CN102753048B - 用于电加热的生成浮质的系统的细长的加热器 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于接纳形成浮质的衬底的电加热的生成浮质的系统。所述系统包括加热元件(121),所述加热元件包括第一导电元件(105),所述第一导电元件通过电绝缘部分(103)与第二导电元件(109)电绝缘。第一导电元件和第二导电元件是细长的,并且通过电阻部分(117,119)相互电连接。电阻部分和至少一个导电元件布置成使得它们至少部分地与形成浮质的衬底相接触。
Description
技术领域
本发明涉及一种加热元件。更加具体地,本发明涉及一种用于在电加热的生成浮质的系统中加热形成浮质的衬底的加热元件。本发明涉及一种用于制造加热元件的方法,并且涉及一种用于制造在电加热的生成浮质的系统中加热形成浮质的衬底的加热元件的方法。本发明具体应用为在电操作的发烟系统中加热形成浮质的衬底的加热元件,并且具体应用为用于制造用于在电操作的发烟系统中加热形成浮质的衬底的加热元件的方法。
背景技术
EP-A-0358002公开了一种包括香烟的发烟系统,所述发烟系统具有用于加热香烟中的烟草材料的电阻加热元件。香烟具有用于连接到可重复使用的手持控制器的电连接插头。手持控制器包括电池和电流控制电路,所述电流控制电路控制向香烟中的电阻加热元件供应电力。
这种提出的发烟系统的一个缺点在于,装置的手持控制器的尺寸稍微大于传统发烟产品。这对于使用者而言可能是不方便的。因此,本发明的目的是克服现有技术中的这些和其它缺点。
发明内容
根据本发明的第一方面,提供一种用于接纳形成浮质的衬底的电加热的生成浮质的系统,所述系统包括具有第一导电元件的加热元件,所述第一导电元件通过电绝缘部分与第二导电元件电绝缘,所述第一和第二元件是细长的并且通过电阻部分相互电连接,其中,电阻部分和至少一个导电元件布置成使得所述导电元件和电阻部分至少部分地与形成浮质的衬底相接触。优选地,电加热的生成浮质的系统是电加热的发烟系统。
根据本发明的第二方面,提供一种用于加热形成浮质的衬底的加热元件,所述加热元件包括第一导电元件,所述第一导电元件通过电绝缘部分与第二导电元件电绝缘,所述第一和第二元件是细长的并且通过电阻部分相互电连接,其中,在使用中,电阻部分和至少一个导电元件布置成使得所述导电元件和电阻部分至少部分地与形成浮质的衬底相接触。加热元件可以用于加热多种不同种类的衬底。
电阻部分也可以称作电阻元件。电绝缘部分可以是诸如云母粉(MiOx)的电绝缘材料。
在使用过程中,与在加热元件的导电部分处相比,形成浮质的衬底在加热元件的电阻部分处变得更热。这允许当加热形成浮质的衬底时,更加精确地控制形成浮质的衬底的温度曲线。
优选地,加热元件是内部加热元件或内部加热器。术语“内部加热元件”或“内部加热器”指的是能够至少部分地插入到形成浮质的衬底中或位于形成浮质的衬底内部的加热元件或加热器。优选地,加热元件适于插入到形成浮质的材料中或者形成浮质的材料内。替代地,加热元件或加热器可以是外部加热元件或加热器。术语“外部加热元件”或“外部加热器”指的是至少部分地包围形成浮质的衬底的加热元件或加热器。
优选地,第一导电元件是导电线材或多根导电线材。优选地,第二导电元件是导电管。这具有简化加热元件的制造的优势。
优选地,导电管至少部分地包围第一导电元件。在一个实施例中,第二导电元件是导电管,所述导电管至少部分地包围第一导电元件。
优选地,电绝缘部分是电绝缘塞。电绝缘塞可以包围第一导电元件的第一端部。在一个实施例中,电绝缘部分至少部分地包围第一导电元件的一个端部。在一个实施例中,导电元件的一个端部形成加热元件的安装部分。优选地,第一导电元件的长度与第二导电元件的长度不同。更为优选地,第二导电元件的长度短于第一导电元件的长度。在一个实施例中,导电元件或多个导电元件的第一端部形成加热元件的加热部分。电绝缘部分可以至少部分地包围第一导电元件的第一端部。导电元件或多个导电元件的第二端部可以形成加热元件的安装部分。第一导电元件的第二端部可以从第二导电元件的第二端部伸出。
第一导电元件和第二导电元件可以基本平行。导电元件沿着或者平行于加热元件的纵向轴线可以基本是直的。
优选地,电绝缘部分能够在高达700℃的工作温度下操作。可以具有绝缘材料制成的电绝缘塞的形式的电绝缘部分也可以在高达800℃的工作温度下操作。然而,加热元件的操作或工作温度可以大约是250℃。更加优选地,加热元件的操作温度是300℃。
电阻部分的电阻可以高于导电元件。
加热元件的导电部分(包括导电元件)和电阻部分均可以直接与形成浮质的衬底相接触。即,在使用过程中,形成浮质的衬底中的至少一些碰触导电元件,并且形成浮质的衬底中的至少一些碰触电绝缘部分。替代地,加热元件的导电部分和电绝缘部分可以间接地与形成浮质的衬底相接触。例如,导电部分和电绝缘部分可以通过包围形成浮质的衬底的纸而与形成浮质的衬底分开。在形成浮质的衬底包括烟草材料的情况下,纸可以包括包围香烟的香烟纸。
优选地,电阻部分设置在导电元件的第一端部处。替代地,电阻部分可以设置在沿着加热元件的长度的大约一半处。而且,在导电元件的第一端部和导电元件的第二端部之间可以设有两个或三个或四个或更多个电阻部分。额外的电阻部分或电阻元件可以被称作电阻接头。
导电元件和导电管之间的电阻部分或电阻接头可以通过利用电极焊接元件和管或使用诸如钳子的切割工具而形成。即,导电元件和导电管之间的电阻部分或电阻接头处的电连接可以通过使用电极焊接元件和管或使用诸如钳子的切割工具形成。
根据本发明的第三方面,提供用于在电加热的生成浮质的系统中加热形成浮质的衬底的加热器,所述加热器包括:保持件;一个或多个根据本发明的第二方面的加热元件,每个所述加热元件的第一端部形成暴露于保持件外部的加热部分,并且每个所述加热元件的第二端部形成安装在保持件中的安装部分;和连接件,所述连接件用于将每个加热元件的安装部分连接到电源,以供应电流通过每个导电元件。
加热器可以是销钉式加热器(pin heater)。
优选地,加热器还包括围绕安装部分的绝缘材料。这种绝缘材料可以为加热器提供刚度,并且还可以防止加热部分的导电管和安装部分的导电元件之间发生短路。
根据本发明的另一个方面,提供一种电加热的生成浮质的系统,所述系统包括一个或多个根据本发明的第三方面的加热器,用于加热衬底以形成浮质。根据本发明的这个方面,还提供一种电加热的生成浮质的系统,所述系统包括一个或多个根据本发明的第二方面的加热元件,用于加热衬底以形成浮质。根据本发明的实施例的电加热的生成浮质的系统可以包括一个或多个根据本发明的实施例的销钉式加热器,用于加热衬底以形成浮质。
优选地,本发明的任一方面的电加热的生成浮质的系统还包括用于向加热元件供应电力的电源。电加热的生成浮质的系统可以包括连接到电源和每个加热元件的安装部分的电气硬件。
根据本发明的实施例的电加热的生成浮质的系统还可以包括诸如充电电池的电源或功率源,以用于向加热元件供应电力。电源可以是容纳在电加热的生成浮质的系统内的电池。电源可以是锂离子电池或者其变体中的一个,例如锂离子聚合物电池。替代地,电源可以是镍金属氢化物电池或镍镉电池或燃料电池。所述系统可以还包括连接到电源和每个加热元件的安装部分的电气硬件。优选地,根据本发明的实施例的电加热的生成浮质的系统包括通过软件可编程的电气硬件。
优选地,根据本发明的实施例的电加热的生成浮质的系统还包括用于接纳形成浮质的衬底的外壳。外壳也可以包括壳体。
优选地,电加热的生成浮质的系统还包括用于检测表明使用者抽吸的气流的传感器或者还包括温度传感器。气流传感器可以是机电装置。替代地,气流传感器可以是机械装置、光学装置、光学机械装置和基于传感器的微电子机械系统(MEMS)中的任何一种。替代地,电加热的生成浮质的系统可以包括可手动操作的开关,用于供使用者启动抽吸。温度传感器可以检测加热器的温度或者加热元件的温度或者形成浮质的衬底的温度。
优选地,电加热的生成浮质的系统还包括指示器,用于在激活一个或多个加热元件时发出指示。指示器可以包括灯,在激活一个或多个加热元件时激活所述灯。
根据本发明的第四方面,提供一种用于制造在电加热的生成浮质的系统中加热形成浮质的衬底的加热元件的方法,所述方法包括以下步骤:a)将导电元件的第一端部插入到导电管中,使导电元件的第二端部暴露于管的外部;b)将电绝缘塞设置在导电管中,包围导电元件的第一端部,导电元件和导电管是细长的;以及c)形成电阻部分,所述电阻部分将导电元件电连接到导电管。
在使用过程中,导电管和电阻部分均至少部分地与形成浮质的衬底相接触。加热元件可以包括加热部分和安装部分。导电管、柱塞以及导电元件的第一端部可以一起形成加热元件的加热部分。导电元件的暴露的第二端部可以形成加热元件的安装部分。
所述方法提供了一种制造用于在电加热的生成浮质的系统中使用的加热元件的简单方式。电加热的生成浮质的系统可以包括电操作的发烟系统。
在一个实施例中,在导电管中设置电绝缘塞、包围导电元件的第一端部的步骤b)包括:与插入导电元件的第一端部的步骤a)同时,围绕导电元件的第一端部设置电绝缘塞以及插入电绝缘塞。
在替代实施例中,在导电管中设置电绝缘塞、包围导电元件的第一端部的步骤b)包括:将电绝缘膏引入到导电管中,以包围导电元件的第一端部,当干燥时,所述电绝缘膏形成电绝缘塞。在所述实施例中,优选地,将电绝缘膏引入到导电管中的步骤包括在管的一个端部和管的另一个端部之间施加压力差。这可以包括将电绝缘膏吸引或吸入到管中。替代地,或者附加的,这可以包括将电绝缘膏推、泵送或注入到管中。优选地,在将电绝缘膏引入到导电管中之后,所述方法还包括加热电绝缘膏使其干燥以形成塞的步骤。加热膏的步骤可以包括将热空气吹送到导电管和膏上。可以使用其它任何适当的加热方式。优选地精细地控制膏的干燥,使得所产生的绝缘塞具有适当的密度和结构,并且因此,具有适当的绝缘性能。电绝缘膏必须充分易流动、可塑或具有弹性,以便引入到导电管中。优选地,电绝缘膏包括溶于溶剂(例如,水)中的电绝缘粉末。用于膏的材料的类型和稠度将影响加热元件的特性。
可以通过在导电元件的第一端部处电连接导电元件和导电管而在加热元件的第一端部处产生电阻部分。替代地或者附加地,产生至少一个电阻部分的步骤包括电连接导电元件和导电管,以便在导电元件的第一端部和导电元件的第二端部之间的一个或两个或三个或四个或更多个位置处形成电阻元件。这些额外的电阻部分可以称作电阻接头。
优选地,将导电元件的第一端部插入到导电管中的步骤包括将导电元件的一部分长度L插入到导电管中,所述L是加热元件的加热部分所需的长度。替代地,所述方法还可以包括切割管、塞以及导电元件的第一端部以便形成所需长度L的加热元件的步骤。在所述情况中,切割步骤可以与在导电元件的第一端部的末端处产生电阻部分或电阻元件的步骤相组合。
优选地,导电元件的暴露出的第二端部具有长度m。即,导电元件从导电管伸出长度m。m可以是加热元件的安装部分所需的长度。替代地,所述方法还可以包括切割导电元件的第二端部以形成所需长度m的安装部分的步骤。
根据本发明的第五方面,提供一种用于制造在电加热的生成浮质的系统中加热形成浮质的衬底的加热器的方法,所述方法包括以下步骤:根据本发明的第四方面的方法制造一个或多个加热元件;将一个或多个加热元件安装在保持件中,每个加热元件的加热部分均暴露于保持件的外部;以及将每个加热元件的安装部分连接到电源,以便供应电流通过每个导电元件。
所述方法还可以包括将绝缘材料施加在安装部分上的步骤。
优选地,保持件包括另一个加热器,诸如端部加热器。保持件可以包围形成浮质的衬底。加热元件可以行进通过形成浮质的衬底的中部。
形成浮质的衬底优选地包括含烟草的材料,所述含烟草的材料包含加热时从所述衬底释放出的挥发性烟草香味化合物。形成浮质的衬底可以包括非烟草的材料。形成浮质的衬底可以包括含烟草的材料和非烟草的材料。
优选地,形成浮质的衬底还包括浮质形成物。适当的浮质形成物的示例是丙三醇和丙二醇。
形成浮质的衬底优选地是固体衬底。固体衬底可以包括例如以下形式中的一种或者多种:含有草药叶、烟叶、烟丝条(tobacco ribs)片段、再造烟草、诸如挤出烟草的均质烟草、和膨胀烟草中的一种或者多种的粉末、细粒、球团、碎片、实心条、带或者片。固体衬底可以是松散的形式,或者可以设置在适当的容器或盒中。任选地,固体衬底可以包含加热衬底时将释放的额外的烟草或者非烟草的挥发性香味混合物。
任选地,固体衬底可以设置在或嵌入在热稳定载体中。所述载体可以采取粉末、细粒、球团、碎片、实心条、带或者片的形式。替代地,所述载体可以是管状载体,所述管状载体具有沉积在其内表面上或者在其外表面或其内外表面二者上的固体衬底的薄层。这种管状载体可以由例如纸、或者类似纸的材料、无纺碳纤维毡、低质量的开口网状金属筛、或者穿孔的金属箔或者任何其它热稳定的聚合物基体形成。
固体衬底可以以例如片、泡沫、凝胶或浆体形式沉积在载体的表面上。固体衬底可以沉积在载体的整个表面上,或者替代地,可以按照图案沉积,以便在使用期间提供不一致的香味输送。
替代地,载体可以是其中已经结合有烟草成分的无纺织物或者纤维束。无纺织物或者纤维束可以包括例如碳纤维、天然纤维素纤维、或者纤维素衍生物纤维。
而且,如本领域中的那些技术人员所知的那样,浮质是固体颗粒或液滴在诸如空气的气体中的悬浮物。浮质可以是固体颗粒和液滴在诸如空气的气体中的悬浮物。
优选地,衬底形成单独的发烟制品的一部分,并且使用者可以直接抽吸发烟制品。
发烟制品的总长度介于大约30mm和大约100mm之间。发烟制品可以具有介于大约5mm和大约13mm之间的外径。发烟制品可以包括过滤器塞。过滤器塞可以位于发烟制品的下游端部处。过滤器塞可以是醋酸纤维素过滤器塞。过滤器塞的长度优选地为大约7mm,但是可以具有介于大约5mm至大约10mm之间的长度。
优选地,发烟制品是香烟。在优选的实施例中,发烟制品的总长度介于40mm和50mm之间。优选地,发烟制品的总长度大约为45mm。对于发烟制品也优选的是具有大约7.2mm的外径。优选地,形成浮质的衬底包括烟草。而且,形成浮质的衬底的长度可以大约为10mm。然而,对于形成浮质的衬底而言最优选地是具有12mm的长度。
而且,形成浮质的衬底的直径也可以介于大约5mm和大约12mm之间。
发烟制品可以包括外包装纸。
而且,发烟制品可以包括位于形成浮质的衬底和过滤器塞之间的间隔物。间隔物可以大约为18mm,但是也可以在大约5mm至大约25mm的范围内。
形成浮质的衬底可以替代地为液体衬底。形成浮质的衬底可以替代地是任何其它种类的衬底(例如气体衬底)或者各种类型衬底的任何组合。
在操作期间,衬底可以完全容纳在电加热的生成浮质的系统内。在所述情况中,使用者可以抽吸电加热的生成浮质的系统的吸口。替代地,在操作期间,衬底可以部分地容纳在电加热的生成浮质的系统内。衬底可以形成单独的制品的一部分,并且使用者可以直接抽吸单独的制品。
优选地,加热元件可以用作行进通过形成浮质的衬底的中心的加热针、销钉或棒。这种内部加热器是有利的,原因在于原地传递热能,即,将热能直接传递到浮质形成物。能够减少由形成浮质的衬底所产生的隔热屏障。内部加热器还趋于最少化冷凝到加热元件上的浮质,从而减少所需的维护。加热元件可以连同其它加热器(例如,盘或端部加热器或加热板)一起使用。
加热元件可以用于通过传导的方式加热形成浮质的衬底。加热元件可以至少部分地与衬底或者载体相接触,衬底沉积在所述载体上。替代地,来自加热元件的热量可以通过导热元件传导到衬底。替代地,制造的加热元件可以将热量传递到在使用期间被吸入通过电加热的生成浮质的系统的环境空气,所述环境空气通过对流进而加热形成浮质的衬底。环境空气可以在通过形成浮质的衬底之前被加热或者环境空气可以首先被吸入到衬底中并且然后被加热。
导电元件优选地包括线材。导电元件优选地是金属的。在优选的实施例中,导电元件是铜线。导电元件优选地具有圆形的横截面。然而,导电元件可以具有任何适当的横截面形状。
导电管优选地包括金属管。优选地,导电管包括与导电元件不同的材料。在优选的实施里中,导电管是不锈钢管。替代地,导电管是(一种钛基合金)或者镍基合金管。导电管优选地具有圆形的横截面。然而,导电管可以具有任何适当的横截面形状。是科罗拉多州丹佛的1999Broadway Suite 4300的Titanium Metals公司的注册商标。
导电管可以具有基本圆形的横截面。替代地,导电管可以具有正方形、三角形或椭圆形的横截面。导电管的横截面面积可以大于导电元件的横截面面积。在这种情况下,可以围绕导电元件设置基本环形的电绝缘塞,以便在内部导电元件和外部导电元件之间形成电绝缘体。
导电元件、塞和导电管的相对尺寸将影响加热元件的特性,这些特性例如是但不局限于每单位电力的加热元件的温升以及每单位加热元件长度的温升。
根据本发明的第六方面,提供根据本发明的第二方面的加热元件作为加热衬底的加热元件的用途,具体为根据本发明的第二方面的加热元件作为在电加热的生成浮质的系统中加热衬底的加热元件的用途。
关于本发明的一个方面所描述的特征也能够应用于本发明的另一个方面。
附图说明
参照附图将仅以示例的方式进一步描述本发明的实施例,在所述附图中:
图1至图9示出了本发明的方法的一个实施例的顺序步骤,其中图9示出了根据一个实施例所形成的加热元件;
图10示出了根据本发明的一个实施例的加热元件的截面;
图11示出了根据本发明的另一个实施例的加热元件的截面;
图12是示出了图10的加热元件的电阻的作为沿着加热元件的距离的函数标绘出的示意性简图;
图13是示出了图11的加热元件的电阻的作为沿着加热元件的距离的函数标绘出的示意性简图;
图14是示出了图10的加热元件的一个部分如何具有高于加热元件的其余部分的电阻的示意性电路图;
图15是示出了图11的加热元件的多于一个的部分如何具有高于加热元件的其余部分的电阻的示意性电路图;
图16示出了图10的加热元件的稳定状态温度曲线;
图17示出了图11的加热元件的稳定状态温度曲线;以及
图18示出了组装成基本正方形阵列中的四个加热元件,所述基本正方形阵列形成根据本发明的实施例的加热器。
具体实施方式
参照图1至9,提供了第一导电元件和保持绝缘膏103的填充室101。第一导电元件可以是铜线105。填充室101具有喷嘴端107。还提供有第二导电元件。第二导电元件可以是基本管状导电管109,用于接纳铜线。需要注意的是,未按照比例示出图1至图9。
在图1示出的第一步骤中,管109被锯111切割,以便获得平坦表面。这用箭头201示出。
在图2示出的第二步骤中,管109的锯开的平坦端部保持抵接到填充室101的外壁。这用箭头202示出。
在图3示出的第三步骤中,在将管109的平坦端部保持在填充室101的外壁上的同时,铜线105朝向管109运动并且运动进入到管109中。这用箭头203示出。在这个实施例中,图3中的长度301对应于加热元件的加热部分所需的长度。这将在下文中进一步描述。
在图4示出的第四步骤中,在将管109的平坦端部保持在填充室101的外壁上的同时,将膏103引入到管109中,以便包围铜线105。这通过将压力施加到填充室101的柱塞401来实现。这用箭头204示出。
在图5示出的第五步骤中,在将管109的平坦端部保持在填充室101的外壁上的同时,加热管109,使得膏103变干以形成塞113。这用箭头205表示。可以同时实施第四和第五步骤。
在图6示出的第六步骤中,利用电级115切割铜线105的端部、塞113以及管109,以便形成加热元件的加热部分的远端部。这由箭头206示出。切割产生了第一电阻部分或电阻元件117,这将在下文中进一步描述。
图7示出了任选的第七步骤,在所述第七步骤中,使用电极115产生其它电阻部分或电阻元件119。这用箭头207示出。其它电阻部分119是任选的特征。
在图8示出的第八步骤中,使管109的平坦端部运动离开填充室的外壁,从而暴露出铜线105。这用箭头208表示。
在图9示出的最后步骤中,利用电极115切割铜线105。这用箭头209表示。所形成的加热元件121包括加热部分123以及安装连接部分125。图9中的长度901对应于加热元件的安装连接部分125所需的长度。这将在下文中进一步描述。
膏103应该尽可能的厚,同时仍然具有一定的稠度,以便允许将膏引入到管109中。膏可以通过使绝缘粉末溶于溶剂(例如,水)中而形成。绝缘粉末可以例如是但不局限于MiOx、氧化镁、氧化铝、其它金属氧化物或金属盐、或者这些中的一种或多种的组合。膏还可以包括其它材料。当膏变干时,所述膏形成电绝缘体。电绝缘体是电介质材料,所述电介质材料在很大程度上不允许电流流经所述电介质材料,直到特定的击穿电压为止。在达到击穿电压,电流开始流动。云母可以具有大约2000kVcm-1的击穿电压。
在图5示出的第五步骤时,加热管109和膏103,以便形成塞113。可以通过将热空气吹送到管109上或者通过任何其它适当的方式来进行加热。空气干燥器可以用于沿着加热元件的长度均匀地使膏变干。当膏变干时,一些液体可以从膏中流失并且因此膏会收缩。额外的膏可以引入到导电管中,并且可以根据需要多次重复步骤和引入额外的膏的干燥,以便用干燥的膏完全填充管状加热元件109,以形成塞113。
尽管上述实施例中使用了铜线,但是可以使用任何其它适当金属的线材。此外,实际上,第一导电元件不必是线材。所述第一导电元件可以是任何导电材料。导电元件的横截面不必是圆形或基本圆形的。所述导电元件可以具有任何横截面形状,例如,正方形、三角形或椭圆形。此外,第一导电元件可以是单股线材。替代地,第一导电元件可以包括多股线材。其它适当的金属的示例包括金、银、铂和钛。在一个实施例中,铜线的长度为30mm,直径为0.3mm。线材可以附接到卷轴。
管109可以是不锈钢管。管可以是注射器针头。管的外径可以大约为0.5mm或1mm。在一个实施例中,使用由Milian SA,Geneva供应的长度为120mm、直径为0.8mm的BRA-4665643针。在所述情况中,膏在第四步骤可以通过将膏抽吸到注射器针头中而将膏引入到管中。替代地,管109可以是管。
在上述实施例中,在第一步骤中,锯用于切割管109,以便获得平坦表面,所述平坦表面能够抵接到填充室的壁。可以替代地以其它方式,例如使用激光束、水射流或氧气辅助气体(oxygen assisted gas)来实施切割。
另外,在上述实施例中,在图6中,电极115用于切割铜线、管和塞,以便形成第一电阻部分117。然而,可以以其它方式来实施切割,例如在加热或不加热的情况下使用夹钳装置、使用激光束、水射流或氧气辅助气体。另外,在上述实施例中,在图7中,电极115用于产生第二电阻部分。然而,这可以以其它方式来实现,例如在加热或不加热的情况下使用夹钳装置、使用激光束、水射流或氧气辅助气体。另外,在上述实施例中,在图9中,电极115用于切割铜线。然而,这可以以其它方式来实现,例如在加热或不加热的情况下使用夹钳装置、使用剪钳(wire cutter)、使用激光束、水射流或氧气辅助气体。
此外,实际上,导电元件中的一个不必是管状或基本管状的。导电元件可以是任何导电材料,只要在电阻部分处所述导电元件能够电接合到其它导电元件即可。例如,第一导电元件可以是导电材料的大体细长的条。而且,第二导电元件可以是导电材料的大体细长的条。然后,如先前所述那样,绝缘膏可以注入到第一细长条和第二细长条之间。然后如先前所述那样,可以干燥膏。膏应当足够黏稠,使得所述膏不会从两个条之间漏出。这是因为不同于第二导电元件是管状的实施例,在制造处理期间没有保持绝缘膏的壁。然后,如先前所述那样,一旦膏变干,则第一和第二导电元件将可以彼此电接合。元件通过如下方式接合:使用电极115或用夹钳切割工具,通过切割在元件的第一端部处形成电阻部分,并接合两个导电元件。
图10示出了贯穿根据本发明的一个实施例的加热元件的截面。第一和第二导电元件的第一端部被标记为102。即,加热元件的第一端部被标记为102。第一导电元件的第二端部被标记为104,而第二导电元件的第二端部被标记为106。加热元件的第二端部通常示出为108。第一和第二导电元件的总长度可以基本相等。然而,优选的是,第一导电元件长于第二导电元件。如以下描述的那样,这允许将加热元件安装在保持件中。第一导电元件105可以从第二导电元件109突出。
如图10所示,例如线材或细长线材的第一导电元件105至少部分地被电绝缘膏103所包围。例如管的第二导电元件109包围电绝缘膏。而且,管可以至少部分地包围细长线材。第一和第二导电元件可以在第一端部102处接合。如下文进一步描述的那样,电阻部分117可以形成在加热元件的第一端部处。在使用过程中,在加热元件的第二端部处可以施加电势差。例如,可以第二导电元件的第二端部106处施加电压V+,而可以在第一导电元件的第二端部104处施加电压V-。
图10中所示的加热元件的电阻曲线R在图12中示出为沿着加热元件的距离d的函数。这表明,第二导电元件的长度为e,所述长度测量为第二导电元件的在其第一和第二端部之间的距离。在这个简图中,加热元件在第一端部处的电阻部分处的电阻R高于第一和第二导电元件的不在电阻部分处(即,朝向加热元件的第二端部离开加热元件的第一端部)的电阻。
电阻部分117的电阻高于第一和第二导电元件的电阻,这是因为在两个导电元件之间在加热元件的第一端部处存在有不完全的电连接。这部分是由于在加热元件的电阻部分中将第一导电元件与第二导电元件分开的少量的电绝缘膏。而且,第一和第二导电材料的表面上的氧化物产生有缺陷的电连接。当使用电极或夹钳切割加热元件时,氧化物使第一导电元件与第二导电元件分开,从而增大了加热元件在加热元件的电阻部分中的电阻。
当切割加热元件或形成电阻部分时,通过施加额外的热量可以控制电阻部分的电阻值。在切割加热元件时或者在形成电阻接头时,施加到加热元件的电阻部分的温度越高,电阻部分的电阻越小。当在形成电阻部分时没有施加热量的时候,电阻较高。
图14示出了在电学上等同于图10示出的加热元件的电路图。电阻部分117具有电阻W。如果在电阻器的端子之间施加电压差,则电阻器允许电流流过。电阻器是欧姆部件,所述欧姆部件两端产生电压降V,所述电压降V与流经所述欧姆部件的电流I成比例。即,V=IR,其中R表示为电阻器的电阻。
加热元件的电阻部分位于加热元件的第一端部处。第一导电元件和第二导电元件在电学上等同于图14示出的线材141、143,所述线材141、143将电阻部分分别连接到端子145、147处的电压源V+和V-。
图16示出了作为沿着电加热元件的距离d的函数的加热元件的稳定状态的温度曲线T。因为加热元件在第一端部处的电阻高于加热元件在其它地方处的电阻,所以当电流通过时,加热元件通过焦耳热效应主要在第一端部处变热。然后,热量从加热元件的更热的端部(在第一端部处)朝向加热元件的最初温度低于加热元件的第一端部的第二端部传递。
在附图未示出的替代实施例中,电阻部分没有形成在加热元件的第一端部102处。电阻部分可以形成为与加热元件的第一端部102相距一定距离。在所述情况中,优选地,电阻部分形成在沿着第二导电材料的长度的一半处。即,电阻部分形成在与加热元件的第一端部102相距0.5e的距离处。这具有这样的优势:加热元件的稳定状态的温度曲线关于加热元件的中部基本对称,并且产生更为均匀的加热。
图11示出了穿过根据本发明的另一个实施例的加热元件的截面。在图11中,使用与图10中的附图标记相同的附图标记。在这个实施例中,两个电阻部分形成在加热元件中。第一电阻部分117可以形成在加热元件的第一端部102处。第二电阻部分119可以形成在与加热元件的第一端部102相距距离g的位置处。即,第二电阻部分是电阻接头。第二导电元件的总长度被称为e。第二电阻部分119形成在与第二导电元件的第二端部106相距距离f的位置处。即,整个距离e=f+g。优选地,如图13所示,第二电阻部分119形成在沿着第二导电元件的长度的一半处,即f=g=0.5e。
图13示出了图11示出的加热元件的电阻曲线R,所述电阻曲线R作为沿着加热元件的距离d的函数绘出。这表明,第二导电元件的长度为e,所述长度测量为第二导电元件在其第一和第二端部之间的距离。在这个简图中,加热元件在第一端部(电阻部分117)处以及在与加热元件的第一端部处相距距离g的位置处的电阻部分处的电阻高于第一和第二导电元件不在电阻部分处的电阻。
图15示出了在电学上等同于图11示出的加热元件的电路图。这表明,第一电阻部分117位于加热元件的第一端部处。如先前所述的那样,第二电阻部分119位于与加热元件的第一端部102相距距离g的位置处。第一电阻部分117具有电阻X,而第二电阻部分119具有电阻Y。第一导电元件和第二导电元件在电学上等同于图15示出的线材141、143,所述线材141、143将电阻部分分别连接到端子145、147处的电压源V+和V-。
图17示出了作为沿着电加热元件的距离d的函数的加热器的稳定状态温度曲线T。因为在加热元件的第一端部处的第一电阻部分117的电阻和第二电阻部分119的电阻均高于加热元件在其它地方的电阻,所以加热元件通过焦耳热效应主要在第一电阻部分和第二电阻部分处变热。然后,热量从加热元件的更热的部分传递到加热元件的温度更低的地方,以便形成图17所示的稳定状态温度曲线。具有两个电阻部分的优势在于,能够实现加热元件的更加均匀的温度分布。
而且,第一电阻部分117不必形成在加热元件的第一端部处,或第二电阻部分119不必形成在沿着第二导电元件的长度e的一半处。例如,第一电阻部分可以形成在与加热元件的第一端部102相距e/3距离的位置处。第二电阻部分可以形成在与加热元件的第一端部102相距2e/3距离的位置处。即,第二电阻部分可以形成在与第二导电元件的第二端部相距大约e/3距离的位置处。这样的优势在于,能够实现更为一致的温度分布。可以设置第一和第二电阻部分的任何其它适当的定位。
一旦如上文中参照图1至9描述的示例性实施例中那样已经生产出各个加热元件,则一个或多个加热元件可以安装在金属保持件上或者电绝缘的保持件上,以便形成加热器。优选地,首先测试一个或多个加热元件,例如使用红外摄像机或者通过测量元件两端的电压进行测试。
在示例性实施例中,安装连接部分125安装到盘状保持件中。保持件可以是金属的或电绝缘的。加热部分123在金属保持件上方露出。在金属保持件下方,安装连接部分125(铜线105)连接到电路。然后,将耐热灌封材料施加到保持件的后方,以便掩盖铜线或多根铜线。这不仅向加热器提供了刚度,而且也防止了在加热部分和安装连接部分的铜线之间发生短路。如果将仅一个加热元件安装在保持件中,则加热元件定位成最为有效地加热衬底。或者,如果将多于一个的加热元件安装在保持件中,则以适当的布置方案定位加热元件,以便最有效地加热衬底。这在图18中示出,所述图18示出了以大约正方形构造或格栅方式布置在保持件中的四个加热元件。诸如六边形或者三角形的其它构造也是可以的。保持件可以包括外部部分,用于部分或完全包围衬底。保持件还可以包括额外的加热器,所述额外的加热器独立于加热元件或者连接到加热元件。额外的加热器可以是端部加热器。
Claims (15)
1.一种用于接纳形成浮质的衬底的电加热的生成浮质的系统,所述系统包括加热元件(121),所述加热元件包括第一导电元件(105),所述第一导电元件通过电绝缘部分(103)与第二导电元件(109)电绝缘,所述第一导电元件和第二导电元件是细长的,并且通过电阻部分(117,119)相互电连接,其中,所述电阻部分的电阻高于所述第一导电元件和第二导电元件的电阻,其中,电阻部分和至少一个导电元件布置成使得它们至少部分地与所述形成浮质的衬底相接触。
2.根据权利要求1所述的电加热的生成浮质的系统,其中,所述导电元件的一个端部形成所述加热元件(121)的安装部分(125)。
3.根据权利要求1或2所述的电加热的生成浮质的系统,其中,所述第二导电元件(109)是导电管,所述导电管至少部分地包围所述第一导电元件(105)。
4.根据权利要求1所述的电加热的生成浮质的系统,其中,所述电绝缘部分(103)是电绝缘塞(113)。
5.根据权利要求1所述的电加热的生成浮质的系统,其中,所述电绝缘部分(103)至少部分地包围所述第一导电元件(105)的一个端部。
6.根据权利要求1所述的电加热的生成浮质的系统,其中,所述第二导电元件(109)的长度比所述第一导电元件(105)短。
7.根据权利要求1所述的电加热的生成浮质的系统,其中,所述第一导电元件(105)和所述第二导电元件(109)基本平行。
8.根据权利要求1所述的电加热的生成浮质的系统,所述系统还包括检测表示使用者抽吸的气流的传感器或还包括温度传感器。
9.一种用于加热形成浮质的衬底的加热元件(121),所述加热元件包括第一导电元件(105),所述第一导电元件通过电绝缘部分(103)与第二导电元件(109)电绝缘,所述第一导电元件和第二导电元件是细长的,并且通过电阻部分(117,119)相互电连接,其中,所述电阻部分的电阻高于所述第一导电元件和第二导电元件的电阻,其中,在使用过程中,电阻部分和至少一个导电元件布置成使得它们至少部分地与所述形成浮质的衬底相接触。
10.一种用于在电加热的生成浮质的系统中加热形成浮质的衬底的加热器,所述加热器包括:
保持件;
一个或多个根据权利要求9所述的加热元件(121),每个所述加热元件的第一端部形成暴露于所述保持件的外部的加热部分(123),并且每个加热元件的第二端部形成安装在所述保持件中的安装部分(125);以及
连接件,所述连接件用于将每个加热元件的所述安装部分(125)连接到电源,以便供应电流通过每个导电元件。
11.一种电加热的生成浮质的系统,所述系统包括一个或多个根据权利要求10所述的加热器,用于加热衬底以形成浮质。
12.一种用于制造在电加热的生成浮质的系统中加热形成浮质的衬底的加热元件(121)的方法,所述方法包括以下步骤:
a)将导电元件(105)的第一端部插入到导电管(109)中,所述导电元件(105)的第二端部暴露于所述管的外部;
b)在所述导电管(109)中设置电绝缘塞(113),从而包围所述导电元件(105)的第一端部,所述导电元件和所述导电管是细长的;以及
c)形成电阻部分(117,119),所述电阻部分将所述导电元件连接到所述导电管,所述电阻部分的电阻高于所述导电元件和所述导电管的电阻。
13.根据权利要求12所述的方法,其中,在所述导电管(109)中设置电绝缘塞(113)、从而包围所述导电元件(105)的所述第一端部的步骤b)包括:将电绝缘膏(103)引入到所述导电管(109)中,以包围所述导电元件(105)的所述第一端部,当干燥时,所述膏形成所述电绝缘塞(113)。
14.一种用于制造在电加热的生成浮质的系统中加热形成浮质的衬底的加热器的方法,所述方法包括以下步骤:
根据权利要求12或13的方法制造一个或多个加热元件(121);
将所述一个或多个加热元件(121)安装在保持件中,每个加热元件的加热部分(123)暴露于所述保持件的外部;以及
将每个加热元件的安装部分(125)连接到电源,以供应电流通过每个导电元件。
15.一种根据权利要求9所述的加热元件在电加热的生成浮质的系统中作为加热衬底的加热元件的用途。
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