TW200836649A - Electrically heated cigarette smoking system with internal manifolding for puff detection - Google Patents

Description

200836649 九、發明說明： (一） 發明所屬之技術領域 本發明係關於一種電氣吸煙系統，其在偵測到在香煙 上吸氣時可將香煙加熱。 (二） 先前技術 習知上傳統點燃的香煙由於煙草的燃燒會送出氣味及 香味給使用者。主要係煙草的大量可燃性材料，由於在 抽煙期間超過800°C的習知香煙中係以一般燃燒溫度施 加的熱而被氧化。藉由在香煙之嘴端上吸氣，熱被抽吸 通過相鄰之大量煙草。在此加熱之時，會產生可燃性材 料之低效率的氧化，並且產生許多蒸餾物及裂解物。因 爲這些產物係通過吸煙裝置本體而進入吸煙者之嘴中， 其等被冷卻及凝結而形成氣溶膠，其將與吸煙有關的氣 味及香味提供給消費者。傳統點燃的香煙在抽吸之間的 燻燒之時產生側流之煙霧，其對某些非吸煙者無法接受 。而且一旦點燃之後，傳統香煙必須完全抽完或被丟棄 〇 在此力卩入做爲參考之共同受讓的美國專利 No.5,3 88,594中揭示有一種電氣吸煙系統，其包含有新 穎的電氣點火機及與點火機合作之新穎香煙。點火機包 含有裝在一滑動地容納香煙之煙草桿部之結構中的複數 個金屬加熱器。此吸煙系統之許多優點之一個爲，點火 機可重複使用於多個香煙。如美國專利No.5,3 8 8,594中 所揭示的電氣吸煙系統之主要目的之一個爲，提供與抽 200836649 吸傳統香煙所體驗之感覺很相近的抽煙感覺。一些感覺 包含吸煙者在香煙上抽吸時體驗的抗抽吸（RTD)，以及當 吸煙者開始在香煙上吸取之時與當吸煙者可首次偵測到 與吸煙有關的氣味及香味時之間的時間長度。 傳統香煙之RTD爲迫使空氣以17.5毫升/秒之速率通 過標準香煙之全長所需的壓力。RTD通常以英吋或毫米 水柱表示。吸煙者在抽吸傳統香煙時有某種期望，即太 小的RTD或太多的RTD會減少吸煙樂趣。普通排放量之 更傳統的香煙具有RTD = s，其一般在約100至130毫米 水柱的範圍內。 在電氣吸煙系統中建立一個所需之RTD係很複雜，在 如美國專利No. 5，3 8 8，5 94及美國專利No. 5,692,5 25所示 之吸煙系統中的環境，空氣首先在被抽吸離開香煙之前 ，被抽吸通過香煙點火機內之通道。這些系統之香煙的 濾嘴尖端最好爲流通及/或低微粒效率之濾嘴，以減少任 何產生煙霧的壓力損失。此種濾嘴產生低壓力降，並且 不會產生太多RTD。因而，先前技術包括主要在電氣吸 煙系統之點火機部建立RTD(或壓力降），例如在此加入 本文中供參考的共同受讓之美國專利No.5,954,979中揭 示，在靠近點火機之空氣進入口的環狀玻璃質（fnt)(多孔 體）。因爲壓力降隨著瓶頸尺寸之任何變化而寬廣地改變 ，據發現，點火機本體中玻璃質或小的流動瓶頸之其他 型式必須小心地製造。因此會增加費用及其它生產及品 質之顧慮事項。再者，小的流動通道易阻塞，尤其在任 200836649 何煙霧在完成抽吸之後可逗留之點火機。 再者，建立響應於香煙之抽吸而以一或多個加熱器元 件，對香煙之一部分實施電氣加熱的快速反應時間係一 個必需的特徵。爲了達成與傳統香煙同等的體驗，理想 上香煙的加熱必須與噴煙周程（puff cycle)之開始而瞬時 間完成。然而，感測系統一般在噴煙周程（puff cycle)之 開始，與使用一或多個加熱器對香煙進行加熱之間有一 些延遲時間。 在此加入本文中供參考的共同受讓之如美國專利 No.5,3 8 8,5 94及美國專利Νο·5,87 8,7 5 2所顯示之吸煙系 統的加熱固定具，包括有複數個被支持且徑向隔開之加 熱片（heating blade)，其被支撐以從匯集點延伸，並且個 別在電子電路的控制下由電源供能，以加熱在一支插入 的香煙周圍的許多個別加熱區。最好如傳統香煙一樣地 使用八個加熱片以形成八道煙，雖然可以裝設較多或較 少的加熱片。 電氣吸煙系統中之電子電路可由抽吸感應感測器所供 電，抽吸感應感測器對吸煙者在香煙上抽吸之時所產生 的壓力降很敏銳。由於吸煙者在香煙上抽吸之時所產生 的壓力變化，抽吸感測器作動適當的一個香煙加熱元件 或加熱片。依賴壓力降之偵測而啓動吸煙的感測器需要 通過香煙之RTD，吸煙者發現其比傳統香煙的RTD較高 。電氣吸煙系統最好提供RTD，使其儘可能地接近傳統 香煙，而且亦避免加熱片由於吸煙者在香煙上抽吸以外 200836649 的因素、諸如由於電氣吸煙系統之移動或空氣移動通過 電氣吸煙系統、所引起之震動或空氣流過系統中而產生 錯誤信號及非所需作動。 (三）發明內容 根據本發明之電氣加熱吸煙裝置的實施例，包括有一 加熱器單元，在加熱器單元內將熱施加於支持在加熱器 單元內之香煙的部分上之複數個加熱器，加熱器單元具 有容納香煙之一端的開口，並且可將該端定位在該等加 熱器之附近，並且加熱器單元形成至少吸入流動通道之 局部，當吸煙者在定位於加熱器單元之香煙上抽吸之時 ’周遭空氣經由流動通道被抽入與香煙接觸。一外殼與 加熱器單元耦合，並且被設計成使吸煙者可以很舒適地 握住。一隔板使加熱器單元相對於外殼而定位，並且至 少局部地形成一旁通流動通道而與外殻周圍的周遭空氣 相通，該隔板又形成一流動轉向通道，當吸煙者在插入 加熱器單元開口中的香煙上抽吸之時，周遭空氣經由流 動轉向通道從旁通流動通道被抽入吸入流動通道。一感 測器可被設置在流動轉向通道中或在吸入流動通道中， 且較佳地在通到吸入流動通道之流動轉向通道，以提供 一顯示吸煙者在香煙上抽吸之信號。 在另一實施例中，電氣加熱吸煙裝置之外殻包括有一 個容室，當香煙被插入外殼時，其係被形成於香煙濾嘴 端之至少局部周圍。一真空或壓力降（pressure drop)感測 器可被裝設於容室中，並且因此可感測在此位置上產生 200836649 之真空或壓力降。當吸煙者在香煙上抽吸之時，在此位 置之香煙的開口可被用於感測在香煙中產生的內部真空 。此配置可比RTD(或壓力降）主要被建立在電氣吸煙系 統的點火機部內、如共同受讓之美國專利N 〇. 5，9 5 4，9 7 9 中所揭示之靠近點火機的空氣進入口的環狀玻璃質（多 孔體）之配置提供更快速之反應時間。 (四）實施方式 根據本發明實施例之電氣加熱吸煙系統包括有一具有 多個加熱元件之加熱器單元，該等加熱器可將熱施加於 支持在加熱器單元內之香煙的部分上。加熱器單元形成 至少吸入流動通道之局部，當吸煙者在香煙上抽吸之時 ，周遭空氣經由流動通道被抽入而與香煙接觸。一隔板 使加熱器單元相對於外殻而定位，並且至少局部地形成 一旁通流動通道而與外殻周圍的周遭空氣相通。該隔板 又形成一通到吸入流動通道的流動轉向通道，當吸煙者 在香煙上抽吸之時，周遭空氣經由流動轉向通道從旁通 流動通道被抽入吸入流動通道。 與周遭空氣相通的旁通流動通道，及僅在吸煙者於香 煙上抽吸之時，周遭空氣從旁通流動通道被抽入吸入流 動通道所經過的流動轉向通道之設置，可確保位於流動 轉向通道或吸入流動通道中的感測器僅在吸煙者於香煙 上抽吸之時被作動。在外殼內及由外殻形成之流動通道 ，加熱器單元及使加熱器單元相對於外殼而定位的隔板 的配置，可改善電氣加熱吸煙裝置的製造性。此配置產 -10- 200836649 生一流動通道，其中可裝設感測器且在吸煙者正在於香 煙上抽吸時以外的時間，係與通過裝置的額外周遭空氣 流充分地隔絕。將感測器設置在空氣已從旁通流動通道 被轉向至少一次之後進入的流動轉向通道或吸入流動通 道，可減少錯誤信號，因爲空氣僅在吸煙者於插入吸煙 裝置的香煙上抽吸之時流經吸入流動通道。最好在流動 轉向通道中使用一流動感測器，因爲其可在吸煙者一開 始在香煙上抽吸就偵測流動，因而可使反應時間非常地 ® 相似於吸煙者在抽吸傳統香煙時所感受到的反應時間。 根據本發明電氣加熱吸煙系統之另一實施例包括有一 外殼；配置於外殼中之複數個加熱器，用來容納在其間 的香煙之一部分；一可輸送能量到加熱元件以加熱香煙 之電源；及一多歧管配置，其形成一在香煙濾嘴部份上 圍住香煙之一部分的抽吸感測室。該室係與香煙的內部 通過香煙濾嘴部周圍之細孔或開口而流體相通，因此使 裝設成與容室相通的壓力感測器，當吸煙者在香煙上抽 ® 吸之時，可偵測通過香煙的壓力降。 在此另一實施例中，電氣加熱吸煙裝置之分開且不同 的抽吸感測室可被形成爲抵接於香煙的一部分上。抽吸 感測室在一個位置上可朝向抵接於香煙上之一特定點或 面積，或者抽吸感測室可圍住香煙的周圍。感測室在另 一位置可通到可偵測感測室之真空變化的壓力感測器開 關或被該壓力感測器開關所佔據。抽吸感測室可固定到 電氣加熱吸煙裝置，或被建立成電氣加熱吸煙裝置之分 -11- 200836649 開的部分或容室。在香煙之情形，香煙上與抽吸感測室 抵接之一部分可包括有許多開口、孔或細孔，其使可抽 吸產品內部的壓力變化在抽吸時更容易且直接地被感測 。開口、孔或細孔可預先在可抽吸產品中形成或可由包 含在電氣加熱吸煙裝置中之穿刺工具所做成。 抽吸感測室可附著到電氣加熱吸煙系統之點火器部的 外表面，並且可包括有一環狀通道，其在香煙周圍之至 少一部分周圍形成一個容室。在此情形下，當香煙被設 置於吸煙系統之點火器部之時，通道係位於香煙的濾嘴 端。 在一個變化體中，感測室爲其中心軸與狹長香煙軸之 中心軸成平行的圓柱狀。感測室可被形成在圓柱形多歧 管配置之內，其可與點火器之一端耦合或結合，使得當 香煙被插通到多歧管配置並進入點火器中之時，香煙的 濾嘴端被形成於多歧管配置之內的感測室所圍住。多歧 管配置亦可與點火器形成一體。形成於多歧管配置之內 的通道可設計成將圍在吸煙裝置或點火器周圍的周遭空 氣引導到點火器的內部通道中，其係通到圍在香煙之煙 草部的點火器之加熱器部分。 在現時狀態的技術中，一感測真空用之感測器可感測 在加熱器組合之內側的香煙之煙草部周圍之抽吸真空。 加熱器具有一限制裝置位於空氣入口路徑中，當吸煙者 在香煙上抽吸之時，其可形成一壓力降。爲了使吸煙系 統之設計RTD更像傳統香煙之RTD，限制裝置最好在本 -12- 200836649 發明此實施例中被去除，並且所有RTD均在香煙中。因 而在加熱器室中沒有壓力降可感測。 在香煙之濾嘴端周圍的多歧管配置主要將周遭空氣無 拘束地通過內部通道而引導到加熱器，因而提供一從抽 吸感測器（真空感測器）到香煙之濾嘴端周圍的抽吸感測 室之分開的通道。因爲在香煙中仍形成有真空或壓力降 ，根據本發明之此實施例的結構提供用來感測形成於香 煙中之壓力降，其中在香煙附近壓力降爲最大。此配置 • 可使點火器更快速地反應，及/或減少真空感測器系統所 需之精密度。此亦可使用現有的真空感測技術。 用於偵測流動或壓力降的感測器最好爲配合到很小空 間中的微電子加工裝置（micro-electrically machined device)，使吸煙裝置整個尺寸可保持很小，並且感測器 僅消耗很小量的電力，當吸煙者在香煙上抽吸之時可提 供很快速的反應時間，因而形成流動或壓力變化。電氣 加熱吸煙裝置包含有電子裝置，其可在接收來自感測器 ® 之信號時作動加熱器片。 根據本發明實施例的電氣加熱吸煙裝置200之組合情 況顯示於第1圖中，第2圖爲分解圖。整個電氣加熱吸 •煙裝置200包括有一上加熱器箱蓋20、一前外殻22及一 左及右側電池盒部26，24。如第2圖之分解圖所示，加熱 器單元3 0係設置於加熱器箱蓋20之下方，加熱器單元 30係配合在隔板40之內側，隔板40使加熱器單元相對 於吸煙裝置之前外殻22而設置。在加熱器箱蓋20之頂 -13- 200836649 部的開口 1 8可供香煙插入到加熱器單元3 0之頂部開口 3 0a內。當香煙已經由開口 18被插入加熱器單元30之頂 部開口 30a內之時，其被置於配置在香煙圓周之周圍之 複數個加熱器片（未顯示）附近。加熱器片於每次在香煙 上抽吸一次之時依照順序地被作動，並且通過加熱器片 的電力充分地提高加熱器片的溫度到使煙草產生熱解， 煙草一般係包含於香煙之至少一層緊接在外香煙紙層內 側之被稱爲「墊 （mat)」層之內，如在此加入以做爲參 ® 考之共同受讓的美國專利Nos.5,3 8 8,5 94，5,87 8,75 2及 5,934,289中所顯示者。加熱器片與外香煙紙層接觸，並 且熱可充分地使外香煙紙層內側在墊層的煙草及在墊層 內側可能容納於煙草栓的額外煙草熱解。 一印刷電路板60被設置於隔板40與前外殼22之間， 並且包括有可顯示如電池充電準位及已插入加熱器單元 30中之香煙剩餘抽吸次數等訊息給吸煙者之液晶顯示器 。印刷電路板60上亦可裝設必要的電子元件，其在接收 ® 來自同時裝設在印刷電路板上之感測器的信號時’可作 動加熱器單元30中之加熱器片。如第1圖所示’穿過加 熱器箱蓋20之長孔23,25提供周遭空氣用之通道’當香 煙被裝在開口 18內之時，周遭空氣可進入吸煙裝置中。 如第2圖及第4圖之更詳細之圖中清楚地顯示’隔板 40又形成有一周圍通道42或旁通流動通道’當吸煙裝 置被組合時，其係與長孔23，25對齊。 一加熱器單元連接器56被設置在加熱器單元30下方 -14- 200836649 之內殻構件52,54之內，其可提供裝在加熱器單元3〇內 之加熱器片及如裝在電池盒部24,26內之電池（未顯示） 的電源之間的電氣連接。第4-7圖之細部圖顯示裝在加 熱器單元連接器56之隔板40，而一般裝設在隔板40內 之加熱器單元30則沒有被顯示。 例如當香煙被夾在吸煙裝置內且裝置被到處移動、但 是吸煙者並未在香煙上抽吸之時，圍繞吸煙裝置200之 周遭:氣可自由地在由周圍通道42所形成的旁通流動 • 通道內流動，並且在外長孔23，25中進出。 當香煙被插入加熱器箱蓋20之開口 18、及加熱器單元 30之開口 30a內、且吸煙者在香煙上抽吸之時，可形成 吸入力而將周遭空氣從圓周旁通流動通道42拉入流動 轉向通道44中，空氣流動必須從圓周方向改變到沿著軸 心方向及徑向往內之方向，如第4,5及7圖所示，其中 空氣流動係以箭頭’ A ’表示。藉由吸煙者在香煙上抽 吸形成的壓力降，可造成空氣從旁通流動通道42流入流 ^ 動轉向通道44 ，並且進入由圓周溝部形成於加熱器單 元30之外側及隔板40的內周之吸入流動通道32中，如 第3A及3B圖所示。被吸入該吸入流動通道32中之空 氣可通過圓周溝部32之對向端處的徑向孔34a，34b，並 且與放置於加熱器單元30內的香煙接觸。空氣必須遵循 從旁通流動通道42移動到流動轉向通道44之方向的改 變，可確保空氣僅在藉由吸煙者在被夾在吸煙裝置內的 香煙上抽吸所造成的吸入之時流過此路徑。通過吸煙裝 -15- 200836649 置的流動通道之另一配置可包括有T型檔板’其可將周 遭空氣引導到僅在當吸煙者在香煙上抽吸之時與香煙接 觸。 一感測器，如微電子加工之流動感測器可被設置在流 動轉向通道44內，並且安裝在印刷電路板60上。此感 測器最好爲一流動感測器，其可偵測任何通過流動轉向 通道4 4之氣流。使用於流動轉向通道中用以偵測吸煙者 之抽吸之感測器之一個例子爲雙熱風速計（dual thermal ® anemometer)，其可使用微電子加工原理技術而製造。雙 熱風速計係根據差電壓、差電流、或差溫度之原理。空 氣通過此裝置之流動產生該裝置中兩個電力元件之加熱 差異，其接著形成元件之間的電壓、電流、電阻或溫度 差異。雙熱風速計內之元件可間接地被分開之加熱元件 所加熱，加熱元件一般係裝設於感測元件之間且靠近這 些元件。其它之流動感測器可包括有一葉片風速計（vane anemometer)，其具有一可計數葉片旋轉且輸送一脈衝序 ® 列的近端開關，脈衝序列可由測量儀器轉變成流量。葉 片風速計之例子包括槳輪式風速計（paddlewheel-type anemometer)、杯式風速計（cup anemometer)、或螺旋槳式 風速計（propellor-type anemometer)。使用微電子加工原 理技術而製造的流動感測器可做成很小的尺寸，其可減 少整個吸煙裝置的尺寸，並且改善感測器的反應時間。 最好感測器爲可偵測流動者，例如微電子加工風速計， 因爲其不須要偵測壓力差，因而當吸煙者在裝設於裝置 -16- 200836649 內的香煙上抽吸時，可維持吸煙裝置抽吸時之低阻抗。 微電子加工流動感測器亦可提供很快的反應時間，使抽 吸的偵測與設置在裝置內之香煙的加熱之間的時間可被 減少到一位準，其與吸煙者抽吸一支傳統香煙的感受比 較時係有優勢者。微電子加工流動感測器亦可使吸煙裝 置的尺寸減少，因爲安裝感測器的轉向通道之尺寸可保 持很小之故。 減少抽吸的偵測與設置在裝置內之香煙的加熱之間的 ® 時間之另一個優點爲，造成煙草產品暴露於熱之抽吸期 間的時間長度增加。從而，對一通常吸煙者在香煙上抽 吸之給定長度之時間而言，較大部分該時間係包括熱被 施加到煙草產品、及最後提供吸煙者所喜歡的氣味及香 味之氣溶膠及總微粒的生成物之產生。 在附圖顯示的實施例中，在空氣從形成在隔板40外側 周圍的旁通流動通道通過流動轉向通道44而沿軸向地 向下及徑向地向內被轉向之後，到達通到香煙的吸入流 動通道3 2。普通技術人員將可認知，此流動通道之正確 配置可視吸煙裝置內許多元件的結構而改變。主要的需 求係，安裝有流動感測器的通道係與氣流旁通道隔開， 氣流旁通道藉由某種氣流轉向通道或機械式檔板與外部 的周圍空氣直接相通，這確保空氣在當吸煙者於夾在吸 煙裝置內的香煙上抽吸時只流過吸入流動通道。由於此 結構，可避免僅由裝置的移動產生之錯誤信號，並且不 再需要電子電路以過濾這些錯誤信號。 -17 - 200836649 局部顯示於第8圖之電氣加熱吸煙 中，抽吸感測室1 3 2可被形成一中心_ 軸成平行之多歧管140內之環狀通道 配置140可與點火器300之一端配合 煙通過多歧管配置140被插入點火器 濾嘴端係由形成於多歧管配置1 40 1 3 2圍住。多歧管配置亦可與點火器-香煙1 5與形成於多歧管配置1 4 0 • 132抵接之一部分可包含有許多開口 便香煙被抽吸時在香煙內部所產生的 直接地被感測。細孔1 7可預先在香尤 可由在電氣吸煙裝置中的刺穿工具所 嘴端周圍之多歧管配置140亦可包含 遭空氣流基本上無拘束地引導到點火 ，其通到與包住香煙1 5之煙草部的香 元件130。一分開的通道131從抽吸 — 測器）通到香煙之濾嘴端周圍的抽吸堤 香煙中仍有真空形成，根據本發明此 用來感測在香煙中所形成真空，其中 爲最大。此配置可使點火器更快速地 感測系統所需之精細度。 雖然本發明在此係以上述之實施例 顯地熟於此技術者可從事許多選擇 從而，在不違離申請專利範圍所設 系統之另一實施例 fi朝香煙1 5之中心 。圓柱形之多歧管 及結合，使得當香 300之時，香煙之 之內的抽吸感測室 -體形成。 之內的抽吸感測室 、孔或細孔17，以 壓力變化更容易且 堅15中形成，或者 形成。香煙1 5之濾 有通道，其可將周 器300中之內通道 煙紙接觸之加熱器 感測器146(真空感 S測室1 3 2。因爲在 實施例之構造提供 在香煙附近壓力降 反應及/或減少真空 而敘述，但是很明 i案、修正及改變。 :之本發明精神及範 -18 - 200836649 圍之下，可做成本發明之實施例及修正及改變。 (五）圖式簡單說明 本發明之許多較佳特徵及優點可由上述之詳細說明、 參照其附圖而清楚地了解，其中每個特定參考符號在本 說明書中一貫地係指特定零件。下列圖中： 第1圖係根據本發明實施例之電氣加熱吸煙系統之立 體圖； 第2圖係第1圖所不之電氣加熱吸煙系統的立體分解 圖 第3 A及36圖係根據本發明實施例之電氣加熱吸煙系 統的加熱器外殻蓋及加熱器外殼之兩個立體圖； 第4圖係根據本發明實施例之電氣加熱吸煙系統之隔 板及加熱器單元連接器之立體圖； 第5圖係第4圖之隔板及加熱器單元連接器的另一立 體圖； 第6圖係第4及5圖所示之隔板及加熱器單元連接器 ^ 白勺另-立體圖； 第7圖係第4,5及6圖所示之隔板及加熱器單元連接 器的一部分之放大立體圖； 第8圖係具有形成圍繞於插入之香煙之濾嘴部分之感 測室的電氣加熱吸煙系統之橫剖面圖。 元件符號說明 15 香煙 17 細孔 -19 - 200836649

18 開口 20 加熱器箱蓋 22 前外殼 23,25 長孔 24,26 電池盒部 30 加熱器單元 30a 頂部開口 32 吸入流動通道 34a,34b 徑向孔 40 隔板 42 周圍通道 44 流動轉向通道 52,54 內殼構件 56 加熱器單元連接器 60 印刷電路板 130 加熱器元件 131 通道 132 抽吸感測室 140 多歧管 146 抽吸感測器 200 電氣加熱吸煙裝置 300 點火器 -20-

Claims (1)

1. •200836649 十、申請專利範圍： 1.一種電氣加熱吸煙系統，其包括有： 一外殼； 複數個加熱元件，其等配置在該外殼中用來於其間 容納香煙之一部分； 一電源，其供應能量給該等加熱元件用以加熱香煙 ;及 一多歧管配置，其在香煙之濾嘴部形成一圍住香煙 • 之一部分之容室，並且該容室係經由複數個開口而與 香煙之一內部部份流體連通而進入到香煙之該濾嘴部 〇 2 .如申請專利範圍第1項之電氣加熱吸煙系統，其又包 括有一感測器，其被設置成與該容室流體相連通，該 感測器檢測由於吸煙者於香煙上抽吸在該容室中形成 的壓力降。 3.如申請專利範圍第2項之電氣加熱吸煙系統，其中該 ^ 電源在接收來自感測器的信號之時，供應能量到該等 加熱元件。 -21 -