包括气溶胶冷却元件的气溶胶生成制品的制作方法

本发明涉及用于气溶胶生成制品的气溶胶冷却元件及其制造方法。具体地，本发明涉及包括通过焊接固定的包装材料的气溶胶冷却元件。

背景技术：

气溶胶生成制品可包括以条的形式组装的多个元件。这些元件可包括气溶胶形成基质和位于气溶胶形成基质下游的气溶胶冷却元件。

如本文中所使用，术语“条”用于表示具有大体上圆形、卵形或椭圆形横截面的大致为圆柱体的元件。

如本文中所使用，术语“纵向方向”是指沿着或平行于条的圆柱轴线延伸的方向。

术语“上游”和“下游”可以用于描述气溶胶生成制品的元件或部件的相对位置。为了简单起见，如本文中所使用的术语“上游”和“下游”指沿着气溶胶生成制品的条参考穿过所述条抽吸气溶胶的方向的相对位置。

包括气溶胶冷却元件的气溶胶生成制品的制造可以包括将原材料形成为片材。然后将片材在两个辊之间卷曲，以将平行弱线引入片材中。然后，可以通过关于弱线折叠片材将卷曲片材聚集成条，以形成具有内部打褶结构的条。这可以通过拉动卷曲片材材料通过漏斗以将片材压缩成直径大约为最终管状条的直径的连续条来实现。然后，连续条可以包裹在包装材料中。包装材料可以是包装纸或其它合适的包装材料。例如，胶可以施加到包装材料的一个边缘上，以便可以将包装材料包裹在连续条上。包裹的连续条可被压缩成最终所需的形状，同时被加热以使所施加的胶干燥。然后将包裹的连续条切割成较小长度的条，以产生用于气溶胶生成制品的所需长度的冷却元件。上述冷却元件具有大的内部表面面积，其可以在冷却元件和穿过它的气溶胶之间提供增强的热交换。

包括气溶胶冷却元件的气溶胶生成制品的制造可在生产期间和成品制品中存在若干问题。一个可能的问题是胶可能无法将包装材料保持在条的周围，而这个可能的问题可能由于对片材材料压缩的高机械阻力而恶化。这可能导致包装材料随着时间的推移而膨胀，从而导致对条的直径的控制失效。此外，包装接缝可能会完全分离。这可能会导致稍后过程中出现故障条可能堵塞下游设备的问题。例如，结合气溶胶生成制品的元件并将其组装到制品中的组合器可能由于松开或膨胀的气溶胶冷却元件而被卡住。

另一个可能的问题是胶污染，密封上剩余的胶可能污染下游设备。

技术实现要素：

本发明的目的是缓解与气溶胶冷却元件制造相关的一个或多个问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于气溶胶生成制品的气溶胶冷却元件，所述气溶胶冷却元件包括：

通过卷曲和折叠片材材料以形成圆柱形条来形成的内部结构，所述圆柱形条在不存在任何外部压缩力时具有平均周长c1；以及

包装材料，所述包装材料固定在所述内部结构周围以形成具有预定周长c2的条；

其中所述包装材料包括焊接到所述包装材料的第二部分的第一部分；

其中当所述包装材料固定在所述内部结构周围时，所述内部结构处于所述包装材料的压缩下；

并且其中c1/c2在1.2至6的范围内。

在一些实施例中，c1/c2在1.3至4的范围内。在一些实施例中，c1/c2在1.4至2.5的范围内。

通过测量在所述片材材料被卷曲和聚集之后形成的圆柱形条的平均周长来确定平均周长。c1是在测试台上通过以下所述确定的：在不包裹聚集片材的情况下，使与在生产线上使用的片材相同的片材通过与在生产线上使用的尺寸相同的尺寸的漏斗结构。在2分钟的预定时间过去之后在片材材料已经聚集和折叠之后，测量c1。这是为了让聚集和折叠的片材材料稳定到未压缩的聚集状态。然后，通过在片材材料已卷曲和折叠之后形成的圆柱形条周围通过的测量尺来测量c1，在测量c1时注意不要用测量尺压缩圆柱形条。

通过以与c1相同的方式测量由固定在内部结构周围的包装材料形成的条的周长来测量c2。

包装材料焊接在内部结构周围，而不是通过施加胶，从而解决了与包装材料中的胶粘接缝相关的问题。

由于c2小于c1，将理解，内部结构处于包装材料的压缩下。因此，内部结构将倾向于在包装材料上施加向外的力。因此，在包装材料中使用已知的胶粘接缝会有问题，因为向外的力可能导致接缝在胶固化之前分开。

在通过将包装材料的第一部分焊接到包装材料的第二部分而将包装材料固定在内部结构周围时，可以通过压缩内部结构和包装材料来解决此问题。

如本文所使用，术语“焊接”可指任何形式的粘结或熔合，其中热被施加以引起不存在粘合剂的粘结。在非限制性实例中，焊接可以包括至少部分地熔融材料。

如本文中所使用，术语“气溶胶生成制品”指包括能够(例如，通过加热、燃烧或化学反应)释放可形成气溶胶的挥发性化合物的气溶胶形成基质的制品。

如本文所用，术语“气溶胶形成基质”用于描述能够释放可形成气溶胶的挥发性化合物的基质。由根据本发明的气溶胶生成制品的气溶胶形成基质生成的气溶胶可以是可见的或不可见的，且可包含蒸气(例如，呈气态的物质的细颗粒，其在室温下通常为液体或固体)以及冷凝蒸气的气体和液滴。

如本文中所使用，术语“气溶胶冷却元件”用于描述具有大的表面面积和预定抽吸阻力的元件。在使用中，通过从气溶胶形成基质释放的挥发性化合物形成的气溶胶在由使用者吸入之前穿越气溶胶冷却元件并且由气溶胶冷却元件冷却。与高抽吸阻力的过滤嘴和其他烟嘴相比，气溶胶冷却元件具有低抽吸阻力。气溶胶生成制品内的腔室和腔体也不被视为气溶胶冷却元件。

如本文所使用，术语“片材”和“幅材(web)”表示层状元件，其具有的宽度和长度显著大于其厚度。

如本文所使用，术语“皱折状”表示具有以基本上相同方向取向的多个皱折、起伏或条纹的片材或幅材。

如本文所使用，术语“皱折”表示由通过皱折侧面连接的交替的峰和谷形成的多个大致上平行的脊。这包括但不限于具有方波轮廓、正弦波轮廓、三角形轮廓、锯齿轮廓或其任何组合的皱折。

如本文中所使用，术语“卷曲”表示具有多个皱折的片材或幅材。

如本文所使用，术语“聚集的”或“聚集”表示幅材或片材大体上横向于条的圆柱轴线旋绕或以其它方式压缩或收缩。

本发明的方面不需要先将胶施加到包装材料。此外，可以以比胶更快的速率实现焊接，这可能需要固化或均匀施加压力。

内部结构可包括卷曲的打褶或折叠片材材料。有利地，这增加了内部结构的表面面积，这可以提高其冷却能力。

所述包装材料的第一部分可以是邻接且平行于所述包装材料的第一边缘的区域，并且所述第二部分可以是邻接且平行于所述包装材料的第二边缘的区域。有利地，这可提供均匀的对称冷却元件。

所述内部结构可以包括纵向轴线，且所述包装材料的第二边缘可以以非零角度与所述纵向轴线对准。

所述第一部分可通过导电元件焊接到所述第二部分。在实施例中，所述导电元件可以包括金属条。在实施例中，所述导电元件可与所述第一部分或所述第二部分接触，或者可布置在所述第一部分与所述第二部分之间。所述导电元件可以向所述第一部分和/或所述第二部分传导热以使第一部分焊接到第二部分。有利地，这可以增加焊接的容易度和/或速度。

所述第一部分可以感应焊接到所述第二部分。感应焊接使用电磁感应来加热导电元件。这可以提供用于将第一部分焊接到第二部分的快速且可选的无接触过程。

替代地，所述第一部分可以超声焊接到所述第二部分。超声焊接可以使用高频振动将一个部分焊接到另一部分。例如，可以由超声焊极(sonotrode)来施加振动。有利地，这可提供一种不需要导电元件存在的快速焊接方法。

所述气溶胶冷却元件的长度可以在7mm与28mm之间，或可选地从10mm到25mm，或可选地从13mm到22mm，可选地从16mm到19mm。

所述气溶胶冷却元件的直径可以在5mm与12mm之间，可选地从6mm到9mm或可选地从7mm到8mm。

所述包装材料可以包括热塑性聚合物。有利地，热塑性聚合物可以容易地焊接到其自身以提供强密封。此外，可以将聚合物材料配制为具有针对特定焊接工艺优化的熔点。可选地，所述内部结构可包括聚乳酸。

所述包装材料的第一部分和/或第二部分可以包括可被熔融或加热以引起粘性的附加材料。附加材料可以呈添加到所述包装材料的一个或多个区域的形式，例如，添加到所述包装材料的第一部分和/或第二部分的热塑性条。所述附加材料可以允许焊接由通常不能焊接的材料形成的包装材料，或者可进一步改善包装材料的焊接性能。

根据本发明的另一方面，提供了一种气溶胶生成制品，所述气溶胶生成制品包括根据本文所述的任何方面的任何气溶胶冷却元件。

所述气溶胶生成制品可包括气溶胶形成基质和可以位于所述气溶胶形成基质下游的气溶胶冷却元件。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于制造用于气溶胶生成制品的气溶胶冷却元件的方法，所述方法包括：

通过将片材材料卷曲和折叠成条形状，提供所述气溶胶冷却元件的内部结构；

用包装材料包裹所述气溶胶冷却元件的内部结构；

通过将所述包装材料的第一部分焊接到所述包装材料的第二部分，将所述包装材料固定在所述内部结构周围；以及

当将所述包装材料固定在所述内部结构周围时，压缩所述内部结构和包装材料。

提供所述内部结构可以包括将片材材料形成为条形状。将片材材料形成为条形状可以包括卷曲所述片材材料，和/或打褶或折叠所述片材材料。打褶或折叠所述片材材料可以包括使所述片材材料通过出口直径类似于所期望的条形状的出口直径的漏斗。

所述包装材料的第一部分可以是邻接且平行于所述包装材料的第一边缘的区域，并且所述第二部分可以是邻接且平行于所述包装材料的第二边缘的区域。

所述内部结构可包括纵向轴线；并且包裹所述气溶胶冷却元件的内部结构可包括将所述第二边缘放置成与所述内部结构接触并且与所述纵向轴线呈非零角度，并且将所述第一边缘放置在所述第二边缘上。

所述制造气溶胶冷却元件的方法还可包括将导电元件放置在所述包装材料的第一部分与第二部分之间；以及加热所述导电元件以至少部分地熔融所述包装材料的第一部分。可选地，所述导电元件可以放置成仅与所述第一部分或所述第二部分中的一者接触，以将一个部分焊接到另一部分。

所述方法可以包括通过感应焊接进行焊接。这可以包括在导电元件中感生电流以熔融所述包装材料的一部分。替代地，所述方法可以包括通过超声焊接进行焊接。超声焊接可以包括使用超声焊极至少部分地熔融所述包装材料。

所述制造气溶胶冷却元件的方法还可以包括当将所述包装材料固定在所述内部结构周围时，压缩所述内部结构和包装材料。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于制造气溶胶生成制品的方法，所述方法包括：根据本发明的前述方面制造气溶胶冷却元件；以及将气溶胶冷却元件并入所述气溶胶生成制品中。

所述方法可另外包括在所述气溶胶生成制品中并入气溶胶形成基质，并且将所述气溶胶冷却元件并入所述气溶胶形成基质的下游。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于制造用于气溶胶生成制品的气溶胶冷却元件的设备，所述设备包括：

聚集单元，所述聚集单元将卷曲片材材料的供应聚集和折叠成气溶胶冷却元件条形状的条状内部结构；

包裹单元，所述包裹单元用包装材料围绕所述条形状的纵向轴线包裹所述内部结构，并且通过将所述包装材料的第一部分焊接到所述包装材料的第二部分将所述包装材料固定在所述内部结构周围；以及

压缩单元，当将所述包装材料固定在所述内部结构周围时，所述压缩单元压缩所述内部结构和包装材料。

将认识到，上文关于本发明的一个方面描述的优选特征也可以适用于本发明的其它方面。

附图说明

现在将参考附图仅以举例的方式描述本发明的实施例。

图1示出了根据本发明的实施例的气溶胶冷却元件的示意图；

图2示出了根据本发明的实施例的通过包括气溶胶冷却元件的气溶胶生成制品的纵向横截面的示意图；

图3示出了根据本发明的实施例的用于生产气溶胶冷却元件的设备的示意图；

图4示出了根据本发明的实施例的制造气溶胶冷却元件的方法的流程图；

图5示出了根据本发明的实施例的固定包装材料的方法的流程图；

图6示出了根据本发明的另一实施例的固定包装材料的方法的流程图；以及

图7示出了根据本发明的又一实施例的固定包装材料的方法的流程图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于气溶胶生成制品的气溶胶冷却元件。气溶胶形成基质(例如，含烟草的基质)在其中被加热而非燃烧的气溶胶生成制品在本领域中是已知的。使用气溶胶生成制品的系统的实例包括将含烟草的基质加热到200摄氏度以上以产生含尼古丁的气溶胶的系统。

气溶胶冷却元件可以作用为通过热传递来冷却抽吸穿过所述元件的气溶胶流的温度。气溶胶的成分将与气溶胶冷却元件相互作用并损失热能。

气溶胶冷却元件可以作用为通过经受消耗来自气溶胶流的热能的相变来冷却抽吸穿过所述元件的气溶胶流的温度。例如，形成气溶胶冷却元件的材料可以经受相变，例如熔融或需要吸收热能的玻璃转化。如果所述元件选择成使得其在气溶胶进入气溶胶冷却元件的温度下经受此类吸热反应，那么所述反应将消耗来自气溶胶流的热能。

在一些实施例中，气溶胶流的温度可以在其被抽吸通过气溶胶冷却元件时降低10摄氏度以上。在一些实施例中，气溶胶流的温度可以在其被抽吸通过气溶胶冷却元件时降低15摄氏度以上或20摄氏度以上。

图1示出了根据本发明的实施例的用于气溶胶生成制品的气溶胶冷却元件100的示意图。气溶胶冷却元件100包括内部结构102和围绕内部结构102固定的包装材料104。包装材料104包括焊接到包装材料104的第二部分108的第一部分106。

内部结构102包括卷曲的打褶或折叠片材材料。

如本文所使用的，术语“卷曲”表示具有多个大致平行的脊或皱折的片材。优选地，当已经组装了气溶胶生成制品时，大致平行的脊或皱折相对于条在纵向方向上延伸。如本文所使用的，术语“聚集”、“打褶”或“折叠”表示材料的片材大体上横向于条的圆柱轴线卷绕、折叠或以其它方式压缩或收缩。可以在将片材聚集、打褶或折叠之前使其卷曲。可以在没有事先卷曲的情况下将片材聚集、打褶或折叠。

在一些实施例中，片材材料可以包括选自由以下各项构成的组的片材材料：金属箔、聚合物片材和基本上无孔的纸或纸板。在一些实施例中，气溶胶冷却元件可以包括选自由以下各项构成的组的片材材料：聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚乳酸(pla)、醋酸纤维素(ca)和铝箔。

由卷曲的打褶或折叠材料片材制成的内部结构102增加了内部结构的表面面积，并且因此增强了内部结构102冷却穿过其的气溶胶的能力。

内部结构102可以由比表面面积在约10平方毫米/毫克(mm²/mg)与约100平方毫米/毫克(mm²/mg)之间的片材材料形成。在一些实施例中，比表面面积可以为约35mm²/mg。可通过取具有已知宽度和厚度的材料来确定比表面面积。例如，材料可以是平均厚度为50微米且偏差为±2微米的聚乳酸材料。在材料还具有已知宽度(例如，在约200毫米与约250毫米之间)的情况下，可计算出比表面面积和密度。

包装材料104的第一部分106是邻接且平行于包装材料104的第一边缘110的区域，并且第二部分108是邻接且平行于包装材料104的第二边缘112的区域。

内部结构102具有纵向轴线。包装材料104的第二边缘112以非零角度116与纵向轴线对准。例如，第二边缘112可以(与纵向轴线)成约20度、30度或40度的角度116。

第一部分106可通过金属条(未示出)熔融结合到第二部分108。替代地，第一部分106可以感应焊接到第二部分108。第一部分106可以超声焊接到第二部分108。

气溶胶冷却元件100的长度114可以在7mm与28mm之间，并且直径118可以在5mm与12mm之间。

包装材料104可以包括聚合物或由聚合物制成。在一些实例中，内部结构102包括聚乳酸或由聚乳酸制成。

图2示出了包括图1的气溶胶冷却元件100的气溶胶生成制品200的横截面图。气溶胶生成制品200还包括气溶胶形成基质204和过滤器206。气溶胶冷却元件100位于气溶胶形成基质204的下游，过滤器206的上游。

气溶胶生成制品200的元件优选地通过例如接装纸等合适的包装材料保持在一起。接装纸可以包括用于以条的形式包裹气溶胶生成制品200的部件的任何合适材料。接装纸需要在组装气溶胶生成制品200时夹紧制品200的组成元件，并且将其保持在条内的适当位置。合适的材料在所属领域中众所周知。

气溶胶生成制品200的总长度可在大约30mm与大约100mm之间。气溶胶生成制品200的外径208可在大约5mm与大约12mm之间。过滤器206可以位于气溶胶生成制品200的下游端。过滤器206可以是醋酸纤维素过滤器塞。在一个实施例中，过滤器206可具有大约7mm的长度，但可具有大约5mm与大约10mm之间的长度。气溶胶生成制品200可包括位于气溶胶形成基质204下游的间隔元件(未示出)。在一个实例中，气溶胶生成制品200的总长度为大约45mm。气溶胶生成制品200的外径208可为大约7.2mm。另外，气溶胶形成基质204的长度可为约10mm。替代地，气溶胶形成基质204的长度可为约12mm。另外，气溶胶形成基质204的直径可在大约5mm与大约12mm之间。

图3示出了根据本发明的实施例的用于生产气溶胶冷却元件100的设备300的示意图。设备300包括：卷曲设备302，其生产连续卷曲的内部结构102；材料线轴304，其围绕连续内部结构102分配材料层；加热和按压单元306以及切割单元308。

图4示出了根据本发明的实施例的制造气溶胶冷却元件100的方法400的流程图。在方法400中，通过将片材材料卷曲、打褶或折叠402成连续条状内部结构102，来提供404内部结构。用包装材料310包裹406内部结构102。然后，通过将包装材料310的第一部分106焊接到包装材料310的第二部分108，来将包装材料310固定408在连续内部结构102周围。包装材料310的第一部分106是邻接且平行于包装材料310的第一边缘110的区域，并且第二部分108是邻接且平行于包装材料310的第二边缘112的区域。

连续内部结构102具有纵向轴线。包裹406连续内部结构102包括将第二边缘112放置成与连续内部结构102接触并且与纵向轴线呈非零角度114，并且将第一边缘110放置在第二边缘112上方。

压缩410连续内部结构102和包装材料310，以将包装材料310固定在连续内部结构102周围。包裹后的连续内部结构102接着由切割单元308处理，其中将其切割412成所需长度114的气溶胶冷却元件100，如图1所示。

图5示出了根据本发明的实施例的通过熔融结合固定包装材料310的方法408a的流程图。

在方法408a中，将第二部分108折叠在第一部分106的外表面上。来自加热和按压单元306的热被调整为熔融508第一部分106和第二部分108。关于图4，接着压缩410熔融的部分106、108。在压缩410期间，第一部分106和第二部分108被夹在上方的加热和按压单元306与下方的连续内部结构102之间。连续内部结构102可由于其耐受压缩而充当背衬块。包装材料310被加热和按压单元306保持和/或按压，直到第一部分106和第二部分108至少部分地重新固化。

在一些实例中，方法408a还包括将金属材料放置504在包装材料310的第一部分106与第二部分108之间，并且加热506金属材料以至少部分地熔融包装材料310的第一部分106。

加热和按压单元306的加热部件的形状可以是凹入的，其直径在气溶胶冷却元件100的平均直径的范围内。加热部件也可以是平滑的，使得被加热的包装材料310保持光滑和圆柱形。此外，加热和按压单元306可以具有由非粘性材料制成的外部涂层，以防止任何包装材料310对加热部件表面施加过多的摩擦阻力或夹持力。当包装材料处于熔融状态时，尤其可能是这种情况。在一些实例中，外部涂层由聚四氟乙烯(ptfe)或类似材料制成。

图6示出了根据本发明的实施例的使用感应焊接固定包装材料310的替代方法408b的流程图。在根据方法408b固定包装材料310的方法中，加热和按压单元306包括感应加热器。感应加热器包括电磁体和通过电磁体传递高频交流电流的电子振荡器。将薄导电膜放置602在第一部分106与第二部分108之间。可以稍微粘合604薄导电膜，使得其在感应焊接期间保持在正确位置。使交流电流通过线圈以生成606交变磁场。使第一部分106、导电膜和第二部分108所位于的区域在交变磁场内部通过608。交变磁场穿透膜，从而在膜中感生610涡电流。流过膜的电阻的涡电流产生热612。所生成的热熔融614包装材料310的第一部分106和第二部分108。就图4而言，接着由加热和按压单元306一起压缩410熔融的第一部分106和第二部分108，直到它们至少部分地重新固化。

图7示出了根据本发明的实施例的使用超声焊接固定包装材料310的另一替代方法408c的流程图。在根据方法408c固定包装材料310的方法中，加热和按压单元306包括超声焊极。方法408c包括将第二部分108折叠702在第一部分106的外表面上。将第一部分和第二部分保持704在连续内部结构102和/或加热和按压单元与超声焊极之间。超声焊极连接到换能器，从而发射706高频声振动。所产生的振动被第一部分106和第二部分108吸收708，从而使它们熔融。就图4而言，接着压缩410熔融的第一部分106和第二部分108，直到它们至少部分地重新固化。

包装材料310可以包括热塑性膜(诸如，聚乳酸膜)或由其制成。连续内部结构102可以包括耐压缩材料(例如，聚乳酸)或由其制成。

参照图2，用于制造气溶胶生成制品200的方法可以包括将气溶胶形成基质204、过滤器206和气溶胶冷却元件100并入条中，其中气溶胶冷却元件100并入气溶胶形成基质206的下游。

在一些实施例中，过滤器206为由醋酸纤维素形成的常规烟嘴过滤器。过滤器206的长度可为约45毫米。

来自焊接方法408a、408b和408c的热可改变气溶胶冷却元件100的外表面。然而，气溶胶冷却元件100的外表面可以在最终气溶胶生成制品200中被至少一个接装纸覆盖。该接装纸通常用于将气溶胶生成制品200的元件保持在一起。因此，在最终气溶胶生成制品200中不一定可看到气溶胶冷却元件100的外表面的任何轻微改变或缺陷。

气溶胶冷却元件100可用作为借助于热传递来冷却抽吸穿过所述元件的气溶胶流的温度。气溶胶的成分将与气溶胶冷却元件100相互作用并损失热能。

通过方法400(其中，根据方法408a、408b或408c通过焊接固定408包装材料310的方法)得到的气溶胶冷却元件100具有的优点是：包装材料310是通过焊接包装材料自身来保持，而不是由胶保持。用更强的焊接保持机构替代胶粘缓解了胶粘不够强以将片材材料保持在圆柱体中的问题，这可能会对机械压缩具有高度耐受性。

因此，可能由胶粘产生的相关问题，例如，包装材料的膨胀、圆柱体开裂、直径控制失效和与制造相关联的设备中的胶污染，可以得到缓解。

本发明的另一个优点是无需对制造气溶胶生成制品中使用的现有设备进行实质性的修改。这具有这样的效果：本文所述的制造气溶胶生成制品的方法可以只需要微小的变化很容易且成本有效地并入到当前设备和系统中。其中所述设备可能不需要修改以实现如本文所述的制造气溶胶生成制品的方法的过程包括：用于卷曲过程的设备302；用于供应包装材料的设备310，诸如线轴；以及用于切割条的设备308。这具有保持实施成本低的优点。

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