具有与液体供应隔离的加热器元件的加热器组件

本发明涉及加热液体基材以形成气溶胶的气溶胶生成装置。特别地，本发明涉及产生用于用户吸入的气溶胶的手持式气溶胶生成装置。背景技术：1、从液体基材产生用于吸入的气溶胶的手持式气溶胶生成系统正变得越来越广泛地用于药物递送的医疗吸入器领域和作为香烟替代品(诸如电子烟)的吸烟产品领域。2、在电子烟中，通常通过加热液体气溶胶形成基材来形成气溶胶。液体被保持在储液器中并通过在贮存器与加热元件之间延伸的毛细管材料或芯递送至加热元件。高保持材料(hrm)可被放置成与加热元件接触以将液体保持在加热元件附近。3、在一种构型中，将网状加热器简单地放置在含有液体气溶胶形成基材的hrm上方。网状加热器形成气流通路的一部分，用户可通过该气流通路抽吸蒸气。响应于用户在装置上的抽吸而激活加热元件。当加热元件被激活时，hrm中靠近加热元件的液体蒸发并且通过用户抽吸而从加热元件中抽出。然后更多的液体从储液器被吸入hrm。无论系统相对于重力的取向如何，hrm或毛细芯的功能都是确保有足够量的液体靠近加热元件。因此对于每次用户抽吸，足量的液体被蒸发并随后形成气溶胶。加热元件和储液器通常一起提供为一次性筒。这种布置的优点是制造简单并且坚固。这种类型的布置的示例描述于wo2015117700a1中。4、这种类型的系统的一个问题是加热效率。热量不仅被传递到期望被蒸发的液体，而且在很大程度上被传递到储液器中的其余液体，该其余部分在用户抽吸期间不需要被蒸发。其余电子液体的热质量(通过传导和对流被待蒸发的电子液体加热)产生加热器区域处的热损失，并且因此产生对额外电力的需要。在通常由电池供电的手持式装置中，提高加热效率并因此减少频繁地再充电或更换电池的需要并允许使用小外形电池是特别关键的。5、希望解决或降低这个问题的重要性。技术实现思路1、在第一方面，提供一种用于电操作的气溶胶生成装置的蒸发器组件，所述蒸发器组件包括：2、大致平面的、流体可渗透的加热元件，所述加热元件具有第一侧和与所述第一侧相反的第二侧；3、液体输送介质，所述液体输送介质具有与所述加热元件的所述第二侧接触的第一侧和与所述第一侧相反的第二侧，所述加热元件在所述液体输送介质的所述第一侧的第一区域上方延伸；以及4、液体供应导管，所述液体供应导管具有与所述液体输送介质的所述第二侧接触并且仅在所述液体输送介质的所述第二侧的第二区域上方延伸的第一端，其中所述第二区域小于所述第一区域；5、其中所述液体输送介质被布置成将液体从所述液体供应导管输送到所述加热元件的所述第二侧的所述第一区域。6、使所述液体供应导管与所述加热元件相比在所述液体输送介质的相对小的区域上方延伸具有的优点是，由所述加热器生成的热量的仅一小部分被传递到所述液体供应导管中的液体。与上述现有技术的布置相比，这为蒸发器组件提供了良好的加热效率，因为从液体输送介质传递离开的热量更少。第二区域可小于第一区域的50％，并且优选地小于第一区域的30％。7、液体输送介质有利地覆盖整个加热元件。对于给定的输入电力，这使气溶胶生成最大化。它还避免了在输送材料的边缘处的热点。热点可能导致不期望化学化合物的生成。8、液体输送介质可具有毛细管结构，该毛细管结构被布置成平行于加热元件的第二侧输送液体。这允许液体在整个加热元件上有效地输送。在现有技术的系统中，在hrm或毛细芯中存在形成气泡的可能性，这会影响从储液器到加热元件的正确液体传递。利用本发明的布置，降低了在液体供应导管中形成气泡的可能性。液体输送介质可相对较薄，使得在液体输送中形成的蒸气可容易地逸出，并且不太可能传送回液体供应导管中。9、液体输送介质在液体输送介质的第一侧与第二侧之间的厚度可在1mm与5mm之间。液体输送介质可具有在50mm2与500mm2之间的面积。10、蒸发器组件可用于例如在电吸烟系统中生成蒸气或气溶胶以供用户吸入。蒸发器组件的构造和操作可使得保持在液体输送介质中的所有液体可在单次用户抽吸中蒸发。随后被吸入液体输送介质中以代替已蒸发液体的液体在随后的抽吸过程中被蒸发。通过适当选择液体输送介质的尺寸，可在每次用户抽吸期间产生期望和一致的蒸气量。11、蒸发器组件可包括壳体，加热元件和液体输送介质被保持在该壳体中，其中该壳体与液体供应导管接合或与其成一体。利用这种布置，加热元件和液体输送介质可保持在一起并且彼此对准。12、为了允许蒸气从蒸发器组件中逸出，加热元件是流体可渗透的。在此上下文中，流体可渗透的意指蒸气可通过加热元件的平面从液体输送介质中逸出。为了允许这一点，加热元件可包括蒸气可穿过的孔口或孔。例如，加热元件可包括电阻细丝的网或织物。另选地或另外，加热元件可包括其中具有孔或槽的片材。13、加热元件可以是电阻加热元件，在使用中直接向其供应电流。14、电阻加热元件可包括从第二侧延伸至第一侧并且流体可穿过其中的多个空隙或孔口。15、电阻加热元件可包括多根导电细丝。术语“细丝”贯穿本说明书使用以指布置在两个电触头之间的电路径。细丝可以任意地分叉并分别分成若干路径或细丝，或者可以从几个电路径汇聚成一个路径。细丝可以具有圆形、正方形、扁平或任何其他形式的横截面。细丝可以以直线或弯曲的方式布置。16、电阻加热元件可以是细丝阵列，例如彼此平行布置。优选的是，细丝可形成网。网可以是织造或非织造的。网可以使用不同类型的编织或网格结构来形成。另选地，电阻加热元件由细丝阵列或细丝织物组成。17、细丝可限定细丝之间的空隙，并且该空隙可具有在10微米与100微米之间的宽度。优选地，细丝在空隙中产生毛细管作用，使得在使用中待被蒸发的液体被吸入空隙中，从而增加加热元件与液体气溶胶形成基材之间的接触面积。18、细丝可形成大小在每厘米60与240条细丝(+/-10％)之间的网。优选的是，网密度在每厘米100与140根细丝(+/-10％)之间。更优选的是，网密度为每厘米大致115根细丝。空隙的宽度可以在100微米与25微米之间，优选的是在80微米与70微米之间，更优选的是大致74微米。作为空隙的面积与网的总面积的比率的网的开放区域的百分比可在40％和90％之间，优选的是在85％与80％之间，更优选的是大致82％。19、细丝的直径可以在8微米与100微米之间，优选在10微米与50微米之间，更优选在12微米与25微米之间，并且最优选为大约16微米。细丝可以具有圆形的横截面或者可以具有平坦的横截面。20、细丝的面积可能较小，例如小于或等于50平方毫米、小于或等于25平方毫米、更优选大约15平方毫米。选择尺寸以将加热元件并入手持式系统。加热元件可以例如是矩形，并且具有在2毫米至10毫米之间的长度和在2毫米与10毫米之间的宽度。21、加热元件的细丝可以由具有合适的电特性的任何材料形成。合适的材料包括但不限于：诸如掺杂陶瓷、电“导电”陶瓷(诸如二硅化钼)的半导体，碳，石墨，金属，金属合金和由陶瓷材料和金属材料制成的复合材料。此类复合材料可包括掺杂或无掺杂的陶瓷。合适的掺杂陶瓷的例子包括掺杂碳化硅。合适的金属的实例包含钛、锆、钽和铂族金属。22、合适的金属合金的实例包括不锈钢；康铜；含镍合金、含钴合金、含铬合金、含铝合金、含钛合金、含锆合金、含铪合金、含铌合金、含钼合金、含钽合金、含钨合金、含锡合金、含镓合金、含锰合金和含铁合金；以及基于镍、铁、钴的超级合金；不锈钢、基于铁铝的合金，以及基于铁锰铝的合金。是钛金属公司的注册商标。细丝可以涂覆有一个或多个绝缘体。用于导电丝的优选材料是不锈钢和石墨，更优选的是比如aisi 304、316、304l、316l等300系列不锈钢。另外，导电加热元件可以包括上述材料的组合。可以使用材料的组合来改善对基本平坦的加热元件的阻力的控制。例如，具有高固有电阻的材料可以与具有低固有电阻的材料组合。如果其中一种材料更有利于其他方面，例如价格、可加工性或其他物理和化学参数，则这可能是有利的。有利的是，具有增加电阻的基本平坦的细丝布置减少了寄生损耗。有利的是，高电阻率加热器允许更有效地使用电池能量。23、优选地，细丝由线材制成。更优选地，线材由金属制成，最优选地由不锈钢制成。24、加热元件的细丝的电阻可以在0.3欧姆与4欧姆之间。优选地，电阻等于或大于0.5欧姆。更优选地，加热元件的电阻在0.6欧姆与0.8欧姆之间，并且最优选地为约0.68欧姆。25、另选地，加热元件可包括其中形成有孔口阵列的加热板。举例来说，所述孔口可以通过蚀刻或加工来形成。该板可以由具有合适的电特性的任何材料形成，诸如以上关于加热元件的细丝描述的材料。26、加热元件可以是感受器元件。如本文所用，“感受器元件”是指当经受变化的磁场时加热的导电元件。这可能是由于感受器元件中感应的涡流和/或磁滞损耗的结果。有利地，感受器元件是铁氧体元件。可选择感受器元件的材料和几何形状以提供期望的电阻和热量生成。27、感受器元件可以是铁氧体网状感受器元件。另选地，感受器元件可以是含铁感受器元件。28、感受器元件可包括网。如本文所用，术语“网”涵盖其间具有间隔的细丝的格栅和阵列，并且可包括织造和非织造织物。29、该网可包括多个铁氧体或含铁细丝。细丝可在细丝之间限定空隙，并且该空隙可具有在10μm与100μm之间的宽度。优选地，细丝在空隙中产生毛细管作用，使得在使用中待被蒸发的液体被吸入空隙中，从而增加感受器元件与液体之间的接触面积。30、细丝可形成大小在160与600美国筛目(+/-10％)之间(即在每英寸160与600根细丝之间(+/-10％))的网。空隙的宽度优选地在75μm与25μm之间。网的开口面积的百分比(其是空隙的面积与网的总面积的比率)优选地在25％与56％之间。网可以使用不同类型的编织或网格结构来形成。另选地，细丝由彼此平行布置的细丝阵列组成。31、细丝可具有在8μm与100μm之间、优选地在8μm与50μm之间并且更优选地在8μm与40μm之间的直径。32、网的面积可较小，优选地小于或等于500mm2，从而允许其并入到手持式系统中。网可以例如是矩形的，并且具有15mm乘20mm的尺寸。33、有利地，感受器元件具有在1与40000之间的相对磁导率。当期望大部分加热依赖于涡流时，可使用较低磁导率的材料，而当需要磁滞效应时，可使用较高磁导率的材料。优选地，该材料具有在500与40000之间的相对磁导率。这提供了有效的加热。34、壳体也可以是蒸气可渗透的，以允许蒸气逸出。壳体可在邻近液体输送介质的第二侧处是蒸气可渗透的。这允许蒸气从流体输送材料的相对侧逸出，从而进一步降低了干扰液体输送的气泡被捕获的可能性。35、蒸发器组件可在液体供应导管中包括液体保持材料。无论蒸发器组件相对于重力的取向如何，这都可确保向液体输送介质的液体供应。液体保持材料优选不同于液体输送介质。液体供应导管可包括一个或多个毛细管。36、液体供应导管可大致正交于加热元件的第一侧延伸。这使加热元件与液体供应导管的第二端之间的距离最大化。在使用中，液体供应导管的第二端可邻近主液体贮存器。37、当在与加热元件的第一侧正交的方向上观察时，第一区域可不完全覆盖第二区域。这减少了从加热元件到液体供应导管的热传递。当在与加热元件的第一侧正交的方向上观察时，加热元件可不与第二区域重叠。这进一步增加了加热元件与液体供应导管的第一端之间的距离，并因此减少了从加热元件到液体供应导管的热传递。液体供应导管可具有液体输送介质面积的约25％的横截面积。液体供应导管可具有在2mm与5mm之间的直径。38、在第二方面，提供了一种用于气溶胶生成系统的筒，所述筒包括根据第一方面的蒸发器组件以及液体贮存器、液体供应导管，所述液体供应导管具有相对的第一端和第二端并与所述液体供应贮存器连通。39、加热元件和液体输送介质可与液体供应贮存器分开。液体供应导管可固定到加热元件和所述液体供应导管，或可固定到液体供应贮存器，或可固定到两者。液体供应导管可采取液体供应贮存器的瓶颈的形式。液体供应贮存器可包括贮存器壳体。贮存器壳体可与液体供应导管成一体。40、在第三方面，提供了一种气溶胶生成系统，所述气溶胶生成系统包括根据第一方面的蒸发器组件、液体贮存器、液体供应导管、电源和控制电路，所述液体供应导管具有相对的第一端和第二端并与所述液体供应贮存器连通，所述控制电路被配置为控制从所述电源向所述蒸发器组件的电力供应。41、气溶胶生成系统可以是手持式系统。气溶胶生成系统可包括烟嘴，用户可通过该烟嘴吸入由气溶胶生成系统生成的气溶胶。42、气溶胶生成系统可包括主单元和在使用中与主单元接合的筒。主单元可包括壳体。壳体可容纳电源和控制电路。蒸发器组件和液体贮存器可设置在筒中。蒸发器组件可以是主单元和设置在筒中的液体贮存器的一部分。壳体可接收筒的至少一部分。烟嘴可以是主单元的一部分或筒的一部分。43、气溶胶生成系统可包括从空气入口延伸经过蒸发器组件到达出口的气流通路。出口可在烟嘴中。44、气溶胶生成系统可具有与常规雪茄或香烟相当的尺寸。气溶胶生成系统可具有在约30mm与约150mm之间的总长度。气溶胶生成系统可具有在约5mm与约30mm之间的外径。45、电源可以是dc电源。电源可以是电池。电池可为基于锂的电池，例如锂钴、锂铁磷酸盐、钛酸锂或锂聚合物电池。电池可以是镍金属氢化物电池或镍镉电池。电源可以是另一形式的电荷存储装置，例如，电容器。电源可能需要再充电，且针对许多充放电循环而配置。电源可具有能够存储足以用于一次或多次用户体验的能量的容量；例如，电源可具有足够的容量，以允许在大约六分钟的时段内或在六分钟的倍数的时段内连续生成气溶胶，六分钟对应于吸常规香烟所花费的典型时间。在另一示例中，电源可具有足以进行预定次数的抽吸或不连续激活雾化器组件的容量。46、控制电路系统可包括微控制器。微控制器优选的是可编程微控制器。控制电路系统可包括其他电子部件。控制电路可被配置为调节对加热元件的电力供应。电力可以在激活系统之后持续地供应到加热元件，或者可以间歇地供应，诸如在逐抽吸的基础上。电力可以以电流脉冲的形式供应到气溶胶生成元件。控制电路可包括气流传感器，并且当由气流传感器检测到用户抽吸时，控制电路可向加热元件供应电力。47、在操作中，用户可通过在烟嘴上抽吸或提供一些其他用户输入(例如通过按压系统上的按钮)来激活系统。然后，控制电路向加热元件供应电力，可在预定时间段内或在用户抽吸的持续时间内向加热元件供应电力。然后，加热元件加热液体输送介质中的液体以形成蒸气，该蒸气从蒸发器组件逸出，进入通过系统的气流通路。蒸气冷却并冷凝形成气溶胶，然后被吸入用户的口中。48、在本发明的所有方面中，液体可以是液体气溶胶形成基材。如本文参考本发明所使用，气溶胶形成基材是能够释放可以形成气溶胶的挥发性化合物的基材。可以通过加热气溶胶形成基材来释放挥发性化合物。49、液体气溶胶形成基材在室温下可以是液态的。液体气溶胶形成基材可包含尼古丁。含有液体气溶胶形成基材的尼古丁可以是尼古丁盐基质。液体气溶胶形成基材可包括植物类材料。液体气溶胶形成基材可包括烟草。液体气溶胶形成基材可包括含有挥发性烟草香味化合物的含烟草材料，所述材料在加热后即从气溶胶形成基材释放。液体气溶胶形成基材可以包括均质化的烟草材料。液体气溶胶形成基材可包括不含烟草的材料。液体气溶胶形成基材可包括均质化的植物类材料。50、液体气溶胶形成基材可包括一种或多种气溶胶形成剂。气溶胶形成物是任何合适的已知化合物或化合物的混合物，该化合物在使用中有利于形成致密且稳定的气溶胶并且在系统的操作温度下基本上耐热降解。合适的气溶胶形成剂的实例包含丙三醇和丙二醇。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。液体气溶胶形成基材可以包括水、溶剂、乙醇、植物提取物和天然或人工香料。51、液体气溶胶形成基材可包括尼古丁和至少一种气溶胶形成剂。气溶胶形成剂可以是丙三醇或丙二醇。气溶胶形成剂可包括丙三醇和丙二醇两者。液体气溶胶形成基材可以具有在约0.5％和约10％之间，例如约2％的尼古丁浓度。52、在所有方面，液体输送介质是将液体从材料的一端传送到另一端的材料。液体输送介质可以是毛细管材料。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他细孔管。纤维或线可以大致对准以朝向加热元件传送液体气溶胶形成基材。另选地，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孔或管，液体气溶胶形成基材可通过毛细管作用输送穿过所述孔或管。液体输送介质暴露于加热元件的高温，并且因此必须在这些温度下稳定。53、液体输送介质可包括任何合适的材料或材料的组合。合适材料的示例是海绵或泡沫材料、纤维或烧结粉末形式的陶瓷或石墨基材料、发泡金属或塑料材料、纤维材料，例如由纺丝或挤出纤维制成，诸如玻璃纤维、乙酸纤维素、聚酯或粘合的聚烯烃、聚乙烯、涤纶或聚丙烯纤维、尼龙纤维或陶瓷。纤维可以是织造的或可形成无定形结构。液体输送介质可以具有任何合适的毛细管作用和多孔性，以适用于不同的液体物理特性。液体气溶胶形成基材具有包含但不限于粘度、表面张力、密度、热导率、沸点和蒸气压力的物理特性，这些物理特性允许通过毛细管作用将液体气溶胶形成基材输送通过液体输送介质。54、在所有方面，液体供应导管中的液体保持材料也可以是毛细管材料。然而，它不需要承受与液体输送介质一样高的温度。液体保持材料可以是泡沫、海绵或纤维集合。液体保持材料可由聚合物或共聚物形成。在一个示例中，液体保持材料是织造的聚丙烯和聚(对苯二甲酸乙二醇酯)。