CN106068084B - 包括相互缠绕的芯子和加热元件的气溶胶生成装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气溶胶生成系统，所述气溶胶生成系统包括：加热器，其包括至少一个加热元件；以及毛细管主体，其中所述毛细管主体卷绕在所述加热元件周围。所述加热元件和毛细管主体可以彼此相互缠绕。根据本发明的气溶胶生成系统的优点是，制造过程可以是快速且稳固的过程。可以形成具有较高精度和一致性的加热器。此外，所述加热器和芯子组件在机械上是稳固的，从而允许手动或自动地处置而不影响其尺寸。这允许产品的品质一致。

Description

包括相互缠绕的芯子和加热元件的气溶胶生成装置

技术领域

本发明涉及包括加热元件和毛细管主体的气溶胶生成系统，其中毛细管主体卷绕在加热元件周围或其中加热元件和毛细管主体彼此相互缠绕。本发明还涉及制造这种加热元件和芯子组件的方法。

背景技术

手持的并且通过加热毛细芯中的液态成烟基质运转的电加热吸烟系统在本领域中是己知的。例如，WO2009/132793描述了一种电加热吸烟系统，该电加热吸烟系统包括壳体和可替换的烟嘴。该壳体包括电源和电气线路。烟嘴包括流体存储部分以及具有第一端部和第二端部的毛细芯。芯的第一端部延伸到流体存储部分中，用于与其中的流体相接触。烟嘴还包括用于加热毛细芯的第二端部的加热元件、排气口、和位于毛细芯的第二端部与排气口之间的成烟室。加热元件通常是卷绕在芯子周围的电线线圈。当壳体与烟嘴接合时，加热元件与电源经由线路电气连接，并且从至少一个进气口经由成烟室到排气口限定用于空气的流动路线。在使用中，液体通过芯中的毛细管作用从液体存储部分朝向加热元件转移。毛细芯的第二端部处的流体通过该加热元件被汽化。所产生的过饱和蒸汽被混合在来自至少一个空气入口的气流中并且在该气流中被载运到气溶胶形成室。在该成烟室中，蒸汽冷凝以形成烟雾，该烟雾被朝向排气口载运到用户的口腔中。

图1展示根据先前技术的具有液体存储部分和毛细管主体的电操作气溶胶生成系统的一个实例。图1中所展示类型的系统公开于WO2009/132793中。在图1中，所述系统是吸烟系统。图1的吸烟系统100包括具有烟嘴端103和主体端105的壳体101。在主体端中，提供了呈电池107形式的电源以及电路109。还提供了与电路109合作的抽吸检测系统111。在烟嘴端中，提供了呈含有液体基质115的筒113形式的液体存储部分、毛细管主体117和加热元件119。尽管图1中仅示意性地展示加热元件，但通常包括包裹在毛细管主体周围的电线线圈。在图1中展示的示范性实施例中，毛细管主体117的一个端部延伸到筒113中，且毛细管主体117的另一端部被加热元件119包围。加热元件经由连接件121连接到电路，所述连接件可以沿筒113的外部传递(图1中未展示)。壳体101还包含空气入口123、烟嘴端处的空气出口125以及气溶胶形成室127。

加热器线圈通常是电加热吸烟系统中电力的主要消耗者。通常，每次使用者抽吸烟嘴时，电加热吸烟系统施加通过加热器线圈的电流。这导致芯子的温度非常局部地增加。提供更有效的加热布置将为有利的。

芯子和加热器组件的具体特点对于实现所要求的功能性能来说很关键。因此，精确且一致地制造芯子和加热器组件的能力对于任何大规模生产的产品至关重要。芯子和加热器组件由于其易碎性而需要在制造期间谨慎地处置。通常，手动地从线筒切割出每一芯子，且接着手动地将芯子组装在吸烟系统中。因此，芯子组件的准确度高度依赖于人。

芯子也具有较差的机械强度，但需要芯子准确地放置且保持在适当位置以提供所要性能。

为了吸烟系统的一致性能，且为了减小在提供给消费者的最终性能方面的产品间差异性，在所有产品中，生产具有相同尺寸的加热器线圈(包含线圈匝数的数目和节距相同)至关重要。用于当前芯子和加热器线圈的制造过程以及手动组装产生电线圈有缺陷的失败模式，从而导致产品间差异性，且因此导致产品间性能差异性。

提供可以一致生产的适合在电吸烟系统和其它气溶胶生成系统中使用的更稳固的加热器和芯子组件将为有利的。

发明内容

在第一方面中，提供了一种气溶胶生成系统，其包括：

加热器，其包括至少一个加热元件；以及

毛细管主体，其中所述毛细管主体卷绕在所述加热元件周围。

加热元件和毛细管主体可以彼此相互缠绕。在此上下文中，相互缠绕是指通过卷绕在一起而连接。

根据本发明的气溶胶生成系统的优点是，制造过程可以是快速且稳固的过程。可以形成具有较高精度和一致性的加热器。此外，所述加热器和芯子组件在机械上是稳固的，从而允许手动或自动地处置而不影响其尺寸。这允许产品的品质一致。

并且，相较于先前设计，毛细管主体与加热元件之间的更大表面接触意味着对于气溶胶的等效输出来说，毛细管主体的尺寸可以减小，从而允许减少生产毛细管主体所需要的原始材料，并且减少相关的产品成本。

加热元件可以是螺旋形电线。在一个实施例中，加热元件和毛细管主体两者都是螺旋形的。

该加热元件可以是电阻丝的线圈。作为选择，该加热元件可通过冲压或蚀刻片材坯件而形成，该片材坯件随后可被包裹在芯部的周围。在优选实施例中，至少一个加热元件是电阻电线的线圈。线圈的节距优选地介于0.5mm与1.5mm之间，并且最为优选地为约1.5mm。线圈的节距意指线圈的相邻圈之间的间距。线圈可有利地包括不到六圈，并且优选地具有不到五圈。电阻丝有利地具有介于0.10mm与0.15mm之间的直径，并且优选地约为0.125mm的直径。电阻丝优选地由904或301不锈钢形成。其它合适的金属的实例包含钛、锆、钽和铂族金属。其它合适的金属合金的实例包含康铜；含镍合金、含钴合金、含铬合金、含铝合金、含钛合金、含锆合金、含铪合金、含铌合金、含钼合金、含钽合金、含钨合金、含锡合金、含镓合金、含锰合金和含铁合金；以及基于镍、铁、钴的超级合金；不锈钢、基于铁铝的合金以及基于铁锰铝的合金。是科罗拉多州丹佛市百老汇套房4300的钛金属公司1999年的注册商标。在复合材料中，电阻材料可任选嵌入绝缘材料中，由绝缘材料封装或由绝缘材料涂布或者反之亦然，取决于能量转移的动力学和所需外部理化性质。该加热元件可包括在两层惰性材料之间绝缘的金属蚀刻箔。在这种情况下，该惰性材料可包括全聚酰亚胺或云母箔。是美国特拉华州19898威明顿市市场街1007号的杜邦公司(E.I.duPontdeNemoursandCompany)的注册商标。加热元件也可以包括呈带状物的形式提供的金属箔，例如，铝箔。

加热元件可以通过电阻加热操作。换句话说，可以选择加热元件的材料和尺寸，使得当特定电流通过加热元件时，加热元件的温度上升到所要温度。经过加热元件的电流可以通过从电池传导施加，或可以通过在加热元件周围应用各种磁场而在加热元件中诱发。

气溶胶生成系统可以包括含有液体气溶胶形成基质的液体存储部分，其中毛细管主体与所述液体气溶胶形成基质接触。所述液体存储部分和盖部分可以包括任何合适的材料或材料的组合。适当材料的示例包括金属、合金、塑胶或包含那些材料中的一种或多种的合成材料、或适于食品或制药应用的热塑性塑料，例如聚丙烯、聚醚醚酮(PEEK)和聚乙烯。优选的是，该材料是且轻型的且是不易破碎的。

毛细管主体具有两个端部，且毛细管主体的两个端部都可以与液体气溶胶形成基质接触。替代地，仅毛细管主体的一个端部可以与液体气溶胶形成基质接触。

气溶胶形成基质为能够释放可形成气溶胶的挥发性化合物的基质。可以通过加热气溶胶形成基质释放挥发性化合物。气溶胶形成基质优选的是液体气溶胶形成基质且可以含有尼古丁。气溶胶形成基质可包含基于植物的材料。气溶胶形成基质可以包括包含挥发性烟草风味化合物的含烟草材料，当加热时所述挥发性烟草风味化合物从气溶胶形成基质释放。气溶胶形成基质可替代地可包括不含烟草的材料。

气溶胶形成基质可以包括气溶胶形成剂。气溶胶形成剂可为任何合适的已知化合物或化合物的混合物，在使用中，所述化合物或化合物的混合物有利于致密和稳定气溶胶的形成，并且对在气溶胶生成系统的操作温度下的热降解基本具有抗性。合适的气溶胶形成剂是本领域众所周知的，并且包括但不限于：多元醇，例如三甘醇，1,3-丁二醇和甘油；多元醇的酯，例如甘油单、二或三乙酸酯；和一元、二元或多元羧酸的脂肪酸酯，例如二甲基十二烷二酸酯和二甲基十四烷二酸酯。优选的气溶胶形成剂是多羟基醇或其混合物，例如三甘醇、1,3-丁二醇和最优选的丙三醇。

毛细管材料可以包括能够朝向蒸发器输送气溶胶形成基质的任何合适的材料或材料的组合。毛细管材料优选的是多孔材料，但是无需是所述情况。毛细管材料可以具有纤维状或海绵状结构。毛细管材料优选地包括毛细管束。例如，毛细管材料可以包括多个纤维或线或其它细孔管。替代地，毛细管材料可以包括海绵状或泡沫状材料。毛细管材料的结构形成复数个小孔或管，气溶胶形成基质可以通过所述小孔或管由毛细管作用从存储部分朝向蒸发器输送。特别优选的毛细管材料或材料将取决于气溶胶形成基质的物理性质。合适的毛细管材料的实例包含海绵或泡沫材料，呈纤维或烧结粉末的形式的陶瓷或石墨基材料，泡沫金属或塑料材料，例如由纺制或挤出纤维制造的纤维状材料，如醋酸纤维素、聚酯或粘合聚烯烃、聚乙烯、涤纶或聚丙烯纤维、尼龙纤维或陶瓷。毛细管材料可以具有任何合适的毛细管作用以便与不同的液体物理性质一起使用。液体具有物理性质，包含但不限于粘度、表面张力、密度、导热性、沸点和蒸汽压力，其允许通过毛细管材料运输液体。毛细管主体可以由阻热材料形成。

有利的是，毛细管主体可以包括复数个纤维细条。毛细管主体可以包括一个或多个第一纤维，所述第一纤维具有纵向延伸的芯部分以及从所述芯部分横向地延伸的复数个横向部分。横向部分可以从芯部分的相对侧延伸。第一纤维可各自由毛细管材料的带状物形成。毛细管主体可以进一步包括一个或多个第二纤维，所述第二纤维包括纵向延伸的芯部分但没有横向部分。第二纤维可以具有比第一纤维更大的横截面。

有利的是，第一和第二纤维一起缠绕在加热元件周围。在缠绕在加热元件周围之前，第一和第二纤维可以缠绕在一起。

第二纤维可以延伸到加热元件之外以与液体存储部分中的液体接触。毛细管主体可以经配置使得第一纤维不延伸到液体存储部分中。

加热元件可以包括缠绕在一起的复数个电线。毛细管主体可以保持在复数个电线之间。在将毛细管主体卷绕在加热元件周围的步骤的同时，可以将复数个电线缠绕在一起。

以此方式构造的加热器和毛细管主体可以在加热元件内提供中心气流通道，以及允许加热元件的外部周围的气流。相较于先前设计，这提高了系统的效率。

使用横向元件有助于湍流空气流动跨越加热元件和毛细管主体，从而优化气溶胶的产生和分散。

可以向加热元件供应电力直至加热元件达到大约200℃到440℃之间的温度。这与传统卷烟形成对照，在传统卷烟中，烟草和卷烟包装材料的燃烧可以达到800℃。由此，本说明书中的术语“阻热”是指能够耐受大约200℃以上，或更优选地大约250℃以上，或甚至更优选地高达大约440℃的温度而没有显著劣化的材料。合适的材料的实例为陶瓷。

优选的是，气溶胶生成系统为手持式的。气溶胶生成系统可以是电加热吸烟系统并且可以具有相当于传统雪茄或卷烟的尺寸。吸烟系统可以具有在大约30mm与大约150mm之间的总长度。该吸烟系统可具有介于约5mm与约30mm之间的外径。

加热元件和毛细管主体可以位于系统的筒部分中，其中所述筒部分配置成联接到系统的装置部分，所述装置部分包含电源。筒可以是在使用之后布置的单独使用物品。替代地，筒部分可以是可再填充的。

气溶胶生成装置或筒可以包括至少一个空气入口。气溶胶生成装置或筒可以包括至少一个空气出口。气溶胶生成装置或筒可以包括空气入口与空气出口之间的气溶胶形成室，从而限定从空气入口经由气溶胶形成室到空气出口的气流路径，以便将气溶胶输送到空气出口且进入使用者口腔中。在液体存储部分包括内部通道的实施例中，优选的是从空气入口到空气出口的气流路径通过所述内部通道。气溶胶形成室仅辅助或有利于生成气溶胶。

气溶胶生成系统可以是电操作的，且可以进一步包括电源。气溶胶生成系统可以进一步包括电路。在一个实施例中，电路包括传感器以检测指示使用者进行单口抽吸的气流。在那种情况下，优选的是电路可布置为当传感器感测到使用者进行单口抽吸时，向加热元件提供电流脉冲。优选的是，电流脉冲的时间周期根据需要蒸发的液体的量预先设定。为此，电路优选地为可编程的。替代地，电路可以包括可手动操作的开关以便使用者发起一次抽吸。电流脉冲的时间周期优选地根据需要蒸发的液体的量预先设定。为此，电路优选地为可编程的。

优选的是，装置或筒或系统包括壳体。优选的是，壳体为伸长的。在一个实施例中，壳体包含可移除的插入件，所述插入件包括液体存储部分、毛细管主体和加热元件。在那个实施例中，那些部件可从壳体移除作为单一组件。举例来说，这对再填充或更换存储部分可为有用的。

该壳体可包括任何适当的材料或材料的组合。适当材料的示例包括金属、合金、塑胶或包含那些材料中的一种或多种的合成材料、或适于食品或制药应用的热塑性塑料，例如聚丙烯、聚醚醚酮(PEEK)和聚乙烯。优选的是，该材料是且轻型的且是不易破碎的。

毛细管主体和加热器组件的纵向轴线与壳体的纵向轴线可为基本平行的。替代地，毛细管主体和加热器组件的纵向轴线与壳体的纵向轴线可为基本不平行的，且可以彼此垂直。

可以加热元件和毛细管主体内限定气流通道，使得在使用时，空气流动通过气流通道以夹带蒸发的基质。

在第二方面中，提供了一种制造方法，所述方法包括：提供毛细管主体和加热元件；以及将毛细管主体卷绕在加热元件周围。

将毛细管主体卷绕在加热元件周围的步骤可以包括将毛细管主体与加热元件卷绕在一起以使毛细管主体和加热元件相互缠绕。

毛细管主体可以包括具有相同或不同结构的复数个纤维。所述方法可以包括将毛细管主体的纤维缠绕在彼此周围。缠绕纤维的步骤可以在将毛细管主体卷绕在加热元件周围之前或在将毛细管主体卷绕在加热元件周围的同时执行。

毛细管主体可以包括一个或多个第一纤维，所述第一纤维具有纵向延伸的芯部分以及从所述芯部分横向地延伸的复数个横向部分。横向部分可以从芯部分的相对侧延伸。第一纤维可各自由毛细管材料的带状物形成。毛细管主体可以首先包括一个或多个第二纤维，所述第二纤维包括纵向延伸的芯部分但没有横向部分。第二纤维可以具有比第一纤维更大的横截面。

所述方法可以包括将第一纤维切割成一长度，所述长度对应于加热元件的长度。

所述方法可以包括将复数个电线缠绕在一起以形成加热元件。缠绕复数个电线的步骤可以在将毛细管主体卷绕在加热元件周围之前或在将毛细管主体卷绕在加热元件周围的同时执行。

所述方法可以包括将毛细管主体附接到液体存储部分。将毛细管主体附接到液体存储部分的步骤可以包括将第二纤维附接到液体存储部分。

所述方法可以进一步包括将加热元件附接到电源。

所述方法可以包括由连续的毛细管主体源提供一长度的毛细管主体且由连续的加热元件源提供一长度的加热元件，以及从所述毛细管主体源切割所述长度的毛细管主体且从所述加热元件源切割所述长度的加热元件。有利的是，在将毛细管主体卷绕在加热元件的步骤之后，执行切割所述长度的毛细管主体和切割所述长度的加热元件的步骤。

关于本发明的一个方面所描述的特征可以适用于本发明的其它方面。

附图说明

现将参照附图仅通过例子的方式描述实施例，在附图中：

图1是根据背景技术的气溶胶生成系统的示意图；

图2是图1中所展示类型的系统中的基质与加热元件之间的接触的示意图示；

图3a展示根据本发明的加热元件和毛细管主体组件的第一实例；

图3b展示形成毛细管主体的一部分的具有横向部分的条状纤维；

图3c是图3a的组件的端视图；

图4展示根据本发明的加热元件和毛细管主体组件的第二实例；

图5是根据本发明的第一实施例的气溶胶生成系统的示意图示；

图6是根据本发明的第二实施例的气溶胶生成系统的示意图示；

图7是说明根据本发明的加热元件和毛细管主体组件的制造过程的示意图。

具体实施方式

图1中说明的系统包括加热元件119，所述加热元件由包裹在毛细管主体117周围的电线线圈构成。当电流通过电线线圈时，电线变热。电线中产生的热量中的一些传递到毛细管主体内的液体基质115。所述液体基质115由此蒸发。

然而，借由使电流通过加热元件而产生的热量中的大部分并未传递到液体基质。图2说明图1中所展示类型的系统中的液体基质115与加热元件119之间的接触面积。毛细管主体中的液体基质115形成吸到加热元件的弯月面(meniscus)。但是可以看出，加热元件119的一半以下的表面与液体基质115接触。如果加热元件的更大比例的表面可以与液体基质保持接触，那么可以使得系统更有效率。这将减少需要从电池得到的电力，其转而将允许使用具有更快的再充电时间的较小容量电池或允许对电池再充电或更换电池的频率变低。

图3a展示根据本发明的加热元件和毛细管主体组件的第一实例。加热元件200是形成为螺旋形配置的电阻电线。毛细管主体210卷绕在加热元件周围。在图3中展示的实例中，毛细管主体210包括复数个分离的纤维细条。纤维细条211中的一些具有纵向延伸的芯部分以及从所述芯部分横向地延伸的复数个横向部分212。这些纤维初始为平坦、带状的纤维，如图3b中所展示。横向部分可以通过在带状物中横向切割以形成齿状结构而形成，或给出带状物的边缘轮廓以产生复数个横向部分。横向部分从芯部分的相对侧延伸。

毛细管主体进一步包括芯纤维214，所述芯纤维具有比带状纤维更大的横截面。芯纤维不包含横向部分。芯纤维延伸到加热元件之外，使得其可延伸到待加热的液体基质中。

图3c是图3a的加热元件和毛细管主体组件的端视图。

图4展示根据本发明的加热元件和芯子组件的第二实例。图4中展示的实例与图中展示的实例相同，除了毛细管主体210的芯纤维214从螺旋形加热元件200的两端延伸出。如果毛细管主体的两端都与相同或不同的液体存储部分接触，那么其允许从毛细管主体的两端将液体基质输送到加热元件。

图3a、3b和4中所说明的加热元件和毛细管主体组件可用于图1中所说明的系统中，其中毛细管主体(且特别是芯纤维)从液体存储部分113延伸。替代性布置也是可能的。特别地，可能以相对于通过系统的气流的任何所要取向布置加热元件和毛细管主体组件。

图5是根据本发明的第一实施例的气溶胶生成系统的示意图示。在图5的实施例中，螺旋形加热元件和毛细管主体组件310横向于通过系统的气流的方向延伸。在图5中展示的实施例中，毛细管主体从螺旋形加热元件的两端延伸，如图4中所说明。电池307通过控制电路309将电力提供到加热元件310。液体存储部分313为环形的且环绕加热元件。通过使用者在烟嘴325上抽吸而将空气抽吸通过系统，经过加热元件以夹带蒸发的液体基质。

图6是根据本发明的第二实施例的气溶胶生成系统的示意图示。在图6的实施例中，螺旋形加热元件平行于通过系统的气流的方向延伸。电池407通过控制电路409将电力提供到加热元件410。液体存储部分413为环形的且环绕加热元件。通过使用者在烟嘴425上抽吸而将空气抽吸通过系统，经过加热元件以夹带蒸发的液体基质。

图7是说明根据本发明的加热元件和芯子组件的制造过程的示意图。

Claims (13)

1.一种气溶胶生成系统，所述气溶胶生成系统包括：

加热元件；以及

毛细管主体，其中所述毛细管主体卷绕在所述加热元件周围且其中所述加热元件和毛细管主体彼此相互缠绕。

2.根据权利要求1所述的气溶胶生成系统，其中所述加热元件为螺旋形的。

3.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成系统，其中所述毛细管主体为螺旋形的。

4.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成系统，其进一步包括含有液体气溶胶形成基质的液体存储部分，其中所述毛细管主体与所述液体气溶胶形成基质接触。

5.根据权利要求4所述的气溶胶生成系统，其中所述毛细管主体具有两个端部且其中所述毛细管主体的两个端部都与所述液体气溶胶形成基质接触。

6.根据权利要求4所述的气溶胶生成系统，其中所述液体气溶胶形成基质含有尼古丁。

7.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成系统，其中所述气溶胶生成系统是电加热吸烟系统。

8.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成系统，其中所述毛细管主体包括纤维，所述纤维包括复数个细条。

9.根据权利要求8所述的气溶胶生成系统，其中所述复数个细条包括一个或多个第一纤维，所述第一纤维具有纵向延伸的芯部分以及从所述芯部分横向地延伸的复数个横向部分。

10.根据权利要求9所述的气溶胶生成系统，其中所述毛细管主体进一步包括一个或多个第二纤维，所述第二纤维包括纵向延伸的芯部分但没有横向部分。

11.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成系统，其包括所述加热元件和毛细管主体内的气流通道。

12.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成系统，其中所述加热元件包括复数个电线。

13.一种制造方法，所述制造方法包括：提供毛细管主体和加热元件；以及通过将所述毛细管主体与所述加热元件卷绕在一起以使所述毛细管主体与所述加热元件相互缠绕而将所述毛细管主体卷绕在所述加热元件周围。