CN107404948B - 用于气溶胶生成系统的延长型加热器和加热组合件 - Google Patents

Abstract

一种用于加热气溶胶形成基质的加热组合件，其包含加热器(14)，所述加热器包含电阻加热元件(82)和加热器衬底(81)；和耦接于所述加热器(14)的加热器安装架(26)。所述电阻加热元件(82)包含第一部分(84)和第二部分(86)，所述第一部分和所述第二部分经配置使得当电流通过所述加热元件(82)时，所述第一部分(84)与所述第二部分(86)相比加热到更高温度。所述加热元件(82)的所述第一部分(84)放置在所述加热器衬底(81)的加热区域(91)上，且所述加热元件(82)的所述第二部分(86)放置在所述加热器衬底(81)的固持区域(93)上，所述加热器安装架(26)固定于所述加热器衬底(81)的所述固持区域(93)。所述电阻加热元件(82)的所述第二部分(86)与所述加热元件(82)的所述第一部分(84)相比较长，其允许所述加热元件(82)穿透位于气溶胶形成制品内的气溶胶形成基质。

Description

用于气溶胶生成系统的延长型加热器和加热组合件

技术领域

本说明书涉及一种适用于气溶胶生成装置或气溶胶生成系统的加热组合件。确切地说，本发明涉及一种具有延长型加热器的加热组合件，所述延长型加热器适用于插入到吸烟制品的气溶胶形成基质中以便在内部加热所述气溶胶形成基质。

背景技术

对于能够递送供使用者吸入的气溶胶的手持式气溶胶生成装置的需求日益增加。一种特定的需求是，需要通过加热气溶胶形成基质以释放挥发性香味化合物的加热式吸烟装置，而无需燃烧所述气溶胶形成基质。所释放的挥发性化合物在气溶胶内被传递给使用者。

通过加热气溶胶形成基质而操作的任何气溶胶生成装置都必须包含加热组合件。已对于不同类型的气溶胶形成基质提出多种不同类型的加热组合件。

已对于通过将加热器插入至固体气溶胶形成基质，如烟草塞中操作的加热式吸烟装置提出一种类型的加热组合件。此布置允许基质经直接且有效地加热。但此类型的加热组合件存在许多技术挑战，包含符合小尺寸、稳固性、低制造成本、足够操作温度和有效地定位产生的热的要求。

包含通过加热而非燃烧生成气溶胶的烟草的加热式气溶胶生成制品在此项技术中为已知的。用作加热式气溶胶生成制品中的气溶胶形成基质的部分的烟草经设计以在被加热时而不是在燃烧时产生气溶胶。因此，这种烟草通常含有高等级的气溶胶形成剂，例如甘油或丙二醇。如果使用者点燃加热式气溶胶生成制品且将其当作常规卷烟一般的吸食，那么那个使用者将得不到预期的使用者体验。需要制造具有较低火焰点火倾向的加热式气溶胶生成制品。优选地，这种加热式气溶胶生成制品在试图以传统卷烟的方式用点火器(例如火焰)点燃制品时将难以被点燃。用以形成具有较低火焰点火倾向的加热式气溶胶生成制品的一种方式可为在制品的远端布置管以保护气溶胶形成基质免于直接接触火焰。

期望的是提供一种用于气溶胶生成装置的稳固、廉价的加热组合件，其提供用于加热气溶胶形成基质的局部热源。期望的是提供一种更适合与气溶胶生成制品一起使用的加热组合件，所述气溶胶生成制品具有位于制品远端的非消耗元件，例如中空管。

发明内容

在本发明的第一方面中，提供一种用于加热气溶胶形成基质的加热组合件，所述加热组合件包含：加热器，其包含电阻加热元件和加热器衬底；和加热器安装架，其耦接于所述加热器；其中所述电阻加热元件包含第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分经配置使得当电流通过所述加热元件时，所述第一部分被加热到与所述第二部分相比更高的温度，其中所述加热元件的所述第一部分放置在所述加热器衬底的加热区域上，且所述加热元件的所述第二部分放置在所述加热器衬底的固持区域上；其中所述加热器安装架固定于所述加热器衬底的所述固持区域上，且其中所述电阻加热元件的所述第二部分与所述加热元件的所述第一部分相比较长。也就是说，所述第二部分与所述第一部分相比沿着所述加热器的较大长度延伸。

所述电阻加热元件的所述第二部分可具有例如在12mm与20mm之间的长度。长度是相对于加热器的纵向尺寸测定的。所述电阻加热元件的所述第二部分可具有约13mm或约14mm的长度。

所述电阻加热元件的所述第一部分可具有例如在8mm与12mm之间的长度。所述电阻加热元件的所述第一部分可具有约10mm或约11mm的长度。

在优选实施例中，所述电阻加热元件的所述第二部分可沿着所述加热器的13.9mm长度加上或减去0.5mm延伸，且所述电阻加热元件的所述第一部分可沿着所述加热器的10.5mm长度加上或减去0.5mm延伸。

如本文所用，术语‘气溶胶形成基质’是指能够释放可以形成气溶胶的挥发性化合物的基质。此类挥发性化合物可以通过加热气溶胶形成基质而释放。气溶胶形成基质可以便利地是气溶胶生成制品或吸烟制品的一部分。

如本文所用，术语‘气溶胶生成制品’和‘吸烟制品’是指包含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质的制品。举例来说，气溶胶生成制品可以是生成通过使用者的口可直接吸入到使用者的肺中的气溶胶的吸烟制品。气溶胶生成制品可以是一次性的。包含气溶胶形成基质(内含烟草)的吸烟制品指的是烟支。

所述第一部分由于通过所述加热元件的电流而被加热到比所述第二部分高的温度。在一个实施例中，所述加热元件的第一部分经配置以在使用时达到介于约300℃与约550℃之间的温度。优选地，所述加热元件经配置以达到介于约320℃与约350℃之间的温度。

所述加热器安装架为所述加热器提供结构支撑且使其能够稳固地固定在气溶胶生成装置内。所述加热器安装架可能包括聚合物材料，且有利地由可塑的聚合物材料形成，例如聚醚醚酮(PEEK)。使用可塑的聚合物使所述加热器安装架能够塑造成围绕所述加热器的形状，从而稳固地保持住所述加热器。这也使得生产所述加热器安装架时能够以低成本方式获得所需的外形和尺寸。加热器衬底可具有增强加热器安装架固定到加热器上的机械特征，如凸耳或凹口。当然有可能使用其它材料制造加热器安装架，例如陶瓷材料。有利的是，可以由可塑的陶瓷材料形成所述加热器安装架。

优选地，加热安装架沿着固持部分的相当大的部分(其为上面支撑加热器元件的第二部分的加热器衬底的部分)延伸。加热器衬底可由脆性材料形成，且加热器安装架可提供支撑以防止加热器弯曲和扭转。

加热器可能需要穿透气溶胶生成制品的非消耗元件，如管可能优选的是，加热器安装架经成形以延长加热器与加热器安装架接触的长度，同时还方便与具有位于制品远端的非消耗前部元件(如管)的气溶胶生成制品接合。因此，至少一部分的加热器安装架可在其在朝着加热部分的方向上沿着固持部分延伸时向内伸入(step inward)或向内逐渐变窄。伸入或逐渐变窄可允许一部分的加热器安装架插入到管状前部元件中。因此，加热器安装架可沿着大部分固持部分提供支撑。优选地，至少一部分的加热器安装架沿着固持部分延伸大于50％、优选地大于60％、或大于70％或大于80％、或大于90％的固持部分长度。

可能优选的是，至少一部分的加热器安装架是圆锥形状的。圆锥形状包括金字塔形状。整个加热器安装架可能是圆锥形状的，其中圆锥的顶端指向加热器的加热部分。可替代地，加热器安装架可包含圆锥形状的突起，所述突起具有指向加热器的加热部分的顶端。其中至少一部分的加热器安装架是圆锥形状的配置可提供加热器的优化的支撑，同时仍允许与气溶胶生成制品接合。

使用聚合物固持加热器意味着加热器安装架附近的加热器的温度应控制于低于聚合物将熔融燃烧或以其它方式降解的温度。在穿过位于气溶胶生成制品远端的非消耗元件的部分处的加热器温度也不应超出形成非消耗元件的材料降解的温度。加热气溶胶生成制品的非消耗组件也是低效的。同时，在气溶胶形成基质内的加热器部分的温度必须足以产生具有所需特性的气溶胶。因此，期望的是相对于第一部分，延长第二部分的长度。还期望的是确保加热元件的第二部分在使用期间保持低于最大可允许的温度。

在电阻加热器中，通过加热器产生的热取决于加热元件的电阻。对于给定电流，加热元件的电阻越高，产生的热越多。期望的是，所产生的大部分热是由加热元件的第一部分产生的。因此，期望的是加热元件的第一部分与加热器元件的第二部分相比具有较大的每单位长度的电阻。

有利地，加热元件可包含由不同材料形成的部分。加热元件的第一部分可由第一材料形成，且加热元件的第二部分可由第二材料形成，其中第一材料与第二材料相比具有较高电阻率系数。举例来说，第一材料可为Ni-Cr(镍-铬)、铂、钨或合金线且第二材料可为金或银或铜。加热器元件的第一和第二部分的尺寸还可不同以在第二部分中提供较低的每单位长度的电阻。

加热元件的第一和第二部分的材料可针对其热特性以及其电特性加以选择。有利的是，加热元件的第二部分可具有低导热率，以便减少热从加热区域传导到加热器安装架。因此，加热元件的第二部分的材料的选择可能是在高导电性与低导热率之间的平衡，至少在介于加热元件的第一部分与加热器安装架之间的区域中。在实践中，已发现金是加热元件的第二部分的材料的良好选择。可替代地，银可构成第二部分材料。

有利的是，加热元件的第二部分可包含两个区段，所述两个区段中的每一个分别地连接于加热元件的第一部分以界定从第二部分的一个区段到第一部分且接着到第二部分的另一区段的电流流径。加热器安装架可围绕第二部分的两个区段。当然，第二部分有可能包含超过两个部分，各自电连接到第一部分。

加热元件可包含经配置以用于电连接到电源的第三部分，其中所述第三部分放置在加热器安装架上与加热元件的第一部分相对的侧面上。第三部分可由与第一和第二部分不同的材料形成，且可经选择以提供低电阻和良好连接特性，例如易于可焊。在实践中，已发现银是第三部分的良好选择。可替代地，金可以用作第三部分的材料。第三部分可包含多个区段，各自连接于加热元件的第二部分的一个区段。

加热器衬底由电绝缘材料形成且可为陶瓷材料，如氧化锆或氧化铝。加热器衬底可对于加热元件提供经大范围的温度的机械稳定支撑且可提供适合于插入到气溶胶形成基质中的刚性结构。加热器衬底可包括在上面安置有加热元件的平面表面以及经配置以允许插入至气溶胶形成基质中的锥形末端。加热器衬底有利地具有小于或等于2瓦/米开尔文的导热性。

在一个实施例中，加热元件的第一部分可由具有温度与电阻率间定义关系的材料形成。这允许加热器既用于加热气溶胶形成基质又用于监测使用期间的温度。有利的是，第一部分与第二部分相比具有较高的电阻温度系数。这确保了加热器元件的电阻值主要反映加热器元件的第一部分的温度。已发现，铂是加热器元件的第一部分的良好选择。

有利的是，加热元件的第一部分与加热器安装架隔开。在加热元件的第一部分与加热器安装架之间的加热器部分有利地具有介于在加热器元件的第一部分处的较高温度与在加热器安装架处的较低温度之间的热梯度。选择加热元件的第一部分与加热器安装架之间的距离以确保获得足够温度下降。但同样有利的是，距离不大于必要距离，以便既减小加热器组合件的大小，又确保加热器组合件尽可能的稳固。加热器超过加热器安装架的长度越长，其在掉落时或在反复插入固体气溶胶形成基质和从其中抽出期间越易于折断或弯曲。

有利的是，在正常操作条件下，当加热元件的第一部分处于在约300℃与约550℃之间的温度下时，第二部分与加热器安装架接触点处于低于200℃的温度下。在此上下文中，“正常操作条件”意味着在标准环境温度和压力下，其是298.15K(25C，77F)的温度和100kPa(14.504psi，0.986atm)的绝对压力。正常操作条件包括当放置在气溶胶生成装置的壳体内或在气溶胶生成装置的壳体外部时加热器组合件的操作。

有利的是，加热器组合件经配置使得如果第一部分的最大温度是T₁，环境温度是T₀，且与加热器安装架接触的加热器元件的第二部分的温度是T₂，那么：

(T₁-T₀)/(T₂-T₀)>2

加热组合件可包含覆盖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提供在加热元件上方以防止加热元件的氧化或其它腐蚀。保护层可完全覆盖加热器衬底。还可提供保护层或其它层以改进加热器上的热分布，且可使得加热器较易于清洁。也可在加热元件与加热器衬底之间提供材料的下层(如玻璃)，以便改进加热器上的热分布。材料的下层也可用于改进形成加热元件的方法。

可选择加热器的尺寸以适合加热组合件的应用，且应当清楚的是，加热器的宽度、长度和厚度可彼此独立地加以选择。在一个实施例中，加热器基本上是叶形的，且具有插入到气溶胶形成基质中的锥形末端。加热器可具有在约15mm与约30mm之间、且有利地在约20mm与约25mm之间的总长度。加热器上放置加热元件的表面的宽度可在约2mm与约10mm之间，且有利地在约3mm与约6mm之间。加热器的厚度可在约0.2mm与约0.5mm之间并且优选地在0.3mm与0.4mm之间。加热器的有效加热区域(对应于加热器中放置加热元件的第一部分的部分)可具有在5mm与20mm之间且有利地在8mm与15mm之间的长度。加热器安装架与加热元件的第一部分之间的距离可为至少2mm且有利地至少2.5mm。在一个优选实施例中，加热器安装架与加热元件的第一部分之间的距离是3mm。

在本发明的一个方面中，可提供一种气溶胶生成装置，其包含：壳体，根据如上文所述的加热组合件，其中加热器安装架耦接于壳体，连接于加热元件的电源以及经配置以控制从电源到加热元件的电力供应的控制元件。壳体可界定围绕加热元件的第一部分的空腔，所述空腔经配置以容纳含有气溶胶形成基质的气溶胶形成制品。

如本文中所使用，术语“气溶胶生成装置”涉及一种与气溶胶形成基质相互作用以生成气溶胶的装置。所述气溶胶形成基质可能是气溶胶生成制品的一部分，例如吸烟制品的一部分。气溶胶生成装置可以是与气溶胶生成制品的气溶胶形成基质相互作用以生成通过使用者的口可直接吸入到使用者的肺中的气溶胶的吸烟装置。气溶胶生成装置可为一种固定器。

加热器安装架可形成闭合空腔的一端的表面。

所述装置优选为能够舒适地保持在单只手的手指之间的便携式或手持式装置。所述装置的形状可以基本为圆柱形并且长度在70与120mm之间。所述装置的最大直径优选地在10与20mm之间。在一个实施例中，所述装置具有多边形横截面并且在一个面上形成一个突出按钮。在此实施例中，所述装置从一个平面到相对平面的直径在12.7与13.65mm之间；从边缘到相对边缘(即，从位于所述装置一侧的两个面交界处到位于另一侧的对应交界处)的距离在13.4与14.2之间，且从按钮的顶部到相对底平面的距离在14.2与15mm之间。

所述装置可为电加热吸烟装置。

除了根据第一方面的加热器组合件之外，所述装置可包含其它加热器。举例来说，所述装置可包含安置在所述空腔的周界周围的外部加热器。外部加热器可以采用任何适合形式。例如，外部加热器可以采用在介电衬底(例如，聚酰亚胺)上的一个或多个柔性加热箔的形式。可使柔性加热箔成形，以与所述空腔周边一致。或者，外部加热器可以采用金属网格或网格、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，或可使用涂层技术(例如，等离子体气相沉积)形成于适合形状的衬底上。外部加热器也可使用具有温度与电阻率间定义关系的金属来形成。在这类示例性装置中，金属可以在两层适合绝缘材料之间形成为迹线。以此方式形成的外部加热器可用以加热和监控外部加热器在操作期间的温度。

电源可以是任何适当的电源，例如直流电压源，比如电池。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、镍镉电池或锂基电池，例如锂钴、磷酸锂铁、钛酸锂或锂聚合物电池。

控制元件可以是简单的开关。或者，控制元件可以是电路，并且可以包含一个或多个微处理器或微控制器。

在本发明的第三方面中，提供了一种包括根据本发明第二方面的气溶胶生成装置以及一个或多个气溶胶形成制品的气溶胶生成系统，所述一个或多个气溶胶形成制品配置成容纳在所述气溶胶生成装置的空腔中。气溶胶生成制品包括位于制品远端、在气溶胶形成基质上游的非消耗元件。

气溶胶生成系统可以包含加热式气溶胶生成制品，所述加热式气溶胶生成制品包括多个组件，所述多个组件包括气溶胶形成基质，所述气溶胶形成基质组装在包装纸内，以形成具有口端和位于口端的上游的远端的条。中空管可具有在5mm与15mm之间的外径和在5mm与15mm之间的长度，其可安置在包装纸内位于气溶胶形成基质的上游。气溶胶生成装置的加热器的长度足以延伸穿过中空管的管腔以及当加热式气溶胶生成制品与气溶胶生成装置接合时穿透气溶胶形成基质。

中空管可为刚性的且可由基本不可燃的材料形成。如本文中所定义，不可燃材料为难以或不可能使用温度在800℃到1700℃之间且通常在800℃到1200℃范围内的火焰点燃的材料。通常，在大约800℃到1200℃或高达1700℃之间的温度范围中基本上不释放有毒的或者有害的或非所要的化合物的任何材料属于本文中所预期的基本不可燃材料。

可刺穿的薄膜可跨越中空管的一个端部。中空管具有近端和远端。可刺穿的薄膜可跨越中空管的远端。可刺穿的薄膜可跨越中空管的近端。可刺穿的薄膜所跨越的中空管可保护所述条的远端免于被点燃，以防使用者施加火焰且在制品的口端上进行抽吸。来自火焰的热量冲击不可燃的中空管。相较于气溶胶形成基质位于加热式气溶胶生成制品的远端的情况，位于中空管的下游的气溶胶形成基质更不太可能达到其燃烧温度。此外，可刺穿的薄膜有助于防止空气通过所述条被抽吸。因此，减小了不小心或意外点燃气溶胶形成基质的风险。

优选的是，中空管是由聚合物、金属或陶瓷形成的刚性中空管。优选的是，刚性中空管由选自由金属箔、陶瓷、高填充纸、醋酸纤维素和聚芳基醚酮(PAEK)聚合物组成的列表的材料形成。

所述气溶胶形成制品可以是吸烟制品。在操作期间，可在气溶胶生成装置内部分容纳含有气溶胶形成基质的吸烟制品。

吸烟制品的形状可以是基本上圆柱形的。吸烟制品可以是基本上细长的。吸烟制品可以具有一定长度和基本上垂直于长度的周长。气溶胶形成基质的形状可以是基本上圆柱形的。气溶胶形成基质可以是基本上细长的。气溶胶形成基质也可以具有一定长度和基本上垂直于长度的周长。

吸烟制品可以具有在约30mm与约100mm之间的总长度。吸烟制品可以具有在约5mm与约12mm之间的外径。吸烟制品可以包含过滤器塞。过滤器塞可位于吸烟制品的下游端。过滤器塞可以是醋酸纤维素过滤器塞。过滤器塞的长度在一个实施例中是约7mm，但可以具有约5mm到约10mm之间的长度。

在一个实施例中，吸烟制品具有约45mm的总长度。吸烟制品可以具有约7.2mm的外径。此外，气溶胶形成基质可以具有约10mm的长度。或者，气溶胶形成基质可以具有约12mm的长度。此外，气溶胶形成基质的直径可以在约5mm与约12mm之间。吸烟制品可以包含外包装纸。此外，吸烟制品可以在气溶胶形成基质与过滤器塞之间包含间隔。间隔可以是约18mm，但可以在约5mm到约25mm的范围内。

气溶胶形成基质可以是固体气溶胶形成基质。或者，气溶胶形成基质可以包含固体和液体组分两者。气溶胶形成基质可以包含含烟草材料，所述含烟草材料含有加热时从基质释放的挥发性烟草香味化合物。或者，气溶胶形成基质可以包含非烟草材料。所述气溶胶形成基质可能进一步包括有助于形成浓密且稳定气溶胶的气溶胶形成剂。合适的气溶胶形成剂的实例是甘油和丙二醇。

如果气溶胶形成基质是固体气溶胶形成基质，那么固体气溶胶形成基质可以包括例如以下各者中的一种或多种：粉末、颗粒、小球、碎片、细条、条状物或片材，含有草本植物叶、烟叶、烟草肋料、再造烟草、均质烟草、挤出烟草、落叶烟草和膨胀烟草中的一种或多种。固体气溶胶形成基质可以呈疏松形式，或可以在合适容器或匣体中提供。任选地，固体气溶胶形成基质可以含有在基质加热时释放的额外烟草或非烟草挥发性香味化合物。固体气溶胶形成基质还可以含有胶囊，所述胶囊例如包括额外烟草或非烟草挥发性香味化合物，并且此类胶囊可以在加热固体气溶胶形成基质期间熔化。

如本文中所使用，均质烟草指通过聚结颗粒烟草形成的材料。均质烟草可以呈片材的形式。均质烟草材料可以具有在干重基础上含量大于5％的气溶胶形成剂。替代地，均质烟草材料可以具有在干重基础上按重量计含量在5％与30％之间的气溶胶形成剂。均质烟草材料的片材可通过使颗粒烟草聚结而形成，所述颗粒烟草通过将烟草叶片和烟草叶梗中的一或两者研磨或以其它方式组合而获得。替代地或另外，均质烟草材料的片材可以包含在例如烟草的处理、操作和运送期间形成的烟草尘、碎烟和其它颗粒烟草副产品中的一种或多种。均质烟草材料的片材可包含为烟草内生粘合剂的一种或多种固有粘合剂、为烟草外生粘合剂的一种或多种外来粘合剂或其组合，以帮助聚结颗粒烟草；替代地或另外，均质烟草材料的片材可包含其它添加剂，包括但不限于烟草和非烟草纤维、气溶胶形成剂、保湿剂、增塑剂、调味剂、填充剂、水性溶剂和非水性溶剂以及其组合。

任选地，固体气溶胶形成基质可以在热稳定载体上提供或嵌入在热稳定载体中。载体可以采用粉末、颗粒、小球、碎片、细条、条状物或片材的形式。或者，载体可以是管状载体，其内表面、或其外表面、或其内外表面两者上沉积有固体基质薄层。此类管状载体可以由例如纸、或纸状材料、非织造碳纤维垫、低质量开网金属丝网、或穿孔金属箔或任何其它热稳定的聚合物基质形成。

在一个特别优选的实施例中，气溶胶形成基质包含均质烟草材料的聚集卷曲片材。如本文中所使用，术语‘卷曲片材’表示具有多个基本平行的隆脊或皱折的片材。优选地，当气溶胶生成制品已被组装时，基本平行的隆脊或皱折沿着气溶胶生成制品的纵向轴线延伸或平行于所述纵向轴线延伸。这有利地促进聚集均质烟草材料的卷曲片材，以形成气溶胶形成基质。然而，将理解的是，用于包括在气溶胶生成制品中的均质烟草材料的卷曲片材可替代地或另外具有多个基本平行的隆脊或皱折，当气溶胶生成制品已被组装时，所述多个基本平行的隆脊或皱折与气溶胶生成制品的纵向轴线呈锐角或钝角布置。在某些实施例中，气溶胶形成基质可包括在基本上其整个表面上基本上均匀织构的均质烟草材料的聚集片材。例如，气溶胶形成基质可包括均质烟草材料的聚集的卷曲片材，所述聚集的卷曲均质烟草片材包含在片材的整个宽度上基本均匀地间隔开的多个基本平行的隆脊或皱折。

固体气溶胶形成基质可以以(例如)片材、泡沬、胶或浆的形式沉积在载体的表面上。固体气溶胶形成基质可以沉积在载体的整个表面上，或者，可以按图案方式沉积，以便在使用期间提供不均匀的香味递送。

所述气溶胶生成系统是气溶胶生成装置和用于与装置一起使用的一个或多个气溶胶生成制品的组合。然而，气溶胶生成系统可包含另外的组件，例如用于给电操作式气溶胶生成装置或电气溶胶生成装置中的机载电源再充电的充电单元

虽然已通过参考不同方面来描述本公开，但是应清楚，关于本公开的一个方面描述的特征可适用于本公开的其它方面。确切地说，根据本发明的一个方面的加热器、组合件、装置系统或方法的方面可应用于本发明的任何其它方面。此外，尽管本公开已经参考了吸烟装置，但是应清楚，医用吸入器类的装置可能使用本文中所描述的特征、装置和功能。

附图说明

现在将参考附图仅通过举例来详细地描述本发明的实施例，在附图中：

图1是气溶胶生成装置的示意图；

图2是用于与气溶胶生成装置一起使用的加热式气溶胶生成制品的实施例的示意性横截面图；

图3是用于与气溶胶生成装置一起使用的加热式气溶胶生成制品的另一个实施例的示意性横截面图；

图4是图1中所示类型气溶胶生成装置前端的示意性横截面，其中加热器插入到气溶胶生成制品中；

图5是根据本发明的加热器的示意图；

图6展示具有组装到其上的加热器安装架的图5的加热器；以及

图7示出包括圆锥形状的加热器安装架的加热器组合件的一个实施例。

具体实施方式

在图1中，以简化方式显示电加热气溶胶生成系统100的一个实施例的组件。确切地说，电加热气溶胶生成系统100的元件在图1中没有按比例来绘制。已省略与理解这个实施例无关的元件，以简化图1。

所述电加热气溶胶生成系统100包括具有壳体10和气溶胶形成制品12(例如烟支)的气溶胶生成装置。所述气溶胶形成制品12包括被推入壳体10内以与加热器14热接近的气溶胶形成基质。所述气溶胶形成基质将在不同温度下释放各种挥发性化合物。通过控制所述电加热气溶胶生成系统100的最高操作温度，可以控制非所要挥发性化合物的释放。

壳体10内具有电能供应16，例如，可充电锂离子电池。控制器18连接到加热器14、电能供应16和用户界面20(例如，按钮或显示器)。控制器18控制供应到加热器14的电力，以便调节其温度。通常，气溶胶形成基质被加热到250℃与450℃之间的温度。

图2示出根据优选实施例的加热式气溶胶生成制品101。气溶胶生成制品101包括布置为同轴对准的四个元件：刚性中空管30、气溶胶形成基质21、气溶胶冷却元件40和烟嘴50。这四个元件顺序地布置并且由外包装纸60包围以形成加热式气溶胶生成制品101。气溶胶生成制品101具有使用者在使用期间插入其口中的近端或口端70，和位于气溶胶生成制品101的与口端70相对的端部的远端80。

气溶胶生成制品的远端80也可被描述为气溶胶生成制品101的上游端，且气溶胶生成制品101的口端70也可被描述为气溶胶生成制品101的下游端。气溶胶生成制品101的位于在口端70和远端80之间的元件可被描述为在口端70的上游，或可替代地在远端80的下游。

刚性中空管30定位在气溶胶生成制品101的最远端或上游端处。在图2所示的制品中，刚性中空管30为中空陶瓷管。这种刚性中空管30可保护气溶胶形成基质远离施加到制品101的远端的火焰，由此提供减少意外点燃机率的手段。

在图2所示的制品中，气溶胶形成基质21包括由包装纸包围的卷曲均质烟草材料的聚集片材。均质烟草材料的卷曲片材包括甘油作为气溶胶形成剂。

气溶胶冷却元件40紧接地位于支撑元件30的下游，并且紧靠支撑元件30。在使用中，从气溶胶形成基质21释放的挥发性物质沿着气溶胶冷却元件40朝向气溶胶生成制品101的口端70通过。挥发性物质可以在气溶胶冷却元件40内冷却，以形成由使用者吸入的气溶胶。在图2中示出的制品中，气溶胶冷却元件包括由包装纸90包围的卷曲和聚集的聚乳酸片材。卷曲和聚集的聚乳酸片材限定沿着气溶胶冷却元件40的长度延伸的多个纵向通道。

烟嘴50紧接地位于气溶胶冷却元件40的下游并且紧靠气溶胶冷却元件40。在图2中示出的制品中，烟嘴50包括常规的低过滤效率的醋酸纤维素丝束过滤器。

为了组装气溶胶生成制品101，上述四个元件对准且紧密包裹在外包装纸60内。在一些实施例中，气溶胶生成制品101的外包装纸60的远端部分可由接装纸带包围。

图2中示出的气溶胶生成制品101被设计成与包括加热元件的气溶胶生成装置接合，以便由使用者抽吸或消耗。在使用中，气溶胶生成装置的加热元件将气溶胶生成制品101的气溶胶形成基质21加热至足够温度，以形成气溶胶，所述气溶胶通过气溶胶生成制品101向下游抽吸并由使用者吸入。

图3示出合适的气溶胶生成制品201的另一实施例。制品201包括五个元件：刚性中空管202、气溶胶形成基质207、中空醋酸纤维素管206、传输区段204和烟嘴过滤器203。这五个元件顺序布置且共轴对准并由卷烟纸205组装形成条。当组装时，所述制品201的长度为52毫米且直径为7.2毫米。

刚性中空管202是长度为7毫米的陶瓷管。

气溶胶形成基质207位于刚性中空管202的下游并包含包装在过滤纸中的卷曲流延薄片烟草的束。流延薄片烟草包含添加剂，包含甘油作为气溶胶形成添加剂。

中空醋酸管206紧接地位于气溶胶形成基质207的下游并由醋酸纤维素形成。所述管206限定了一个直径为3.3毫米的开孔。所述管206的一个功能是将气溶胶形成基质207定位于朝向制品201的远端230，使其能够与加热元件接触。所述管206用于防止在插入加热元件时气溶胶形成基质207被迫沿着制品201向口端220移动。

所述传输区段204包括长度为18毫米的薄壁管。所述传输区段204允许自气溶胶形成基质207释放的挥发性物质沿着所述制品201朝向口端20传递。挥发性物质可在传输区段204内冷却形成气溶胶。可使用气溶胶冷却元件(如卷曲和聚集的聚乳酸片材)代替传输区段。

烟嘴过滤器203是由醋酸纤维素丝束形成的常规烟嘴过滤器，且长度为7毫米。

上面指定的五个元件通过紧紧包装在卷烟纸205内来组装。

图4示出气溶胶生成系统1000的一部分，所述气溶胶生成系统包括气溶胶生成装置110和根据上述和图2所示的制品的实施例的气溶胶生成制品101。所述系统可替代性地包含如相对于以上图3所述的气溶胶生成制品或任何其它合适的气溶胶生成制品。

气溶胶生成装置110包括加热元件120。如图4中所展示，加热元件120安装在气溶胶生成装置110的气溶胶生成制品收纳室内。在使用中，使用者将气溶胶生成制品101插入气溶胶生成装置110的气溶胶生成制品收纳室内，使得加热元件120刺穿气溶胶生成制品101的气溶胶形成基质21且通过刚性中空管30的管腔直接插入气溶胶生成制品101的气溶胶形成基质21内，如图4中所展示。在图4中所示的实施例中，气溶胶生成装置110的加热元件120是加热器叶片。加热元件120具有加热部分1201和固持部分1202。固持部分1202沿着与加热部分1201相比较大长度的加热元件120延伸。在使用时，加热部分1201插入到气溶胶生成制品101的气溶胶形成基质21中。PEEK加热器安装架1300模制在加热元件120的固持部分1202上。圆锥形状的突起1310从加热器安装架的表面延伸且沿着加热元件120的固持部分延伸，以增加由加热器安装架支撑的加热元件120的比例。

气溶胶生成装置110包括电源和允许加热元件120被致动的电子设备。这种致动可以人工操作或者可以响应于使用者在插入气溶胶生成装置110的气溶胶生成制品收纳室内的气溶胶生成制品101上进行抽吸而自动地发生。在气溶胶生成装置中设置多个开口，以允许空气流动至气溶胶生成制品101；空气流动的方向通过图4中的箭头示出。

一旦内部加热元件120被插入气溶胶生成制品101的气溶胶形成基质21内并且被致动，则气溶胶形成基质21由气溶胶生成装置110的加热元件120加热至大约375℃的温度。在此温度下，从气溶胶生成制品101的气溶胶形成基质21放出挥发性化合物。当使用者在气溶胶生成制品10的口端70上进行抽吸时，从气溶胶形成基质21放出的挥发性化合物通过气溶胶生成制品101被朝下游抽吸，并且凝结以形成通过气溶胶生成制品101的烟嘴50抽吸到使用者的口中的气溶胶。

当气溶胶向下游穿过气溶胶冷却元件40时，由于热能从气溶胶传递至气溶胶冷却元件40而降低了气溶胶的温度。当气溶胶进入气溶胶冷却元件40时，其温度大约为60℃。由于在气溶胶冷却元件40内冷却，在气溶胶离开气溶胶冷却元件时的温度大约为40℃。

图5更详细地示出图4中展示的类型的加热器元件14。加热器14包括电绝缘加热器衬底81，其界定加热元件14的形状。加热器衬底81由电绝缘材料形成，其可能是例如氧化铝(Al₂O₃)或稳定化氧化锆(ZrO₂)。所属领域的技术人员将显而易见的是电绝缘材料可以是任何适合的电绝缘材料且许多陶瓷材料适用作电绝缘衬底。加热器衬底81基本上为叶形。也就是说，加热器衬底具有一定长度、宽度和厚度，所述长度在使用中沿着与加热器接合的气溶胶形成制品的纵向轴线延伸。宽度大于厚度。加热器衬底81在点或尖峰90处终止以穿透气溶胶形成基质30。

由导电材料形成的加热元件82使用蒸发或任何其它适合的技术沉积于加热器衬底80的平面表面上。形成具有三个相异部分的加热元件。第一部分84由铂形成。第一部分放置在有效加热区域或加热部分91中。这是在使用中达到最大温度且向气溶胶形成基质供热的加热器的区域。第一部分是U形的或发夹的形状。第二部分86由金形成。第二部分包括两个平行轨道，其各自连接至第一部分84的一端。第二部分位于固持部分中，所述固持部分跨越加热器的固持区域93。固持区域是加热器中与加热器安装架26接触的区域，如图6中所示。第三部分88由银形成。第三部分安置在连接区域95中且提供结合垫，外部线材可使用焊膏或其它结合技术固定于所述结合垫。第三部分包括两个平行垫，其各自连接至与第一部分84相对的第二部分86的平行轨道中的一个的一端。第三部分88放置在固持区域93的与第一部分相对的侧面上。

可选择第一、第二和第三部分的形状、厚度和宽度以在使用中提供所需电阻和温度分布。但是，第一部分具有相比于第二和第三部分显著更大的每单位长度的电阻，并且因此，当电流穿过加热元件82时，其为产生大部分热并且因此达到最高温度的第一部分。第二和第三部分经配置以具有极低电阻并且因此提供极少焦耳热。加热元件的总电阻在0℃处为约0.80欧姆，在有效加热区域91达到400℃时上升至约2欧姆。锂离子电池的电池电压为约3.7伏特以使得通过电源供应的典型峰值电流(在0℃处)为约4.6A。

第一部分84具有10.5mm的长度。第二部分86具有13.9mm的长度。

铂具有正温度电阻系数并且因此第一部分84的电阻随着增加温度而增加。金和银具有较低温度电阻系数，且第二和第三部分将不经历与第一部分一样大的温度升高。这意味着第二和第三部分的电阻变化与第一部分的电阻变化相比将是较小的。因此，加热元件82的电阻可用于提供加热元件的第一部分84的温度的量度，其是与气溶胶形成基质接触的加热器的部分的温度。使用电阻元件作为加热器和温度传感器两者的布置描述在EP2110033B1中。

图6展示组装到加热器安装架26上以形成加热组合件的加热器14。加热器安装架26由聚醚醚酮(PEEK)形成且在加热器周围注射模塑以围绕固持区域93。加热器衬底81可形成为在固持区域中具有凹口或突起以确保加热器安装架与加热器之间的结实固定。在此实施例中，加热器安装架26具有环状横截面以接合气溶胶生成装置的环状壳体。但是，加热器安装架可经模制以具有用于与气溶胶生成装置的其它组件接合的任何所需形状和任何所需接合特征。

图7示出加热器安装架2000的任选的形状。加热器安装架2000被模制到加热器2200的固持部分上。加热器安装架的横截面是环状的，且包括具有与气溶胶生成装置的壳体接合的平行侧面的部分。加热器安装架还包括锥形部分，形成顶端朝着加热器的尖端的圆锥。加热器安装架的这部分的圆锥形状允许对加热器的额外支撑。在优选实施例中，加热器支撑件与加热器的至少9或10mm长度接触。

上文描述的示例性实施例是举例说明而不是限制性的。考虑到上述的示例性实施例，现在所属领域的普通技术人员将清楚与以上示例性实施例一致的其它实施例。

Claims (16)

1.一种用于加热气溶胶生成制品中的气溶胶形成基质的加热组合件，所述气溶胶生成制品包括位于所述气溶胶生成制品的远端、并且在所述气溶胶形成基质上游的非消耗元件，所述加热组合件包含：

加热器，其包含电阻加热元件和加热器衬底；和

加热器安装架，其耦接于所述加热器；

其中所述电阻加热元件包含第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分经配置使得当电流通过所述电阻加热元件时，所述第一部分被加热到与所述第二部分相比更高的温度，其中所述电阻加热元件的所述第一部分放置在所述加热器衬底的加热区域上，且所述电阻加热元件的所述第二部分放置在所述加热器衬底的固持区域上；其中所述加热器安装架固定于所述加热器衬底的所述固持区域上，且其中所述电阻加热元件的所述第二部分与所述电阻加热元件的所述第一部分相比较长，其中所述电阻加热元件的所述第二部分的长度在12mm与20mm之间。

2.根据权利要求1所述的加热组合件，其中所述电阻加热元件的所述第一部分的长度在8mm与12mm之间。

3.根据权利要求1或2所述的加热组合件，其中所述电阻加热元件的所述第二部分沿着所述加热器的13.9mm的长度加上或减去0.5mm延伸，且所述电阻加热元件的所述第一部分沿着所述加热器的10.5mm的长度加上或减去0.5mm延伸。

4.根据权利要求1或2所述的加热组合件，其中所述加热器安装架包含可塑的聚合物材料。

5.根据权利要求1或2所述的加热组合件，其中所述电阻加热元件的所述第一部分由第一材料形成，且所述电阻加热元件的所述第二部分由第二材料形成，其中所述第一材料与所述第二材料相比具有较高电阻率系数。

6.根据权利要求1或2所述的加热组合件，其中所述电阻加热元件包含经配置用于电连接到电源的第三部分，其中所述第三部分放置在所述加热器安装架的与所述电阻加热元件的所述第一部分相对的侧面上。

7.根据权利要求1或2所述的加热组合件，其中所述加热器安装架的至少一部分在其在朝着加热部分的方向上沿着固持部分延伸时朝内逐渐变窄。

8.根据权利要求1或2所述的加热组合件，其中所述加热器安装架的至少一部分沿着固持部分延伸大于固持部分长度的50％。

9.根据权利要求1或2所述的加热组合件，其中所述加热器安装架的至少一部分是圆锥形状的。

10.根据权利要求1所述的加热组合件，其中所述电阻加热元件的所述第二部分的长度为约13mm或约14mm。

11.根据权利要求2所述的加热组合件，其中所述电阻加热元件的所述第一部分的长度为约10mm或约11mm。

12.根据权利要求4所述的加热组合件，其中所述可塑的聚合物材料为聚醚醚酮。

13.一种气溶胶生成装置，其包含：壳体；根据权利要求1-12中任一权利要求所述的加热组合件，其中所述加热器安装架耦接于所述壳体；连接于所述电阻加热元件的电源；和经配置以控制电力从所述电源到所述电阻加热元件的供应的控制元件。

14.根据权利要求13所述的气溶胶生成装置，其中所述壳体界定围绕所述电阻加热元件的所述第一部分的空腔，所述空腔经配置以容纳含有气溶胶形成基质的气溶胶形成制品。

15.一种气溶胶生成系统，其包含根据权利要求13或14所述的气溶胶生成装置和加热式气溶胶生成制品，所述加热式气溶胶生成制品包含多个组件，所述多个组件包括组装在包装纸内以形成具有口端和在所述口端上游的远端的条的气溶胶形成基质，其中外径在5mm与15mm之间且长度在5mm与15mm之间的中空管安置在所述包装纸内的所述气溶胶形成基质的上游，所述气溶胶生成装置的所述加热器的长度足以延伸穿过所述中空管且在所述加热式气溶胶生成制品与所述气溶胶生成装置接合时穿透所述气溶胶形成基质。

16.根据权利要求15所述的气溶胶生成系统，其中所述气溶胶生成制品进一步包括位于所述气溶胶形成基质下游的气溶胶冷却元件和烟嘴过滤器。

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