CN113142659A - 用于电加热气溶胶生成系统的加热器 - Google Patents

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CN113142659A CN202110577064.8A CN202110577064A CN113142659A CN 113142659 A CN113142659 A CN 113142659A CN 202110577064 A CN202110577064 A CN 202110577064A CN 113142659 A CN113142659 A CN 113142659A
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D·鲁肖
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Abstract

本发明公开一种用于接收气溶胶形成制品(30)的电加热气溶胶生成系统(10)。所述系统(10)包括用于接收气溶胶形成制品(30)的管状部分(12)和包括端面(22)的加热器元件(16)。所述加热器元件(16)接近所述管状部分(12)的一个端部定位以使得所述端面(22)在所述气溶胶形成制品(30)插入所述管状部分(12)中时接近气溶胶形成制品(30)的一个端部。所述系统(10)经配置以向所述加热器元件(16)供应第一电能量以将所述加热器元件(16)加热至第一温度，且向所述加热器元件(16)供应第二电能量以将所述加热器元件(16)维持在第二温度，其中所述第一温度与所述第二温度之间的温度差为至少约100摄氏度。

Description

用于电加热气溶胶生成系统的加热器
本申请是申请日为2015年5月21日、国际申请号为PCT/EP2015/061318、国家申请号为2015800204637、名称为“具有端部加热器的电加热气溶胶生成系统”的进入中国国家阶段的国际申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种电加热气溶胶生成系统及一种控制电加热气溶胶生成系统中气溶胶形成的方法。本发明发现作为电操作吸烟系统的特别应用及一种在电操作吸烟系统中形成气溶胶的方法。
背景技术
电操作吸烟系统通常包含(例如)用以加热香烟中的烟草材料的电阻式加热器元件。然而，已知电操作吸烟系统通常使用复杂加热器元件，所述复杂加热器元件可能为高制造成本的且在一些情况下可在当消费者试图移除香烟时导致香烟的至少一部分粘在系统中。因此期望提供一种设计简单且制造成本低廉的新型电加热气溶胶生成系统。
发明内容
根据第一方面，本发明提供一种用于接收气溶胶形成制品的电加热气溶胶生成系统。所述系统包括用于接收气溶胶形成制品的管状部分及包括端面的加热器元件。加热器元件接近管状部分端部定位以使得端面在气溶胶形成制品插入管状部分中时接近气溶胶形成制品的端部。系统进一步包括提供于所述管状部分的内表面上的环形导热元件，所述环形导热元件包括连接至所述加热器元件的第一部分和经布置以在所述气溶胶形成制品插入所述管状部分中时接触气溶胶形成制品的第二部分。系统经配置以向加热器元件供应第一电能量以将加热器元件加热至第一温度，且向加热器元件供应第二电能量以将加热器元件维持在第二温度。第二温度低于第一温度且第一温度与第二温度之间的温度差为至少约100摄氏度。
术语“气溶胶形成制品”在本文中用以意味包括在被加热时形成气溶胶的至少一种基质的制品。如本领域技术人员所已知，气溶胶为固体粒子或液滴于气体(诸如，空气)中的悬浮液。气溶胶可为固体粒子及液滴于气体(诸如，空气)中的悬浮液。
通过利用接近气溶胶形成制品的端部定位的加热器元件，根据本发明的系统可有利地消除对插入或环绕气溶胶形成制品的一部分的加热器元件的需要。根据本发明的系统可因此降低气溶胶形成制品的一部分在消费者试图移除制品时粘在系统中的风险。
此外，由于根据本发明的系统需要仅具有一个端面接近气溶胶形成制品定位的加热器元件，所以系统可利用简单且制造成本低廉的简单加热器设计。
有利的是，环形导热元件在气溶胶形成制品插入管状部分中时辅助热量自加热器元件传导至气溶胶形成制品中。第一部分可直接连接至加热器元件以使得环形导热元件与加热器元件直接接触。替代地，第一部分可经由一个或多个中间导热元件间接连接至加热器元件。
为便于建构，环形导热元件优选地包括固定至管状部分的内表面的金属片或套筒。举例来说，环形导热元件可由金属箔(例如铝箔)形成。
通过将加热器元件加热至第一温度且接着将加热器元件维持在较低第二温度，其中第一温度与第二温度之间的温度差为至少约100摄氏度，根据本发明的系统可使用接近气溶胶形成制品的端部定位的加热器元件提供对气溶胶形成制品的加热的改进控制。确切地说，较高第一温度有利地提供初始“推荐”以减少将气溶胶形成制品加热至所需操作温度所需要的时间，而较低第二温度维持气溶胶形成制品的操作温度。因此，第一温度通常将明显高于气溶胶形成制品的操作温度，且第二温度将通常类似于气溶胶形成制品的操作温度。
第一温度与第二温度间的温度差可为至少约150摄氏度。
第一温度可为至少约400摄氏度，优选的是至少约450摄氏度。第二温度可为至少约250摄氏度，优选的是至少约300摄氏度。
加热器元件的端面可借助于传导来加热插入系统中的气溶胶形成制品。举例来说，加热器元件可至少部分地与气溶胶形成制品接触。替代地，来自加热器元件的热可借助于导热元件传导至气溶胶形成制品。替代地，加热器元件可将热转移至在使用期间被抽吸通过电加热气溶胶生成系统的进入环境空气，其转而通过对流加热气溶胶形成制品。
加热器元件优选地包括具有基本圆柱形状或圆盘形状的导热基板。此外或替代地，加热器元件的端面优选地为基本圆形。
导热基板的导热率优选地为至少约15瓦/米开尔文。此外或替代地，导热基板的导热率优选地小于约450瓦/米开尔文。最优选地，导热基板的导热率在约15瓦/米开尔文至约450瓦/米开尔文之间。举例来说，导热基板可由金属或陶瓷形成。
此外或替代地，导热基板可由导电材料形成，例如金属或导电陶瓷。由导电材料形成导热基板可通过将电流传导通过导热基板而促进加热器元件的直接电阻加热，
从而简化加热器元件的结构。替代地，可在导热基板内提供单独的导电元件(例如电线线圈)以间接加热导热基板。
导热基板可包括至少涂覆于导热基板的一部分外表面上且至少涂覆于端面上的不粘涂层。不粘涂层有助于防止气溶胶形成制品的部分粘附于加热器元件。举例来说，在将基于烟草的气溶胶形成制品插入气溶胶形成系统的那些实施例中，不粘涂层可防止烟草粘附于加热器元件。合适的不粘涂层材料包含聚四氟乙烯(PTFE)、玻璃及呈现所谓‘荷花效应(lotus effect)’的超疏水性材料。
在上文所描述实施例中的任一者中，系统可进一步包括连接至加热器元件的电源，以在系统启动时电阻加热加热器元件。电源可为可充电电池，例如锂离子电池或其变体中的一个，例如锂离子聚合物电池。替代地，电源可为镍金属氢电池或镍镉电池或燃料电池。优选的是，气溶胶生成系统包括经配置以控制电能至加热器元件的供应的电子硬件。所述电子硬件可为使用外部装置上的软件可编程的。
在上文所描述实施例中的任一者中，电加热气溶胶生成系统可进一步包括一种或多种隔热材料以减少自加热器元件的热损失且保护使用者免受烫伤。举例来说，电加热气溶胶生成系统可包括提供在加热器元件与形成管状部分的外壳体之间的隔热材料。
隔热材料必须在加热器元件所达到的高温下不降解。优选的是，隔热材料包括金属或另一不可燃材料。在一个实例中，金属为金。在另一实例中，金属为银。金属是有利的，因为其可将热反射回至电加热气溶胶生成系统中。
优选的是，隔热材料包括多个气腔。气腔可以规则图案布置。在一个优选实施例中，气腔为六边形的且以蜂窝状结构布置。用于形成气腔的材料优选地为金属或另一不可燃材料，如上文所描述。
电加热气溶胶生成系统可进一步包括传感器以检测指示使用者进行一次抽吸的气流。气流传感器可为机电装置。替代地，气流传感器可为下述各者中的任一种：机械装置、光学装置、光机械装置和基于微机电系统(MEMS)的传感器。替代地，电加热气溶胶生成系统可包括可手动操作的开关以供消费者发起一次抽吸。
此外或替代地，电加热气溶胶生成系统可进一步包括温度传感器。温度传感器可检测加热器元件的温度或气溶胶形成制品的温度。温度传感器可为热敏电阻。替代地，温度传感器可包括电路，所述电路经配置以测量加热器元件的电阻率且通过将所测量电阻率与电阻率相对温度的校准曲线进行比较而得出加热器元件的温度。
优选的是，电加热气溶胶生成系统进一步包括用于指示加热器元件何时启动的指示器。指示器可包括灯，其在启动加热器元件时启动。
在一些实施例中，具有接近气溶胶形成制品的端面的加热器元件为气溶胶生成系统中的唯一加热器元件。仅利用单个加热器元件可进一步简化系统制造且降低成本。
根据第二方面，本发明提供一种控制根据本发明的第一方面的电加热气溶胶生成系统中气溶胶形成的方法，所述电加热气溶胶生成系统进一步包括气溶胶形成制品。所述方法包括将电能自电源供应至加热器元件以将所述加热器元件电阻加热至第一温度的步骤。接着减少向加热器元件的电能供应以使得加热器元件冷却至低于第一温度的第二温度，其中第一温度与第二温度之间的温度差为至少约100摄氏度。接着控制向加热器元件的电能供应以将加热器元件维持在第二温度。
有利的是，根据本发明的方法提供一种控制具有相对简单加热器设计的电加热气溶胶生成系统的简单且有效的方式。将加热器元件加热至较高第一温度有利地提供初始“推进”以减少将气溶胶形成制品加热至所需操作温度所需要的时间，而较低第二温度维持气溶胶形成制品的操作温度。举例来说，第一温度可为至少约400摄氏度，优选的是至少约450摄氏度。第二温度可为至少约250摄氏度，优选的是至少约300摄氏度。
控制电能供应以将加热器元件维持在第二温度的步骤可包括以下步骤：测量加热器元件的电阻率；自所测量电阻率得出加热器元件的当前温度；和调节向加热器元件的电能供应以减小当前温度与第二温度之间的差异。
第一温度与第二温度之间的温度差优选地为至少约150摄氏度。
根据本发明的两个方面，气溶胶形成制品包含气溶胶形成基质，所述气溶胶形成基质优选地包括含有挥发性烟草香味化合物的含烟草材料，当加热时所述挥发性烟草香味化合物从基质释放。气溶胶形成基质可包括非烟草材料。气溶胶形成基质可包括含烟草材料和不含烟草的材料。
优选的是，气溶胶形成基质进一步包括气溶胶形成剂。合适的气溶胶形成剂的实例是甘油和丙二醇。
气溶胶形成基质优选地为固体基质。固体基质可包括(例如)粉末、颗粒、小丸、碎片、细条、条状物或片材中的一种或多种，所述片材含有草本植物叶、烟叶、烟草肋料、平展烟草、例如挤压烟草的均质烟草和膨胀烟草中的一种或多种。固体基质可呈疏松形式，或可提供在合适的容器或筒中。任选地，固体基质可含有另外的烟草或非烟草挥发性香味化合物，以在基质加热时释放。
任选地，固体基质可在热稳定载体上提供或嵌入热稳定载体中。载体可采用粉末、颗粒、小丸、碎片、细条、条状物或的形式。替代地，载体可为管状载体，其内表面、外表面或内外表面两者上敷设有固体基质薄层。此类管状载体可由例如纸、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他热稳定的聚合物基质形成。
固体基质可以例如片材、泡沫、凝胶或浆体的形式敷设在载体的表面上。固体基质可敷设在载体的整个表面上，或替代地可敷设成图案以便在使用期间提供非均匀的香味递送。
替代地，载体可为其中包括烟草成分的无纺布或纤维束。无纺布或纤维束可包括例如碳纤维、天然纤维素纤维或纤维素衍生纤维。
吸烟制品的总长度可以在大约30mm至100mm之间。吸烟制品的外径可以在大约5mm至大约13mm之间。吸烟制品可包括一种过滤器塞。过滤器塞可位于吸烟制品的下游端。过滤器塞可为酯酸纤维素过滤器塞。过滤器塞长度优选地为大约7mm，但其长度可在大约5mm至大约10mm之间。
优选的是，吸烟制品为香烟。在优选实施例中，吸烟制品的总长度在40mm至50mm之间。优选的是，吸烟制品的总长度为大约45mm。还优选的是，吸烟制品的外径为大约7.2mm。优选的是，气溶胶形成基质包括烟草。另外，气溶胶形成基质的长度可为大约10mm。然而，最优选的是气溶胶形成基质的长度为12mm。
另外，气溶胶形成基质的直径也可在大约5mm与大约12mm之间。
吸烟制品可包括外包装纸。
另外，吸烟制品可包括在气溶胶形成基质与过滤器塞之间的间隔。间隔可为大约18mm，但是可在大约5mm至大约25mm的范围内。
气溶胶形成基质可替代地为液体基质。气溶胶形成基质可替代地为任何其他种类的基质，例如气态基质或各种类型基质的任何组合。
在操作期间，气溶胶形成制品可完全容纳在电加热气溶胶生成系统内。在那种情况下，使用者可对电加热气溶胶生成系统的烟嘴进行抽吸。替代地，在操作期间，气溶胶形成制品可部分地容纳在电加热气溶胶生成系统内，且使用者可直接对制品进行抽吸。
附图说明
现将参照附图仅通过实例的方式描述本发明，在附图中：
图1展示根据本发明的电加热气溶胶生成系统的示意图；
图2展示用于图1的电加热气溶胶生成系统中的气溶胶形成制品的纵向横截面；且
图3展示插入图1的电加热气溶胶生成系统中的图2的气溶胶形成制品。
具体实施方式
图1展示根据本发明的电加热气溶胶生成系统10。系统10包括在一个端部处具有用于接收气溶胶形成制品的开口14的管状壳体12。在管状壳体12的相反端部处为基本圆柱形的加热器元件16、用于向加热器元件16供能的可充电电池18和用于控制系统10的操作的控制电子元件20。控制电子元件20控制系统10的打开和关闭、自可充电电池18供应至加热器元件16的电力，及当电池连接至外部电源时对可充电电池18的充电。
用铝贴片24覆盖加热器元件16的基本圆形端面22以提供自加热器元件16至气溶胶形成制品的上游端中的有效热转移。铝包皮26在管状壳体12的内表面自加热器元件16的下游端至开口14划线。铝包皮26提供自加热器元件16朝向气溶胶形成制品的下游端的经改进热转移。铝贴片24的环形部分28提供自加热器元件16至铝包皮26的有效热转移。
图2展示用于图1的电操作气溶胶生成系统10的气溶胶形成制品30。气溶胶形成制品30为包括提供于制品30的上游端处的烟草塞32的吸烟制品。烟草塞32的下游为环形扩散器34，其在烟草塞32被加热时促进自烟草塞32形成气溶胶。
扩散器34的下游为烟嘴，其包括上游过滤器段36、腔38和下游过滤器段40。过滤器段36、40中的每一个可包括习知过滤器材料，例如醋酸纤维素。外包装纸42环绕气溶胶形成制品30的组件以维持所述组件轴向对准，且接装包装材料44包装在制品30的口端周围以提供类似于习知香烟的外观。
图3展示插入电加热气溶胶生成系统10中的气溶胶形成制品30。烟草塞32接近加热器元件16的基本圆形端面22定位以使得烟草塞32被加热从而形成气溶胶。消费者在制品30的口端抽吸以将气溶胶抽吸通过制品30且进入口中。可在管状壳体12中提供大量空气入口(未展示)以在消费者抽吸制品30的口端时允许空气流入气溶胶生成系统。举例来说，空气入口可经定位以使得其在制品30完全插入系统10中时位于烟草塞32之上。此外或替代地，空气入口可经定位以使得其在制品30完全插入系统10中时位于扩散器34之上。在此类实施例中，扩散器34优选地经配置以将进入气流向上游引导至烟草塞32中，而后引导气流自烟草塞32反向通过扩散器34的中心部分朝向制品30的口端。
在操作系统10期间，控制电子元件20通过将电流自可充电电池18传递通过加热器元件16而初始化加热器元件16。控制电子元件20监测加热器元件16的温度且维持所述电流直至达到第一温度。在达到第一温度之后，控制电子元件20减小通向加热器元件16的电流直至加热器元件16的温度下降至第二温度。一旦加热器元件16的温度已达到较低第二温度，则控制电子元件20继续监测加热器元件16的温度且对供应至加热器元件16的电流进行任何必要的调整以维持第二温度。在认为制品30消耗预定时间段后或如果更快的话在消费者停止抽吸制品30时，控制电子元件20将切断向加热器元件16的电流供应。

Claims (16)

1.一种用于电加热气溶胶生成系统的加热器，所述加热器包括：
导热基板，所述导热基板由陶瓷制成；以及
导电元件。
2.根据权利要求1所述的加热器，其中所述导电元件设置在所述导热基板内。
3.根据权利要求1或2所述的加热器，其中所述导热基板的导热率为至少约15瓦/米开尔文。
4.根据权利要求1或2所述的加热器，其中所述导热基板的导热率为至少约450瓦/米开尔文。
5.根据权利要求1或2所述的加热器，其中所述导热基板的导热率在约15瓦/米开尔文至约450瓦/米开尔文之间。
6.根据权利要求1或2所述的加热器，其中所述导热基板具有大体圆柱形状。
7.根据权利要求1或2所述的加热器，其中所述导热基板具有大体圆盘形状。
8.一种包括加热器的电加热气溶胶生成系统，所述加热器包括：
导热基板，所述导热基板由陶瓷制成；以及
导电元件。
9.根据权利要求8所述的电加热气溶胶生成系统，其中所述导电元件设置在所述导热基板内。
10.根据权利要求8或9所述的电加热气溶胶生成系统，其中所述导热基板的导热率为至少约15瓦/米开尔文。
11.根据权利要求8或9所述的电加热气溶胶生成系统，其中所述导热基板的导热率为至少约450瓦/米开尔文。
12.根据权利要求8或9所述的电加热气溶胶生成系统，其中所述导热基板的导热率在约15瓦/米开尔文至约450瓦/米开尔文之间。
13.根据权利要求8或9所述的电加热气溶胶生成系统，其中所述导热基板具有大体圆柱形状。
14.根据权利要求8或9所述的电加热气溶胶生成系统，其中所述导热基板具有大体圆盘形状。
15.根据权利要求8或9所述的电加热气溶胶生成系统，其中所述电加热气溶胶生成系统还包括电源，所述电源连接至所述加热器以在所述系统启动时电阻加热所述加热器。
16.一种加热器在电加热气溶胶生成系统中的用途，所述加热器包括：
导热基板，所述导热基板由陶瓷制成；以及
导电元件。
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