Temperatur des Heizelements 1 bestimmen. Die Temperatur kann von der Regel-/Auswerteeinheit 220 ausgewertet werden, um die Zeitdauern der ersten und der zweiten Zeitintervalle derart anzupassen, dass das induktive Heizen optimal durchgeführt wird, so dass insbesondere die Curie-Temperatur nicht überschritten wird.
Erfindungsgemäß werden also Suszeptorschichten 110, 120, 121 strukturiert auf ein thermisch schlecht leitendes Substrat 100 aufgebracht. Dadurch wird die Heizleistung in verschiedenen Zonen des Substanzflusses $\vec{v}$
moduliert, wodurch eine Heizleistung genau in denjenigen Bereichen in der Kammer 200 eingebracht werden kann, wo sie benötigt wird. Des Weiteren kann durch die strukturierte Aufbringung einer Suszeptorschicht 110, 120, 121 in Kombination mit einem thermisch schlecht leitenden Substrat 100 der Wärmeübergang von der Suszeptorschicht 110, 120, 121 zum Material optimiert werden, insbesondere dann, wenn die Suszeptorschicht 110, 120, 121 mehrere räumlich getrennte Kontaktbereiche zum Material aufweist.
Bezugszeichenliste

1: Heizelement
100: Substrat
110: erste Suszeptorschicht
120, 121: zweite Suszeptorschichten
2: Aerosolerzeugungsvorrichtung
200: Kammer
210: Magnetfeldgenerator
220: Regel-/Auswerteeinheit
230: Energieversorgungseinheit
240: Auslass
: Flussrichtung

Claims

Aerosolerzeugungsvorrichtung (2), umfassend: - eine zur Aufnahme von in die Gasphase zu überführendem festem oder flüssigem Material ausgestaltete Kammer (200), welches Material insbesondere aktive Inhaltsstoffe enthält; - einen Magnetfeldgenerator (210), der so konfiguriert ist, dass er ein sich veränderndes Magnetfeld erzeugt; und - ein Heizelement (1), umfassend ein Substrat (100) mit einer Oberseite und einer Unterseite und eine erste auf einem Teilbereich der Ober- oder der Unterseite des Substrats (100) aufgebrachte strukturierte erste Suszeptorschicht (110), wobei die erste Suszeptorschicht (110) derart ausgestaltet ist, dass sie von dem sich verändernden Magnetfeld durchdrungen wird, um Wärme zu erzeugen, wodurch zumindest ein Teil des in der Kammer (200) aufgenommenen Materials erhitzt und in die Gasphase überführt wird, wobei die erste Suszeptorschicht (110) derart strukturiert ist, dass ein eine Wärmeeinbringung von der ersten Suszeptorschicht (110) in das Material hauptsächlich in einem Bereich erfolgt, in welchem ein direkter Kontakt zwischen dem Material und der ersten Suszeptorschicht (110) vorliegt.
Aerosolerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Aerosolerzeugungsvorrichtung (2) einen Auslass (240) zur Aufnahme des in die Gasphase überführten Materials durch einen Benutzer aufweist, wobei die Aerosolerzeugungsvorrichtung (2) derart ausgestaltet ist, dass sich das in die Gasphase überführte Material in einer Flussrichtung von der Kammer (200) zum Auslass über das Heizelement (1) hinwegbewegt, wobei die erste Suszeporschicht (110) derart ausgestaltet ist, dass sich zumindest eine Teilfläche der ersten Suszeptorschicht (110) in Flussrichtung sukzessive verjüngt.
Aerosolerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Heizelement (1) eine oder mehrere zweite strukturierte Suszeptorschichten (120, 121) aufweist, welche auf derselben Seite wie die erste Suszeptorschicht (110) oder der entsprechenden anderen Seite des Substrats (100) aufgebracht ist/sind.
Aerosolerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die erste Suszeptorschicht (110) und die zweite/n Suszeptorschicht/en (120, 121) elektrisch und thermisch voneinander isoliert sind.
Aerosolerzeugungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Suszeptorschicht (110) und/oder die zweite/n Suszeptorschicht/en (120, 121) ein ferromagnetisches Material umfassen.
Aerosolerzeugungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Suszeptorschicht (110) und/oder die zweite/n Suszeptorschicht/en (120, 121) ein hartmagnetisches Material umfassen.
Aerosolerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei das Material einen definierten Temperaturkoeffizienten aufweist.
Aerosolerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 7, weiter umfassend eine Regel-/Auswerteeinheit (220), wobei die Regel-/Auswerteeinheit (220) dazu ausgestaltet ist, den Magnetfeldgenerator (210) in ersten Zeitintervallen zu aktivieren, wobei der Magnetfeldgenerator (210) in zweiten Zeitintervallen, welche zwischen den ersten Zeitintervallen liegen, ausgeschaltet ist.
Aerosolerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Regel-/Auswerteeinheit (220) dazu ausgestaltet ist, in den zweiten Zeitintervallen einen Widerstandswert der ersten Suszeptorschicht (110) und/oder der zweite/n Suszeptorschicht/en (120, 121) zu erfassen und daraus abgeleitet einen Temperaturwert zu bestimmen.
Aerosolerzeugungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Suszeptorschicht (110) und/oder die zweite/n Suszeptorschicht/en (120, 121) mittels eines Dünnschichtverfahrens aufgebracht sind.
Aerosolerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die die erste Suszeptorschicht (110) und/oder die zweite/n Suszeptorschicht/en (120, 121) jeweils vollflächig aufgebracht und erst nach dem Aufbringen strukturiert sind.
Aerosolerzeugungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Suszeptorschicht (110) und/oder die zweite/n Suszeptorschicht/en (120, 121) strukturiert mittels eines additiven Verfahrens, insbesondere eines Siebdruckverfahrens, aufgebracht sind.
Aerosolerzeugungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die thermische Wärmeleitfähigkeit des Materials des Substrats (100) niedriger ist als die thermische Wärmeleitfähigkeit des Materials der ersten Suszeptorschichten (110) und/oder des Materials der zweite Suszeptorschicht/en (120, 121).