CN107427084A - 电子输送单元和盒、包括该单元和盒的电子香烟及对输送流体进行输送的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及个人电子输送单元和盒(8)、包括该单元和盒(8)的电子香烟(2)、该单元和系统用于将输送流体输送到人的使用及用于生产该单元或系统的方法。根据本发明的单元包括：‑主壳体(4)，其包括能量源(20)并具有带有空气入口(14)的第一端和第二端(26)，所述第二端具有被配置用于连接到被配置用于保持含有输送流体的盒(8)且具有出口或接口管(10)的次壳体(6)的主连接器(38a)；‑流体路径，其实质上在空气入口(14)和出口或接口管(10)之间延伸；‑加热器元件(30)，其设置在流体路径中、处或其附近，被配置用于加热输送流体使得输送流体的至少一部分在流体路径中雾化和/或汽化，其中加热器元件(30)在使用中连接到被配置用于提供能量到加热器元件(30)的能量源(20)，且其中加热器元件(30)被设置在主壳体(4)中和/或附接到主壳体；以及，‑输送流体传送元件(40)，其被配置用于将输送流体从盒(8)传送到流体路径；以及其中加热器(30)包括导体和被配置成控制雾化和/或汽化的多孔陶瓷层。

Description

电子输送单元和盒、包括该单元和盒的电子香烟及对输送流 体进行输送的方法

本发明涉及能够接收含有输送流体的盒的个人电子输送单元。这样的含有盒的单元包括所谓的电子香烟。

输送系统(例如电子香烟)是已知的，并包括具有入口和出口的被成形为接口管的吸入设备。电子香烟还包括电池和被提供有来自电池的能量的加热器。加热器缠绕在充当缓冲物的所谓的芯吸材料周围，其中例如使用位于入口中的流检测器来接通和关断加热器。缓冲物包括输送流体(例如所谓的电子液体)，其通常是丙二醇、甘油、尼古丁和调味品的混合物。加热器使电子液体汽化和雾化以实现液体的吸入。

常规电子香烟通常包括含有电池和空气入口的第一部分与含有电子液体和用于使电子液体雾化和汽化的加热器元件的第二部分。该第二部分通常是一次性的，使得用户在实质上用完了所有的电子液体之后需要提供新的第二部分。

本发明为了它的目的必须提供个人电子输送单元——特别地，能够用于接收盒并用作个人电子输送系统，包括电子香烟，其提供更有效的单元。

这个目的使用根据本发明的个人电子输送单元来实现，该单元包括：

-主壳体，其包括能量源并具有带有空气入口的第一端和第二端，所述第二端具有被配置用于连接到被配置用于保持含有输送流体的盒且具有出口或接口管的次壳体的主连接器；

-流体路径，其实质上在空气入口和出口或接口管之间延伸；

-加热器元件，其设置在流体路径中、处或其附近，被配置用于加热输送流体，使得输送流体的至少一部分在流体路径中雾化和/或汽化，其中加热器元件在使用中连接到被配置用于提供能量到加热器元件的能量源，且其中，加热器元件被设置在主壳体中和/或附接到主壳体；以及，

-输送流体传送元件，其被配置用于将输送流体从盒传送到流体路径；以及

其中，加热器包括导体和被配置成控制雾化和/或汽化的多孔陶瓷层。

提供从入口朝向次壳体的优选地体现为接口管的出口的流体路径例如实现在出口处吸气以抽入/吸进周围空气。当主壳体设置有包括含有电子液体作为输送流体的盒的次壳体时，则提供了个人电子输送系统，例如也包括所谓的电子雪茄的电子香烟。

当加热器被接通时，包括在单元的主壳体中的和/或附接到单元的主壳体的加热器或加热器元件使输送流体雾化和/或汽化。例如可以借助于靠近入口的流控制器来实现加热器的接通。能量由例如(可再充电的)电池的能量源提供到加热器。输送流体可与液体和/或固体的混合物(包括可包含丙二醇、甘油、尼古丁和调味品的混合物的所谓的电子液体)有关。将理解的是，其它成分也可被应用和/或尼古丁可从混合物中省略。输送流体被包含在可以被再填充或是一次性的盒中。盒可选地集成在次壳体中且可以被再填充或作为单元是一次性的。

根据本发明，加热器元件设置在单元的主壳体中。因此，加热器元件未被设置在一次性的盒中。这避免了在每个(一次性的)盒中提供加热器元件的需要且实现了利用另外的(一次性的)盒来再次使用加热器元件。这有助于更加可持续的单元。

通过在主壳体中一起设置加热器元件和能量源，诸如电池，优选为可再充电的电池，可以实现稳定的连接和能量供应。这防止了由于不正确地连接系统的不同的部分(诸如电子香烟)而引起的单元的故障。这种由于电路部分的非最佳的耦合而引起的故障是常规系统中存在的问题。

在主壳体中而不是在具有盒的次壳体中设置加热器元件的另一个优点是盒的生产过程可以被执行得更有效。事实上，当加热器元件被设置在主壳体中时，用输送流体填充盒可以被执行得快得多。这使得整体的生产过程更有效率。

根据本发明的加热器元件优选地包括可被成形为板、线、箔、管、泡沫、棒或任何其它适当的形状的导体，其优选地由可通过将电流施加到加热器元件的导体来加热的所谓的电阻加热材料制成。导体可由适当的材料(包括铝、FeAl、NiC、FeCrAl(铬铝钴耐热钢)、钛及其合金)制成。特别地，对金属钛的使用提供了良好的结果。

在根据本发明的当前优选的实施方式中的一个实施方式中，加热器包括作为导体的螺旋形金属线，其中线被提供有陶瓷层。提供具有螺旋形金属线的加热器，可实现输送流体的有效雾化和/或汽化。螺旋形金属线优选地设置在流体路径中。这实现电子流体的有效加热。

在线配置中的加热器的可选配置包括直线、单层或多层螺线管线、环形线圈单层或多层以及扁平线圈。在箔或板配置中的加热器的可选配置包括扁平、圆形、矩形形状、螺旋缠绕的和折叠配置。在管配置中的加热器的另一可选配置包括具有覆盖的多孔陶瓷层和可选地设置有(静态)混合结构或螺旋结构、管形的箔/板和螺旋缠绕式箔/板的金属管。在泡沫配置中的加热器的又一可选配置包括海绵结构。

在加热器元件的螺旋形实施方式中，螺旋形金属线的中心轴或纵向方向定位成实质上横向于在流体路径中的主流体流动方向。在根据本发明的当前优选的实施方式中，螺旋形加热器具有实质上设置成横向于流体路径的中心轴。甚至更优选地，流体路径被设计成使得吸入的流体在横向于加热器元件的中心轴的方向上穿过螺旋形线。这增强了输送流体的雾化和/或汽化，从而提高对这些过程的控制和/或减小执行这些过程所需的能量的量。这提高了根据本发明的单元的寿命。可选地，在主壳体中设置了空气导管以在朝向加热器元件的实质上横向的方向上引导空气。

在当前优选的实施方式中，加热器元件包括导体和被配置成控制雾化和/或汽化的多孔陶瓷层。

设置在导体上或相邻于导体的陶瓷层实现对加热器温度的有效控制，从而防止燃烧在输送流体中的组分和/或系统的其它元件(例如缓冲材料)。这通过防止不希望有的组分存在于吸入的流体中而提高了吸入的流体的质量。

使用陶瓷用于加热器似乎看起来违反直觉，因为陶瓷被认为是绝热体，或至少是热的不良导体。然而，出人意料的是，陶瓷层在对输送流体的加热方面确具有积极的效果。发明人发现陶瓷层可以使导体的温度的峰值平坦，从而防止输送流体的燃烧。重要的是，陶瓷层的孔隙允许输送流体接近电导体，即，从热的视角来看，可以说孔隙降低了层的有效厚度。因此，孔隙减轻了通常传导性差的陶瓷的热传送方面的不良效果。此外，孔隙增加了陶瓷与输送流体之间的接触表面，从而还增强了从加热器到流体的热传送。因此，即使陶瓷材料其本身是热的不良导体，但是多孔陶瓷层实现了输送流体的有效加热，以用于输送流体的汽化和/或雾化。

作为另一效果，陶瓷层向导体提供结构和稳定性，从而总体上增加加热器的强度和稳定性。如果系统被应用为电子香烟，则这是特别相关的。这样的电子香烟受到很多运动、振动和/或其它冲击。例如，增加的稳定性防止发生故障和/或防止加热器与系统的其它部件(包括例如浸泡在诸如电子液体的输送流体中的织物的缓冲材料)的接触。这防止部件的不希望有的燃烧。此外，陶瓷层防止重金属的释放。

提供具有导体和陶瓷层的加热器元件提高了再次使用加热器元件用于另外的(一次性的)盒的可能性。结果表明，例如，这样的加热器元件相比于常规加热器元件对污垢更不敏感。

此外，陶瓷层实现吸收和/或在陶瓷层的孔中的诸如电子液体的输送流体的吸收。这实现了能量从导体到包括电子液体的输送流体的有效传送。

在根据本发明的当前优选的实施方式中，陶瓷层具有在5-300μm、优选地10-200μm、更优选地15-150μm的范围内的厚度并且最优选地，厚度是约100μm。

通过给陶瓷层提供足够的厚度，提高了加热器的稳定性和强度。此外，增加了绝缘，实现热传递和/或热产生的控制。陶瓷层的厚度可适于电子液体的类型和/或特定的系统和/或期望的特性。这个灵活性在生产期间提供根据本发明的系统的另一优点。

优选地，使用等离子体电解氧化将陶瓷层设置在导体上或导体处。加热器元件优选地由钛材料和/或其它适当的材料制成，使用等离子体电解氧化，多孔金属氧化物层(例如氧化钛)在所述材料上生长。等离子体电解氧化使相对厚的钛氧化层能够通过将钛(其部分)氧化成氧化钛而从钛(>130μm)生长。特别地，钛的使用提供了良好的结果。因而产生的层是多孔的、柔性的和弹性的氧化钛陶瓷。与标准阳极氧化(15-21V)比较，等离子体电解氧化(>350–550V)需要高得多的电压。在这个高电压下，微放电电弧出现在钛或其它材料的表面上，并引起厚(钛)氧化物层的生长。其它金属(例如铝或镍铬合金)也可用于根据本发明的系统的加热器元件。例如，结果表明，可在产生柔性和弹性陶瓷层的大约13μm厚度的铝箔上实现陶瓷层。使用等离子体电解氧化来提供陶瓷层的有利效果之一是，由于在氧化期间该层从金属生长，所以陶瓷层到金属的粘附是极好的。

在当前优选的实施方式中，加热元件的结构包括钛、铝或任何其它阀金属(诸如，镁、锆、锌、铌、钒、铪、钽、钼、钨、锑、铋或一种或几种以上金属的合金)的细线。这样的阀金属能够形成氧化物层，其在它的表面上形成保护层并接着使它停止进一步氧化。在当前优选的实施方式中，钛用于加热元件，考虑到它的相对高的电阻，实现相对快的加热过程。线通过等离子体电解氧化覆盖在另一侧上。通过将钛线放置在电解液中来完成等离子体电解氧化。例如，电解液包括15g/l(NaPO₃)₆和8g/lNa₂SiO₃.5H₂O。通过冷却将电解液维持在25℃的温度。线用作阳极并放置在包含电解液的容器中。不锈钢阴极位于线周围。约0.15A/cm²的电流密度被维持在线和阴极之间。以大约1000Hz的脉冲模式施加电流。在线和阴极之间的电势快速增加到约500伏。这创建在阳极线上的等离子体电解氧化过程并创建陶瓷层。因为线是小尺寸的(100微米)，所以它具有相对高的电阻61Ohm/m。通过在使用个人电子输送系统期间将电流施加到线，线变热。将理解的是，过程参数可取决于加热元件的结构和/或其尺寸。

在可选的实施方式中，例如使用等离子体电解氧化将金属(例如铝、钛或其它阀金属)板在至少一侧上覆盖有陶瓷层。由于金属板电阻，所以它的温度在电流被施加时增加。此外，结构可被蚀刻到金属内，提供具有相对高的电阻的金属的金属条。例如可以使用电化学加工来执行蚀刻。

加热器元件的可选的制造方法包括烧结或火花等离子体烧结、通过在富氧环境中加热而进行的金属的表面层的氧化、阳极氧化和等离子体喷涂。此外，可能例如使用喷涂来沉积覆盖在加热器元件的导体上的铝或其它材料，并使用等离子体电解氧化将所沉积的材料氧化成氧化物。

加热器元件的另外的可选的制造方法包括化学气相沉积、物理气相沉积、电化学加工(ECM)、化学或电化学氧化、涉及200℃或300℃以上高温的热处理并暴露于氧气和例如在烧结步骤之后涉及含钛的颗粒浆的涂覆或浸渍。而且，加热器元件的芯可以设置有一层钛或铝或类似材料(电镀)，这在前述制造方法中的一个或多个之后实施。

在当前优选的实施方式中，提供具有孔隙率的陶瓷层，使得输送流体被从缓冲物传送到导体的附近区域。

通过提供多孔陶瓷层，可能配置陶瓷层，使得输送流体穿过或沿着陶瓷层被传送，使输送流体能够从缓冲物传送到导体。这防止提供单独的缓冲物(例如缓冲织物)的需要。

优选地，陶瓷层具有在10-80％、优选地在15-50％、更优选地在20-30％的范围内的孔隙率、且最优选地具有大约25％的孔隙率。已证明，特别是在20-30％的范围内的孔隙率提供在特别是陶瓷层和加热器作为整体的性能中的最佳状态。此外，已证明，使用等离子体电解氧化来提供陶瓷层是有益的，因为它实现对所产生的层的孔隙率的控制。

在根据本发明的当前优选的实施方式中，输送流体传送元件包括加热器元件的多孔陶瓷层，其被配置成控制输送流体的雾化和/或汽化。

通过使用多孔陶瓷层来将输送流体朝向加热器元件的导体进行传送，输送流体的有效传送变成可能。这避免了或至少减少了对隔离输送装置的需要，从而使得单元更加高效。

在根据本发明的当前优选的实施方式中，输送流体传送元件包括盒穿透元件。

通过提供含有穿透元件的传送装置，传送装置自单元的壳体在(一次性的)盒中延伸。优选地，穿透元件当插入盒中和/或连接主壳体和次壳体时穿透盒的密封件或密封的元件。

在根据本发明的当前优选的实施方式中，单元还包括配置用于当加热器被接通时提供功率增加的功率和/或电流增加电路。

通过提供功率和/或电流增加电路，当接通加热器时，功率可暂时增加。这样的电路可包括一个或更多个电容器和/或一个或更多个线圈。该电路增强加热器的效果和/或降低对电源的要求。

在当前优选的实施方式中，电容器(优选地所谓的超级电容器)被包括在提供峰值电流(优选地当电子香烟的用户开始吸气时)的电路中。当激活加热器以雾化和/或汽化流体时，加热器温度必须增加。通过提供(超级)电容器，可以更快地和几乎即时地执行这个温度增加。这使设备(例如电子香烟)能够在它的出口处几乎直接提供包括雾化和/或汽化的输送流体的流体。当激活加热器元件时的电流增加/峰值导致在用于雾化和/或汽化输送流体的加热的加热器元件中的热形成。根据本发明的加热器元件包括优选地能够吸收和/或吸收输送流体的多孔陶瓷层。这使加热器元件能够直接以雾化和/或汽化开始。作为另一有利的效果，当激活加热器元件时，不需要电池来提供峰值电流。这使得能够提供较小的电池，从而能够依照例如常规香烟的尺寸形成电子香烟的尺寸。此外，在额外的电路包括(超级)电容器的情况下，电池不受到峰值要求且因此可在更恒定的水平下操作。这提高电池的寿命。在加热器元件被去激活之后，电容器可由电池充电。在有利的实施方式中，加热器元件由具有在低温(例如20℃)下的相对低的电阻和在高温下的高电阻的钛材料制成。这使得能够在激活加热器元件时向加热器元件提供较高的电流，而在加热器元件到达其最佳操作温度之后，所施加的电流较低。事实上，在汽化和/或雾化温度下的钛的电阻对于电池是最佳的。在使用(超级)电容器的情况下，电池不再限制加热器元件的(最小)电阻，从而实现加热器元件和包括这个加热器元件的设备的改进的设计。特别是，超级电容器与钛线导体的组合看起来是有益的。

在根据本发明的当前优选的实施方式之一中，超级电容器被连接到充电连接器，其配置成用于将超级电容器连接到用于给超级电容器充电的外部电源。这实现超级电容器的外部充电，而不需要电池供应对超级电容器进行充电的电能。在另一优选的实施方式中，系统不包括电池。在这个实施方式中，超级电容器供应所有所需的能量并且被从外部电源充电。优选地，超级电容器具有12法拉第或更多的电容。这减小系统的部件的数量，减小系统重量并立即提供用于汽化/雾化的能量。可选地，例如使用可再充电电池在香烟盒中对系统进行充电。

在当前优选的实施方式中，加热器元件的导体由NiCr(并且优选地由钛)制成。与NiCr相比，钛的电阻随着温度更快地增加。

根据本发明的实施方式，功率和/或电流增加电路可以与加热器元件一起设置在主壳体中。这确保了例如不被与盒的连接策略所妨碍的电路元件的有效耦合。这提供了稳定的单元。此外，例如，通过在主单元中设置该电路和加热器元件，再次使用成为可能，从而实现了使用更加坚强的且更加可持续的材料。

本发明还涉及用于个人电子输送单元的盒，所述盒包括：

-容器，其被配置用于保持输送流体；

-密封件，其被配置用于密封所述容器，其中所述密封件被配置成在将所述盒插入壳体中时被穿透或被移除；以及

-输送流体路径，其被布置成将所述输送流体从所述盒传送到设置在所述单元中的加热器元件中。

所述盒提供如关于单元所描述的相同的效果和优点。

优选地，盒包括被配置用于将输送流体从所述盒容器朝向所述加热器元件传送的盒流体传送元件。这样的盒流体传送元件可以包括芯。当在使用中时，输送流体利用该芯朝向设置在壳体中(优选地在主壳体中)的加热器元件传送以实现再次使用具有另外的(一次性的)盒的加热器元件。

优选地，所述盒流体传送元件包括当与所述输送流体接触时膨胀的膨胀芯。更优选地，当将所述盒插入次壳体中和/或将次壳体连接到主壳体时该膨胀芯被带入与流体接触。当膨胀时，膨胀芯能够将输送流体从盒容器朝向加热器元件进行传送。优选地，盒容器被配置成使得所述膨胀使得芯更靠近加热器元件。

根据本发明的另外的实施方式中，芯包括密封件。密封件优选地在将盒插入和/或连接在单元中之前密封容器。在一个实施方式中，在将所述盒连接到所述单元的壳体时例如通过早前所提及的盒穿透元件穿透密封件。在另一个实施方式中，密封件在将盒连接到单元的壳体时被融化(melted)。融化可以通过供应从电池和/或可包括(超级)电容器的电路到密封件的电流来实现。这提供了在将盒插入和/或连接到单元之后移除密封件的有效方式并实现了输送流体从盒容器朝向加热器元件的传送。

本发明另外还涉及包括如以上所述的个人电子输送单元和盒的电子香烟组件。

电子香烟组件提供如关于单元和/或盒所描述的相同的效果和优点。

本发明另外还涉及对如本文所述的用于将输送流体输送到人的个人电子输送单元和/或盒的使用，包括以下步骤：

-提供如之前所述的包括单元和盒的所述电子香烟组件；

-在所述出口或接口管处吸气以在所述流体路径中提供异常低压使得周围空气被吸入所述入口；以及

-利用设置在所述单元中的所述加热器元件使所述输送流体的至少一部分雾化和/或汽化并在所述出口或接口管处输送被雾化和/或汽化的输送流体。

所述使用提供如关于单元、盒和/或其组件所描述的相同的效果和优点。所述使用优选地涉及电子香烟组件的使用。所述使用提供将输送流体输送到人的有效装置，例如以提供吸烟的感觉，而不通过燃烧输送流体和/或系统中的组分而增加健康问题。

优选地，加热器包括具有陶瓷层的导体。更优选地，使用等离子体电解氧化来提供陶瓷层。等离子体电解氧化优选地被使用，因为它实现对陶瓷层的孔隙率和/或厚度的控制。

优选地，在使用中，加热器达到在50-300℃、优选地在100-200℃且更优选在120-180℃的范围内的温度。如所示，在这些温度下，可实现输送流体的良好雾化和/或汽化。

在根据本发明的有利的实施方式中，所述使用包括从所述盒容器向所述壳体中的加热器元件提供所述输送流体的步骤。事实上，输送流体被从(一次性的)盒带到被设置在单元中且可以还用于将来的盒的加热器元件。例如，可以使用芯来实现传送。这样的芯的示例之前已经关于盒进行了描述。

优选地，所述使用还包括提供包括超级电容器的功率和/或电流增加电路的步骤。如之前所述，这改进了具有盒的单元的有效操作，从而提供了到人的流体的有效输送。

本发明另外涉及用于生产如本文所述的个人电子输送系统和/或盒的方法，所述方法包括：

-提供包括之前所述的单元和盒的所述电子香烟组件的步骤。

所述方法提供如关于单元、盒、组件和/或其使用所描述的相同的效果和优点。此外，生产方法可包括如本文关于个人输送系统和/或雾化组件所描述的步骤。

优选地，生产方法还包括提供配置用于提供能量给加热器的能量源。

优选地，加热器被提供为具有含陶瓷层的导体。更优选地，陶瓷层是使用等离子体电解氧化来进行提供的。使用等离子体电解氧化，因为其实现对陶瓷层的孔隙率和/或厚度的控制。

优选地，所生产的陶瓷层具有在5-300μm、优选地10-200μm、更优选地50-150μm的范围内的厚度，并且最优选地，厚度是约100μm。

在等离子体电解氧化过程的示例中，陶瓷层的厚度是通过控制电压、过程的持续时间、电流密度、电解液浓度和组分来进行控制的。

优选地，加热器的导体被设置为阀金属，优选地为钛。

在实施例中，导体作为螺旋形金属线被提供，其中线被设置有陶瓷层。螺旋形加热器被设置成其中心轴实质上在流体路径的纵向方向上。

优选地，陶瓷层的孔隙率被设置成使得输送流体通过陶瓷层从缓冲物被传送到导体附近。在等离子体电解氧化过程的示例中，陶瓷层的孔隙率是通过控制电压和过程的持续时间来进行控制的。优选地，陶瓷层设有在10-80％、优选地在15-50％、更优选地在20-30％的范围内的孔隙率、且最优选地具有大约25％的孔隙率。

在实施方式中，缓冲物被设置成实质上围绕加热器，其中缓冲物设置有被配置成用于将输送流体传送到加热器的开口。缓冲物可以通过管状容器来形成，其中开口被设置在所述容器的壁中以用于将输送流体从缓冲物传送到流体路径，并传送到加热器。优选地，开口被配置成实现文氏管效应以用于将输送流体传送到加热器。可选地，开口可以被设置在凹槽中。例如，开口或孔可以通过激光切割、钻孔、加工、电化学加工、冲孔、冲压、压制、模切、穿刺或以其他方式来形成。此外，缓冲物可以通过模制生产成包括开口。

生产方法可以可选地包括提供被配置用于当加热器被接通时提供功率和/或电流增加的功率和/或电流增加电路。优选地，该电路包括超级电容器。优选地，超级电容器连接到被配置用于将超级电容器连接到用于充电的外部电源的充电连接器。

本发明的另外的优点、特征和细节在其优选实施方式的基础上被阐明，其中参考了附图，在附图中：

-图1根据本发明示出了电子香烟；

-图2A-V根据本发明示出了加热器元件的配置；

-图3A-3B示出产生图2的加热器元件的等离子体电解氧化室的设置；以及

-图4示出在图3的室内的加热器元件的制造中随着时间的变化的电压；

-图5根据本发明示出加热器元件；

-图6A-6B示出功率/电流增加电路的实施方式；

-图7A-7C示出根据本发明的盒的实施方式；

-图8示出与钛和NiCr的温度有关的电加热器元件的电阻；以及

-图9示出根据本发明的电子香烟的可选实施方式。

电子香烟2(图1)包括主壳体4和含盒8的次壳体6。在所示实施方式中，次壳体6是可再次使用的且盒8可以通过开口和/或移除接口管10来更换。将理解的是，本发明也可应用于具有它配置的单元，以及所示实施方式仅为了示例性目的。例如，优选地连同盒8，次壳体6可以是一次性的。

技术人员从常规电子香烟已知的、包括部件之间的连接的细节已经被从图示中省略以减少附图的复杂性。

主壳体4包括具有空气入口14的(LED)指示器12、空气流传感器16、开关18和电池20。沿空气路径22将来自入口12的空气提供到传感器16。开关18包括连接到香烟2的相关部件的电子电路板。从传感器16，吸入的空气沿着在电池20和主壳体4的内部之间的气隙24中的空气路径22朝向主壳体4的另一端26流动。可选的空气导管28引导空气朝向加热器元件30，优选地使得空气被设置成在与加热器元件30的中心轴32的实质上横向的方向上。连接器34将加热器元件30连接到电池20。在所示出的实施方式中，提供了电流增加电路36。主壳体4的连接器38a将主壳体4连接到次壳体6的连接器38b。

流体传送元件40实现了输送流体从盒8朝向加热器元件30的传送。在所示出的实施方式中，传送元件40是芯吸材料(例如硅石、棉花等)制成的芯41。

电池20可以是包括实现再充电所需的连接的可再充电电池。

盒8包括诸如电子液体(例如甘油、丙二醇、尼古丁的混合物)的输送流体。

在优选实施方式之一中，加热器元件30包括金属钛芯30a的线，其中陶瓷钛氧化物层30b在金属芯周围。电子液体被吸收和/或吸收在多孔陶瓷层中。通过使电流穿过金属钛芯来加热线30。线30被加热，且电子液体被蒸发和/或雾化。混合物在接口管10处被提供到空气路径22的出口10b。

加热器30实现提高的温度控制和通过改变多孔陶瓷层的特性(例如厚度、孔的尺寸和孔隙率)而在时间上控制电子液体蒸发量的能力。

当在出口10b处吸气时，实现了在空气路径22、24中的负压。空气穿过入口14被吸入。传感器16检测空气流，且开关18的电路板将指示信号发送到指示器12。电池20向加热器30提供电力，其加热从盒8供应的电子液体并汽化和/或雾化液体使得用户可吸入其中的期望组分。

在所示实施方式中，加热器30的纵轴32实质上平行于空气路径22。将理解的是，根据本发明，其它配置也是可能的。

将示出根据本发明的加热器元件的几个实施方式。加热器42(图2A)包括作为导体的电阻加热材料44a和多孔陶瓷层44b。加热器46(图2B)被缠绕为螺线管48(图2C)，其类似于如图1中所示的加热器28。在可选的配置中，加热器50被配置为例如环形线圈(图2D)或扁绕线圈51(图2E)或扁平螺旋线52(图2F)。

在系统2的所示实施方式中，缓冲物30被设置在空气路径28和加热器32(也见图2G)周围。在可选的实施方式中，液体储器54被设置在加热器56(图2H)的螺线管内部。

另外的可选配置包括被缠绕为环形线圈结构(其中液体穿过在环形线圈结构的内部且空气流穿行在环形结构周围)的加热器58(图2I)。另外的可选配置包括形成为扁绕线圈的加热器60(图2J)。此外，加热器62(图2K)可包括作为在覆盖的多孔陶瓷层66上的导体的电阻加热材料64的路径层，或可选地，加热器68可包括导体层70，其中，其上设置有覆盖的多孔陶瓷元件或斑72(图2L)。可选地，加热器74包括导体层76和陶瓷层78(图2M)和可选地包括额外的陶瓷斑80(图2N)。另一实施方式包括具有螺旋配置缠绕的导体84的多孔陶瓷层82(图2O)。

其它实施方式包括具有被覆盖有陶瓷层88的静态混合形式86a的导体管86(图2P和2Q)。作为另一可选形式，导体90是具有陶瓷层92的管(图2R)。管90a可以在内部填充有液体并且在外面具有空气流(图2S)，或管90b在内部具有空气流并且在外部具有液体缓冲物(图2T)。可选地，陶瓷层设置在管90的内部和外部。此外，管90可包括具有电阻加热材料和陶瓷材料的多个较小的管或线94(图2U)。另一可选的配置(图2V)涉及覆盖有多孔陶瓷材料98的电阻加热金属泡沫或海绵96。

加热器32的所公开的实施方式提供可应用于系统2的根据发明的加热器的例子。

优选地使用等离子体电解氧化来制造根据本发明的加热器元件。作为例子，仅为了说明性原因，下面将公开关于根据本发明的加热器元件的一些可能的配置的一些制造方法。

在加热器元件的第一实施方式中，执行直接连接到阳极的钛线的等离子体电解氧化。

对于等离子体电解氧化，使用了等离子体电解室102(图3A)。工件104连接到阳极106。工件104夹/固定在两个螺钉或夹具108之间，两个螺钉或夹具108连接到电源的接地端/地线(阳极104)。在所示实施方式中，阴极110包括不锈钢蜂窝电极112，其在使用中被放置在工件104之上的近距离处。电解液114在电极112和阳极106之间流动，并连同所产生的氧气和氢气一起有效地向上流动穿过蜂窝电极112。电解液流出物116连同氢气和氧气一起然后被冷却并可选地返回到室102。在所示实施方式中，电解液114的温度从进入等离子体电解氧化室102的大约11℃增加到离开室102的25℃，并接着使用热交换器(未示出)来冷却。

在所示室102中，两个电源(Munk PSP系列)串联连接：一个是350伏特和40安培，而第二个是400伏特和7安培，导致750伏特和7安培的最大值，因而产生的最大功率是5.25kW。电源可直接连接到阳极106和阴极110，导致等离子体的直流(DC)操作。可选地添加的开关电路提供使用DC脉冲操作等离子体的选项。脉冲的频率可设置在DC和1kHz之间，且不同的波形(块、正弦或三角形)可被选择。优选地在脉冲电流模式中以大约1000Hz的频率(接通-关断)、优选地以设置在固定值的电流执行等离子体电解氧化，且作为多孔氧化物层的生长的结果，电压在时间上增加。在1和7安培之间的电流可用于产生陶瓷层。

为了产生根据本发明的加热器元件，在室102中，钛线202(图3B)被作为工件104放置在连接到不锈钢阳极的钛板204的顶部上。可选地，阳极直接连接到线202。电解液包括8g/l NaSiO3*5H₂O和15g/l(NaPO3)₆。使用由具有0.5mm的直径和60cm的长度的第1级钛制成的钛线。线被卷成圈并连接到阳极。高于500伏特的电势施加在阳极和阴极之间，导致在钛线的表面上的微电弧放电。在线的表面上，金属钛在添加有来自电解液的硅酸盐和磷酸盐的情况下被氧化成氧化钛。金属层转换成包含氧化钛、磷酸盐和硅酸盐的多孔陶瓷层。这导致根据本发明的加热器元件302(图5)。

电流增加电路402(图6A)包括电池404、变压器(trafo)406、加热器元件408和(超级)电容器410。电路402中的其它部件包括二极管412、电阻414、响应于吸气的开关416、晶体管418。将理解的是，电路402中的部件可以被用其它部件来代替和/或额外的部件可被应用。例如，可选的电路420(图6B)包括电池422、加热器元件424、电容器426、开关428、电阻器430和二极管432。

当开始吸气时，电容器410、426将额外的电流供应到加热器元件408、424以加速加热器元件408、424的温度增加并紧接着开始雾化和/或汽化。优选地，加热器元件由展示在室温下的相对低的电阻和在增加的温度下的较高电阻的钛材料制成，从而实现对激活信号的快速响应时间。

关于盒8的不同实施方式可以被设想。在一个实施方式中，盒502(图7A)被设置有填充有电子液体的容器504。密封件506在将容器504连接到主壳体4之前密封容器504。芯元件508在连接主壳体和次壳体4、6时穿透密封件506。在所示出的元件中，芯元件508用作盒穿透元件且可以与被连接到加热器元件30的输送流体传送元件/芯40集成。可选地，芯40可以被提供作为多孔层30b的延伸。在所示出的实施方式中，边缘510被提供以在连接主壳体和次壳体4、6之后支持芯元件508。

在另一个实施方式中，盒602(图7B)包括填充有电子液体的容器604和芯元件606。芯元件606在其外表面的至少部分处设置有密封件608。在将次壳体6连接到主壳体8时密封件608被穿透，其中穿透元件例如与芯40组合进行设置。可选地，通过在将次壳体6连接到主壳体8时提供来自电池20和/或(超级)电容器的电流，密封件608被融化。

在另一个实施方式中，盒702(图7C)包括填充有电子液体的容器704。膨胀芯706被设置在密封件708之上且在球或球阀710之下。在连接主壳体和次壳体4、6之后，芯706与电子液体接触、膨胀且朝向加热器元件30移动以在该方向上传送电子液体。

在当前优选的实施方式中，加热器元件的导体由NiCr(并且优选地由钛)制成。与NiCr相比，钛(图8)的电阻随着温度更快地增加。与定义在特定温度下的所测量的电阻的线性关系的钛的线性关系(y＝0.0104x+1.5567)相比，这用NiCr的线性关系(y＝0.0011x+2.164)示出。

在电子香烟802(图9)的另一实施方式中，通过连接器804从超级电容器806对加热器32提供能量。经由外部连接器808对电容器806充电。电容器806可被(半)直接和/或间接地充电。可结合具有香烟存储隔间812和带有电池816的电池隔间814的香烟盒810来执行这样的间接充电。在充电状态中，充电连接器818接触连接器808，且超级电容器806被充电。在所示实施方式中，电池816通过连接器820是可再充电的。

为了示出加热器元件30的制造，讨论了三个实验：1)在15分钟期间为0.5安培，2)在15分钟期间为1安培，以及3)在15分钟期间为2安培。在等离子体电解氧化之前和之后测量线的质量和直径。线被放置在水中5分钟，且质量被测量为在线上吸收的水的量的指示。可在图4中看到三个不同的电流设置的随时间的变化的电压，且在表1中呈现在氧化之前和之后的某些另外的材料信息。

表1：材料信息

在不同的工艺条件(包括在一小时的处理时间期间以5安培(线1)和1安培(线2))下制造陶瓷线。结果在表2中示出。

表2：陶瓷层的厚度、孔隙率和两个陶瓷钛线的吸收

	时间+电流	陶瓷厚度	孔隙率	吸收	电阻
						线1	1小时@5A	55μm	45％	21μl	1.4Ω
线2	1小时@1A	30μm	50％	13μl	1.3Ω

线1：在等离子体电解氧化(PEO)之前

L＝0.5m、D＝0.500mm、R＝1.2Ω、R_计算＝2.44Ω/m、吸收(水)＝4μl

线1：在PEO之后(在60分钟期间为5A)

L＝0.5m、D＝0.610mm、R＝1.3-1.4Ω、吸收(水)＝21μl、孔隙率＝44％

线2：在PEO之前：

L＝0.5m、D＝0.500mm、V＝9.8e-8m³、m＝4.2992e-4kg、ρ＝4379kg/m³

线2：在PEO之后(在60分钟期间为1A)

L＝0.5m、D＝0.5610mm、V＝1.236e-8m³、m＝4.512e-4kg、ρ＝3650kg/m³、m_氧化层＝2.13e-5kg、V_氧化层＝2.56e-8m³、M_{没有孔隙率的估计}＝4.452e-5kg、孔隙率＝50％,所计算的吸收＝12.8μl

将理解的是，对于可选的线，其它条件将适用。例如，对于具有0.1mm的直径的线，R_计算＝61Ω/m。具有6.5cm的长度的这样的线将给出4Ω的电阻。在100μm的氧化物厚度的情况下，吸收1.3μl的量。150μm给出3.1μl以及200μm给出5.4μl。

实验示出根据本发明的系统的加热器元件的制造可能性。

另外的实验已经被进行以产生加热器的其它配置。在一个这样的另一实验中，金属箔(优选地铝箔)优选地在早些时候描述的等离子体电解室中用作起始材料，其上提供有多孔金属(铝)氧化物层。表3示出在9分钟期间使用在5安培的恒定电流进行的等离子体电解氧化的所测量的值。13μm厚度的铝箔被氧化，其中产生13μm的氧化铝厚度。

表3：对于5A的恒定电流、进入等离子体电解氧化室中(Tin)和从等离子体电解氧化室出来(Teff)的电解液的电压、电流、温度。

表4：显示过程的再现性

表4：对于5A的恒定电流、进入等离子体电解氧化室中(Tin)和从等离子体电解氧化室出来(Teff)的电解液的电压、电流、温度。

表5示出在2A的恒定电流下的铝箔的等离子体电解氧化的电压和电流。结果是13μm的厚氧化铝层。

表5：使用2A的恒定电流的等离子体电解氧化的电压和电流。

表6示出使用5安培的1kHz的脉冲恒定电流的铝箔的等离子体电解氧化的电压和电流。

表6：1kHz的脉冲恒定电流的电压和电流。

在另一实验中，等离子体电解氧化用于提供在钛箔上的>70μm的多孔的、柔性的和弹性的陶瓷层。等离子体电解氧化使被已知为陶瓷(TiO₂)的钛氧化物层生长。使用8g/lNa₂SiO₃*5H₂O(五水偏硅酸钠)和15g/l(NaPO3)6(六偏磷酸钠)的电解液。电解液被泵送到反应室内以充当电解液和充当冷却剂。使用来自第2级钛的具有124μm的厚度的钛箔。在制造过程中，电压随着时间的变化而增加。这个增加表示增加的电阻，并且可以可能由氧化钛(TiOx)层的生长来解释。较厚的TiOx层充当像在金属和电解液之间的绝缘层。可在表7中看到在时间上的因而产生的电压发展。

表7：对于使用等离子体电解氧化的在钛箔上的陶瓷层的产生的随着时间的变化的电压和电流

产生的箔结构可以被进一步处理(涉及电化学加工)。例如，可利用第2级钛的溶解以制成完美正方形通道。在使用电化学加工(ECM)的情况下，第2级钛以非常受控的方式局部地溶解，直到达到陶瓷层。完成的结果必须是具有正方形边缘的轮廓分明的通道且在陶瓷层的顶部上没有残渣。对具有被放置在用作阳极的钛板的顶部上的产品的反形状的阴极使用ECM过程。电势被置于阴极和阳极之间，使阳极溶解。

电解液浓度是5M NaNO₃。电流密度可以在20-150A/cm²的范围变化。以>60A/cm²的电流密度实现最好的结果。以脉冲模式操作电流，其中电流接通和断开的时间可变化。以16-80的接通/断开比和从0.05直到10ms的脉冲接通及从1ms直到160ms的脉冲断开实现最好的结果。这个额外的处理步骤也可应用于加热器的其它配置。

在当前优选的实施方式中，加热器元件由钛线或较不优选地由NiCr线制成。图8示出对于这两种材料的与温度有关的电加热器元件的电阻。如早些时候提到的，钛的使用对加热器元件是有益的。

上述实验示出制造加热器元件的不同配置并在例如电子香烟中实现这样的配置的可能性。

本发明决不限于以上描述的其优选的实施方式。所寻求的权利由所附权利要求定义，在所附权利要求的范围之内，可以设想很多修改。例如，在本发明的实施方式中，系统可以在其外表面(如壳体的外表面)上设置有太阳能电池板。太阳能电池板可以配置用于对电池或电容器充电。

Claims (25)

1.一种个人电子输送单元，包括：

-主壳体，其包括能量源并具有第一端和第二端，所述第一端带有空气入口，所述第二端具有主连接器，所述主连接器被配置用于连接到次壳体，所述次壳体被配置用于保持含有输送流体的盒且具有出口或接口管；

-流体路径，其实质上在所述空气入口和所述出口或接口管之间延伸；

-加热器元件，其设置在所述流体路径中、处或其附近，被配置用于加热所述输送流体，使得输送流体的至少一部分在所述流体路径中雾化和/或汽化，其中所述加热器元件在使用中连接到被配置用于提供能量到所述加热器元件的所述能量源，且其中，所述加热器元件被设置在所述主壳体中和/或附接到所述主壳体；以及，

-输送流体传送元件，其被配置用于将输送流体从所述盒传送到所述流体路径；以及

其中，所述加热器包括导体和被配置成控制所述雾化和/或汽化的多孔陶瓷层。

2.根据权利要求1所述的个人电子输送单元，其中，所述陶瓷层被使用等离子体电解氧化设置在所述导体上或所述导体处。

3.根据权利要求1或2所述的个人电子输送单元，其中，所述陶瓷层具有在5-300μm、优选地在10-200μm、更优选地在50-150μm的范围内的厚度，并且最优选地，所述厚度是大约100μm。

4.根据前述权利要求中的一项或多项中所述的个人电子输送单元，其中，所述陶瓷层设置有孔隙率，使得其能够进行吸收和/或吸收所述输送流体。

5.根据前述权利要求中的一项或多项中所述的个人电子输送单元，其中，所述陶瓷层具有在10-80％、优选地在15-50％、更优选地在20-30％的范围内的孔隙率、并且最优选地，所述孔隙率是大约25％。

6.根据前述权利要求中的一项或多项中所述的个人电子输送单元，其中，所述加热器包括阀金属，优选地包括钛。

7.根据前述权利要求中的一项或多项中所述的个人电子输送单元，其中，所述输送流体传送元件包括所述多孔陶瓷层。

8.根据前述权利要求中的一项或多项中所述的个人电子输送单元，其中，所述输送流体传送元件包括盒穿透元件。

9.根据前述权利要求中的一项或多项中所述的个人电子输送单元，还包括功率和/或电流增加电路，其被配置成用于当所述加热器被接通时提供功率和/或电流增加。

10.根据权利要求9所述的个人电子输送单元，其中，所述电路包括超级电容器。

11.根据权利要求10所述的个人电子输送单元，其中，所述超级电容器被连接到充电连接器，所述充电连接器被配置成用于将所述超级电容器连接到外部电源用于充电。

12.一种用于个人电子输送单元的盒，所述盒包括：

-容器，其被配置用于保持输送流体；

-密封件，其被配置用于密封所述容器，其中，所述密封件被配置成在将所述盒插入壳体中时被穿透或被移除；以及

-输送流体路径，其被布置成将所述输送流体从所述盒传送到设置在所述单元中的加热器元件。

13.根据权利要求12所述的盒，还包括盒流体传送元件，该盒流体传送元件被配置用于将输送流体从所述盒容器朝向所述加热器元件传送。

14.根据权利要求13所述的盒，其中，所述盒流体传送元件包括膨胀芯，所述膨胀芯当与所述输送流体接触时膨胀。

15.根据权利要求13或14所述的盒，其中，所述芯包括密封件。

16.根据权利要求15所述的盒，其中，在将所述盒连接到所述单元的壳体时，所述密封件被穿透。

17.根据权利要求16所述的盒，其中，在所述盒连接到所述单元的壳体时所述密封件被融化。

18.一种电子香烟组件，其包括根据前述权利要求中的一项或多项中所述的个人电子输送单元和盒。

19.一种至个人的输送流体的使用，包括以下步骤：

-提供根据权利要求18所述的电子香烟组件；

-在所述出口或接口管处吸气以在所述流体路径中提供异常低压使得周围空气被吸入所述入口；以及

-利用设置在所述单元中的所述加热器元件使所述输送流体的至少一部分雾化和/或汽化，并在所述出口或接口管处输送被雾化和/或汽化的输送流体。

20.一种用于生产个人电子输送单元和/或盒的方法，包括提供包括根据前述权利要求中的一项或多项中所述的单元和盒的所述电子香烟组件的步骤。

21.根据权利要求20所述的方法，还包括提供具有含陶瓷层的导体的所述加热器元件的步骤。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，提供所述陶瓷层包括执行等离子体电解氧化，并在所述导体的一侧上提供所述陶瓷层之后，优选地使用电化学加工来移除导体材料中的至少一部分。

23.根据权利要求20、21或22所述的方法，其中，在使用中，所述加热器达到在150-750℃、优选地在200-500℃、更优选在250-400℃的范围内的温度。

24.根据权利要求20-23中的一项或多项所述的方法，还包括从所述盒容器向所述壳体中的所述加热器元件提供所述输送流体的步骤。

25.根据权利要求20-24中的一项或多项所述的方法，还包括提供包括超级电容器的功率和/或电流增加电路的步骤。