具有流体可渗透加热器组件的气溶胶生成系统的制作方法

具有流体可渗透加热器组件的气溶胶生成系统的制作方法
【专利摘要】一种包括流体可渗透电加热器组件(30)的气溶胶生成系统，所述加热器组件包括：电绝缘基板(34)，形成于所述电绝缘基板中的开孔；及第一面固定到所述电绝缘基板的加热器元件，所述加热器元件跨越所述开孔且包括连接到第一和第二导电接触部分(32)的复数个导电丝(36)，所述第一和第二导电接触部分定位于所述开孔的彼此相对侧上，其中所述第一和第二导电接触部分经配置以允许与外部电源接触。
【专利说明】
具有流体可渗透加热器组件的气溶胶生成系统
技术领域
[0001] 本发明设及包括适用于蒸发液体的加热器组件的气溶胶生成系统。特别地，本发 明设及手持式气溶胶生成系统，例如电操作吸烟系统。
【背景技术】
[0002] 通过加热来蒸发液体W形成气溶胶的电操作吸烟系统通常包括缠绕在保持液体 的毛细管材料周围的电线的线圈。通过电线的电流导致电线的电阻加热，此蒸发毛细管材 料中的液体。毛细管材料通常保持在气流路径内，使得空气经抽吸经过忍子且夹带蒸汽。蒸 汽随后冷却W形成气溶胶。
[0003] 此类型的系统在生成气溶胶上为有效的，但很难用低成本且可重复的方式制造。 并且忍子和线圈组件W及相关的电连接可为易碎的且很难处置。

【发明内容】

[0004] 将需要提供一种适合于廉价制造且稳固的气溶胶生成系统(例如手持式电操作吸 烟系统）的加热器组件。将还需要提供一种比先前气溶胶生成系统中的加热器组件更有效 率的加热器组件。
[0005] 在一个方面中，提供包括流体可渗透电加热器组件的气溶胶生成系统，所述加热 器组件包括：电绝缘基板，形成于电绝缘基板中的开孔；及固定到电绝缘基板的加热器元 件，所述加热器元件跨越开孔且包括连接到第一和第二导电接触部分的复数个导电丝，第 一和第二导电接触部分定位于开孔的彼此相对侧上，其中第一和第二导电接触部分经配置 W允许与外部电源接触。
[0006] 复数个导电丝可形成丝的网格或阵列或可包括交织或非交织织物。
[0007] 有利的是，加热器元件具有固定到电绝缘基板的第一面，且第一和第二导电接触 部分经配置W允许与外部电源接触，所述外部电源在加热器元件的与第一面相对的第二面 上。
[000引系统可进一步包括液体存储部分，所述液体存储部分包括含有液体气溶胶形成基 质的壳体，其中加热器组件固定到液体存储部分的壳体。壳体优选为刚性壳体且对于流体 为不可渗透的。如本文中使用的"刚性壳体"意味着自承的壳体。液体存储部分的刚性壳体 优选地为加热器组件提供机械支承。
[0009] 液体存储部分可包括经配置W将液体气溶胶形成基质输送到加热器组件的毛细 管材料。
[0010] 在气溶胶生成系统中提供此类型的加热器组件具有优于传统忍子和线圈布置的 若干优点。包括丝的网格或阵列的加热器元件允许加热器的更大面积与正在蒸发的液体接 触。可使用容易获得的材料且使用批量生产技术廉价地生产加热器组件。加热器组件较稳 固，允许其在制造期间被处置或固定到气溶胶生成系统的其它部分，且尤其形成可移除的 筒的部分。提供形成加热器元件的部分的导电接触部分允许加热器组件到电源的可靠且简 单的连接。
[0011]导电丝可为基本平坦的。如本文中所使用的"基本平坦"意味形成在单一平面中且 未缠绕或其它符合曲面或其它非平面形状。平坦加热器组件可在制造期间易于处置且提供 稳固的结构。
[001^ 导电丝可限定丝之间的空隙，且空隙可具有10皿至100皿之间的宽度。优选的是， 丝引起空隙中的毛细管作用，使得在使用中，待蒸发的液体被抽吸到空隙中，从而增加加热 器组件与液体之间的接触面积。
[0013] 导电丝可形成尺寸在160到eOOMesh us(+/-10%)之间（即，每英寸160至化00个丝 之间（+/-10%))的网格。空隙的宽度优选地在75WI1到25WI1之间。作为空隙的面积与网格的 总面积的比率的网格的开口面积的百分比优选地在25%到56%之间。网格可W使用不同类 型的编织或格子结构形成。替代地，导电丝由彼此平行布置的细丝的阵列组成。
[0014] 导电丝的网格、阵列或织物的特征也可W在于其保持液体的能力，此在本领域中 是众所周知的。
[001引导电丝可具有祉m到100μηι之间、优选地在祉m至Ijsoym之间且更优选地在祉m至Ij39皿 之间的直径。
[0016] 导电丝的网格、阵列或织物的面积可较小，优选地小于或等于25mm2,从而允许其 包括到手持系统中。导电丝的网格、阵列或织物可例如为矩形的且具有5mmX2mm的尺寸。优 选的是，导电丝的网格或阵列覆盖加热器组件面积的10%到50%之间的面积。更优选的是， 导电丝的网格或阵列覆盖加热器组件面积的15%到25%之间的面积。
[0017] 导电丝可包括任何合适的导电材料。合适的材料包含但不限于：例如渗杂陶瓷的 半导体、"导电"陶瓷(例如，二娃化钢）、碳、石墨、金属、金属合金W及由陶瓷材料和金属材 料制造的复合材料。此类复合材料可包括渗杂或无渗杂的陶瓷。合适的渗杂陶瓷的例子包 括渗杂碳化娃。合适金属的例子包括铁、错、粗和销族金属。合适金属合金的实例包括不诱 钢;康铜;含儀合金、含钻合金、含铭合金、含侣合金、含铁合金、含错合金、含给合金、含妮合 金、含钢合金、含粗合金、含鹤合金、含锡合金、含嫁合金、含儘合金和含铁合金；W及基于 儀、铁、钻的超级合金，不诱钢，Tim:etal@,基于铁侣的合金W及基于铁儘侣的合金。 Timetal愈是Titanium Metals Corporation的注册商标。丝可由一种或多种绝缘体涂 覆。用于导电丝的优选材料为304、316、30化和31化不诱钢，W及石墨。
[0018] 加热器元件的导电丝的网格、阵列或织物的电阻优选地在0.3到4欧姆之间。更优 选的是，导电丝的网格、阵列或织物的电阻在0.5到3欧姆之间，且更优选地约1欧姆。导电丝 网格、阵列或织物的电阻优选地比接触部分的电阻大至少一个数量级，且更优选地至少两 个数量级。运确保通过使电流通过加热器元件而产生的热集中到导电丝的网格或阵列。如 果系统由电池提供电力，那么对于加热器元件具有较低的总电阻是有利的。将电接触部分 与网格或丝之间的寄生损失降至最低也需要将寄生功率损失降至最低。低电阻高电流系统 允许高功率递送到加热器元件。运允许加热器元件快速将导电丝加热到所要溫度。
[0019] 第一和第二导电接触部分可直接固定到导电丝。接触部分可定位于导电丝与电绝 缘基板之间。举例来说，接触部分可由电锻到绝缘基板上的铜锥形成。与绝缘基板相比，接 触部分还可更容易地与丝结合。
[0020] 替代地，第一和第二导电接触部分可与加热器元件的导电丝成整体。举例来说，加 热器元件可通过蚀刻导电片材w在两个接触部分之间提供复数个丝而形成。
[0021] 加热器组件可包括由第一材料制成的至少一个丝和由不同于第一材料的第二材 料制成的至少一个丝。此可有益于电或机械原因。举例来说，丝中的一个或多个可由具有随 溫度显著变化的电阻的材料(例如铁侣合金)形成。此允许丝的电阻的测量值用于确定溫度 或溫度的变化。此可用于抽吸检测系统中且可用于控制加热器溫度W使其保持在所要溫度 范围内。
[0022] 电绝缘基板可包括任何合适的材料，且优选的是一种能够耐高溫(超过300°C)和 溫度急速变化的材料。合适材料的实例为聚酷亚胺薄膜，例如Kap化η⑩。
[0023] 气溶胶形成基质为能够释放可形成气溶胶的挥发性化合物的基质。可W通过加热 气溶胶形成基质释放挥发性化合物。
[0024] 气溶胶形成基质可W包括植物性材料。气溶胶形成基质可W包括烟草。气溶胶形 成基质可W包括含有挥发性烟草风味化合物的含烟草材料，当加热时所述挥发性烟草风味 化合物从气溶胶形成基质释放。气溶胶形成基质可替代地可包括不含有烟草的材料。气溶 胶形成基质可包括均质的基于植物的材料。气溶胶形成基质可包括均质烟草材料。气溶胶 形成基质可W包括至少一种气溶胶形成剂。气溶胶形成剂为任何合适的已知化合物或化合 物的混合物，在使用中，所述化合物有利于形成密集和稳定的气溶胶，并且在系统的操作溫 度下对热降解基本上具有抗性。合适的气溶胶形成剂是本领域众所周知的，并且包括但不 限于:多元醇，例如Ξ甘醇，1，3-下二醇和甘油；多元醇的醋，例如甘油单、二或Ξ乙酸醋;和 一元、二元或多元簇酸的脂肪酸醋，例如二甲基十二烧二酸醋和二甲基十四烧二酸醋。优选 的气溶胶形成剂是多径基醇或其混合物，例如Ξ甘醇、1,3-下二醇且最优选的丙Ξ醇。气溶 胶形成基质可包括其他添加剂和成分，例如香料。
[0025] 毛细管材料可W具有纤维状或海绵状结构。毛细管材料优选地包括毛细管束。例 如，毛细管材料可W包括复数个纤维或线或其它细孔管。纤维或线可W大体上对准W将液 体传送到加热器。替代地，毛细管材料可W包括海绵状或泡沫状材料。毛细管材料的结构形 成复数个小孔或管，液体可W由毛细作用输送通过所述小孔或管。毛细管材料可W包括任 何合适的材料或材料的组合。合适材料的实例是海绵或泡沫材料，呈纤维或烧结粉末的形 式的陶瓷或石墨基材料，泡沫金属或塑料材料，例如由纺制或挤出纤维制造的纤维状材料， 如醋酸纤维素、聚醋或粘合聚締控、聚乙締、涂绝或聚丙締纤维、尼龙纤维或陶瓷。毛细管材 料可W具有任何合适的毛细管作用和孔隙度，W便与不同的液体物理性质一起使用。液体 具有物理性质，包括但不限于粘度、表面张力、密度、导热性、沸点和蒸汽压力，其允许液体 通过毛细管作用输送通过毛细管装置。
[0026] 毛细管材料可与导电丝接触。毛细管材料可延伸到丝之间的空隙中。加热器组件 可通过毛细管作用将液体气溶胶形成基质抽吸到空隙中。毛细管材料可在开孔的基本整个 范围上方与导电丝接触。
[0027] 壳体可含有两种或两种W上不同的毛细管材料，其中与加热器元件接触的第一毛 细管材料具有较高的热分解溫度，且与第一毛细管材料接触但不与加热器元件接触的第二 毛细管材料具有较低的热分解溫度。第一毛细管材料有效地用作将加热器元件与第二毛细 管材料分离的间隔件，使得第二毛细管材料不暴露于高于其热分解溫度的溫度。如本文中 所使用的"热分解溫度"意思是在所述溫度下材料开始分解且通过生成气态副产物损失质 量的溫度。第二毛细管材料可比第一毛细管材料有利于占据更大体积且可比第一毛细管材 料保持更多气溶胶形成基质。第二毛细管材料可具有比第一毛细管材料好的毛细作用性 能。第二毛细管材料可比第一毛细管材料更廉价或具有更高的填充能力。第二毛细管材料 可为聚丙締。
[0028] 第一毛细管材料可将加热器组件与第二毛细管材料分开至少1.5mm，且优选地在 1.5mm到2mm之间的距离，W提供跨越第一毛细管材料的足够溫降。
[0029] 液体存储部分可定位在导电丝的第一侧上且可为定位在导电丝相对侧上到液体 存储部分的气流通道使得经过导电丝的气流夹带蒸发的液体气溶胶形成基质。
[0030] 系统可进一步包括连接到加热器元件且连接到电源的电路，所述电路经配置W监 测加热器元件或加热器元件的一个或多个丝的电阻，且经配置W根据加热器元件的电阻或 尤其是一个或多个丝的电阻来控制从电源到加热器元件的电力供给。
[0031] 电路可包括可W是可编程微处理器的微处理器、微控制器或专用集成忍片(ASIC) 或能够提供控制的其它电子电路。电路可W还包括电子部件。电路可经配置W调节到达加 热器的电力供给。在激活系统之后电力可连续地供应到加热器元件或可例如在逐抽吸的基 础上间歇地供给。电力可W电流脉冲的形式供应到加热器元件。
[0032] 系统有利地包括在壳体的主体内的电源，典型地是电池，例如憐酸裡铁电池。作为 替代，电源可W是另一形式的电荷存储装置，如电容器。电源可W需要再充电并且可W具有 允许存储足够用于一次或多次吸烟体验的能量的容量。举例来说，电源可W具有足够的容 量W允许连续生成气溶胶持续大约六分钟的时间，对应于抽一支常规卷烟所耗费的典型时 间，或者持续多个六分钟的时间。在另一实例中，电源可具有足够的容量W允许预定数量次 抽吸或加热器的不连续启动。
[0033] 系统可包括主要单元和可移除地联接到所述主要单元的筒，其中液体存储部分和 加热器组件设置在筒中且主要单元包含电源。如本文中所使用，筒"可移除地联接"到装置 意味筒和装置可在不明显损坏装置或筒的情况下相互联接或分离。
[0034] 系统可W是电操作吸烟系统。系统可W是手持式气溶胶生成系统。气溶胶生成系 统可W具有相当于常规雪茄或卷烟的大小。吸烟系统可W具有大约30mm到大约150mm之间 的总长度。吸烟系统可W具有大约5mm到大约30mm之间的外径。
[0035] 在第二方面中，提供一种流体可渗透电加热器组件，其包括：电绝缘基板，形成于 电绝缘基板中的开孔;及跨越开孔并具有固定于电绝缘基板的第一面的加热器元件，所述 加热器元件包括连接到第一和第二导电接触部分的复数个导电丝，第一和第二导电接触部 分定位于开孔的彼此相对侧上，其中第一和第二导电接触部分经配置W允许与外部电源接 触。
[0036] 在第Ξ方面中，提供了一种制造适合在气溶胶生成系统中使用的加热器组件的方 法，其包括：
[0037] 提供电绝缘基板；
[0038] 在所述基板上形成一个或多个开孔；
[0039] 在所述基板上提供跨越一个或多个开孔的加热器元件，所述加热器元件包括复数 个导电丝和定位于一个或多个开孔的彼此相对侧上的至少两个导电接触部分。
[0040] 在第四方面中，提供一种制造适用于气溶胶生成系统中的复数个流体可渗透电加 热器组件的方法，包括：
[0041] 提供电绝缘基板；
[0042] 在基板中形成复数个开孔；
[0043] 在基板上在复数个开孔中的每一个的彼此相对侧上提供复数个导电接触部分；
[0044] 在基板上提供复数个导电丝，所述复数个导电丝跨越复数个开孔中的每一个在导 电接触部分之间延伸从而提供加热器组件阵列；
[0045] 从加热器组件阵列切割复数个单独加热器组件，每一加热器组件包含开孔中的一 个。
[0046] 电绝缘基板可为弹性片材。导电接触部分和导电丝可与彼此一体成型。
[0047] 关于一个方面所描述的特征可W等同地应用于本发明的其它方面。特别地，关于 本发明的第一方面中的加热器组件所描述的特征可W等同地应用于本发明的第二方面的 加热器组件。
【附图说明】
[0048] 如本文中所使用的"导电"意味由具有IX 10-4Ωπι或更小的电阻率的材料形成。如 本文中所使用的"电绝缘"意味由具有IX l〇4〇m或更大的电阻率的材料形成。现在参照附 图仅通过实例描述本发明的实施例，其中：
[0049] 图la到Id为根据本发明的实施例的包括筒的系统的示意图；
[0050] 图2为用于图1的系统的烟嘴部分的扣钩机制的示意图；
[0051 ]图3为图la到Id的筒的分解图；
[0052] 图4为用于如图la到Id中所展示的系统中的替代筒的分解图；
[0053] 图5a为图2的筒的底部透视图；
[0054] 图化为盖板移除的图2的筒的顶部透视图；
[0055] 图6为用于图2中所展示的筒中的加热器组件的详细视图；
[0056] 图7为可W用于图2中所展示的筒中的替代加热器组件的详细视图；
[0057] 图8为可W用于图2中所展示的筒中的另一替代加热器组件的详细视图；
[0058] 图9为可W用于图2中所展示的筒中的又一替代加热器组件的详细视图；
[0059] 图10为用于在装置与加热器组件之间产生电接触的替代机制的详细视图；
[0060] 图11a和Ub说明可W用于确保装置中的筒的精确对准的一些筒壳体形状；
[0061] 图12a为展示丝之间的液体气溶胶形成基质的弯月面的加热器的丝的详细视图；
[0062] 图12b为展示丝与在丝间延伸的毛细管材料之间的液体气溶胶形成基质的弯月面 的加热器的丝的详细视图；
[0063] 图13a、13b和13c说明根据本发明的制造加热器组件的替代方法;及
[0064] 图14说明用于包括加热器组件的液体存储部分的替代设计。
[0065] 图15a和15b说明包括加热器组件的液体存储部分的额外替代实施例。
[0066] 图16说明使用气溶胶生成装置的气流和筒定向的替代实施例。
【具体实施方式】
[0067] 图la到Id为包括根据本发明的实施例的筒的气溶胶生成系统的示意图。图la为共 同形成气溶胶生成系统的气溶胶生成装置10及分离筒20的示意图。在此实例中，气溶胶生 成系统为电操作吸烟系统。
[0068] 筒20含有气溶胶形成基质且经配置W容纳在装置内的腔18中。当设置在筒20中的 气溶胶形成基质耗尽时，所述筒应可由使用者替换。图la展示在插入装置中之前的筒20,其 中图la中的箭头1指示筒的插入方向。
[0069] 气溶胶生成装置10可W是一种吸烟装置并且可具有与传统雪茄或香烟可比较的 大小。装置10包括主体11和烟嘴部分12。主体11含有电池14(例如憐酸裡铁电池）、控制电子 元件16和腔18。烟嘴部分12通过较链连接21连接到主体11且可在如图1中所展示的打开位 置与如图Id中所展示的关闭位置之间移动。烟嘴部分12放置在打开位置中W允许筒20的插 入和移除，且当系统将用于产生气溶胶时放置在关闭位置中，如下文所述。烟嘴部分包括复 数个空气入口 13和出口 15。在使用中，使用者晚吸或抽吸出口 W将空气入口 13的空气从烟 嘴部分抽吸到出口 15,并且将进入使用者的口中或肺中。提供内部挡板17 W迫使空气经过 筒流动通过烟嘴部分12,如下文所述。
[0070] 腔18具有圆形横截面且经制定大小W容纳筒20的壳体24。电连接件19设置在腔18 的侧面处W提供控制电子元件16与电池14之间的电连接及筒20上的对应电接触部分。
[0071] 图lb展示图la的系统，其中筒插入腔18中，且正在移除盖板26。在此位置中，电连 接件抵靠筒上的电接触部分，如下文所述。
[0072] 图Ic展示图化的系统，其中完全移除盖板26且烟嘴部分12正在移动到关闭位置。
[0073] 图Id展示图Ic的系统，其中烟嘴部分12在关闭位置中。烟嘴部分12通过扣钩机制 保持在关闭位置中，如图2中示意性地说明。图2说明主体11和通过较链连接件21连接的烟 嘴部分12。烟嘴部分12包括向内延伸的齿8。当烟嘴部分在关闭位置中时，齿8接合装置的主 体上的扣钩6。扣钩6通过偏置弹黃5而偏置W接合齿8。按钮4固定到扣钩6。按钮4可由使用 者逆着偏置弹黃5的动作而压下W将齿8从扣钩6释放，允许烟嘴部分移动到打开位置。可使 用用于将烟嘴保持在关闭位置中的其它合适的机制（例如卡扣或磁性封闭）对于本领域的 技术人员现在将是显而易见的。
[0074] 关闭位置中的烟嘴部分12保持筒与电连接件19电接触，使得无论系统的定向如 何，在使用中维持良好的电连接。烟嘴部分12可包含接合筒的表面且当烟嘴部分12处于关 闭位置中时在刚性烟嘴壳体元件与筒之间压缩的环形弹性元件。尽管有制造公差，但运确 保良好的电连接得W维持。
[0075] 当然，替代地或另外，可采用用于维持筒与装置之间良好的电连接的其它机制。举 例来说，筒20的壳体24可设置有接合形成于腔18的壁中的对应凹槽或螺纹（图中未说明）的 螺纹或凹槽(图中未说明）。筒与装置之间的螺纹接合可用于确保正确转动对准W及将筒保 持在腔中且确保良好的电连接。螺纹连接可延伸筒的仅半圈或小于半圈，或可延伸若干圈。 替代地或另外，电连接件19可偏置为与筒上的接触部分接触，如将参看图8所描述。
[0076] 图3为筒20的分解图。筒20包括具有经选择容纳于腔18中的大小和形状的大体上 圆柱体壳体24。壳体含有浸泡在液体气溶胶形成基质中的毛细管材料22。在此实例中，气溶 胶形成基质包括39重量％的甘油，39重量％的丙二醇，20重量％的水和香料，和2重量％的 尼古下。毛细管材料为主动将液体从一个端部输送到另一端部且可由合适的材料制成的材 料。在此实例中，毛细管材料由聚醋纤维形成。
[0077] 壳体具有开口端，加热器组件30固定到所述开口端。加热器组件30包括具有形成 于其中的开孔35的基板34,固定到基板且与彼此隔开间隙33的一对电接触部分32,和跨越 开孔并固定到开孔35的相对侧上的电接触部分的复数个导电加热器丝36。
[0078] 加热器组件30由可移除的盖板26覆盖。盖板包括胶粘到加热器组件但不可轻易剥 落的液体不可渗透塑料片。在盖板的侧面设置凸台W允许使用者在将其剥落的时候抓住盖 板。现将对本领域的普通技术人员明显的是，尽管将胶粘描述为将不可渗透塑料片固定于 加热器组件的方法，但也可使用本领域的那些技术人员熟悉的其它方法，所述方法包含热 封或超声波焊接，只要盖板可被消费者轻松地移除。
[0079] 图4为替代示例性筒的分解图。图4的筒与图3的筒相同的大小和形状并且具有相 同的壳体和加热器组件。然而，图4的筒内的毛细管材料不同于图3的毛细管材料。图4的筒 中有两个独立的毛细管材料27、28。第一毛细管材料27的圆盘被提供W在使用中接触加热 器元件36、32。第二毛细管材料28的较大主体设在第一毛细管材料27与加热器组件相对侧 上。第一毛细管材料和第二毛细管材料两者保持液体气溶胶形成基质。接触加热器元件的 第一毛细管材料27具有比第二毛细管材料28更高的热分解溫度(至少16(TC或更高，如大约 250°C)。第一毛细管材料27有效地用作将加热器元件36、32与第二毛细管材料28分离的间 隔件，使得第二毛细管材料不暴露于高于其热分解溫度的溫度。第一毛细管材料上的热梯 度使得第二毛细管材料暴露于低于其热分解溫度的溫度。第二毛细管材料28可W被选择W 具有比第一毛细管材料27出色的忍吸性能，可W保持比第一毛细管材料更多的每单位体积 的液体并且可W比第一毛细管材料更便宜。在此实例中，第一毛细管材料为耐热材料，例如 纤维玻璃或含纤维玻璃的材料，并且第二毛细管材料为例如合适毛细管材料的聚合物。示 例性合适毛细管材料包括本文中所论述的毛细管材料并且在替代实施例中可包括高密度 聚乙締化D阳），或聚乙締对苯二甲酸醋(PET)。
[0080] 图5a为图3的筒的底部透视图。从图5a可见，加热器组件在外平面延伸并且外向超 出壳体24延伸W使得加热器组件在壳体24的顶部周围形成凸缘。电接触部分32的暴露部分 面向筒的插入方向使得当筒完全插入腔18中时，接触部分32的暴露部分与电连接件19相接 触。设置于盖板26的侧面上W允许使用者在将其剥落时抓住盖板的凸台可为清晰可见的。 图5a还说明在筒的底座上形成的用于确保装置的腔中的筒的正确定向的定位部分25。定位 部分25为插入模制壳体24的部分且经配置W容纳于腔18的底座中的对应槽中（图中未说 明）。当定位部分25容纳于腔中的槽内，接触部分32与连接件19对准。
[0081] 图化为盖板移除的图3的筒的顶部透视图。加热器丝36穿过基板34中的开孔35暴 露出来，使得蒸发的气溶胶形成基质可经过加热器组件逸入气流中。
[0082] 壳体24由热塑材料形成，如聚丙締。在此实例中，加热器组件30胶粘到壳体24。然 而，存在组装并填充筒的若干可能方法。
[0083] 筒壳体可由插入模制形成。毛细管材料22、27、28可通过从毛细管纤维的长条上切 下合适长度的毛细管材料的方式形成。可使用如参看图13a、13b和13c所描述的方法来组装 加热器组件。在一个实施例中，通过首先将一种或多种毛细管材料22、27、28插入到壳体24 中来组装筒。液体气溶胶形成基质的预定体积然后被插入到壳体24中，浸泡毛细管材料。加 热器组件30随后被推到壳体的开口端并且通过胶粘、焊接、热封、超声波焊接或现在将对本 领域的普通技术人员显而易见的其它方法而固定到壳体24。在任何封合操作期间，壳体的 溫度优选地保持在160°CW下从而防止不想要的气溶胶形成基质的挥发。毛细管材料可被 切割到如其延伸到壳体24的开口端外面直到它由加热器组件压缩的长度。运促进了气溶胶 形成基质输送到正在使用的加热器元件的空隙中。
[0084] 在另一实施例中，不是将加热器组件30按压到壳体24上然后并封合，加热器组件 和壳体的开口端可首先急速加热且然后按压到一起从而将加热器组件30结合到壳体24。
[0085] 在使用气溶胶形成基质填充壳体之前及将气溶胶形成基质引入到壳体24中之后 将加热器组件30组装到壳体24也是可能的。在那样的情况下，可使用所描述方法中的任一 方法将加热器组件固定到筒。然后可使用空屯、针刺穿加热器组件或壳体并将气溶胶形成基 质注射到毛细管材料22、27、28中。接着通过热封或通过使用密封带来封合由空屯、针造成的 任何开口。
[0086] 图6为根据本发明的第一加热器组件30的图示。加热器组件包括由30化不诱钢形 成的网格，其中网格大小为约400Mesh US(每英寸约400个丝）。丝具有大约16皿的直径。网 格连接到电接触部分32,所述电接触部分通过间隔33与彼此分离且由具有厚度大约30WI1的 铜锥形成。电接触部分32设置在具有约120WI1的厚度的聚酷亚胺基板34上。形成网格的丝限 定丝之间的空隙。此实例中的空隙具有大约37皿的宽度，尽管可使用较大或较小的空隙。使 用运些概略尺寸的网格允许气溶胶形成基质的弯液面形成于空隙中，且允许加热器组件的 网格通过毛细管作用抽吸气溶胶形成基质。网格的开口面积，即空隙的面积与网格的总面 积的比率有利地在25%到56%之间。加热器组件的总电阻为大约1欧姆。网格提供此电阻的 绝大部分使得大部分的热由网格产生。在此实例中，网格具有比电接触部分32高100倍的电 阻。
[0087] 基板34电绝缘，且在此实例中由具有约120皿厚度的聚酷亚胺片材形成。基板为圆 形且具有8mm的直径。网格为矩形并具有5mm到2mm的大小长度。运些尺寸允许制造具有与传 统香烟或雪茄类似的大小和形状的完整系统。发现有效的尺寸的另一实例为直径5mm和1mm X 4mm的矩形网格的圆形基板。
[0088] 图7为根据本发明的替代示例性加热器组件的说明。图7的加热器组件与图6中所 展示的加热器组件相同但是网格36由平行导电丝37的阵列所代替。丝37的阵列由30化不诱 钢形成且具有约16WI1的直径。基板34和筒接触部分32经参看图6而描述。
[0089] 图8为根据本发明的另一替代加热器组件的图示。图8的加热器组件与图7中所展 示的加热器组件相同但在图8的组件中，丝37直接结合到基板34且接触部分32随后结合到 丝上。接触部分32与之前一样通过绝缘间隔33与彼此分离，且由具有厚度大约30WI1的铜锥 形成。基板丝和接触部分的相同布置可用于如图6中所展示的网格类型加热器。将接触部分 作为最外层可有益于为电源提供可靠的电接触。
[0090] 图9为根据本发明的替代加热器组件的图示。图9的加热器组件包括与电接触部分 39形成一体的复数个加热器丝38。丝和电接触部分两者由经蚀刻W限定丝38的不诱钢锥形 成。接触部分39由间隔33分开，由丝38接合的情况除外。不诱钢锥设置在聚酷亚胺基板％ 上。此外，丝38提供此电阻的绝大部分，使得大部分的热由丝产生。在此实例中，丝38具有比 电接触部分39高100倍的电阻。
[0091] 在图3、4和5中所展示的筒中，接触部分32和丝36、38位于基板层34与壳体24之间。 然而，可能W其它方式将加热器组件安装到筒壳体，使得聚酷亚胺基板直接邻近壳体24。图 10说明此类型的布置。图10展示包括固定到铜锥接触部分52的不诱钢网格56的加热器组 件。铜接触部分52固定到聚酷亚胺基板54。开孔55在聚酷亚胺基板54中形成。聚酷亚胺基板 经焊接到筒的壳体24。浸泡于气溶胶形成基质中的毛细管材料22填充壳体并且延伸穿过开 孔W接触网格55。筒经展示接收于装置的主体11中并保持在电连接件59与烟嘴部分12之 间。在此实施例中，为了使得电连接件59与接触部分52进行电连接，调整连接件59W刺穿聚 酷亚胺基板54，如所展示。使用尖锐端制成电连接件并由弹黃57推进与加热器组件接触。聚 酷亚胺基板经预先记录W得到良好的点接触部分，或可甚至提供有开孔使得刺穿基板为不 必要的。弹黃57又确保无论系统相对于重力的定向如何，在接触部分52与连接件59之间保 持良好的电接触。
[0092] 用于确保筒20在装置的腔18中的正确定向的一种方式已经参考图5a和化描述。定 位部分25可形成为经模制筒壳体24的部分W确保正确定向。但是，将显而易见的是，确保筒 的正确定向的其它方式为可能的。特别是，如果壳体为注射模制，针对筒的形状存在几乎无 限制的可能性。一旦已经选择筒的所要内部体积，可调整筒形状W适合任何腔。图11a为一 个可能筒壳体70的基本视图，允许筒定位于两个可能定向中。筒壳体70包括两个对称安置 的凹槽72。凹槽可部分或完全延伸到壳体70的侧面的上方。对应挡边(未说明）可在装置的 腔的壁上形成，使得筒可仅W两个可能定向接收于腔中。在图11a之实施例中，腔中可仅具 有单个挡边使得凹槽72中的一个不由挡边填充并可用作装置中的气流通道。通过仅在壳体 中提供单个凹槽而将筒限制于腔中的单个定向未当然可能的。运在图Ub中说明，所述图展 示具有单个凹槽76的筒壳体74。
[0093] 尽管所描述的实施例具有带有壳体(具有基本圆形的横截面)的筒，当然可能形成 具有其它形状的筒壳体，例如矩形横截面或Ξ角形横截面。运些壳体形状将确保在相应形 状的腔内的所要定向，W确保装置与筒之间的电连接。
[0094] 毛细管材料22在壳体24中有利地定向W将液体输送到加热器组件30。当组装筒 时，加热器丝36、37、38可与毛细管材料22接触，且因此气溶胶形成基质可直接输送到网格 加热器。图12a为展示加热器丝36之间的液体气溶胶形成基质的弯月面40的加热器组件的 丝36的详细视图。可见气溶胶形成基质接触每一丝的大部分表面，使得由加热器组件产生 的大部分热直接进气溶胶形成基质中。与此相反，在传统忍子和线圈加热器组件中，仅小部 分加热器电线与气溶胶形成基质接触。类似于图12a，图12b为详细视图，展示延伸到丝36之 间的空隙中的毛细管材料27的实例。毛细管材料27为图4中所展示的第一毛细管材料。可见 通过提供包括延伸到丝36之间的空隙中的纤维的细螺纹的毛细管材料，可确保将液体输送 到丝。
[00M]在使用中，加热器组件通过电阻加热来操作。电流在控制电子元件16的控制下通 过丝36、37、38，^将所述丝加热到所要溫度范围内。丝的网格或阵列具有明显高于电接触 部分32和电连接件19的电阻，使得较高溫度局限于所述丝。系统可配置成响应于使用者抽 吸而通过将电流提供到加热器组件来产生热，或可配置成在装置处于"开启"状态时连续产 生热。用于丝的不同材料可适用于不同系统。举例来说，在连续加热的系统中，石墨丝由于 具有较低比热容且与较低电流加热相容，因此是合适的。在抽吸驱动的系统中，其中使用高 电流脉冲短时间内产生热，具有较高比热容的不诱钢丝可为更适合的。
[0096]在抽吸驱动的系统中，装置可包括抽吸传感器，所述抽吸传感器经配置W检测使 用者何时将空气抽吸通过烟嘴部分。抽吸传感器（图中未说明）连接到控制电子元件16,且 控制电子元件16经配置W仅当其确定使用者抽吸装置时将电流供给到加热器组件30。任何 合适的气流传感器可用于抽吸传感器，例如麦克风。
[0097] 在可能的实施例中，丝36、38中的一个或多个或加热器元件的电阻率的变化总的 来说可用于检测加热器元件的溫度的变化。此可用于调节供给到加热器元件的电力W确保 其仍然在所要溫度范围内。溫度的突然变化也可用作检测起因于吸烟者吸电操作吸烟系统 而经过加热器元件的气流的变化的手段。丝中的一个或多个可为专用溫度传感器且就此而 言可由具有合适的电阻溫度系数的材料形成，例如铁侣合金、Ni-化、销、鹤或合金线。
[0098] 图Id中说明使用系统时通过烟嘴部分的气流。烟嘴部分包含内部挡板17,所述内 部挡板与烟嘴部分的外壁一体模制且确保，当空气从入口 13抽吸到出口 15时，其在筒上的 加热器组件30上方流动，气溶胶形成基质正在所述筒中蒸发。当空气经过加热器组件时，蒸 发的基质夹带在气流中，且冷却W在离开出口 15前形成气溶胶。因此，在使用中，气溶胶形 成基质通过在其蒸发时穿过丝36、37、38之间的空隙而穿过加热器组件。
[0099] 对于制造和加热器组件的材料由多种可能性。图13a是制造加热器组件的第一方 法的示意图。在一卷聚酷亚胺薄膜80中提供开孔82的阵列。可通过冲压形成开孔82。铜锥84 的带经锻上于开孔之间的聚酷亚胺薄膜80上。不诱钢网格86的带随后经锻上于铜锥84的顶 部上的聚酷亚胺薄膜80上并在与铜锥带正交的方向上的开孔82上方。可随后在每一开孔82 周围切割或冲压出个别加热器组件30。每一加热器组件30包括开孔的相对侧上的铜锥的一 部分，形成电接触部分，并且不诱钢网格的条从铜的一部分跨越开孔到另一部分，如图6中 所展示。
[0100] 图13b说明另一可能的制造过程。在图13b的过程中，图13a的过程中所使用的类型 的聚酷亚胺薄膜80经锻上不诱钢锥90。聚酷亚胺薄膜80具有形成于中的开孔82的阵列，但 运些开孔由不诱钢锥90覆盖。然后蚀刻锥90W限定跨越开孔82的丝38并将开孔的相对侧上 的接触部分分离。可随后在每一开孔82周围剪切或冲压个别加热器组件92。运提供图9中所 展示的类型的加热器组件。
[0101] 图13c说明另一替代过程。在图13c的过程中，首先制备石墨基织物100。石墨基织 物100包括适合用作加热器丝，邻近于相对非导电纤维的电阻纤维带。运些纤维带与垂直于 电阻及非导电纤维延伸的相对导电的带一起织造。此织物100随后经结合到参看图13a和 13b所描述的具有开孔82阵列的类型的聚酷亚胺薄膜80的层。可随后在每一开孔周围切割 或冲压出个别加热器组件102。每一加热器组件102包括开孔的相对侧上的导电纤维带的部 分并且电阻式纤维跨越开孔。
[0102] 图5a和加中所展示的筒设计具有若干优点。但是，使用相同类型的加热器组件的 替代筒设计为可能的。图14说明合适于穿过系统的气流的不同模式的替代筒设计。在图14 中所展示的实施例，筒108经配置W在由箭头110所指示的方向中插入于装置中。筒108包括 半圆柱体形状且一侧打开的壳体112。加热器组件114跨越开口侧提供并经胶粘或焊接到壳 体112。加热器组件114包括电绝缘基板116,例如具有形成于其中的开孔的聚酷亚胺。包括 不诱钢网格118及一对接触条120的加热器元件经结合到电绝缘基板116并跨越开孔。接触 条120在壳体112周围弯曲W在壳体的曲面上形成接触板。电接触板经配置W接触气溶胶生 成装置中的对应接触部分(未说明）。壳体112充满浸泡于气溶胶形成基质中的毛细管材料 (图14中不可见），如参看图la到Id中所展示的实施例而描述的。
[0103] 图14中所展示的筒经配置用于气流在与箭头110相对的方向中通过加热器组件 114。通过提供于装置的主体中的空气入口将空气抽吸到系统中，并且晚吸通过加热器组件 114到装置(或筒）的烟嘴部分中并到使用者的口中。抽吸到系统中的空气可(例如)通过空 气入口的合适安置而指向沿网格118平行的方向。
[0104] 图15a和15b说明筒108的替代实施例。图15a进一步包括间隔开并且长度为具有网 格118的面的接触条120。图15b进一步包括具有粗略为L形的接触部分120.图15a和15b中所 说明的两个筒设计可用于提供甚至更大的接触面积W进一步确保更容易地与接触部分19 相接触(如果需要的话）。如图15a中所说明的条120还可经配置W滑动到接触部分19,该接 触部分W用于接收条120的轨道配置(未说明）来配置W进一步定位筒。此类轨道型配置可 有利地提供接触部分19的定期清理，基于接触部分滑进和滑出轨道的摩擦，筒的插入和移 除将具有清洁效果。
[0105] 图16说明包括流体可渗透电加热器组件的气溶胶生成系统的又一实施例。图16说 明其中加热器组件30设置于与烟嘴部分12相对的筒20的末端的系统。气流进入空气入口 1601并经过组件然后沿流动路线1605穿过空气出口 1603。电接触部分可放置于任何方便的 位置。此类配置为有利的，由于其允许系统内更短的电连接。
[0106] 本领域的普通技术人员现在可W想到包括根据本公开内容的加热器组件的其它 筒设计。例如，筒可W包括烟嘴部分，可包括超过一个加热器组件，并且可W具有任何期望 的形状。此外，根据本发明的加热器组件可W用于除了已经描述的那些W外的其它类型的 系统中，例如增湿器、空气清新器和其它气溶胶生成系统。
[0107] 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W上示例性实施例一致的其它实施例。
【主权项】
1. 一种包括流体可渗透电加热器组件的气溶胶生成系统，所述加热器组件包括： 电绝缘基板， 形成于所述电绝缘基板中的开孔;及 固定到所述电绝缘基板的加热器元件，所述加热器元件跨越所述开孔且包括连接到第 一和第二导电接触部分的复数个导电丝，所述第一和第二导电接触部分定位于所述开孔的 彼此相对侧上，并且所述复数个导电丝形成空隙，且由所述丝形成的所述空隙具有75μπι至 25μηι之间的宽度， 其中所述第一和第二导电接触部分经配置以允许与外部电源接触。2. 根据权利要求1所述的气溶胶生成系统，其中复数个导电丝覆盖所述加热器组件面 积的10 %到50 %之间的面积。3. 根据权利要求1或2所述的气溶胶生成系统，其中所述导电丝的电阻比所述接触部分 的电阻大至少两个数量级。4. 根据任一前述权利要求所述的气溶胶生成系统，其中所述加热器元件具有固定到所 述电绝缘基板的第一面，且所述第一和第二导电接触部分配置成允许与同所述第一面相对 的所述加热器元件的第二面上的外部电源接触。5. 根据任一前述权利要求所述的气溶胶生成系统，其中所述导电丝位于基本平坦平 面。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的气溶胶生成系统，其中所述导电丝由与彼此平行 布置的丝阵列构成。7. 根据任一前述权利要求所述的气溶胶生成系统，其中所述导电丝的所述面积小于 25mm2〇8. 根据任一前述权利要求所述的气溶胶生成系统，其中所述第一和第二导电接触部分 包括固定到所述导电丝的平面接触部分。9. 根据任一前述权利要求所述的气溶胶生成系统，其中所述加热器组件包括由第一材 料制成的至少一个丝和由与所述第一材料不同的第二材料制成的至少一个丝。10. 根据任一前述权利要求所述的气溶胶生成系统，其进一步包括液体存储部分，所述 液体存储部分包括含有液体气溶胶形成基质的壳体，其中所述加热器组件固定到所述液体 存储部分的所述壳体。11. 根据任一前述权利要求所述的气溶胶生成系统，其中所述系统是电操作吸烟系统。12. -种制造适用于气溶胶生成系统中的流体可渗透电加热器组件的方法，其包括： 提供电绝缘基板； 在所述基板上形成一个或多个开孔； 在所述基板上在一个或多个开孔的彼此相对侧上提供至少两个平面导电接触部分;及 在所述基板上提供复数个导电丝，所述复数个导电丝跨越所述一个或多个开孔在所述 至少两个平面导电接触部分之间延伸 其中所述复数个导电丝形成空隙，且由所述丝形成的所述空隙具有75μπι到25μπι之间的 宽度。13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述导电丝位于基本平坦平面。14. 根据权利要求12或13所述的方法，其中所述导电丝由与彼此平行布置的丝阵列构 成。15.根据权利要求12、13或14所述的方法，其中所述导电丝的所述面积小于25mm2。
【文档编号】A24F47/00GK105934168SQ201480074307
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2014年12月15日
【发明人】O·米洛诺夫, R·N·巴蒂斯塔
【申请人】菲利普莫里斯生产公司