用于加热可抽吸材料的绝热设备的制作方法

用于加热可抽吸材料的绝热设备的制作方法
【专利摘要】一种配置为加热可抽吸材料以使可抽吸材料的至少一种成分挥发的设备，其中所述设备包括具有中心区域的区域绝热构件，该中心区域被排空为压力低于该绝热构件外部的压力。
【专利说明】用于加热可抽吸材料的绝热设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及加热可抽吸材料。
【背景技术】
[0002]诸如香烟和雪茄的吸烟物品在使用期间燃烧烟草以产生烟雾。已经尝试通过创造在不产生烟雾的情况下释放化合物的产品来替代这些吸烟物品。这类产品的例子是所谓的加热但不燃烧产品，其通过加热烟草而不是燃烧烟草来释放化合物。

【发明内容】

[0003]根据本发明，提供一种配置为加热可抽吸材料以使可抽吸材料的至少一种成分挥发的设备，其中所述设备包括具有中心区域的区域绝热构件，该中心区域被排空为压力低于该绝热构件外部的压力。
[0004]所述绝热构件可位于可抽吸材料的加热腔与所述设备的外部之间以减少被加热的可抽吸材料的热量损失。
[0005]所述绝热构件可绕加热腔同轴地定位。
[0006]所述可抽吸材料的加热腔可包括基本管状的加热腔，并且所述绝热构件可绕所述管状加热腔的纵向表面定位。
[0007]所述绝热构件可包括绕加热腔定位的基本管状的绝热构件主体。
[0008]所述可抽吸材料的加热腔可位于绝热构件与加热器之间。
[0009]所述加热器可位于可抽吸材料的加热腔与绝热构件之间。
[0010]所述绝热构件可位于加热器的外部。
[0011]所述加热器可绕加热腔同轴地定位，并且所述绝热构件可绕加热器同轴地定位。
[0012]所述绝热构件可包括红外线辐射反射材料，以减少红外线辐射穿过绝热构件的传播。
[0013]所述绝热构件可包括包围所述中心区域的外壁。
[0014]所述壁的内表面可包括红外线辐射反射涂层，以便在所述中心区域内反射红外线辐射。
[0015]所述壁可包括不锈钢层，该不锈钢层具有至少约100微米的厚度。
[0016]所述中心区域的任一侧的壁部分可通过连结壁部分连接起来，该连结壁部分在所述中心区域的任一侧的壁部分之间沿蜿蜒路径延伸。
[0017]所述中心区域中的压力可介于约0.1与约0.001巴之间。
[0018]当所述绝热构件的温度在100摄氏度到250摄氏度的范围内一诸如在150摄氏度到250摄氏度的范围内时，所述绝热构件的热传导系数可介于约1.1Off/ (m2K)与约1.40W/(m2K)之间。
[0019]所述中心区域可包括多孔材料。
[0020]所述中心区域的任一侧的壁部分可汇聚到密封的气体出口。[0021]所述壁部分可汇聚在所述绝热构件的端部区域。
[0022]所述绝热构件的厚度可以小于约1mm。
[0023]所述绝热构件的厚度可以小于约0.1mm。
[0024]所述绝热构件的厚度可以在约Imm和约0.0Olmm之间。
[0025]所述设备可配置成用电驱动加热器来加热可抽吸材料。
[0026]所述设备可配置成在不燃烧可抽吸材料的情况下加热可抽吸材料。
[0027]根据本发明的一个方面，提供一种设备，其被配置为加热可抽吸材料以使可抽吸材料的至少一种成分挥发，并且包括红外线加热器。
[0028]该红外线加热器可以包括卤素红外线加热器。
[0029]仅为了示范目的，下面参照附图描述本发明的实施例，附图中的各幅视图被描述如下。
【专利附图】

【附图说明】
[0030]图1是被配置为加热可抽吸材料以从可抽吸材料释放芳香族化合物和/或尼古丁的设备的部分切除立体图；
图2是被配置为加热可抽吸材料的设备的部分切除立体图，其中，可抽吸材料被设置在被划分为多个径向加热部分的细长陶瓷加热器的周围；
图3是被配置为加热可抽吸材料的设备的部分切除分解图，其中，可抽吸材料被设置在被划分为多个径向加热部分的细长陶瓷加热器的周围；
图4是被配置为加热可抽吸材料的设备的部分切除立体图，其中，可抽吸材料被设置在细长红外线加热器的周围；
图5是被配置为加热可抽吸材料的设备的部分切除分解图，其中，可抽吸材料被设置在细长红外线加热器的周围；
图6是被配置为加热可抽吸材料的设备的一部分的示意图，其中，可抽吸材料被设置在围绕中心纵向轴线分隔开的多个纵向细长加热部分的周围；
图7是被配置为加热可抽吸材料的设备的一部分的立体图，其中，可抽吸材料区被设置在多对直立的加热板之间；
图8是图7所示的设备的立体图，其中，额外图示了外壳；
图9是被配置为加热可抽吸材料的设备的一部分的分解图，其中，可抽吸材料区被设置在多对直立的加热板之间；
图10是示出启动加热区并且在吸烟期间打开和关闭加热腔阀门的方法的流程图；
图11是流过被配置为加热可抽吸材料的设备的气体流的示意图；
图12是可以利用加热器加热可抽吸材料的加热图案的图表；
图13是被配置为在加热期间压缩可抽吸材料的可抽吸材料压缩器的示意图；
图14是被配置为在吸烟期间使可抽吸材料膨胀的可抽吸材料膨胀器的示意图；
图15是示出在加热期间压缩可抽吸材料并且在吸烟期间使可抽吸材料膨胀的方法的流程图；
图16是被配置为防止被加热的可抽吸材料损失热量的真空绝热部分的示意性剖视
图； 图17是被配置为防止被加热的可抽吸材料损失热量的真空绝热部分的另一示意性剖视图；
图18是沿着从较高温度的绝热壁到较低温度的绝热壁的迂回路径延伸的热阻热桥的示意性剖视图；
图19是隔热罩和热量透明窗的示意性剖视图，它们相对于可抽吸材料的主体可移动，以选择性地允许热能通过该窗口被传输到可抽吸材料的不同部分；
图20是被配置为加热可抽吸材料的设备的一部分的示意性剖视图，其中，止回阀可以气密地密封加热腔；
图21是被配置为加热可抽吸材料的设备的示意性剖视图，其中，加热器位于加热腔外部并且位于绝热构件内部；以及
图22是深真空绝热构件的部分剖面的示意性剖面图，其被配置为使被配置为加热可抽吸材料的设备绝热。
【具体实施方式】
[0031]如在此使用的，术语“可抽吸材料”包括通过加热提供挥发成分的任何材料，并且包括任何含烟草的材料以及例如可包括烟草、烟草衍生物、膨胀烟草、再造烟草或烟草替代物中的一种或多种。
[0032]用于加热可抽吸材料的设备I包括能量源2、加热器3和加热腔4。能量源2可以包括电池，诸如锂离子电池、镍电池、碱性电池和/或其他电池，并且电联接到加热器3以在需要时向加热器3供应电能。加热腔4被配置为接收可抽吸材料5，从而使得可抽吸材料5可以在加热腔4中被加热。例如，加热腔4可以被安置为靠近加热器3，从而使得来自加热器3的热能加热其中的可抽吸材料5，以在不燃烧可抽吸材料5的情况下挥发可抽吸材料5中的芳香族化合物和尼古丁。口部6被设置为设备I的使用者在使用设备I期间可以通过口部6吸入挥发的化合物。可抽吸材料5可以包括烟草混合物。
[0033]如图1所示，加热器3可以包括大体圆柱形的细长加热器3，并且加热腔4位于加热器3的周向纵向表面的周围。因此，加热腔4和可抽吸材料5包括围绕加热器3的共轴的层。然而，如从以下讨论中显而易见的，可以选择性地使用其它形状和配置的加热器3和加热腔4。
[0034]外壳7可以容纳设备I的部件，诸如能量源2和加热器3。如图1所示，外壳7可以包括近似圆柱形的管，其中，能量源2朝向其第一端8安置并且加热器3和加热腔4朝向其相反的第二端9安置。能量源2和加热器3沿外壳7的纵向轴线延伸。例如，如图1所示，能量源2和加热器3可以端对端的布置方式沿外壳7的中心纵向轴线对齐，从而使得能量源2的端面面对加热器3的端面。外壳7的长度可以为约130_，能量源的长度可以为约59mm,并且加热器3和加热区4的长度可以为约50mm。外壳7的直径可以在约15mm和约18mm之间。例如,外壳的第一端8的直径可以为18mm,而在外壳的第二端9处的口部6的直径可以为15mm。加热器3的直径可以在约2.0mm和约6.0mm之间。加热器3的直径可以例如在约4.0mm和约4.5mm之间或在约2.0mm和约3.0mm之间。或者可以使用这些范围之外的加热器直径。加热腔4的深度可以为约5mm并且加热器4在其面向外的表面处可以具有约IOmm的外径。能量源2的直径可以在约14.0mm和约15.0mm之间，诸如14.6mm。[0035]可以在能量源2和加热器3之间设置绝热构件，以防止热量从一个直接传递到另一个。口部6可以位于外壳7的第二端9处,靠近加热腔4和可抽吸材料5。外壳7适于在设备I使用期间被使用者抓握，从而使得使用者可以从设备I的口部6吸入挥发的可抽吸材料化合物。
[0036]参照图2和3，加热器3可以包括陶瓷加热器3。陶瓷加热器3可以例如包括被层压和烧结的氧化铝和/或氮化硅的基础陶瓷。或者，参照图4和5，加热器3可以包括红外线(IR)加热器3，诸如卤素-1R灯3。IR加热器3可以具有小的质量并且因此其使用可以帮助降低设备I的总质量。例如，IR加热器的质量可以比具有相等加热功率输出的陶瓷加热器3的质量小20%至30%。IR加热器3还具有低热惯量，并因此能够响应于启动激励非常迅速地加热可抽吸材料5。IR加热器3可以被配置为发射波长在约700nm和4.5 μ m之间的IR电磁辐射。
[0037]如上所述且如图1所示，加热器3可以位于外壳7的中心区域中，并且加热腔4和可抽吸材料5可以位于加热器3的纵向表面周围。在此布置方式中，加热器3发射的热能从加热器3的纵向表面沿径向方向向外行进到加热腔4和可抽吸材料5中。
[0038]加热器3可以可选择地包括多个单独的加热区10。加热区10可以彼此在操作上独立，从而使得不同的区域10可以在不同时间被启动来加热可抽吸材料5。加热区10可以以任何几何布置方式被布置在加热器3中。然而，在图示的例子中，加热区10被按几何方式布置在加热器3中，从而使得加热区10中的不同加热区被布置为主导地和独立地加热可抽吸材料5的不同区域。
[0039]例如，参照图2，加热器3可以包括多个沿轴向对齐的加热区10。区域10各自可包括加热器3的单独元件。加热区10可以例如全部沿加热器3的纵向轴线互相对齐，由此提供沿加热器3的长度的多个独立的加热带。每个加热区10可以包括具有远远小于加热器3的总体长度的有限长度的加热圆柱10。下面根据加热盘来讨论圆柱10的布置和特征，其中，每个加热盘具有等于圆柱长度的深度。加热盘10被布置为它们的径向表面沿加热器3的长度互相面对。每个盘10的径向表面可以触碰其相邻盘10的径向表面。或者，绝热或热量反射层可以存在于盘10的径向表面之间，从而使得从每个盘10发出的热能大体上不会加热相邻盘10而是主要从盘10的周向表面向外行进到加热腔4和可抽吸材料5中。每个盘10可以具有与其它盘10基本相同的尺寸。
[0040]以此方式，当特定的一个加热区10被启动时，它将热能供应到沿径向围绕加热区10的可抽吸材料5，而基本不会加热剩余的可抽吸材料5。例如，参照图2，可抽吸材料5的被加热区域可以包括位于已被启动的加热盘10周围的一圈可抽吸材料5。因此，可抽吸材料5可以在独立部分(例如环形部分)被加热，其中，每个部分对应于直接包围特定的一个加热器10的可抽吸材料5并且具有显著小于可抽吸材料5的整个主体的质量和体积。
[0041]额外地或可选地，参照图6，加热器3可以包括位于加热器3的中心纵向轴线周围的不同位置处的多个细长的纵向延伸加热区10。尽管在图6中示出为具有不同长度，但是纵向延伸的加热区10可以具有基本相同的长度，从而使得每个加热区沿加热器3的基本整个长度延伸。每个加热区10可以包括例如单个IR加热元件10，诸如IR加热灯丝10。可选择地，可以沿加热器3的中心纵向轴线设置绝热或热量反射材料的主体，从而使得每个加热区10发出的热能主要从加热器3向外行进到加热腔4中，并因此加热可抽吸材料5。加热器3的中心轴向轴线和每个加热区10之间的距离可以基本相等。加热区10可以选择性地被容纳在形成加热器3的纵向表面的大体上红外线和/或热量透明管或其它外壳中。加热区10可以相对于其它加热区10被固定就位在管内。
[0042]以此方式，当特定的一个加热区10被启动时，它将热能供应到毗邻该加热区10放置的可抽吸材料5，而基本不会加热剩余的可抽吸材料5。可抽吸材料5的被加热部分可以包括平行于且直接毗邻纵向加热区10的可抽吸材料5的纵向部分。因此，与前述例子相同，可以在独立的部分中加热可抽吸材料5。
[0043]如下面将要进一步描述的，可以分别和选择性地启动每个加热区10。
[0044]可抽吸材料5可以包括在能够插入加热腔4中的套筒11中。例如，如图1所示，套筒11可以包括可抽吸材料管11，可抽吸材料管11可以被插入在加热器3周围，从而使得可抽吸材料管11的内表面面对加热器3的纵向表面。可抽吸材料管11可以是中空的。管11的中空中心的直径可以大体等于或略大于加热器3的直径，从而使得管11紧密地装配在加热器3周围。套筒11的长度可以近似等于加热器3的长度，从而使得加热器3可以沿其整个长度加热套筒11。
[0045]设备I的外壳7可以包括开口，套筒11可以通过该开口被插入加热腔4中。该开口可以例如包括位于外壳的第二端9处的环形开口，从而使得套筒可以滑入开口并且被直接推入加热腔4中。在设备I的使用期间，优选关闭该开口以加热可抽吸材料5。或者，可以从设备I移除外壳7的在第二端9处的部分，从而可以将可抽吸材料5插入加热腔4。图9示出这样的例子。设备I可以选择性地配备有使用者可操作的可抽吸材料排出单元，诸如被配置为使用过的可抽吸材料5滑出和/或滑离加热器3的内部机构。用过的可抽吸材料5可以例如通过外壳7中的开口被推回。然后，可以根据需要插入新的套筒11。
[0046]在加热器3的替代配置中，加热器3包括螺旋形加热器3。螺旋形加热器3可以被配置为旋入可抽吸材料套筒11并且可以包括相邻的沿轴向对齐的加热区10，从而以与上述对直线的细长加热器3所进行的描述基本相同的方式进行操作。
[0047]在加热器3和加热腔4的替代配置中，加热器3包括大体细长的管，其可以是圆柱形的，并且加热腔4位于管3内侧而不是围绕加热器的外侧。加热器3可以包括多个沿轴向对齐的加热部分，每个加热部分可以包括加热环，加热环被配置为加热从环沿径向向内放置的可抽吸材料5。以此方式，加热器3被配置为以与上面参照图2描述的加热器3相类似的方式独立地加热该加热腔4中的可抽吸材料5的分离部分。热量径向向内地施加到可抽吸材料5,而不是如上所述地径向向外地施加到可抽吸材料5。一个示例在图21中示出。
[0048]或者，参照图7、8和9，可以使用不同几何配置的加热器3和可抽吸材料5。更具体地，加热器3可以包括直接延伸到细长的加热腔4中的多个加热区10，加热器4被加热区10划分为多个部分。在使用期间，加热区10直接延伸到细长的可抽吸材料套筒11或可抽吸材料5的其它基本实心的主体。加热腔4中的可抽吸材料5由此被划分为通过分隔开的加热区10彼此分离的离散部分。加热器3、加热腔4和可抽吸材料5可以沿外壳7的中心纵向轴线一起延伸。如图7和9所示，加热区10可以各自包括延伸到可抽吸材料5的主体中的突起10，诸如直立的加热板10。下面结合加热板10讨论突起10。加热板10的主平面可以基本垂直于可抽吸材料5的主体和加热腔4和/或外壳7的主纵向轴线。如图7和9所示，加热板10可以互相平行。通过位于可抽吸材料部分两侧的一对加热板10的主加热表面来约束每部分可抽吸材料5，从而使得启动一个或两个加热板10将使热能被直接传递到可抽吸材料5。可以在加热表面上压花，以增大与可抽吸材料5接触的加热板10的表面积。可选择地，每个加热板10可以包括将板10沿其主平面划分为两半的热反射层。因此，板10的每一半可以构成单独的加热区10并且可以独立地被启动以仅加热直接靠着板10的那一半的那部分可抽吸材料5，而非加热在板10两侧的可抽吸材料5。可以启动相邻的板10或其相面对部分来从一部分可抽吸材料5的基本相对侧面加热位于相邻板之间的那部分可抽吸材料5。
[0049]如前所述，可以通过移除在外壳的第二端9处的一部分外壳7将细长的可抽吸材料套筒或主体11安装在加热腔4和加热板10之间或将其从其间移除。加热区10可以被单独和可选择地启动以根据需要加热可抽吸材料5的不同部分。
[0050]以此方式，当特定的一个或一对加热区10被启动时，它将热能供应到直接毗邻加热区10放置的可抽吸材料5，而基本不会加热剩余的可抽吸材料5。如图7至9所示，可抽吸材料5的被加热部分可以包括位于加热区10之间的可抽吸材料5的径向部分。
[0051]设备I可以包括控制器12，诸如微控制器12，其被配置为控制设备I的操作。控制器12电连接到设备I的其它部件，诸如能量源2和加热器3，从而它可以通过发送和接收信号来控制它们的操作。控制器12被具体配置为控制加热器3的启动，以加热可抽吸材料
5。例如，控制器12可以被配置为响应于使用者对设备I的口部6的吸允来启动加热器3，这可以包括选择性地启动一个或多个加热区10。就此而言，控制器12可以经由合适的通信联接方式与吸烟传感器13通信。吸烟传感器13被配置为检测在口部6何时发生吸烟动作并且作为响应被配置为向控制器12发送指示发生吸烟动作的信号。可以使用电信号。控制器12可以响应于来自吸烟传感器13的信号启动加热器3并由此加热可抽吸材料5。然而，并非必须利用吸烟传感器13来启动加热器3，并且可选择地可以使用提供激励以启动加热器3的其它装置。例如，控`制器12可以响应于另一种启动激励一例如对使用者可操作的致动器的致动来启动加热器3。然后使用者可以通过口部6吸入加热期间释放的挥发化合物。控制器12可以位于外壳7内的任何合适的位置处。如图3所示，示例性位置可以在能量源2和加热器3/加热腔4之间。
[0052]如果加热器3包括如上所述的两个或更多个加热区10，则控制器12可以被配置为以预定的顺序或形式启动加热区10。例如，控制器12可以被配置为沿或围绕加热腔4依次启动加热区10。加热区10的每次启动可以响应于吸烟传感器13检测到吸烟动作或者可以以替代方式被触发，如下面进一步描述的。
[0053]参照图10，示例性加热方法可以包括检测诸如第一吸烟/吸入动作的启动激励的第一步骤SI，和随后响应于第一吸烟动作或其他启动激励加热可抽吸材料5的第一部分的第二步骤S2。在第三步骤S3，可以打开可气密密封的入口和出口阀24，以允许通过加热腔
4吸进空气并通过口部6从设备I排出。在第四步骤中，关闭阀门24。下面参照图20更详细地描述这些阀门24。在第五步骤S5、第六步骤S6、第七步骤S7和第八步骤S8，可以响应于诸如第二吸烟动作的第二启动激励加热可抽吸材料5的第二部分，其中相应地打开和关闭加热腔的入口和出口阀24。在第九步骤S9、第十步骤S10、第十一步骤Sll和第十二步骤S12中，可以响应于诸如第三吸烟动作的第三启动激励加热可抽吸材料5的第三部分，其中相应地打开和关闭加热腔的入口和出口阀24等。或者如上所述，可以使用除吸烟传感器13之外的装置。例如，设备I的使用者可以致动控制开关，以指示他/她进行了新的吸烟动作。以此方式，对于每次新的吸烟动作，都可以加热可抽吸材料5的新部分以挥发尼古丁和芳香族化合物。加热区10和/或可抽吸材料5的可独立加热部分的数量可以对应于计划使用的套筒11的吸烟次数。或者，每个可独立加热的可抽吸材料部分5可以在多次吸烟动作(诸如两次、三次或四次吸烟动作)中被其相应的加热区10加热，从而使得可抽吸材料5的新部分仅在加热上一可抽吸材料部分时已经进行了多次吸烟动作之后被加热。
[0054]替代响应于单独的吸烟动作启动每个加热区10，或者可以响应于在口部6处的单次初始吸烟动作来依次相继地启动加热区10。例如，可以在特定的可抽吸材料套筒11的预期吸入周期内以规律的预定时间间隔启动加热区10。吸入周期可以例如在约一和约四分钟之间。因此，至少图10所示的第五步骤S5和第九步骤S9是可选的。每个加热区10可以启动对应于单次或多次吸烟动作的持续时间(相应的可独立加热的可抽吸材料部分5将被加热的时间)的预定周期。一旦对于特定的套筒11已经启动了全部加热区10，控制器12就可以被配置为指示使用者应该更换套筒11。控制器12可以例如启动在外壳7的外表面处的指示灯。
[0055]应该理解，按顺序启动单独的加热区10而非启动整个加热器3意味着加热可抽吸材料5所需的能量相比在套筒11的整个吸入期间内完全启动加热器3所需的能量减小。因此，也降低了能量源2的最大需要功率输出。这意味着可以将更小更轻的能量源2安装在设备I中。
[0056]控制器12可以被配置为在吸烟动作之间停用加热器3，或者降低供应到加热器3的功率。这节省能量并延长能量源2的寿命。例如，当通过使用者或响应于一些其它激励(诸如检测到使用者将嘴靠在口部6处)开启设备1，控制器12可以被配置为使用于加热可抽吸材料5的加热器3或下一加热区10被部分启动，从而使其升温以备使可抽吸材料5的成分挥发。部分启动不会将可抽吸材料5加热到足以使尼古丁挥发的温度。合适的温度可以为120°C以下，诸如100°C或100°C以下。一个例子是在60°C和100°C之间的温度，诸如在80°C和100°C之间的温度。温度可以小于100°C。响应于吸烟传感器13检测到吸烟动作，控制器12于是可以使加热器3或上述加热区10进一步加热可抽吸材料5，以便迅速挥发用于被使用者吸入的尼古丁和其它芳香族化合物。如果可抽吸材料5包括烟草，用于挥发尼古丁和其它芳香族化合物的合适温度可以为100°C或100°C以上，诸如120°C或120°C以上。一个例子是在100°C和250°C之间的温度，诸如在100°C和220°C之间、或100°C和200°C、在150°C和250°C之间或在130°C和180°C之间。温度可以大于100°C。示例性完全启动温度为150°C，尽管诸如250°C的其它值也可行。超级电容器可以选择性地用于提供用于将可抽吸材料5加热至挥发温度的峰值电流。图12示出合适的加热图案的一个例子，其中，峰值可以分别代表不同加热区10的完全启动。如从图中看见，可抽吸材料5大致在吸烟动作的期间(在此例子中是两秒)保持处于挥发温度。
[0057]下面描述加热器3的三种示例性操作模式。
[0058]在第一操作模式中，在特定加热区10的完全启动期间，停用加热器的所有其它加热区10。因此，当启动新的加热区10时，停用上一加热区。功率仅供应到被启动的区域10。
[0059]可选择地，在第二操作模式，在特定加热区10的完全启动期间，可以部分地启动其它加热区10中的一个或多个。部分地启动一个或多个其它加热区10可以包括将其它加热区10加热至足以基本防止在加热腔4中从可抽吸材料5挥发的诸如尼古丁的成分冷凝的温度。被部分启动的加热区10的温度小于被完全启动的加热区10的温度。毗邻部分启动的区域10放置的可抽吸材料10未被加热至足以挥发可抽吸材料5的成分的温度。
[0060]可选择地，在第三操作模式中，一旦已经启动了特定的加热区10，它就保持完全启动直到关掉加热器3。因此，在从套筒11吸入期间，供应到加热器3的功率随着更多的加热区10被启动而逐渐增大。与前述第二模式相同，加热区10的持续启动基本上防止在加热腔4中从可抽吸材料5挥发的诸如尼古丁的成分冷凝。
[0061]设备I可以包括位于加热器3和加热腔4/可抽吸材料5之间的隔热罩3a。隔热罩3a被配置为基本防止热能流过隔热罩3a并且因此即使当加热器3被启动并且发出热能时也可以用于选择性地阻止可抽吸材料5被加热。参照图19，隔热罩3a可以例如包括围绕加热器3共轴放置的一层圆柱形热量反射材料。或者，如果加热器3如前所述地位于加热腔4和可抽吸材料5周围，则隔热罩3a可以包括围绕加热腔4共轴放置的一层圆柱形热量反射材料，并且共轴地位于加热器3内侧。隔热罩3a可以额外地或替代地包括被配置为使加热器3与可抽吸材料5绝热的绝热层。隔热罩3a包括基本上对热量透明的窗3b，其允许热能传播通过窗3b并进入加热腔4和可抽吸材料5。因此，可抽吸材料5的与窗3b对齐的部分被加热，而剩余的可抽吸材料5未被加热。隔热罩3a和窗3b可以相对于可抽吸材料5旋转或以其他方式移动，从而可以通过旋转或移动隔热罩3a和窗3b选择性地单独加热可抽吸材料5的不同部分。其效果类似于上述通过选择性地单独启动加热区10所提供的效果。例如，隔热罩3a和窗3b可以响应于来自吸烟检测器13的信号逐渐增大地旋转或以其他方式移动。额外地或替代地，隔热罩3a和窗3b可以响应于已经经过的预定加热周期逐渐增大地旋转或以其他方式移动。可以通过来自控制器12的电信号控制隔热罩3a和窗3b的移动或旋转。可以通过处于控制器12控制下的步进电动机3c驱动隔热罩3a/窗3b和可抽吸材料5的相对旋转或其它移动。这在图19中示出。或者，可以利用使用者控制装置，诸如外壳7上的致动器，手动地旋转隔热罩3a和窗3b。隔热罩3a并非必须是圆柱形，并且可以选择性地包括被合适地放置为沿纵向延伸的一个或多个元件和/或板。
[0062]应该理解，通过相对于加热器3、隔热罩3a和窗3b旋转或移动可抽吸材料5可以获得类似的结果。例如，加热腔4可以围绕加热器3旋转。如果是这种情形，则可以应用关于移动隔热罩3a的移动的以上描述,而非相对于隔热罩3a移动加热腔4。
[0063]隔热罩3a可以包括在加热器3的纵向表面上的涂层。在此情形中，加热器表面的一个区域未被涂覆以形成热量透明窗3b。加热器3可以例如在控制器12的控制或使用者的控制下旋转或以其他方式移动，以使可抽吸材料5的不同部分被加热。或者，隔热罩3a和窗3b可以包括在控制器12的控制或使用者的控制下可相对于加热器3和可抽吸材料5两者旋转或以其他方式移动的单独的罩3a。
[0064]参照图6，设备I可以包括在吸烟动作期间允许外部空气被吸进外壳7中并通过被加热的可抽吸材料5的入口孔14。入口孔14可以包括在外壳7中的缺口 14并且可以位于从可抽吸材料5和加热腔4的朝向外壳7的第一端8的上游。这在图1中示出。图11示出了另一个例子。通过入口孔14吸进的空气行进通过被加热的可抽吸材料5并且在口部6处被使用者吸入之前其中富含可抽吸材料蒸汽，诸如芳香蒸汽。可选择地，如图11所示，设备I可以包括被配置为在空气进入可抽吸材料5之前使空气升温和/或在空气通过口部6被吸进之前冷却空气的换热器15。例如，换热器15可以被配置为使用从进入口部6的空气中提取的热量来使进入可抽吸材料5之前的空气升温。
[0065]设备I可以包括可抽吸材料压缩器16，其被配置为通过启动压缩器16使可抽吸材料5被压缩。设备I还可以包括可抽吸材料膨胀器17，其被配置为通过启动膨胀器17使可抽吸材料5膨胀。实际上，压缩器16和膨胀器17在实践中可以被实现为相同单元，如下面将要解释的。可抽吸材料压缩器16和膨胀器17可以在控制器12的控制下选择性地操作。在此情形中，控制器12被配置为将信号一诸如电信号，发送到压缩器16或膨胀器17，使压缩器16或膨胀器17分别压缩或膨胀可抽吸材料5。或者，设备I的使用者可以利用对外壳7的手动控制来致动压缩器16和膨胀器17，以根据需要压缩或膨胀可抽吸材料5。
[0066]压缩器16主要被配置为在加热期间压缩可抽吸材料5，并由此增加其密度。压缩可抽吸材料会增加可抽吸材料5的主体的热导率并因此提供更加迅速的燃烧和随之发生的尼古丁和其它芳香族化合物的快速挥发。这是优选的，因为这响应于检测到吸烟动作而使尼古丁和芳香族化合物可以基本没有延迟地被使用者吸入。因此，控制器12可以响应于检测到吸烟动作而启动压缩器16来在预定的加热周期(例如一秒)内压缩可抽吸材料5。压缩器16可以被配置为在预定的加热周期之后例如在控制器12的控制下减小对可抽吸材料15的压缩。或者，可以响应于可抽吸材料5达到预定的阈值温度，减小或自动结束压缩。合适的阈值温度可以在约100°C至250°C的范围内，诸如在100°C和220°C之间、在150°C和250°C之间、在100°C和200°C之间或在130°C和180°C之间。阈值温度可以在100°C以上，诸如120°C以上的值，并且可以是使用者可选择的。可以使用温度传感器检测可抽吸材料5的温度。
[0067]膨胀器17主要被配置为在吸烟动作期间使可抽吸材料5膨胀并由此减小其密度。当可抽吸材料5已经膨胀时，可抽吸材料5在加热腔4中的布置变得更加松散，这有助于气体流动，例如来自入口孔14的空气通过可抽吸材料5。因此，空气更加能够将挥发的尼古丁和芳香族化合物运载到口部6，以便被吸入。控制器12可以启动膨胀器17，以使可抽吸材料5在上述压缩周期之后立即膨胀，从而可以通过可抽吸材料5更加自由地吸进空气。膨胀器17的启动可以伴随着指示使用者可抽吸材料5已经被加热并且可以开始吸入的使用者可听见的声音或其它指示。
[0068]参照图13和14，压缩器16和膨胀器17可以包括弹簧致动式传动杆，其被配置为当弹簧从压缩状态被释放时，压缩加热腔4中的可抽吸材料5。这在图13和14中示意性示出，但是应该理解可以采用其它实施方式。例如，压缩器16可以包括厚度近似等于上述管形加热腔4的环，其被弹簧或其它装置驱动到加热腔4中以压缩可抽吸材料5。或者，压缩器16可以作为加热器3的一部分被包括,从而使加热器3自身被配置为在控制器12的控制下压缩和膨胀可抽吸材料5。例如，当加热器3包括上述类型的直立加热板10时，板10可以沿加热器3的纵向方向独立地移动以膨胀或压缩可抽吸材料5的毗邻板10放置的部分。图15示出压缩和膨胀可抽吸材料5的方法。
[0069]可以在可抽吸材料5和外壳7的外表面19之间设置绝热构件18,以降低设备I的热量损失并因此提高可抽吸材料5的加热效率。例如，参照图1，外壳7的壁可以包括围绕加热腔4的外侧延伸的绝热层18。绝热层18可以包括围绕加热腔4和可抽吸材料5共轴地放置的绝热层18的基本管状长度。这在图1中示出。图21中示出了一个示例。应该理解，绝热构件18还可以作为可抽吸材料套筒11的一部分被包括，其中它可以围绕可抽吸材料5的外侧共轴地放置。
[0070]参照图16，绝热构件18可以包括真空绝热构件18。例如，绝热构件18可以包括由壁材料19 (诸如金属材料)约束的层。绝热构件18的内部区域或中心部分20可以包括可以被排空至低压的开孔型多孔材料，例如包括聚合物、气凝胶或其它合适的材料。内部区域20中的压力可以在0.1至0.001毫巴的范围内。绝热构件18的壁19足够坚固以承受由于中心部分20和壁19的外表面之间的压力差而对壁施加的力，由此防止绝热构件18塌陷。壁19可以例如包括具有约100 μ m的厚度的不锈钢壁19。绝热构件18的热导率可以在0.004至0.005ff/mK的范围内。在100摄氏度和250摄氏度之间(诸如在约150摄氏度和约250摄氏度之间)的温度范围内，绝热构件18的导热系数可以在约1.10 ff/ (m2K)和约1.40 ff/ (m2K)之间。绝热构件18的气体热导率可以忽略。反射涂层可以施加到壁材料19的内表面，以最小化由于辐射传播通过绝热构件18而导致的热量损失。涂层可以例如包括厚度在约0.3 μ m和1.0 μ m之间的铝IR反射涂层。内部中心区域10的排空状态意味着绝热构件18即使在中心区域20的厚度很小时也起作用。绝热特性基本不受其厚度影响。这有助于减小设备I的总体尺寸。
[0071]如图16所示，壁19可以包括面向内部分21和面向外部分22。面向内部分21基本上面对可抽吸材料5和加热腔4。面向外部分22基本上面向外壳7的外部。在设备I的操作期间，面向内部分21可以由于源自加热器3的热能而更热，同时面向外部分22由于绝热构件18的作用而更冷。面向内部分21和面向外部分22可以例如包括至少与加热器3一样长的基本平行的纵向延伸壁19。面向外部分22的内表面，即面向排空的中心区域20的表面，可以包括用于吸收中心部分20中的气体的涂层。合适的涂层是氧化钛膜。
[0072]绝热构件18可以包括超深真空绝热构件，诸如US7，374，063中所描述的Insulon?成形真空隔热层。这种绝热构件18的总厚度可以极小。示例性厚度在约Imm和约Iym之间，诸如约0.1mm，但是其它更大或更小的厚度也可行。绝热构件18的绝热特性基本不受其厚度影响，并因此可以使用薄的绝热构件18而设备I不会有任何实质的额外热量损失。绝热构件18的非常小的厚度可以允许外壳7和设备I的整体尺寸减小超过前述尺寸并且可以允许设备I的厚度(例如直径)近似等于吸烟物品，诸如香烟、雪茄和小雪茄。还可以减小设备I的重量，这提供类似于上述尺寸减小的益处。
[0073]尽管前述绝热构件18可以包括气体吸收材料以保持或有助于在中心区域20中产生真空，但是在深真空绝热构件18中不使用气体吸收材料。不存在气体吸收材料有助于使绝热构件18的厚度保持很小并因此有助于减小设备I的总尺寸。
[0074]超深绝热构件18的几何形状允许绝热构件中的真空深于用于在制造期间从绝热构件18的中心区域20提取分子的真空。例如，绝热构件18内的深真空可以深于该构件在其中产生的真空炉腔的真空。绝热构件18内的真空可以例如为10_7托的量级。参照图22，深真空绝热构件18的中心区域20的末端可以随着面向外部分22和面向内部分21向出口25汇聚而成锥形，通过该出口 25可以排空中心区域20中的气体以在制造绝热构件18期间产生深真空。图22图示了面向外部分22朝向面向内部分21汇聚，但是还可以备选地使用面向内部分21朝向面向外部分22汇聚的相反布置。绝热壁19的汇聚端被配置为将中心区域20中的气体分子导引到出口 25之外，并由此在中心部分20中产生深真空。出口 25可密封,从而在区域20已经排空之后保持中心区域20中的深真空。可以例如通过在气体已经从中心部分20中排空之后加热出口 25处的钎焊材料而在出口 25处产生钎焊密封来密封出口 25。可以使用替代的密封技术。
[0075]为了排空中心区域20，可以将绝热构件18放置在低压的基本排空环境中，诸如真空炉腔中，从而使中心区域20中的气体分子流到绝热构件18外的低压环境中。当中心区域20内的压力变低时，中心区域20的锥形几何形状，尤其是上述汇聚部分21、22，变得对经由出口 25将剩余气体分子导引出中心部分20很重要。具体地，当中心区域20中的气压低时，汇聚的面向内部分21和面向外部分22的导引作用有效地朝向出口 25引导中心部分20内的剩余气体分子，并且使气体离开中心部分20的可能性高于气体从外部低压环境进入中心部分20的可能性。以此方式，中心部分20的几何形状允许中心部分20内的压力减小到低于绝热构件18外的环境压力。
[0076]可选择地，如前所述，一个或多个低发射率涂层可以存在于壁19的面向内部分21和面向外部分22的内表面上，以便基本防止由辐射造成的热量损失。
[0077]尽管本文总体上将绝热构件18的形状描述为大体圆柱形或类似形状，但是绝热构件18可以为其它形状，例如，为了容纳和绝热设备I的不同配置，诸如不同形状和尺寸的加热腔4、加热器3、外壳7或能量源2。例如，深真空绝热构件18 (诸如上述Insulon?成形真空隔热层)的尺寸和形状基本不受其制造过程限制。用于形成上述汇聚结构的合适材料包括陶瓷、金属、类金属以及这些材料的结合。
[0078]参照图17中的示意性图示，热桥23可以在绝热构件18的一个或多个边缘处将面向内的壁部分21连接到面向外的壁部分22，以便完全包围和容纳低压中心部分20。热桥23可以包括由与面向内部分21和面向外部分22相同的材料形成的壁19。如前所述，合适的材料是不锈钢。热桥23具有比绝热中心部分20更大的热导率，并因此会不期望地将热量传导到设备I之外，并且在这样做时降低加热可抽吸材料5的效率。
[0079]为了减小由热桥23导致的热量损失，可以延长热桥23以增加其对热量从面向内部分21流到面向外部分22的阻碍。这在图18中示意性示出。例如，热桥23可以沿壁19的面向内部分21和壁19的面向外部分22之间的迂回路径延伸。下述方式对此有帮助，SP，在长于加热器3、加热腔4和可抽吸材料5的长度的纵向距离上设置绝热构件18，从而使热桥23可以沿迂回路径从面向内部分21逐渐延伸到面向外部分22，由此在外壳7中不存在加热器3、加热腔4和可抽吸材料5的纵向位置处使中心部分20的厚度降至零。
[0080]参照图20，如前所述，通过绝热构件18绝热的加热腔4可以包括当关闭时气密地密封加热腔4的入口和出口阀24。阀24可以由此防止空气不期望地进入和离开腔4并且可以防止可抽吸材料的味道离开腔4。入口和出口阀24可以例如被设置在绝热构件18中。例如，在吸入动作之间，可以通过控制器12关闭阀24，从而使所有挥发物质在吸入动作间仍然容纳在腔4内。在吸入动作之间挥发物质的分压力达到饱和蒸汽压力并且因此被蒸发物质的量仅取决于加热腔4中的温度。这有助于确保挥发的尼古丁和芳香族化合物的传送在每次吸入中都保持恒定。在吸入期间，控制器12被配置为打开阀24，从而使空气可以流过腔4，以将挥发的可抽吸材料成分运载到口部6。可以在阀24中安置膜以确保氧气不会进入腔4。阀24可以是呼吸致动式，从而使阀24可以响应于检测到口部6处的吸入动作而打开。阀24可响应于吸入动作已经结束而关闭。或者，阀24可以在从它们打开开始经过预定周期之后关闭。可以通过控制器12对该预定周期进行定时。可选择地，可以存在机械的或其它合适的打开/关闭装置，从而使阀24自动地打开和关闭。例如，由使用者在口部6上的吸入动作导致的气体移动可以用于打开和关闭阀24。因此，未必一定需要使用控制器12来致动阀24。
[0081]通过加热器3 —例如通过每个加热区10加热的可抽吸材料5的质量可以在0.2至1.0g的范围内。可抽吸材料5被加热至的温度可以是使用者可控的，例如，在100°C至250°C的温度范围内的任何温度，诸如在150°C至250°C的范围内以及前述的其它挥发温度范围内的任何温度。设备I的总质量可以在70至125g的范围内。可以使用具有1000至3000mAh容量和3.7V电压的电池2。加热区10可以被配置为在单个套筒11的约10至40部分可抽吸材料5之间单独地和选择性地进行加热。
[0082]应该理解，可以单独地或以组合方式使用上述任何替代方案。例如，如上所述，可以将加热器3放置在可抽吸材料5的外侧周围而不是将可抽吸材料5放置在加热器3周围。因此，加热器3可以包围可抽吸材料5，从而沿大体径向向内的方向向可抽吸材料5施加热量。
[0083]为了解决各种问题和发展现有技术，通过举例说明各种实施例来示出本发明的全部内容，在实施例中，可以实践要求保护的发明并且提供优良的设备。本发明的优点和特征仅是实施例的代表性样本，而非穷举的和/或排他的。它们的存在仅用于帮助理解和教导要求保护的特征。应该理解，本发明的优点、实施例、例子、功能、特征、结构和/或其它方面不应该被认为限制由权利要求限定的本发明或限制权利要求的等同描述，并且可以利用其它实施例，在不脱离本发明的范围和/精神的情况下可以进行改型。各种实施例可以合适地包括公开的元件、部件、特征、部分、步骤、装置等的各种组合，或由其构成或主要由其构成。此外，本发明包括目前未要求保护但未来会要求保护的其它发明。
【权利要求】
1.一种配置成加热可抽吸材料以使可抽吸材料的至少一种成分挥发的设备，其中所述设备包括具有中心区域的区域绝热构件，该中心区域被排空为压力低于该绝热构件外部的压力。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述绝热构件位于可抽吸材料的加热腔与所述设备的外部之间以减少被加热的可抽吸材料的热量损失。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述绝热构件绕加热腔同轴地定位。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其中，所述可抽吸材料的加热腔包括基本管状的加热腔，并且所述绝热构件绕所述管状加热腔的纵向表面定位。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述绝热构件包括绕加热腔定位的基本管状的绝热构件主体。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的设备，其中，所述可抽吸材料的加热腔位于绝热构件与加热器之间。
7.根据权利要求2或3所述的设备，其中，所述加热器位于可抽吸材料的加热腔与绝热构件之间。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述绝热构件位于加热器的外部。
9.根据权利要求7或8所述的设备，其中，所述加热器绕加热腔同轴地定位，并且所述绝热构件绕加热器同轴地定 位。
10.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中，所述绝热构件包括红外线辐射反射材料，以减少红外线辐射穿过绝热构件的传播。
11.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中，所述中心区域包括高真空。
12.根据权利要求15所述的设备，其中，所述真空是超高真空。
13.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中，所述绝热构件包括包围所述中心区域的外壁。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述壁的内表面包括红外线辐射反射涂层，以便在所述中心区域内反射红外线辐射。
15.根据权利要求13或14所述的设备，其中，所述壁包括不锈钢层，该不锈钢层具有至少约100微米的厚度。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的设备，其中，所述中心区域的任一侧的壁部分通过连结壁部分连接起来，该连结壁部分在所述中心区域的任一侧的壁部分之间沿蜿蜒路径延伸。
17.根据权利要求13或14所述的设备，其中，所述中心区域的任一侧的壁部分汇聚到密封的气体出口。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述壁部分汇聚在所述绝热构件的端部区域。
19.根据权利要求17或18所述的设备，其中，所述绝热构件的厚度小于约1mm。
20.根据权利要求17或18所述的设备，其中，所述绝热构件的厚度小于约0.1mm。
21.根据权利要求17或18所述的设备，其中，所述绝热构件的厚度在约Imm和约.0.0Olmm 之间。
22.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中，所述中心区域中的压力在约0.1和约.0.001毫巴之间。
23.根据权利要求1至21中任一项所述的设备，其中，所述中心区域中的压力为10_7托的量级。
24.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中，当所述绝热构件的温度在100摄氏度到250摄氏度的范围内时，所述绝热构件的热传导系数介于约1.1Off/ (m2K)与约1.40W/(m2K)之间。
25.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中，所述中心区域包括多孔材料。
26.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中，所述设备被配置成用电驱动加热器加热可抽吸材料。
27.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中，所述设备被配置成在不燃烧可抽吸材料的情况下加热可抽吸材料`。
【文档编号】F16L59/065GK103826482SQ201280030681
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年8月24日 优先权日:2011年9月6日
【发明者】P.A.埃戈彦茨, D.M.沃洛比夫, P.N.菲明, F.萨莱姆, T.伍德曼 申请人:英美烟草(投资)有限公司