CN107105780B - 用于气溶胶生成系统的连续模式加热器组合件 - Google Patents

Abstract

用于气溶胶生成系统的加热器组合件包括加热器元件(14)、包括气溶胶生成液体的贮存器(12)，以及用于冷凝在使用所述加热器组合件期间生成的多余蒸汽的冷凝器(16)。所述冷凝器(16)以使得冷凝物至少部分地被传送回到所述贮存器(12)中的方式形成。本发明还针对一种制造用于气溶胶生成系统的加热器组合件的方法。

Description

用于气溶胶生成系统的连续模式加热器组合件

技术领域

本发明涉及一种用于气溶胶生成装置的加热器组合件，其包括加热器元件、包括气溶胶生成液体的贮存器，以及用于冷凝在使用加热器组合件期间生成的多余蒸汽的冷凝器。本发明还涉及一种气溶胶生成装置，其包括此类加热器组合件和制造所述加热器组合件的方法。

背景技术

在常规的电驱动气溶胶生成装置(例如，电子香烟)中，电加热器用于汽化气溶胶生成液体，所述气溶胶生成液体也称为电子烟液。电子烟液通常由大约65体积％的丙二醇、大约30体积％的甘油、大约2体积％的水、大约2体积％的调味剂和大约1体积％的烟碱组成。在常规的电子香烟中，加热器在250和300摄氏度之间的温度范围内操作。此温度高到足以挥发电子烟液的所有成分。当使用者对电子香烟进行抽吸时，气流被布置成流动通过加热器组合件，并且所生成的气溶胶被使用者吸入。通常，电子香烟包括抽吸检测系统，其启动加热器并且因此仅在抽吸期间启动汽化。在抽吸之间，切断加热器元件，且不生成气溶胶。

常规气溶胶生成系统的一个问题关于电子烟液从气溶胶生成系统内的电子烟液贮存器的渗漏。渗漏可由对应组件的故障导致，具体地说，由电子烟液容器的故障导致。渗漏的另一原因是气溶胶生成系统的组件在使用期间的变形。此类变形可由施加在气溶胶生成系统上的机械应力导致。变形还可由气溶胶生成系统内发生的增加了的温度导致。具体地说，常规的气溶胶生成系统易于由于高温影响而导致单个组件变形，其中采用局部产生高达300摄氏度的温度的加热器元件。

常规气溶胶加热器的问题中的一个或多个可通过本发明的加热器组合件缓解。

发明内容

本发明的气溶胶生成系统的加热器组合件包括加热器元件、包括气溶胶生成液体的贮存器，以及冷凝器。冷凝器冷凝在使用加热器组合件期间生成的多余蒸汽，并且以使得冷凝物被至少部分地传送回到贮存器中的方式形成。优选地，冷凝器以使得至少10重量％或至少20重量％、或至少50重量％或至少80重量％的冷凝物被传送回在贮存器中的方式形成。

优选地，加热器元件在80和240摄氏度之间，优选地在120和200摄氏度之间，更优选地在150和180摄氏度之间的范围内的温度下操作。最佳温度取决于气溶胶生成系统的设计，且具体地说，取决于所使用的电子烟液的确切组合物。操作温度优选地低于通常使用的大约250到300摄氏度的操作温度。系统因此在操作中经受更少的热应力，并且因此降低了由气溶胶生成系统的组件的热变形导致的渗漏风险。

与通常的气溶胶生成系统相反，本发明的加热器组合件通常在使得加热器元件的连续操作有可能的低温下操作。为了避免浪费抽吸之间生成的多余蒸汽，提供用于冷凝这些多余蒸汽并将经冷凝蒸汽传送回到加热器元件或电子烟液贮存器的冷凝器。

为了增加它的效率，具体地说，为了便于冷凝物到贮存器的传回，冷凝器优选地被放置在极其靠近气溶胶生成液体且具体地说极其靠近液体-蒸汽分界面的位置处。冷凝器优选地被放置在极其靠近加热器元件的位置处。极其靠近意味着小于1cm，优选地小于5mm，优选地小于2mm的距离。

冷凝器优选地由无孔、不吸收的材料制成。进一步优选地，冷凝器由聚合性、金属或陶瓷材料制成。最优选地，冷凝器由使得其具有用于冷凝物的非润湿表面的材料制成。

在优选实施例中，冷凝器位于加热器元件的下游，具有圆锥形状，并且在顶点处具有孔。顶点中的孔优选地限定用于气溶胶离开气溶胶形成腔室的唯一下游通道。优选地，冷凝器被取向成使得顶点指离加热器元件。由于冷凝器的圆锥形状，冷凝物优选地以径向向外方向流动，并且当放置在气溶胶生成系统的外壳中时，其沿着气溶胶生成系统的外壳的侧表面朝向液体贮存器流动。冷凝器的外围形状优选地对应于其中采用加热器组合件的气溶胶生成系统的外壳的横截面形状。通常，冷凝器的外围形状因此是圆形、椭圆形或具有或不具有圆形边缘的正方形。

贮存器优选地包括其中吸收气溶胶生成液体的多孔材料。多孔材料可为用于常规电子香烟的任何多孔材料。合适材料包含纺织或无纺材料，例如聚乙烯或聚丙烯纤维或抗热聚乙烯/聚丁烯对苯二甲酸纤维。合适材料的实例是海绵或泡沫材料、呈纤维或烧结粉末的形式的陶瓷或石墨类材料、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、聚酯或粘结聚烯烃、聚乙烯、涤纶或聚丙烯纤维、尼龙纤维或陶瓷。材料可以具有任何合适的毛细性和孔隙度，以便与不同的液体物理特性一起使用。液体具有物理特性，包含但不限于粘度、表面张力、密度、导热性、沸点和蒸汽压力，其允许通过贮存器的多孔材料存储液体。

优选地，贮存器搁置在支撑件上。支撑件可确保贮存器固持在加热器组合件内明确限定的位置处。支撑件可具有实心平面表面或可具有网状形式。在后一种形式中，空气可流动穿过支撑件并穿过其上支撑的贮存器。

贮存器可具有任何合适的形状，并且优选地具有对应于其中将加热器组合件的气溶胶生成系统的尺寸的形状和大小。优选地，贮存器是由HRM材料构成的圆柱形衬垫。贮存器的厚度优选地在0.1和5毫米之间的范围内，优选地在0.2和3毫米之间的范围内，且优选地在大约2毫米的范围内。贮存器优选地具有5毫克到1克，优选地50到500毫克，并且最优选地为大约200毫克的容量。

贮存器优选地仅容纳供大约20次抽吸的液体，且之后必须进行替换。因此贮存器必须定期地在气溶胶生成液体耗尽之后进行替换。由于贮存器的减小的大小和降低的存储能力，加热器组合件仅包括有限量的液体。因此，即使会发生渗漏，也只存在少量的液体可以渗漏。

加热器元件优选地是电阻加热器，其具有在0.1和10欧姆之间、在0.4和5欧姆之间，更优选地在0.8和2欧姆之间，并且最优选地为大约1.5欧姆的电阻。加热器组合件优选地具有平坦加热器表面和较大加热表面。进一步优选地，加热器元件可为平坦加热旋管，并且更优选地，加热器元件是平坦的经蚀刻不锈钢加热器。加热器的平坦形状的优势是贮存器可夹在支撑件的大体上平坦表面和加热器元件的平坦表面之间，以使得加热器元件与贮存器紧密接触，从而提供理想的汽化条件。

在使用加热器组合件时，加热器元件可被放置在靠近贮存器的任何合适位置处。加热器元件可被放置在贮存器周围、贮存器和冷凝器之间或与冷凝器相对处。优选地，加热器元件被放置在贮存器和冷凝器之间。冷凝器可位于加热器元件的下游。

气溶胶生成液体优选地包括烟碱，所述烟碱具有大约247摄氏度的沸点。气溶胶生成液体优选地包括0.1重量％到10重量％，优选地0.2重量％到5重量％，优选地0.5重量％到2重量％的烟碱。

气溶胶生成液体优选地包括在200摄氏度下具有与烟碱在200摄氏度下的蒸汽压力相当的蒸汽压力的化合物。

气溶胶生成液体可包括20重量％到60重量％，优选地30重量％到50重量％的化合物，所述化合物在200摄氏度下的蒸汽压力是烟碱在200摄氏度下的蒸汽压力的至少20％，优选地至少50％。

气溶胶生成液体优选地包括在200摄氏度下具有低于烟碱在200摄氏度下的蒸汽压力的蒸汽压力的化合物。

气溶胶生成液体可包括40重量％到80重量％，优选地50重量％到70重量％的化合物，所述化合物在200摄氏度下的蒸汽压力小于烟碱在200摄氏度下的蒸汽压力的50％，优选地小于30％。

气溶胶生成液体可包括甘油。甘油具有大约290摄氏度的沸点。气溶胶生成液体可包括20重量％到80重量％或50重量％到70重量％的甘油。

气溶胶生成液体可包括水，优选地5重量％到20重量％的水，例如8重量％到15重量％的水。

气溶胶生成液体可包括丙二醇，优选地5重量％到50重量％的丙二醇，例如10重量％到40重量％的丙二醇。

气溶胶生成液体可包括调味剂，优选地0.1重量％到5重量％的调味剂，例如0.5重量％到3重量％的调味剂。

通过使烟碱的操作温度和浓度变化，汽化性能可被调整成使得所生成的气溶胶的烟碱含量对应于常规香烟的烟碱含量或对应于较低的烟碱含量。

在连续模式中操作的加热器组合件的另一优势是在抽吸期间启动加热器不需要抽吸检测。因此，加热器组合件，且具体地说，采用此加热器组合件的气溶胶生成系统与常规系统相比更加易于制造和使用。

本发明还涉及一种气溶胶生成系统，优选地电子香烟，其包括上文论述的加热器组合件。气溶胶生成系统具有优选地包括至少两个可连接部分的外壳。第一部分包括烟嘴、冷凝器和加热器元件。第二部分包括电源、控制电路和用于贮存器的支撑件。对于气溶胶生成系统的组合件，包括电子烟液的贮存器被放置在第二部分的支撑件上。通过将第一部分附接到第二部分，贮存器被紧紧地挤压在支撑件和加热器元件之间。另外，在这两个部分之间建立电接触，以使得第二部分的电源和控制电路连接到第一部分的加热器元件。可通过任何合适的附接手段，包含螺钉连接或夹持连接，来建立外壳的这两个部分之间的附接。两部分外壳的这种配置具有贮存器的改变极为简单的优势。这种简单的可改变性在本发明的情况下极其重要，因为贮存器仅包括相当少量的电子烟液并且因此必须经常进行改变。

气溶胶生成系统的外壳包括进气口和出气口，所述出气口通常为烟嘴，在所述进气口和出气口之间限定空气流动路径。空气流动路径引导穿过气溶胶形成腔室，其包括加热器组合件。在空气流动路径中提供阻断构件，以便防止抽吸之间的空气流动，即当使用者没有从气溶胶生成系统吸入时的空气流动。可在气溶胶形成腔室的上游、下游或上游和下游提供阻断构件。阻断构件可为机械阻断构件或空气阀。优选地，阻断构件经由电气电路进行电控。抽吸检测器可用作用于检测抽吸是否进行的传感器。抽吸检测器对所属领域的技术人员来说是易于熟悉的。

本发明还针对一种制造用于气溶胶生成系统的加热器组合件的方法。所述方法包括提供加热器元件和包括气溶胶生成液体的贮存器，其中在使用气溶胶生成系统时，贮存器被定位成与加热器元件直接接触。所述方法进一步包括提供冷凝器，以冷凝在使用加热器组合件期间生成的多余蒸汽，其中冷凝器以使得冷凝物至少部分地被传送回到加热器上或回到贮存器中的方式形成。

在本发明的另一方面中，冷凝器是副加热器元件。副加热器元件仅在抽吸期间启动。在抽吸之间，副加热器组合件充当冷凝器，并且在副加热器处冷凝由连续操作的第一加热器元件生成的多余蒸汽。当使用者抽吸时，启动副加热器元件以使得粘着于副加热器元件的经冷凝蒸汽进行汽化。

在本发明的另一方面中，加热器组合件包括外壳，所述外壳在外壳的相对侧处具有两个开口。外壳包括容纳液体气溶胶生成基质的多孔材料。主要流体可渗透加热器在外壳的第一开口处提供，并且连接到气溶胶生成系统内的排气流部分。第一加热器对经由排气流部分从系统排出的电子烟液进行连续操作和连续汽化。第二开口具备仅在抽吸期间启动的副加热器。第二开口连接到外壳中的进气口和烟嘴之间的空气流动路径。当使用者抽吸时，由副加热器生成的气溶胶被使用者吸入。

附图说明

将参照附图仅通过举例方式进一步描述本发明，在所述附图中：

图1示出了根据本发明的加热器组合件；

图2示出了如电子香烟中所使用的加热器组合件的单个组件；

图3示出了用于交换电子香烟中的液体贮存器与两部分外壳的改变程序；

图4示出了其中冷凝器用作副加热器的电子香烟的实施例；以及

图5示出了包括副加热器的电子香烟的替代实施例。

具体实施方式

图1示出了本发明的加热器组合件，其包括支撑件10、电子烟液的贮存器12、加热器元件14和冷凝器16。贮存器12被放置在支撑件10上，并且被夹在支撑件10和加热器元件14之间。在支撑件的外围区域中，提供用于加热器元件14的电接触部分15的两个馈通18。加热器元件14是具有大体上平面表面的平坦的经蚀刻不锈钢加热器。贮存器12是由抗热PET聚合物制成的大体上圆柱形的多孔聚合物盘。贮存器的厚度是大约2毫米。贮存器12可存储高达250毫克的电子烟液。电子烟液可由50％的甘油、37％的丙二醇、2％的烟碱、10％的水、1％的调味剂组成，并且加热器元件的操作温度是130到150摄氏度。电子烟液可由70％的甘油、14％的丙二醇、2％的烟碱、13％的水、1％的调味剂组成，并且加热器元件的操作温度是150到200摄氏度。

在图2中，描绘包括图1的加热器组合件的具有两部分外壳的电子香烟。为清楚起见，仅描绘包括电源(未示出)、电气电路(未示出)和进气口(未示出)的外壳20的第二部分。在部分20的顶侧上，提供用于电源与加热器元件14接触的电接触22和空气流动缝隙24。支撑件10被放置在部分20的顶部上，以使得支撑件10的馈通18与部分20的电接触22一致。支撑件10还包括缝隙26，以使得空气可穿过其流动。

在支撑件10上放置贮存器12。贮存器被圆形元件30横向围绕，所述圆形元件30确保贮存器12的径向定位。圆形元件还具有用于加热器元件的电接触15的馈通32。圆形元件30的外部尺寸对应于支撑件12的外部尺寸。圆形元件30具有使得它的顶部边缘与贮存器12的上表面处于相同平面的厚度。加热器元件14被放置在贮存器12的顶部上，并且它的电接触部分15被插入到馈通中且连接到下方的接触22，并经由这些接触连接到位于外壳的第二部分20中的电源。在加热器元件14的上方，圆柱形元件34形成气溶胶形成腔室36的侧壁。形成气溶胶形成腔室36的顶壁的冷凝器16被放置在圆柱形元件34的上方。冷凝器16具有圆锥形状，其中圆锥顶点指离加热器元件14。在圆锥形冷凝器16的顶点处提供孔38，气溶胶可穿过所述孔38离开气溶胶形成腔室36。在抽吸期间，产生穿过气溶胶形成腔室的气流，并且气溶胶穿过电子香烟的烟嘴而被使用者吸入。加热器组合件在连续模式中操作，以使得同样在抽吸之间，电子烟液进行汽化。这些多余蒸汽的大部分在冷凝器的内表面处进行冷凝。由于冷凝器的圆锥形状，冷凝物沿着气溶胶形成腔室的侧壁流动并且返回到加热器元件和贮存器的极其靠近加热器元件的表面。

在图3中，描绘包含两部分外壳中的第一部分40的图2的电子香烟。第一部分40包含烟嘴部分42。在它的下部端44处，外壳的第一部分40包括冷凝器16、圆柱形元件34、加热器元件14和圆形元件30(图3中不可见)。加热器元件14优选地为可替换的，以使得在加热器元件14出现毛病后，只需要更新加热器元件14自身，而不需要更新外壳的整个第一部分40。为了插入或替换贮存器12，断开两部分外壳的两个部分20、40的连接。将贮存器12替换或插入在支撑件10上，并且再次重连接所述两个部分20、40。在图3所示的实施例中，外壳的两个部分20、40通过夹持连接进行连接。

图4示出了本发明的另一实施例。贮存器是圆柱形容器50，其包括在多孔材料52中吸收的电子烟液，并且在下部端处包括开口54。在容器50的开口54中提供主要加热器56。冷凝器是副加热器元件58。副加热器元件58仅在抽吸期间启动。在抽吸之间，副加热器组合件58充当冷凝器，并且在副加热器58处冷凝由连续操作的主要加热器元件56生成的多余蒸汽。在气溶胶形成腔室的进气口60和出口64之间限定空气流动通道62。提供控制电路66和电源68以用于控制加热器元件56、58并为它们供电。当使用者抽吸时，启动副加热器元件58以使得粘着于副加热器元件58的经冷凝蒸汽进行汽化。

在图5中，描绘本发明的另一实施例。加热器组合件包括外壳70，所述外壳70在外壳70的相对侧处具有两个开口72、74。外壳70包括用于容纳液体气溶胶生成基质的多孔液体吸收材料。主要流体可渗透加热器76在外壳70的第一开口72处提供，并且连接到气溶胶生成系统内的排气流部分78。主要加热器76对经由排气流部分78从系统排出的电子烟液进行连续操作和连续汽化。第二开口74具备仅在抽吸期间启动的副加热器80。第二开口47连接到进气口82和烟嘴之间的空气流动路径84。当使用者抽吸时，由副加热器80生成的气溶胶被使用者吸入。

Claims (24)

1.一种用于气溶胶生成系统的加热器组合件，包括：

加热器元件；

包括气溶胶生成液体的贮存器；

冷凝器，所述冷凝器用于冷凝在使用所述加热器组合件期间生成的多余蒸汽，其中所述冷凝器具有圆锥形状，并且在顶点处具有孔，其中所述多余蒸汽将在所述冷凝器的面向所述加热器元件的圆锥形表面处冷凝并将沿着所述圆锥形表面流动，其中所述冷凝器以使得冷凝物被至少部分地传送回到所述贮存器中的方式形成，

其中所述加热器元件构造成在抽吸之间、以在80和240摄氏度之间的范围内的温度连续操作，并且所述冷凝器对抽吸之间生成的多余蒸汽进行冷凝。

2.根据权利要求1所述的加热器组合件，其中所述冷凝器被放置在极其靠近所述气溶胶生成液体的位置处。

3.根据权利要求1或2所述的加热器组合件，其中所述冷凝器由无孔、不吸收的材料制成。

4.根据权利要求3所述的加热器组合件，其中所述冷凝器由聚合物材料、金属材料或陶瓷材料制成。

5.根据权利要求1或2所述的加热器组合件，其中所述贮存器包括其中吸收所述气溶胶生成液体的多孔材料。

6.根据权利要求1或2所述的加热器组合件，其中所述贮存器是可在所述气溶胶生成液体耗尽之后进行替换的消耗品。

7.根据权利要求1或2所述的加热器组合件，其中所述加热器元件是电阻加热器，其具有在0.1和10欧姆之间的电阻。

8.根据权利要求7所述的加热器组合件，其中所述电阻加热器具有在0.4和5欧姆之间的电阻。

9.根据权利要求8所述的加热器组合件，其中所述电阻加热器具有在0.8和2欧姆之间的电阻。

10.根据权利要求9所述的加热器组合件，其中所述电阻加热器具有1.5欧姆的电阻。

11.根据权利要求1或2所述的加热器组合件，其中所述加热器组合件具有在100和200摄氏度之间的范围内的操作温度。

12.根据权利要求11所述的加热器组合件，其中所述加热器组合件具有在150和180摄氏度之间的范围内的操作温度。

13.根据权利要求1或2所述的加热器组合件，其中所述气溶胶生成液体包括0.1重量％到10重量％的烟碱。

14.根据权利要求13所述的加热器组合件，其中所述气溶胶生成液体包括1重量％到2重量％的烟碱。

15.根据权利要求1或2所述的加热器组合件，其中所述气溶胶生成液体包括20重量％到60重量％的化合物，所述化合物在200摄氏度下的蒸汽压力是烟碱在200摄氏度下的蒸汽压力的至少20％。

16.根据权利要求15所述的加热器组合件，其中所述气溶胶生成液体包括30重量％到50重量％的化合物。

17.根据权利要求15所述的加热器组合件，其中所述化合物在200摄氏度下的蒸汽压力是烟碱在200摄氏度下的蒸汽压力的至少50％。

18.根据权利要求1或2所述的加热器组合件，其中所述气溶胶生成液体包括40重量％到80重量％的化合物，所述化合物在200摄氏度下的蒸汽压力小于烟碱在200摄氏度下的蒸汽压力的50％。

19.根据权利要求18所述的加热器组合件，其中所述气溶胶生成液体包括50重量％到70重量％的化合物。

20.根据权利要求18所述的加热器组合件，其中所述化合物在200摄氏度下的蒸汽压力小于烟碱在200摄氏度下的蒸汽压力的30％。

21.一种气溶胶生成系统，其包括根据前述权利要求中任一权利要求所述的加热器组合件。

22.根据权利要求21所述的气溶胶生成系统，其包括具有至少两个部分的外壳，其中第一部分包括烟嘴、冷凝器和加热器元件，并且第二部分包括电源、控制电路和用于贮存器的支撑件，并且其中当组装所述外壳时，所述贮存器被插入在所述第一部分和所述第二部分之间，且牢固地固持在所述加热器元件和所述支撑件之间。

23.根据权利要求21或22所述的气溶胶生成系统，其中建立从进气口穿过包括所述加热器组合件的气溶胶形成腔室到所述烟嘴的空气流动路径，并且其中在所述空气流动路径中提供阻断构件，以阻断抽吸之间的空气流动。

24.一种制造用于气溶胶生成系统的加热器组合件的方法，包括：

提供加热器元件；

提供包括气溶胶生成液体的贮存器，从而在使用所述气溶胶生成系统时，所述贮存器被定位成与所述加热器元件热接触，

提供冷凝器，以冷凝在使用所述加热器组合件期间生成的多余蒸汽，其中所述冷凝器具有圆锥形状，并且在顶点处具有孔，其中所述多余蒸汽将在所述冷凝器的面向所述加热器元件的圆锥形表面处冷凝并将沿着所述圆锥形表面流动，其中所述冷凝器以使得冷凝物至少部分地被传送回到所述贮存器中的方式形成，

其中所述加热器元件构造成在抽吸之间、以在80和240摄氏度之间的范围内的温度连续操作，并且所述冷凝器对抽吸之间生成的多余蒸汽进行冷凝。

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