用于电加热吸烟系统的分离气流系统和用于引导电加热吸烟系统内部的气流的方法

摘要

本发明涉及用于生成气溶胶的电加热吸烟系统的分离气流系统，具有下游端的所述分离气流系统包括限定第一流动路线的第一通道和限定第二流动路线的第二通道。所述第一流动路线将来自系统外部的环境空气引导到所述系统的下游端。所述第二流动路线将来自系统外部的环境空气朝向优选的是基本平坦流体可透过加热元件引导，之后将所述环境空气输送到所述下游端。第一通道和第二通道限定通过所述系统的环境空气的总体积且第一通道提供通过所述系统的环境空气的总体积的至少50％。本发明还涉及在用于生成气溶胶的电加热吸烟系统中引导气流的方法和包括所述分离气流系统的电加热吸烟系统。

说明书

技术领域

本发明涉及电加热吸烟系统和用于引导电加热吸烟系统内部的气流的方法。

背景技术

例如电操作吸烟装置的一些气溶胶生成系统可包括电池和控制电子装置、包括气溶胶形成基质供给的筒和电操作蒸发器。来自气溶胶形成基质的物质(例如)通过加热器蒸发。当使用者在口端处抽吸时，气流将被迫经过加热元件以夹带蒸发的液体且引导其经过烟嘴到烟嘴的口端。

经过加热器的气流可对加热器具有冷却作用。此可产生较少蒸发液体或可需要更多能量来将加热器保持在足以蒸发一定量的液体以便获得一定量的气溶胶的温度。

因此，需要改善电加热吸烟系统的效率的电加热吸烟系统和用于引导电加热吸烟系统内部的气流的方法。

发明内容

根据第一方面，提供用于产生气溶胶的电加热吸烟系统的分离气流系统。分离气流系统具有出口端且包括限定第一流动路线的第一通道和限定第二流动路线的第二通道。第一通道和第二通道为至少部分相异的通道。第一流动路线将来自系统外部的环境空气引导到系统的下游端。第二流动路线朝向加热元件(优选的是，基本平坦流体可透过加热元件)引导来自系统外部的环境空气，之后将环境空气输送到下游端。第一通道和第二通道限定通过系统的环境空气的总体积，且第一通道提供通过系统的环境空气的总体积的50％。

由加热元件蒸发的液体通过环境空气流动收集在第二通道中，且运输到分离气流系统的下游端。环境空气经导引到分离气流系统中且经过用于吸收已经由加热元件蒸发的液体的加热元件。此环境空气使加热元件冷却。冷却效果并不仅取决于环境空气的温度，还取决于与加热元件接触的环境空气的量。用于沿不经过加热元件的第一流动路线引导环境空气的第一通道现在设置于根据本发明的分离气流系统中。第一通道也在系统的近端处终止，优选的是在电操作吸烟系统的烟嘴的口端处终止。然而，进入分离气流系统的环境空气沿第一通道和第二通道中的第一流动路线和第二流动路线分别分离。优选的是，第一通道至少绕过第二通道的布置在加热元件的位置的上游的那些部分。由此，仅进入系统的环境空气的总体积的一部分经过加热元件。环境空气的总体积的另一部分直接(即，在不经过加热元件的情况下)导引到分离气流系统的下游端。

通过此测量，环境空气的可变体积可绕过加热元件。经过加热元件且对加热元件可具有冷却效果的环境空气可变化且可控制。由于仅环境空气的总体积的一半或(优选的是)少于一半经过加热元件，加热元件并像环境空气的总体积将通过加热元件未冷却的那么多。因此，加热元件可在较低能量下操作。此节省能量且可使得包括分离气流系统的吸烟系统的电池具有更长操作小时数或可使得缩小此类电池的尺寸。另外，如果加热元件可在较低能量下操作，那么可减低或忽略加热元件(例如)由于电短路断路或较高温度尖峰而发生故障的风险。

然而，由于第一通道中的环境空气尚未经过加热元件，此环境空气比携带第二通道中的气溶胶的环境空气更冷。因此，第一通道中的环境空气可对携带气溶胶的环境空气具有冷却效果。如果第一流动路线在到达系统的下游端之前与第二流动路线接合，那么此效果尤其明显。随后第一气流与内部(例如，烟嘴内部)的第二气流混合，且更快速地冷却。此可使得具有蒸发的液体的空气过饱和。此又可使得形成较小气溶胶液滴。

优选的是，第一通道提供通过分离气流系统的环境空气的总体积的约50％到约95％之间。更优选的是，第一通道提供通过分离气流系统的环境空气的总体积的约65％到95％之间，甚至更优选的是，约85％到89％之间。

已发现，经过加热元件的小型气流足以夹带蒸发的液体且将其引导到系统的下游端。经过加热元件的环境气流越小，由于通过经过气流冷却加热元件的热损失越小。已示出以上第二通道的流体体积特别好地夹带蒸发的液体且同时低温冷却加热元件。优选的是，所提及的环境空气的总体积的百分比体积应用于气溶胶生成吸烟系统中，所述吸烟系统优选的是包括基本平坦加热元件，更优选的是基本平坦流体可透过加热元件，举例来说加热元件包括多个导电丝，例如网格加热元件。

通过第二通道且经过加热元件的环境空气的体积可变化且适用于(例如)所应用的加热元件的类别或可用的蒸发液体的量。举例来说，经过加热元件的环境空气的体积可适用于实际上由加热元件加热的总面积。

通常，当术语“约”与此申请中的具体值结合使用时，此应理解为词语“约”之后的值由于技术考虑不一定精确地是具体值。然而，与具体值结合使用的术语“约”总是理解为包括且还明确地公开术语“约”之后的具体值。

术语“上游”和“下游”鉴于气流在系统中的方向而在本文中使用。系统的上游和下游端相对于当使用者在气溶胶生成吸烟制品的近端或口端上吸气时的气流而限定。在上游端处抽吸到系统中的空气经由系统经过下游且在近端或下游端处离开系统。如本文中所使用之，术语“近”和“远”指元件相对于其到消费者或远离消费者的定向的位置。因此，气溶胶生成系统的烟嘴的近端与烟嘴的口端相对应。筒壳体的远端开口与相应地布置在背对消费者的筒壳体中的开口的位置相对应。

术语“基本平坦”加热元件贯穿本发明书使用以指呈基本两维拓扑歧管的加热元件。因此，基本平坦丝结构沿表面在两个维度上而非在第三维度上延伸。特别地，基本平坦加热元件在表面内两个维度上的尺寸为垂直于所述表面的第三维度上尺寸的至少5倍。基本平坦加热元件的一实例为两个基本平行虚构平面之间的结构，其中这两个虚构表面之间的距离基本小于平面内的延伸部分。在一些优选实施例中，基本平坦加热元件为平面的。在其它实施例中，基本平坦加热元件沿一个或多个维度弯曲，例如形成圆顶形状或桥形状。平坦加热元件可在制造期间易于处置且提供稳固的构造。

如分离气流系统中或吸烟系统中所使用的加热元件可(例如)为如本领域已知的芯体线圈加热器。其中，线圈缠绕芯体，芯体浸没到待蒸发的液体中。液体通过其筒外部的毛细作用运输到芯体的部分，其中线圈缠绕芯体且加热此芯体部分。

优选的是，使用流体可透过加热元件。流体可透过加热元件适用于蒸发不同种类的筒的液体。举例来说，如液体气溶胶形成基质，筒可含有液体，或含有例如毛细管材料的运输材料的液体。此类运输材料和毛细管材料主动地输送液体，且优选地在筒上定向以将液体输送到加热元件。加热元件的丝结构接近于液体或接近于含有毛细管材料的液体而布置，使得由加热元件产生的热量可蒸发液体。优选的是，丝结构和气溶胶形成基质经布置使得流体可通过毛细管作用流入丝结构的空隙中。丝结构也可与毛细管材料物理接触。

优选的是，流体可透过加热元件为基本平坦加热元件。此类加热元件可(例如)为嵌入于多孔陶瓷或网格加热器中的平坦线圈，其中网格或另一细丝结构布置在加热器中的开口上方。加热元件可(例如)包括导电网格或印刷到抗热性支援片件上的线圈图案。支撑片件可例如为陶瓷、聚酯醚酮(PEEK)或在低于200℃之温度下(优选的是，在低于150℃之温度下)并不热分解且释放挥发性元素的其它耐热陶瓷和聚合物。

贯穿本说明书所使用的术语“丝”是指布置在两个电接触部分之间的电路线。丝可分别任意地分支及分叉为若干路线或丝，或可从若干电路线聚集为一个路线。丝可具有圆形、正方形、平坦形或任何其它形式的横截面。丝可以笔直或弯曲方式布置。

术语“丝结构”贯穿本说明书使用以指一个丝或优选地多个丝的结构。丝结构可为(例如)平行于彼此布置的丝阵列。优选的是，丝可形成网格。网格可为交织或非交织的。优选的是，丝结构具有约0.5微米与500微米之间的厚度。丝结构可例如为成平行或交叉导电丝阵列形式。丝可与电接触部分一体地形成，例如由经蚀刻以限定丝的导电箔(例如，不锈钢箔)形成。

加热元件蒸发来自包括气溶胶形成基质的筒或筒壳体的液体。气溶胶形成基质是能够释放可形成气溶胶的挥发性化合物的基质。可通过加热气溶胶形成基质释放挥发性化合物。

气溶胶形成基质可以包括植物性材料。气溶胶形成基质可以包括烟草。气溶胶形成基质可以包括包含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包括不含烟草的材料。气溶胶形成基质可包括均质植物性材料。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，并且在系统的操作温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，例如三甘醇，1,3-丁二醇和甘油；多元醇的酯，例如甘油单、二或三乙酸酯；和一元、二元或多元羧酸的脂肪酸酯，例如二甲基十二烷二酸酯和二甲基十四烷二酸酯。优选的气溶胶形成剂是多羟基醇或其混合物，例如三甘醇、1,3-丁二醇且最优选的丙三醇。气溶胶形成基质可包括其它添加剂和成分，例如香料。

气溶胶形成基质可经由与加热元件接触或邻近的毛细管材料输送到加热元件。毛细管材料可以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，毛细管材料可以包括多个纤维或线或其它细孔管。纤维或线可大体上对准以将液体输送到加热元件。替代地，毛细管材料可以包括海绵状或泡沫状材料。毛细管材料的结构形成多个小孔或管，液体可以由毛细作用输送通过所述小孔或管。毛细管材料可以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类材料，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、聚酯或粘结聚烯烃、聚乙烯、涤纶或聚丙烯纤维、尼龙纤维或陶瓷。毛细管材料可以具有任何合适的毛细管作用和孔隙度，以便与不同的液体物理性质一起使用。液体具有物理性质，包含但不限于粘性、表面张力、密度、导热性、沸点和蒸汽压力，所述物理性质允许液体通过毛细管作用输送通过毛细管装置。

毛细管材料可与加热元件的导电丝接触。毛细管材料可延伸到丝之间的空隙中。加热元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。毛细管材料可在加热元件中的开孔的基本整个范围上方与导电丝接触。

加热元件可设置于包含支撑元件的加热组件中。加热总成可含有两种或更多种不同毛细管材料，其中与加热元件接触的第一毛细管材料具有较高的热分解温度，且与第一毛细管材料接触但不与加热元件接触的第二毛细管材料具有较低的热分解温度。第一毛细管材料有效地用作将加热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温度的温度。如本文中所使用，“热分解温度”意思是在所述温度下材料开始分解且通过生成气态副产物损失质量的温度。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容纳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更好的毛细管作用性能。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烯。

根据根据本发明的分离气流系统的一方面，第一通道与第二通道的端部部分会合使得第一流动路线在第二流动路线已将环境空气引导经过加热元件之后接合第二流动路线，即第一流动路线在加热元件的下游接合第二流动路线。

在此等实施例中，环境空气可在一个或若干个共同出口开口处离开分离气流系统的下游端或例如吸烟系统的烟嘴。优选的是，第二通道的最下游部分与第一通道相同。此可简化吸烟系统的制造。举例来说，在烟嘴中，单一额外孔可设置于烟嘴壁中以延伸到烟嘴中到第二通道以形成第一通道。通过此，现有烟嘴还可适用于分离气流系统，而不必重新建构整个烟嘴。含有气溶胶的环境空气与通过第一流动路线引导到系统中的“新鲜”环境空气混合。从而，冷却含有气溶胶的环境空气。与较高温度下的相同空气相比，冷却空气支持形成较小气溶胶液滴大小。冷却空气似乎支持具有蒸发的液体的空气的过饱和。过饱和对形成于过饱和空气中的液滴的大小具有效果。

根据根据本发明的分离气流系统的替代性方面，第一通道和第二通道形成相异通道使得第一流动路线和第二流动路线彼此独立地将来自系统外部的环境空气引导到系统的下游端。因此，抽吸到分离气流系统中的环境空气沿完全独立的流动路线引导在系统中及到系统及在系统之外。通过此，经过加热元件的环境空气和绕过加热元件的环境空气并不彼此竞争或影响。具有独立第一通道提供多个构造可能性以将环境空气引导到系统或经由烟嘴，而与携带第二通道中的气溶胶的环境空气无关。

根据根据本发明的分离气流系统的另一方面，第二通道的至少一部分和加热元件彼此垂直布置使得第二通道的至少一部分引导环境空气以垂直冲射到加热元件上。

使环境空气冲射到加热元件上是将环境空气引导到加热元件且携载气溶胶远离加热元件的高效方式。具体地说，如果环境空气冲射到加热元件的中心上，那么经由加热元件的均质气流可在径向朝外方向上提供。环境空气可冲射到仅加热元件的中心上。

在根据本发明的分离气流系统中，布置在加热元件的下游的第二的至少一部分可布置在加热元件的周长中，优选的是仅布置在周长上。优选的是，多个第二通道部分布置在加热元件的周长中。通过此，含有蒸气的环境空气经引导例如在沿(例如)电加热吸烟系统的壳体或烟嘴的周长的纵向方向上在加热元件的周长处远离加热元件。沿较大区域引导含有此蒸气的环境空气，以及与环境的接近性可支持含有蒸气的空气的冷却且支持气溶胶形成。如果第一通道的至少一通道部分平行于布置在加热元件的下游的周向性布置的第二通道的至少一个部分而布置，那么可通过流动通过第一通道部分和各别第一通道部分与第二通道部分之间的热接触的新鲜环境空气而提供额外冷却。优选的是，多个第一通道部分沿烟嘴的周长布置在纵向方向上。仅在周长中布置通道部分留下以下选择：仅将其它通道布置在(例如)中心，或与环境径向布置的通道部分连接中心和圆周通道部分或中心通道部分。

可选择第一流动路线和第二流动路线以实现所需结果，例如预定气流通过经过各别通道的预定空气体积而分流。举例来说，通道的长度或直径可变化，例如还获得预定抽吸阻力(RTD)。还根据气溶胶生成吸烟系统和吸烟系统的单独组件的布置和特性的装配而选择第一和第二流动路线。举例来说，气溶胶可在近端处或在含有气溶胶形成基质的筒壳体的远端处产生。取决于筒在气溶胶生成吸烟系统中的定向，筒壳体的开口端经布置以面向烟嘴或背对烟嘴而布置。因此，用于加热气溶胶形成基质的加热元件布置在壳体的近端或远端处。优选的是，在烟嘴的开口远端处蒸发液体且加热元件布置在筒与烟嘴之间。

优选的是，第一流动路线和第一通道因此完全布置在吸烟系统的烟嘴中。优选的是，第一空气入口随后布置在烟嘴的侧壁中，而第一通道的一个或若干个出口布置在烟嘴的近端或口端中。第二流动路线取决于加热元件在吸烟系统中的位置。举例来说，如果加热元件布置在筒壳体的开口近端处例如以覆盖筒(最高版本)的近端，那么第二通道还可完全布置在烟嘴中。

第一通道和第二通道可分散到若干通道部分中，且第一通道或第二通道的若干通道部分可分别会合到单一第一通道或第二通道中。另外，第一通道可由若干第一部分通道构成且第二通道可由若干第二部分通道构成。此处，第一部分通道的总和提供第一通道的环境空气的体积且第二部分通道的总和提供第二通道的环境空气的体积。第一和第二部分通道两者的空气入口的总数目可优选的是在2到10之间，更优选的是在6到10之间，且最优选的是在8到10之间。举例来说，提供第一通道的环境空气的体积的第一部分通道的总和可具有与第一通道流体连通的7或9个入口，且第二部分通道的总和提供经由与第二通道流体连通的1或2个入口的第二通道的环境空气的体积。

在加热元件布置在筒壳体的开口远端处例如以覆盖筒(最低版本)的开口远端的实施例中，第二流动路线通常地在吸烟系统中的进一步远端位置处(例如，在筒壳体的远端的区域中)开始。第二通道的第二空气入口可例如布置在系统的主要壳体中。环境空气随后引导到系统中，经过筒的远端处的加热元件且夹带通过加热筒中的气溶胶形成基质而产生的气溶胶。可随后沿着筒在筒壳体与主要壳体之间将含有气溶胶的空气引导到系统的下游端，其在所述下游端与来自其它流动路线的环境空气混合(在到达下游端之前或之后)。

布置在筒壳体的远端区域中的第二通道的入口开口也可设置于(即在实施例中)加热元件布置在筒的近端处的最高版本中。第二流动路线不仅可经过筒外部，而且也可经由筒。接着环境空气在筒的半开壁处进入筒，穿过筒且通过穿过布置在筒近端处的加热元件而离开筒。从而，环境空气可穿过气溶胶形成基质或穿过布置在固体气溶胶形成基质中的一个或多个通道，使得环境空气不穿过基质本身而是在接近基质的通道中。

为了允许环境空气进入筒，筒壳体的侧壁(优选的是加热元件对面的壁，优选的是底壁)具备至少一个半开入口。半开入口允许空气进入筒，但不允许空气或液体通过半开入口离开筒。

半开入口例如可为半可渗透膜，在一个方向上仅对于空气可渗透但在相反方向上为气密和液密的。半开入口例如也可为单向阀。优选的是，仅在满足特定条件时，例如在满足筒中的最小低压或穿过阀或膜的空气的体积时，半开入口才允许空气穿过入口。

举例来说，这种单向阀可为(例如)用于医疗装置的市场上可买到的阀，例如LMSMediflow单向阀、LMS SureFlow单向阀或LMS止回阀(跨膜)。待用于筒从而使气流穿过筒的合适的膜为(例如)如用于医疗装置的排放膜(例如，Qosina Ref.11066)、具有疏水性过滤器的排放帽或婴儿奶瓶中所用的阀。

此类阀和膜可由适合应用于电加热吸烟系统的任何材料制成。可使用适合于医疗装置的材料和FDA认证材料；例如具有极高机械阻力和大范围温度内的热稳定性的石墨烯。优选的是，阀由软的弹性材料制成以用于将一个或多个阀的液密一体支承到筒壳体的壁中。

让环境空气穿过基质维持气溶胶形成基质的气溶胶化。在抽吸期间，筒中出现低气压，所述低气压激活半开入口。环境空气随后通过筒，优选地通过高保持或高释放材料(HRM)或液体，且穿过加热元件，从而在加热元件充分地加热液体时产生和维持液体的气溶胶化。另外，由于在抽吸期间产生的低气压，可限制例如毛细管材料的输送材料中的液体到加热元件的供应。穿过筒的环境气流可使筒内的压力差均衡，且从而支持朝向加热元件的不受阻碍的毛细管作用。

另外或替代地，半开入口也可设置于筒壳体的一个或多个侧壁中。侧壁中的半开入口朝向筒壳体的开口顶端将横向气流提供到筒中，加热元件布置在筒壳体的所述开口顶端处。优选的是，横向气流穿过气溶胶形成基质。

如果第二通道的空气入口布置在烟嘴中，那么从入口到加热元件的道路可保持较短，因此可能减小抽吸阻力。还可在径向方向上将空气从加热元件的一侧引导到另一侧，或例如从加热元件的外周侧引导到加热元件的中心。

第二流动路线可提供多个变体以将环境空气供应到加热元件，且运输气溶胶远离加热元件且到系统的下游端。举例来说，环境空气的径向供应优选的是与大型中心抽取组合。环境空气的中心供应优选的是与经由具有将含有气溶胶的空气输送到下游端的圆周的完整加热元件表面的径向分布组合。第二流动路线可引导环境空气以例如垂直于加热元件冲射到加热元件上，优选的是到加热元件的中心上。

在与以大于0且小于90度的角度冲射表面的气流相比时，就较小颗粒大小和存在于气溶胶流中的较高量的总颗粒物质而言，垂直或平行于加热元件的中心部分引导的气流表明改进的气溶胶化。此可由于在加热器元件和气流界面处产生的较低层级的湍流、通过最大化整个加热器(例如，加热器元件的中心部分的外部部分促进额外或较高量的气溶胶)的改进气溶胶产生，或由于基于加热元件的空气交叉的较高体积的较高芯吸效应。

根据本发明的另一方面，提供一种用于引导用于产生气溶胶的电加热吸烟系统中的气流的方法。方法包括以下步骤：将来自系统外部的环境空气沿第一流动路线引导到系统的下游端且朝向加热元件引导来自系统外部的环境空气，之后沿第二流动路线将环境空气输送到系统的下游端，所述加热元件优选的是基本平坦流体可透过加热元件。其中，环境空气的总体积沿第一流动路线及沿第二流动路线穿过系统，且环境空气的总体积的至少50％沿第一流动路线通过系统。

根据根据本发明的方法的一方面，方法进一步包括以下步骤：在第一流动路线的和第二流动路线的环境空气到达系统的下游端之前，汇合第一流动路线的环境空气和第二流动路线的环境空气。

根据根据本发明的方法的另一方面，方法进一步包括保持第一流动路线与第二流动路线分离的步骤。

根据根据本发明的方法的另一个方面，方法包括以下步骤：引导第二流动路线中的环境空气使得第二流动路线中的环境空气基本垂直冲射到加热元件上。

与根据本发明的分离气流系统和吸烟系统有关的根据本发明的方法的其它方面和优点经提及且将不再重复。

根据根据本发明的方法的另一方面，方法进一步包括以下步骤：提供液体气溶胶形成基质、加热加热元件、从而蒸发来自气溶胶形成基质的液体且形成气溶胶，及使通过第二流动路线引导到加热元件的环境空气获得形成的气溶胶，之后将含有气溶胶的环境空气输送到系统的下游端。

根据根据本发明的方法的另一方面，方法进一步包括在系统的烟嘴内部设置第一通道的至少一部分和第二通道的至少一部分的步骤，其中系统的下游端为烟嘴的近端。方法进一步包括以下步骤：在朝向烟嘴的近端的方向上沿烟嘴的长度引导第二通道的至少一部分中的环境空气、执行第二通道中的环境空气的方向的反转，及在加热元件的方向上引导环境空气以使环境空气冲射到加热元件上。

根据根据本发明的方法的一些实施例，环境空气在第二通道的至少一部分中沿烟嘴的中心轴线引导，且使其基本居中地冲射到加热元件上。

方法可进一步包含引导含有来自加热元件的中心的气溶胶的环境空气的步骤，其中环境空气优选的是垂直冲射到加热元件上、径向向外冲射到加热元件的周长及周向性下行冲射到出口开口的方向上。可例如在多个周向性布置的通道部分中执行引导含有周向性下行的气溶胶的环境空气的步骤。

方法可包含将基本平坦流体可透过加热元件布置在电加热吸烟系统中的步骤。优选的是，加热元件以面向吸烟系统的烟嘴的开口远端的方式布置。优选的是，流体可透过加热元件包括多个导电丝。多个丝(例如平行布置的丝的阵列或网格)提供液体的充分蒸发和经由丝之间的空隙的蒸发液体的良好可透过率。此等丝或网格加热元件的制造廉价且稳固，尤其与线圈和芯体加热器相比。网格加热元件可以节省空间的基本平坦方式制造。网格加热元件还易于处理，尤其在安装加热元件或包括加热元件的筒时。

根据本发明的又另一个方面，还提供包括如本文中所描述的分离气流系统的用于产生气溶胶的电加热吸烟系统。吸烟系统包括存储部分，所述存储部分包括用于保持液体气溶胶形成基质的壳体，所述壳体具有开口端。吸烟系统还包括在壳体的开口端的上方延伸的加热元件(优选的是基本平坦流体可透过加热元件)和邻近壳体布置的烟嘴。烟嘴包括伸长主体，所述伸长主体包括开口远端，所述开口远端面向壳体。烟嘴进一步包括布置在烟嘴中的第一通道，其中第一通道包括布置在伸长主体的侧壁中的第一入口开口和布置在伸长主体的近端处的出口开口，用于限定将来自系统外部的环境空气经由烟嘴引导到出口开口的第一流动路线。烟嘴还包括在伸长主体的开口远端与伸长主体的近端之间延伸的第二通道的端部部分。第二通道布置在吸烟系统中且限定第二流动路线。第二流动路线将进入吸烟系统的环境空气引导到加热元件，其中环境空气能够夹带通过加热加热元件通过蒸发液体而产生的气溶胶，之后将含有气溶胶的环境空气输送到烟嘴的伸长主体的近端。第一通道和第二通道限定通过吸烟系统的环境空气的总体积，且第一通道提供经过吸烟系统的环境空气的总体积的至少50％。来自系统外部的环境空气分离以沿第一通道中的第一流动路线经过且沿第二通道中的第二路线经过。

优选的是，加热元件布置在烟嘴与气溶胶生成基质之间。

根据根据本发明的吸烟系统的一方面，第一通道与在伸长主体的开口远端下游的第二通道的端部部分会合。通过此，第一通道的环境空气并不经过加热元件。第一通道的第一入口开口在系统的下游端处(即，在烟嘴的近端中)流体地连接到出口开口。

根据根据本发明的吸烟系统的另一方面，第二通道包括布置在伸长主体的近端处的第二出口开口。第二出口开口与第一通道的出口开口分离。

根据根据本发明的吸烟系统的另一方面，第二通道的第二入口开口布置在伸长主体的侧壁中。

在根据本发明的吸烟系统中，第二通道可包括布置在加热元件下游的携带含有气溶胶的环境空气的至少一个第二通道部分。至少一个第二通道部分沿壳体的或烟嘴的周长布置在纵向方向上。

与用于引导电加热吸烟系统中的气流的分离气流系统和方法有关的电加热吸烟系统的方面和优点已描述且将不再重复。

根据根据本发明的吸烟系统的一些实施例，在第二通道的中间部分在伸长主体的径向方向上引导之前，第二通道的上游部分平行于烟嘴的伸长主体的或壳体的侧壁而布置。此流动路线可例如用于引导将基本上平行于已携带气溶胶的环境空气的部分引导的环境空气。通过此，可通过环境空气实现气溶胶的额外冷却。

根据根据本发明的吸烟系统的另一方面，加热元件为包括多个导电丝的流体可透过加热元件。

根据根据本发明的吸烟系统的另一方面，第二通道包括在沿伸长主体的周长的纵向方向上布置的多个第二通道端部部分。优选的是，环境空气经引导到加热元件的中心。可提供从具有环境空气的加热元件均质抽取的气溶胶：居中冲射的环境空气可在加热元件的表面上径向向外流动。另外，含有气溶胶的环境空气可在较大总表面积上冷却，此可进一步支持小型气溶胶粒子的形成。

附图说明

关于实施例进一步描述本发明,所述实施例借助于以下图式说明，图式中：

图1示出分离气流系统的实施例；

图2示出分离气流系统中的第二流动路线的另一实施例；

图3示出不同气流对不同加热元件的冷却效果；

图4示出以不同方式供电的加热元件的温度曲线；

图5示出烟嘴的出口处的温度曲线；

图6示出烟嘴的出口处的平均蒸气饱和曲线；

图7示出总和分离气流几何布置的烟嘴的出口处的液滴直径的比；

图8a到8f示出如可用于根据本发明的吸烟系统的加热元件；

图9a、9b为加热元件的丝的详细视图，其示出丝之间的液体气溶胶形成基质的弯月面(图9a)和在丝之间延伸的毛细管材料(图9b)；

图10示出具有高保持材料(HRM)和穿过HRM的空气通道的筒系统的横截面；

图11示出具有高保持材料(HRM)和穿过筒的空气通道的另一筒系统的横截面；

图12示出图11的筒系统的分解图；

图13示出具有液体和穿过液体的空气通道的筒系统的横截面。

具体实施方式

在图1中，示出用于气溶胶生成吸烟系统的筒4和烟嘴1实施例。伸长主要壳体5容纳具有含有气溶胶形成基质(例如，含有液体的毛细管材料41)的管状形状筒壳体4的筒。筒壳体具有开口近端42。加热器30(优选的是，基本平坦网格加热器)布置成覆盖筒壳体4的开口近端。加热元件可或可不与气溶胶形成基质41直接实体接触。具有基本管状形状伸长主体15的烟嘴1与主要壳体、筒壳体4和加热元件30对准。伸长主体15具有面向加热器30的开口远端。

图1中所示出的实施例包括第二通道10，其限定烟嘴1中的第二流动路线，所述第二流动路线引导进入的第二环境空气20经由加热器30且到消费者抽吸的烟嘴1的近端或口端处的空气出口12。限定第一流动路线的第一通道11也布置在烟嘴1中。第一环境空气21穿过第一入口110进入第一通道11且在不经过加热器30的情况下直接引导到出口12。此第一气流21在加热器30的下游且在出口12的上游的位置111处与第二通道10中的第二气流20汇合。第二通道10的最下游部分与第二通道11相同。第二气流20经过加热器30(其中通过加热加热器且蒸发来自气溶胶形成基质41的液体而形成气溶胶)，且在第二气流21中夹带气溶胶。携带气溶胶的第二气流在位置111处与第一气流21组合。第一气流21与携带第二气流的气溶胶混合且使其冷却。

第二入口100和第一入口110两个在烟嘴1的伸长主体15的远端一半中是烟嘴1中的开口或钻孔。上游第二路线部分101中的第二流动路线在伸长主体中平行于伸长主体的周长延伸到烟嘴的近端。在第二通道10的径向朝内引导部分102中，第二气流20经引导到伸长主体的中心，且在第二通道的居中布置部分103中，第二气流20经引导到加热器30以冲射到加热器30的中心31。第二气流20经过加热器30且径向向外扩散到第二通道10的若干纵向端部部分104。纵向端部部分104沿伸长主体内的周长有规律地布置。

在此实施例中，第一流动路线和第二流动路线以及第一通道和第二通道分别完全布置在气溶胶生成系统的烟嘴1内。

在图2中，说明筒4的实施例，其中加热器30布置在覆盖筒壳体41的开口远端43的筒的底部处。第二入口100布置在主要壳体5中，且环境空气在第二通道的径向朝内引导部分102中直接引导到主要壳体的中心。在第二通道的居中布置部分103中，空气经引导以垂直冲射到加热器30上。空气随后经过加热器30，夹带通过加热气溶胶形成基质40中的液体所产生气溶胶穿过加热器30。含有气溶胶的空气经引导到在筒壳体41与主要壳体5之间或沿两者布置的第二通道10的若干纵向部分105中的筒4的近端。此处，含有第二气流的气溶胶经引导到主要壳体5中的单一居中布置开口52及其之外。烟嘴(未示出)可邻近主壳体而布置。优选的是，烟嘴随后还具有居中布置开口和第二通道10的末端部分104以接收含有第二气流的气溶胶且将其引导到烟嘴1的近端中的单一出口开口12。在此类实施例中，第一通道11可基本上类似于图1中所示出的实施例。第一通道可以是烟嘴中的独立通道或可包括延伸到烟嘴中的第二通道的径向钻孔使得第一气流21可在烟嘴内与第二气流汇合。

图3中所示出的数据展现，空气经过网格加热器的流动速率越高，冷却网格加热器的效果更大。使用不同网格加热器测量冷却速率：Reking(45微米/180每英寸)、Haver(25微米/200每英寸)和3条Warrington(25微米/250每英寸)。Reking加热器的测量数据由叉号指示，Haver加热器的测量数据由圆圈指示且3条Warrington加热器的测量数据由三角形指示。所有加热器以三瓦特操作。利用耦合到加热器的热电偶测量温度。增大如x轴上以升每分钟[L/min]为单位所指示的流动速率在网格加热器上产生较低测量温度。气溶胶生成系统中的气流的典型大小可通过使得加热器有效冷却的标准吸烟方案(例如，Health Canada吸烟方案)粗略估计。例如Health Canada的示例性吸烟方案在2秒内抽吸55ml的空气和蒸气的混合物。替代性方案为3秒内55ml。示例性吸烟方案既不精确模仿行为但实际上充当平均使用者将抽吸的内容的代表。

具有分离气流系统的实验优选的是由具有环境空气的总体积的6/7到8/9之间的第一气流完成。引导到加热器的环境空气的体积相应地具有环境空气的总体积的1/7到1/9之间的体积。环境空气的总体积的约85％到89％因此直接输送穿过烟嘴的出口，而仅气流的总体积的约11％到约15％经过加热器。

对于图1的实施例中所示出的实例，通道的示例性值为：

第二通道的空气入口：直径0.75毫米和总通道横截面0.44平方毫米。

第一通道的空气入口：直径1毫米乘4和3.14平方毫米总通道横截面。

在图4的图示中，示出在一个抽吸期间加热器处的平均温度与时间。曲线60表示加热器的参考温度数据，其中总气流引导到加热器。曲线70表示分离气流系统中的加热器的温度数据，其中仅总气流的七分之一引导到加热器。对于参考数据，加热器已在5瓦特下加热，而接收减少气流的加热器已在4瓦特下加热。可见，通过分离气流，在一个抽吸的长度期间可节省1瓦特的能量。

图5示出在一个抽吸期间分离气流对烟嘴的出口处的携带气流的气溶胶的温度的效果。这些数据指烟嘴的实施例，其中第一气流在烟嘴内与携带第二气流的气溶胶汇合，如图1中所示出。温度曲线61表示以5瓦特供电的加热器的出口空气温度，其中总气流冲射在加热器上。温度曲线71表示以4瓦特供电的加热器的出口空气温度，其中仅总气流的七分之一引导到加热器。由于“新鲜”空气体积的七分之六与气溶胶流汇合，在烟嘴的出口处存在携带气流的显著较低温度的气溶胶。典型地，混合到携带气流的气溶胶中的“新鲜”空气为室温。

显著差异还可见于在一个抽吸期间烟嘴的出口处的蒸汽压与甘油溶液的饱和压力(Pvapor/Psaturation)的比。此比示出在图6中。曲线72指分离气流系统中的以4瓦特供电的加热器的出口处的压力数据，其中总气流的七分之一引导到加热器。曲线62指以5瓦特供电的加热器的出口处的压力数据，其中总气流冲射在加热器上。由于冷却效果分离气流实施例的压力比较高。此表示甘油溶液的较大程度的超饱和，此有利于气溶胶化成较小液滴。模拟清楚地预测与非分离或总气流实施例的蒸气相比，分离气流实施例的冷却器蒸气的较小液滴大小。针对烟嘴的出口处的一个抽吸的这些模拟数据67示出在图7中。Y轴表示分离气流的液滴直径与总气流系统的比。在气溶胶生成系统上的一个抽吸期间，所述比经计算且示出为d_split/d_ref＝T*Ln(S)ref/T*Ln(S)分离比时间(在数秒内)，其中T是用开式温度表达的温度且S是饱和率，所述饱和率是Pv和的函数。

图8a是第一加热元件30的说明。加热元件包括由304L不锈钢形成的网格36，其中网格大小为约400Mesh US(每英寸约400个丝)。丝具有约16微米的直径。网格连接到电接触部分32，所述电接触部分通过间隔33与彼此分开且由具有约30微米厚度的铜箔形成。电接触部分32设置在具有约120微米厚度的聚酰亚胺基板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约37微米的宽度，但是可使用更大或更小的空隙。使用这些概略尺寸的网格允许气溶胶形成基质的弯月面形成于空隙中，且允许加加热元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有利地在25％到56％之间。加热元件的总电阻为约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倍以上的电阻。

基板34为电绝缘的，且在此实例中由具有约120微米厚度的聚酰亚胺片材形成。基板为圆形的且具有8毫米的直径。网格为矩形的且具有5mm和2mm的边长。这些尺寸允许制造具有与传统卷烟或雪茄类似的大小和形状的完整系统。已经发现有效的尺寸的另一实例为直径5毫米的圆形基板和1毫米乘4毫米的矩形网格。

图8b和图8c是其它替代性加热元件的说明。在图8b的加热元件中，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与彼此分开，且由具有约30微米厚度的铜箔形成。基板丝和接触部分的相同布置可用于如图8a中所示出的网格类型加热器。将接触部分作为最外层可有益于提供与电源的可靠电接触。

图8c的加热元件包括与电接触部分39形成一体的多个加热器丝38。丝和电接触部分两者由经蚀刻以限定丝38的不锈钢箔形成。接触部分39由间隔33分开，由丝38结合的情况除外。不锈钢箔设置在聚酰亚胺基板34上。此外，丝38提供所述电阻的绝大部分，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倍以上的电阻。

图8d到8e示出具有固定到两个接触部分35或其之间的网格36的若干加热元件。网格固定在接触部分35的两侧上。各接触部分具有圆形外圆周和两个开口351。加热元件30可附接到筒的壳体或通过这些开口351(例如通过旋拧)附接到支撑基板。

毛细管材料41在壳体4中有利地取向以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41接触，且因此可直接将气溶胶形成基质输送到网格加热器。图9a为加热元件的丝36的详细视图，其示出加热器丝36之间的液体气溶胶形成基质的弯月面46。可见，气溶胶形成基质接触各丝的大部分表面，使得由加热元件产生的大部分热直接进入到气溶胶形成基质中。

图9b为类似于图9a的详细视图，其示出延伸到丝36之间的空隙中的毛细管材料41的实例。毛细管材料41可以是紧靠着加热元件布置或与其接触的毛细管材料，优选的是具有耐高温性。可以看到，通过提供包括延伸到丝36之间的空隙中的细纤维线的毛细管材料，可确保将液体输送到丝

在使用中，加热元件可通过电阻加热操作。电流在控制电子元件(未示出)的控制下通过丝36、37、38，以将所述丝加热到所要温度范围内。丝的网格或阵列具有显著高于电接触部分32、35和电连接件(未示出)的电阻，使得较高温度局限于所述丝。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元件来产生热，或可配置成在装置处于“开启”状态时连续地产生热。

用于丝的不同材料可适用于不同的系统。举例来说，在连续加热系统中，由于石墨丝具有相对较低比热容且与较低电流加热相容，因此石墨丝为合适的。在使用高电流脉冲在短时间内产生热的抽吸驱动系统中，具有较高比热容的不锈钢丝可更为合适。

在图10中，说明筒系统的横截面，其中第二流动路线包括引导穿过筒的气流。流体可透过加热器(例如，网格加热器30)设置成覆盖壳体4的开口顶部。为了密封壳体4的顶部，在壳体4的上边缘与加热器30之间提供密封层48，例如聚合物层。另外，在加热器30的顶侧上提供密封盘47，例如聚合物盘。使用密封盘47，可以控制通过加热器的气流，特别是可以提供气流限制。密封盘也可以布置在加热器30的底侧上。

筒壳体4包含充当液体储存器且将液体引导朝向加热器30以供在加热器处蒸发的含液体毛细管材料，例如高保持材料或高释放材料(HRM)41。毛细管盘44(例如纤维盘)布置在HRM 41与加热器30之间。由于毛细管盘44靠近加热器30，因此所述毛细管盘的材料可比HRM 41更耐热。通过HRM的气溶胶形成液体使毛细管盘保持湿润以确保在启动加热器时提供液体以供蒸发。

壳体4具备空气可渗透底部45。空气可渗透底部具备气流入口450。气流入口450允许空气在一个方向上且仅在这个方向上流动通过底部45进入壳体中。没有空气或液体可以通过空气可渗透底部45离开壳体。举例来说，空气可渗透底部45包括半渗透膜作为气流入口450，或可为包括一个或多个单向阀的底部盖板，如下文将展示。

如果加热器侧出现低气压，如同抽吸期间的情况，空气可穿过气流入口450进入筒中。气流20将通过HRM 41且穿过加热器30。含气溶胶的气流20随后将流动到气溶胶生成装置的下游端，优选地在烟嘴中居中布置的通道中流动。

壳体4的侧壁也可具备横向空气可渗透部分46以用于将横向气流提供到壳体中。横向气流可渗透部分46可设计为空气可渗透底部45中的气流入口450。

在图11中，筒系统的布置和功能基本上与图10中所示出的相同。然而，HRM 41具备中心开口412。进入壳体的底部45中的气流入口450的空气穿过中心开口412。气流接着通过筒中的HRM。利用壳体4的侧壁中的可选横向空气可渗透部分46，可提供横向气流穿过HRM41。

在图12中，示出如图11中的筒系统的分解图。环形管状HRM 41设置于壳体4中。壳体的底部45为包括单向阀49的圆盘，所述单向阀布置在圆盘的中心且与HRM 41中的中心开口412对准。举例来说，此类单向阀可为(例如)用于医疗装置或用于奶瓶的市场上可买到的阀。

图13为筒系统的另一实施例的横截面。相同参考数字用于相同或相似的元件。在这个实施例中，壳体4填充有气溶胶形成液体411。壳体可由金属、塑料(例如聚合物材料)或玻璃制成。阀49可直接模制到壳体的底部45中。底部45也可具有用于与阀气密组装的腔。由于阀优选地由弹性材料制成，因此可实现与底部材料的密封组装。

在如图10至图13中所描述的以上筒系统中，除了如(例如)图1中所描述的筒壳体外，筒壳体4也可为单独的筒容器。特别是，含液体411的筒为预制产品，其可插入设置于气溶胶生成系统中用于容纳预制筒的筒壳体中。