CN104470387B - 气溶胶产生系统的加热组件 - Google Patents
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Abstract
一种加热气溶胶形成基材的加热组件，该加热组件包括：加热器，其包括电阻加热元件和加热器基底；以及连接到所述加热器的加热器安装座；其中所述加热元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分配置成当电流通过所述加热元件时，由于所述电流，所述第一部分被加热到比所述第二部分更高的温度；其中所述加热器安装座围绕所述加热元件的所述第二部分。
Description
技术领域
本说明书涉及一种适合于用在气溶胶产生系统中的加热组件。特别地，本发明涉及一种适合于插入发烟物品的气溶胶形成基材中的加热组件以便于从内部来加热所述气溶胶形成基材。
背景技术
对能够释放用于用户抽吸的气溶胶的手持式气溶胶产生装置的需求正在增加。一个特别的需求领域是加热发烟装置，其中气溶胶形成基材被加热以释放挥发性芳香化合物，而不是燃烧所述气溶胶形成基材。释放出的挥发性化合物被在气溶胶内输送给用户。
通过加热气溶胶形成基材来操作的任何气溶胶产生装置必须包括加热组件。已经提出了适合于不同种类的气溶胶形成基材的许多不同种类的加热组件。
为加热发烟装置提出的一种加热组件通过将加热器插入到固体气溶胶形成基材(比如烟草棒)中来操作。这种配置能够将所述基材直接并有效地加热。但是这种加热组件存在许多技术挑战，包括满足小尺寸、耐用性、低制造成本、足够的操作温度和产生的热量的有效局部化的需求。
期望提供一种用于气溶胶产生装置的耐用的、廉价的加热组件，其提供用于加热气溶胶形成基材的局部化热源。
发明内容
在本发明的第一方面中，提供了一种用于加热气溶胶形成基材的加热组件，该加热组件包括：
加热器，其包括电阻加热元件和加热器基底，以及
连接到所述加热器的加热器安装座；
其中所述加热元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分配置成当电流通过所述加热元件时，所述第一部分被加热到比所述第二部分更高的温度，其中所述加热元件的第一部分位于所述加热器基底的加热区域上，所述加热元件的第二部分位于所述加热器基底的保持区域上；其中所述加热器安装座固定到所述加热器基底的所述保持区域。
正如这里使用的，术语“气溶胶形成基材”涉及能够释放可以形成气溶胶的挥发性化合物的基材。这些挥发性化合物可以通过加热所述气溶胶形成基材来释放。气溶胶形成基材可以方便地是气溶胶产生物品或发烟物品的一部分。
正如这里使用的，术语“气溶胶产生物品”和“发烟物品”指的是包括能够释放可以形成气溶胶的挥发性化合物的气溶胶形成基材的物品。例如，气溶胶产生物品可以是一种发烟物品，该发烟物品产生可以通过用户的口直接吸入到用户肺部中的气溶胶。气溶胶产生物品可以是一次性的。包括含有烟草的气溶胶形成基材的发烟物品称作烟草棒。
由于通过所述加热元件的电流所述第一部分被加热到比所述第二部分更高的温度。在一个实施方式中，所述加热元件的所述第一部分在使用中配置成达到大约300℃到大约550℃的温度。优选地，所述加热元件配置成达到大约320℃到大约350℃的温度。
所述加热器安装座对所述加热器提供结构支撑并且使其能够可靠地固定在气溶胶产生装置内。所述加热器安装座可以包括聚合物材料并且有利地由可模制的聚合物材料形成，比如聚醚醚酮(PEEK)。可模制聚合物的使用使所述加热器安装座能够模制在所述加热器周围，从而牢固地保持所述加热器。还可以以廉价的方式将加热器安装座制作成具有期望的外部形状和尺寸。所述加热器基底可以具有增强所述加热器安装座与所述加热器的固定的机械特征，比如凸缘或凹口。当然所述加热器安装座可以使用其他材料，比如陶瓷材料。有利地，所述加热器安装座可以由可模制的陶瓷材料形成。
使用聚合物保持所述加热器意味着加热器安装座附近的加热器的温度必须控制到低于使该聚合物熔化、燃烧或以其它方式分解的温度。同时，所述加热器的在所述气溶胶形成基材内的部分的温度必须足以产生具有所需特性的气溶胶。因此，期望在使用过程中，确保所述加热元件的第二部分至少在与所述加热器安装座接触的那些点处保持在最大允许温度以下。
在电阻加热器中，由加热器产生的热量取决于加热元件的电阻。对于给定的电流，加热元件的电阻越高，产生的热量越多。大多数的热量由所述加热元件的第一部分产生是期望的。因此，所述加热元件的第一部分每单元长度具有比所述加热元件的第二部分更大的电阻是期望的。
有利地，所述加热元件包括由不同材料形成的部分。所述加热元件的第一部分可以由第一材料形成，所述加热元件的第二部分可以由第二材料形成，其中所述第一材料具有比所述第二材料更大的电阻率系数。例如，所述第一材料可以是Ni-Cr(镍-铬)合金、铂、钨或合金线，所述第二材料可以是金或银或铜。所述加热元件的第一和第二部分的尺寸也可以不同，以在所述第二部分中提供较低的每单元长度电阻。
所述加热元件的第一和第二部分的材料可以根据它们的热特性以及它们的电特性选择。有利地，所述加热元件的第二部分具有低的热传导率，以便于减小热量从所述加热区域到所述加热器安装座的传导。因此，所述加热元件的第二部分的材料选择可以是至少在所述加热元件的第一部分与所述加热器安装座之间的区域中的高的导电率与低的热传导率之间的平衡。实际上，已经发现金是所述加热元件的第二部分的材料的良好选择。替代性地，第二部分材料可以包括银。
有利地，所述加热元件的第二部分包括两个区段，这两各区段中的每个单独地连接到所述加热元件的第一部分以从所述第二部分的一个区段到所述第一部分然后到所述第二部分的另一区段的电流路径。所述加热器安装座可以围绕所述第二部分的两个区段。当然，所述第二部分可以包括两个以上的部分，每个部分电连接到所述第一部分。
所述加热元件可以包括配置成电连接到电源的第三部分，其中所述第三部分位于所述加热器安装座的与所述加热元件的第一部分相对的侧面上。所述第三部分可以由不同于所述第一和第二部分的材料形成，并且可以选择成提供低的电阻和良好的连接特性，例如，可容易焊接。实际上，已经发现银是所述第三部分的良好选择。替代性地，金可以用作所述第三部分的材料。所述第三部分可以包括多个区段，每个区段连接到所述加热元件的第二部分的一个区段。
在所述加热元件的不同部分之间可以存在重叠以确保良好的电连接。例如，所述第一部分和第三部分可以部分地叠在所述第二部分上面或下面。此外，所述加热元件可以包括三个以上不同的部分。
所述加热器基底有利地由电绝缘材料形成并且可以是陶瓷材料，比如氧化锆或氧化铝。所述加热器基底可以在宽范围的温度上为所述加热元件提供机械稳定支撑并且可以提供适合于插入气溶胶形成基材中的刚性结构。所述加热器基底可以包括平面和锥形端，所述加热元件位于所述平面上，所述锥形端配置成允许插入到气溶胶形成基材中。所述加热器基底有利地具有小于或等于每米开2瓦特的热传导率。
在一个实施方式中，所述加热元件的第一部分由在温度与电阻之间具有限定关系的材料形成。这使得所述加热器既能够用于加热所述气溶胶形成基材又能够用于在使用过程中监视温度。有利地，所述第一部分比所述第二部分具有更大的电阻温度系数。这确保所述加热元件的电阻值主要反映所述加热元件的第一部分的温度。已经发现铂是所述加热元件的第一部分的良好选择。
有利地，所述加热元件的第一部分与所述加热器安装座间隔开。在所述加热元件的第一部分与所述加热器安装座之间的加热器的部分有利地在所述加热元件的第一部分处的较高温度与所述加热器安装座处的较低温度之间具有热梯度。所述加热元件的第一部分与所述加热器安装座之间的距离选择成确保获得足够的温降。但是，所述距离不比必要的更大也是有利的，以便于减小加热组件的尺寸并确保加热组件尽可能的耐用。加热器超出加热器安装座的长度越大，则掉落或在重复插入和从固体气溶胶形成基材抽出过程中就越容易折断或弯曲。
有利地，在正常操作条件下，当所述加热元件的第一部分在与所述加热器安装座接触的点处在大约300到大约550摄氏度的温度下，那所述第二部分在小于200摄氏度的温度下。本文中“正常操作条件”意思是在标准周围温度和压力下，即298.15K(25℃，77°F)和100kPa(14.504psi，0.986atm)的绝对压力。正常操作条件包括所述加热组件在定位在气溶胶产生装置壳体内或气溶胶产生装置壳体外时的操作。
有利地，所述加热组件配置成如果所述第一部分的最大温度是T1，周围温度是T0，与所述加热器安装座接触的加热元件的第二部分的温度是T2，那么：
(T1-T0)/(T2-T0)>2
所述加热组件可以包括覆盖所述加热元件的一层或多层材料。有利地例如由玻璃形成的保护层可以设置在加热元件上方以防止加热元件的氧化或其他腐蚀。所述保护层可以完全覆盖所述加热器基底。所述保护层或者其他层还可以在加热器上方提供改进的热分布并且可以使所述加热器更容易清洁。下方的材料层，比如玻璃，也可以设置在加热元件与加热器基底之间以便于改进加热器上的热分布。下方的材料层还可以用于改进形成所述加热元件的工艺。
所述加热器的尺寸可以选择成适合于所述加热组件的施加，应该清楚的是加热器的宽度、长度和厚度可以彼此独立地选择。在一个实施方式中，所述加热器基本上是刀片形状并且具有用于插入到气溶胶形成基材中的锥形端。所述加热器可以具有大约10mm到大约30mm的长度，有利地大约15到大约25mm。上面定位有所述加热元件的所述加热器的所述表面可以具有大约2mm到大约10mm的宽度，有利地大约3mm到大约6mm。所述加热器可以具有大约0.2mm到大约0.5mm的厚度，优选地0.3到0.4mm。与其中定位所述加热元件的所述第一部分的所述加热器的部分对应的所述加热器的有效加热区域可以具有5mm到20mm的长度，有利地8mm到15mm。所述加热器安装座可以接触所述加热器2mm到5mm的长度，有利地大约3mm的长度。所述加热器安装座与所述加热元件的所述第一部分之间的距离可以至少2mm，有利地至少2.5mm。在一个优选实施方式中，所述加热器安装座与所述加热元件的所述第一部分之间的距离是3mm。
在本发明的第二方面中，提供了一种气溶胶产生装置，包括：壳体、根据本发明的第一方面的加热组件、连接到所述加热元件的电源和配置成控制从所述电源向所述加热元件的电力供应的控制元件，其中所述加热器安装座连接到所述壳体；
其中所述壳体限定了围绕所述加热元件的所述第一部分的腔体，所述腔体配置成容纳含有气溶胶形成基材的气溶胶形成物品。
正如这里使用的，“气溶胶产生装置”涉及与气溶胶形成基材相互作用来产生气溶胶的装置。所述气溶胶形成基材可以是气溶胶产生物品的一部分，例如发烟物品的一部分。气溶胶产生装置可以是与气溶胶产生物品的气溶胶形成基材相互作用来产生可以通过用户的口直接吸入到用户肺部中的气溶胶的发烟装置。气溶胶产生装置可以是保持器。
所述加热器安装座可以形成封闭所述腔体的一端的表面。
所述装置优选地是可以舒服地保持在单只手的手指之间的便携式或手持式装置。所述装置在形状上可以基本上是圆柱形的并且具有70到120mm的长度。所述装置的最大直径优选地在10到20mm之间。在一个实施方式中，所述装置具有多边形横截面并且具有形成在一面上的凸起按钮。在该实施方式中，所述装置的从一个平面到相对的平面量取的直径在12.7到13.65mm之间；从一条边到相对边(即从所述装置的一侧上的两个面的交线到另一侧上的相应的交线)量取的直径在13.4到14.2mm之间，从按钮的顶部到相对的底平面获取的直径在14.2到15mm之间。
所述装置可以是电加热发烟装置。
所述装置可以包括除了根据第一方面的加热组件之外的其他加热器。例如，所述装置可以包括定位在所述腔体外周的外部加热器。外部加热器可以采取任何合适的形式。例如，外部加热器可以采取在诸如聚酰亚胺之类的绝缘基底上的一片或多片柔性加热箔的形式。所述柔性加热箔的形状可以与所述腔体的外周一致。替代性地，外部加热器可以采取金属栅格、柔性印刷电路板、模制互连装置(MID)、陶瓷加热器、柔性碳纤维加热器的形式或者可以在合适形状的基底上使用涂覆技术形成，比如等离子气相沉积法。外部加热器还可以使用在温度与电阻之间具有限定关系的金属形成。在该示例性装置中，所述金属可以在两层合适的绝缘材料之间形成轨道。以这种方式形成的外部加热器可以在操作期间用于加热外部加热器和监视外部加热器的温度。
所述电源可以是任何合适的电源，例如诸如电池之类的DC电压源。在一个实施方式中，所述电源是锂离子电池。替代性地，所述电源可以是镍-金属氢电池、镍镉电池或者锂基电池，例如锂-钴、锂-铁-磷酸盐、锂钛酸盐或锂-聚合物电池。
所述控制元件可以是简单的开关。替代性地，所述控制元件可以是电气控制电路并且可以包括一个或多个微处理器或微控制器。
在本发明的第三方面中，提供了一种气溶胶产生系统，其包括根据本发明的第二方面的气溶胶产生装置和配置成容纳在所述气溶胶产生装置的腔体中的一个或多个气溶胶形成物品。
所述气溶胶形成物品可以是发烟物品。在操作期间，包含所述气溶胶形成基材的发烟物品可以部分地包含在所述气溶胶产生装置内。
所述发烟物品在形状上可以基本上是圆柱形的。所述发烟物品可以基本上是细长的。所述发烟物品可以具有长度和基本垂直于所述长度的圆周面。所述气溶胶形成基材在形状上可以基本上是圆柱形。所述气溶胶形成基材可以基本上是细长的。所述气溶胶形成基材也可以具有长度和基本垂直于所述长度的圆周面。
所述发烟物品可以具有大约30mm到大约100mm的总长度。所述发烟物品可以具有大约5mm到大约12mm的外径。所述发烟物品可以包括过滤件栓棒。所述过滤件栓棒可以位于所述发烟物品的下游端处。所述过滤件栓棒可以是醋酸纤维素过滤件栓棒。在一个实施方式中，所述过滤件栓棒的长度大约7mm，但是可以具有大约5mm到大约10mm的长度。
在一个实施方式中，所述发烟物品具有大约45mm的总长度。所述发烟物品可以具有大约7.2mm的外径。此外，所述气溶胶形成基材可以具有大约10mm的长度。替代性地，所述气溶胶形成基材可以具有大约12mm的长度。此外，所述气溶胶形成基材的直径可以大约5mm到大约12mm。所述发烟物品可以包括外包装纸。此外，所述发烟物品可以包括在所述气溶胶形成基材与所述过滤件栓棒之间的间距。所述间距可以大约18mm，但是可以在大约5mm到大约25mm的范围内。
所述气溶胶形成基材可以是固体气溶胶形成基材。替代性地，所述气溶胶形成基材可以包括固体和液体成分。所述气溶胶形成基材可以包括含有烟草的材料，该含有烟草的材料包含在加热后从所述基材释放出的挥发性烟草方向化合物。替代性地，所述气溶胶形成基材可以包括非烟草材料。所述气溶胶形成基材还可以包括便于形成浓密和稳定气溶胶的气溶胶形成物。
如果所述气溶胶形成基材是固体气溶胶形成基材，那所述固体气溶胶形成基材可以包括例如如下的一种或多种：包含如下的一种或多种的粉末、颗粒、小球、碎片、小管、细条或片：香草叶、烟草叶、烟草梗碎片、再造烟叶、均质烟叶、挤压烟草、铸叶烟草和膨胀烟丝。所述固体气溶胶形成基材可以是松散的形式，或者可以设置在合适的容器或桶中。可选地，所述固体气溶胶形成基材可以包含额外的烟草或非烟草挥发性芳香化合物，以在加热所述基材后释放。所述固体气溶胶形成基材还可以包含胶囊，所述胶囊例如包括额外的烟草或非烟草挥发性芳香化合物并且在加热所述固体气溶胶形成基材过程中这些胶囊可以熔化。
正如这里使用，均质烟叶指的是通过将颗粒烟叶聚成团而形成的材料。均质烟叶可以是片的形式。均质烟草材料可以具有以干重计大于5％的气溶胶形成物含量。均质烟草材料可以替代性地具有以按干重计5％到30％的气溶胶形成物含量。均质烟草材料的片可以通过将颗粒烟叶聚成团而形成的，所述颗粒烟叶是通过将烟叶叶片和烟梗中的一者或二者研磨或结合而获得的。替代性地，或者此外，均质烟草材料的片可以包括在例如烟叶处理、操纵和运输过程中形成的烟草粉尘、烟草细粒和其他颗粒烟叶副产品中的一种或多种。均质烟草材料的片可以包括一种或多种固有粘结剂，即烟草内生粘结剂，一种或多种外来粘结剂，即烟草外生粘结剂，或者它们的结合，以有助于将颗粒烟叶聚成团；替代性地，或者此外，均质烟草材料的片可以包括其他添加剂，包括但不局限于烟草和非烟草纤维、气溶胶形成物、润湿剂、增韧剂、芳香剂、填充剂、水溶剂和非水性溶剂以及它们的结合。
可选地，所述固体气溶胶形成基材可以设置在热稳定载体上或嵌入在热稳定载体中。所述载体可以采用粉末、颗粒、小球、碎片、小管、细条或片的形式。替代性地，所述载体可以是管状载体，其具有沉积在其内表面上或其外表面上或者其内外表面上的固体基材薄层。这种管状载体可以由例如纸、纸状材料、无纺碳纤维垫、低质量网状金属筛或者多孔金属箔或任何其他热稳定聚合物基体。
在一个特别优选实施方式中，所述气溶胶形成基材包括均质烟草材料的聚拢的褶皱化的片。正如这里使用的，术语“褶皱化的片”表示具有多个基本平行的脊或褶皱的片。优选地，当将气溶胶产生物品组装好时，这些基本平行的脊或褶皱沿着或平行于气溶胶产生物品的纵轴延伸。这有利地方便了均质烟草材料的褶皱化片的聚拢以形成所述气溶胶形成基材。然而，将会意识到的是用于包含在气溶胶产生物品中的均质烟草材料的褶皱化片可以替代性地或者另外具有多个基本平行的脊或褶皱，当气溶胶产生物品组装好时这些脊或褶皱关于所述气溶胶产生物品的纵轴以锐角或钝角设置。在某些实施方式中，所述气溶胶形成基材可以包括均质烟草材料的聚拢片，所述聚拢片基本在其整个表面上具有基本均匀的纹理。例如，所述气溶胶形成基材可以包括均质烟草材料的聚拢褶皱化片，其包括横跨所述片宽度基本均匀间隔开的多个基本平行的脊或褶皱。
所述固体气溶胶形成基材可以以例如片、泡沫、凝胶或软膏的形式沉积在所述载体的表面上。所述固体气溶胶形成基材可以沉积在所述载体的整个表面上，或者替代性地可以以一定样式沉积以便于在使用过程中提供非均匀的香味传送。
所述气溶胶产生系统是气溶胶产生装置和与该装置一起使用的一个或多个气溶胶产生物品的组合。然而，气溶胶产生系统可以包括额外的元件，比如对电操作或电气溶胶产生装置中的自带电源进行再充电的充电单元。
在本发明的第四方面中，提供了一种制造加热组件的方法，包括：
提供加热器基底；
将一个或多个电阻加热元件安置在所述基底上，每个加热元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分配置成当电流通过所述加热元件时，由于所述电流所述第一部分被加热到比所述第二部分更高的温度，其中所述加热元件的所述第一部分安置在所述加热器基底的加热区域上，所述加热元件的所述第二部分安置在所述加热器基底的保持区域上；以及
将加热器安装座模制到所述加热器基底的所述保持区域。
有利地，所述加热器安装座是通过注塑成型的。所述加热器安装座可以由可注塑聚合物形成，比如PEEK。
有利地，所述加热器基底基本上是刀片形状。所述加热组件的元件可以与参照本发明的第一方面描述的一样。
模制步骤可以包括将所述加热器安装座模制成其围绕所述基底的所述保持区域。所述加热器安装座可以直接叠置在所述加热元件的所述第二部分上。
在本发明的又一个方面中，提供了一种加热气溶胶形成基材的加热器，该加热器包括：
包括电阻加热元件和加热器基底的加热器；
其中所述加热元件包括由第一材料形成的第一部分和由与所述第一材料不同的第二材料形成的第二部分，所述第一部分和第二部分配置成当电流通过所述加热元件时，由于所述电流所述第一部分被加热到比所述第二部分更高的温度。
在本发明的又一个方面中，提供了一种加热气溶胶形成基材的加热组件，所述加热组件包括：
包括电阻加热元件的加热器；以及
连接到所述加热器的加热器安装座；
其中所述加热元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分配置成当电流通过所述加热元件时，由于所述电流所述第一部分被加热到比所述第二部分更高的温度；其中所述加热器安装座围绕所述加热元件的所述第二部分并且由模制聚合物材料形成。
尽管已经参照不同方面描述了本发明，但是应该清楚的是关于本发明的一个方面描述的特征可以应用到本发明的其他方面。特别地，根据本发明的一个方面的加热器、组件、装置系统或方法可以应用到本发明的其他方面。此外，尽管本发明参照的是发烟装置，但是应该清楚的是医疗抽吸式装置可以使用这里描述的特征、设备和功能。
附图说明
现在将仅通过示例参照附图详细描述本发明的实施方式，其中：
图1是气溶胶产生装置的示意图；
图2是图1中示出的那种气溶胶产生装置的前端的示意性横截面，其中所述加热器插入到发烟物品中；
图3是根据本发明的加热器的示意图；
图4示出了图3的加热器，其中其上安装有加热器安装座；
图5是图3的加热器的横截面；
图6是沿着图3中示出的那种加热器的温度曲线。
具体实施方式
在图1中，以简化的方式示出了电加热气溶胶产生系统100的一个实施方式的各个元件。特别地，电加热气溶胶产生系统100的这些元件在图1中并不是按比例绘制的。为了简化图1，省略了与理解该实施方式不相关的元件。
所述电加热气溶胶产生系统100包括气溶胶产生装置，该气溶胶产生装置具有壳体10和气溶胶形成物品12例如烟草棒。所述气溶胶形成物品12包括气溶胶形成基材，所述气溶胶形成基材被推到所述壳体10内部以与加热器14可传热地靠近。所述气溶胶形成基材将在不同的温度下释放各种挥发性化合物。通过将所述电加热气溶胶产生系统100的最大操作温度控制到低于选定值，通过防止选定挥发性化合物的释放可以控制不理想化合物的释放。
在所述壳体10内存在电源16，例如可充电锂离子电池。控制器18连接到所述加热器14、电源16和用户界面20，例如按钮或显示器。所述控制器18控制供应到所述加热器14的电力以便于调节其温度。一般地将所述气溶胶形成基材加热到250与450摄氏度之间的温度。
图2是图1中示出的那种气溶胶产生装置的前端的示意性横截面，其中加热器14插入到气溶胶形成物品12中，在该实施方式中所述气溶胶形成物品12是发烟物品。所述气溶胶产生装置被示出为与所述气溶胶产生物品12接合，以用于由用户消耗所述气溶胶产生物品12。
气溶胶产生装置的壳体10限定了腔体，所述腔体近端(或嘴端)处敞开，以用于容纳用于消耗的气溶胶产生物品12。所述腔体的远端由包括加热器14和加热器安装座26的加热组件24横跨。所述加热器14由所述加热器安装座26保持，使得所述加热器的有效加热区域位于所述腔体内。当所述气溶胶产生物品12完全容纳在所述腔体内时，所述加热器14的有效加热区域位于所述气溶胶产生物品12的远端内。
所述加热器14呈以端点终止的刀片形状。即，所述加热器的长度尺寸大于其宽度尺寸，其宽度尺寸大于其厚度尺寸。所述加热器的第一和第二面由所述加热器的宽度和长度限定。
如图2中所示的示例性气溶胶形成物品可以描述如下。所述气溶胶产生物品12包括四个元件：气溶胶形成基材30、支撑元件(比如中空管40)、传输部50和烟嘴过滤件60。这四个元件按顺序同轴对准布置并且由卷烟纸70组装成杆。在组装时，所述气溶胶形成物品有45毫米长并且具有7毫米的直径。
所述气溶胶形成基材包括包裹在过滤纸(未示出)中的褶皱化铸叶烟草束以形成栓棒。所述铸叶烟草包括一种或多种气溶胶形成物，比如丙三醇。
所述中空管40紧靠所述气溶胶形成基材30定位并且由醋酸纤维素的管形成。所述管40限定了具有3毫米直径的孔。所述中空管40的一个功能是朝向所述杆21的远端23定位所述气溶胶形成基材30，以便于其可以与所述加热器接触。所述中空管40用于在将加热器插入到所述气溶胶形成基材30中时防止将所述气溶胶形成基材30沿着所述杆朝向烟嘴推动。
所述传输部50包括长度18毫米的薄壁管。所述传输部50能够使从气溶胶形成基材30释放的挥发性物质沿着该物品朝向烟嘴过滤件60行进。所述挥发性物质可以在所述传输部内冷却以形成气溶胶。
所述烟嘴过滤件60是由醋酸纤维素形成的传统的烟嘴过滤件，并且具有大约7.5毫米的长度。
上面提到的这四个元件通过紧紧地包裹在卷烟纸70内来组装。该具体实施方式中的纸是具有标准特性或分类的标准卷烟纸。该具体实施方式中的纸是传统的卷烟纸。纸与每个元件之间的界面定位这些元件并且限定所述气溶胶形成物品12。
当将所述气溶胶产生物品12推入到所述腔体中时，所述加热器的锥形端点与所述气溶胶形成基材30接合。通过向所述气溶胶形成物品施加力，所述加热器穿入所述气溶胶形成基材30中。当所述气溶胶形成物品12与所述气溶胶产生装置合适地接合时，所述加热器14插入到所述气溶胶形成基材30中。当所述加热器致动时，所述气溶胶形成基材30被加热并且产生或发散出挥发性物质。当用户在烟嘴过滤件60上抽吸时，空气被吸入到所述气溶胶形成物品中，所述挥发性物质凝结形成可吸入的气溶胶。该气溶胶通过所述气溶胶形成物品的烟嘴过滤件60进入到用户的口中。
图3更详细地示出了图2中示出的那种加热元件14。所述加热器14包括电绝缘加热器基底80，所述基底80限定了加热元件14的形状。所述加热器基底80是由电绝缘材料形成的，其可以是例如氧化铝(Al2O3)或者稳定化氧化锆(ZrO2)。对于本领域普通技术人员显而易见的是所述电绝缘材料可以是任何合适的电绝缘材料并且许多陶瓷材料适合于用作所述电绝缘基底。所述加热器基底80基本上是刀片状的。即，所述加热器基底具有在使用中沿着与加热器接合的气溶胶形成物品的纵轴延伸的长度，还具有宽度和厚度。所述宽度大于所述厚度。所述加热器基底80以端点或尖端90终止，以用于穿透气溶胶形成基材30。
由导电材料形成的加热元件82使用蒸镀或任何其他合适的技术沉积在加热器基底80的平面上。所述加热元件以三个不同的部分形成。第一部分84由铂形成。所述第一部分位于所述有效加热区域91中。这是在使用中加热器达到最大温度并向气溶胶形成基材提供热量的区域。所述第一部分是U形的或者是发卡的形状。第二部分86由金形成。所述第二部分包括两个平行的轨道，每个轨道连接到第一部分84的端部。所述第二部分跨越所述加热器的保持区域93，其是所述加热器的与所述加热器安装座26接触的区域，如图4中所示。第三部分88由银形成，所述第三部分位于连接区域95中并且提供结合垫，外部金属线可以使用焊膏或其他连接技术固定到所述结合垫。所述第三部分包括两个平行的垫，每个垫连接到所述第二部分86的平行轨道中一个的与所述第一部分84相对的端部。所述第三部分88位于所述保持区域93的与所述第一部分相对的一侧上。
所述第一、第二和第三部分的形状、厚度和宽度可以选择成在使用中提供期望的电阻和温度分布。然而，所述第一部分具有比所述第二部分和第三部分显著更大的每单元长度的电阻，结果，当电流通过所述加热元件82时，所述第一部分产生最多的热量，从而达到最高温度。所述第二和第三部分配置成具有非常低的电阻，从而提供非常少的焦耳热。所述加热元件在0℃时的总电阻大约0.8欧姆，当有效加热区域91达到400℃时上升到2欧姆。锂离子电池的电池电压是3.7伏左右，从而由电源(在0℃时)提供的一般峰值电流是4.6A左右。
铂具有正的电阻温度系数，从而所述第一部分84的电阻随着温度的升高而增大。金和银具有较低的电阻温度系数，所述第二和第三部分将不经历像所述第一部分一样高的温度。这意味着所述第二和第三部分的电阻变化相对于所述第一部分的电阻变化将是小的。结果，所述加热元件82的电阻可以用于提供对加热元件的所述第一部分84的温度——其是所述加热器的与所述气溶胶形成基材接触的那部分的温度——的度量。在EP2110033B1中描述了使用电阻元件作为加热器和温度传感器的配置。
图4示出了组装到加热器安装座26形成加热组件的加热器14。所述加热器安装座26是由聚醚醚酮(PEEK)形成的并且注塑在所述加热器周围以包围所述保持区域93。所述加热器基底80可以在保持区域中形成有凹槽或突部以确保加热器安装座与加热器之间的结实固定。在该实施方式中，所述加热器安装座26具有圆形横截面以接合气溶胶产生装置的圆形壳体10。然而，所述加热器安装座可以模制成具有任何期望的形状且具有与气溶胶产生装置的其他元件接合的任何期望的接合特征。
图5是图3的加热器的示意性横截面。图5示出了在所述加热元件的第一、第二和第三部分之间存在重叠。所述加热器的结构可以描述如下。所述加热器基底80在第一和第二表面上用玻璃层92，96覆盖。这保护了所述基底并且改进了有效加热区域中加热器表面两侧的热量分布。然后将形成加热元件的第二部分86的金轨道沉积在玻璃层92上。然后将形成加热元件的第一部分84的铂轨道以与所述金轨道重叠的关系沉积在玻璃层92上以确保第一与第二部分之间的低电阻接触。形成加热元件的第三部分88的银连接垫以与所述金轨道重叠的关系也沉积在玻璃层92上以确保第三与第二部分之间的低电阻接触。最后，形成叠置的玻璃层94，其覆盖所述加热元件82并且防止所述加热元件腐蚀。然后可以将加热器安装座模制在所述加热器周围。
所述加热器配置成与所述加热元件的所述第一部分对应的有效加热区域与所述加热器安装座间隔开。所述加热器的伸入到所述气溶胶产生装置的所述腔体中的区域称作插入区域97。所述加热元件的所述第二部分86的伸入到所述插入区域97中的部分提供了能量传输区域。
图6是示出了在图3中示出的加热器操作期间加热器的温度随着沿着所述加热器的长度的距离而变化的曲线100。所述加热器在所述曲线下方示出，使得温度曲线与加热器对准。理论上所述加热器在插入区域97中是热的而在保持区域93和连接区域95中是冷的。由点线106示出了理论温度曲线。实际上温度曲线不可能是如此急剧阶跃的。从实际温度曲线100可以看出，加热器在其中定位有加热元件的第一部分的有效加热区域中是最热的。在气溶胶产生期间，峰值温度是420℃左右。在有效加热区域与保持区域之间的能量传输区域中，温度快速下降。在该实施方式中，在加热器安装座处，加热器的温度低于200℃是期望的，正如由线102示出的。加热器安装座处可允许的最大温度将取决于用于形成加热器安装座的材料。加热器安装座与有效加热区域最靠近的部分的位置正如线104所示。加热器配置成确保加热器的有效区域在使用中达到其最大温度时加热器安装座26处的温度低于200℃。在图6中示出的示例中，加热元件的铂部分与加热器安装座的距离是3mm。这是足以确保所需温降的距离。选择金作为加热元件的第二部分的材料是因为除了高导电性之外，金具有相对低的热传导率，确保了有效加热区域与保持区域之间的快速温度下降。下降到大约50℃的额外的温降在连接区域95的至少包括加热元件的第三部分88的部分中是进一步期望的。特别地，将最靠近控制器18、电源16和用户界面20的元件14的温度降到最低是期望的。例如，这种温度最小化将减小或消除对在包括控制器18、电源16和界面20的电子芯片和/或系统中校正热引起的变化的需要。
上面描述的示例性实施方式清楚阐述了但并不是限定性的。基于上面讨论的示例性实施方式，与上面示例性实施方式一致的其他实施方式对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。
Claims (15)
1.一种用于加热气溶胶形成基材的加热组件，包括：
加热器，其包括电阻加热元件和加热器基底；以及
连接到所述加热器的加热器安装座；
其中所述加热元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分配置成当电流通过所述加热元件时，所述第一部分被加热到比所述第二部分更高的温度，其中所述加热元件的所述第一部分位于所述加热器基底的加热区域上，所述加热元件的所述第二部分位于所述加热器基底的保持区域上；其中所述加热器安装座固定到所述加热器基底的所述保持区域。
2.根据权利要求1所述的加热组件，其中所述加热器安装座包括聚合物材料。
3.根据权利要求1或2所述的加热组件，其中所述加热元件的所述第一部分由第一材料形成，所述加热元件的所述第二部分由第二材料形成，其中所述第一材料具有比所述第二材料更大的电阻率系数。
4.根据权利要求1或2所述的加热组件，其中所述加热元件的所述第二部分包括两个区段，这两个区段中的每个区段单独地连接到所述加热元件的所述第一部分以限定从所述第二部分的该区段到所述第一部分到所述第二部分的另一个区段的电流路径。
5.根据权利要求1或2所述的加热组件，其中所述加热元件包括配置成电连接到电源的第三部分，其中所述第三部分位于所述加热器安装座的与所述加热元件的所述第一部分相对的一侧上。
6.根据权利要求5所述的加热组件，其中所述第三部分由与所述第一和第二部分不同的材料形成。
7.根据权利要求1或2所述的加热组件，其中所述加热元件的所述第一部分与所述加热器安装座间隔开。
8.根据权利要求1或2所述的加热组件，其中在正常操作条件下，当所述加热元件的所述第一部分在300与550摄氏度之间的温度下时，在与所述加热器安装座接触的点处，所述第二部分处于低于200摄氏度的温度下。
9.根据权利要求1或2所述的加热组件，其中所述第一部分具有比所述第二部分更大的电阻温度系数。
10.根据权利要求1或2所述的加热组件，其中如果所述第一部分的最大温度是T1，周围温度是T0，与所述加热器安装座接触的加热元件的第二部分的温度是T2，那么：
(T1-T0)/(T2-T0)>2。
11.根据权利要求1或2所述的加热组件，其中所述加热器基底包括平面和锥形端，所述加热元件位于所述平面上，所述锥形端配置成允许插入到气溶胶形成基材中。
12.一种气溶胶产生装置，包括：壳体；根据权利要求1所述的加热组件，其中所述加热器安装座连接到所述壳体；连接到所述加热元件的电源；和配置成控制从所述电源向所述加热元件的电力供应的控制元件。
13.根据权利要求12所述的气溶胶产生装置，其中所述壳体限定了围绕所述加热元件的所述第一部分的腔体，所述腔体配置成容纳含有气溶胶形成基材的气溶胶形成物品。
14.根据权利要求12或13所述的气溶胶产生装置，其中所述装置是手持式发烟装置。
15.一种制造加热组件的方法，包括：
提供加热器基底；
将一个或多个电阻加热元件安置在所述基底上，每个加热元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分配置成当电流通过所述加热元件时，由于所述电流，所述第一部分被加热到比所述第二部分更高的温度，其中所述加热元件的所述第一部分安置在所述加热器基底的加热区域上，所述加热元件的所述第二部分安置在所述加热器基底的保持区域上；以及
将加热器安装座模制到所述加热器基底的所述保持区域。
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