菲莫国际加热不燃烧烟具专利的分析
黄运东
摘 要：从技术功效和技术发展脉络两个方面对菲莫国际加热不燃烧烟具在中国的专利进行分析，结果表明，加热组件的结构及其控制等是菲莫國际发展的重点技术分支，改善抽吸体验、便于使用等则是其研发热点。纵向来看，菲莫国际加热不燃烧烟具在中国的专利技术发展先后经历了探索发展阶段、小型化阶段和性能提升阶段。基于此，国内烟草行业可通过技术差异化研究策略，获得具有自主知识产权的加热不燃烧烟草制品产品。
关键词：加热不燃烧;菲利普莫里斯;专利
“吸烟有害健康”——烟草从业者致力解决的问题，直到以加热不燃烧烟草制品为代表的新型烟草制品的出现，才在平静的湖面上荡起涟漪。各大跨国烟草公司为适应烟草制品发展的新形势纷纷推出新型烟草制品，积极进行专利布局。以菲莫国际为例，其针对加热不燃烧烟具、烟支技术已形成较为完备的专利布局，并仍在持续申请新专利，以维持技术和产品优势。因而，为了降低相关产品上市的侵权风险，有必要研究分析各大跨国公司的专利技术布局。本文就菲莫国际在中国申请的与加热不燃烧烟具相关的专利从微观角度加以分析，以期对国内加热不燃烧烟草制品的发展有所帮助。
1 加热不燃烧烟具的专利技术功效分析
该部分对截止2018年8月6日的菲莫国际在中国申请的与加热不燃烧烟具相关的专利进行标引统计分析，以全面了解菲莫国际的加热不燃烧烟具的技术发展状况。其中，在中国已申请的专利数量约为
125件。
1.1 加热不燃烧烟具相关专利的技术分布
整体来看，基于专利技术的改进对象，与烟具相关的中国专利申请主要涉及14个技术分支（参见图1-1），具体为加热结构/控制、气雾形成基质的保持、充电单元、气流通道、气雾形成制品的识别、连接机构、抽吸检测、气溶胶检测、电源管理/检测、用户识别、清洁元件、烟支提取、烟杆外壳、绝热结构等。其中，连接机构包括数据间的连接、烟杆与充电单元间的机械连接以及器具元件的连接等;电源管理/检测主要涉及电源的设置方式、电源的充放电形式以及电源的老化检测等。
在这14个技术分支中，无论是在2014年IQOS上市之前，还是上市之后，加热组件的结构与控制始终是发展的重点，数量上远远超过其他技术分支，主要原因在于加热组件的结构与控制直接决定着抽吸体验的好坏。此外，气溶胶形成基质的保持、气溶胶形成制品的识别、充电单元、气溶胶检测和用户识别等技术分支在近年来也得到快速发展，以致力于对烟具的功能优化，尤其是“用户识别”技术，其是近年来发展的重点技术，以期体现烟具的专属特性。尽管如此，烟支提取、气流通道和绝热结构等技术分支也不能被忽视，细节往往决定成败。
1.2 加热不燃烧烟具相关专利的技术功效概况
各专利技术所带来的技术效果主要有改善抽吸体验、减少有害物、降低成本、便于使用、延长器具使用寿命、便于制造、降低能量损耗、降低基质燃烧风险、改善加热效率、提高气溶胶形成制品识别的可靠性、提供充电的可靠性/效率、提高烟具的安全性、提高抽吸检测的可靠性等，具体参见图1-2。其中，改善抽吸体验主要涉及气溶胶释放的均匀性和释放时间、清洁频率及相关检测的灵敏度等;便于使用主要涉及烟具的小型化、充电操作及系统操作的便利性等;延长器具使用寿命主要涉及加热组件及电池的耐用性等;便于制造主要涉及烟具结构的简化等;降低能量损耗主要涉及电力消耗和热量损失等。
根据图1-2所示，横向来看，加热结构及控制是烟具发展的主要技术分支，其涉及技术效果的多个方面，但主要致力于改善抽吸体验、延长烟具使用寿命和降低基质燃烧风险等，而对于提高烟具安全性和抽吸检测的可靠性等则甚少涉及。此外，气溶胶形成基质的保持主要致力于改善抽吸体验，充电单元主要致力于提高充电的可靠性和效率、以及提高使用的便利性。对于其他技术分支，在其涉及的技术效果方面仅有零星分布。
纵向来看，改善抽吸体验是重点研发方向，除了在加热结构/控制、气溶胶形成基质的保持等方面改善抽吸体验外，还在气流通道、抽吸检测、气溶胶检测、烟支提取等方面对其进行改善。而针对改善抽吸体验之外的研发方向，主要涉及便于使用、延长烟具的使用寿命、降低成本等。其中，便于使用主要通过加热结构/控制、充电单元和电源管理/检测等方面的优化来实现;延长烟具的使用寿命主要通过加热结构/控制等方面的优化来实现;而降低成本的实现方式则较为均衡。
而对于IQOS上市之后的专利申请，技术功效具有新特点（参见图1-3），如相较于提供充电可靠性/效率，更注重于通过对充电单元的改进提高烟具使用的便利性;相较于气流通道，更倾向于通过对气溶胶检测的优化来改善抽吸体验。此外，菲莫国际也更加重视提高气溶胶形成制品识别的可靠性以及器具的用户识别功能。
据此，针对烟具，菲莫国际当前发展的重点技术分支涉及加热组件的结构及其控制、气溶胶形成基质的保持以及充电单元等，而改善抽吸体验、便于使用等则是当前发展的技术热点。值得注意的是，菲莫国际在部分技术功效领域鲜有涉足，例如：通过充电单元的优化来提高烟具的安全性，通过气溶胶检测、抽吸检测的优化来提高器具使用的便利性等，具体可参见图1-2中标注的技术空白区。
2 加热不燃烧烟具的专利技术发展脉络
基于上述技术功效分析，纵观菲莫国际的专利申请，加热不燃烧烟具在中国的专利技术发展大致经历了探索发展阶段、小型化阶段和性能提升阶段，具体参见图2-1。
其中，与烟具相关的最早的中国专利申请是1994年2月申请的CN00121723.2，该申请致力于减少烟尘在可重复使用外加热元件上的集聚，以改善气溶胶的品质。但真正拉开加热不燃烧专利技术快速发展序幕的是2006年申请的两个专利（参见图2-1）：CN200680036218.6（CN101277622B）、CN200680036169.6（CN101277623B，已失效），其为加热不燃烧烟具的发展指明了方向。其中，CN200680036218.6保护了外加热烟具的雏形：容纳烟支的腔室内的温度在160℃到200℃的范围内，器具外表面的温度在40℃以下。CN200680036169.6保护了更接近于当前内加热烟具的一种形态：加热装置包括加热器杆和加热器盘，以将烟草块加热到150℃到220℃的范围内。
随后，菲莫国际致力于烟具的小型化，以提高烟具使用的便利性，代表性专利是：2009年申請的CN200980110074.8（CN101977522B）及其分案CN201210007866.6（CN102551217B）、2010年申请的CN201080048977.0（CN102595943B）及其分案CN201510173883.0（CN104886775A）、2011年申请的CN201180062601.X（CN103281920B）。其中，CN200980110074.8、CN201210007866.6通过测量加热元件的电阻率导出加热元件的实际温度，以避免对温度传感器的需要，达到简化器具结构，降低基质热解或燃烧风险的目的。CN201080048977.0、CN201510173883.0是CN200980110074.8、CN201210007866.6测温方式的具体体现，其通过在加热元件的电绝缘衬底上设置既用作电阻加热器又用作温度传感器的导电轨迹，简化器具结构，以减小器具尺寸。而CN201180062601.X是烟具小型化里程碑式的专利，其将用于发烟系统的电源分成主电源和发烟设备中的次级电源，以减小发烟设备尺寸，最终形成了分体式发烟系统。
在基本实现烟具小型化后，菲莫国际将研发重点转移到烟具性能的提升，并申请了诸如减少烟具清洁次数的提取器专利CN201280063987.0（CN103997922B）、烟具自清洁专利CN201280065324.2（CN104023574B）、CN201710122003.6（CN106858723A）、剩余电量能否抽吸一支烟专利CN201510695246.X（CN105342009B）、
降低基质燃烧风险的加热控制专利CN201510908619.7（CN105446393B）、改善气溶胶释放均匀性的温度曲线专利CN201380037681.2（CN104470386B）、
CN201710812232.0（CN107692316A）等，以改善气溶胶的抽吸品质;还申请了诸如给进入的空气气流预热以减少热量损失的专利CN201280070578.3（CN104135881B）、提高分体式器具充电可靠性的专利CN201280069189.9（CN104105417B）、CN201280070346.8（CN104135880B）、提高分体式器具充电速度的专利CN201380044030.6（CN104584366B）、CN201710682891.7（CN107453430A）、以及延长器具使用寿命的加热器专利CN201380037693.5（CN104470387B）等，以全面提升器具的使用体验。至此，菲莫国际对加热不燃烧烟具的相关专利布局基本完成，上市了第一代加热不燃烧烟草制品IQOS，并大获成功。
3 加热不燃烧器具的技术布局建议
通过对菲莫国际专利申请的技术分布和专利技术发展脉络的分析可知，菲莫国际已经在加热组件的结构及其控制用于改善抽吸体验等方面进行了深入研究，并布局了大量专利，因而在进行加热不燃烧器具的技术布局时，可在现有技术的基础上作进一步的改进，以期获得更好的效果。而在加热组件的结构及其控制用于改善加热效率等较少涉及或鲜有涉及的基础技术方面则应当作重点研究，以形成产品的自身优势。对于诸如识别、气溶胶检测、抽吸检测等烟具辅助技术，则应当作前瞻性研究，以完善相关技术储备。此外，较好的抽吸体验、便利的使用是烟具的根本性需求，其应当是持续性的技术研发热点。
对于产品设计，应当注意规避以下技术手段：（1）加热元件采用使其既能够用作电阻加热器又用作温度传感器的材料;（2）通过加热元件电阻率的变化反映加热元件的实际温度的测温方式;（3）加热元件的清洁温度高于气溶胶产生温度;（4）电源的剩余电量低于预定阈值时，停止加热元件的电量供给;（5）每个加热阶段均设置阈值电力水平;（6）产生气溶胶的加热元件的温度上升→下降→上升;（7）在电流通过加热元件的加热部分和保持部分时，用于加热气溶胶基质的加热部分的温度大于用于安装保持加热元件的保持部分的温度。
4 小结
菲莫国际针对加热不燃烧技术申请了大量专利，为加热不燃烧制品IQOS的上市制定了严密的专利攻防体系，以保证IQOS的性能优势和市场地位。尽管如此，结合专利无效策略，基于技术的差异化研究，仍然可以获得具有自主知识产权的加热不燃烧烟草制品。
