CN110236239B - 具有流体可渗透加热器组件的气溶胶生成系统 - Google Patents

Abstract

一种包括流体可渗透电加热器组件(30)的气溶胶生成系统，所述加热器组件包括：电绝缘基板(34)，形成于所述电绝缘基板中的开孔；及第一面固定到所述电绝缘基板的加热器元件，所述加热器元件跨越所述开孔且包括连接到第一和第二导电接触部分(32)的多个导电丝(36)，所述第一和第二导电接触部分定位于所述开孔的彼此相对侧上，其中所述第一和第二导电接触部分经配置以允许与外部电源接触。

Description

具有流体可渗透加热器组件的气溶胶生成系统

本申请是名称为“具有流体可渗透加热器组件的气溶胶生成系统”、国际申请日为2014年12月15日、国际申请号为PCT/EP2014/077835、国家申请号为201480074307.4的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及包括适用于蒸发液体的加热器组件的气溶胶生成系统。特别地，本发明涉及手持式气溶胶生成系统，例如电操作吸烟系统。

背景技术

通过加热来蒸发液体以形成气溶胶的电操作吸烟系统通常包括缠绕在保持液体的毛细管材料周围的电线的线圈。通过电线的电流导致电线的电阻加热，此蒸发毛细管材料中的液体。毛细管材料通常保持在气流路径内，使得空气经抽吸经过芯子且夹带蒸汽。蒸汽随后冷却以形成气溶胶。

此类型的系统在生成气溶胶上为有效的，但很难用低成本且可重复的方式制造。并且芯子和线圈组件以及相关的电连接可为易碎的且很难处置。

发明内容

将需要提供一种适合于廉价制造且稳固的气溶胶生成系统(例如手持式电操作吸烟系统)的加热器组件。将还需要提供一种比先前气溶胶生成系统中的加热器组件更有效率的加热器组件。

在一个方面中，提供包括流体可渗透电加热器组件的气溶胶生成系统，所述加热器组件包括：电绝缘基板，形成于电绝缘基板中的开孔；及固定到电绝缘基板的加热器元件，所述加热器元件跨越开孔且包括连接到第一和第二导电接触部分的复数个导电丝，第一和第二导电接触部分定位于开孔的彼此相对侧上，其中第一和第二导电接触部分经配置以允许与外部电源接触。

复数个导电丝可形成丝的网格或阵列或可包括交织或非交织织物。

有利的是，加热器元件具有固定到电绝缘基板的第一面，且第一和第二导电接触部分经配置以允许与外部电源接触，所述外部电源在加热器元件的与第一面相对的第二面上。

系统可进一步包括液体存储部分，所述液体存储部分包括含有液体气溶胶形成基质的壳体，其中加热器组件固定到液体存储部分的壳体。壳体优选为刚性壳体且对于流体为不可渗透的。如本文中使用的“刚性壳体”意味着自承的壳体。液体存储部分的刚性壳体优选地为加热器组件提供机械支承。

液体存储部分可包括经配置以将液体气溶胶形成基质输送到加热器组件的毛细管材料。

在气溶胶生成系统中提供此类型的加热器组件具有优于传统芯子和线圈布置的若干优点。包括丝的网格或阵列的加热器元件允许加热器的更大面积与正在蒸发的液体接触。可使用容易获得的材料且使用批量生产技术廉价地生产加热器组件。加热器组件较稳固，允许其在制造期间被处置或固定到气溶胶生成系统的其它部分，且尤其形成可移除的筒的部分。提供形成加热器元件的部分的导电接触部分允许加热器组件到电源的可靠且简单的连接。

导电丝可为基本平坦的。如本文中所使用的“基本平坦”意味形成在单一平面中且未缠绕或其它符合曲面或其它非平面形状。平坦加热器组件可在制造期间易于处置且提供稳固的结构。

导电丝可限定丝之间的空隙，且空隙可具有10μm至100μm之间的宽度。优选的是，丝引起空隙中的毛细管作用，使得在使用中，待蒸发的液体被抽吸到空隙中，从而增加加热器组件与液体之间的接触面积。

导电丝可形成尺寸在160到600Mesh US(+/-10％)之间(即，每英寸160到600个丝之间(+/-10％))的网格。空隙的宽度优选地在75μm到25μm之间。作为空隙的面积与网格的总面积的比率的网格的开口面积的百分比优选地在25％到56％之间。网格可以使用不同类型的编织或格子结构形成。替代地，导电丝由彼此平行布置的细丝的阵列组成。

导电丝的网格、阵列或织物的特征也可以在于其保持液体的能力，此在本领域中是众所周知的。

导电丝可具有8μm到100μm之间、优选地在8μm到50μm之间且更优选地在8μm到39μm之间的直径。

导电丝的网格、阵列或织物的面积可较小，优选地小于或等于25mm²，从而允许其包括到手持系统中。导电丝的网格、阵列或织物可例如为矩形的且具有5mm×2mm的尺寸。优选的是，导电丝的网格或阵列覆盖加热器组件面积的10％到50％之间的面积。更优选的是，导电丝的网格或阵列覆盖加热器组件面积的15％到25％之间的面积。

导电丝可包括任何合适的导电材料。合适的材料包含但不限于：例如掺杂陶瓷的半导体、“导电”陶瓷(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造的复合材料。此类复合材料可包括掺杂或无掺杂的陶瓷。合适的掺杂陶瓷的例子包括掺杂碳化硅。合适金属的例子包括钛、锆、钽和铂族金属。合适金属合金的实例包括不锈钢；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Titanium Metals Corporation的注册商标。丝可由一种或多种绝缘体涂覆。用于导电丝的优选材料为304、316、304L和316L不锈钢，以及石墨。

加热器元件的导电丝的网格、阵列或织物的电阻优选地在0.3到4欧姆之间。更优选的是，导电丝的网格、阵列或织物的电阻在0.5到3欧姆之间，且更优选地约1欧姆。导电丝网格、阵列或织物的电阻优选地比接触部分的电阻大至少一个数量级，且更优选地至少两个数量级。这确保通过使电流通过加热器元件而产生的热集中到导电丝的网格或阵列。如果系统由电池提供电力，那么对于加热器元件具有较低的总电阻是有利的。将电接触部分与网格或丝之间的寄生损失降至最低也需要将寄生功率损失降至最低。低电阻高电流系统允许高功率递送到加热器元件。这允许加热器元件快速将导电丝加热到所要温度。

第一和第二导电接触部分可直接固定到导电丝。接触部分可定位于导电丝与电绝缘基板之间。举例来说，接触部分可由电镀到绝缘基板上的铜箔形成。与绝缘基板相比，接触部分还可更容易地与丝结合。

替代地，第一和第二导电接触部分可与加热器元件的导电丝成整体。举例来说，加热器元件可通过蚀刻导电片材以在两个接触部分之间提供复数个丝而形成。

加热器组件可包括由第一材料制成的至少一个丝和由不同于第一材料的第二材料制成的至少一个丝。此可有益于电或机械原因。举例来说，丝中的一个或多个可由具有随温度显著变化的电阻的材料(例如铁铝合金)形成。此允许丝的电阻的测量值用于确定温度或温度的变化。此可用于抽吸检测系统中且可用于控制加热器温度以使其保持在所要温度范围内。

电绝缘基板可包括任何合适的材料，且优选的是一种能够耐高温(超过300℃)和温度急速变化的材料。合适材料的实例为聚酰亚胺薄膜，例如

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。

气溶胶形成基质可以包括植物性材料。气溶胶形成基质可以包括烟草。气溶胶形成基质可以包括含有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有烟草的材料。气溶胶形成基质可包括均质的基于植物的材料。气溶胶形成基质可包括均质烟草材料。气溶胶形成基质可以包括至少一种气溶胶形成剂。气溶胶形成剂为任何合适的已知化合物或化合物的混合物，在使用中，所述化合物有利于形成密集和稳定的气溶胶，并且在系统的操作温度下对热降解基本上具有抗性。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-丁二醇且最优选的丙三醇。气溶胶形成基质可包括其他添加剂和成分，例如香料。

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复数个纤维或线或其它细孔管。纤维或线可以大体上对准以将液体传送到加热器。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，液体可以由毛细作用输送通过所述小孔或管。毛细管材料可以包括任何合适的材料或材料的组合。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和孔隙度，以便与不同的液体物理性质一起使用。液体具有物理性质，包括但不限于粘度、表面张力、密度、导热性、沸点和蒸汽压力，其允许液体通过毛细管作用输送通过毛细管装置。

毛细管材料可与导电丝接触。毛细管材料可延伸到丝之间的空隙中。加热器组件可通过毛细管作用将液体气溶胶形成基质抽吸到空隙中。毛细管材料可在开孔的基本整个范围上方与导电丝接触。

壳体可含有两种或两种以上不同的毛细管材料，其中与加热器元件接触的第一毛细管材料具有较高的热分解温度，且与第一毛细管材料接触但不与加热器元件接触的第二毛细管材料具有较低的热分解温度。第一毛细管材料有效地用作将加热器元件与第二毛细管材料分离的间隔件，使得第二毛细管材料不暴露于高于其热分解温度的温度。如本文中所使用的“热分解温度”意思是在所述温度下材料开始分解且通过生成气态副产物损失质量的温度。第二毛细管材料可比第一毛细管材料有利于占据更大体积且可比第一毛细管材料保持更多气溶胶形成基质。第二毛细管材料可具有比第一毛细管材料好的毛细作用性能。第二毛细管材料可比第一毛细管材料更廉价或具有更高的填充能力。第二毛细管材料可为聚丙烯。

第一毛细管材料可将加热器组件与第二毛细管材料分开至少1.5mm，且优选地在1.5mm到2mm之间的距离，以提供跨越第一毛细管材料的足够温降。

液体存储部分可定位在导电丝的第一侧上且可为定位在导电丝相对侧上到液体存储部分的气流通道使得经过导电丝的气流夹带蒸发的液体气溶胶形成基质。

系统可进一步包括连接到加热器元件且连接到电源的电路，所述电路经配置以监测加热器元件或加热器元件的一个或多个丝的电阻，且经配置以根据加热器元件的电阻或尤其是一个或多个丝的电阻来控制从电源到加热器元件的电力供给。

电路可包括可以是可编程微处理器的微处理器、微控制器或专用集成芯片(ASIC)或能够提供控制的其它电子电路。电路可以还包括电子部件。电路可经配置以调节到达加热器的电力供给。在激活系统之后电力可连续地供应到加热器元件或可例如在逐抽吸的基础上间歇地供给。电力可以电流脉冲的形式供应到加热器元件。

系统有利地包括在壳体的主体内的电源，典型地是电池，例如磷酸锂铁电池。作为替代，电源可以是另一形式的电荷存储装置，如电容器。电源可以需要再充电并且可以具有允许存储足够用于一次或多次吸烟体验的能量的容量。举例来说，电源可以具有足够的容量以允许连续生成气溶胶持续大约六分钟的时间，对应于抽一支常规卷烟所耗费的典型时间，或者持续多个六分钟的时间。在另一实例中，电源可具有足够的容量以允许预定数量次抽吸或加热器的不连续启动。

系统可包括主要单元和可移除地联接到所述主要单元的筒，其中液体存储部分和加热器组件设置在筒中且主要单元包含电源。如本文中所使用，筒“可移除地联接”到装置意味筒和装置可在不明显损坏装置或筒的情况下相互联接或分离。

系统可以是电操作吸烟系统。系统可以是手持式气溶胶生成系统。气溶胶生成系统可以具有相当于常规雪茄或卷烟的大小。吸烟系统可以具有大约30mm到大约150mm之间的总长度。吸烟系统可以具有大约5mm到大约30mm之间的外径。

在第二方面中，提供一种流体可渗透电加热器组件，其包括：电绝缘基板，形成于电绝缘基板中的开孔；及跨越开孔并具有固定于电绝缘基板的第一面的加热器元件，所述加热器元件包括连接到第一和第二导电接触部分的复数个导电丝，第一和第二导电接触部分定位于开孔的彼此相对侧上，其中第一和第二导电接触部分经配置以允许与外部电源接触。

在第三方面中，提供了一种制造适合在气溶胶生成系统中使用的加热器组件的方法，其包括：

提供电绝缘基板；

在所述基板上形成一个或多个开孔；

在所述基板上提供跨越一个或多个开孔的加热器元件，所述加热器元件包括复数个导电丝和定位于一个或多个开孔的彼此相对侧上的至少两个导电接触部分。

在第四方面中，提供一种制造适用于气溶胶生成系统中的复数个流体可渗透电加热器组件的方法，包括：

提供电绝缘基板；

在基板中形成复数个开孔；

在基板上在复数个开孔中的每一个的彼此相对侧上提供复数个导电接触部分；

在基板上提供复数个导电丝，所述复数个导电丝跨越复数个开孔中的每一个在导电接触部分之间延伸从而提供加热器组件阵列；

从加热器组件阵列切割复数个单独加热器组件，每一加热器组件包含开孔中的一个。

电绝缘基板可为弹性片材。导电接触部分和导电丝可与彼此一体成型。

关于一个方面所描述的特征可以等同地应用于本发明的其它方面。特别地，关于本发明的第一方面中的加热器组件所描述的特征可以等同地应用于本发明的第二方面的加热器组件。

附图说明

如本文中所使用的“导电”意味由具有1×10^-4Ωm或更小的电阻率的材料形成。如本文中所使用的“电绝缘”意味由具有1×10⁴Ωm或更大的电阻率的材料形成。现在参照附图仅通过实例描述本发明的实施例，其中：

图1a到1d为根据本发明的实施例的包括筒的系统的示意图；

图2为用于图1的系统的烟嘴部分的扣钩机制的示意图；

图3为图1a到1d的筒的分解图；

图4为用于如图1a到1d中所展示的系统中的替代筒的分解图；

图5a为图2的筒的底部透视图；

图5b为盖板移除的图2的筒的顶部透视图；

图6为用于图2中所展示的筒中的加热器组件的详细视图；

图7为可以用于图2中所展示的筒中的替代加热器组件的详细视图；

图8为可以用于图2中所展示的筒中的另一替代加热器组件的详细视图；

图9为可以用于图2中所展示的筒中的又一替代加热器组件的详细视图；

图10为用于在装置与加热器组件之间产生电接触的替代机制的详细视图；

图11a和11b说明可以用于确保装置中的筒的精确对准的一些筒壳体形状；

图12a为展示丝之间的液体气溶胶形成基质的弯月面的加热器的丝的详细视图；

图12b为展示丝与在丝间延伸的毛细管材料之间的液体气溶胶形成基质的弯月面的加热器的丝的详细视图；

图13a、13b和13c说明根据本发明的制造加热器组件的替代方法；及

图14说明用于包括加热器组件的液体存储部分的替代设计。

图15a和15b说明包括加热器组件的液体存储部分的额外替代实施例。

图16说明使用气溶胶生成装置的气流和筒定向的替代实施例。

具体实施方式

图1a到1d为包括根据本发明的实施例的筒的气溶胶生成系统的示意图。图1a为共同形成气溶胶生成系统的气溶胶生成装置10及分离筒20的示意图。在此实例中，气溶胶生成系统为电操作吸烟系统。

筒20含有气溶胶形成基质且经配置以容纳在装置内的腔18中。当设置在筒20中的气溶胶形成基质耗尽时，所述筒应可由使用者替换。图1a展示在插入装置中之前的筒20，其中图1a中的箭头1指示筒的插入方向。

气溶胶生成装置10可以是一种吸烟装置并且可具有与传统雪茄或香烟可比较的大小。装置10包括主体11和烟嘴部分12。主体11含有电池14(例如磷酸锂铁电池)、控制电子元件16和腔18。烟嘴部分12通过铰链连接21连接到主体11且可在如图1中所展示的打开位置与如图1d中所展示的关闭位置之间移动。烟嘴部分12放置在打开位置中以允许筒20的插入和移除，且当系统将用于产生气溶胶时放置在关闭位置中，如下文所述。烟嘴部分包括复数个空气入口13和出口15。在使用中，使用者吮吸或抽吸出口以将空气入口13的空气从烟嘴部分抽吸到出口15，并且将进入使用者的口中或肺中。提供内部挡板17以迫使空气经过筒流动通过烟嘴部分12，如下文所述。

腔18具有圆形横截面且经制定大小以容纳筒20的壳体24。电连接件19设置在腔18的侧面处以提供控制电子元件16与电池14之间的电连接及筒20上的对应电接触部分。

图1b展示图1a的系统，其中筒插入腔18中，且正在移除盖板26。在此位置中，电连接件抵靠筒上的电接触部分，如下文所述。

图1c展示图1b的系统，其中完全移除盖板26且烟嘴部分12正在移动到关闭位置。

图1d展示图1c的系统，其中烟嘴部分12在关闭位置中。烟嘴部分12通过扣钩机制保持在关闭位置中，如图2中示意性地说明。图2说明主体11和通过铰链连接件21连接的烟嘴部分12。烟嘴部分12包括向内延伸的齿8。当烟嘴部分在关闭位置中时，齿8接合装置的主体上的扣钩6。扣钩6通过偏置弹簧5而偏置以接合齿8。按钮4固定到扣钩6。按钮4可由使用者逆着偏置弹簧5的动作而压下以将齿8从扣钩6释放，允许烟嘴部分移动到打开位置。可使用用于将烟嘴保持在关闭位置中的其它合适的机制(例如卡扣或磁性封闭)对于本领域的技术人员现在将是显而易见的。

关闭位置中的烟嘴部分12保持筒与电连接件19电接触，使得无论系统的定向如何，在使用中维持良好的电连接。烟嘴部分12可包含接合筒的表面且当烟嘴部分12处于关闭位置中时在刚性烟嘴壳体元件与筒之间压缩的环形弹性元件。尽管有制造公差，但这确保良好的电连接得以维持。

当然，替代地或另外，可采用用于维持筒与装置之间良好的电连接的其它机制。举例来说，筒20的壳体24可设置有接合形成于腔18的壁中的对应凹槽或螺纹(图中未说明)的螺纹或凹槽(图中未说明)。筒与装置之间的螺纹接合可用于确保正确转动对准以及将筒保持在腔中且确保良好的电连接。螺纹连接可延伸筒的仅半圈或小于半圈，或可延伸若干圈。替代地或另外，电连接件19可偏置为与筒上的接触部分接触，如将参看图8所描述。

图3为筒20的分解图。筒20包括具有经选择容纳于腔18中的大小和形状的大体上圆柱体壳体24。壳体含有浸泡在液体气溶胶形成基质中的毛细管材料22。在此实例中，气溶胶形成基质包括39重量％的甘油，39重量％的丙二醇，20重量％的水和香料，和2重量％的尼古丁。毛细管材料为主动将液体从一个端部输送到另一端部且可由合适的材料制成的材料。在此实例中，毛细管材料由聚酯纤维形成。

壳体具有开口端，加热器组件30固定到所述开口端。加热器组件30包括具有形成于其中的开孔35的基板34，固定到基板且与彼此隔开间隙33的一对电接触部分32，和跨越开孔并固定到开孔35的相对侧上的电接触部分的复数个导电加热器丝36。

加热器组件30由可移除的盖板26覆盖。盖板包括胶粘到加热器组件但不可轻易剥落的液体不可渗透塑料片。在盖板的侧面设置凸台以允许使用者在将其剥落的时候抓住盖板。现将对本领域的普通技术人员明显的是，尽管将胶粘描述为将不可渗透塑料片固定于加热器组件的方法，但也可使用本领域的那些技术人员熟悉的其它方法，所述方法包含热封或超声波焊接，只要盖板可被消费者轻松地移除。

图4为替代示例性筒的分解图。图4的筒与图3的筒相同的大小和形状并且具有相同的壳体和加热器组件。然而，图4的筒内的毛细管材料不同于图3的毛细管材料。图4的筒中有两个独立的毛细管材料27、28。第一毛细管材料27的圆盘被提供以在使用中接触加热器元件36、32。第二毛细管材料28的较大主体设在第一毛细管材料27与加热器组件相对侧上。第一毛细管材料和第二毛细管材料两者保持液体气溶胶形成基质。接触加热器元件的第一毛细管材料27具有比第二毛细管材料28更高的热分解温度(至少160℃或更高，如大约250℃)。第一毛细管材料27有效地用作将加热器元件36、32与第二毛细管材料28分离的间隔件，使得第二毛细管材料不暴露于高于其热分解温度的温度。第一毛细管材料上的热梯度使得第二毛细管材料暴露于低于其热分解温度的温度。第二毛细管材料28可以被选择以具有比第一毛细管材料27出色的芯吸性能，可以保持比第一毛细管材料更多的每单位体积的液体并且可以比第一毛细管材料更便宜。在此实例中，第一毛细管材料为耐热材料，例如纤维玻璃或含纤维玻璃的材料，并且第二毛细管材料为例如合适毛细管材料的聚合物。示例性合适毛细管材料包括本文中所论述的毛细管材料并且在替代实施例中可包括高密度聚乙烯(HDPE)，或聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)。

图5a为图3的筒的底部透视图。从图5a可见，加热器组件在外平面延伸并且外向超出壳体24延伸以使得加热器组件在壳体24的顶部周围形成凸缘。电接触部分32的暴露部分面向筒的插入方向使得当筒完全插入腔18中时，接触部分32的暴露部分与电连接件19相接触。设置于盖板26的侧面上以允许使用者在将其剥落时抓住盖板的凸台可为清晰可见的。图5a还说明在筒的底座上形成的用于确保装置的腔中的筒的正确定向的定位部分25。定位部分25为插入模制壳体24的部分且经配置以容纳于腔18的底座中的对应槽中(图中未说明)。当定位部分25容纳于腔中的槽内，接触部分32与连接件19对准。

图5b为盖板移除的图3的筒的顶部透视图。加热器丝36穿过基板34中的开孔35暴露出来，使得蒸发的气溶胶形成基质可经过加热器组件逸入气流中。

壳体24由热塑材料形成，如聚丙烯。在此实例中，加热器组件30胶粘到壳体24。然而，存在组装并填充筒的若干可能方法。

筒壳体可由插入模制形成。毛细管材料22、27、28可通过从毛细管纤维的长条上切下合适长度的毛细管材料的方式形成。可使用如参看图13a、13b和13c所描述的方法来组装加热器组件。在一个实施例中，通过首先将一种或多种毛细管材料22、27、28插入到壳体24中来组装筒。液体气溶胶形成基质的预定体积然后被插入到壳体24中，浸泡毛细管材料。加热器组件30随后被推到壳体的开口端并且通过胶粘、焊接、热封、超声波焊接或现在将对本领域的普通技术人员显而易见的其它方法而固定到壳体24。在任何封合操作期间，壳体的温度优选地保持在160℃以下从而防止不想要的气溶胶形成基质的挥发。毛细管材料可被切割到如其延伸到壳体24的开口端外面直到它由加热器组件压缩的长度。这促进了气溶胶形成基质输送到正在使用的加热器元件的空隙中。

在另一实施例中，不是将加热器组件30按压到壳体24上然后并封合，加热器组件和壳体的开口端可首先急速加热且然后按压到一起从而将加热器组件30结合到壳体24。

在使用气溶胶形成基质填充壳体之前及将气溶胶形成基质引入到壳体24中之后将加热器组件30组装到壳体24也是可能的。在那样的情况下，可使用所描述方法中的任一方法将加热器组件固定到筒。然后可使用空心针刺穿加热器组件或壳体并将气溶胶形成基质注射到毛细管材料22、27、28中。接着通过热封或通过使用密封带来封合由空心针造成的任何开口。

图6为根据本发明的第一加热器组件30的图示。加热器组件包括由304L不锈钢形成的网格，其中网格大小为约400Mesh US(每英寸约400个丝)。丝具有大约16μm的直径。网格连接到电接触部分32，所述电接触部分通过间隔33与彼此分离且由具有厚度大约30μm的铜箔形成。电接触部分32设置在具有约120μm的厚度的聚酰亚胺基板34上。形成网格的丝限定丝之间的空隙。此实例中的空隙具有大约37μm的宽度，尽管可使用较大或较小的空隙。使用这些概略尺寸的网格允许气溶胶形成基质的弯液面形成于空隙中，且允许加热器组件的网格通过毛细管作用抽吸气溶胶形成基质。网格的开口面积，即空隙的面积与网格的总面积的比率有利地在25％到56％之间。加热器组件的总电阻为大约1欧姆。网格提供此电阻的绝大部分使得大部分的热由网格产生。在此实例中，网格具有比电接触部分32高100倍的电阻。

基板34电绝缘，且在此实例中由具有约120μm厚度的聚酰亚胺片材形成。基板为圆形且具有8mm的直径。网格为矩形并具有5mm到2mm的大小长度。这些尺寸允许制造具有与传统香烟或雪茄类似的大小和形状的完整系统。发现有效的尺寸的另一实例为直径5mm和1mm×4mm的矩形网格的圆形基板。

图7为根据本发明的替代示例性加热器组件的说明。图7的加热器组件与图6中所展示的加热器组件相同但是网格36由平行导电丝37的阵列所代替。丝37的阵列由304L不锈钢形成且具有约16μm的直径。基板34和筒接触部分32经参看图6而描述。

图8为根据本发明的另一替代加热器组件的图示。图8的加热器组件与图7中所展示的加热器组件相同但在图8的组件中，丝37直接结合到基板34且接触部分32随后结合到丝上。接触部分32与之前一样通过绝缘间隔33与彼此分离，且由具有厚度大约30μm的铜箔形成。基板丝和接触部分的相同布置可用于如图6中所展示的网格类型加热器。将接触部分作为最外层可有益于为电源提供可靠的电接触。

图9为根据本发明的替代加热器组件的图示。图9的加热器组件包括与电接触部分39形成一体的复数个加热器丝38。丝和电接触部分两者由经蚀刻以限定丝38的不锈钢箔形成。接触部分39由间隔33分开，由丝38接合的情况除外。不锈钢箔设置在聚酰亚胺基板34上。此外，丝38提供此电阻的绝大部分，使得大部分的热由丝产生。在此实例中，丝38具有比电接触部分39高100倍的电阻。

在图3、4和5中所展示的筒中，接触部分32和丝36、38位于基板层34与壳体24之间。然而，可能以其它方式将加热器组件安装到筒壳体，使得聚酰亚胺基板直接邻近壳体24。图10说明此类型的布置。图10展示包括固定到铜箔接触部分52的不锈钢网格56的加热器组件。铜接触部分52固定到聚酰亚胺基板54。开孔55在聚酰亚胺基板54中形成。聚酰亚胺基板经焊接到筒的壳体24。浸泡于气溶胶形成基质中的毛细管材料22填充壳体并且延伸穿过开孔以接触网格55。筒经展示接收于装置的主体11中并保持在电连接件59与烟嘴部分12之间。在此实施例中，为了使得电连接件59与接触部分52进行电连接，调整连接件59以刺穿聚酰亚胺基板54，如所展示。使用尖锐端制成电连接件并由弹簧57推进与加热器组件接触。聚酰亚胺基板经预先记录以得到良好的点接触部分，或可甚至提供有开孔使得刺穿基板为不必要的。弹簧57又确保无论系统相对于重力的定向如何，在接触部分52与连接件59之间保持良好的电接触。

用于确保筒20在装置的腔18中的正确定向的一种方式已经参考图5a和5b描述。定位部分25可形成为经模制筒壳体24的部分以确保正确定向。但是，将显而易见的是，确保筒的正确定向的其它方式为可能的。特别是，如果壳体为注射模制，针对筒的形状存在几乎无限制的可能性。一旦已经选择筒的所要内部体积，可调整筒形状以适合任何腔。图11a为一个可能筒壳体70的基本视图，允许筒定位于两个可能定向中。筒壳体70包括两个对称安置的凹槽72。凹槽可部分或完全延伸到壳体70的侧面的上方。对应挡边(未说明)可在装置的腔的壁上形成，使得筒可仅以两个可能定向接收于腔中。在图11a之实施例中，腔中可仅具有单个挡边使得凹槽72中的一个不由挡边填充并可用作装置中的气流通道。通过仅在壳体中提供单个凹槽而将筒限制于腔中的单个定向未当然可能的。这在图11b中说明，所述图展示具有单个凹槽76的筒壳体74。

尽管所描述的实施例具有带有壳体(具有基本圆形的横截面)的筒，当然可能形成具有其它形状的筒壳体，例如矩形横截面或三角形横截面。这些壳体形状将确保在相应形状的腔内的所要定向，以确保装置与筒之间的电连接。

毛细管材料22在壳体24中有利地定向以将液体输送到加热器组件30。当组装筒时，加热器丝36、37、38可与毛细管材料22接触，且因此气溶胶形成基质可直接输送到网格加热器。图12a为展示加热器丝36之间的液体气溶胶形成基质的弯月面40的加热器组件的丝36的详细视图。可见气溶胶形成基质接触每一丝的大部分表面，使得由加热器组件产生的大部分热直接进气溶胶形成基质中。与此相反，在传统芯子和线圈加热器组件中，仅小部分加热器电线与气溶胶形成基质接触。类似于图12a，图12b为详细视图，展示延伸到丝36之间的空隙中的毛细管材料27的实例。毛细管材料27为图4中所展示的第一毛细管材料。可见通过提供包括延伸到丝36之间的空隙中的纤维的细螺纹的毛细管材料，可确保将液体输送到丝。

在使用中，加热器组件通过电阻加热来操作。电流在控制电子元件16的控制下通过丝36、37、38，以将所述丝加热到所要温度范围内。丝的网格或阵列具有明显高于电接触部分32和电连接件19的电阻，使得较高温度局限于所述丝。系统可配置成响应于使用者抽吸而通过将电流提供到加热器组件来产生热，或可配置成在装置处于“开启”状态时连续产生热。用于丝的不同材料可适用于不同系统。举例来说，在连续加热的系统中，石墨丝由于具有较低比热容且与较低电流加热相容，因此是合适的。在抽吸驱动的系统中，其中使用高电流脉冲短时间内产生热，具有较高比热容的不锈钢丝可为更适合的。

在抽吸驱动的系统中，装置可包括抽吸传感器，所述抽吸传感器经配置以检测使用者何时将空气抽吸通过烟嘴部分。抽吸传感器(图中未说明)连接到控制电子元件16，且控制电子元件16经配置以仅当其确定使用者抽吸装置时将电流供给到加热器组件30。任何合适的气流传感器可用于抽吸传感器，例如麦克风。

在可能的实施例中，丝36、38中的一个或多个或加热器元件的电阻率的变化总的来说可用于检测加热器元件的温度的变化。此可用于调节供给到加热器元件的电力以确保其仍然在所要温度范围内。温度的突然变化也可用作检测起因于吸烟者吸电操作吸烟系统而经过加热器元件的气流的变化的手段。丝中的一个或多个可为专用温度传感器且就此而言可由具有合适的电阻温度系数的材料形成，例如铁铝合金、Ni-Cr、铂、钨或合金线。

图1d中说明使用系统时通过烟嘴部分的气流。烟嘴部分包含内部挡板17，所述内部挡板与烟嘴部分的外壁一体模制且确保，当空气从入口13抽吸到出口15时，其在筒上的加热器组件30上方流动，气溶胶形成基质正在所述筒中蒸发。当空气经过加热器组件时，蒸发的基质夹带在气流中，且冷却以在离开出口15前形成气溶胶。因此，在使用中，气溶胶形成基质通过在其蒸发时穿过丝36、37、38之间的空隙而穿过加热器组件。

对于制造和加热器组件的材料由多种可能性。图13a是制造加热器组件的第一方法的示意图。在一卷聚酰亚胺薄膜80中提供开孔82的阵列。可通过冲压形成开孔82。铜箔84的带经镀上于开孔之间的聚酰亚胺薄膜80上。不锈钢网格86的带随后经镀上于铜箔84的顶部上的聚酰亚胺薄膜80上并在与铜箔带正交的方向上的开孔82上方。可随后在每一开孔82周围切割或冲压出个别加热器组件30。每一加热器组件30包括开孔的相对侧上的铜箔的一部分，形成电接触部分，并且不锈钢网格的条从铜的一部分跨越开孔到另一部分，如图6中所展示。

图13b说明另一可能的制造过程。在图13b的过程中，图13a的过程中所使用的类型的聚酰亚胺薄膜80经镀上不锈钢箔90。聚酰亚胺薄膜80具有形成于中的开孔82的阵列，但这些开孔由不锈钢箔90覆盖。然后蚀刻箔90以限定跨越开孔82的丝38并将开孔的相对侧上的接触部分分离。可随后在每一开孔82周围剪切或冲压个别加热器组件92。这提供图9中所展示的类型的加热器组件。

图13c说明另一替代过程。在图13c的过程中，首先制备石墨基织物100。石墨基织物100包括适合用作加热器丝，邻近于相对非导电纤维的电阻纤维带。这些纤维带与垂直于电阻及非导电纤维延伸的相对导电的带一起织造。此织物100随后经结合到参看图13a和13b所描述的具有开孔82阵列的类型的聚酰亚胺薄膜80的层。可随后在每一开孔周围切割或冲压出个别加热器组件102。每一加热器组件102包括开孔的相对侧上的导电纤维带的部分并且电阻式纤维跨越开孔。

图5a和5b中所展示的筒设计具有若干优点。但是，使用相同类型的加热器组件的替代筒设计为可能的。图14说明合适于穿过系统的气流的不同模式的替代筒设计。在图14中所展示的实施例，筒108经配置以在由箭头110所指示的方向中插入于装置中。筒108包括半圆柱体形状且一侧打开的壳体112。加热器组件114跨越开口侧提供并经胶粘或焊接到壳体112。加热器组件114包括电绝缘基板116，例如具有形成于其中的开孔的聚酰亚胺。包括不锈钢网格118及一对接触条120的加热器元件经结合到电绝缘基板116并跨越开孔。接触条120在壳体112周围弯曲以在壳体的曲面上形成接触板。电接触板经配置以接触气溶胶生成装置中的对应接触部分(未说明)。壳体112充满浸泡于气溶胶形成基质中的毛细管材料(图14中不可见)，如参看图1a到1d中所展示的实施例而描述的。

图14中所展示的筒经配置用于气流在与箭头110相对的方向中通过加热器组件114。通过提供于装置的主体中的空气入口将空气抽吸到系统中，并且吮吸通过加热器组件114到装置(或筒)的烟嘴部分中并到使用者的口中。抽吸到系统中的空气可(例如)通过空气入口的合适安置而指向沿网格118平行的方向。

图15a和15b说明筒108的替代实施例。图15a进一步包括间隔开并且长度为具有网格118的面的接触条120。图15b进一步包括具有粗略为L形的接触部分120.图15a和15b中所说明的两个筒设计可用于提供甚至更大的接触面积以进一步确保更容易地与接触部分19相接触(如果需要的话)。如图15a中所说明的条120还可经配置以滑动到接触部分19，该接触部分以用于接收条120的轨道配置(未说明)来配置以进一步定位筒。此类轨道型配置可有利地提供接触部分19的定期清理，基于接触部分滑进和滑出轨道的摩擦，筒的插入和移除将具有清洁效果。

图16说明包括流体可渗透电加热器组件的气溶胶生成系统的又一实施例。图16说明其中加热器组件30设置于与烟嘴部分12相对的筒20的末端的系统。气流进入空气入口1601并经过组件然后沿流动路线1605穿过空气出口1603。电接触部分可放置于任何方便的位置。此类配置为有利的，由于其允许系统内更短的电连接。

本领域的普通技术人员现在可以想到包括根据本公开内容的加热器组件的其它筒设计。例如，筒可以包括烟嘴部分，可包括超过一个加热器组件，并且可以具有任何期望的形状。此外，根据本发明的加热器组件可以用于除了已经描述的那些以外的其它类型的系统中，例如增湿器、空气清新器和其它气溶胶生成系统。

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，现在本领域的普通技术人员将理解到与以上示例性实施例一致的其它实施例。

Claims (14)

1.一种气溶胶生成系统，所述气溶胶生成系统包括主要单元和可移除地联接到所述主要单元的筒，其中所述筒包括含有液体气溶胶形成基质的液体存储部分和流体可渗透的加热器组件，所述主要单元包括电源，所述加热器组件包括：

电绝缘基板，

形成于所述电绝缘基板中的开孔；及

固定到所述电绝缘基板的加热器元件，所述加热器元件跨越所述开孔且包括连接到第一导电接触部分和第二导电接触部分的多个导电丝，所述第一导电接触部分和第二导电接触部分定位于所述开孔的彼此相对侧上，

其中所述第一导电接触部分和第二导电接触部分配置成允许与所述电源连接，并且其中所述加热器组件设置在所述筒的与所述气溶胶生成系统的烟嘴部分相对的端部处。

2.根据权利要求1所述的气溶胶生成系统，其中所述筒包括所述烟嘴部分。

3.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成系统，包括空气入口和空气出口，其中气流路径设置成穿过所述加热器组件从所述空气入口到所述空气出口。

4.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成系统，其中所述多个导电丝覆盖所述加热器组件的面积的10％到50％之间的面积。

5.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成系统，其中所述多个导电丝的电阻比所述第一导电接触部分和第二导电接触部分的电阻大至少两个数量级。

6.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成系统，其中所述加热器元件具有固定到所述电绝缘基板的第一面，且所述第一导电接触部分和第二导电接触部分配置成允许与同所述第一面相对的所述加热器元件的第二面上的所述电源接触。

7.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成系统，其中所述多个导电丝位于基本平坦平面。

8.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成系统，其中所述多个导电丝由彼此平行布置的丝的阵列构成。

9.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成系统，其中所述多个导电丝的面积小于25mm²。

10.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成系统，其中所述第一导电接触部分和第二导电接触部分包括固定到所述多个导电丝的平面接触部分。

11.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成系统，其中所述多个导电丝包括由第一材料制成的至少一个导电丝和由与所述第一材料不同的第二材料制成的至少一个导电丝。

12.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成系统，其中所述加热器组件固定到所述液体存储部分的壳体。

13.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成系统，其中所述液体存储部分的壳体是刚性的并且对于流体为不可渗透的。

14.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操作吸烟系统。

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