用于气溶胶产生装置的充电组件、气溶胶产生装置以及使用充电组件的方法与流程

本披露内容总体上涉及一种用于气溶胶产生装置的充电组件，特别地涉及一种适于加热气溶胶产生材料以产生供用户吸入的气溶胶的装置。充电组件可以用于对气溶胶产生装置的储能装置（例如，可充电电池）进行无线充电。本披露内容还总体上涉及一种使用该充电组件来将热量从充电组件的线圈和/或从与线圈热耦合的任何热量产生部件传递出去的方法。本披露内容还总体上涉及一种气溶胶产生装置。本披露内容特别适合于便携式（手持式）气溶胶产生装置。

背景技术：

1、近年来，通过加热而不是灼烧气溶胶产生材料来产生供吸入的气溶胶的装置已越来越受到消费者的欢迎。常用的风险降低或风险修正的装置是加热材料气溶胶产生装置或者所谓的加热不灼烧式装置。这种类型的装置通过将气溶胶产生材料加热到典型地在150°c至300°c范围内的温度来产生气溶胶或蒸气。与普通香烟相比，该温度范围相当低。将气溶胶产生材料加热到在该范围内的温度而不灼烧或燃烧气溶胶产生材料会产生蒸气，蒸气典型地冷却并且冷凝以形成供装置的用户吸入的气溶胶。

2、气溶胶产生材料可以是固体或液体。例如，气溶胶产生制品可以包括植物衍生材料（比如烟草）的固体或半固体基质，或者它可以包括芯吸件和加热器，以从储存在囊体或储仓中的气溶胶产生液体产生蒸气。当用户操作气溶胶产生装置时，浸入芯吸件中的液体被加热器加热，从而产生蒸气，该蒸气冷却并冷凝以形成可以随后被吸入的气溶胶。气溶胶产生制品（有时称为烟弹（pod或cartridge））可以被接纳在气溶胶产生装置中并且可以包括液体储存器、液体传递元件（例如，芯吸件）和加热器。电触点可以在加热器与气溶胶产生装置的储能装置之间提供电连接。储能装置可以是可充电电池，该可充电电池可以通过气溶胶产生装置的充电组件从外部电源充电。看起来像普通香烟的棒状物也可以用作气溶胶产生制品。

3、充电组件可以包括适合于对电池进行无线充电的感应接收线圈。特别地，无线外部电源（比如无线充电器）将包括感应发射线圈，该感应发射线圈在电流流过时产生电磁场。感应发射线圈和感应接收线圈也可以分别称为初级线圈和次级线圈。当气溶胶产生装置的充电组件的接收线圈紧邻无线充电器时，电磁场在充电组件的接收线圈中产生电流，该电流可以被提供给充电电路并用于对电池充电。无线充电是一种方便的电池充电方式，无需将充电缆线物理地和/或机械地连接到气溶胶产生装置。新的进入防护标准也可能意味着有线充电组件（例如，可能包括用于接纳通用串行总线（usb）充电缆线（插头）的插头插座（比如usb插座（接纳座））并且因此还需要壳体中的开口的那些有线充电组件）可能不再适合用于气溶胶产生装置。使用无线充电还可以避免用户需要携带或使用单独的充电缆线。但是，对于可以定位在气溶胶产生装置的壳体内的接收线圈的大小可能存在限制，并且可能需要产生高电流以满足预期的充电时间。这可能导致接收线圈和相关部件在充电期间产生过多的热量。所产生的热量不应完全消散到壳体中，以提高装置安全性。壳体将通常由塑料材料制成，因为如果要在接收线圈与发射线圈之间建立无线连接，则导电材料不能定位在充电组件的接收线圈与外部无线充电器的发射线圈之间。这可能会使散热甚至更加困难，因为塑料材料的热导率和热容量通常低于导电材料（例如，金属）的热导率和热容量。在壳体内产生过多的热量可能会加速气溶胶产生装置的其他内部部件的劣化。因此，需要一种改进的充电组件，该充电组件可以改进在无线充电期间产生的热量从接收线圈传递出去。

技术实现思路

1、根据本披露内容的第一方面，提供了一种用于气溶胶产生装置的充电组件，该充电组件包括：

2、用于对储能装置（例如，气溶胶产生装置的可充电电池，比如锂离子二次电池）进行无线感应充电的导电管状接收线圈，该线圈包括限定流体入口的第一端和限定流体出口的第二端，其中，第一端和第二端可借助于充电电路电连接到储能装置；

3、热交换器，该热交换器包括管状传热构件，该管状传热构件被布置在适于接纳次级传热流体的传热空间中，该传热构件包括限定流体入口的第一端和限定流体出口的第二端，其中，传热构件的流体入口流体地连接到线圈的流体出口，并且传热构件的流体出口流体地连接到线圈的流体入口，以限定闭环传热回路；以及

4、该闭环传热回路中的初级传热流体。

5、使初级传热流体围绕闭环传热回路循环将在无线充电期间将热量从线圈传递出去。更具体地，在无线充电期间由线圈产生的热量被传递到循环的初级传热流体中，从而冷却线圈。然后，热量通过热交换器从初级传热流体传递到次级传热流体，从而冷却初级传热流体。最后，热量通过次级传热流体从气溶胶产生装置的壳体（即，充电组件和储能装置被定位在其中的壳体）的内部移除。充电组件可以允许对储能装置进行更快的无线充电，因为接收线圈过热的可能性较小。它还减少了消散到壳体中的热量，从而保护其他内部部件免于过热。另外，如果接收线圈的温度显著变化，则线圈的阻抗值和电阻值也可能变化，这可能导致无线充电效率的降低。因此，充电组件是有益的，因为它使接收线圈的温度变化最小化并且有助于在无线充电期间保持高效率。

6、充电组件还可以用于将热量从与线圈热耦合的任何热量产生部件传递出去。线圈可以与热量产生部件直接热耦合，或者借助于合适的导热部件、胶或灌封材料间接热耦合。此类材料包括树脂、硅酮等（可以包括添加剂，比如金属颗粒（例如，铜或铝）或其他合适材料的颗粒（比如二氧化硅、氧化铝等））。例如，线圈可以与气溶胶产生装置的储能装置热耦合。在气溶胶产生装置的正常操作期间，由热量产生部件（例如，储能装置）产生的热量可以通过使初级传热流体围绕闭环传热回路循环而从热量产生部件传递出去。更具体地，由热量产生部件产生的热量被传递到线圈和循环的初级传热流体中，从而冷却该部件。然后，热量通过热交换器从初级传热流体传递到次级传热流体，从而冷却初级传热流体。最后，热量通过次级传热流体从气溶胶产生装置的壳体的内部移除。充电组件可以允许热量产生部件具有更好的性能，因为该部件过热的可能性较小。它还减少了消散到壳体中的热量，保护其他内部部件免于过热。充电组件可以用于在线圈不用于无线充电时（即，当线圈本身不产生热量时）将热量从热量产生部件传递出去。充电组件还可以用于在线圈用于无线充电时（即，当线圈和热量产生部件两者同时产生热量时）将热量从热量产生部件传递出去。例如，如果热量产生部件是由充电组件充电的储能装置，则可能是这种情况。

7、初级传热流体可以通过自然对流（或“自由对流”）围绕闭环传热回路循环，即，其中初级传热流体的移动仅由由于温度梯度而产生的密度差产生，而不是由任何流体推进器（例如泵）产生。更具体地，局部加热的初级传热流体将密度变小并且膨胀，从而推动下游初级传热流体通过线圈流向流体出口。这最终使得初级传热流体围绕闭环传热回路循环。即使线圈基本上水平地布置，循环也会发生，例如，无线充电期间可能会是这种情况。自然对流提供了使初级传热流体围绕闭环传热回路循环的简单可靠的方式，而不需要额外的部件（比如泵）。自然对流机制也可以根据线圈和/或作为用于使初级传热流体循环的能量源工作的热量产生部件产生的热量来考虑。因为不需要额外的动能和/或电能，所以自然对流可不受限制地获得，例如，它不依赖于气溶胶产生装置的任何特定操作条件。

8、初级传热流体可以是介电流体。例如，使用介电流体意味着当线圈中产生电流时，初级传热流体不会影响无线充电过程。例如，初级传热流体可以是食品级流体。例如，初级传热流体可以是液体（比如丙二醇、去离子水）或合适的油（比如天然油、合成油或矿物油）。例如，初级传热流体可以是气体，比如空气或另一种合适的气体。

9、例如，次级传热流体可以是环境空气，热交换器可以是空冷式热交换器。环境空气可以穿过热交换空间经过管状传热构件，使得热量在初级传热流体与环境空气之间交换。这种热交换冷却了传热构件中的初级传热流体。冷却的初级传热流体将流向传热构件的流体出口，并通过线圈的流体入口流入该接收线圈。

10、线圈可以由铜合金制成，该铜合金包含约0.015 wt%至约0.040 wt%的磷，余量为铜（即，“磷脱氧、高残留”铜合金（uns c12200））。这种铜合金具有良好的电特性和传热特性。然而，线圈可以由任何其他合适的金属或金属合金制成。

11、传热构件可以由导电材料制成。在这种布置中，通常重要的是将传热构件与线圈电隔离，因为否则，线圈在无线充电期间产生的电流也将流过传热构件。这可能会降低无线充电的效率。传热构件的流体出口可以通过非导电管状第一流体连接器流体地连接到线圈的流体入口。传热构件的流体入口可以通过非导电管状第二流体连接器流体地连接到线圈的流体出口。这意味着线圈的流体入口（或第一端）没有直接物理连接到传热构件的流体出口（或第二端），并且传热构件的流体入口（或第一端）没有物理连接到线圈的流体出口（或第二端）。第一流体连接器和第二流体连接器可以例如由塑料或合成聚合物材料制成，并且用作电绝缘体。第一流体连接器和第二流体连接器可以是柔性的，这可以允许由于线圈和/或传热构件的热膨胀而产生的相对移动。第一流体连接器和第二流体连接器还可以在闭环传热回路中的压力过大的情况下充当压力释放阀。例如，与在线圈和传热构件之间使用完全刚性的连接相比，第一流体连接器和第二流体连接器可以使得充电组件更容易组装。

12、例如，第一流体连接器和第二流体连接器可以使用合适的粘合剂（比如食品级硅酮粘合剂）连接到线圈的流体入口和流体出口（或第一端和第二端）以及传热构件。

13、传热构件可以由铜合金制成，该铜合金包含约0.001 wt%的氧，余量为铜（即，“无氧”铜合金（uns c10200））或约0.04 wt%的氧，余量为铜（即，“电解韧铜”铜合金（unsc11000））。这种铜合金具有良好的传热特性。然而，传热构件可以由任何合适的金属或金属合金制成。

14、初级传热流体与次级传热流体之间的热交换依赖于传热构件。因此，增强通过管状传热构件的壁的热传递对于改善初级传热流体的冷却是重要的。如果传热构件由具有高热导率的合适的金属或金属合金制成，则在初级传热流体与次级传热流体之间将存在良好的热交换，但如果允许电流流过传热构件，则无线充电的效率可能会降低。使用第一流体连接器和第二流体连接器允许传热构件由具有高热导率的金属或金属合金制成，但还提供与接收线圈的电隔离，从而保持无线充电高效率。

15、传热构件可以由非导电材料制成。例如，传热构件可以由塑料或合成聚合物材料制成。在这种情况下，由线圈在无线充电期间产生的电流将不会流过传热构件，因此线圈可以直接连接到传热构件。特别地，线圈的流体入口（或第一端）可以直接物理连接到传热构件的流体出口（或第二端），并且传热构件的流体入口（或第一端）可以直接物理连接到线圈的流体出口（或第二端）。这允许减少充电组件的零部件的数量，例如，因为可以省略第一流体连接器和第二流体连接器。

16、线圈和传热构件可以具有在约0.05 mm至约0.4 mm范围内的壁厚度。例如，对于线圈和传热构件两者，壁厚度约为0.2 mm可能是优选的。如果线圈的壁厚度较小，则将更好地将热量传递到初级传热流体，并且还可以有助于在无线充电期间线圈中产生电流时减小集肤效应。如果传热构件的壁厚度较小，则将在传热空间中更好地将热量从初级传热流体传递到次级传热流体。应当理解，壁厚度对于保持机械强度也是重要的。以上建议的范围可以提供良好的热传递，同时仍然保持线圈和传热构件的足够的机械强度和刚度。

17、线圈的内直径可以小于传热构件的内直径。这意味着传热构件将比线圈具有更大的表面积，但线圈可以具有更好的热导率。更大的表面积可以在热交换器内在初级传热流体与次级传热流体之间提供改善的热交换。这还可以意味着闭环传热回路的内直径在冷却的初级传热流体通过线圈的流体入口进入线圈的位置处减小。内直径的减小可以有助于初级传热流体的循环，即，文丘里（venturi）效应可以增大初级传热流体通过闭环传热回路的线圈部分的流体流速。流体流速的变化由伯努利（bernoulli）原理描述。

18、例如，线圈可以具有约0.8 mm的内直径和约1.0 mm的外直径。

19、传热构件可以沿蛇形路径延伸，并且可以包括多个弯曲部或转弯部。这些弯曲部或转弯部可以间隔开。这可以增大传热构件的位于传热空间内的部分的表面积，并且可以提高热量从初级传热流体向次级传热流体传递的效率。在流体入口与流体出口之间，传热构件可以限定用于初级传热流体流动的一个或多个路径，例如，在流体入口与流体出口之间可以存在单个流动路径（由单个管状构件限定），或者在流体入口与流体出口之间可以存在两个或更多个平行的流动路径，这些平行的流动路径可以由相应的管状构件限定。例如，流体入口和流体出口可以被布置为歧管。每个管状构件可以沿蛇形路径延伸，并且可以包括多个弯曲部或转弯部。

20、充电组件可以进一步包括：

21、-第一电连接器，该第一电连接器具有围绕线圈的第一端固定地连接的套环和可选地包括开口的焊片，以及

22、-第二电连接器，该第二电连接器具有围绕线圈的第二端固定地连接的套环和可选地包括开口的焊片。

23、第一电连接器和第二电连接器提供了与线圈的第一端和第二端进行电连接的可靠方式。特别地，导线的一端可以通过每个电连接器的可选开口被接纳并且然后焊接到相应的焊片，或仅仅焊接到焊片。每个导线的另一端可以电连接到印刷电路板组件（pcba）。特别地，pcba可以包括印刷电路板和充电电路，该印刷电路板具有第一充电端子和第二充电端子，该充电电路包括安装到印刷电路板上的一个或多个电子部件。例如，pcba可以包括充电集成电路（ic）。储能装置还可以电连接到pcba（例如，印刷电路板上的一对储能装置端子），使得线圈在无线充电期间产生的电流可以被供应至充电电路（例如，充电ic），然后用于对储能装置充电。

24、第一端与第二端之间的线圈优选地包括基本上布置在公共平面中的多个转弯部。传热构件优选地未基本上布置在公共平面中。例如，传热构件可以基本上布置在与线圈的公共平面基本上垂直的平面中。这将确保在无线充电期间，传热构件中不会产生电流。

25、根据本披露内容的第二方面，提供了一种气溶胶产生装置，包括：

26、如上文所描述的充电组件；

27、充电电路，该充电电路电连接到充电组件的线圈的第一端和第二端；以及

28、储能装置（例如，可充电电池），该储能装置电连接到充电电路。

29、线圈可以邻近储能装置布置并且可以与储能装置热耦合。这意味着充电组件的线圈还可以用于传递储能装置在充电期间以及在气溶胶产生装置的正常操作期间产生的热量。因此，储能装置可以通过充电组件来冷却，如上文更详细地描述的。

30、气溶胶产生装置可以进一步包括壳体，充电组件和储能装置位于该壳体中。壳体可以包括与传热空间处于流体连通的至少一个空气开口。在这种情况下，次级传热流体是空气，热交换器是空冷式热交换器。因此，空气可以通过至少一个空气开口流入和流出传热空间。热量从流经管状传热构件的初级传热流体传递到传热空间中的空气，然后，经加热的空气可以通过至少一个空气开口流出传热空间，即流出壳体。经加热的空气可以被来自壳体外部的较凉的空气取代。以这种方式，由线圈在无线充电期间或由与线圈热耦合的任何其他热量产生部件（例如，储能装置）在壳体内产生的热量可以通过空冷式热交换器从壳体中移除。壳体可以包括两个或更多个空气开口。例如，经加热的空气可以通过一个空气开口流出传热空间，而较凉的空气可以通过另一个空气开口流入传热空间。因此，空气可以循环通过或流过传热空间、经过传热构件，以有效地移除气溶胶产生装置的壳体内部产生的热量。在一种布置中，至少一个空气开口可以位于壳体的一端并且可以与传热空间间隔开。

31、传热空间可以与壳体内部的其余部分密封。例如，传热空间可以由被密封到壳体的壁围封，使得传热空间与壳体内部的其余部分分开。该壁可以限定至少一个空气开口或与该至少一个空气开口对齐，即，该壁可以通向外部。例如，可以使用胶密封或o形环将壁密封到壳体。这意味着传热空间中的经加热的空气或其他次级传热流体不能流入壳体内部。这还意味着防止了水、灰尘等通过传热空间进入壳体内部。该壁可以是大致管状的或者限定大致管状的构件，传热构件的至少一部分位于该构件中并且被支撑在该构件中。传热构件的多个部分（比如第一端和第二端）可以位于管状构件外部（即，传热空间外部）。例如，该壁可以由塑料材料制成。

32、至少一个空气开口可以由透气覆盖物（例如疏水膜或类似物）密封。透气覆盖物将允许经加热的空气流出传热空间，并允许较凉的空气流入传热空间，但防止水、灰尘等进入。如果水或灰尘进入并随后留在传热空间中，将干扰空气流过传热空间，从而降低热交换效率。

33、壳体可以包括第一端和与第一端相反的第二端，该第一端适于在使用时接纳具有吸嘴的气溶胶产生制品，用户通过该吸嘴吸入气溶胶。热交换器可以位于线圈与第二端之间。这意味着当气溶胶产生装置被用户直立握持时，热交换器位于线圈下方，即，第一端向上指向。这可以有助于改善围绕闭环传热回路的初级传热流体的自然对流，因为加热的初级传热流体将随着其密度减小而向上流动。应当理解，线圈通常不会用于在气溶胶产生装置处于这种特定取向时进行无线充电，但如果线圈与其他部件（比如储能装置）热耦合，则充电组件可以用于传递由这些部件产生的热量。因此，当气溶胶产生装置被用户直立握持时，将热交换器定位在线圈下方可以有助于在其他热耦合部件产生热量时（例如，当储能装置供应电力以产生供用户吸入的气溶胶时）改善自然对流。改善围绕闭环传热回路的初级传热流体的自然对流将使热量更高效地传递到壳体的外部。

34、根据本披露内容的第三方面，提供了一种气溶胶产生装置，该气溶胶产生装置包括充电组件，该充电组件包括第一电连接器和第二电连接器，该第一电连接器具有围绕线圈的第一端固定地连接的套环和可选地包括开口的焊片，该第二电连接器具有围绕线圈的第二端固定地连接的套环和可选地包括开口的焊片。该气溶胶产生装置进一步包括：

35、储能装置；以及

36、印刷电路板组件（或pcba），该印刷电路板组件包括：

37、印刷电路板，该印刷电路板包括第一充电端子和第二充电端子以及第一储能装置端子和第二储能装置端子，以及

38、充电电路，该充电电路包括安装到该印刷电路板的一个或多个电子部件，其中，该充电电路电连接到该第一充电端子和该第二充电端子以及该第一储能装置端子和该第二储能装置端子；

39、其中，第一电连接器通过电连接到第一电连接器的焊片（例如，被接纳在焊片的开口中）的第一导线电连接到第一充电端子，并且第二电连接器通过电连接到第二电连接器的焊片（例如，被接纳在焊片的开口中）的第二导线电连接到第二充电端子；并且

40、其中，储能装置电连接到第一储能装置端子和第二储能装置端子。

41、第一电连接器的套环可以围绕线圈的第一端夹紧配合。第二电连接器的套环可以围绕线圈的第二端夹紧配合。这在第一电连接器和第二电连接器与线圈的端部之间提供了可靠的电连接和物理连接。

42、第一导线可以通过将一端接纳穿过开口并将其焊接在位或者通过仅仅将其焊接到焊片而将第一导线物理连接和电连接到第一电连接器的焊片。第二导线可以通过将一端接纳穿过开口并将其焊接在位或者通过仅仅将其焊接到焊片而将第二导线物理连接和电连接到第二电连接器的焊片。每个导线的另一端可以焊接到印刷电路板上的相应焊点（例如，在相应的充电端子处）。

43、应当理解，在无线充电期间，线圈中产生的并且通过第一导线和第二导线供应至第一充电端子和第二充电端子的电流将是交流电。第一导线和第二导线可以包括利兹线（litz wire），以减轻集肤效应。

44、储能装置可以通过一对导线电连接到第一储能装置端子和第二储能装置端子。每个导线的一端可以焊接到印刷电路板上的相应焊点（例如，在相应的储能装置端子处）。

45、根据本披露内容的第四方面，提供了一种通过自然对流使传热流体围绕上述充电组件的闭环传热回路循环以将热量从线圈和/或从与线圈热耦合的任何热量产生部件传递出去的方法。例如，这种热量产生部件可以是储能装置，比如可充电锂离子二次电池。

46、气溶胶产生装置可以适于在使用时接纳气溶胶产生制品。

47、例如，气溶胶产生制品可以被接纳在气溶胶产生装置的本体或壳体中。气溶胶产生制品可以可移除地接纳在本体或壳体中。气溶胶产生制品可以是任何合适的类型，并且可以包括适于加热气溶胶产生材料以产生供用户吸入的气溶胶的气溶胶产生器。气溶胶产生器可以包括加热器。加热器可以替代性地是气溶胶产生装置的一部分。

48、气溶胶产生器可以适于加热气溶胶产生材料。气溶胶产生材料可以是可以储存在气溶胶产生制品中的液体。液体气溶胶产生材料可以浸入芯吸件（例如，棉芯吸件）中，然后被加热器加热以产生蒸气，蒸气冷却并冷凝以形成气溶胶，然后气溶胶可以被吸入。芯吸件在一些情况下可以省略，液体气溶胶产生材料可以直接储存在气溶胶产生制品的腔体中。气溶胶产生制品可以形成为包括液体储存器、液体转移元件或芯吸件、以及加热器的集成部件（或“pod”）。还可以提供一个或多个电触点以在加热器与储能装置之间建立电连接。

49、气溶胶产生材料可以包括任何类型的固体材料或半固体材料。气溶胶产生固体的示例性类型包括粉末、微粒、球粒、碎片、股线、颗粒、凝胶、条带、散叶、切碎的填料、多孔材料、泡沫材料或片材。气溶胶产生材料可以包括植物源性的材料，并且特别地可以包括烟草。气溶胶产生材料可以有利地包括再造烟草，例如，该再造烟草包含烟草以及纤维素纤维、烟草茎纤维以及无机填料中的任何一者或多者。固体或半固体气溶胶产生材料可以由加热器加热，该加热器被设置为气溶胶产生制品或气溶胶产生装置的一部分，例如，加热器邻近气溶胶产生装置的加热空间或腔室布置，该加热空间或腔室适于在使用时接纳气溶胶产生制品。

50、气溶胶产生材料可以包括气溶胶形成剂。气溶胶形成剂的示例包括多元醇及其混合物，比如丙三醇或丙二醇。典型地，气溶胶产生材料可以包括基于干重在大约5%至大约50%之间的气溶胶形成剂含量。在一些实施例中，气溶胶产生材料可以包括基于干重在大约10%至大约22%之间、基于干重可能为大约15%的气溶胶形成剂含量。

51、该气溶胶产生装置可以适于加热气溶胶产生材料或基质，而不是灼烧气溶胶产生材料，以使气溶胶产生材料的至少一种组分挥发，由此产生加热的蒸气，该加热的蒸气冷却并冷凝以形成供气溶胶产生装置的用户吸入的气溶胶。从气溶胶产生材料释放的挥发性化合物可以包括尼古丁或比如烟草香料等风味化合物。

52、一般地说，蒸气是在低于其临界温度的温度下为气相的物质，这意味着蒸气可以在不降低温度的情况下通过增加其压力而冷凝成液体，而气溶胶是细固体颗粒或液体微滴在空气或另一种气体中的悬浮物。然而，应注意到，术语“气溶胶”和“蒸气”在本说明书中可以互换地使用，特别是关于所产生的供用户吸入的可吸入介质的形式而言。

53、当气溶胶产生材料耗尽时，可以将气溶胶产生制品从气溶胶产生装置移除，并且可以插入新制品。

54、气溶胶产生制品可以包括吸嘴，所产生的气溶胶可以通过该吸嘴吸入。