CN109640719A - 电子气溶胶生成吸烟装置 - Google Patents

Abstract

电子气溶胶生成吸烟装置包括主体，所述主体包括气溶胶形成基质的加热区。在所述加热区中或在所述加热区下游的所述主体的内表面的至少部分是疏水性或超疏水性表面。

Description

电子气溶胶生成吸烟装置

技术领域

本发明涉及电子气溶胶生成吸烟装置。

背景技术

已知各种吸烟系统，其中对气溶胶形成基质进行加热以便汽化来自基质的物质，从而形成可吸入气溶胶。在一些系统中，烟草材料条由插入到条中的加热器叶片加热。留在叶片上的残余物以及流动路径中的沉积物可能会影响吸烟体验。此外，通常不可能或者只能极其费力地清洁装置部分。

需要气溶胶生成装置减少残余物的量，具体地说，是减小清洁具有气溶胶形成基质或其组分的装置部分的需求。

发明内容

根据本发明，提供一种电子气溶胶生成吸烟装置。电子吸烟装置包括主体，所述主体包括气溶胶形成基质的加热区，其中在加热区中或在加热区下游的主体的内表面的至少部分是疏水性或超疏水性表面。

根据本发明的电子气溶胶生成吸烟装置可包括主体，所述主体包括气溶胶形成基质的加热区，其中主体包括：腔，其用于收容气溶胶形成基质；以及加热器，其布置在主体中且适于加热容纳在腔中的气溶胶形成基质。限定加热区中的腔的主体的内表面的至少一部分可以是疏水性或超疏水性表面。

在吸烟过程中接触气溶胶或气溶胶的残余物或受热气溶胶形成基质的残余物的组分的表面可能会被这些物质污染。

通过提供疏水性表面，优选的是超疏水性表面，可以阻止或减少在这些表面上形成残余物和冷凝。因此可以省略或减少对气溶胶生成装置的这些部分的清洁。此外，因为来自疏水性或超疏水性表面的污染物一般比较容易脱落，所以便于清洁。

特别是在包括加热器叶片和其中插入含烟草气溶胶形成基质的提取器部分的电子吸烟装置中，例如由于元件的脆弱性或有限的可接近性，清洁可能较为困难。

加热和气溶胶形成过程中残余物和副产物在例如加热区处或加热区下游的流动套管中的不存在或减少还可以改善吸烟体验并提供一种更可靠且可重复的吸烟体验。如果与气溶胶或气溶胶形成基质直接接触的加热器无污染物，那么加热器的性能或加热器的给定操作模式的性能可以维持。

在本文中，流动套管应理解为包含气溶胶生成装置中与受热气溶胶形成基质的物质接触的任何表面。因此，流动套管包含装置内部与气溶胶或受热气溶胶形成基质接触的任何表面，且通常布置在加热区及其下游。具体地说，流动套管可包含但不限于：加热区或加热区的部分；衔嘴中的流动套管；限定用于收容气溶胶形成基质的腔的表面，所述腔例如气溶胶生成制品的烟条；外部筒表面，所述筒含有气溶胶形成基质，例如可为装置的组成部分，或不可更换的或者还可再填充的筒。

疏水性或超疏水性表面可为涂覆到在加热区中或在加热区下游的主体的内表面的至少部分的疏水性或超疏水性涂层。例如，疏水性或超疏水性涂层可以涂覆到气流套管的内表面，涂覆到加热器的外表面的至少部分，或涂覆到限定主体中用于收容气溶胶形成基质的腔的内表面，所述腔例如加热棒或烟条。疏水性或超疏水性涂层可以涂覆到现有装置的部分的表面，例如，以改进其清洁特性。

疏水性涂层可以是例如无极性的，包括例如硅烷、碳氟化合物、氟化物或丙烯酸。无极性或非极性涂层或表面的定义是不存在任何局部电力负载。

超疏水性涂层例如可包括氧化锰聚苯乙烯纳米复合物、氧化锌聚苯乙烯纳米复合物、沉淀碳酸钙、碳纳米管，或者可以是二氧化硅纳米涂层。

有利的是，考虑到涂层的稳定性而选择疏水性涂层，以便确保在温度的作用下涂层不会出现劣化，且不会与例如烟草、基于尼古丁的液体以及在装置中生成的气溶胶发生化学反应。

可以通过本领域中已知的用于沉积薄膜的方法将涂层涂覆到下面的基底材料。可使用化学或物理沉积方法。例如，疏水性材料可以直接喷涂在待涂覆材料的表面上，或者可执行待涂覆材料的浸涂。更持久的表面处理是例如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、溶胶-凝胶过程和适用于薄膜涂层的其它沉积过程。

疏水性或超疏水性表面还可为微结构化或纳米结构化表面。

超疏水性表面可以是微结构化和纳米结构化表面的组合。例如，微结构化表面的微结构可具有纳米结构。

微结构化表面的结构大小可在1微米和数百微米之间，优选的是1和200微米之间，更优选的是1和100微米之间的范围内。

纳米结构化表面的结构大小可为几十纳米或几百纳米。纳米结构化表面的纳米结构的大小例如在10nm和800nm之间，优选的是在50nm和500nm之间，更优选的是在100nm和300nm之间。

疏水性或超疏水性涂层可以涂覆到微结构化或纳米结构化表面，或涂覆到微结构化和纳米结构化表面。

涂覆到微结构化或纳米结构化表面的疏水性或超疏水性涂层可以是上述疏水性或超疏水性涂层中的任一个。

微结构或纳米结构可以被提供到疏水性或超疏水性涂层。

通过组合结构和涂层，结构化表面的物理特性可以与涂层的化学特性组合。由此可以增强疏水性或超疏水性作用或者可以进行调适使得特定物质从相应表面中排斥出去。例如，针对要气溶胶化的气溶胶形成液体的特定气溶胶液滴大小或特定粘度，表面可调适成超疏水性的。

当形成表面的微结构或纳米结构时，可以增强涂层的化学特性。当在表面上形成的微结构或纳米结构与液滴大小有关时，这一情况可变得尤为明显。例如，超疏水性表面可通过在疏水性表面上散布具有测微大小的人造微凸体来实现。当液滴位于此类表面微凸体的顶部时达到超疏水性。

表面的疏水性或亲水性由液滴和其上布置有所述液滴的平坦固体表面之间的接触角θ限定。接触角是液滴对表面润湿性的量度。

疏水性表面具有大于90度的接触角θ。疏水性表面的接触角θ通常在90度和120度之间(液滴成珠状)。约90度的接触角是水在表面上的理想接触角，从而指示表面是防水的，但是仍然可以用水进行清洁。

超疏水性表面的特征在于较大接触角，且超疏水性表面难以被水润湿。

超疏水性表面具有大于150度的接触角。超疏水性表面的接触角θ通常在150度和180度之间(液滴成高度珠状)。

与疏水性相反，在亲水性表面上，水滴分散开来，且接触角θ极小。在这些表面上，水滴不会滚动，但是会滑动。

如本文中所使用，术语‘液滴大小’用于意指空气动力学液滴大小，它是按与所讨论的液滴相同的速度沉淀的单位密度液滴的球体的大小。在此项技术中使用若干量度来描述气溶胶液滴大小。这些量度包含质量中值直径(MMD)和质量中值空气动力学直径(MMAD)。如本文中所使用，术语‘质量中值直径(MMD)’用于意指液滴的直径，使得气溶胶的一半质量含于小直径液滴中且一半质量含于大直径液滴中。如本文中所使用，术语‘质量中值空气动力学直径(MMAD)’用于意指单位密度的球体的直径，所述球体具有与来自气溶胶的具有中值质量的液滴相同的空气动力学特性。

由本发明的吸烟装置生成的液滴的质量中值空气动力学直径(MMAD)可在约0.1μm和约10μm之间，或者MMAD可以在约0.5μm和约5μm之间，例如在0.5μm和3μm之间，如在0.8μm和1.2μm之间。液滴的MMAD可以等于或小于2.5μm。由本发明的吸烟装置生成的液滴的所要液滴大小可以是上文所描述的任一MMAD。所要液滴大小(MMAD)可以等于或小于2.5μm。

优选的是，用于在根据本发明的吸烟装置中生成气溶胶的气溶胶形成液体的粘度在1mPas和200mPas之间，优选的是1mPas和150mPas之间，例如80mPas和130mPas之间的范围内。

微结构化或纳米结构化表面可以通过本领域中已知的用于制造纳米结构化和微结构化表面的方法来制造。微结构化或纳米结构化表面例如可通过微喷丸硬化、飞秒激光加工、微等离子体处理、光刻或纳米压印光刻来制造。

微喷丸硬化是一种修改例如金属或复合物表面的表面的机械特性的冷作硬化工艺。在微喷丸硬化中，用足以引起塑性变形的喷丸(圆形颗粒，例如由玻璃、金属或陶瓷材料制成)撞击表面。借此，每一颗粒充当圆头锤，使得表面进行塑性变形(这与发生磨损的喷砂处理相反)。微喷丸硬化在制造随机表面结构时是有利的，例如，以便提供具有微凹陷的表面。相比于常规的喷丸硬化，在微喷丸硬化中使用的喷丸尺寸更小，且喷丸速度更快。给定表面材料和几何结构上的所要结构可通过适当选择喷丸材料和大小、喷丸强度和覆盖范围来实现。对于微喷丸硬化，通常使用大小在0.03mm到0.5mm之间的喷丸。对于吸烟装置中的表面的表面处理，优选的是，使用包括直径大小约为0.03mm的颗粒的喷丸。

通过飞秒激光，可以在一个步骤中执行微结构和纳米结构。此方法基本上适用于所有材料，且易于扩展到要实现的所要结构大小和结构图案。可以使用随机结构以及周期性结构。具体地说，几十或几百纳米的纳米结构，例如，100nm到300nm或低至10nm的纳米结构，可以利用飞秒激光处理。这个方法是非接触式的，不需要但是也可以在特殊空气中进行。飞秒激光处理的微结构优选的是在低微米范围内，通常在1微米到20微米的范围内。

微结构可相应地具有亚微米和更小的微结构或纳米结构。

相比于常规的等离子体处理，微等离子体处理的优势在于等离子体的尺寸是有限的，在数十微米到数千微米的范围内。

表面的等离子体处理不仅能够沉积或蚀刻材料，还可以激活或以化学方式改变表面。因此，微等离子体处理能够向表面提供结构，并且可以实现特定材料的疏水化。例如，可以在玻璃基底上设置疏水性碳氟聚合物图案。

光刻同样是一种众所周知的工艺，例如在晶片结构化中，所以将不会另外描述。纳米压印光刻(NIL)基本上是一种类似的工艺。通过结构化印模为基底上的抗蚀剂提供所要结构。结构化抗蚀剂可以进行蚀刻和固化来实现最终结构。可以直接向模制材料提供印模结构，而不是向抗蚀剂提供。由于光刻中聚合物与聚合物接触压印的性质，材料的弹性构成可以制造低至约1微米的微结构。然而，取决于材料，例如非晶金属，可以提供低至约20到100纳米的纳米结构。

有利的是，根据本发明的装置中的疏水性或超疏水性表面，具体地是气流套管的表面，包括针对上述气溶胶液滴大小优化的疏水性或超疏水性表面。

依据装置的设置和提供气溶胶形成基质的方式，所述方式例如使用液体气溶胶形成储存器或固体烟草材料，装置的不同部分或流动套管的不同部分与受热气溶胶形成基质、气溶胶或来自气溶胶形成基质的其它蒸发或非蒸发物质接触。因此，这些装置的不同部分和元件可具有疏水性或超疏水性表面。

一种装置可包括用于装纳气溶胶形成基质的隔室。此类隔室可直接收容固体气溶胶形成基质，或者可收容或含有筒或储存器。如果与气溶胶形成基质直接接触或可能地形成将蒸发物质导引到装置的口端的气流套管的部分，那么内部隔室壁优选地是疏水性或超疏水性表面。

例如，在与通常包括含气溶胶形成基质的烟条的加热棒一起使用的装置中，主体包括腔，所述腔用于收容将在腔中受热的气溶胶形成基质，或可能地还用于收容将插入到腔中的筒。主体中的用于收容气溶胶生成基质的腔通常与基质直接接触，具体地说，与受热基质直接接触，并且因此优选地包括限定腔的疏水性或超疏水性内表面。在将新的气溶胶形成基质插入到腔中之前，此类腔可更易于清洁。

用于与加热棒一起使用的装置还包括布置在主体中的加热器，所述加热器适于加热容纳在腔中的气溶胶形成基质。优选的是，在这些装置中，限定腔的表面的至少部分或加热器的至少部分是疏水性或超疏水性表面。

在可电阻加热的装置中，加热器可以是延伸到腔中的加热器叶片。可以用加热棒的含气溶胶形成基质端或烟草端将加热棒引入到装置的腔中，并借此将加热棒推到加热器叶片上。为了使每个新加热棒具有一致的加热和吸烟条件，加热器叶片可包括疏水性或超疏水性外表面。

围绕腔的加热区中的腔或主体装置壁可以由一个或优选地若干个元件形成。这些元件不仅限定气溶胶形成基质的腔，还可限定主体内部从环境到受热气溶胶形成基质的气流路径。腔的内部和此类外部气流路径可以与彼此流体连接，使得蒸发物质可从腔传递到外部气流路径中并在其中沉积。

例如，加热区可包括管状提取器，其中提取器的内表面和外表面是疏水性或超疏水性表面。提取器的内表面由此基本上限定腔的大小。

在其中提供呈液体形式或含液体形式的气溶胶形成基质的装置中，例如在筒或贮槽系统中，装置的设置是不同的，且用户在装置的衔嘴上进行抽吸。

在电子吸烟装置的此类实施例中，主体包括近侧端，且包括从加热区通向主体内部的主体近侧端的气流套管。气流套管的至少部分可包括疏水性或超疏水性表面。用于加热气溶胶形成基质的加热器可以是装置的一部分，并且因此也包括疏水性或超疏水性表面。然而，加热器还可与例如筒成一体。优选的是，在其中筒可重复使用的系统中，不论是否包括加热器，筒的外部都可包括疏水性或超疏水性表面。

装置的主体还可包括用于装纳气溶胶形成基质的储存器。此类储存器或筒的外表面可具有疏水性或超疏水性表面。如果储存器是集成储存器或可重复使用的储存器，或者大体上还是呈筒或贮槽形式的可再填充的储存器，那么这一措施可尤其有利。尽管可重复使用的筒通常是独立于装置的单独和可移除的部分，但是具有了疏水性外表面，就可以省略或者简化在重复使用之前清洁这些筒的操作。

电子吸烟装置可包括气溶胶化室，在气溶胶化室中，从气溶胶形成基质蒸发的物质可例如冷却并形成气溶胶。通常，此类气溶胶化室布置在加热区下游，并且通常还布置在加热器下游，基本上与气溶胶形成基质的加热方式或提供的基质所呈状态和形式无关。

在根据本发明的包括布置在加热区下游的气溶胶化室的装置的实施例中，例如，其中流动套管包括气溶胶化室，气溶胶化室优选地包括疏水性或超疏水性内表面。

加热器可以与气溶胶形成基质直接接触，或可以安装例如在装置壳体中，由此受壳体壁保护。加热器可以是装置的一部分，或者可以是筒的一部分。优选的是，加热器是电阻式或感应式加热器。

在包括与气溶胶形成基质直接接触的加热器的装置中，加热器的表面优选地具有疏水性或超疏水性表面，特别是在加热器不是可更换的加热器的情况下，例如加热器是一次性筒的一部分。在包括例如呈流体可渗透的平板式网状加热器形式或呈加热器叶片形式的加热器的装置中，网状加热器或加热器叶片优选地包括疏水性或超疏水性外表面。例如，玻璃叶片和由玻璃制成的气溶胶化室可包括疏水性或超疏水性表面。

气溶胶生成装置还可包括衔嘴，其中流动套管的一部分，即流动套管的最下游部分，布置在衔嘴中。

本文中是鉴于空气进入装置、通过装置和离开装置的流动方向来参看‘上游’和‘下游’。装置的出口开口是装置中气流离开装置的最下游位置，不管气流是否包括气溶胶。

装置的流动套管可包括一个或若干个个别、单独或缠结的流动通道。

根据本发明的装置可包括衔嘴，所述衔嘴包括布置在衔嘴中的至少一个流动通道。流动通道的下游端对应于衔嘴的近侧端中的出口开口。衔嘴中的流动通道可包括疏水性或超疏水性表面。

附图说明

关于实施例进一步描述本发明，所述实施例借助于以下图式说明，图式中：

图1、2示出表面的疏水性和亲水性；

图3示出疏水性纳米结构化和微结构化表面；

图4是使用加热器叶片来加热气溶胶生成制品的烟条的电子吸烟装置的示意性横截面；

图5示出包括含液体储存器的电子吸烟装置。

具体实施方式

图1和图2示出疏水性和亲水性表面上的液滴行为的实例。用于区别疏水性表面10和亲水性表面11的主要方法是接触角21。这是指流体液滴，即本文中的气溶胶液滴2，在与刚性基底1的表面的接触点处形成的角度21。对于如图1所示的疏水性表面10，接触角21始终大于90度，并且它可以高达150度。在接触角高于150度的情况下，表面被称作超疏水性。如图2所示的亲水性表面11始终具有小于90度且通常小于50度的接触角。

在图3中，示出组合的微结构和纳米结构的实例。微结构12呈圆顶12形式，它可以规则地或不规则地布置在表面上。微结构12自身具有纳米结构13，所述纳米结构13示出为微结构12的表面上的多个棱锥。当气溶胶液滴2保持在纳米结构13的顶部上时可以得到超疏水性。

图4是用于加热棒3的电子吸烟装置4的实例。呈烟棒形式的气溶胶生成制品包括口部分30和烟草部分31。口部分30包括例如过滤嘴段。烟草部分31可包括烟条，例如，卷曲和聚集铸叶(一种复原烟草形式，它由包含烟草颗粒、纤维颗粒、气溶胶形成剂、粘合剂并且例如还包含调味剂的浆料形成)。加热棒3插入到装置4的前壳体部分41中的腔410内。当加热棒3容纳在腔410中时，至少加热棒3的口部分30从前壳体部分延伸。在使用时，用户在加热棒3的口部分30上进行抽吸，以通过所述棒将气溶胶和其它物质从受热烟支抽吸到口部分30。

前壳体部分41基本上由提取器47和中间部分46形成，中间部分46例如由铝制成。用于加热烟草的加热器叶片45延伸到腔410中，并在加热棒3插入到装置4的腔410中时被推入加热棒3的烟草部分31中。其中前壳体部分47围绕加热器叶片和腔中的气溶胶形成基质(若存在)的区域基本上形成装置420的加热区。加热区420在径向方向上一直延伸到前壳体部分41的外壁的内侧。

远侧壳体部分40包括电池42和电子器件，例如电子控制板43，所述电子器件连接到用于加热加热器叶片和控制加热过程的加热器叶片45。在腔410和远侧壳体部分40之间布置热绝缘体，例如加热器外模44，以将加热区420与远侧壳体部分40分隔开。加热器外模44直接形成腔410的底部。

前壳体部分41的各部分，即提取器47和中间部分46，以及加热器叶片和加热器外模44具有疏水性表面，或优选的是具有超疏水性表面。这些可以是纳米结构化表面、微结构化表面、疏水性或超疏水性涂层或其组合。

优选的是，提取器47和中间部分46在所有侧面上，至少在内侧和外侧上，具有疏水性表面。加热器外模44可仅在腔410的侧形成部分上具有疏水性表面。加热器叶片45至少在两个大侧面上，优选地还在小侧面上，具有疏水性表面。

提取器47和中间部分46具有基本上管状的形状。然而，提取器47通常具有若干个突起和凹陷，且中间部分具有使得气流能够穿过的若干个开口。因此，这些部分要么与烟草部分直接接触，要么会与来自受热烟草基质的物质或与烟草部分和来自受热烟草基质的物质两者接触，并因此易于捕获它们表面上的残余物。此外，考虑到清洁，它们的形状和脆弱性使得可接近性和稳定性是有限的。因为吸烟装置4可以重复使用，所以减少污染物和残余物在与来自加热棒3的受热烟草基质的物质直接接触的部分上的累积、操作、性能和用户体验可以通过为装置的这些部分提供疏水性表面来增强。

在图5中，示出使用液体储存器或贮槽6的电子吸烟装置的实例。贮槽6中的液体气溶胶形成基质通过加热器55加热并气溶胶化，所述加热器55例如芯元件周围的加热器线圈或流体可渗透的平板式加热器。加热器55布置成邻近于贮槽6。横向紧靠着加热器55，提供电触点54，以从电池42向加热器55供电。电池42和例如电子控制板43的电子器件布置在远侧壳体部分40中。

在图5示出的实施例中，加热区420在装置的纵向方向上延伸极短，并且在这一纵向方向上，加热区420基本上被限制在贮槽6的开口端和加热器的大小之间的区域。加热区420在径向方向上一直延伸到主体的内侧壁。

装置的近侧端和装置壳体的最下游元件由衔嘴48形成。来自受热液体的气溶胶聚集在衔嘴48中，并且可通过出口49离开衔嘴48。在这些装置中，用户在装置的衔嘴上进行抽吸。

在加热器55的位置处生成的气溶胶在贮槽6和壳体壁之间向下传递到衔嘴48和出口49。因此，优选的是，这一路径上的部分和元件的表面全都是疏水性表面或超疏水性表面。

加热器55、紧靠着贮槽6布置的内部壳体壁、衔嘴48的内表面480以及贮槽6的外表面是疏水性或超疏水性表面。

在图5中所示的实施例中，衔嘴包括形成布置在贮槽6下游的气溶胶化室的腔。

贮槽6可为集成贮槽，或者可以是可更换且可能是可再填充的贮槽6。

应理解，提到提供疏水性表面还包含可能提供超疏水性表面。考虑到减少的污染和简化的清洁特性，超疏水性表面可为优选的。然而，依据所使用的材料或例如成本约束，可以选择用于使表面是疏水性的或使表面是超疏水性的不同工艺。

Claims (14)

1.一种包括主体的电子气溶胶生成吸烟装置，所述主体包括气溶胶形成基质的加热区，其中所述主体包括：

腔，其用于收容气溶胶形成基质；以及

加热器，其布置在所述主体中且适于加热容纳在所述腔中的气溶胶形成基质，

其中限定所述加热区中的所述腔的所述主体的内表面的至少一部分是疏水性或超疏水性表面。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述加热器是延伸到所述腔中的加热器叶片，所述加热器叶片包括疏水性或超疏水性外表面。

3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述加热区包括管状提取器，其中所述提取器的内表面和外表面是疏水性或超疏水性表面。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述主体包括近侧端，以及

气流套管，所述气流套管从所述加热区通向所述主体的所述近侧端，其中所述气流套管的至少部分包括疏水性或超疏水性表面。

5.根据权利要求1或4所述的装置，其中所述气流套管包括布置在所述加热区下游的气溶胶化室，所述气溶胶化室包括疏水性或超疏水性内表面。

6.根据权利要求1、4到5中任一项所述的装置，其包括衔嘴，所述衔嘴包括布置在所述衔嘴中的流动通道，其中所述流动通道的下游端是所述衔嘴的所述近侧端中的出口开口，所述衔嘴中的所述流动通道包括疏水性或超疏水性表面。

7.根据权利要求1、4到6中任一项所述的装置，所述主体包括用于装纳气溶胶形成基质的储存器，其中所述储存器的外表面具有疏水性或超疏水性表面。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述疏水性或超疏水性表面是涂覆到在所述加热区中或在所述加热区下游的所述主体的内表面的至少所述部分的疏水性或超疏水性涂层。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述疏水性涂层是无极性的，包括硅烷、碳氟化合物、氟化物或丙烯酸。

10.根据权利要求8所述的装置，其中所述超疏水性涂层包括氧化锰聚苯乙烯纳米复合物、氧化锌聚苯乙烯纳米复合物、沉淀碳酸钙、碳纳米管，或者是二氧化硅纳米涂层。

11.根据权利要求1到7中任一项所述的装置，其中所述疏水性或超疏水性表面是微结构化或纳米结构化表面。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述超疏水性表面是微结构化和纳米结构化表面的组合。

13.根据权利要求11到12中任一项所述的装置，其中所述微结构化或纳米结构化表面通过微喷丸硬化、飞秒激光加工、微等离子体处理、光刻或纳米压印光刻来制造。

14.根据权利要求11到13中任一项所述的装置，其中疏水性或超疏水性涂层被涂覆到微结构化或纳米结构化表面。