CN102781266A - 用于生成浮质的系统的成形的加热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于加热形成浮质的衬底的加热器（101）。加热器包括以细长阵列布置的多个细长加热元件（107）。细长阵列设置有具有第一尺寸的支撑端部、具有第二尺寸的加热端部和具有第三尺寸的中间部分。阵列布置成加热衬底以形成浮质。第三尺寸大于第一尺寸并且大于第二尺寸。还提供了一种包括这种加热器的电加热的生成浮质的系统。

Description

用于生成浮质的系统的成形的加热器

技术领域

本发明涉及一种用于加热形成浮质的衬底的加热器。优选但不排外地，本发明涉及一种用于加热形成浮质的衬底的电加热器以及涉及一种用于电加热的生成浮质的系统的加热器。本发明具体应用为用于电加热的发烟系统的内部加热器，用于加热具有腔体的形成浮质的衬底。

背景技术

EP-A-0358020公开了一种包括香烟的发烟制品，所述发烟制品具有用于加热香烟中的烟草材料的电阻加热元件。香烟具有用于连接到可重复使用的手持控制器的电连接插头。手持控制器包括电池和电流控制电路，所述电流控制电路控制向香烟中的电阻加热元件供应电力。这种所提出的发烟制品的一个缺点在于加热元件没有与烟草材料直接接触，并且因此，电阻加热元件仅通过抽吸经过加热器并且继而经过烟草材料的空气来间接地加热烟草材料。由于间接加热处理，因此这能够导致低效地加热烟草材料。这也可能意味着由于间接加热处理，发烟制品能够变得比期望的更热。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供有一种用于加热形成浮质的衬底的加热器，所述加热器包括以细长阵列布置的多个细长的加热元件，所述细长阵列设置有具有第一尺寸的支撑端部、具有第二尺寸的加热端部以及具有第三尺寸的中间部分，所述阵列布置成加热衬底以形成浮质，其中，第三尺寸大于第一尺寸并且大于第二尺寸。

根据本发明的实施例的加热器的优势在于由于与衬底相接触，因此加热元件能够有效地加热衬底。加热端部可以插入到形成浮质的衬底的腔体中，同时与加热端部相对的支撑端部可以保持在形成浮质的衬底的外侧（或在外侧附近）。中间部分位于支撑端部和加热端部之间并且可以接触形成浮质的衬底。因为阵列的中间部分具有最大的尺寸（如果阵列具有圆形或接近圆形的横截面，则所述最大尺寸可以是所述中间部分的直径），所以在仍然提供与衬底的内侧的良好接触的同时，细长阵列能够在加热端部处容易地插入到形成浮质的衬底的腔体中。加热器是有利的，原因在于与衬底的良好接触提供了最优的衬底加热。因为加热处理是高效的，所以可以降低所需的温度和电力。

另外，根据本发明的实施例的加热器的优势在于，将通过与衬底内侧相接触而移除形成在加热元件外侧上的任何冷凝物。加热器可以额外地具有这样的优势：加热元件的温度高到足以允许没有通过与衬底相接触而被移除的冷凝物在加热处理期间蒸发。细长阵列还提供了用于加热器的耐用的布置方案，这降低了加热元件损坏的可能性。

加热器可以用于电加热的生成浮质的系统中。优选地，加热器是内部加热器。然而，加热器也可以是外部加热器。

优选地，多个细长的加热元件以基本管状陈列布置。即，阵列可以基本呈管状。第一尺寸、第二尺寸和第三尺寸中的至少一个可以是阵列的直径。优选地，第一尺寸是管状阵列在支撑端部处的直径。优选地，第二尺寸是管状阵列在加热端部处的直径。优选地，第三尺寸是阵列在中间部分中的直径。阵列的直径可以通过并且基本垂直于阵列的对称纵向轴线测量得到。替代地，加热元件以基本圆锥形阵列布置。即，阵列可以呈基本圆锥状。

优选地，在加热端部处的第二尺寸小于支撑端部处的第一尺寸。在一个优选布置方案中，加热端部是尖端的形式。这有助于加热元件容易地插入到形成浮质的衬底的腔体中。优选地，加热元件在支撑端部、中间部分和加热端部之间是弯曲的。在一个优选的布置方案中，加热元件朝向彼此弯曲，以便在加热端部处形成尖端。在这种情况下，细长阵列优选地是头锥体状，并且每个加热元件均优选地具有弯曲的椭圆形状。

基本细长的阵列具有圆形的横截面。然而，并非一定如此，并且矩形、卵形或具有其它形状的横截面也是可能的。在这种情况下，支撑端部、加热端部和中间部分中的每个的尺寸均可以包括基本垂直于阵列的纵向轴线的测量值。所述测量值可以包括阵列的跨度、阵列的幅度或者阵列的宽度。优选地，支撑端部、加热端部和中间部分中的每个的尺寸可以包括基本垂直于阵列的纵向轴线的最大测量值，如果将细长陈列插入到形成浮质的衬底中，则所述最大测量值会是极限测量值。

在一个实施例中，加热元件的细长阵列从在支撑端部处的圈延伸。圈的横截面可以基本是圆形。然而，圈也可以呈现多种其它形式，例如，正方形、矩形、卵形或者八角形。在一个实施例中，圈包括环形件。在另一个实施例中，圈包括环形盘状件。圈可以具有导电性。替代地，圈可以电绝缘。

优选地，在加热端部处，多个加热元件彼此电连接。优选地，在加热端部处，多个加热元件彼此机械连接。在加热端部处，多个加热元件可以既彼此电连接又彼此机械连接。

在一个实施例中，阵列的中间部分的尺寸大于形成浮质的衬底的腔体的内部尺寸，使得当将多个加热元件插入到形成浮质的衬底的腔体中时，加热元件被朝向彼此挤压，以便将力施加在衬底上。中间部分的尺寸优选地是中间部分的直径。腔体的内部尺寸优选地是腔体的内径。当加热元件被朝向彼此挤压时，所述加热元件优选地被朝向加热器的对称的中央轴线挤压，即，朝向细长陈列的对称的纵向轴线挤压。优选地，施加在衬底上的力沿着远离加热器的对称的中央轴线（即，远离细长陈列的对称的纵向轴线）的方向施加。这种布置方案还使与衬底的接触优化，这提高了加热处理的效率。

多个加热元件可以包括两个加热元件。如果细长阵列包括两个加热元件，则当沿着加热器的纵向轴线观察时，每个加热元件均可以定位成与和其毗邻的加热元件间隔大约180°的角度。即，两个加热元件可以基本彼此相对。在这种情况中，支撑端部、加热端部和中间部分中的每一个的尺寸可以包括两个加热元件之间的基本垂直于纵向轴线测量得到的距离。替代地，多个加热元件可以包括三个加热元件。如果细长阵列包括三个加热元件，则当沿着加热器的纵向轴线观察时，每个加热元件均可以定位成和其毗邻的加热元件间隔开大约120°的角度。在所述情况中，支撑端部、加热端部和中间部分中的每一个的尺寸可以包括三个加热元件中的两个之间的距离或基本垂直于纵向轴线测量得到的另一个尺寸。替代地，多个加热元件可以包括四个加热元件。如果细长阵列包括四个加热元件，则当沿着加热器的纵向轴线观察时，每个加热元件均可以定位成与和其毗邻的加热元件间隔开90°的角度。在所述情况中，支撑端部、加热端部和中间部分中的每一个的尺寸均可以包括加热元件中的两个（优选地，加热元件中的彼此相对的两个）之间的基本垂直于纵向轴线测量得到的距离。多个加热元件可以包括五、六、七或八个加热元件。如果细长阵列包括八个加热元件，则当沿着加热器的纵向轴线观察时，每个加热元件均可以定位成与和其毗邻的加热元件价格开大约45°的角度。对于任何数量的加热元件而言，支撑端部、加热端部和中间部分中的每一个的尺寸均可以包括两个基本相对的加热元件之间的基本垂直于阵列的纵向轴线测量得到的距离。

多个细长的加热元件中的每一个均优选地包括电阻材料。适当的电阻材料包括但并不局限于：诸如掺杂陶瓷的半导体、导电陶瓷（诸如，例如，二硅化钼）、碳、石墨、金属、金属合金以及由陶瓷材料和金属材料制成的复合材料。这种复合材料可以包括掺杂质的陶瓷或者不掺杂质的陶瓷。适当的掺杂质的陶瓷的示例包括掺杂质的碳化硅。适当的金属的示例包括钛、锆、钽以及铂族金属。适当的金属合金的示例包括不锈钢、镍合金、钴合金、铬合金、铝合金、钛合金、锆合金、铪合金、铌合金、钼合金、钽合金、钨合金、锡合金、镓合金和锰合金和含铁合金，以及基于镍、铁、钴、不锈钢的超级合金、

和铁锰铝基合金。基于能量传递的动力学以及所需的外部物理化学特性，在复合材料中，电阻材料可以任选地被嵌入、封装在绝缘材料中或者被绝缘材料所覆盖，反之亦然。

是科罗拉多州丹佛的1999Broadway Suite 4300的Titanium Metals公司的注册商标。

替代地，多个细长的加热元件中的每一个均可以包括红外加热元件、光子源（photonic source）、或者感应加热元件。

优选地，多个细长的加热元件中的每一个均可以采取细长的叶片的形式。

在一个实施例中，多个加热元件通过平冲压适当材料的单个片材形成。圈同样可以通过平冲压适当材料的片材形成。圈可以基本是环形形状。在一个实施例中，冲压出的加热元件可以形成针齿状或星状。在所述情况下，加热元件然后朝向圈弯曲，以形成基本细长的阵列。在替代实施例中，冲压出的加热元件可以形成梳状。在所述情况中，接合梳状件的齿的连结元件然后弯曲成环形件，以形成加热元件的基本细长的阵列。在另一个实施例中，圈和多个加热元件单独形成并且然后加热元件例如通过熔接连接到连结元件。加热元件的支撑端部可以通过将所述加热元件通过熔接、粘合或其它方式附接到圈而由圈保持在适当的位置中。

加热器还可以包括至少一个外部加热元件，用于加热形成浮质的衬底的外侧。一个或多个外部加热元件可以包括设计成包围衬底的加热叶片。一个或多个外部加热元件可以包括设计成包围衬底的管。一个或多个外部加热元件可以包括盘状（端部）加热器。如果将圈设置在支撑端部处，则圈能够包括外部加热元件。用于一个或多个外部加热元件的适当的材料与上述那些用于多个加热元件的材料相同。

在一个实施例中，加热器还包括基本位于加热元件的细长阵列的中心处的导电引脚。引脚可以将所有加热元件连接到第一电压。每个加热元件均还能够通过开关连接到第二电压，使得当开启开关时，相应的加热元件通电。替代地，所有加热元件均能够通过单个开关连接到第二电压，使得当开启所述开关时，所有加热元件均通电。在那些实施例中，优选地，支撑端部处的圈是导电的，并且连接到第二电压以及连接到加热元件的支撑端部。

优选地，导电引脚电在加热端部处连接到所有加热元件，所述引脚优选地将所有加热元件连接到第一电压。在所述实施例中，引脚优选地连接到第一电压，并且在加热端部处连接到所有加热元件。圈优选地连接到第二电压，并且能够在加热端部处连接到所有加热元件。

优选地，多个加热元件能够连接在第一电压和第二电压之间。在所述实施例中，加热元件中的至少一个的支撑端部能够连接到第一电压和第二电压中的一个。

在一个实施例中，在支撑端部处，所有加热元件均能够连接到第一电压和第二电压中的一个，并且在加热端部处，所有加热元件均能够连接到第一电压和第二电压中的另一个。即，当连接后，在支撑端部处第一电压和加热端部处的第二电压之间，电流流过每个加热元件。

在替代实施例中，加热元件中的至少一个的支撑端部能够连接到第一电压和第二电压中的一个，并且加热元件中的至少另一个的支撑端部能够连接到第一电压和第二电压中的另一个。即，当连接后，在加热元件中的一些的支撑端部处的第一电压和支撑端部处的第二电压之间，电流通过那些加热元件流到加热端部，通过其它加热元件从加热端部流到第二电压。

在任意一个实施例中，加热器均可以包括用于每个加热元件的开关，每个所述开关均允许电流流经相应的加热元件。在所述情况中，每个加热元件均处于单独控制之下。在所述情况中，能够使每个加热元件单独通电。控制开关将确定使加热元件中的哪一个通电。这是有利的，因为这可以允许选择性地加热形成浮质的衬底的不同部分。

替代地，加热器可以包括这样的开关，所述开关允许电流流经所有加热元件。在所述情况中，优选地，用于所有加热元件的开关处于一个集中控制之下。在所述情况中，开启或闭合开关，使得所有加热元件均通电或使得所有加热元件均不通电。开关可以替代地允许电流流经一些加热元件而非所有加热元件。

在一个优选的布置方案中，加热器包括导电引脚，所述导电引脚电连接到第一电压并且在加热端部处电连接到所有加热元件。在支撑端部处，加热元件能够通过单个开关连接到第二电压。

在另一个优选的布置方案中，加热器包括导电引脚，所述导电引脚电连接到第一电压并且在加热端部处电连接到所有加热元件。在支撑端部处，各个加热元件均能够通过相应的开关连接到第二电压。

在另一个优选的布置方案中，加热元件中的一些在支撑端部处连接到第一电压。这可以通过单个开关或者通过用于每个加热元件的单个开关实现。加热元件中的其它加热元件在支撑端部处连接到第二电压。同样，这可以通过单个开关或通过用于每个加热元件的单独开关实现。在加热端部处，加热元件彼此连接。

根据本发明的第二方面，提供有一种用于接纳形成浮质的衬底的电加热的生成浮质的系统，所述系统包括根据本发明的第一方面的加热器。

根据本发明的第二方面，还提供有一种用于接纳形成浮质的衬底的电加热的生成浮质的系统，所述系统包括用于加热形成浮质的衬底的加热器，所述加热器包括以细长阵列布置的多个细长的加热元件，所述细长阵列设置有具有第一尺寸的支撑端部、具有第二尺寸的加热端部和具有第三尺寸的中间部分，所述阵列布置成加热衬底以形成浮质，其中，第三尺寸大于第二尺寸并且大于第二尺寸。

优选地，电加热的生成浮质的系统是电加热的发烟系统。在优选的实施例中，第一电压能够连接到多个加热元件中的至少一个；以及第二电压能够连接到多个加热元件中的至少另一个。结合本发明的一个方面的所描述的特征也可以应用于本发明的其它方面。

在优选的实施例中，形成浮质的衬底包括管状衬底，所述管状衬底具有用于接纳多个加热元件的腔体。替代地，形成浮质的衬底可以包括基本圆锥形的衬底，所述圆锥形的衬底具有用于接纳多个加热元件的腔体。在另一个实施例中，形成浮质的衬底可以具有任何其它允许插入加热元件的适当的形状。术语“腔体”用于表示位于形成浮质的衬底内的可以插入加热器的空间。

形成浮质的衬底优选地包括含烟草的材料，所述含烟草的材料包含加热时从所述衬底释放出的挥发性烟草香味化合物。形成浮质的衬底可以包括非烟草的材料。形成浮质的衬底可以包括含烟草的材料和不含烟草的材料。优选地，形成浮质的衬底还包括浮质形成物。适当的浮质形成物的示例是丙三醇和丙二醇。

形成浮质的衬底优选地是固体衬底。固体衬底可以包括例如以下形式中的一种或者多种：含有香草叶、烟叶、烟丝条（tobacco rib）片段、再造烟草、诸如均质烟草的挤出烟草和膨胀烟草的一种或者多种的粉末、细粒、球团、碎片、实心条、带或者片。固体衬底可以是松散的形式，或者可以设置在适当的容器或盒中。任选地，固体衬底可以包含在加热衬底时将释放的额外的烟草或者非烟草的挥发性香味化合物。

任选地，固体衬底可以设置在或嵌入在热稳定载体中。在优选的实施例中，所述载体可以是管状载体，所述管状载体在其内表面上或者在其外表面，或在其内外表面二者上均具有固体衬底的薄层。这种管状载体可以由例如纸、或者类似纸的材料、无纺碳纤维毡、低质量的开口网状金属筛、或者穿孔的金属箔或者任何其它热稳定的聚合物基体形成。替代地，载体可以是粉末、细粒、球团、碎片、实心条、带或者片的形式。

固体衬底可以以例如片、泡沫、凝胶或浆体形式沉积在载体的表面上。固体衬底可以沉积在载体的整个表面上，或者替代地，可以以一图案沉积，以便在使用期间提供非均匀的香味输送。

替代地，载体可以是已经结合有烟草成分的无纺织物或者纤维束。无纺织物或者纤维束可以包括例如碳纤维、天然纤维素纤维、或者纤维素衍生物纤维。

而且，正如本领域中那些技术人员已知的那样，浮质是固体颗粒或液滴在诸如空气的气体中的悬浮物。浮质可以是固体颗粒和液滴在诸如空气的气体中的悬浮物。空气是按体积大约78%的氮气和21%的氧气的混合物。二氧化碳和其它微量气体构成剩余的1%。

在操作期间，衬底可以完全容纳在电加热的生成浮质的系统内。在所述情况中，使用者可以抽吸电加热的生成浮质的系统的吸口。替代地，在操作期间，衬底可以部分地容纳在电加热的生成浮质的系统内。在所述情况中，衬底可以形成单个制品的一部分，并且使用者可以直接抽吸单个制品。优选地，衬底形成单度的发烟制品的一部分并且使用者可以直接抽吸发烟制品。

发烟制品的全长介于大约30mm和大约100mm之间。发烟制品可以具有介于大约5mm和大约13mm之间的外径。发烟制品可以包括过滤器塞。过滤器塞可以位于发烟制品的下游端部处。过滤器塞可以是醋酸纤维素过滤器塞。过滤器塞的长度优选地为大约7mm，但是可以具有介于大约5mm至大约10mm之间的长度。

优选地，发烟制品是香烟。在优选的实施例中，发烟制品的全长介于40mm和50mm之间。优选地，发烟制品的全长为大约45mm。对于发烟制品也优选的是具有大约7.2mm的外径。优选地，形成浮质的衬底包括烟草。而且，形成浮质的衬底的长度可以大约为10mm。然而，对于形成浮质的衬底而言最优选地是具有大约为12mm的长度。

而且，形成浮质的衬底的直径也可以介于大约5mm和大约12mm之间。

发烟制品可以包括外包装纸。

而且，发烟制品可以包括位于形成浮质的衬底和过滤器塞之间的分隔部。所述分隔部可以大约为18mm，但是也可以在大约5mm至大约25mm的范围内。

优选地，电能供应到加热元件中的一个或多个，直到加热元件（多个加热元件）达到介于大约200℃和440℃之间的温度。可以应用任何适当的温度传感器和控制电路，以便控制将加热元件加热到介于大约200℃和440℃之间的温度。这与传统香烟形成对比，在传统香烟中，烟草和香烟包装材料的燃烧可以达到800℃。

所述系统还可以包括传感器，以检测表示使用者抽吸的空气流。在所述实施例中，优选地，传感器连接成使得系统布置成当传感器感测到使用者抽吸时使加热元件中的至少一个通电。传感器可以是机电装置。替代地，传感器可以是机械装置、光学装置、光学机械装置和基于传感器的微电子机械系统（MEMS）中的任何一种。在所述实施例中，优选地，传感器连接到电源，并且所述系统布置成当传感器感测到使用者抽烟时激活多个加热元件或多个加热元件中一些。在替代实施例中，所述系统还包括可手动操作的开关，用于使用者启动抽吸。

优选地，所述系统包括外壳，所述外壳用于接纳形成浮质的衬底并且设计成被使用者抓持。外壳优选地容纳加热器、电压源和系统所需的任何其它部件。

优选地，电加热的发烟系统还包括用于向加热元件供应电力的电源。用于提供第一和第二电压的电源可以是任何适当的电源，例如，直流（DC）电压源。在一个实施例中，电源是锂离子电池。替代地，电源可以是镍金属氢化物电池或者镍镉电池，或者磷酸铁锂、或者锂锰电池。电源可以包括包含在电加热的发烟系统中的电池。替代地，电源可以包括这样的电路，例如所述电路包括电容器，所述电容器能够通过外部充电部分和用于连接到外部电源的接口进行充电。

优选地，电加热的发烟系统还包括这样的电子电路，所述电子电路布置成连接到电源和加热元件。在一些实施例中，优选地，电子电路使得能够独立地控制加热元件。电子电路可以是可编程的。

关于本发明的一个方面所描述的特征也能够应用于本发明的另一个方面。

附图说明

参照附图将仅以示例的方式进一步描述本发明，在所述附图中：

图1示出了在构造期间，加热器的第一实施例的多个加热元件；

图2示出了在构造期间，加热器的第一实施例的圈部分；

图3以构造成形成示出了图1和图2的加热器；

图4是示出了图3的加热器的电连接的电路图，其中对加热元件进行集中控制；

图5是示出了图3的加热器的电连接的电路图，其中，对加热元件进行单独控制；

图6示出了用于与本发明的实施例一起使用的发烟制品的示意性截面，所述发烟制品包括形成浮质的衬底的管状毡；

图7示出了图3的插入到烟草管状毡中的加热器；

图8示出了与图3的加热器相似的准备与发烟制品中的烟草管状毡一起使用的加热器；

图9和图10示出了构造图3的加热器的替代方法；

图11示出了根据本发明的加热器的第二实施例；

图12是示出了图11的加热器的电连接的电路图；和

图13示出了与图11的加热器相似的准备与发烟制品中的烟草管状毡一起使用的加热器。

具体实施方式

图1至5、7和8示出了本发明的加热器的第一实施例。具体参照图1、2和3，加热器101包括公共引脚103形式的导电引脚、环形圈105和多个加热元件107。组装的加热器101具有圈端部A、加热端部B和中间部分C。图1示出了在最终组装之前，通过平冲压适当材料片形成之后的加热元件107。图2示出了在最后组装之前包括环形圈105和公共引脚103的圈部分。环形圈105可以是电绝缘材料，所述环形圈105作为支撑件，以保持图3所示形状的加热元件的位置。环形圈105还可以将公共引脚103保持在圈上的基本中央位置中。在对加热元件进行集中控制（common control）的实施例中（以下参照图4进行描述），圈可以是导电的，以便当加热元件接合到圈时，在加热元件和圈之间形成电连接。

公共引脚103与加热元件107和圈105分开形成。在这个实施例中，在平冲压之后，加热元件107相对于加热端部B向内弯折。公共引脚103插入到环形圈105的中央孔中，但是在公共引脚103和圈105之间却没有直接电连接。在圈端部A处，加热元件107连接到环形圈105的靠外部分。在加热端部B处，加热元件107电连接且物理连接到公共引脚103。这种组件形成如图3所示的基本细长的阵列结构。

具体参照图3，所述图3是组装的加热器的侧视图，组装的加热器的加热元件107形成基本细长的阵列，所述基本细长的阵列具有圆形横截面的圈端部A、尖头的加热端部B和圆形横截面的中间部分C。中间部分C的直径在图3中标记为f。加热器可以被称为内部加热器。以下将进一步讨论加热元件107的具体的弯曲形状。如图3所示，公共引脚103连接到示出为V＋的第一电压，而圈105连接到示出为V－的第二电压。为了清晰起见，在图3中仅仅示出了八个加热元件107中的四个。

优选地，当不使用时，加热器在中间部分C中的直径f（即，大约为中间部分中的相对的加热元件之间的距离）介于大约5mm和13mm之间。当没有压缩加热器时，中间部分C的直径f可以比圈端部A的直径大大约0.5mm或1mm。优选地，加热元件在中间部分C处的间隔（即，毗邻的加热元件之间的距离）在没有压缩加热器时可以介于1mm和4mm之间。更加优选地，加热元件在中间部分C处的间隔在没有压缩加热器时可以介于1.25mm和3.25mm之间。

在一个实施例中，圈端部A处的加热元件中的每一个均彼此电连接，并且然后电连接到单个开关。这在图4的电路图中示出并且被称作集中控制。参照图4，公共引脚103连接到第一电压V＋。加热元件107连接到第一电压以及彼此并联，以便每个所述加热元件107均提供下降为更低的电压的电压降。加热元件在更低电压处彼此连接并且然后连接到单个开关109。开关109继而电连接到圈105处的第二电压V－。在这个布置方案中，单个开关109控制电流是否通过所有加热元件107。图4示出的开关109是机械开关，但是可以替代地是晶体管，诸如场效应晶体管（FET）、双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或其它类型的开关。

在操作期间，当闭合开关109时，电流如图3中的虚线和图4中箭头指示的那样流动。所有加热元件107均由于焦耳热效应而变热。当然，电流可以沿着相反的方向流动。在所述情况下，贯穿通过加热器中心的公共引脚103连接到电压V－，而加热元件的圈端部连接到电压V﹢。即，这足以使公共引脚的圈端部和加热元件的圈端部之间存在电势差，以使电流流动。如已经提及的那样，这种操作模式（其中单个开关控制流经所有加热元件107的电流）被称作集中控制。

在另一个实施例中，对加热元件107中的每一个进行单独控制是可能的。在图5中示出了用于这个实施例的电路图，并且所述电路图被称作单独控制。参照图5，公共引脚103连接到如图4所示的电压V+。在加热器的加热端部B处，公共引脚103电连接且机械连接到所有加热元件。因此，加热元件107连接到第一电压。并联加热元件107，以便每个所述加热元件107均提供下降为更低电压的电压降。在更低的电压处，每个加热元件107均在制造处理中的单独阶段中通过熔接或粘合或其它方式附接它们而连接到非传导的圈部分。非传导的圈可以如先前所述那样通过冲压绝缘材料片而形成。在圈端部A处，每个加热元件107均通过开关109连接到第二电压，所述第二电压示出为在圈105处的V－。图5示出的开关109是机械开关，但是也可以是晶体管，诸如场效应晶体管（FET）、双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或其它类型的开关。

在操作期间，当闭合开关109中的一个或多个时，由于公共引脚第一电压V﹢和第二电压V－之间的电压降，电流流经相应的电阻加热元件107。如图5中的箭头所示，电流从V﹢流到V－。随着电流流动，其对应的开关已经闭合的加热元件107的温度升高，从而加热形成浮质的衬底。当然，如图4所示，电流可以沿着相反的方向流动。如以下进一步讨论的那样，公共引脚103的温度升高，但是优选地显著低于加热元件107的温度。

加热元件107由电阻片材形成，所述电阻片材例如是镍镉、铁铝（iron aluminide）、钨合金或任何其它的电阻的高性能金属合金。公共引脚通常由诸如铜的导电材料形成。公共引脚对加热衬底所起的作用基本较少。所述公共引脚的电阻通常为加热元件的整个电阻的大约5%至10%。优选地，公共引脚的尺寸使得所述公共引脚不会变成散热器并且不会消散来自加热元件的热量。圈105可以由诸如铜的导电材料形成。替代地，圈可以由诸如塑料或陶瓷的电绝缘材料形成。在这种情况下，在支撑端部处的加热元件已经通过粘合、熔接或其它方式附接它们而机械连接到圈之后，支撑端部处的加热元件中的每一个和开关之间均形成了电连接，以便控制加热元件中的电流。

图4和图5中的开关109可以以多种方式形成。首先，导线可以软钎焊到导电圈的图3中标记为V－的一个端部，以及将第二线材软钎焊到图3中标记V﹢的公共引脚。在这个实施例中，圈和多个加热元件彼此电接合。

开关109可以设置在与加热元件分开的单独的印刷电路板上。开关优选地是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），并且导线通过开关电连接到电源。

替代地，在如先前所述那样平冲压加热元件之后，可以制造大约为圈105的形状的单独的印刷电路板，所述印刷电路板包括诸如金属氧化物半导体场效应晶体管的开关和图4的电路。然后在安装有圈的印刷电路板和加热元件以及公共引脚之间形成适当的电连接，以便形成图4的电路。

在图1、3、4和5中，示出了八个加热元件107。然而，任何适当数量的加热元件均是可能的。例如，可以具有5个和15个之间的加热元件。更加优选地，可以具有10、11或者12个加热元件。此外，除了加热元件107之外，可以设置外部加热元件。这将参照图8和13进行进一步描述。

图6示出了用于与根据本发明的实施例的电加热的发烟系统一起使用的发烟制品601。发烟制品601具有细长的圆柱形形状并且包括形成浮质的衬底115、和过滤器塞611，所述衬底115和过滤器塞611依次布置并且同轴对准。部件115和611被外包装纸615包裹。形成浮质的衬底115基本为管状。管的长度l可以基本平行于发烟制品的长度。而且，管的长度l可以基本平行于当使用者抽吸发烟制品时电加热的发烟系统中的气流（未示出）的方向。管的圆周可以基本垂直于长度，并且管的内径为d。

和图6一样，图7示出了图3的插入到烟草的管状毡（mat）115中的加热器。在图3的加热器中，加热元件形成基本子弹状的阵列，所述子弹状的阵列变窄成加热端部B处的末端。在图3中，陈列在中间部分C处的直径（在图3中标记为f）大于阵列在末端（加热端部B）处和支撑端部A处的直径。

参照图7，贯穿通过加热器中心并且连接到第一电压V﹢的公共引脚103向加热元件107中的每一个提供了公共连接。在加热端部B处，公共引脚103电连接且物理连接到每个加热元件107。每个加热元件均是电阻器，当电流通过时，所述电阻器变热，从而加热衬底。图7示出了当管状毡的内径d小于如3示出的加热器的中间部分C处的直径f时插入到管状毡中的加热器。将加热器插入毡中的动作导致加热元件107被迫朝向公共引脚103向内。为了有助于这种运动，加热元件如图7所示那样变形。加热元件的这种运动被称作机械接合（articulation）。如图6和7所示，与图3中的加热器的中间部分C处的直径f等于或小于管状毡的内径d的情况相比，这使得加热元件的更多部分与管状毡相接触。另外，这确保了加热元件和管状毡之间的良好接触。

当加热元件插入到管状毡中时，加热元件的形状从基本子弹的形状（其中，中间部分C处的直径大于两个端部A、B中的任意一个处的直径）变化为基本管状的形状，在所述管状形状中，加热器的侧部基本平行于管状毡。而且，当加热器基本为管状形状时，加热器的直径沿着加热器的长度基本恒定。而且，加热器的末端B的形状也从如图3所示的尖头的形状变形为如图7所示的更加圆的形状。

图8示出了与图3中的加热器相似的准备好与发烟制品中的烟草管状毡一同使用的加热器。在图8的左手侧以横截面示出了加热器。加热器包括如先前所述的公共引脚103、加热元件107和圈105，并且额外地包括基本管状的框架113。管状框架在其内表面上可以包括一个或多个外部加热元件，尽管这在图8中未示出。在图8的右手侧示意性示出了形成浮质的衬底115。优选地，形成浮质的衬底为烟草的基本管状毡。加热器在加热端部B处插入到管状毡中，使得加热元件107的阵列定位在管状毡的内侧，并且框架113定位在管状毡的外侧。管状毡的内径d优选地与细长阵列的中间部分C的直径f相当或略微小于所述直径f。因此，当将细长阵列插入到管状毡中时，弯曲的加热元件可以将向外的力施加在管状毡上。如参照图7所述的那样，这确保了紧密配合，以便阵列保持处在合适的位置中并且确保了加热元件和衬底之间的良好接触。管状毡的外径e优选地与框架113的内径g相当或者略微小于所述内径g。这也确保了紧密配合。如果将外部加热元件设置在框架113的内表面上，则这也最大化了加热效率。

图9和图10示出了用于构造本发明的实施例的加热器的替代方法。在图9和图10中，在最后组装之前，加热器201包括连结元件206和多个加热元件207。

在图9示出的实施例中，加热元件207通过使用适当成形的冲头平冲压适当材料的单个片材而成。冲压出加热元件，以形成多个基本平行的支腿。所有支腿均通过基本直的连结元件206而彼此电接合和机械接合。连结件可以基本垂直于支腿。

在图10示出的实施例中，加热元件207单独形成，然后每个加热元件207均在焊接部203处点焊到连结元件206。

在图9或图10中，在成形之后，连结元件206如图9和图10中的箭头所示出的那样弯曲，以便形成环形件。所述环形件具有加热元件207，所述加热元件207从连结元件206以大约90°角度延伸。连结元件的两个端部可以通过熔接或粘合或使用其它适当的接合方法而接合在一起。当以这种方式弯曲或成型时，连结元件206优选地为基本圆形。然后，加热元件207成形为如图3所示的形状，并且使用熔接、粘合或任何其它接合处理机械附接到圈105（如图2所示）。再一次，在对加热元件进行单独控制的情况下，圈可以是电绝缘的，但在对加热元件进行集中控制的情况下，圈可以是导电的。圈也作为用于加热元件207的机械支撑件。另外，通过激光切割或使用锯在圈部分中可以形成狭缝，并且加热元件可以插入到狭缝中并使用粘合、熔接、螺钉连接或弯曲加热元件而固定到合适的位置中。开关109（图9和图10中未示出）可以如先前所述那样形成。在图9和图10中，圈端部标记为A，加热端部标记为B，并且中间部分标记为C。公共引脚可以如参照图1至图3先前所述那样附接到加热器。

图11、12和13示出了本发明的加热器的第二实施例。图11示出了组装的加热器的侧视图，并且包括示出了加热器的电连接的电路图。图12是示出了图11的加热器的电连接的电路图。图13示出了与图11中示出的加热器相似的准备与发烟制品中的烟草的管状毡一同使用的加热器。与图1至5、7和8的实施例不同，这个实施例没有公共引脚；替代地，使用了电多路系统。图11的加热器可以使用图1和图2或图9或图10中示出的方法制成。

图11示出了组装的加热器的侧视图。为了清晰起见，在图11中，仅仅示出了加热器207中的六个。组装的加热器的加热元件207形成基本细长的阵列，所述阵列具有圆形横截面的圈端部A、尖头的加热端部B和圆形横截面的中间部分C。加热元件207的具体的弯曲形状将在下文中进一步描述。如图11和12所示，各个加热元件中的一些在圈端部A处连接到示出为V﹢的第一电压，并且一些在圈端部A处连接到示出为V－的第二电压。在加热器的加热端部B处，所有加热元件均彼此电连接且机械连接。如先前所述那样设置电路、导线和开关，以便形成如图11和12所示的电路。图11中的虚线示出了当闭合适当的开关时电流如何在加热元件207中流动。

参照图12，如先前所述，圈端部A处的加热元件中的一些通过开关210连接到第一电压V﹢，所述开关210用于每个加热元件。连接到第一电压V﹢的连接件205设置在加热器的电路内。圈端部A处的其它加热元件通过开关209连接到第二电压V－，所述开关209用于每个加热元件。连接到第二电压V－的连接件211设置在加热器的电路内。每个加热元件207均是电阻器，所述电阻器在电流通过时变热，从而加热衬底。在图12中，示出了四个能够连接到第一电压的加热元件和四个能够连接到第二电压的加热元件。然而，只要至少一个加热元件能够连接到第一电压并且至少一个加热元件能够连接到第二电压，则两个电压之间的任何配置均是可能的。在图11中，箭头示出了当闭合适当的开关时电流的流动方向。图12中的开关209、210示出为机械开关，但是可以容易地是晶体管，诸如场效应晶体管、FET（场效应晶体管）、双极晶体管或者任何其它类型的开关。

在图11和图12的实施例中，开关209、210优选地每个都被单独控制。这允许使每个加热元件选择性地通电。这提供了一种加热形成浮质的衬底的不同部分的方式。而且，这允许依次加热衬底的不同部分。然而，如果需要，则所有开关209能够被单个开关所替代。如果需要，则所有开关210能够被单个开关所替代。

在操作中，当闭合至少一个开关209并且闭合至少一个开关210时，在第一和第二电压之间形成连接并且电流流过相应的加热元件207。加热元件207的温度升高，从而加热形成浮质的衬底。通过切换适当的开关209、210来选择将被通电的特定的加热元件。当没有连接开关时，没有提供电压降，使得没有使任何加热元件207通电。

加热元件207由一个或多个电阻材料片（例如，如已经描述的镍镉、铁铝、钨合金或任何其它具有电阻的高性能的金属合金）所形成。如上所述，圈可以由单独的非导电材料所形成。

在图7、8、9、10、11和12示出的实施例中，示出了八个加热元件207。然而，任何适当数量的加热元件均是可能的。例如，可以具有介于5和15个加热元件之间的加热元件。更加优选地，可以具有10、11或12个加热元件。此外，除了加热元件207之外，可以设置外部加热元件。

图13示出了与图11中的加热器相似的准备与发烟制品中的烟草的管状毡一起使用的加热器。为了清晰起见，仅仅示出了六个加热元件。在图13的左手侧以横截面示出了加热器。加热器包括如先前所述的加热元件207和圈205，并且额外地包括基本管状的框架213。管状框架可以在其内表面上包括一个或多个外部加热元件，尽管这在图13中未示出。在图13的右手侧示意性示出了形成浮质的衬底115。优选地，形成浮质的衬底是烟草的基本管状毡。加热器在加热端部B处插入到管状毡中，使得加热元件207的阵列定位在管状毡的内侧，并且框架213定位在管状毡的外侧。管状毡的内径d与细长阵列的中间部分C的直径f相当或者略微小于所述直径f。因此，当细长阵列插入到管状毡中时，弯曲的加热元件可以将向外的力施加在管状毡上。如先前所述那样，这确保了紧密配合，使得阵列保持处于适当的位置中，并且确保了加热元件和衬底之间良好的接触。如先前所述那样，这被称为机械接合。管状毡的外径e优选地与框架213的内径g相当或者略微小于所述内径g。这也确保了紧密配合。如果将外部加热元件设置在框架213的内表面上，则最大化了加热效率。

需要注意的是，上述实施例的特征中的许多可以互换。

在操作中，加热器的加热元件通常达到小于500℃的温度。更加优选地，所达到的温度介于大约300℃和大约500℃之间。甚为优选地，所达到的温度为大约250℃。

在图中示出的加热器可以是内部加热器。术语“内部加热器”指的是在使用期间加热元件布置在形成浮质的衬底的内部或位于形成浮质的衬底内的加热器。以此种方式，任何形成在加热元件上的冷凝物均在加热处理中蒸发，或者通过与衬底相接触而被移除。具体地，这不同于外部加热元件，在所述外部加热元件中，每个加热元件的外表面均可以容易地变脏，这是因为加热元件从不与衬底相接触以移除任何冷凝物。在所描述的包括公共引脚103的实施例中，公共引脚103一定程度自加热是可接受的，这是因为热量将防止冷凝物形成在公共引脚的表面上以及甚至形成在加热元件的内侧表面上。

替代地，加热器可以是外部加热器。术语“外部加热器”指的是至少部分地包围形成浮质的衬底的加热器。

另外，因为加热器可以是内部加热器，所以加热处理能够更为有效。因此，需要更少的电力，并且可以最小化使用者抽吸和生成浮质之间的时间。这是因为在操作期间加热元件位于形成浮质的衬底的内部，以便热量中的绝大部分用于加热衬底，并且热量中的仅一小部分被消散。另外，不同于外部加热元件，仅仅与衬底自身相接触，而非例如与外部纸套管相接触。这提高了效率并且也降低了释放不期望的气味的可能性。

当与具有基本圆锥形或管状的形成浮质的衬底一起使用时，图中示出的加热器是最优的。例如，衬底可以包括烟草材料的圆锥形或管状毡，所述圆锥形或管状毡限定了用于接纳加热元件的腔体。优选地，加热器和衬底成适当的尺寸，使得加热元件需要被略微向内按压，以便插入到管状或圆锥形的衬底中。这使得加热元件在衬底的内侧壁上施加向外的力，这确保了与衬底之间的良好接触。这也协助将加热元件保持在衬底中的适当位置中。管状衬底可以形成为发烟材料棒，诸如香烟。

在图3、7、8、11和13中，示出了具有椭圆形状（即，沿着所述加热元件的长度向外弯曲）的加热元件。加热器在支撑或圈端部（标记为A）处具有第一尺寸、在加热端部（标记为B）处具有第二尺寸，并且在中间部分（标记为C）处具有第三尺寸。（因为图中加热器具有基本圆形的横截面，因此那些尺寸均为直径）。这意味着，组装的加热器的最大直径在围绕加热元件的中心的中间部分处。这确保与衬底的良好接触。此外优选地，加热端部B处的直径小于支撑端部A处的直径，这有助于将组装的加热器插入到管状衬底中。优选地，加热元件具有允许将所述加热元件插入到衬底中的刚度和允许所述加热元件填充由衬底所形成的腔体以及保持与衬底接触的柔韧度。

Claims (14)

1.一种用于加热形成浮质的衬底的加热器（101），所述加热器包括以细长阵列布置的细长的多个加热元件（107），所述细长阵列设置有具有第一尺寸的支撑端部、具有第二尺寸的加热端部以及具有第三尺寸的中间部分，所述阵列布置成加热所述衬底以形成浮质，其中，所述第三尺寸大于所述第一尺寸并且大于所述第二尺寸。

2.根据权利要求1所述的加热器，其中，所述多个细长的加热元件以基本管状阵列布置。

3.根据权利要求1或2所述的加热器，其中，所述第一尺寸、所述第二尺寸以及所述第三尺寸中的至少一个是所述阵列的直径。

4.根据任意一项前述权利要求所述的加热器，其中，在所述加热端部处，所述多个加热元件彼此电连接或彼此机械连接或者彼此既机械连接又电连接。

5.根据任意一项前述权利要求所述的加热器，其中，所述阵列的所述中间部分的尺寸大于所述形成浮质的衬底的腔体的内部尺寸，使得当所述多个加热元件插入到所述形成浮质的衬底的所述腔体中时，所述加热元件被朝向彼此挤压，以便将力施加在所述衬底上。

6.根据任意一项前述权利要求所述的加热器，所述加热器还包括至少一个外部加热元件，以用于加热所述形成浮质的衬底的外侧。

7.根据任意一项前述权利要求所述的加热器，所述加热器还包括基本位于所述加热元件的细长阵列的中心中的导电引脚。

8.根据任意一项前述权利要求所述的加热器，其中，所述多个加热元件能够连接在第一电压和第二电压之间。

9.根据权利要求8所述的加热器，其中，所有所述加热元件均能够在支撑端部处连接到所述第一电压和所述第二电压中的一个，并且所有所述加热元件均能够在加热端部处连接到所述第一电压和所述第二电压中的另一个。

10.根据权利要求8所述的加热器，其中，所述加热元件中的至少一个的支撑端部能够连接到所述第一电压和所述第二电压中的一个，并且所述加热元件中的至少另一个的支撑端部能够连接到所述第一电压和所述第二电压中的另一个。

11.根据权利要求8至10中任意一项所述的加热器，其中，所述加热器包括用于每个加热元件的开关，所述每个开关均允许电流流经相应的所述加热元件。

12.根据权利要求8至10中任意一项所述的加热器，其中，所述加热器包括开关，所述开关允许电流流经所有所述加热元件。

13.一种用于接纳形成浮质的衬底的电加热的生成浮质的系统，所述系统包括根据前述权利要求中的任意一项所述的加热器。

14.一种用于接纳形成浮质的衬底的电加热的生成浮质的系统，所述系统包括：

用于加热所述形成浮质的衬底的加热器（101），所述加热器包括以细长阵列布置的多个细长的加热元件（107），所述阵列设置有具有第一尺寸的支撑端部、具有第二尺寸的加热端部和具有第三尺寸的中间部分，所述阵列布置成加热所述衬底以形成浮质，其中，所述第三尺寸大于所述第一尺寸并且大于所述第二尺寸。

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