氣溶膠產生系統的加熱組件的制作方法

氣溶膠產生系統的加熱組件的制作方法
【專利摘要】一種加熱氣溶膠形成基材的加熱組件，該加熱組件包括：加熱器，其包括電阻加熱元件和加熱器基底；以及連接到所述加熱器的加熱器安裝座；其中所述加熱元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分配置成當電流通過所述加熱元件時，由于所述電流，所述第一部分被加熱到比所述第二部分更高的溫度；其中所述加熱器安裝座圍繞所述加熱元件的所述第二部分。
【專利說明】氣溶膠產生系統的加熱組件

【技術領域】
[0001]本說明書涉及一種適合于用在氣溶膠產生系統中的加熱組件。特別地，本發明涉及一種適合于插入發煙物品的氣溶膠形成基材中的加熱組件以便于從內部來加熱所述氣溶膠形成基材。

【背景技術】
[0002]對能夠釋放用于用戶抽吸的氣溶膠的手持式氣溶膠產生裝置的需求正在增加。一個特別的需求領域是加熱發煙裝置，其中氣溶膠形成基材被加熱以釋放揮發性芳香化合物，而不是燃燒所述氣溶膠形成基材。釋放出的揮發性化合物被在氣溶膠內輸送給用戶。
[0003]通過加熱氣溶膠形成基材來操作的任何氣溶膠產生裝置必須包括加熱組件。已經提出了適合于不同種類的氣溶膠形成基材的許多不同種類的加熱組件。
[0004]為加熱發煙裝置提出的一種加熱組件通過將加熱器插入到固體氣溶膠形成基材(比如煙草棒)中來操作。這種配置能夠將所述基材直接并有效地加熱。但是這種加熱組件存在許多技術挑戰，包括滿足小尺寸、耐用性、低制造成本、足夠的操作溫度和產生的熱量的有效局部化的需求。
[0005]期望提供一種用于氣溶膠產生裝置的耐用的、廉價的加熱組件，其提供用于加熱氣溶膠形成基材的局部化熱源。


【發明內容】

[0006]在本發明的第一方面中，提供了一種用于加熱氣溶膠形成基材的加熱組件，該加熱組件包括:
[0007]加熱器，其包括電阻加熱元件和加熱器基底，以及
[0008]連接到所述加熱器的加熱器安裝座；
[0009]其中所述加熱元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分配置成當電流通過所述加熱元件時，所述第一部分被加熱到比所述第二部分更高的溫度，其中所述加熱元件的第一部分位于所述加熱器基底的加熱區域上，所述加熱元件的第二部分位于所述加熱器基底的保持區域上；其中所述加熱器安裝座固定到所述加熱器基底的所述保持區域。
[0010]正如這里使用的，術語“氣溶膠形成基材”涉及能夠釋放可以形成氣溶膠的揮發性化合物的基材。這些揮發性化合物可以通過加熱所述氣溶膠形成基材來釋放。氣溶膠形成基材可以方便地是氣溶膠產生物品或發煙物品的一部分。
[0011]正如這里使用的，術語“氣溶膠產生物品”和“發煙物品”指的是包括能夠釋放可以形成氣溶膠的揮發性化合物的氣溶膠形成基材的物品。例如，氣溶膠產生物品可以是一種發煙物品，該發煙物品產生可以通過用戶的口直接吸入到用戶肺部中的氣溶膠。氣溶膠產生物品可以是一次性的。包括含有煙草的氣溶膠形成基材的發煙物品稱作煙草棒。
[0012]由于通過所述加熱元件的電流所述第一部分被加熱到比所述第二部分更高的溫度。在一個實施方式中，所述加熱元件的所述第一部分在使用中配置成達到大約300°C到大約550°C的溫度。優選地，所述加熱元件配置成達到大約320°C到大約350°C的溫度。
[0013]所述加熱器安裝座對所述加熱器提供結構支撐并且使其能夠可靠地固定在氣溶膠產生裝置內。所述加熱器安裝座可以包括聚合物材料并且有利地由可模制的聚合物材料形成，比如聚醚醚酮(PEEK)。可模制聚合物的使用使所述加熱器安裝座能夠模制在所述加熱器周圍，從而牢固地保持所述加熱器。還可以以廉價的方式將加熱器安裝座制作成具有期望的外部形狀和尺寸。所述加熱器基底可以具有增強所述加熱器安裝座與所述加熱器的固定的機械特征，比如凸緣或凹口。當然所述加熱器安裝座可以使用其他材料，比如陶瓷材料。有利地，所述加熱器安裝座可以由可模制的陶瓷材料形成。
[0014]使用聚合物保持所述加熱器意味著加熱器安裝座附近的加熱器的溫度必須控制到低于使該聚合物熔化、燃燒或以其它方式分解的溫度。同時，所述加熱器的在所述氣溶膠形成基材內的部分的溫度必須足以產生具有所需特性的氣溶膠。因此，期望在使用過程中，確保所述加熱元件的第二部分至少在與所述加熱器安裝座接觸的那些點處保持在最大允許溫度以下。
[0015]在電阻加熱器中，由加熱器產生的熱量取決于加熱元件的電阻。對于給定的電流，加熱元件的電阻越高，產生的熱量越多。大多數的熱量由所述加熱元件的第一部分產生是期望的。因此，所述加熱元件的第一部分每單元長度具有比所述加熱元件的第二部分更大的電阻是期望的。
[0016]有利地，所述加熱元件包括由不同材料形成的部分。所述加熱元件的第一部分可以由第一材料形成，所述加熱元件的第二部分可以由第二材料形成，其中所述第一材料具有比所述第二材料更大的電阻率系數。例如，所述第一材料可以是N1-Cr(鎳-鉻)合金、鉑、鎢或合金線，所述第二材料可以是金或銀或銅。所述加熱元件的第一和第二部分的尺寸也可以不同，以在所述第二部分中提供較低的每單元長度電阻。
[0017]所述加熱元件的第一和第二部分的材料可以根據它們的熱特性以及它們的電特性選擇。有利地，所述加熱元件的第二部分具有低的熱傳導率，以便于減小熱量從所述加熱區域到所述加熱器安裝座的傳導。因此，所述加熱元件的第二部分的材料選擇可以是至少在所述加熱元件的第一部分與所述加熱器安裝座之間的區域中的高的導電率與低的熱傳導率之間的平衡。實際上，已經發現金是所述加熱元件的第二部分的材料的良好選擇。替代性地，第二部分材料可以包括銀。
[0018]有利地，所述加熱元件的第二部分包括兩個區段，這兩各區段中的每個單獨地連接到所述加熱元件的第一部分以從所述第二部分的一個區段到所述第一部分然后到所述第二部分的另一區段的電流路徑。所述加熱器安裝座可以圍繞所述第二部分的兩個區段。當然，所述第二部分可以包括兩個以上的部分，每個部分電連接到所述第一部分。
[0019]所述加熱元件可以包括配置成電連接到電源的第三部分，其中所述第三部分位于所述加熱器安裝座的與所述加熱元件的第一部分相對的側面上。所述第三部分可以由不同于所述第一和第二部分的材料形成，并且可以選擇成提供低的電阻和良好的連接特性，例如，可容易焊接。實際上，已經發現銀是所述第三部分的良好選擇。替代性地，金可以用作所述第三部分的材料。所述第三部分可以包括多個區段，每個區段連接到所述加熱元件的第二部分的一個區段。
[0020]在所述加熱元件的不同部分之間可以存在重疊以確保良好的電連接。例如，所述第一部分和第三部分可以部分地疊在所述第二部分上面或下面。此外，所述加熱元件可以包括三個以上不同的部分。
[0021]所述加熱器基底有利地由電絕緣材料形成并且可以是陶瓷材料，比如氧化鋯或氧化鋁。所述加熱器基底可以在寬范圍的溫度上為所述加熱元件提供機械穩定支撐并且可以提供適合于插入氣溶膠形成基材中的剛性結構。所述加熱器基底可以包括平面和錐形端，所述加熱元件位于所述平面上，所述錐形端配置成允許插入到氣溶膠形成基材中。所述加熱器基底有利地具有小于或等于每米開2瓦特的熱傳導率。
[0022]在一個實施方式中，所述加熱元件的第一部分由在溫度與電阻之間具有限定關系的材料形成。這使得所述加熱器既能夠用于加熱所述氣溶膠形成基材又能夠用于在使用過程中監視溫度。有利地，所述第一部分比所述第二部分具有更大的電阻溫度系數。這確保所述加熱元件的電阻值主要反映所述加熱元件的第一部分的溫度。已經發現鉑是所述加熱元件的第一部分的良好選擇。
[0023]有利地，所述加熱兀件的第一部分與所述加熱器安裝座間隔開。在所述加熱兀件的第一部分與所述加熱器安裝座之間的加熱器的部分有利地在所述加熱元件的第一部分處的較高溫度與所述加熱器安裝座處的較低溫度之間具有熱梯度。所述加熱元件的第一部分與所述加熱器安裝座之間的距離選擇成確保獲得足夠的溫降。但是，所述距離不比必要的更大也是有利的，以便于減小加熱組件的尺寸并確保加熱組件盡可能的耐用。加熱器超出加熱器安裝座的長度越大，則掉落或在重復插入和從固體氣溶膠形成基材抽出過程中就越容易折斷或彎曲。
[0024]有利地，在正常操作條件下，當所述加熱元件的第一部分在與所述加熱器安裝座接觸的點處在大約300到大約550攝氏度的溫度下，那所述第二部分在小于200攝氏度的溫度下。本文中“正常操作條件”意思是在標準周圍溫度和壓力下，即298.15K(25°C，77° F)和100kPa(14.504psi，0.986atm)的絕對壓力。正常操作條件包括所述加熱組件在定位在氣溶膠產生裝置殼體內或氣溶膠產生裝置殼體外時的操作。
[0025]有利地，所述加熱組件配置成如果所述第一部分的最大溫度是T1，周圍溫度是Ttl,與所述加熱器安裝座接觸的加熱元件的第二部分的溫度是T2，那么:
[0026](T1-T0)/(T2-T0) >2
[0027]所述加熱組件可以包括覆蓋所述加熱元件的一層或多層材料。有利地例如由玻璃形成的保護層可以設置在加熱元件上方以防止加熱元件的氧化或其他腐蝕。所述保護層可以完全覆蓋所述加熱器基底。所述保護層或者其他層還可以在加熱器上方提供改進的熱分布并且可以使所述加熱器更容易清潔。下方的材料層，比如玻璃，也可以設置在加熱元件與加熱器基底之間以便于改進加熱器上的熱分布。下方的材料層還可以用于改進形成所述加熱元件的工藝。
[0028]所述加熱器的尺寸可以選擇成適合于所述加熱組件的施加，應該清楚的是加熱器的寬度、長度和厚度可以彼此獨立地選擇。在一個實施方式中，所述加熱器基本上是刀片形狀并且具有用于插入到氣溶膠形成基材中的錐形端。所述加熱器可以具有大約1mm到大約30mm的長度，有利地大約15到大約25mm。上面定位有所述加熱元件的所述加熱器的所述表面可以具有大約2_到大約10_的寬度，有利地大約3_到大約6_。所述加熱器可以具有大約0.2mm到大約0.5mm的厚度，優選地0.3到0.4mm。與其中定位所述加熱元件的所述第一部分的所述加熱器的部分對應的所述加熱器的有效加熱區域可以具有5_到20mm的長度，有利地8mm到15mm。所述加熱器安裝座可以接觸所述加熱器2mm到5mm的長度，有利地大約3_的長度。所述加熱器安裝座與所述加熱元件的所述第一部分之間的距離可以至少2_，有利地至少2.5_。在一個優選實施方式中，所述加熱器安裝座與所述加熱元件的所述第一部分之間的距離是3_。
[0029]在本發明的第二方面中，提供了一種氣溶膠產生裝置，包括:殼體、根據本發明的第一方面的加熱組件、連接到所述加熱元件的電源和配置成控制從所述電源向所述加熱元件的電力供應的控制元件，其中所述加熱器安裝座連接到所述殼體；
[0030]其中所述殼體限定了圍繞所述加熱元件的所述第一部分的腔體，所述腔體配置成容納含有氣溶膠形成基材的氣溶膠形成物品。
[0031]正如這里使用的，“氣溶膠產生裝置”涉及與氣溶膠形成基材相互作用來產生氣溶膠的裝置。所述氣溶膠形成基材可以是氣溶膠產生物品的一部分，例如發煙物品的一部分。氣溶膠產生裝置可以是與氣溶膠產生物品的氣溶膠形成基材相互作用來產生可以通過用戶的口直接吸入到用戶肺部中的氣溶膠的發煙裝置。氣溶膠產生裝置可以是保持器。
[0032]所述加熱器安裝座可以形成封閉所述腔體的一端的表面。
[0033]所述裝置優選地是可以舒服地保持在單只手的手指之間的便攜式或手持式裝置。所述裝置在形狀上可以基本上是圓柱形的并且具有70到120mm的長度。所述裝置的最大直徑優選地在10到20mm之間。在一個實施方式中，所述裝置具有多邊形橫截面并且具有形成在一面上的凸起按鈕。在該實施方式中，所述裝置的從一個平面到相對的平面量取的直徑在12.7到13.65mm之間；從一條邊到相對邊(即從所述裝置的一側上的兩個面的交線到另一側上的相應的交線)量取的直徑在13.4到14.2mm之間，從按鈕的頂部到相對的底平面獲取的直徑在14.2到15mm之間。
[0034]所述裝置可以是電加熱發煙裝置。
[0035]所述裝置可以包括除了根據第一方面的加熱組件之外的其他加熱器。例如，所述裝置可以包括定位在所述腔體外周的外部加熱器。外部加熱器可以采取任何合適的形式。例如，外部加熱器可以采取在諸如聚酰亞胺之類的絕緣基底上的一片或多片柔性加熱箔的形式。所述柔性加熱箔的形狀可以與所述腔體的外周一致。替代性地，外部加熱器可以采取金屬柵格、柔性印刷電路板、模制互連裝置(MID)、陶瓷加熱器、柔性碳纖維加熱器的形式或者可以在合適形狀的基底上使用涂覆技術形成，比如等離子氣相沉積法。外部加熱器還可以使用在溫度與電阻之間具有限定關系的金屬形成。在該示例性裝置中，所述金屬可以在兩層合適的絕緣材料之間形成軌道。以這種方式形成的外部加熱器可以在操作期間用于加熱外部加熱器和監視外部加熱器的溫度。
[0036]所述電源可以是任何合適的電源，例如諸如電池之類的DC電壓源。在一個實施方式中，所述電源是鋰離子電池。替代性地，所述電源可以是鎳-金屬氫電池、鎳鎘電池或者鋰基電池，例如鋰-鈷、鋰-鐵-磷酸鹽、鋰鈦酸鹽或鋰-聚合物電池。
[0037]所述控制元件可以是簡單的開關。替代性地，所述控制元件可以是電氣控制電路并且可以包括一個或多個微處理器或微控制器。
[0038]在本發明的第三方面中，提供了一種氣溶膠產生系統，其包括根據本發明的第二方面的氣溶膠產生裝置和配置成容納在所述氣溶膠產生裝置的腔體中的一個或多個氣溶膠形成物品。
[0039]所述氣溶膠形成物品可以是發煙物品。在操作期間，包含所述氣溶膠形成基材的發煙物品可以部分地包含在所述氣溶膠產生裝置內。
[0040]所述發煙物品在形狀上可以基本上是圓柱形的。所述發煙物品可以基本上是細長的。所述發煙物品可以具有長度和基本垂直于所述長度的圓周面。所述氣溶膠形成基材在形狀上可以基本上是圓柱形。所述氣溶膠形成基材可以基本上是細長的。所述氣溶膠形成基材也可以具有長度和基本垂直于所述長度的圓周面。
[0041]所述發煙物品可以具有大約30mm到大約10mm的總長度。所述發煙物品可以具有大約5mm到大約12mm的外徑。所述發煙物品可以包括過濾件栓棒。所述過濾件栓棒可以位于所述發煙物品的下游端處。所述過濾件栓棒可以是醋酸纖維素過濾件栓棒。在一個實施方式中，所述過濾件栓棒的長度大約7_，但是可以具有大約5mm到大約10_的長度。
[0042]在一個實施方式中，所述發煙物品具有大約45mm的總長度。所述發煙物品可以具有大約7.2_的外徑。此外，所述氣溶膠形成基材可以具有大約1mm的長度。替代性地，所述氣溶膠形成基材可以具有大約12_的長度。此外，所述氣溶膠形成基材的直徑可以大約5mm到大約12mm。所述發煙物品可以包括外包裝紙。此外，所述發煙物品可以包括在所述氣溶膠形成基材與所述過濾件栓棒之間的間距。所述間距可以大約18mm，但是可以在大約5mm到大約25mm的范圍內。
[0043]所述氣溶膠形成基材可以是固體氣溶膠形成基材。替代性地，所述氣溶膠形成基材可以包括固體和液體成分。所述氣溶膠形成基材可以包括含有煙草的材料，該含有煙草的材料包含在加熱后從所述基材釋放出的揮發性煙草方向化合物。替代性地，所述氣溶膠形成基材可以包括非煙草材料。所述氣溶膠形成基材還可以包括便于形成濃密和穩定氣溶膠的氣溶膠形成物。
[0044]如果所述氣溶膠形成基材是固體氣溶膠形成基材，那所述固體氣溶膠形成基材可以包括例如如下的一種或多種:包含如下的一種或多種的粉末、顆粒、小球、碎片、小管、細條或片:香草葉、煙草葉、煙草梗碎片、再造煙葉、均質煙葉、擠壓煙草、鑄葉煙草和膨脹煙絲。所述固體氣溶膠形成基材可以是松散的形式，或者可以設置在合適的容器或桶中。可選地，所述固體氣溶膠形成基材可以包含額外的煙草或非煙草揮發性芳香化合物，以在加熱所述基材后釋放。所述固體氣溶膠形成基材還可以包含膠囊，所述膠囊例如包括額外的煙草或非煙草揮發性芳香化合物并且在加熱所述固體氣溶膠形成基材過程中這些膠囊可以熔化。
[0045]正如這里使用，均質煙葉指的是通過將顆粒煙葉聚成團而形成的材料。均質煙葉可以是片的形式。均質煙草材料可以具有以干重計大于5%的氣溶膠形成物含量。均質煙草材料可以替代性地具有以按干重計5%到30%的氣溶膠形成物含量。均質煙草材料的片可以通過將顆粒煙葉聚成團而形成的，所述顆粒煙葉是通過將煙葉葉片和煙梗中的一者或二者研磨或結合而獲得的。替代性地，或者此外，均質煙草材料的片可以包括在例如煙葉處理、操縱和運輸過程中形成的煙草粉塵、煙草細粒和其他顆粒煙葉副產品中的一種或多種。均質煙草材料的片可以包括一種或多種固有粘結劑，即煙草內生粘結劑，一種或多種外來粘結劑，即煙草外生粘結劑，或者它們的結合，以有助于將顆粒煙葉聚成團；替代性地，或者此外，均質煙草材料的片可以包括其他添加劑，包括但不局限于煙草和非煙草纖維、氣溶膠形成物、潤濕劑、增韌劑、芳香劑、填充劑、水溶劑和非水性溶劑以及它們的結合。
[0046]可選地，所述固體氣溶膠形成基材可以設置在熱穩定載體上或嵌入在熱穩定載體中。所述載體可以采用粉末、顆粒、小球、碎片、小管、細條或片的形式。替代性地，所述載體可以是管狀載體，其具有沉積在其內表面上或其外表面上或者其內外表面上的固體基材薄層。這種管狀載體可以由例如紙、紙狀材料、無紡碳纖維墊、低質量網狀金屬篩或者多孔金屬箔或任何其他熱穩定聚合物基體。
[0047]在一個特別優選實施方式中，所述氣溶膠形成基材包括均質煙草材料的聚攏的褶皺化的片。正如這里使用的，術語“褶皺化的片”表示具有多個基本平行的脊或褶皺的片。優選地，當將氣溶膠產生物品組裝好時，這些基本平行的脊或褶皺沿著或平行于氣溶膠產生物品的縱軸延伸。這有利地方便了均質煙草材料的褶皺化片的聚攏以形成所述氣溶膠形成基材。然而，將會意識到的是用于包含在氣溶膠產生物品中的均質煙草材料的褶皺化片可以替代性地或者另外具有多個基本平行的脊或褶皺，當氣溶膠產生物品組裝好時這些脊或褶皺關于所述氣溶膠產生物品的縱軸以銳角或鈍角設置。在某些實施方式中，所述氣溶膠形成基材可以包括均質煙草材料的聚攏片，所述聚攏片基本在其整個表面上具有基本均勻的紋理。例如，所述氣溶膠形成基材可以包括均質煙草材料的聚攏褶皺化片，其包括橫跨所述片寬度基本均勻間隔開的多個基本平行的脊或褶皺。
[0048]所述固體氣溶膠形成基材可以以例如片、泡沫、凝膠或軟膏的形式沉積在所述載體的表面上。所述固體氣溶膠形成基材可以沉積在所述載體的整個表面上，或者替代性地可以以一定樣式沉積以便于在使用過程中提供非均勻的香味傳送。
[0049]所述氣溶膠產生系統是氣溶膠產生裝置和與該裝置一起使用的一個或多個氣溶膠產生物品的組合。然而，氣溶膠產生系統可以包括額外的元件，比如對電操作或電氣溶膠產生裝置中的自帶電源進行再充電的充電單元。
[0050]在本發明的第四方面中，提供了一種制造加熱組件的方法，包括:
[0051]提供加熱器基底；
[0052]將一個或多個電阻加熱元件安置在所述基底上，每個加熱元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分配置成當電流通過所述加熱元件時，由于所述電流所述第一部分被加熱到比所述第二部分更高的溫度，其中所述加熱元件的所述第一部分安置在所述加熱器基底的加熱區域上，所述加熱元件的所述第二部分安置在所述加熱器基底的保持區域上；以及
[0053]將加熱器安裝座模制到所述加熱器基底的所述保持區域。
[0054]有利地，所述加熱器安裝座是通過注塑成型的。所述加熱器安裝座可以由可注塑聚合物形成，比如PEEK。
[0055]有利地，所述加熱器基底基本上是刀片形狀。所述加熱組件的元件可以與參照本發明的第一方面描述的一樣。
[0056]模制步驟可以包括將所述加熱器安裝座模制成其圍繞所述基底的所述保持區域。所述加熱器安裝座可以直接疊置在所述加熱元件的所述第二部分上。
[0057]在本發明的又一個方面中，提供了一種加熱氣溶膠形成基材的加熱器，該加熱器包括:
[0058]包括電阻加熱元件和加熱器基底的加熱器；
[0059]其中所述加熱元件包括由第一材料形成的第一部分和由與所述第一材料不同的第二材料形成的第二部分，所述第一部分和第二部分配置成當電流通過所述加熱元件時，由于所述電流所述第一部分被加熱到比所述第二部分更高的溫度。
[0060]在本發明的又一個方面中，提供了一種加熱氣溶膠形成基材的加熱組件，所述加熱組件包括:
[0061]包括電阻加熱元件的加熱器；以及
[0062]連接到所述加熱器的加熱器安裝座；
[0063]其中所述加熱元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分配置成當電流通過所述加熱元件時，由于所述電流所述第一部分被加熱到比所述第二部分更高的溫度；其中所述加熱器安裝座圍繞所述加熱元件的所述第二部分并且由模制聚合物材料形成。
[0064]盡管已經參照不同方面描述了本發明，但是應該清楚的是關于本發明的一個方面描述的特征可以應用到本發明的其他方面。特別地，根據本發明的一個方面的加熱器、組件、裝置系統或方法可以應用到本發明的其他方面。此外，盡管本發明參照的是發煙裝置，但是應該清楚的是醫療抽吸式裝置可以使用這里描述的特征、設備和功能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0065]現在將僅通過示例參照附圖詳細描述本發明的實施方式，其中:
[0066]圖1是氣溶膠產生裝置的示意圖；
[0067]圖2是圖1中示出的那種氣溶膠產生裝置的前端的示意性橫截面，其中所述加熱器插入到發煙物品中；
[0068]圖3是根據本發明的加熱器的示意圖；
[0069]圖4示出了圖3的加熱器，其中其上安裝有加熱器安裝座；
[0070]圖5是圖3的加熱器的橫截面；
[0071]圖6是沿著圖3中示出的那種加熱器的溫度曲線。

【具體實施方式】
[0072]在圖1中，以簡化的方式示出了電加熱氣溶膠產生系統100的一個實施方式的各個元件。特別地，電加熱氣溶膠產生系統100的這些元件在圖1中并不是按比例繪制的。為了簡化圖1，省略了與理解該實施方式不相關的元件。
[0073]所述電加熱氣溶膠產生系統100包括氣溶膠產生裝置，該氣溶膠產生裝置具有殼體10和氣溶膠形成物品12例如煙草棒。所述氣溶膠形成物品12包括氣溶膠形成基材，所述氣溶膠形成基材被推到所述殼體10內部以與加熱器14可傳熱地靠近。所述氣溶膠形成基材將在不同的溫度下釋放各種揮發性化合物。通過將所述電加熱氣溶膠產生系統100的最大操作溫度控制到低于選定值，通過防止選定揮發性化合物的釋放可以控制不理想化合物的釋放。
[0074]在所述殼體10內存在電源16，例如可充電鋰離子電池。控制器18連接到所述加熱器14、電源16和用戶界面20，例如按鈕或顯示器。所述控制器18控制供應到所述加熱器14的電力以便于調節其溫度。一般地將所述氣溶膠形成基材加熱到250與450攝氏度之間的溫度。
[0075]圖2是圖1中示出的那種氣溶膠產生裝置的前端的示意性橫截面，其中加熱器14插入到氣溶膠形成物品12中，在該實施方式中所述氣溶膠形成物品12是發煙物品。所述氣溶膠產生裝置被示出為與所述氣溶膠產生物品12接合，以用于由用戶消耗所述氣溶膠產生物品12。
[0076]氣溶膠產生裝置的殼體10限定了腔體，所述腔體近端(或嘴端)處敞開，以用于容納用于消耗的氣溶膠產生物品12。所述腔體的遠端由包括加熱器14和加熱器安裝座26的加熱組件24橫跨。所述加熱器14由所述加熱器安裝座26保持，使得所述加熱器的有效加熱區域位于所述腔體內。當所述氣溶膠產生物品12完全容納在所述腔體內時，所述加熱器14的有效加熱區域位于所述氣溶膠產生物品12的遠端內。
[0077]所述加熱器14呈以端點終止的刀片形狀。即，所述加熱器的長度尺寸大于其寬度尺寸，其寬度尺寸大于其厚度尺寸。所述加熱器的第一和第二面由所述加熱器的寬度和長度限定。
[0078]如圖2中所示的示例性氣溶膠形成物品可以描述如下。所述氣溶膠產生物品12包括四個元件:氣溶膠形成基材30、支撐元件(比如中空管40)、傳輸部50和煙嘴過濾件60。這四個元件按順序同軸對準布置并且由卷煙紙70組裝成桿。在組裝時，所述氣溶膠形成物品有45 _米長并且具有7暈米的直徑。
[0079]所述氣溶膠形成基材包括包裹在過濾紙(未示出)中的褶皺化鑄葉煙草束以形成栓棒。所述鑄葉煙草包括一種或多種氣溶膠形成物，比如丙三醇。
[0080]所述中空管40緊靠所述氣溶膠形成基材30定位并且由醋酸纖維素的管形成。所述管40限定了具有3毫米直徑的孔。所述中空管40的一個功能是朝向所述桿21的遠端23定位所述氣溶膠形成基材30，以便于其可以與所述加熱器接觸。所述中空管40用于在將加熱器插入到所述氣溶膠形成基材30中時防止將所述氣溶膠形成基材30沿著所述桿朝向煙嘴推動。
[0081]所述傳輸部50包括長度18毫米的薄壁管。所述傳輸部50能夠使從氣溶膠形成基材30釋放的揮發性物質沿著該物品朝向煙嘴過濾件60行進。所述揮發性物質可以在所述傳輸部內冷卻以形成氣溶膠。
[0082]所述煙嘴過濾件60是由醋酸纖維素形成的傳統的煙嘴過濾件，并且具有大約7.5暈米的長度。
[0083]上面提到的這四個元件通過緊緊地包裹在卷煙紙70內來組裝。該【具體實施方式】中的紙是具有標準特性或分類的標準卷煙紙。該【具體實施方式】中的紙是傳統的卷煙紙。紙與每個元件之間的界面定位這些元件并且限定所述氣溶膠形成物品12。
[0084]當將所述氣溶膠產生物品12推入到所述腔體中時，所述加熱器的錐形端點與所述氣溶膠形成基材30接合。通過向所述氣溶膠形成物品施加力，所述加熱器穿入所述氣溶膠形成基材30中。當所述氣溶膠形成物品12與所述氣溶膠產生裝置合適地接合時，所述加熱器14插入到所述氣溶膠形成基材30中。當所述加熱器致動時，所述氣溶膠形成基材30被加熱并且產生或發散出揮發性物質。當用戶在煙嘴過濾件60上抽吸時，空氣被吸入到所述氣溶膠形成物品中，所述揮發性物質凝結形成可吸入的氣溶膠。該氣溶膠通過所述氣溶膠形成物品的煙嘴過濾件60進入到用戶的口中。
[0085]圖3更詳細地示出了圖2中示出的那種加熱元件14。所述加熱器14包括電絕緣加熱器基底80，所述基底80限定了加熱元件14的形狀。所述加熱器基底80是由電絕緣材料形成的，其可以是例如氧化鋁(Al2O3)或者穩定化氧化鋯(ZrO2)。對于本領域普通技術人員顯而易見的是所述電絕緣材料可以是任何合適的電絕緣材料并且許多陶瓷材料適合于用作所述電絕緣基底。所述加熱器基底80基本上是刀片狀的。即，所述加熱器基底具有在使用中沿著與加熱器接合的氣溶膠形成物品的縱軸延伸的長度，還具有寬度和厚度。所述寬度大于所述厚度。所述加熱器基底80以端點或尖端90終止，以用于穿透氣溶膠形成基材30。
[0086]由導電材料形成的加熱元件82使用蒸鍍或任何其他合適的技術沉積在加熱器基底80的平面上。所述加熱元件以三個不同的部分形成。第一部分84由鉑形成。所述第一部分位于所述有效加熱區域91中。這是在使用中加熱器達到最大溫度并向氣溶膠形成基材提供熱量的區域。所述第一部分是U形的或者是發卡的形狀。第二部分86由金形成。所述第二部分包括兩個平行的軌道，每個軌道連接到第一部分84的端部。所述第二部分跨越所述加熱器的保持區域93，其是所述加熱器的與所述加熱器安裝座26接觸的區域，如圖4中所示。第三部分88由銀形成，所述第三部分位于連接區域95中并且提供結合墊，外部金屬線可以使用焊膏或其他連接技術固定到所述結合墊。所述第三部分包括兩個平行的墊，每個墊連接到所述第二部分86的平行軌道中一個的與所述第一部分84相對的端部。所述第三部分88位于所述保持區域93的與所述第一部分相對的一側上。
[0087]所述第一、第二和第三部分的形狀、厚度和寬度可以選擇成在使用中提供期望的電阻和溫度分布。然而，所述第一部分具有比所述第二部分和第三部分顯著更大的每單元長度的電阻，結果，當電流通過所述加熱元件82時，所述第一部分產生最多的熱量，從而達到最高溫度。所述第二和第三部分配置成具有非常低的電阻，從而提供非常少的焦耳熱。所述加熱元件在0°C時的總電阻大約0.8歐姆，當有效加熱區域91達到400°C時上升到2歐姆。鋰離子電池的電池電壓是3.7伏左右，從而由電源(在0°C時)提供的一般峰值電流是4.6A左右。
[0088]鉑具有正的電阻溫度系數，從而所述第一部分84的電阻隨著溫度的升高而增大。金和銀具有較低的電阻溫度系數，所述第二和第三部分將不經歷像所述第一部分一樣高的溫度。這意味著所述第二和第三部分的電阻變化相對于所述第一部分的電阻變化將是小的。結果，所述加熱元件82的電阻可以用于提供對加熱元件的所述第一部分84的溫度一一其是所述加熱器的與所述氣溶膠形成基材接觸的那部分的溫度一一的度量。在EP2110033B1中描述了使用電阻元件作為加熱器和溫度傳感器的配置。
[0089]圖4示出了組裝到加熱器安裝座26形成加熱組件的加熱器14。所述加熱器安裝座26是由聚醚醚酮(PEEK)形成的并且注塑在所述加熱器周圍以包圍所述保持區域93。所述加熱器基底80可以在保持區域中形成有凹槽或突部以確保加熱器安裝座與加熱器之間的結實固定。在該實施方式中，所述加熱器安裝座26具有圓形橫截面以接合氣溶膠產生裝置的圓形殼體10。然而，所述加熱器安裝座可以模制成具有任何期望的形狀且具有與氣溶膠產生裝置的其他元件接合的任何期望的接合特征。
[0090]圖5是圖3的加熱器的示意性橫截面。圖5示出了在所述加熱元件的第一、第二和第三部分之間存在重疊。所述加熱器的結構可以描述如下。所述加熱器基底80在第一和第二表面上用玻璃層92，96覆蓋。這保護了所述基底并且改進了有效加熱區域中加熱器表面兩側的熱量分布。然后將形成加熱元件的第二部分86的金軌道沉積在玻璃層92上。然后將形成加熱元件的第一部分84的鉑軌道以與所述金軌道重疊的關系沉積在玻璃層92上以確保第一與第二部分之間的低電阻接觸。形成加熱元件的第三部分88的銀連接墊以與所述金軌道重疊的關系也沉積在玻璃層92上以確保第三與第二部分之間的低電阻接觸。最后，形成疊置的玻璃層94，其覆蓋所述加熱元件82并且防止所述加熱元件腐蝕。然后可以將加熱器安裝座模制在所述加熱器周圍。
[0091]所述加熱器配置成與所述加熱元件的所述第一部分對應的有效加熱區域與所述加熱器安裝座間隔開。所述加熱器的伸入到所述氣溶膠產生裝置的所述腔體中的區域稱作插入區域97。所述加熱元件的所述第二部分86的伸入到所述插入區域97中的部分提供了能量傳輸區域。
[0092]圖6是示出了在圖3中示出的加熱器操作期間加熱器的溫度隨著沿著所述加熱器的長度的距離而變化的曲線100。所述加熱器在所述曲線下方示出，使得溫度曲線與加熱器對準。理論上所述加熱器在插入區域97中是熱的而在保持區域93和連接區域95中是冷的。由點線106示出了理論溫度曲線。實際上溫度曲線不可能是如此急劇階躍的。從實際溫度曲線100可以看出，加熱器在其中定位有加熱元件的第一部分的有效加熱區域中是最熱的。在氣溶膠產生期間，峰值溫度是420°C左右。在有效加熱區域與保持區域之間的能量傳輸區域中，溫度快速下降。在該實施方式中，在加熱器安裝座處，加熱器的溫度低于200°C是期望的，正如由線102示出的。加熱器安裝座處可允許的最大溫度將取決于用于形成加熱器安裝座的材料。加熱器安裝座與有效加熱區域最靠近的部分的位置正如線104所示。加熱器配置成確保加熱器的有效區域在使用中達到其最大溫度時加熱器安裝座26處的溫度低于200°C。在圖6中示出的示例中，加熱元件的鉑部分與加熱器安裝座的距離是3_。這是足以確保所需溫降的距離。選擇金作為加熱元件的第二部分的材料是因為除了高導電性之外，金具有相對低的熱傳導率，確保了有效加熱區域與保持區域之間的快速溫度下降。下降到大約50°C的額外的溫降在連接區域95的至少包括加熱元件的第三部分88的部分中是進一步期望的。特別地，將最靠近控制器18、電源16和用戶界面20的元件14的溫度降到最低是期望的。例如，這種溫度最小化將減小或消除對在包括控制器18、電源16和界面20的電子芯片和/或系統中校正熱引起的變化的需要。
[0093]上面描述的示例性實施方式清楚闡述了但并不是限定性的。基于上面討論的示例性實施方式，與上面示例性實施方式一致的其他實施方式對于本領域普通技術人員來說是顯而易見的。
【權利要求】
1.一種用于加熱氣溶膠形成基材的加熱組件，包括: 加熱器，其包括電阻加熱元件和加熱器基底；以及 連接到所述加熱器的加熱器安裝座； 其中所述加熱元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分配置成當電流通過所述加熱元件時，所述第一部分被加熱到比所述第二部分更高的溫度，其中所述加熱元件的所述第一部分位于所述加熱器基底的加熱區域上，所述加熱元件的所述第二部分位于所述加熱器基底的保持區域上；其中所述加熱器安裝座固定到所述加熱器基底的所述保持區域。
2.根據權利要求1所述的加熱組件，其中所述加熱器安裝座包括聚合物材料。
3.根據權利要求1或2所述的加熱組件，其中所述加熱元件的所述第一部分由第一材料形成，所述加熱元件的所述第二部分由第二材料形成，其中所述第一材料具有比所述第二材料更大的電阻率系數。
4.根據前述權利要求中任一項所述的加熱組件，其中所述加熱元件的所述第二部分包括兩個區段，這兩個區段中的每個區段單獨地連接到所述加熱元件的所述第一部分以限定從所述第二部分的該區段到所述第一部分到所述第二部分的另一個區段的電流路徑。
5.根據前述權利要求中任一項所述的加熱組件，其中所述加熱元件包括配置成電連接到電源的第三部分，其中所述第三部分位于所述加熱器安裝座的與所述加熱元件的所述第一部分相對的一側上。
6.根據權利要求4所述的加熱組件，其中所述第三部分由與所述第一和第二部分不同的材料形成。
7.根據前述權利要求中任一項所述的加熱組件，其中所述加熱元件的所述第一部分與所述加熱器安裝座間隔開。
8.根據前述權利要求中任一項所述的加熱組件，其中在正常操作條件下，當所述加熱元件的所述第一部分在300與550攝氏度之間的溫度下時，在與所述加熱器安裝座接觸的點處，所述第二部分處于低于200攝氏度的溫度下。
9.根據前述權利要求中任一項所述的加熱組件，其中所述第一部分具有比所述第二部分更大的電阻溫度系數。
10.根據前述權利要求中任一項所述的加熱組件，其中如果所述第一部分的最大溫度是T1，周圍溫度是Ttl，與所述加熱器安裝座接觸的加熱元件的第二部分的溫度是T2，那么:
(T1-T0V(T2-T0)I
11.根據前述權利要求中任一項所述的加熱組件，其中所述加熱器基底包括平面和錐形端，所述加熱元件位于所述平面上，所述錐形端配置成允許插入到氣溶膠形成基材中。
12.—種氣溶膠產生裝置，包括:殼體；根據前述權利要求中任一項所述的加熱組件，其中所述加熱器安裝座連接到所述殼體；連接到所述加熱元件的電源；和配置成控制從所述電源向所述加熱元件的電力供應的控制元件。
13.根據權利要求12所述的氣溶膠產生裝置，其中所述殼體限定了圍繞所述加熱元件的所述第一部分的腔體，所述腔體配置成容納含有氣溶膠形成基材的氣溶膠形成物品。
14.根據權利要求12或13所述的氣溶膠產生裝置，其中所述裝置是手持式發煙裝置。
15.一種制造加熱組件的方法，包括: 提供加熱器基底； 將一個或多個電阻加熱元件安置在所述基底上，每個加熱元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分配置成當電流通過所述加熱元件時，由于所述電流，所述第一部分被加熱到比所述第二部分更高的溫度，其中所述加熱元件的所述第一部分安置在所述加熱器基底的加熱區域上，所述加熱元件的所述第二部分安置在所述加熱器基底的保持區域上；以及 將加熱器安裝座模制到所述加熱器基底的所述保持區域。
【文檔編號】A24F47/00GK104470387SQ201380037693
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2012年12月28日
【發明者】J-C·施奈德, J·普洛茹, F·費爾南多, O·格雷姆 申請人:菲利普莫里斯生產公司