CN114176252A - 一种气溶胶生成制品、制备方法以及检验方法 - Google Patents

一种气溶胶生成制品、制备方法以及检验方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种和电加热式气溶胶生成装置一起使用的气溶胶生成制品、制备方法以及检验方法，其中气溶胶生成制品包括发烟段，其内部含有发烟材料，电加热式气溶胶生成装置包括加热元件，加热元件能够插入发烟段，发烟段的最大导热面积热阻
Figure DDA0003445760560000011
满足：
Figure DDA0003445760560000012
Figure DDA0003445760560000013
其中δ表示发烟段径向最大受热距离，单位为m，λe表示发烟段有效导热系数，单位为W/m·K。本发明的气溶胶生成制品具有较好的热传递性能，加热效率高。

Description

一种气溶胶生成制品、制备方法以及检验方法
技术领域
本发明涉及加热不燃烧领域，特别涉及一种和电加热式气溶胶生成装置一起使用的气溶胶生成制品以及气溶胶生成制品的制备方法和检验方法。
背景技术
随着吸烟与健康研究的不断深入，一些科学研究已表明卷烟中危害人体的物质绝大多数是由烟草燃烧时烟草热裂解产生的。近年来，烟草被加热而不燃烧的多种新型烟草制品相继出现，这些新型烟草制品通过将气溶胶生成制品置于与其配套的电加热式气溶胶生成装置中加热来产生气溶胶供消费者吸食，由于避免了烟草燃烧这一环节，可以降低消费者对于有害物质的摄入。在工作过程中，加热器将热量传导至烟草材料，再从烟草材料传导至包装材料。烟支采用电加热的方式产生气溶胶，例如加热器从烟支中心插入对烟支进行加热，往往存在内外温差较大的问题，这样当加热器加热烟支后，部分烟支内部已经被高温碳化，但外部雾化剂未完全雾化，影响气溶胶释放效果和消费者的整体抽吸体验。因此，需要对烟支的径向热传递性能进行研究，希望提供一种气溶胶生成制品，该制品能实现热量传导的最优化。
发明内容
本发明提供了一种气溶胶生成制品以及气溶胶生成制品的制备方法和检验方法，用以解决上述技术问题。
一种和电加热式气溶胶生成装置一起使用的气溶胶生成制品，包括发烟段，其内部含有发烟材料，所述电加热式气溶胶生成装置包括加热元件，所述加热元件能够插入所述发烟段，所述发烟段的最大导热面积热阻
Figure BDA0003445760540000011
满足：
Figure BDA0003445760540000012
Figure BDA0003445760540000013
的单位为m2·K/W，其中，
δ：发烟段径向最大受热距离，单位为m，表示为加热元件表面与该表面法线方向最远处所述发烟材料之间的距离；
λe：发烟段有效导热系数，单位为W/m·K，并满足：λe＝ελa+(1-ε)λs，其中，
ε：发烟段空隙率，为发烟段空隙体积与发烟段总体积的比值；
λa：发烟段空隙的导热系数，单位为W/m·K；
λs：发烟段中发烟材料的导热系数，单位为W/m·K。
采用上述方案的气溶胶生成制品能够实现热量传递的优化，从而提高加热效率，改善气溶胶释放效果。
可选地，发烟段中发烟材料的导热系数λs为采用热常数分析仪测试标准大气压、室温状态下发烟材料的导热系数，发烟段空隙的导热系数λa为标准大气压、室温状态下所述发烟材料之间空气间隙的导热系数。
可选地，发烟段空隙的导热系数λa为0.026W/m·K，所述发烟段满足：
Figure BDA0003445760540000021
Figure BDA0003445760540000022
可选地，所述发烟段满足
Figure BDA0003445760540000023
可选地，所述发烟段空隙率ε满足：
Figure BDA0003445760540000024
其中，ms为在标准大气压、室温状态下获得的整块发烟材料的质量；Vs为该整块发烟材料在标准大气压、室温状态下的体积；m为发烟段在标准大气压、室温状态下的质量，V为发烟段在标准大气压、室温状态下的体积。
可选地，所述发烟段空隙率ε满足0.2<ε<0.6。
可选地，所述发烟段径向最大受热距离δ为0.0025～0.0028m。
可选地，发烟段中发烟材料的导热系数λs为0.07～0.32W/m·K。
可选地，所述加热元件为中心加热元件，所述发烟段适于被中心加热。
本发明提出一种气溶胶生成系统，包括上述任意一种气溶胶生成制品，以及适于对该气溶胶生成制品进行加热的电加热式气溶胶生成装置。
本发明还提出一种和电加热式气溶胶生成装置一起使用的气溶胶生成制品的制备方法，包括以下步骤：
制备满足条件的发烟段：制备能够通过电加热产生气溶胶的发烟材料，将所述发烟材料装配于所述发烟段内，所述电加热式气溶胶生成装置包括加热元件，所述加热元件能够插入所述发烟段，检测所述发烟段的最大导热面积热阻
Figure BDA0003445760540000025
对所述发烟段进行调整，使得所述发烟段的最大导热面积热阻
Figure BDA0003445760540000026
满足：
Figure BDA0003445760540000027
Figure BDA0003445760540000028
的单位为m2·K/W，其中，
δ：发烟段径向最大受热距离，单位为m，表示为加热元件表面与该表面法线方向最远处所述发烟材料之间的距离；
λe：发烟段有效导热系数，单位为W/m·K，并满足：λe＝ελa+(1-ε)λs，其中，
ε：发烟段空隙率，为发烟段空隙体积与发烟段总体积的比值；
λa：发烟段空隙的导热系数，单位为W/m·K；
λs：发烟段中发烟材料的导热系数，单位为W/m·K；
将满足条件的所述发烟段制备成所述气溶胶生成制品。
本发明的气溶胶生成制品的制备方法，以最大导热面积热阻
Figure BDA0003445760540000031
作为制备过程中的衡量标准，有利于确保气溶胶生成制品的热传递性能。
可选地，采用热常数分析仪测试标准大气压、室温状态下发烟材料的导热系数，记为所述发烟段中发烟材料的导热系数λs，测试标准大气压、室温状态下所述发烟材料之间空气间隙的导热系数，记为所述发烟段空隙的导热系数λa。
可选地，发烟段空隙的导热系数λa为0.026W/m·K，制备所述发烟段，使其满足：
Figure BDA0003445760540000032
可选地，制备所述发烟段，使其满足：
Figure BDA0003445760540000033
可选地，在标准大气压、室温状态下获得的整块发烟材料的质量，记为ms；在标准大气压、室温状态下获得该整块发烟材料的体积，记为Vs；在标准大气压、室温状态下获得发烟段的质量，记为m；在标准大气压、室温状态下获得发烟段的体积，记为V；所述发烟段空隙率ε通过以下方式获得：
Figure BDA0003445760540000034
可选地，将所述发烟段的空隙率ε调整为0.2<ε<0.6。
可选地，将所述发烟段径向最大受热距离δ调整为0.0025～0.0028m。
可选地，将发烟段中发烟材料的导热系数λs调整为0.07～0.32W/m·K。
可选地，所述加热元件为中心加热元件，将所述发烟段制备成适于被中心加热。
本发明还提出一种气溶胶生成制品的检验方法，所述气溶胶生成制品用于和电加热式气溶胶生成装置一起使用，所述气溶胶生成制品包括发烟段，其内部含有发烟材料，所述电加热式气溶胶生成装置包括加热元件，所述加热元件能够插入所述发烟段，检验步骤包括：
获得发烟段空隙率，记为ε，所述发烟段空隙率为发烟段空隙体积与发烟段总体积的比值；获得所述发烟段空隙的导热系数λa，单位为W/m·K；获得所述发烟段中发烟材料的导热系数λs，单位为W/m·K；通过公式计算获得发烟段有效导热系数，记为λe，单位为W/m·K，其中公式为λe＝ελa+(1-ε)λs；
获得加热元件表面与该表面法线方向最远处所述发烟材料之间的距离，记为发烟段径向最大受热距离δ，单位为m；将发烟段径向最大受热距离δ除以发烟段有效导热系数λe，获得最大导热面积热阻，单位为m2·K/W；
检验最大导热面积热阻
Figure BDA0003445760540000041
是否满足：
Figure BDA0003445760540000042
本发明提出一种新的气溶胶生成制品检验方法，通过测定最大导热面积热阻
Figure BDA0003445760540000043
是否在范围内作为检验气溶胶生成制品热传递性能的依据，为制备具有优异加热效果和气溶胶释放效果的气溶胶生成制品提供了可靠的标准。
可选地，获得发烟段空隙的导热系数λa包括测试标准大气压、室温状态下所述发烟材料之间空气间隙的导热系数，记为所述发烟段空隙的导热系数λa，；获得所述发烟段中发烟材料的导热系数λs包括采用热常数分析仪测试标准大气压、室温状态下发烟材料的导热系数，记为所述发烟段中发烟材料的导热系数λs。
可选地，若最大导热面积热阻
Figure BDA0003445760540000044
满足：
Figure BDA0003445760540000045
则判断包含该发烟段的气溶胶生成制品或者该发烟段合格，否则为不合格。
附图说明
图1示出本发明具体实施例发烟段径向剖面示意图；
图2示出本发明另一具体实施例发烟段径向剖面示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
术语“发烟段”在本文中用于描述包含发烟材料的制品，该发烟段可被加热以产生气溶胶并将其递送给消费者。术语“发烟材料”表示能够在加热时释放挥发性化合物以生成气溶胶的基材。在使用期间，挥发性化合物通过热传递而从发烟材料释放。发烟段可为固态发烟段。发烟材料可包括含烟草材料，其含有在加热后从基质释放的挥发性烟草香味化合物。发烟材料可包括非烟草材料。发烟段可包括气溶胶形成剂。气溶胶形成剂可包括甘油和丙二醇中的至少一种。在发烟材料是固态的实施例中，固态发烟材料可包括以下一种或多种：粉末、颗粒、小球、碎片、通心管、条带或薄片，其中含有以下一种或多种：草本植物叶、烟叶、烟草肋料片、复原烟草、均质化烟草、挤压烟草和膨胀烟草。固态发烟材料可为松散形式。发烟段可包括固态发烟材料的棒。包装材料可包裹固态发烟段的棒，包装材料包括纸。
应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本实施例提供一种气溶胶生成制品，用于和电加热式气溶胶生成装置一起使用。气溶胶生成制品包括发烟段，发烟段的内部含有发烟材料。电加热式气溶胶生成装置包括加热元件，加热元件可通过插入发烟段的方式对发烟段进行加热，从而产生气溶胶，例如尼古丁烟雾。本实施例的气溶胶生成制品例如可以为固体烟弹，或者为包含有过滤段和发烟段的烟支。本实施例的发烟段，进一步可以为圆柱形发烟段。发烟材料具体可以为烟草材料。
本实施例的发烟段满足以下条件，发烟段的最大导热面积热阻
Figure BDA0003445760540000051
满足：
Figure BDA0003445760540000052
Figure BDA0003445760540000053
的单位为m2·K/W。其中，δ为发烟段径向最大受热距离，单位为m，表示为加热元件表面与该表面法线方向最远处所述发烟材料之间的距离。λe为发烟段有效导热系数，单位为W/m·K。
研究发现，发烟段的加热效率与最大导热面积热阻
Figure BDA0003445760540000054
有显著负相关关系，同时考虑到避免热量集中导致的发烟材料产生焦糊味或者发热不均的问题，发明人经过研究和总结发现，最大导热面积热阻
Figure BDA0003445760540000055
满足：
Figure BDA0003445760540000056
的情况能够确保发烟段在被加热元件插入加热时，能够有合适的导热效果，加热效率在上述范围内能够具有显著的提升。
其中，发烟段有效导热系数λe是通过以下公式计算获得：λe＝ελa+(1-ε)λs。ε为发烟段空隙率，也即为发烟段空隙体积与发烟段总体积的比值。λa为发烟段空隙的导热系数，单位为W/m·K；λs为发烟段中发烟材料的导热系数，单位为W/m·K。
λs和λa通过测量获得，发烟段中发烟材料的导热系数λs为采用热常数分析仪测试标准大气压、室温状态下发烟材料的导热系数，其中采用的设备为热常数分析仪Hot DiskTPS2500S。本实施例中发烟材料的导热系数为0.07～0.32W/m·K，发烟材料的导热系数在该范围内能够具有适宜的导热效果和气溶胶释放效果。发烟段空隙的导热系数λa为标准大气压、室温状态下所述发烟材料之间空气间隙的导热系数。通常来说，发烟段空隙的导热系数λa约为0.026W/m·K，也即最大导热面积热阻满足
Figure BDA0003445760540000061
进一步地，所述发烟段包括发烟材料及发烟材料之间的空气间隙，所述发烟段空隙率ε由以下方法确定：在标准大气压、室温状态下，取一定质量的整块发烟材料，计其质量为ms，体积为Vs，密度为
Figure BDA0003445760540000062
在标准大气压、室温状态下，称取一定量有同样发烟材料构成的发烟段，计其质量为m，体积为V，发烟段所含发烟材料的体积为
Figure BDA0003445760540000063
发烟段空隙率ε为
Figure BDA0003445760540000064
进一步地，在上述各实施例中，发烟段空隙率ε满足0.2<ε<0.6。空隙率在该范围能够保证气溶胶生成制品的加热效率，并且能够使得加热时热量传递速度保持在可控范围内，既能保证气溶胶释放，又能避免发热不均。优选地，发烟段空隙率满足0.25<ε<0.55。
进一步地，发烟段满足
Figure BDA0003445760540000065
加热效率更好，优选地，发烟段满足
Figure BDA0003445760540000066
在优选范围内能够实现烟草更充分和均匀的加热。
更优选地，发烟段同时满足
Figure BDA0003445760540000067
并且空隙率满足0.2<ε<0.6。空隙率影响热量动态扩散速度，发烟材料的导热系数主要影响热量传导速度。
在上述各实施例中，发烟段径向最大受热距离δ为0.0025～0.0028m。发烟段径向尺寸范围要求符合人唇部的生理尺寸，尺寸过大会导致唇部与烟嘴贴合不紧密，过小会导致加热元件插入困难，且尺寸过小也会导致可供的的气溶胶较少，限制抽吸口数。在上述范围内的径向最大受热距离能够实现热传递速度与传热距离的匹配，保证发烟段的外周边缘处的温度是适于释放气溶胶或发烟的范围内。并且，发烟段径向最大受热距离在上述范围内能够保证在预定的抽吸次数范围内仍有有效的气溶胶组分释放。具体地，参考图1和图2，图1和图2为发烟段的径向剖面示意图。图中发烟材料2填充于发烟段1内部，发烟段1外部包裹有卷烟纸4。加热元件3插入发烟段1中并位于发烟段的中心处，加热元件3在发烟段的中心轴向发热，热量从中心向外周传递。发烟段1的径向最大受热距离δ为加热元件3表面和加热元件3表面法线方向(例如图1和图2中的h方向)最远处发烟材料2之间的距离。法线方向与加热元件3相交的位置所在的平面垂直。图1和图2分别展示了加热针和加热片两种形状的加热元件3。
加热式气溶胶生成装置工作时的加热元件位于气溶胶生成制品内部，包括加热针、加热片等，其中心轴线与所述气溶胶生成制品的纵向轴线重合。加热元件为中心加热元件，发烟段适于被中心加热。
作为本发明的优选实施例，满足
Figure BDA0003445760540000071
且0.2<ε<0.6，δ为0.0025～0.0028m，λs为0.07～0.32W/m·K，能够得到最优的加热效率和气溶胶释放效果，并且受热均匀，气溶胶均匀适口。
本实施例还提出一种气溶胶生成系统，包括上述各实施例的气溶胶生成制品，以及适于对该气溶胶生成制品进行加热的电加热式气溶胶生成装置。本实施例的气溶胶生成系统具有加热效率高，气溶胶释放效果好的特点。
相应地，本实施例还提出一种气溶胶生成制品的检验方法。发明人经过研究发现，对于配合电加热式气溶胶生成装置一起使用的气溶胶生成制品来说，气溶胶生成制品的导热热阻对加热效率有重要影响。结合气溶胶生成制品特点研究发现，发烟段的热阻除了受到发烟段内部的发烟材料的导热性能有关系以外，发烟段内部的空隙导热性能以及空隙率，还有发烟段内的受热距离都有影响。发明人通过推算和实验尝试，得出一套能够用来评价加热效率的参数，通过该参数是否达标可以匹配评价加热效率的好坏，通过该参数可确定生产的气溶胶生成制品是否在发烟材料的利用率、气溶胶释放效果和消费者的整体抽吸体验上符合要求。另外，发明人还研究获得计算出该参数的公式以及该参数的合理范围，利用该参数的合理范围检验气溶胶生成制品是否合格的“金标准”，为评价和筛选气溶胶生成制品，提供了可以参考的依据。
具体地，在本实施例的气溶胶生成制品的检验方法中，气溶胶生成制品用于和电加热式气溶胶生成装置一起使用，气溶胶生成制品包括发烟段，其内部含有发烟材料，电加热式气溶胶生成装置包括加热元件，加热元件能够插入所述发烟段，检验步骤包括：获得发烟段空隙率，记为ε，发烟段空隙率为发烟段空隙体积与发烟段总体积的比值；获得发烟段空隙的导热系数λa，单位为W/m·K；获得所述发烟段中发烟材料的导热系数λs，单位为W/m·K；通过公式计算获得发烟段有效导热系数，记为λe，单位为W/m·K，其中公式为λe＝ελa+(1-ε)λs；获得加热元件表面与该表面法线方向最远处所述发烟材料之间的距离，记为发烟段径向最大受热距离δ，单位为m；将发烟段径向最大受热距离δ除以发烟段有效导热系数λe，获得最大导热面积热阻，单位为m2·K/W。
定义最大导热面积热阻为
Figure BDA0003445760540000072
判断最大导热面积热阻
Figure BDA0003445760540000073
是否满足：
Figure BDA0003445760540000074
若满足，则判断包含该发烟段的气溶胶生成制品合格，否则为不合格。
上述获得发烟段空隙的导热系数λa包括测试标准大气压、室温状态下所述发烟材料之间空气间隙的导热系数，记为所述发烟段空隙的导热系数λa，；获得所述发烟段中发烟材料的导热系数λs包括采用热常数分析仪测试标准大气压、室温状态下发烟材料的导热系数，记为所述发烟段中发烟材料的导热系数λs。
进一步地，上述检验方法还可以进一步限定最大导热面积热阻满足
Figure BDA0003445760540000081
更进一步地，在发烟段空隙的导热系数λa为0.026W/m·K的情况下，满足
Figure BDA0003445760540000082
Figure BDA0003445760540000083
另外，还可以限定0.2<ε<0.6，δ为0.0025m～0.0028m，λs为0.07～0.32W/m·K，进一步增加对于气溶胶生成制品的参数要求，从而优化气溶胶生成制品的加热效率和气溶胶释放效果。
本实施例还提出一种利用上述检验气溶胶生成制品是否合格的方法来制备气溶胶生成制品的方法，包括以下步骤：
制备满足条件的发烟段：制备能够通过电加热产生气溶胶的发烟材料，将发烟材料装配于发烟段内，电加热式气溶胶生成装置包括加热元件，加热元件能够插入发烟段，检测发烟段的最大导热面积热阻
Figure BDA0003445760540000084
对发烟段进行调整，使得发烟段的最大导热面积热阻
Figure BDA0003445760540000085
满足：
Figure BDA0003445760540000086
Figure BDA0003445760540000087
的单位为m2·K/W，其中，
δ：发烟段径向最大受热距离，单位为m，表示为加热元件表面与该表面法线方向最远处所述发烟材料之间的距离；
λe：发烟段有效导热系数，单位为W/m·K，并满足：λe＝ελa+(1-ε)λs，其中，
ε：发烟段空隙率，为发烟段空隙体积与发烟段总体积的比值；
λa：发烟段空隙的导热系数，单位为W/m·K；
λs：发烟段中发烟材料的导热系数，单位为W/m·K；
采用热常数分析仪测试标准大气压、室温状态下发烟材料的导热系数，记为发烟段中发烟材料的导热系数λs，测试标准大气压、室温状态下所述发烟材料之间空气间隙的导热系数，记为所述发烟段空隙的导热系数λa；最后，将满足条件的所述发烟段制备成气溶胶生成制品。
当制备的发烟段采用上述气溶胶生成制品的检验方法进行检验后，未达到要求的范围，则可以判断该发烟段的加热效率和气溶胶释放效果较差，需要再次对制备工艺或者发烟段自身性能参数进行调整，例如空隙率，或者发烟段的径向尺寸、发烟材料的导热系数(导热系数可通过调整发烟材料的材质、密度等因素来改进)等，使其符合最大导热面积热阻的要求范围。经过调整后，判定为合格的发烟段会最终完成气溶胶生成制品的制备。经实验发现，当获得气溶胶生成制品的最大导热面积热阻
Figure BDA0003445760540000091
在符合要求的范围内时，该气溶胶生成制品经过加热时发现其径向温差较小，发烟材料的利用率、气溶胶释放效果和抽吸体验较佳。而最大导热面积热阻
Figure BDA0003445760540000092
不在要求的范围内的气溶胶生成制品在加热时易出现内部靠近热源处发烟材料已经被高温碳化而径向外部温度仍较低的问题，或者在发烟材料利用率或气溶胶释放效果上较差。
进一步地，发烟段空隙的导热系数λa为0.026W/m·K，制备所述发烟段，使其满足：
Figure BDA0003445760540000093
更进一步地，制备所述发烟段，使其满足：
Figure BDA0003445760540000094
Figure BDA0003445760540000095
对于发烟段空隙率ε，可通过以下方式获得：在标准大气压、室温状态下获得的整块发烟材料的质量，记为ms；在标准大气压、室温状态下获得该整块发烟材料的体积，记为Vs；在标准大气压、室温状态下获得发烟段的质量，记为m；在标准大气压、室温状态下获得发烟段的体积，记为V；发烟段空隙率ε满足：
Figure BDA0003445760540000096
进一步地，将所述发烟段的空隙率ε调整为0.2<ε<0.6。将所述发烟段径向最大受热距离δ调整为0.002～0.003m，优选为0.0025～0.0028m。
上述各实施例中的制备方法获得的气溶胶生成制品特别适用于采用中心加热的方式，所适用的气溶胶生成装置具有中心加热元件的装置。中心加热元件从气溶胶生成制品的中心插入，中心加热元件位于发烟段内部中心并沿发烟段的轴向延伸。中心加热元件例如可以为加热针、加热片或者加热杆等。
下面将以采用上述实施例的制备方法来制备气溶胶生成制品，其中作为发烟材料的再造烟叶薄片可采用现有的造纸法或辊压法制备获得，并对气溶胶生成制品进行加热检测。具体如下：
实施例：
发烟材料1：造纸法工艺制备的再造烟叶薄片：将烟草材料通过萃取获得萃取液，对萃取液进行浓缩，与气溶胶形成剂进行混合；烟草材料萃取后的渣与浆板纤维共同抄造，形成纸基；将含有气溶胶生成剂的浓缩液，涂布到纸基上，烘干后得再造烟叶成品。成品材料中气溶胶生成剂质量占比约为20％，水占比约为7％，经采用热常数分析仪Hot Disk TPS2500S测量其在标准大气压、室温状态下的导热系数为0.07W/m·K。
发烟材料2：辊压法工艺制备的再造烟叶薄片：将烟叶粉碎至300目左右的颗粒后与气溶胶生成剂、胶粘剂及水进行混合搅拌，辊压至厚度0.1～0.2mm的片状，然后在100℃左右温度下烘干。成品材料中气溶胶生成剂的质量占比约为20％，水的质量占比约为5％，经采用热常数分析仪Hot Disk TPS 2500S测量其在标准大气压、室温状态下的导热系数为0.32W/m·K。
发烟材料3：发烟材料1和发烟材料2分别按照质量占比13％和87％均匀掺配，经采用热常数分析仪Hot Disk TPS 2500S测量其在标准大气压、室温状态下的当量导热系数为0.29W/m·K。
发烟材料4：发烟材料1和发烟材料2分别按照质量占比30％和70％均匀掺配，经采用热常数分析仪Hot Disk TPS 2500S测量其在标准大气压、室温状态下的当量导热系数为0.25W/m·K。
将发烟材料1～4按照如沿加热元件表面法线方向距离加热元件表面最远处的发烟材料的温度。所示的空隙率称取对应重量后均匀卷包至对应的包装材料内形成气溶胶生成制品。将长为12.5mm、半径为0.001m的针形加热元件分别插入不符合及符合本发明的气溶胶生成制品的发烟段，保持加热元件轴线与发烟段轴线重合，对应各制品的径向最大受热距离为0.0025m或0.0028m。在输入相同加热条件下将各制品发烟段加热15s，加热体的温度变化规律为前7s内由室温线性升高至约410℃，后8s内保持约410℃。采用J型热电偶测量发烟段轴向中间径向最大受热处发烟材料温度，发现符合本发明的制品径向最大受热处发烟材料温度明显较高，对应的径向最大受热处发烟材料与热源温度差明显较小，说明热量能更有效地传递至气溶胶生成制品径向外层的发烟材料。进一步地，符合本发明发烟段最大导热面积热阻和空隙率参数值的气溶胶生成制品能实现热量传递最优化。
径向最大受热处温度表示沿加热元件表面法线方向距离加热元件表面最远处的发烟材料的温度。
以下示例中，制品1和制品2的径向最大受热处温度较低，热传递效果和加热效率较差。具体地，材料的导热系数，或者导热热阻影响稳态的导热能力，空隙率影响热量扩散能力。制品3-6的最大导热面积热阻以及空隙率均满足要求，保证了导热能力和热量扩散能力，因而径向最大受热处温度较高，热传递效果较好。
表1气溶胶生成制品参数及性能
Figure BDA0003445760540000111
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (22)

1.一种和电加热式气溶胶生成装置一起使用的气溶胶生成制品，其特征在于，包括发烟段，其内部含有发烟材料，所述电加热式气溶胶生成装置包括加热元件，所述加热元件能够插入所述发烟段，所述发烟段的最大导热面积热阻
Figure FDA0003445760530000011
满足：
Figure FDA0003445760530000012
Figure FDA0003445760530000013
的单位为m2·K/W，其中，
δ：发烟段径向最大受热距离，单位为m，表示为加热元件表面与该表面法线方向最远处所述发烟材料之间的距离；
λe：发烟段有效导热系数，单位为W/m·K，并满足：λe＝ελa+(1-ε)λs，其中，
ε：发烟段空隙率，为发烟段空隙体积与发烟段总体积的比值；
λa：发烟段空隙的导热系数，单位为W/m·K；
λs：发烟段中发烟材料的导热系数，单位为W/m·K。
2.如权利要求1所述的气溶胶生成制品，其特征在于，发烟段中发烟材料的导热系数λs为采用热常数分析仪测试标准大气压、室温状态下发烟材料的导热系数，发烟段空隙的导热系数λa为标准大气压、室温状态下所述发烟材料之间空气间隙的导热系数。
3.如权利要求1所述的气溶胶生成制品，其特征在于，发烟段空隙的导热系数λa为0.026W/m·K，所述发烟段满足：
Figure FDA0003445760530000014
4.如权利要求3所述的气溶胶生成制品，其特征在于，所述发烟段满足
Figure FDA0003445760530000015
Figure FDA0003445760530000016
5.如权利要求1所述的气溶胶生成制品，其特征在于，所述发烟段空隙率ε满足：
Figure FDA0003445760530000017
其中，ms为在标准大气压、室温状态下获得的整块发烟材料的质量；Vs为该整块发烟材料在标准大气压、室温状态下的体积；m为发烟段在标准大气压、室温状态下的质量，V为发烟段在标准大气压、室温状态下的体积。
6.如权利要求1-5任一项所述的气溶胶生成制品，其特征在于，所述发烟段空隙率ε满足0.2<ε<0.6。
7.如权利要求1-5任一项所述的气溶胶生成制品，其特征在于，所述发烟段径向最大受热距离δ为0.0025～0.0028m。
8.如权利要求1-5任一项所述的气溶胶生成制品，其特征在于，发烟段中发烟材料的导热系数λs为0.07～0.32W/m·K。
9.如权利要求1-5任一项所述的气溶胶生成制品，其特征在于，所述加热元件为中心加热元件，所述发烟段适于被中心加热。
10.一种气溶胶生成系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的气溶胶生成制品，以及适于对该气溶胶生成制品进行加热的电加热式气溶胶生成装置。
11.一种和电加热式气溶胶生成装置一起使用的气溶胶生成制品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备满足条件的发烟段：制备能够通过电加热产生气溶胶的发烟材料，将所述发烟材料装配于所述发烟段内，所述电加热式气溶胶生成装置包括加热元件，所述加热元件能够插入所述发烟段，检测所述发烟段的最大导热面积热阻
Figure FDA0003445760530000021
对所述发烟段进行调整，使得所述发烟段的最大导热面积热阻
Figure FDA0003445760530000022
满足：
Figure FDA0003445760530000023
Figure FDA0003445760530000024
的单位为m2·K/W，其中，
δ：发烟段径向最大受热距离，单位为m，表示为加热元件表面与该表面法线方向最远处所述发烟材料之间的距离；
λe：发烟段有效导热系数，单位为W/m·K，并满足：λe＝ελa+(1-ε)λs，其中，
ε：发烟段空隙率，为发烟段空隙体积与发烟段总体积的比值；
λa：发烟段空隙的导热系数，单位为W/m·K；
λs：发烟段中发烟材料的导热系数，单位为W/m·K；
将满足条件的所述发烟段制备成所述气溶胶生成制品。
12.如权利要求11所述的气溶胶生成制品的制备方法，其特征在于，采用热常数分析仪测试标准大气压、室温状态下发烟材料的导热系数，记为所述发烟段中发烟材料的导热系数λs，测试标准大气压、室温状态下所述发烟材料之间空气间隙的导热系数，记为所述发烟段空隙的导热系数λa。
13.如权利要求11所述的气溶胶生成制品的制备方法，其特征在于，发烟段空隙的导热系数λa为0.026W/m·K，制备所述发烟段，使其满足：
Figure FDA0003445760530000025
14.如权利要求13所述的气溶胶生成制品的制备方法，其特征在于，制备所述发烟段，使其满足：
Figure FDA0003445760530000026
15.如权利要求11所述的气溶胶生成制品的制备方法，其特征在于，在标准大气压、室温状态下获得的整块发烟材料的质量，记为ms；在标准大气压、室温状态下获得该整块发烟材料的体积，记为Vs；在标准大气压、室温状态下获得发烟段的质量，记为m；在标准大气压、室温状态下获得发烟段的体积，记为V；所述发烟段空隙率ε通过以下方式获得：
Figure FDA0003445760530000031
16.如权利要求11-15任一项所述的气溶胶生成制品的制备方法，其特征在于，将所述发烟段的空隙率ε调整为0.2<ε<0.6。
17.如权利要求11-15任一项所述的气溶胶生成制品的制备方法，其特征在于，将所述发烟段径向最大受热距离δ调整为0.0025～0.0028m。
18.如权利要求11-15任一项所述的气溶胶生成制品的制备方法，其特征在于，将发烟段中发烟材料的导热系数λs调整为0.07～0.32W/m·K。
19.如权利要求11-15任一项所述的气溶胶生成制品的制备方法，其特征在于，所述加热元件为中心加热元件，将所述发烟段制备成适于被中心加热。
20.一种气溶胶生成制品的检验方法，其特征在于，所述气溶胶生成制品用于和电加热式气溶胶生成装置一起使用，所述气溶胶生成制品包括发烟段，其内部含有发烟材料，所述电加热式气溶胶生成装置包括加热元件，所述加热元件能够插入所述发烟段，检验步骤包括：
获得发烟段空隙率，记为ε，所述发烟段空隙率为发烟段空隙体积与发烟段总体积的比值；获得所述发烟段空隙的导热系数λa，单位为W/m·K；获得所述发烟段中发烟材料的导热系数λs，单位为W/m·K；通过公式计算获得发烟段有效导热系数，记为λe，单位为W/m·K，其中公式为λe＝ελa+(1-ε)λs；
获得加热元件表面与该表面法线方向最远处所述发烟材料之间的距离，记为发烟段径向最大受热距离δ，单位为m；将发烟段径向最大受热距离δ除以发烟段有效导热系数λe，获得最大导热面积热阻，单位为m2·K/W；
检验最大导热面积热阻
Figure FDA0003445760530000032
是否满足：
Figure FDA0003445760530000033
21.如权利要求20所述的检验方法，其特征在于，获得发烟段空隙的导热系数λa包括测试标准大气压、室温状态下所述发烟材料之间空气间隙的导热系数，记为所述发烟段空隙的导热系数λa，；获得所述发烟段中发烟材料的导热系数λs包括采用热常数分析仪测试标准大气压、室温状态下发烟材料的导热系数，记为所述发烟段中发烟材料的导热系数λs。
22.如权利要求20或21所述的检验方法，其特征在于，若最大导热面积热阻
Figure FDA0003445760530000034
满足：
Figure FDA0003445760530000035
则判断包含该发烟段的气溶胶生成制品或者该发烟段合格，否则为不合格。
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