CN107529822A - 用于产生烟雾的电子设备以及产生烟雾的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于产生投入人类呼吸道的烟雾的电子设备，烟雾具体地为尼古丁，该电子设备包括电源单元(1)和蒸发器单元(2)，其中，蒸发器单元包括具有加热元件(11)和流体输送元件(12)的加热系统，其特征在于，加热元件(11)包括电介质基板(11a)，电介质基板具有施加在其上的至少一个电阻层(11b)。

Description

用于产生烟雾的电子设备以及产生烟雾的方法
技术领域
本发明涉及一种用于产生烟雾的电子设备，并且具体地，涉及一种电子烟，其包括电源单元和具有加热系统的蒸发器单元。根据本发明的用于产生烟雾的设备用于管理到达人类呼吸道的烟雾形式的物质，具体地为尼古丁。
背景技术
数百年来，在这个世界上吸烟的现象是众所周知的并且近年来发明了电子雾化香烟。通过消除燃烧方法，它是传统香烟的另一个选择。此外，由于应用方式的相似性以及传统香烟的外观的相似性，其可帮助代替吸烟。取代固体形式的烟草，例如，基于二醇和丙三醇的尼古丁液体是电子烟中最常用的。尼古丁液体被加热，从而形成随后被吸烟者吸入的烟雾。电子烟通常包括至少三个基本要素。第一个要素是以任何形式存储能量的电源，通常是电力。例如，这可以是允许装置充电和重新使用的圆筒形电池。第二个要素是用于控制设备的功能的电子板。第三个要素是加热系统(否则是蒸发器或者雾化器)。这个系统由用于存储尼古丁液体的储存器和负责将材料加热到蒸发的温度的加热系统组成。
例如，从文献US 2012/204889[1]中，已知的是以蒸发器的电子烟形式产生烟雾的电子设备，其中，加热系统包括以灯芯的形式缠绕在流体输送元件上的电阻丝形式的加热元件。
这种已知的电子烟的缺点是由于难以安装电阻丝形式的加热元件而使其生产的时间增加。因此，这增加了生产这类香烟的单位成本。此外，电阻丝加热器频繁发生故障，原因是形成在冒烟的尼古丁液体的加热元件上的碳沉积阻止加热器排出热量，这进而降低蒸发效率，并且最终烧坏。例如，可以在活水下清洁加热器，但从电子烟的用户的视角看，该方法非常不方便。
在实用新型申请号CN 203633510[2]中已部分解决了这些问题。该文献公开了一种利用包含金属(优选地，不锈钢)形式的加热器电阻器的加热系统(蒸发器)产生电子烟形式的烟雾的电子设备。通过使用毛细力将尼古丁流体提供至电阻元件的表面，其中，该元件延伸通过电阻器。此外，以上金属电阻器可以是具有通孔的中空的陶瓷构件，尼古丁流体输送元件通过该通孔。
然而，这种解决方案的缺点是金属电阻器形式的加热元件是昂贵的部件，从而增加了香烟的制造成本。此外，其不是专门用于将电能转换为热。其特殊的结构(螺旋状的金属层)也使得难以引导尼古丁液体输送元件穿过其中。
从文献号CN203841119[3]中还已知由于毛细作用力(capillary force)利用蒸发器单元产生电子烟形式的烟雾的电子设备，蒸发器单元包括具有利用厚膜工艺(thick-film technology)用不锈钢形成的MMH加热电阻器的板形式的加热元件和圆筒形尼古丁流体输送元件。该设计还克服了具有电阻丝形式的加热元件的电子烟的缺点，但是由于加热元件是MMH加热电阻器，这类电子烟生产昂贵。高成本的加热器电阻器MMH是由于使用金属基板(尤其，不锈钢)的制品。这种材料很难处理，并且其在生产与板不同的形状的小部件(例如，尤其管状元件)中的使用中是非常昂贵的或者在小直径的情况下是不可能的。此外，MMH电阻器的生产十分复杂，因为基板必须与电阻层绝缘，并且因此需要另外的制造方法，这将会增加加热系统的最终成本。此外，由于需要检查绝缘层应用的精确度，因此在电子烟中应用MMH电阻器的生产成本升高。绝缘层应用不精确的发生会导致短路，这最终会导致控制系统的故障或者电子烟的电源的故障。
发明内容
因此，本公开提供了一种用于产生电子烟形式的烟雾的电子设备，其可帮助解决与电阻丝的使用相关联的缺点，并且此外可帮助确保蒸发法更高的效率并且与没有电阻丝的其他选择相比可更容易且更便宜制造。
本公开的一方面是用于产生烟雾的电子设备，包括电源单元和蒸发器单元，蒸发器单元包括具有加热元件和流体输送元件的加热系统，其特征在于，加热元件由具有施加在其上至少一个电阻层的电介质基板组成。
优选地，加热元件的设备基板由陶瓷制成。
优选地，加热元件的设备基板具有基本上为圆筒形的形状。
优选地，加热元件的设备基板基本上是平坦的。
优选地，加热元件的设备基板具有基本上为棱柱状的形状。
优选地，流体输送元件被插入通过加热元件。
优选地，流体输送元件包围加热元件。
优选地，流体输送元件仅与基板相接触。
本公开还涉及一种用于产生烟雾的方法，该方法包括使流体通过流体输送元件供给到用于产生烟雾的电子设备中的加热元件，其特征在于，所述流体被加热元件加热到合适的温度使得供给到加热元件的流体通过与加热元件的表面相接触而变成气相，加热元件包括电介质基板，电介质基板具有施加在电介质基板上的至少一个电阻层区域。
本发明的电子烟的加热元件的结构的优点主要是由于容易从加热元件中移除尼古丁流体输送元件便于维护(清洁)加热元件及其更换。此外，由于使用加热元件，本发明的电子烟可更容易且更便宜制造，加热元件是用厚膜工艺在陶瓷基板上形成的，陶瓷基板帮助消除很难产生而一些加热元件所必需的电连接。由于如在不锈钢(或其他金属)的情况下可通过浇铸方法而不是机械加工生产形成加热元件的基板的小陶瓷构件，因此可降低本发明的电子烟的成本。
此外，用厚膜制成的加热元件更能抵抗碳沉积的形成，与由电阻丝制成的传统加热器相比，其可显著地增加其使用期限时间。
附图说明
参照附图在实施方式中示出了根据本发明的电子烟，在附图中：
图1示出了本发明的电子烟的电源单元的示意图；
图2示出了本发明的电子烟的蒸发器单元的示意图；
图3示出了根据层状电介质基板的第一实施方式的流体输送元件的加热元件的俯视图；
图4示出了根据第一实施方式的流体输送元件的加热元件的立体图；
图5示出了根据另一实施方式的流体输送元件的加热元件的立体图；
图6示出了根据层状加热元件的第一实施方式的电子烟的纵向剖视图；
图7示出具有第二实施方式的流体输送元件的圆筒形加热元件的第一实施方式；
图8示出具有第二实施方式的流体输送元件的圆筒形加热元件的另一变形；
图9以分解形式示出了圆筒形加热元件的第二实施方式的电子烟；
具体实施方式
根据本公开的一种电子烟具有模块结构。电子烟的两个基本单元是：电源单元1和蒸发器单元2。
如图1中所示，电源单元1包括电池3、具有电路的电路板4、控制电子烟的操作的控制元件5、电池的充电插座6以及信息显示器7。电源单元1被设置在(在图6中进一步示出的)壳体8中，壳体旨机械地保护电源单元1并提供足够的视觉和审美质量。
当吸烟者激活控制元件5时发生激活电子烟，控制元件被放置在电源单元1的壳体8上。这使得利用电路激活位于电路板4上的控制系统。控制的目的是向位于蒸发器单元2中的加热元件11提供电压，该电压的源是电池3。
如图2中所示，蒸发器单元2具有烟嘴9、尼古丁储液器10、加热元件11、尼古丁流体输送元件12以及设置在蒸发器14的壳体的外壁中的入口13，蒸发器的以上元件连续组合以便形成空气通道。将蒸发器单元2放入壳体14中，壳体的功能是机械地保护蒸发器单元2以为整个系统提供紧密性从而防止尼古丁液体泄漏到环境中。蒸发器的壳体14可由透明材料制成并设置有材料的窗口15以使储液器10中的尼古丁的液位可视化。此外，蒸发器的壳体14提供整个单元的合适的视觉和审美质量。
蒸发器单元2是尼古丁液体被倒入其中的单元。蒸发器单元2内部的加热元件11施加热并将尼古丁液体转换成烟雾，然后用户通过电子烟吸入该烟雾。通过尼古丁流体输送元件12将尼古丁液体直接输送至加热器11。流体输送元件12在一侧上与储液器10接触。尼古丁储液器10可制成为单次使用的元件或可再充电的可再填充使用的元件。本领域技术人员将理解蒸发器单元2以及电源1还可以设置有除那些举例说明之外的其他部件或者可不具有这些部件中的某个部件。
图3至图5和图7至图8示出了根据本发明的加热元件11的实施方式。通常，用作加热器的加热元件11包括具有与所施加电阻层11b不导电的材料的圆筒形元件或者板形式的基板11a。本领域技术人员将理解电介质材料的基板可以是除基本上为板状或圆筒形以外的任何形状，例如，或基本上为棱柱状。本领域技术人员将理解术语“基本上(substantially)”还包括与指定的已知定义的形状相似的这种基板形状。通过厚膜工艺将电阻层11b施加到基板11a上。通过可以有利地仅与表面11a接触的尼古丁流体输送元件12将尼古丁液体输送至加热元件11的表面。加热器的目的是将所供应的电能转换成热能(热量)。通过厚膜工艺，可以通过电流流动通过沉积在基板11(优选地，陶瓷)上的电阻层11b将电能转换成热。由于电流流动通过电阻层11b，将陶瓷基板11加热至高温。尼古丁液体与基板的加热表面11a的接触导致尼古丁液体转换成烟雾。
由于尼古丁液体蒸发产生的气态的烟雾处于连接放置在电子烟顶部上的烟嘴9和位于其底部的进气口13的“空气通道(air path)”区域中。一旦吸烟者执行通过烟嘴9进行抽吸的动作，从尼古丁液体的蒸发中产生的烟雾就会进入肺脏。
设置在电源单元1处的信息显示器7由布置在电路板4上的电子电路控制，并且可显示电池3的电压电平的当前状态、在给定日子抽吸的数目等。
设置在电源单元1中的电路板4上的电子系统的附加功能是限制在单次使用期间加热元件11的运行时间检测在外部电源单元1的端子处的短路，控制电池3从外部电源充电并且根据电池3的电压电平形成施加到元件加热器11上的电压的形状和振幅以便在使用电子烟时获得最佳且一致的体验。
图3示出了根据本发明的加热元件11的第一实施方式。加热元件11具有由电介质基板11组成的板的形式，电介质基板具有用厚膜工艺施加的电阻层11b，尼古丁流体输送元件被插入(threaded)穿过所施加的电阻层。基板11a由电介质材料(例如，陶瓷)制成。这类材料的优点是对于生产这些小元件(例如，在不锈钢的情况下)使用铸造方法而不是加工法。
电阻层11b由具有电阻性质的导电材料制成，在电流流动通过元件期间电阻层将电能转换为热。电阻层可以是连续的或形成更复杂的组合的类似(不同宽度)直线的各种图案(参见图3)。电阻层的电阻值取决于其实现所使用的材料。可将电阻层施加到基板的内侧和外侧上。此外，一个基板11上可能存在几个分开的电阻层11b的区域，其将形成分开的加热器。
如以上所表示的，在蒸发器单元1中使用毛细管效应(capillary effect)，毛细管效应使尼古丁液体通过流体输送元件12直接在加热元件11的热表面上输送，从而使得产生烟雾。流体输送元件12的端部在储液器10中，并与尼古丁液体直接接触。
由于毛细管效应流体输送元件12整个长度变得饱和并且从而将尼古丁液体输送至加热元件11的表面，加热元件优选通过密封件与储液器10分离。在将加热元件11与储液器10中的流体分开时应用尼古丁流体输送元件12考虑到每次输送合适量的流体。尼古丁流体输送元件12与加热元件11的表面的接触面积越大，流体的量将会更大。尼古丁液体可以在基板表面11a或电阻层11b的表面上蒸发，其中，优选的一个是流体接触基板层因为在那里发生化学反应。
电子烟中的尼古丁流体输送元件12可以是一串陶瓷、网孔、棉花、或者其他良好的流体输送元件。流体输送元件12可以缠绕在加热元件11上(参见图8)或穿过加热元件(参见图3、图4、图5和图7)。如图4、图5、图7中所示，穿过加热元件11的数目可以是1、2或更多。例如，在这里可以查找一串陶瓷的实例：http://www.hangsenshop.eu/pl/51-sznurek-na-knoty-ekowool-silica。在图4、图5、图7和图8中，为了清楚起见，未示出电阻层11b，但本领域技术人员将理解其可以采用各种形状并且可以布置在基板的内层或外层上。
图6示出了根据第一实施方式的电子烟的纵向剖视图，其中将加热元件11制成为施加到陶瓷基板11a上的电阻层11b，即，加热元件11为板的形式。这种方法的主要益处包括消除用于连接加热元件11和电源3的蒸发器单元电缆的结构。通过在陶瓷基板11上应用电阻层11b实现了加热元件11与电源3的连接，该连接具有在连接至电源的基板11a上施加的电力点11c的形式的输出。电力点11c是固定的，从而相对于用作输出布线的解决方案通过减少在加热元件11的装配和拆卸过程中受损坏的风险而提供最大耐久性。
将如此构造的具有合适形状的加热元件11放入插座16中，该插座在位于蒸发器单元2中的加热元件11与电源3之间提供电连接。该连接使得加热元件11容易且迅速安装到电子烟(其是所谓的“快速释放耦接(quick release coupling)”类型)中，这对生产成本的降低具有显著的影响。由于安装到蒸发器单元2中的时间短且零件更少，因此生产成本降低。由于供电点11c是固定的，不需要确保加热元件11的正负之间的电流隔离的耐高温遮蔽层或者密封件的形式的附加元件。基板11a本身的形状提供了这种电力分离。
根据本发明的第一实施方式的加热元件11的优点是为电子烟的用户最大限度地简化执行这种任务，如清洁、维修以及替换流体输送元件尼古丁。液体尼古丁的流体输送元件12是可更换的，操作非常简单并且减少到将加热元件11拉出并将新的流体输送元件12用在上方或者可以通过孔将其插入至加热元件11的底座11a中。
图9示出了根据第二实施方式的电子烟的分解图。在这个实施方式中，加热元件是管状元件的形式，其中，电阻层11b被沉积到套筒11的外侧或内侧上或同时沉积到这两侧上。如在第一实施方式中，蒸发器单元使用毛细管效应，该毛细管效应使尼古丁液体通过输送元件直接在圆筒形加热器的热外表面上输送，从而形成烟雾。
流体输送元件12的端部位于尼古丁液体的单独的储液器10中，其中它们与尼古丁液体有直接接触。部分尼古丁流体输送元件12在与加热元件11的外表面直接接触的储液器10的外部。由于毛细管效应流体输送元件12的端部将尼古丁液体输送到尼古丁流体输送元件12的主要部分，并且因此尼古丁液体与加热元件11的表面接触。在将加热元件11进行加热之后，将产生烟雾。
通过使用圆筒形加热元件11和具有圆形截面的流体输送元件12，这些元件的接触表面显著增加。因此，由于提供至加热面积的更大量的流体，更大的接触面积将会产生更大量的烟雾。
此外，如在第一实施方式中，可以将如此构造的具有相应形状的加热元件11放置在插座(未示出)中，该插座在放入蒸发器单元中的加热元件11与电源3之间提供电连接。这是一种“快速释放耦接(quick release coupling)”。这种耦接使得加热元件11能够容易且迅速地安装到电子烟中，这对生产成本的降低具有显著的影响。生产成本的降低是由于蒸发器单元2中短的装配时间和更少的元件。由于供应点11c是固定的，没有必要使用设计成能在加热元件11的正负之间提供电流隔离的耐高温电缆套或者密封件的形式的附加元件。基板11a本身的形状提供了这种电力分离。第二实施方式的电子烟的结构还允许在一些情况下容易更换和维修加热元件11。当储液器10可移除时，在必要时可将其与安装在其上的流体输送元件12引起移除并清洁加热元件11。在吸完所有的尼古丁液体之后，具有流体输送元件12的储液器10是可更换的元件。
在另一个实施方式中，本发明涉及在电子设备中产生烟雾的方法。在所要求保护的方法中，由于特定加热元件流体在表面(加热面)上蒸发，这提高了烟雾产生的效率。该方法包括是流体穿过流体输送元件12而供给到加热器11，其中流体被由其上施加有至少一个电阻层(11b)区域的电介质基板11组成的加热元件11加热到合适的温度使得在与其表面接触时供给流体通过变为气态。本领域技术人员将理解加热元件的温度必须将流体加热到合适的温度从而由包含尼古丁的流体产生烟雾取决于几个因素，包括流体与加热元件的接触表面、液体输送的速率以及制成加热元件部件的材料。本领域技术人员根据流体类型将会知道如何修改加热元件及其电源的参数，以便获得合适的温度以允许将流体转换成烟雾形式。
本发明不仅限于由包含液体的尼古丁产生烟雾的电子设备。本领域技术人员将认识到本发明还包括用于产生与流体输送元件12使用的材料并且具体地与加热元件11使用的材料一致的任何化学组合物的流体的烟雾的其他电子设备。
在一些实施方式中，设备可以进一步包括设置在加热器上以帮助防止物理或化学损坏的保护层。例如，在一些实施中，可以在包括加热器11b的至少一部分电阻层上提供玻璃层。
在一些实施方式中，设备可以进一步包括设置为感测与加热元件11相关联的温度的温度传感器，例如，温度传感器可以安装在电介质基板的与侧面电阻层11b相反的一侧上。温度传感器的测量可以用于控制供应到加热器的电力以帮助例如使用传统的伺服反馈技术(servo feedback technique)将加热元件维持在所要求的温度下。
如已经提及的，加热元件可以采用任何多种不同的形状，例如，加热元件可以或者可以不包括流体输送元件通过其插入的孔。
为了解决各种问题并且发展本领域，通过举例说明其中可以实践所要求权利的本发明的各种实施方式的方式示出了本公开。本公开的优点和特征仅是实施例的代表性样本，并且不是穷举的和/或排他的。提供它们仅仅是为了帮助理解和教导请求保护的发明。应当理解，本公开的优点、实施方式、实例、功能、特征、结构和/或其他方面不应被认为是对由权利要求限定的本公开的限制或对权利要求的等同物的限制，并且在不脱离权利要求的范围的情况下，可利用其他实施例并且可进行修改。各种实施方式可以合适地包括不同于本文中特定描述的那些的所公开元件、组件、特征、部件、步骤、装置等的各种组合，由其组成或基本上由其组成，并且从而将理解从属权利要求的特征可以以不同于权利要求中明确给出的那些的组合与独立权利要求的特征结合。本公开可以包括目前没要求保护但是以后可能被要求保护的其他发明。
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Claims (16)

1.一种用于产生烟雾的电子设备，包括电源单元和蒸发器单元，其中，所述蒸发器单元包括具有加热元件和流体输送元件的加热系统，其中，所述加热元件包括电介质基板，所述电介质基板具有施加在所述电介质基板上的至少一个电阻层区域。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述基板由陶瓷制成。
3.根据权利要求1或2所述的电子设备，其中，所述基板具有基本上为圆筒形的形状。
4.根据权利要求1或2所述的电子设备，其中，所述基板基本上是平坦的。
5.根据权利要求1或2所述的电子设备，其中，所述基板基本上为棱柱状。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的电子设备，其中，所述流体输送元件被插入通过所述加热元件。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的电子设备，其中，所述流体输送元件包围所述加热元件。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电子设备，其中，所述流体输送元件仅与所述基板相接触。
9.一种用于产生烟雾的电子设备的蒸发器单元，其中，所述蒸发器单元包括加热元件和流体输送元件，其中，所述加热元件包括电介质基板，所述电介质基板具有施加在所述电介质基板上的至少一个电阻层区域。
10.根据权利要求9所述的蒸发器单元，其中，所述基板由陶瓷制成。
11.根据权利要求9或10所述的蒸发器单元，其中，所述基板具有基本上为圆筒形的形状。
12.根据权利要求9或10所述的蒸发器单元，其中，所述基板基本上是平坦的。
13.根据权利要求9或10所述的蒸发器单元，其中，所述基板基本上为棱柱状。
14.根据权利要求9或10或11或12所述的蒸发器单元，其中，所述流体输送元件被插入通过所述加热元件。
15.根据权利要求9或10或11或12所述的蒸发器单元，其中，所述流体输送元件包围所述加热元件。
16.一种用于产生烟雾的方法，包括使流体通过流体输送元件供给到用于产生烟雾的电子设备中的加热元件，其特征在于，所述流体被所述加热元件加热到合适的温度使得供给到所述加热元件的所述流体通过与所述加热元件的表面相接触而变成气相，所述加热元件包括电介质基板，所述电介质基板具有施加在所述电介质基板上的至少一个电阻层区域。
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