CN112334024A - 具有形状记忆加热器的气溶胶生成装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生成可吸入气溶胶的气溶胶生成装置。该装置包括：加热室(10)，该加热室被构造成接收含有气溶胶生成基质的气溶胶生成制品(12)；和布置在加热室中的加热元件(14)。加热元件被构造成穿透到气溶胶生成制品中。加热元件包括形状记忆合金、形状记忆聚合物、形状记忆陶瓷和双金属中的一者或多者。

Description

具有形状记忆加热器的气溶胶生成装置

本发明涉及一种用于生成可吸入气溶胶的气溶胶生成装置。加热气溶胶生成基质(诸如烟草)但不使其燃烧的气溶胶生成装置是已知的。这些装置将气溶胶生成基质加热到足够高的温度以产生气溶胶供使用者吸入。

这些气溶胶生成装置通常包括加热室，其中，加热元件布置在加热室内。包括气溶胶生成基质的气溶胶生成制品可插入到加热室中，并且由加热元件加热。加热元件通常被构造为加热销，并在制品被插入到加热室中时穿透到气溶胶生成制品的气溶胶生成基质中。加热元件主要加热直接围绕加热元件的基质。与加热元件相隔一定距离地布置在制品的外周边附近的基质被加热的程度较小。结果可能是基质加热不均匀。

因此，需要优化加热并且因此优化气溶胶生成装置的气溶胶生成。

为了解决这个目标和另外的目标，本发明提出了一种用于生成可吸入气溶胶的气溶胶生成装置。该装置包括：加热室，该加热室被构造成接收含有气溶胶生成基质的气溶胶生成制品；和布置在加热室中的加热元件。加热元件被构造成穿透到气溶胶生成制品中。加热元件包括形状记忆合金、形状记忆聚合物、形状记忆陶瓷和双金属中的一者或多者。

通过加热元件的材料，加热元件的形状优选地在加热操作期间以增加加热元件与气溶胶生成基质之间的表面积的方式改变。因此，加热元件优选地被构造成在加热操作期间改变其形状。由于加热元件的形状改变，可在加热操作期间优化气溶胶生成。优选地，设置加热元件的初始形状，使得插入到加热室中的气溶胶生成制品可以容易地插入到加热室中。例如，加热元件在初始位置可具有加热销或加热叶片的形状。在气溶胶生成制品已插入到加热室中并且加热元件已穿透到制品中包含的气溶胶生成基质之后，加热元件的形状改变。优选地，加热元件改变成不是直的而是弯曲或扭曲的形状，使得增加与气溶胶生成基质的接触表面。在形状改变之后，加热元件可以具有线圈或缠绕形状。

加热元件的形状改变可以用于将气溶胶生成制品固定在加热室内。在这点上，由于加热元件的形状改变，气溶胶生成制品可以被夹在加热室的内部。通过加热元件的形状改变，类似于布置在软木塞内部的螺丝锥，可以防止不期望地移除制品或改变制品的位置。

加热操作也可以表示为加热循环。加热操作通过激活加热元件来启动。加热元件可以通过按钮激活。加热元件可以由检测气溶胶生成制品的插入的传感器激活。加热元件可以通过与外部装置(例如，智能手机或智能手表)通信的通信接口激活。加热操作可以从激活加热元件开始，并且以停用加热元件结束。

在加热操作已经结束后，加热元件优选地回到其初始形状。这优选地促进方便地从加热室移除气溶胶生成制品。

加热室可以具有中空管状形状，以用于插入具有类似于常规香烟的圆柱形形状的气溶胶生成制品。用于插入制品的加热室的开口可以是圆形的。加热元件可被构造为布置在加热室中心的加热叶片。

加热元件可被构造成在加热操作的持续时间内改变其形状。

气溶胶生成可在此实施例中得到增强，原因是气溶胶生成基质的不同部分在加热操作的过程期间被加热。在加热操作开始时，可主要加热气溶胶生成基质的第一部分。在加热操作的过程期间，气溶胶生成基质的另外部分由于加热元件的形状改变的进展而主要被加热。因此，实现更均匀的气溶胶生成。加热元件可被构造成在加热操作开始时以第一形状布置。加热元件可被构造成在接近加热操作结束时具有与第一形状不同的第二形状。加热元件可被构造成在加热操作结束后从第二形状返回到第一形状。加热元件可被构造成在加热操作期间具有在第一形状和第二形状之间的多个不同的形状。

加热元件可被构造成在加热操作的持续时间内连续改变其形状。加热元件的连续形状改变产生更均匀的气溶胶生成。

加热元件可被构造成在特定的，优选预定义的时间量之后改变其形状，以加热气溶胶生成基质的特定期望部分。

用于加热元件的形状记忆合金包括(并非详尽)：Ag-Cd 44/49原子％Cd、Au-Cd46.5/50原子％Cd、Cu-Al-Ni 14/14.5重量％Al和3/4.5重量％Ni、Cu-Sn大约15原子％Sn、Cu-Zn 38.5/41.5重量％Zn、Cu-Zn-X(X＝Si、Al、Sn)、Fe-Pt大约25原子％Pt、Mn-Cu5/35原子％Cu、Fe-Mn-Si、Co-Ni-Al、Co-Ni-Ga、Ni-Fe-Ga、Ti-Nb、Ni-Ti大约55-60重量％Ni、Ni-Ti-Hf、Ni-Ti-Pd、Ni-Mn-Ga。

用于加热元件的合适的形状记忆聚合物包括(并非详尽)：聚酯、聚碳酸酯、聚醚、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯酸酯、乙烯类聚合物、聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯、聚醚氨酯、聚醚酰亚胺、聚甲基丙烯酸酯、聚甲醛、聚ε-己内酯、聚二氧六环酮、聚异戊二烯、苯乙烯共聚物、苯乙烯-异戊二烯-丁二烯嵌段共聚物、氰酸酯、丙烯酸硬脂醇酯与丙烯酸或丙烯酸甲酯的共聚物、降冰片烯或二甲烷八氢萘均聚物或共聚物、马来酰亚胺、有机硅、天然橡胶、合成橡胶以及它们的混合物和组合。此外，形状记忆聚合物可以是增强的或未增强的形状记忆聚合物材料。

用于加热元件的形状记忆陶瓷包括(并非详尽)：云母玻璃陶瓷、β-锂辉石玻璃陶瓷、2ZnO-B₂O₃玻璃陶瓷、各种含有非常少的玻璃相的烧结陶瓷(包括云母(KMg₃AlSi₃O₁₀F₂)、氮化硅(Si₃N₄)、碳化硅(SiC)、氧化锆(ZrO₂)和氧化铝(Al₂O₃))、含ZrO₂的陶瓷、马氏体形状记忆陶瓷。在钙钛矿型氧化物(Pb,La)(Zr,Ti)O₃(PZST)、Pb(Zr,Sn,Sn,Ti)O₃(PZST)、(Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O₃(PLSnZT)和(Pb,Nb)(Zr,Sn,Ti)O₃、(Sr,Ba)Nb₂ O₆及六方水锰矿RMnO₃(R"Ho,Y)中已观察到形状记忆效应。

优选地，加热元件包括用于在加热操作期间促进形状改变的形状记忆材料，即，形状记忆合金、形状记忆聚合物或形状记忆陶瓷。

加热元件可以由形状记忆合金、形状记忆聚合物、形状记忆陶瓷或双金属组成。

如果用于操作加热元件的温度与对于引起形状改变材料的形状改变最佳的温度相似或相同，则形状改变材料可以有益地用作加热元件的唯一材料。

加热元件可以包括形状改变部分和加热部分，其中加热部分可以是优选地弹性的。加热部分可以由已知的电阻材料制成，而形状改变部分可以包括如上所述的形状记忆合金、形状记忆聚合物、形状记忆陶瓷或双金属。

形状改变部分可以用于在加热操作期间促进加热元件的形状改变。加热元件的加热部分可以用于在加热操作期间促进对气溶胶生成基质的加热。气溶胶生成基质可以包括烟草，并且可以在可以与形状改变部分的形状改变所需的温度不同的温度下最佳地生成气溶胶。因此，如果加热元件被分成形状改变部分和加热部分，则装置可以最佳地操作。形状改变部分可附接到加热部分或布置在加热部分附近，使得形状改变部分的形状改变具有加热部分也改变形状的效果。

将加热部分设置成弹性的使得在加热操作已结束之后加热部分能够返回其初始形状。形状改变部分可以被构造成从加热操作开始时的第一形状到加热操作接近结束时的第二形状改变其形状，并且在加热操作已结束之后返回第一形状。加热部分可以跟随形状改变部分的形状改变。

整个加热元件或加热部分或形状改变部分可以布置在插入的气溶胶生成制品的外部并且从外部加热气溶胶生成基质。

可以设置夹持装置以用于在装置操作期间将气溶胶生成制品牢固地保持在加热室内。夹持装置可以被构造为针或类似于制动蹄的元件。优选地，夹持装置设置为形状改变元件，包括形状记忆合金、形状记忆聚合物、形状记忆陶瓷或双金属。夹持装置可以与加热元件一起致动以用于形状改变。夹持装置可被构造成抵靠加热元件压缩气溶胶生成制品。

所述装置还可以包括电源和控制器，其中控制器可以包括被配置成控制对形状改变部分的电力供应的形状改变控制器。控制器可包括被配置成控制对加热部分的电力供应的加热控制器。形状改变部分和加热部分的供应电路可以配置为单独的供电电路。

加热部分可能需要通过电源递送较大量的电力以用于加热气溶胶生成基质。形状改变部分可能需要较低量的电力来促进形状改变。形状改变部分在加热操作开始时可能需要相对大量的电力以促进形状改变，并且在加热操作过程期间可能不需要任何电力或需要较少电力。控制器可被配置成用于单独地控制对加热部分和形状改变部分的电力供应，以最佳地促进对气溶胶生成基质的加热和由形状改变部分对加热元件的形状改变。控制器的加热控制器被配置成控制对加热部分的电力供应。对加热部分的电力供应可以被配置成优化气溶胶生成。供应至形状改变部分的电力可以被配置成优化加热元件的形状改变。电绝缘层可以布置在形状改变部分与加热部分之间，以便于在加热部分与形状改变部分之间的单独供电电路。

加热元件可被构造为加热销或加热叶片或加热针。形状改变部分和加热部分可沿着加热元件的纵向长度布置。

形状改变部分可以紧挨着加热部分布置。将形状改变部分与加热部分一起沿着加热元件的纵向长度设置可以优化加热元件的形状改变特性。在这点上，形状改变部分的形状改变可以最佳地产生加热部分的形状改变。

形状改变部分可以在加热元件中居中排列，并且加热部分可以围绕形状改变部分布置，或者加热部分可以在加热元件中居中排列，并且形状改变部分可以围绕加热部分布置。

将形状改变部分居中布置并且将加热元件围绕形状改变部分布置可优化从加热部分朝气溶胶生成基质的热传递。加热元件可以构造为线圈、套管或电阻涂层。将加热部分居中布置并且将形状改变部分围绕加热部分布置可以优化从形状改变部分朝加热部分的力传输，从而促进由于形状改变部分的形状改变产生的加热部分的形状改变。加热元件优选地构造为弹性的。

加热元件的形状改变可以通过特定温度范围、具有特定波长的光、施加电力、施加磁场、其他物理触发器或化学触发器来引起。

优选地，通过将电压施加到形状改变部分来引起形状改变。在这点上，装置的控制器可以被配置成控制从电池向形状改变部分的电力供应，使得电力从电池流入形状改变部分中，从而促进加热元件的形状改变。

加热元件可被构造为加热销或加热叶片，其中加热元件可被构造成在加热操作期间向外扩展，优选地扩展成多个区段。加热元件的此构造还可以表示为使得加热元件能够向外延伸或向外变形。

术语“向外扩展”是指加热元件从与加热室的中心纵向轴线相同的加热元件的中心纵向轴线向外朝加热室的壁的移动。此移动也可以表示为径向向外移动。设置具有多个区段的加热元件具有可以优化从加热元件朝气溶胶生成基质的热分布的益处。另外，在加热元件扩展期间，可以增加将气溶胶生成制品保持在加热室中的保持力。

加热元件可以由构造成在加热操作期间向外扩展的形状记忆材料的折叠条带制成。

形状记忆材料的折叠条带可以具有这样的形状，使得两个折叠层一起构成加热元件的形状改变部分。在加热操作期间，两层可以开始向外弯曲，从而推动气溶胶生成基质。

加热元件可以包括围绕其表面的线圈或布置在表面上的鳞状物，其中线圈或鳞状物可被布置成在加热操作期间向外扩展。

线圈设置为围绕加热元件的表面的多个小线圈。在加热操作期间，线圈的端部可以向外延伸。此实施例的最终形状可能看起来像带刺线材。在加热操作结束后，线圈回到其原始形状。然后，气溶胶生成制品可以容易地从加热元件移除。当加热元件包括鳞状物时，这些鳞状物可在加热操作期间向外弯曲。因此，可以增加加热元件与气溶胶生成基质之间的接触表面。再次，在加热操作结束之后，鳞状物可以向后朝加热元件弯曲，从而促进光滑的加热元件。可以在加热元件的外表面上设置诸如楔子、板或类似元件的其他元件，以实现类似的效果。

所述装置可以包括连接到加热元件的缩回机构，其中缩回机构可以被构造成改变其形状以用于从加热室缩回加热元件和将加热元件推入到加热室中。

缩回机构可以布置在加热室的外部。可设置缩回机构以便于加热元件从加热室缩回。以此方式，可以更容易地插入和移除气溶胶生成制品。缩回机构优选地包括形状改变材料，诸如上文参考加热元件和形状改变部分所描述的。缩回机构的形状改变可以由控制器类似地控制。在这点上，控制器优选地包括缩回控制器，以用于通过缩回机构单独地控制加热元件从加热室的缩回。

缩回机构还可以被构造成在加热元件从加热室缩回后将加热元件推回到加热室中。缩回机构可以用于在没有气溶胶生成制品插入到加热室中时从加热室缩回加热元件，并且使制品的插入变得容易。当气溶胶生成制品插入到加热室时，缩回机构优选地被构造成将加热元件推回到加热室中，使得加热元件穿透到气溶胶生成制品中。在制品耗尽后，加热元件可以再次从加热室缩回，以便于移除制品。

在缩回机构与加热元件之间可以布置支撑元件。支撑元件可被布置成牢固地保持加热元件。支撑元件可以构造为电绝缘的，使得加热元件和缩回机构可被单独控制。优选地，在控制器与加热元件之间以及在缩回机构于控制器之间设置单独的供电电路。

加热室可以包括在加热室的基部处的开口，以便于缩回和推进加热元件。清洁元件可布置在开口附近，以在加热元件从加热室缩回期间从加热元件刮掉不需要的残留物。清洁元件可以设置为珠或环或接触加热元件的类似结构。清洁元件可以布置在加热室内部的位置，使得加热元件的形状改变从加热元件的表面自动移除不需要的碎屑。

可以设置多个加热元件。多个加热元件可以各自设置成在加热操作期间改变形状。另外，只有一个或多个加热元件可以设置成在加热操作期间改变形状，而其它加热元件或单个其它加热元件可以设置成在加热操作期间不改变形状。

本发明涉及一种用气溶胶生成装置生成可吸入气溶胶的方法。所述方法包括以下步骤：

设置气溶胶生成装置，所述气溶胶生成装置包括：加热室，所述加热室被构造成接收含有气溶胶生成基质的气溶胶生成制品；以及布置在所述加热室中的加热元件，其中所述加热元件包括形状记忆合金、形状记忆聚合物、形状记忆陶瓷和双金属中的一者或多者；

将气溶胶生成制品插入到所述加热室中；

用所述加热元件穿透所述气溶胶生成制品；以及

加热所述加热元件，其中所述加热元件在加热操作期间改变其形状。

将参考附图在下文更详细地描述本发明，该附图示出了：

图1：根据本发明的气溶胶生成装置，其中加热元件被构造成在加热操作期间改变其形状；

图2：加热元件的实施例；

图3：加热元件的另外的实施例；

图4：加热元件的另外的实施例；以及

图5：气溶胶生成装置的实施例，其中缩回元件被构造成改变其形状。

图1示出了根据本发明的气溶胶生成装置。该装置包括加热室10，气溶胶生成制品12可以插入到该加热室中。气溶胶生成制品12包括含有烟草的气溶胶生成基质。在加热室10中，布置加热元件14。加热元件14设置为加热叶片，该加热叶片沿着加热室10的纵向轴线居中排列。

该装置还包括壳体16。在壳体16的内部，布置有呈电池形式的电源18以及控制器20。

图1的左侧部分(图1A)示出了加热操作之前的加热元件14。加热元件14被构造为笔直加热叶片，且气溶胶生成制品12插入到加热室10。由于加热元件14的笔直形状，加热元件14因此易于穿透到气溶胶生成制品12中。在图1的右侧部分(图1B)中，示出了加热元件14处于在加热操作期间达到的构造中。在这点上，控制器20控制从电源18朝加热元件14的能量供应。因此，加热元件14被加热。加热元件14的加热引起加热元件14的形状改变。在加热操作期间，加热元件14的形状改变以优化加热元件14与气溶胶生成基质之间的接触表面，并且将气溶胶生成制品12保持在加热室10内。

图2示出了加热元件14的不同实施例。在图2A中，加热元件14包括加热部分22和形状改变部分24。加热部分22和形状改变部分24沿着加热元件14的纵向长度一起居中排列。在加热元件14的操作期间，形状改变部分24改变形状，从而引起加热部分22改变形状。在图2B中，加热元件14也包括形状改变部分24以及加热部分22。不过，加热部分22围绕形状改变部分24布置，使得从加热部分22朝气溶胶生成基质的热传递增加。在其它实施例中，形状改变部分24和加热部分22的定位可以颠倒。在图2C中，形状改变部分24被布置成包围加热部分22，使得在形状改变期间从形状改变部分24朝加热部分22传输的力被优化。加热部分22优选地构造为弹性的，使得加热部分22以及形状改变部分24在加热操作结束后返回到初始位置。

图3示出了加热元件14的另外两个实施例。在图3A中，加热元件14由多个区段组成，该多个区段在加热操作期间向外展开。图3B示出了加热元件14或加热元件14的至少形状改变部分24由折叠条带组成的实施例，折叠条带也在加热操作期间向外扩展。

图4示出了加热元件14的另外两个实施例。图4A示出了在加热元件14的外表面上设置多个鳞状物26的实施例。在加热操作期间，这些鳞状物26弯曲一次。图4B示出了多个小线圈28围绕加热元件14的外表面卷绕的实施例。在加热元件14的操作期间，这些线圈28向外扩展，使得加热元件14看起来像带刺线材。对于所有实施例，加热元件14优选地在加热操作结束之后返回到初始位置，使得气溶胶生成制品12可以容易地从加热室10移除。

图5示出了设置缩回机构30的实施例。设置缩回机构30以用于从加热室10缩回加热元件14，以及稍后将加热元件14推回到加热室10中。缩回机构30也设置为可以改变其形状的元件。缩回机构30优选地被布置为形状记忆材料，例如，形状记忆合金。在图5中，仅描绘一个控制器20，其控制缩回机构30连同加热元件14。然而，控制器20可以包括多个控制器，诸如用于控制加热元件14的加热部分的加热部分控制器、用于控制加热元件14的形状改变的形状改变部分控制器，以及用于控制加热元件14的缩回和推进的缩回控制器。控制器可被单独地控制。在图5中也没有示出，支撑元件可布置在缩回机构30与加热元件14之间，以用于将缩回机构30与加热元件14电绝缘。优选地，在操作期间，在加热元件14从加热室10缩回时，气溶胶生成制品12插入到加热室10中。然后，缩回机构30被激活，以便将加热元件14推入到加热室10中，从而穿透气溶胶生成制品12。接着，加热元件14被激活，以便变形，使得加热元件14与气溶胶生成制品12中的气溶胶生成基质之间的接触表面增加。在加热操作已经结束后，加热元件14优选地返回到其初始状态，并通过缩回机构30从加热室10缩回，使得气溶胶生成制品12可以容易地从加热室10移除，并且新鲜气溶胶生成制品12可以引入到加热室10中。

Claims (15)

1.一种用于生成可吸入气溶胶的气溶胶生成装置，所述装置包括：

·加热室，所述加热室被构造成接收含有气溶胶生成基质的气溶胶生成制品；以及

·加热元件，所述加热元件布置在所述加热室中，

其中所述加热元件被构造成穿透到所述气溶胶生成制品中，并且其中所述加热元件包括形状记忆合金、形状记忆聚合物、形状记忆陶瓷和双金属中的一者或多者。

2.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其中所述加热元件被构造成在加热操作期间改变其形状。

3.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成装置，其中所述加热元件被构造成在加热操作的持续时间内改变其形状。

4.根据前述权利要求中一项所述的气溶胶生成装置，其中所述加热元件被构造成在加热操作的持续时间内连续地改变其形状。

5.根据前述权利要求中一项所述的气溶胶生成装置，其中所述加热元件由形状记忆合金、形状记忆聚合物、形状记忆陶瓷或双金属组成。

6.根据前述权利要求中一项所述的气溶胶生成装置，其中所述加热元件包括形状改变部分和加热部分，并且其中所述加热部分优选地为弹性的。

7.根据权利要求6所述的气溶胶生成装置，其中所述装置还包括电源和控制器，其中所述控制器包括形状改变控制器，所述形状改变控制器被配置成控制对所述形状改变部分的电力供应，其中所述控制器包括加热控制器，所述加热控制器被配置成控制对所述加热部分的电力供应，并且其中所述形状改变部分和所述加热部分的供应电路被配置为单独的供电电路。

8.根据权利要求6或7所述的气溶胶生成装置，其中所述加热元件被构造为加热销或加热叶片，并且其中所述形状改变部分和所述加热部分沿所述加热元件的纵向长度布置。

9.根据权利要求8所述的气溶胶生成装置，其中所述形状改变部分在所述加热元件中居中排列，并且所述加热部分围绕所述形状改变部分布置，或者其中所述加热部分在所述加热元件中居中排列，并且所述形状改变部分围绕所述加热部分布置。

10.根据前述权利要求中一项所述的气溶胶生成装置，其中所述加热元件被构造成在加热操作期间改变其形状，并且其中所述加热元件的形状的改变由特定温度范围、具有特定波长的光、施加电力、施加磁场、其他物理触发器或化学触发器引起。

11.根据前述权利要求中一项所述的气溶胶生成装置，其中所述加热元件被构造为加热销或加热叶片，并且其中所述加热元件被构造成在加热操作期间向外扩展，优选地扩展成多个区段。

12.根据前述权利要求中一项所述的气溶胶生成装置，其中所述加热元件由被构造成在加热操作期间向外扩展的形状记忆材料的折叠条带制成。

13.根据前述权利要求中一项所述的气溶胶生成装置，其中所述加热元件包括围绕其表面的线圈或布置在所述表面上的鳞状物，其中所述线圈或所述鳞状物布置成在加热操作期间向外扩展。

14.根据前述权利要求中一项所述的气溶胶生成装置，其中所述装置包括连接到所述加热元件的缩回机构，并且其中所述缩回机构被构造成改变其形状，以用于从所述加热室缩回所述加热元件和将所述加热元件推入到所述加热室中。

15.用于用气溶胶生成装置生成可吸入气溶胶的方法，所述方法包括以下步骤：

i)设置气溶胶生成装置，所述气溶胶生成装置包括：加热室，所述加热室被构造成接收含有气溶胶生成基质的气溶胶生成制品；以及布置在所述加热室中的加热元件，其中所述加热元件包括形状记忆合金、形状记忆聚合物、形状记忆陶瓷和双金属中的一者或多者；

ii)将气溶胶生成制品插入到所述加热室中；

iii)用所述加热元件穿透所述气溶胶生成制品；以及

iv)加热所述加热元件，其中所述加热元件在加热操作期间改变其形状。

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