CN109076650A - 用于加热可抽吸材料的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设置成加热可抽吸材料以使可抽吸材料的至少一种成分的挥发装置[100]。在一个示例中，该装置包括至少一个薄膜加热器[200、300]，所述加热器构造并设置成加热在使用时容纳在装置[100]内的可抽吸材料。薄膜加热器[200、300]具有多个加热区域[232、234、236]，用于加热在使用时容纳在装置[100]内的可抽吸材料的不同部分。薄膜加热器的至少一个第一加热区域[232]具有与薄膜加热器的至少一个第二加热区域[234]不同的瓦特密度。

Description

用于加热可抽吸材料的装置和方法

相关申请的引证

本申请引证了2015年6月26日提交的美国临时专利申请No.62/185,227，其全部内容通过引证并入本文。

技术领域

本发明涉及用于加热可抽吸材料(smokable)的装置和方法。

背景技术

诸如香烟、雪茄等的制品在使用时燃烧烟草并产生烟草烟雾。已经通过生产释放化合物但未燃烧的产品来尝试对燃烧烟草的这些种类的制品提供多种替代方案。此类产品的示例是所谓加热非燃烧产品，也称为烟草加热产品或烟草加热设备，其通过加热但不燃烧材料来释放化合物。材料可为例如烟草或其他非烟草产品或组合，诸如可包括或不包括尼古丁的混合物。类似地，也存在所谓电子烟设备，其通常蒸发液体，所述液体可包括或不包括尼古丁。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种设置为加热可抽吸材料以挥发所述可抽吸材料的至少一种成分的装置，装置包括：

至少一个薄膜加热器，构造并设置为加热在使用时容纳在装置内的可抽吸材料；

薄膜加热器具有多个加热区域，用于加热在使用时被容纳在装置内的可抽吸材料的不同部分，其中薄膜加热器的至少第一加热区域具有与薄膜加热器的至少第二加热区域不同的瓦特密度。

在某些示例中，这表示例如可抽吸材料的不同部分可被加热至不同温度。在另一示例中，这表示可在可抽吸材料的至少一个部分或全部上获得较平缓、较均匀温度分布。

在实施例中，第一加热区域的瓦特密度比第二加热区域的瓦特密度小，所述第一加热区域被设置为朝向薄膜加热器的第一端并且所述第二加热区域被设置为远离薄膜加热器的第一端。

在实施例中，第一加热区域具有至少第一导电加热部分并且第二加热区域具有至少第二导电加热部分，所述第一导电加热部分的电阻与第二导电加热部分的电阻不同。

在实施例中，第一导电加热部分的横截面积与第二导电加热部分的横截面积不同。

在实施例中，第一加热区域具有多个导电加热部分并且第二加热区域具有多个导电加热部分，所述第一加热区域的导电加热部分中的至少一个导电加热部分的电阻与第二加热区域的导电加热部分中的至少一个导电加热部分的电阻不同。

在实施例中，第一加热区域的导电加热部分彼此电气地串联并且第二加热区域的导电加热部分彼此电气地串联。

在实施例中，薄膜加热器具有大致设置在薄膜加热器的中央处的非加热区域。

在实施例中，装置包括电源，所述电源被设置为对第一加热区域和第二加热区域提供相同电压。

根据本发明的第二方面，提供一种使用装置加热可抽吸材料以使所述可抽吸材料的至少一种成分挥发的方法。

该装置包括被构造并设置为加热在使用时被容纳在装置内的可抽吸材料的至少一个加热器，所述加热器具有多个加热区域，用于加热在使用时被容纳在装置内的可抽吸材料的不同部分，其中加热器的至少第一加热区域具有与加热器的至少第二加热区域不同的瓦特密度；

该方法包括：

将可抽吸材料插入装置中；以及

操作加热器以便从第一加热区域和第二加热区域提供不同的热通量至可抽吸材料的相应的不同部分使得可抽吸材料的相应的不同部分被加热至不同温度。

在实施例中，装置包括电源，所述电源提供相同电压至第一加热区域和第二加热区域。

本发明的其他特征和优点可从以下只为举例而参照附图提出的本发明的优选实施例的说明显而易见。

附图说明

图1示出用于加热可抽吸材料的装置的示例的第一透视图；

图2示出图1的装置的第二透视图；

图3示出可抽吸材料插入时图1的装置的横向截面图；

图4示出供用于加热可抽吸材料的装置使用的加热器的示例的第一示意平面图；以及

图5示出供用于加热可抽吸材料的装置使用的加热器的示例的第二示意平面图。

具体实施方式

在此使用的术语“可抽吸材料”包括在加热时通常以气溶胶形式提供挥发成分的材料。“可抽吸材料”包括任何含烟草材料并且可例如包括烟草、烟草衍生物、扩展的烟草、重组烟草或烟草替代物中的一个或多个。“可抽吸材料”也可包括根据产品可包含或不包含尼古丁的其他非烟草产品。“可抽吸材料”可例如是固体、液体、凝胶或蜡等的形式。“可抽吸材料”也可为例如材料的组合或混合物。

已知的是装置在未燃烧或焚烧可抽吸材料的情形下加热可抽吸材料并使可抽吸材料的至少一种成分挥发以便典型地形成可被吸入的气溶胶。该装置有时被描述为“热非燃烧”装置或“烟草加热产品”或“烟草加热设备”等。类似地，也存在所谓的电子烟设备，所述设备使可包含或不包含尼古丁的液态形式的可抽吸材料蒸发。可抽吸材料可以是可被插入装置的杆、筒或匣等的形式或者被设置成为杆、筒或匣的一部分。用于加热或使可抽吸材料挥发的加热器可被设置为装置的“永久”部分或者可被设置为在使用后丢弃及替换的吸烟制品的一部分或消耗品。“吸烟制品”在下文中是在使用时包括或包含可抽吸材料的设备或制品或其他组件，所述设备或制品或其他组件在使用时被加热而使可抽吸材料及选择的其他成分挥发。

参考图1到图3，示出了被设置为容纳可抽吸材料以使得能够挥发可抽吸材料的至少一种成分的装置100的示例。(如以下进一步讨论，在本文所讨论的某些特定示例中，可抽吸材料被设置为杆250，该杆包括可抽吸材料252及可选的其他成分。)装置100具有第一端或近端或口端102以及第二端或远端104。

装置100设置有用于容纳可抽吸材料252的壳体106。壳体106具有可供可抽吸材料252通过的至少一个开口。在所示出的特定示例中，存在两个开口。第一开口108设置为允许可抽吸材料252引入壳体106以及从壳体106移除。第二开口110设置为允许用户进入壳体106的内侧，例如，允许清洁壳体106的内侧。在图中所示的特定示例中，开口108、110分别设置在口端102和远端104。壳体106也具有设置在口端102和远端104之间的腔室112。如图3中最清楚所示地，开口108、110被设置在壳体106中的腔室112的各端。可抽吸材料252在使用时被容纳在腔室112中。在使用前，用户可将可抽吸材料252插穿第一开口108进入腔室112。在使用后，用户可从腔室112移除可抽吸材料252并且通过将例如管清洁器插穿第二开口110来清洁腔室112。

在所示示例中，装置100具有门或盖116、118以便允许关闭和开启开口108、110。铰接盖116在远端110处枢转地安装在壳体106上并且可在开启位置和关闭位置(分别在图1和图2中示出)之间移动。滑盖118在近端102处安装在壳体106上并且可在开启位置和关闭位置之间滑动地移动。滑盖118在将可抽吸材料252插入装置100之前移动至开启位置。

参考图3，示出容纳可抽吸材料252的杆250部分地插穿前开口108使得(至少)可抽吸材料252位于装置100内。杆250在口端处具有嘴件组件，所述嘴件组件包括用于过滤气溶胶的过滤器和/或用于冷却气溶胶的冷却组件254中的一个或两个。过滤器/冷却组件254与可抽吸材料252被空间256分开，并且过滤器/冷却组件也与口端被另一空间258分开。

装置100中定位或固定有加热器200、控制电路202和电源204。在该示例中，加热器200、控制电路202和电源204横向地(laterally)相邻(即，当从端部看时相邻)，其中控制电路202大致定位在加热器200和电源204之间，但在其他位置是可能的。控制电路202可包括诸如微处理器配置的控制器，所述控制器被配置和设置为可如下进一步讨论地控制可抽吸材料252的加热。电源204可为例如电池，所述电池可为可充电电池或不可充电电池。适当电池的示例包括例如锂离子电子、镍电池(例如镍镉电池)、碱性电池等。电池204与加热器200电气地耦合并在需要时且在控制电路202的控制下供给电力以便在可抽吸材料252已插穿开口110进入装置110后加热可抽吸材料252。电源204定位成与加热器200横向地相邻的优点在于可在不使装置100整体过长的情况下使用物理上大的电源204。如将了解的，通常物理上大的电源204具有高容量(即，可供给通常以安培-小时等测量的总电能)并且因此装置100的电池寿命可更长。

在一个示例中，加热器200大致为中空圆柱管的形式并且具有中空内加热腔室206，所述可抽吸材料252插入所述加热腔室206中以便在使用时加热。加热器200可有不同配置。例如，加热器200可由单一加热元件形成或者可由沿加热器200的纵轴对齐的多个加热元件形成。该加热元件或每个加热元件可环绕其圆周为环状或管状，或者至少部分环状或部分管状。在示例中，法律加热元件或每个加热元件可为薄膜加热器。在另一个示例中，该加热元件或每个加热元件可由陶瓷材料制成。适当陶瓷材料的示例包括可亚层或烧结的氧化铭和氮化铭和氮化砂陶瓷。其他加热配置是可能的，包括例如电感式加热、通过发射红外线辐射加热的红外线加热器元件、或者通过例如电阻式电气绕组形成的电阻式加热元件。在一个特定示例中，加热器200可由基材制成，所述基材具有形成在基材上的至少一个导电线路。基材可以是片状的形式并且可包括例如塑料层。在特定示例中，所述层是聚酰亚胺层。导电线路可印刷或以其他方式沉积在所述层上。加热器200可具有形成在导电线路上或上方的另一塑料层。在该示例中，导电线路因此在两个塑料层之间。加热器200的尺寸被设计为使得当可抽吸材料252被插入时大致全部可抽吸材料252位于加热器200的加热元件(多个加热元件)内，使得大致全部可抽吸材料252在使用时被加热。所述加热元件或每个加热元件可被设置为使得可抽吸材料252的选择区域可被独立地加热，例如按需依序(在一段时间内)或一起(同时地)被加热。

加热器200在该示例中沿其长度的至少一部分被绝热器212包围。绝热器212有助于减少热从加热器200通过到装置100的外部。因为这通常减少热损失，因此这有助于保持加热器200的电力需求为低。绝热器212也有助于在操作加热器200时保持装置100的外部为冷。在一个示例中，绝热器212可为双壁套筒，所述套筒在套筒的两个壁之间提供低压区域。即，绝热器212可为例如“真空”管，即已至少部分地抽真空以减少因传导及/或对流的热传送的管。绝热器212的其他配置是可能的，包括使用热绝缘材料，除了双壁套筒以外或取代双壁套筒，包括例如适当发泡型材料。

在组装的装置100中，加热器200大致为中空圆柱管形式并且定位在壳体106内，使得中空管214的一端与在口端102的开口108流体地连通，并且中空管214的另一端与在远端104的开口110连通。

应了解的是，图1到图3所示及以上所述的装置100仅用于加热可抽吸材料的装置的一个示例，并且其他配置及构造是可能的。

参考图4，示出了供用于加热可抽吸材料的装置使用的加热器的示例的第一示意平面图，以便示意地示出加热器的该示例的不同加热区域和加热区。加热器可用于例如图1至图3所示及以上所述的种类的装置100，并且可用于加热可抽吸材料的其他装置中。

加热器200具有用于提供热的多个加热区，所述热用于使插入装置100的可抽吸材料的至少一种成分挥发。在所示的特定示例中，加热器200具有第一加热区220和第二加热区230。在其他示例中，加热器200可仅具有加热区或者两个以上的加热区。加热区中的至少一个可被形成为在用于加热可抽吸材料的不同部分的区内提供多个加热区域。

特别地，在图4所示的示例中，加热器200的第一加热区220具有第一加热区域222、第二加热区域224和第三加热区域226。第二加热区230在该示例中也具有第一加热区域232、第二加热区域234和第三加热区域236。加热器200的第一加热区220的至少第一加热区域222和第二加热区域224具有不同瓦特密度。在其他示例中，加热器200的所有加热区域可具有不同瓦特密度，或者可存在具有相同瓦特密度的某些加热区域，以及具有不同瓦特密度的其他加热区域。

使用时，加热器200的加热区域的不同瓦特密度提供确保不同热通量施加在可抽吸材料252的不同部分上的简单方式。加热器200可因此例如加热在装置100中的可抽吸材料252的不同部分至不同温度。在特定示例中，可抽吸材料252的口端部分被比可抽吸材料252的其他部分低的热通量加热。较低热通量可在气溶胶被用户吸入之前产生由气溶胶凝结的更多水蒸气。这可减少气溶胶的温度并且也减少被称为“热喷出”现象的可能性。

加热器200的各种加热区域222、224、226、232、234、236的不同瓦特密度可以以不同方式获得。例如，各种加热区域222、224、226、232、234、236可具有不同性质的加热元件，诸如由不同材料形成和/或具有不同电阻和/或不同尺寸(包括例如不同厚度或更一般而言，不同横截面积)。作为另一个示例，各种加热区域222、224、226、232、234、236可具有不同热容量。以下将进一步讨论多个特定示例。

加热器200的加热区220、230可具有互不相同的尺寸(长度、宽度、深度)。在图4的特定示例中，加热器200的六个加热区域222、224、226、232、234、236具有相同长度L。然而，区域222、224、226、232、234、236的宽度并非全部相同。在该示例中，第一加热区220的第一加热区域222以及第二加热区230的第一加热区域232的宽度U、Z可相同或大致类似。然而，在该示例中，第一加热区220的第一加热区域222以及第二加热区230的第一加热区域232的宽度U、Z与其他加热区域224、226、234、236的宽度V、W、X、Y不同。在某些特定示例中，宽度U可具有5mm至6mm的范围，宽度V可具有9mm至10mm的范围，宽度W可具有6mm至7mm的范围，宽度X可具有6mm至7mm的范围，宽度Y可具有9mm至10mm的范围，并且宽度Z可具有5mm至6mm的范围。

参考图5，加热器300可具有至少一个导电加热部分。在所示特定示例中，加热器300具有两个加热区320、330以及六个导电加热部分322、324、326、332、334、336。在其他示例中，加热器可具有更多或更少个加热区以及更多或更少个加热部分。第一加热区320具有第一加热部分322、第二加热部分324和第三加热部分326，并且第二加热区330具有第一加热部分332、第二加热部分334和第三加热部分336。(图5中示意地示出的六个导电加热部分322、324、326、332、334、336对应图4中示意地示出的六个加热区域222、224、226、232、234、236。)在示例中，导电加热部分是由导电材料提供。适合导电加热部分的材料包括诸如金属、陶瓷等的多种导电材料。导电材料可以是层、线路、一个或多个元件或者或一条或多条线的形式。导电加热部分可为薄金属线路，所述薄金属线路例如印刷在或以其他方式沉积在诸如聚酰亚胺基材的聚合物基材上。

图5中示出导电加热部分322、324、326、332、334、336设置在加热区320、330中的示例。第一加热部分322被设置为朝向加热器300的第一端302。第二加热部分324被设置为远离加热器300的第一端302。在所示特定示例中，第一加热部分322与在第一加热区320中的第二加热部分324相邻，并且第三加热部分326与第二加热部分324相邻并被定位朝向加热器300的中央。还示出第二加热区330的配置。第二加热区330的第一加热部分332被设置为朝向加热器300的第二端304，其中第二加热区330的第二加热部分334被设置为远离加热器300的第二端304，与第一加热部分332相邻，其中第三加热部分336与第二加热部分334相邻并且被定位为朝向加热器300的中央。

使用时，电流通过导电加热部分322、324、326、332、334、336，使得产生热并加热在使用时容纳在装置100的腔室112中的可抽吸材料252。在不同瓦特密度的情况下，对可抽吸材料252提供变化、非均匀的热分布。这表示例如可抽吸材料252的不同部分可被加热至不同温度。在另一个示例中，这表示可在可抽吸材料252的至少一个部分或全部上获得较平缓、较均匀的温度分布，这事实上允许例如可抽吸材料252的某些部分会需要比其他部分多的热来达到相同温度(例如，因为在部分的不同部分的不同热损失速率)。加热部分322、324、326、332、334、336提供的热通量取决于各种因素，包括例如导电加热部分322、324、326、332、334、336的电阻。

加热器300的加热部分的电阻可与加热器300的另一个加热部分的电阻不同。在示例中，第一加热区320的第一加热部分322的电阻可与第二加热区330的第二加热部分324的电阻不同。

导电加热部分322、324、326、332、334、336中的至少一些可互相电气连接。这些部分322、324、326、332、334、336可在制造时根据装置100的电力限制而串联地或并联地连接。

在示例中，当在第一加热区320内存在多个加热部分时，多个加热部分可互相串联地连接。类似地，当在第二加热区330内存在多个加热部分时，它们可互相串联地连接。即，在图中所示的特定示例中，在第一加热区320内的加热部分322、324、326可互相串联地连接，并且在第二加热区330内的加热部分332、334、336可互相串联地连接。在每种情况下，这可通过例如在第一加热区320内具有用于加热部分322、324、326的单一连续导电加热元件，以及用于第二加热区330的加热部分的单一连续导电加热元件来获得。

使用时，装置100的电源204提供将被施加通过加热器的电压。在图5所示的加热器300中，相同的电压从一个电源204被施加通过两个加热区320、330。通过独立加热部分322、324、326、332、334、336中的任一个的特定电压下降将与该部分的电阻成正比。由该部分产生的热通量与该电压下降有关。因此加热器300根据加热部分322、324、326、332、334、336以及一个电源204的电压提供变化的加热分布至可抽吸材料252。

以下表1示出包括用于加热器300的特定示例的加热部分的电阻和瓦特密度，以示出可用的不同性质的示例。例如，如果两个导电加热部分的电阻不同，则那些导电加热部分的横截面积不同。第一加热部分322的较小横截面积产生该部分322的较高电阻并且第一加热部分322的热通量将较大。在另一个示例中，因为第一加热部分322的长度比第二加热部分324的长度长，所以第一加热区320的第一与第二加热部分322、324的电阻不同。加热部分越长，加热部分的电阻越大并且因此加热器可操作的温度越高。加热器200的操作温度范围为例如150℃至250℃，其中特定加热区的用于连续加热的最大温度是大约255℃。特定加热区的短时间(小于1秒钟)的最大温度为大约260℃。

表1

装置100可具有这样的组件，该组件的电阻相对于温度变化而改变。该组件可作为用于控制一个或多个加热部分的温度的温度控制器，并且可为例如装置100的控制电路202的一部分或与其关联。在特定示例中，温度控制器控制第一加热区320的第一加热部分322的温度。温度控制器的电阻随着温度变化并且因此通过加热部分322的电压将变化。这继而改变通过在加热器300中的其他加热部分324、326、332、334、336的电压。加热部分322在该示例中因此作为“主”加热部分，而其热输出由于在该“主”部分中的温度变化而改变的其他加热部分324、326、332、334、336则作为“从”部分。温度控制器可为例如正温度是数(PTC)或负温度系数(NTC)型热阻器或电阻温度检测器(RTD)。

其优点在于仅需要具有简单控制的简单电源，并且沿可抽吸材料可达成非均匀加热分布。事实上，仅需要提供通过第一加热区320的各加热部分322、324、326以及通过第二加热区330的各加热部分332、334、336的相同电流的一个电源。供给的电流是通过仅监测一个加热部分322的温度来控制。一个加热部分322的温度被控制并且其他加热部分324、326、332、334、336的温度“自动地”跟随该温度。这是通过比较简单的硬件实现，并且避免复杂的软件控制等，如此降低成本且增加可靠性。

再次参考图4和图5，在该示例中，加热器200具有非加热区域310。非加热区域310具有宽度T。宽度T可为例如2mm至3mm。在所示特定示例中，非加热区域310大致设置在加热器200的中央并且在两个加热区320、330之间。非加热区域310可由设置在导电元件(多个导电元件)上方的热绝缘表面提供。或者，在第一加热区320的第三加热部分326以及第二加热区330的第三加热部分336之间可存在间隙。在该示例中，所述间隙可作为非加热区域310，并且虽然加热器300是单一、单件加热器300，但加热器300具有可具有如先前详细讨论以及在表1中示出的不同瓦特密度分布的两个分开加热区320、330。

加热器元件可被诸如PEEK(聚醚醚酮)收缩管的外介电层覆盖。介电层有助于防止温度控制器或传感器(若有的话)与例如上述“真空”绝热器212的金属组件形成短路。介电层也对加热器施加外压力，并且保持它与上述内不锈钢支持管紧密接触。

在本文所述的各种实施例只是为协助了解及教示所请求的特征而提出。这些实施例只提供作为实施例的代表样本，并且非穷举及/或排他。应了解的是在此所述的优点、实施例、示例、功能、特征、结构及/或其他特性不应被视为对由权利要求所界定的本发明范围的限制或者对权利要求的等效物的限制，并且在不偏离所要求保护的本发明的范围的情况下可使用其他实施例并且可作成多种修改。除了在此特别说明的那些以外，本发明的各种实施例也可适当地包括、包含或大致包括所公开的元件、组件、特征、部件、步骤、手段等的适当组合。另外，本公开可包括目前未要求保护的、但可在未来要求保护的其他发明。

Claims (10)

1.一种设置为加热可抽吸材料以使所述可抽吸材料中的至少一种成分挥发的装置，所述装置包括：

至少一个薄膜加热器，所述薄膜加热器构造并设置成加热在使用时容纳在所述装置内的所述可抽吸材料；

所述薄膜加热器具有多个加热区域，用于加热在使用时容纳在所述装置内的所述可抽吸材料的不同部分，其中，所述薄膜加热器的至少一个第一加热区域具有与所述薄膜加热器的至少一个第二加热区域不同的瓦特密度。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一加热区域的瓦特密度比所述第二加热区域的瓦特密度小，所述第一加热区域设置为朝向所述薄膜加热器的第一端，而所述第二加热区域设置为远离所述薄膜加热器的所述第一端。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第一加热区域具有至少一个第一导电加热部分，并且所述第二加热区域具有至少一个第二导电加热部分，所述第一导电加热部分的电阻与所述第二导电加热部分的电阻不同。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第一导电加热部分的横截面积与所述第二导电加热部分的横截面积不同。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述第一加热区域具有多个导电加热部分，并且所述第二加热区域具有多个导电加热部分，所述第一加热区域的导电加热部分中的至少一个导电加热部分的电阻与所述第二加热区域的导电加热部分中的至少一个导电加热部分的电阻不同。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一加热区域的导电加热部分彼此电气地串联，并且所述第二加热区域的导电加热部分彼此电气地串联。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述薄膜加热器具有大致设置在所述薄膜加热器的中央处的非加热区域。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述装置包括电源，所述电源设置为对所述第一加热区域和所述第二加热区域提供相同电压。

9.一种使用装置加热可抽吸材料以使所述可抽吸材料的至少一种成分挥发的方法，

所述装置包括至少一个加热器，所述加热器构造并设置为加热在使用时容纳在所述装置内的所述可抽吸材料，所述加热器具有多个加热区域，用于加热在使用时容纳在所述装置内的所述可抽吸材料的不同部分，其中，所述加热器的至少一个第一加热区域具有与所述加热器的至少一个第二加热区域不同的瓦特密度；

所述方法包括：

将所述可抽吸材料插入所述装置中；以及

操作所述加热器以便从所述第一加热区域和所述第二加热区域将不同的热通量提供至所述可抽吸材料的相应的不同部分，使得所述可抽吸材料的相应的不同部分被加热至不同温度。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述装置包括电源，所述电源向所述第一加热区域和所述第二加热区域提供相同的电压。