供烟草蒸发器中使用的烟草小袋的制作方法
本发明涉及一种供电加热气溶胶生成装置中使用的气溶胶形成基质的小袋。本发明进一步涉及供与小袋一起使用的电加热气溶胶生成系统。
背景技术：
电加热吸烟系统通常包含与加热器连接的电源，诸如电池，从而加热气溶胶形成基质，以形成提供给吸烟者的气溶胶。在操作中，这些电加热吸烟系统通常给加热器提供大功率脉冲，以提供操作所需的温度范围且释放挥发性化合物。电加热吸烟系统可为可重复使用的，并且可被布置为接纳含有气溶胶形成基质的一次性吸烟制品，以形成气溶胶。替代地，松散烟草可邻近电加热器而提供。在使用松散烟草的情况下，用户通常在使用装置之前用所需量的烟草填充腔。随后将松散烟草加热至足以挥发烟草中所需挥发性化合物的温度，未达到足以燃烧烟草的温度。
此类系统产生取决于仅由用户控制的多种因素的高度变化结果，所述因素为诸如所用烟草的特定性质和类型、放置于腔中的烟草的量以及当将烟草提供于腔中时用户压缩烟草的程度。
因此，期望的是减少变化，以及提高由此类装置产生的气溶胶的品质。
技术实现要素：
根据本发明的第一方面，提供一种供电加热气溶胶生成装置中使用的气溶胶形成基质的小袋。小袋包括：多孔容器；以及气溶胶形成基质。容器内的气溶胶形成基质具有介于约0.2与约0.35之间的孔隙度，孔隙度是容器内的空隙空间的体积分数。在一优选实施例中，孔隙度在约0.24与约0.35之间。
第一，提供呈小袋形式的气溶胶生成基质能够使用于每一种用途的基质的量不变，不需要用户的任何技巧。
第二，提供呈小袋形式的基质能够使小袋内的气溶胶形成基质的孔隙度得到控制，使得对于每一种用途提供大体上最优孔隙度，其提高气溶胶生成的一致性。烟草的孔隙度是至关重要，因为当密度过低时基质更易于燃烧，并且当密度过高时，小袋边缘的基质与中心的基质之间的温差过高。由本发明提供的孔隙度的特定范围使得这些优势生效，并且更具体地说，与根据本发明的小袋可用于其中的气溶胶生成装置中使用的松散烟草相比，给用户提供更恒定的抽吸阻力。
此外，孔隙度在上文所述的范围内改良气溶胶生成并且提供合适的抽吸阻力。当在气溶胶生成装置中时，小袋的总体抽吸阻力优选地在约40mmh2o与约120mmh2o之间。
如本文所用，术语‘气溶胶形成基质’用来描述能够在加热时释放挥发性化合物的基质，其可形成气溶胶。从根据本发明的气溶胶生成基质产生的气溶胶可为可见的或不可见的，并且可包含蒸气(例如，处于气态的物质的细颗粒，其通常在室温下为液体或固体)以及气体和冷凝蒸气的液滴。
气溶胶形成基质可包括烟草和气溶胶形成剂。烟草可为以下各项中的一种或多种：烟斗烟草；去筋烟叶；再造烟草；以及均质烟草。
气溶胶形成基质优选地包括：均质烟草材料；气溶胶形成剂；以及水。提供均质烟草材料改良气溶胶生成、尼古丁含量以及风味特征。这是因为制备均质烟草的工艺涉及研磨烟草叶，其能够在加热时以有效得多的方式释放尼古丁和风味。
小袋优选地由筛网形成。筛网优选地对于所产生的气溶胶为多孔的，并且使得气溶胶能够从小袋释放且导致冷凝。筛网可由任何合适的工艺形成，诸如编织材料，或通过使用齿形滚筒或类似物切割，并且随后通过提供与齿形滚筒的轴线垂直的力扩展材料。
小袋可由在使用期间能够抵抗高温而不会燃烧或向气溶胶赋予非所需风味的任何合适的材料形成。具体地说，天然纤维剑麻和苎麻尤其适合于形成小袋。替代地，小袋可由陶瓷纤维或金属形成。
用以形成小袋的材料的厚度可在约50微米与约300微米之间。提供使用薄材料的所述小袋降低小袋可在加热器与烟草材料之间提供的隔热效果。用以形成小袋的材料的纤维尺寸可在约10微米与约30微米之间。
小袋容器可为任何合适的形状和尺寸。在一些实施例中，在第一方向上，容器的形状的横截面为以下各项中的一种：椭圆形；圆形；矩形；正方形；以及三角形。在垂直于第一方向的第二方向上的横截面形状可为以下各项中的一种：矩形；三角形圆形；以及椭圆形。
均质烟草材料优选地呈片材形式提供，其为：折叠的；卷曲的；或切割成条。在一特别优选的实施例中，片材切割成宽度介于约0.2mm与约2mm之间、更优选地介于约0.4mm与约1.2mm之间的条。在一个实施例中，条的宽度为约0.9mm。
替代地，均质烟草材料可使用滚圆处理而成为球体。球体的平均直径优选地在约0.5mm与约4mm之间、更优选地在约0.8mm与约3mm之间。
气溶胶形成基质优选地包括：介于约55重量％与约75重量％之间的均质烟草材料；介于约15重量％与约25重量％之间的气溶胶形成剂；以及介于约10重量％与约20重量％之间的水。
在测量气溶胶形成基质的样品之前，将其在50％相对湿度下在22℃下平衡48小时。卡尔·费希尔技术(karlfischertechnique)用以测定均质烟草材料的含水量。
气溶胶形成基质可进一步包括介于约0.1重量％与约10重量％之间的香料。香料可为本领域中已知的任何合适的香料，诸如薄荷醇。
用于本发明的均质烟草材料的片材可通过使颗粒烟草聚结而形成，所述颗粒烟草通过将烟草叶片和烟草叶梗中的一个或两个研磨或者以其它方式粉碎而获得。
用于本发明的均质烟草材料的片材可包括一种或多种固有粘合剂，其为烟草内生粘合剂；一种或多种外来粘合剂，其为烟草外源粘合剂；或其组合，以帮助颗粒烟草聚结。替代地或另外，用于本发明的均质烟草材料的片材可包括另外的添加剂，包含但不限于烟草和非烟草纤维、香料、填充剂、含水溶剂和无水溶剂以及其组合。
用于包含在用于本发明的均质烟草材料的片材中的合适的外来粘合剂是本领域已知的，并且包含但不限于：树胶，例如瓜尔胶、黄原胶、阿拉伯树胶和刺槐豆胶；纤维素粘合剂，例如羟丙基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素和乙基纤维素；多糖，例如淀粉，有机酸，诸如褐藻酸，有机酸的共轭碱盐，诸如海藻酸钠，琼脂和30胶质；和其组合。
用于产生均质烟草材料的片材的多种再造工艺是本领域已知的。这些工艺包含但不限于：例如us-a-3,860,012中所述类型的造纸工艺；例如us-a-5,724,998中所述类型的铸型或‘铸型叶’工艺；例如us-a-3,894,544中所述类型的膏团再造(doughreconstitution)工艺；和例如gb-a-983,928中所述类型的挤出工艺。通常，通过挤出工艺和膏团再造工艺产生的均质烟草材料的片材的密度大于通过铸型工艺产生的均质烟草材料的片材的密度。
用于本发明的均质烟草材料的片材优选地由总体上包括以下步骤的类型的铸型工艺形成：将包括颗粒烟草和一种或多种粘合剂的浆料浇铸到传送带或其它支撑表面上，使铸型浆料干燥以形成均质烟草材料的片材，并且从支撑表面移除均质烟草材料的片材。
均质烟草片材材料可使用不同类型的烟草产生。举例来说，烟草片材材料可使用来自多个不同烟草种类的烟草、或来自烟草植物的不同区域(诸如叶片或梗)的烟草而形成。在处理之后，片材具有恒定性质和均质风味。可产生具有特定风味的单个均质烟草材料片材。为产生具有不同风味的产品，需要产生不同烟草片材材料。在常规香烟中通过混合大量不同切碎的烟草而产生的一些风味可能难以在单个均质化烟草片材中复制。举例来说，维吉尼亚烟草(virginiatobacco)和白肋烟草(burleytobacco)可能需要以不同方式处理以使其个体的风味达到最佳。可能不可能在单个均质烟草材料片材中复制维吉尼亚和白肋烟草的特定混合物。因而，小袋可包括第一均质烟草材料和第二均质烟草材料。通过在单个小袋中组合两种不同烟草材料片材，可生成不可通过均质化单个烟草片材产生的新型混合物。
气溶胶形成剂优选地包括至少一种多元醇。在一优选实施例中，气溶胶形成剂包括以下各项中的至少一种：三乙二醇；1,3-丁二醇；丙二醇；以及丙三醇。
根据本发明的另一方面，提供了一种电加热气溶胶生成系统。系统包括：如本文所述的气溶胶形成基质的小袋；和气溶胶生成装置。气溶胶生成装置包括：具有用于接纳小袋的腔的外部壳体；以及电加热器，其包括至少一个用于加热腔中的小袋以产生气溶胶的加热元件。
如本文使用的，术语‘气溶胶生成装置’用于描述与小袋的气溶胶生成基质相互作用以产生通过用户的口可直接吸入用户的肺内的气溶胶的装置。
优选地，电加热器邻近腔的至少一个壁，优选地邻近侧壁而提供。电加热器可大体上完全围绕腔的外周而提供。另外，或替代地，电加热器可在腔的底壁上提供。底壁是与用于接纳小袋的腔的开口端相对的壁。电加热器优选地为不捅破小袋的非侵入式加热器。
电加热器可包括一个或多个加热元件。举例来说，电加热器可包括两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或更多个加热元件。
电加热器优选地为箔加热器。电加热器可为薄膜加热器，诸如聚酰亚胺加热器。电加热器优选地粘合于腔的外壁或壁。
所述一个或多个加热元件优选地包括电阻材料。合适的电阻材料包含但不限于：半导体，诸如掺杂陶瓷、电“传导”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成的复合材料。此类复合材料可包括掺杂或无掺杂的陶瓷。合适的掺杂陶瓷的实例包含掺杂碳化硅。合适的金属的实例包含钛、锆、钽和铂族金属。合适的金属合金的实例包含不锈钢，含镍、钴、铬、铝、钛、锆、铪、铌、钼、钽、钨、锡、镓、锰和铁的合金，以及基于镍、铁、钴、不锈钢、
如上文所述，小袋可为任何合适的形状，但尤其小袋的形状被配置为大体上匹配腔的形状，以使加热器与烟草材料之间的热传递达到最佳。
电加热气溶胶生成系统优选地进一步包括用于向电加热器供电的电源；与电源和电加热器连接的电硬件；以及被配置为控制电源至电加热器的电力供应的控制器。
控制器优选地被配置为使电加热器的操作温度维持在约180℃与约300℃之间。在一个实施例中，装置进一步包括用户输入，其被配置为接收用户偏好。在此实施例中，控制器被配置为取决于用户输入而控制电加热器的温度。控制器可被配置为从输入端接收两个、三个、四个、五个或更多个信号，每一信号对应于独特的用户偏好。在一个特别优选的实施例中，控制器被配置为接收三个信号，其对应于约190℃、约200℃及约210℃的电加热器温度。控制器可被配置为将电加热器温度控制在任何其它组的合适温度下。
控制器可被配置为向电加热器持续供电。替代地或另外，装置可进一步包括抽吸检测器，其被配置为当用户在装置上抽吸时检测。当用户在装置上抽吸时，控制器被配置为向电加热器供电。在一个实施例中，控制器被配置为将电加热器加热至第一温度，并且随后当检测到抽吸时提供另外电力至电加热器以将温度升高至第二温度。
优选地，控制器是用于控制电加热器的操作的可编程控制器，例如微控制器。在一个实施例中，控制器可通过软件编程。替代地，控制器可包括应用专用硬件，诸如应用专用集成电路(asic)，其可通过在硬件内对特定应用定制逻辑块进行编程。优选地，电硬件包括处理器。另外，电硬件可包括用于存储特定小袋的加热偏好、用户偏好、用户吸烟习惯或其它信息的存储器。优选地，存储的信息可更新并且取决于可与吸烟系统一起使用的特定小袋进行替换。另外，信息可从吸烟系统下载。
气溶胶生成装置优选地包括用户启动开关，用于启动待供应到电加热器的电力。
装置优选地包括至少一个空气入口，和至少一个空气出口，使得气流路径由至少一个空气入口到至少一个空气出口穿过腔而形成。与腔的开口侧相对的腔的底壁可为多孔的或可包括空气入口。
气溶胶生成装置可包括烟嘴。在一个实施例中，烟嘴在装置的近端提供，并且腔在远端提供。以此方式，使得气流路径长度最大化，其可允许气溶胶冷却到用于由用户吸入的更适当温度。
装置优选地包括盖，所述盖用于当装置在使用中时覆盖腔。盖可通过任何合适的构件固持，诸如磁铁(诸如钕磁铁)或螺纹。盖可包括空气入口。
装置可进一步包括检测器，其能够检测腔中小袋的存在并且区分所述小袋与被配置为用于与系统一起使用的其它小袋。检测器可用于控制向电加热器的供电，使得除非检测到小袋在腔中否则不可供应电力。替代地或另外，检测器可被配置为向控制器提供腔中的小袋的类型信息，使得可使用适当加热方案。
加热方案可包括以下各项中的一种或多种：用于电加热器的最高操作温度、每次抽吸的最大加热时间、抽吸之间的最短时间、每小袋的最大抽吸数目和小袋的最大总加热时间。建立对特定小袋定制的加热方案是有利的，因为在特定小袋中的气溶胶形成基质可能需要特定加热条件，或通过特定加热条件提供改善的吸烟体验。如已提及的，优选地，电硬件是可编程的，在所述情况下，可存储且更新各种加热方案。
小袋可包括以下各项中的至少一个：标记物，其具有可识别的光谱特征，并入小袋的材料内；和打印在其上的识别信息。检测器优选地被配置为取决于标记物或打印的识别信息区分小袋。
在一个实施例中，检测器优选地是包括光学传感器的光谱检测器，所述光学传感器包含至少一个光发射器和至少一个光传感器。优选地，光发射器被配置为发出红外线波长光或紫外线波长光。优选地，光传感器被配置为检测红外线波长光或紫外线波长光。
标记物可包括可识别的吸收光谱特征。当标记物通过气溶胶生成装置的光源进行照明时，标记物将吸收特定波长或波长组，并且随后经由光传感器接收的光波长将因此使气溶胶生成装置能依赖于不存在的波长来测定标记物。
标记物的物理和化学结构可这样进行控制，使得吸收的光波长可根据需要进行设置。在一优选实施例中，吸收的光波长不在可见光谱中。优选地，吸收的波长在红外线或紫外线范围内。
另外，或代替包括可识别的吸收光谱特征的标记物，标记物可包括可识别的发射光谱特征。当标记物通过气溶胶生成装置的光源进行照明时，光优选地激发标记物且发出至少一个波长与激发光的波长偏移的光。如应了解的，这是一种光致发光形式，并且可为磷光或荧光。通过控制标记物的物理和化学结构，光谱特征可得到控制。在一些实施例中，可识别的特征可取决于与激发有关的发射的时间应答，或在激发后的发射的衰变率。
在一优选实施例中，发出的光的波长不在可见光谱中。优选地，发出的光的波长在红外线或紫外线范围内。
在另一实施例中，检测器包括光学传感器，所述光学传感器包含至少一个光发射器和至少一个光传感器。在此实施例中，检测器可包括一个光发射器和一个光传感器。替代地，检测器可包括呈光传感器的一维(例如线性)阵列形式的超过一个光传感器。此外，检测器可包括呈光传感器的二维阵列形式的超过一个光传感器。
打印在吸烟制品上的识别信息可包括以下各项中的一个或多个：吸烟制品类型、气溶胶形成基质类型、生产日期、产地、批号和其它生产细节，以及使用截止日期。
识别信息可以各种形式打印在制品上。各种墨可用于打印，包含可见光墨、紫外线(uv)墨、红外线(ir)墨、磷光墨、荧光墨以及金属墨。在一个实施例中，识别信息包括多个线和间隔。线和间隔可大体上延伸围绕制品的外周。线和间隔可具有固定宽度或可变宽度。识别信息可编码为包括多个线和间隔的一维条码。在另一实施例中，识别信息包括二维阵列。二维阵列可包括数据矩阵或任何其它二维条码。检测器被配置为识别所述信息。
本发明的一个方面中的任何特征可按照任何适当组合应用于本发明的其它方面。特别地，方法方面可应用于设备方面，并且反之亦然。此外，在一个方面中的任何、一些和/或所有特征可按照任何适当组合应用于任何其它方面中的任何、一些和/或所有特征。
还应了解，在本发明的任何方面中描述和定义的各种特征的特定组合可独立地实施和/或供应和/或使用。
附图说明
将参照附图仅通过举例方式进一步描述本发明，在所述附图中：
图1展示根据本发明的小袋；
图2展示根据本发明的气溶胶生成系统；并且
图3展示根据本发明的替代的气溶胶生成系统。
具体实施方式
如图1(a)中所示，根据本发明的小袋100包括由多孔材料形成的容器，所述容器用于容纳气溶胶生成基质(未图示)。在此实例中，小袋具有圆形横截面特征并且呈圆柱体的形式。如图1(b)中所示，容器包括气溶胶生成基质102。气溶胶生成基质包括介于约55重量％与约75重量％之间的均质烟草材料；介于约15重量％与约25重量％之间的气溶胶形成剂；以及介于约10重量％与约20重量％之间的水。在此特定实例中，气溶胶形成剂是介于约18.1重量％与约20.9重量％之间的丙三醇。在此实例中，含水量在约11.4重量％与约12.4重量％之间。均质烟草形成气溶胶生成基质的剩余部分。在一优选实例中，气溶胶生成基质在小袋中具有介于约24％与约35％之间的孔隙度。孔隙度可取决于烟草类型或用户偏好而改变，以更改所产生的气溶胶的特征。孔隙度定义为容器内的空隙空间的体积分数。因此，100％的孔隙度将意味着容器不包括基质，并且0％的孔隙度将意味着容器完全由基质充满，无任何空隙。
在测量气溶胶形成基质的样品之前，为测定组成，将其在50％相对湿度下在22℃下平衡48小时。卡尔·费希尔技术用以测定均质烟草材料的含水量。
小袋100的容器由多孔材料形成，并且可为通过编织或切割且随后扩展形成的筛网类材料。合适的材料包含天然纤维剑麻和苎麻。
在使用时，小袋在气溶胶生成装置中加热以产生气溶胶。
用以加热小袋以产生气溶胶的气溶胶生成装置200的一个实例展示于图2(a)和图2(b)中。装置200包括用于接纳小袋的腔202、用于覆盖腔202的盖204、电源206、控制器208、电加热器210和烟嘴212。
控制器208被配置为从电源206向电加热器210供电，以将小袋加热至操作温度。如可见，电加热器围绕腔的外周而提供，以改良加热器至腔壁并且随后至小袋的热传导。
如图2(b)中所示，小袋100可容纳于腔202中。在使用时，用户将小袋插入到腔202中，复置盖204以关闭腔，并且随后启动装置。控制器随后向电加热器供电以将小袋的温度升高至操作温度。在一优选实施例中，操作温度为约200℃。
当小袋达到操作温度时用户在烟嘴上抽吸，并且空气抽吸通过装置，从空气入口(未图示)穿过腔202，沿着邻近电源206的气流路径并且离开烟嘴中的空气出口。
烟嘴可为可移除用于清洁的，或可能视需要为可替换的。
在上文所述的小袋100的替代实例中，容器包括标记物，或具有打印在其上的信息。标记物在容器材料的制造期间并入所述材料中。在容器包括打印的信息的情况下，所述信息可在材料形成为容器之前或之后打印。
标记物具有可识别的光谱特征。使用在材料内并入的标记物防止标记物在制造后被移除。以此方式，小袋的抗篡改性和伪造的难度得到改良。
标记物材料可经过选择以控制光学特性，使得它可吸收特定光波长，以使能鉴定和/或在与用于激发标记物的光波长相比较偏移的波长处发光。
图3展示根据本发明的电操作式气溶胶生成系统300的一个示例性实施例的透视图。电操作式气溶胶生成系统300是与上文所述的系统200具有类似组件的吸烟系统。
电加热吸烟系统300进一步包括邻近腔202而定位的检测器302。检测器能够检测腔中小袋的存在，并且还能够鉴定可与系统一起使用的各种小袋。
检测器包括用于测定标记物的光谱特征的构件。用于测定光谱特征的构件包括光源和光传感器。
在使用时，当用户将小袋100插入到气溶胶生成装置300中时，检测器304通过发光且检测由光传感器接收的应答，来判定插入的小袋的类型。
当用户在烟嘴上抽吸时，取决于检测到的小袋100的类型，控制电路向加热器210供电以产生气溶胶。供应的电力可根据气溶胶生成制品的品牌或根据预定的用户偏好等等进行优化。替代地或另外，如果小袋100未由检测器识别，则控制电路可阻止向加热器210供电，以防止使用未经授权的气溶胶生成制品。
在与图3中展示的实例类似的实例中，气溶胶生成装置300的检测器302可经过调适以检测小袋上的打印信息。
小袋可包括多个打印的线和具有变化宽度的间隔。这些线和间隔可根据适当条码编码标准(参见下文)编码为简单一维条码。替代地，线可包括多达n个具有相同宽度的线和间隔用于编码关于小袋类型的信息。举例来说，在n＝3的情况下，以下编码是可能的：000、001、010、100、011、110、101、111，其中1表示线，并且0表示间隔。001、010和100可能与彼此不可区分(除非提供标记物线以向检测器指示编码从何处开始)。类似地，011和110可能与彼此不可区分。因此，在n＝3的情况下提供五种可能性。如果000用以指示无制品存在，则提供仅四种可能性。一般来说，除非提供标记物线，否则提供2n-1+1种可能性，或如果000用以指示无制品存在，则提供仅2n-1种可能性。
存在可适合与本发明的小袋一起使用的多个条码标准。可适用于本发明的一种条码类型是“5交插2(interleaved2of5)”(i2/5)条码，所述条码是高密度、连续两宽度条码符号。编码具有长条(黑色线)和间隔(白色线)，所述长条和间隔中的每一个可为宽的或窄的。i2/5每五个长条和间隔编码一对数字：第一个数字在五个长条中编码，而第二个数字在与其交插的五个间隔中编码。每五个长条或间隔中的两个是宽的。替代地，可使用另一种标准条码符号，或可产生专门用于此应用的定制编码。
在此实例中，电加热吸烟系统中的检测器包括合适的光源(ir、uv或可见光，取决于制品上使用的墨)和至少一个检测反射光的光传感器。检测器可包括检测反射光的单个传感器。在所述情况下，小袋的检测可在小袋插入到腔中时，通过测量各种线通过检测器的时间来进行。或者，检测器可包括检测反射光的多个传感器。在所述情况下，小袋的检测可在小袋已插入到腔中时进行。因为线大体上延伸围绕小袋的整个外周，所以如果使用多个传感器，则其仅需要在沿着小袋的纵向轴线的一个维度中延伸。另外，不需要用户手动地将小袋上的打印信息与检测器对准。
当检测小袋时，装置的操作与使用标记物检测小袋时的装置的操作类似。
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。
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