CN110150751A - 发热元件、雾化器及电子烟 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发热元件，其特征在于，所述发热元件包括M根螺旋柱状发热丝和吸液元件，每根螺旋柱状发热丝至少包括两个供电引脚，所述发热元件的输入电压为U，输出到所述发热元件上的输出功率为P；所述输入电压U的取值小于3.7V，所述输出功率P小于预设功率，所述预设功率为根据所述输入电压和所述在输入电压U下所述发热元件阻值的最小极限值确定的数值，M为正整数。解决了现有技术中，电子烟的输出电压大于等于3.7V，阻值过高导致的电子烟耗电量过高的问题，实现了在低压低功耗下也能达到足够烟雾量的技术效果，满足了用户抽吸需求。

Description

发热元件、雾化器及电子烟

技术领域

本发明涉及电子烟技术领域，特别涉及一种发热元件、雾化器及电子烟。

背景技术

电子烟是一种模仿卷烟的电子产品，其可通过雾化烟液产生烟雾，该烟雾可以被电子烟的使用者从烟嘴吸入体内，从而达到模拟吸烟的目的。

然而，现有技术的电子烟的发热件的阻值在1欧姆左右，为了获取合适的烟雾量，电子烟的输出电压需要设置在3.7伏以上，从而使得电子烟的输出功率达到15瓦。这样，对于电量一定的电子烟，以上述输出参数进行输出时，功耗过大，抽吸口数过少，电量很快就会完全消耗，用户需要将电子烟充电后才能继续进行抽吸，使用不便。

发明内容

为了解决现有技术中电子烟耗电量过快的问题，本发明实施例提供了一种发热元件、雾化器及电子烟。所述技术方案如下：

第一方面，提供一种发热元件，其特征在于，所述发热元件包括M根螺旋柱状发热丝和吸液元件，每根螺旋柱状发热丝至少包括两个供电引脚，所述发热元件的输入电压为U，输出到所述发热元件上的输出功率为P；

所述输入电压U的取值小于3.7V，所述输出功率P小于预设功率，所述预设功率为根据所述输入电压和所述在输入电压U下所述发热元件阻值的最小极限值确定的数值，M为正整数。

可选地，所述发热丝与所述吸液元件的有效接触面积A满足：

其中，k为所述烟液的导热系数，ΔT为烟液加热前后的温度差，t为所述发热元件的发热时间。

可选地，所述发热丝长度l、所述发热丝线径d和所述发热丝根数M满足：

其中，a为有效面积系数且为常量。

可选地，所述M为大于等于2的整数且M根发热丝相互并联，所述发热丝线径d和所述发热丝根数M满足：

其中，a为有效面积系数且为常量，ρ为发热丝电阻系数，R为所述发热元件的阻值。

可选地，所述发热丝根数M和所述发热丝线径d满足以下条件：

0.004≤M²·d³≤0.02。

可选地，所述发热丝的材质为铁铬。

第二方面，提供一种雾化器，所述雾化器包括本发明第一方面所述的发热元件。

第三方面，提供一种电子烟，所述电子烟包括本发明第二方面所述的雾化器，并且所述电子烟的输出到所述雾化器的输出电压小于3.7V，所述电子烟输出到雾化器的输出功率P小于预设功率，所述预设功率为根据所述电子烟发热元件的输入电压和所述在输入电压U下所述发热元件阻值的最小极限值确定的数值，M为正整数。

可选地，所述电子烟的输出电压的电压区间为[1V‐3.7V)，所述电子烟的输出功率的功率区间为[5W‐10W)。

综上，本发明发热元件在小于3.7V的电压下(也即低压下)也能发出用户期望的、符合要求的电功率，从而产生足够的热量来将烟液雾化；解决了现有技术中，电子烟的输出电压大于等于3.7V，阻值过高导致的电子烟耗电量过高的问题，实现了在低压低功耗下也能达到足够烟雾量的技术效果，满足了用户抽吸需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例中提供一种发热丝的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施例提供了一种发热元件，该发热元件包括M根发热丝和吸液元件，M为正整数。发热元件在通电之后，发热元件中的发热丝可将吸液元件上吸收的烟液雾化成烟雾。发热元件中的发热丝之间可通过串联连接、并联连接或者串并联连接。吸液元件可包裹在发热丝外部，也可以是发热丝环绕在吸液元件外部。在一种可能的实施方式中，发热元件中设置有M根螺旋柱状发热丝；吸液元件可环绕包裹在螺旋柱状发热丝外部，也可设置于螺旋柱状发热丝环绕形成的柱体内部。当发热元件包括两根或两根以上完全相同螺旋柱状发热丝时，各个螺旋柱状发热丝之间并联连接。每根螺旋柱状发热丝至少包括两个供电引脚，发热丝之间可通过这两个供电引脚实现并联连接，并且也可通过这两个供电引脚与电源连接。

在本发明实施例中，为了降低发热元件的耗电量，那么施加在发热元件上的电压就要降低，也即需要降低发热元件的输入电压。输入电压U的取值小于3.7V，输出功率P小于预设功率，预设功率为根据输入电压和在输入电压U下发热丝的电阻的最小极限值确定的数值。当发热元件的阻值满足上述预定条件时，即使给发热元件施加较低的电压下，也能产生足够的热量来雾化烟液。例如，当电压U为1.8V，需要的功率P为6W时，那么发热元件的阻值R则要满足R＝0.54V。

在本发明实施例，发热元件的输入电压对应有在输入电压下发热元件阻值的最小极限值，当发热元件的阻值小于该极限值时，发热元件中的电阻丝会被熔断，因此发热元件的阻值需要大于该极限值，也即输出功率P小于预设功率。

综上，在发热元件的输入电压小于3.7V时，调整发热元件的阻值，使得发热元件在小于3.7V的电压下(也即低压下)也能发出用户期望的、符合要求的电功率，从而产生足够的热量来将烟液雾化；解决了现有技术中，电子烟的输出电压大于等于3.7V，阻值过高导致的电子烟耗电量过高的问题，实现了在低压低功耗下也能达到足够烟雾量的技术效果，满足了用户抽吸需求。

此外，在实际操作中，在发热元件的发热时间t不变的情况下，发热元件对于烟液的雾化效果不仅仅与发热元件的功率有关，还与烟液的吸热效率α有关。由于发热元件中的发热丝被施加电压之后会放出热量，放出热量的一部分被与发热丝接触的吸液元件吸收，而吸液元件的表面和内部都吸附有烟液，吸液元件表面吸附的烟液在吸液元件吸收的热量下不断升温从而雾化成烟雾。由此可知，吸液元件吸收的热量Q与所述发热元件放出的热量Q_电之间存在以下关系：

Q＝α·Q_电 (1)

Q_电＝P·t (2)

Q＝α·P·t (3)

其中，t为发热元件的发热时间，α为烟液的吸热效率。因此，由上述公式可知，当烟液的吸热效率越高时，吸液元件吸收的热量越多，那么对于烟液的雾化效率也就越高，也即在相同时间内产生的烟雾量就越大。

由热传导公式可知，吸液元件吸收的热量Q与发热丝与吸液元件的有效接触面积A之间存在以下关系：

Q＝k·A·ΔT (4)

其中，k为所述烟液的导热系数，ΔT为所述烟液加热前后的温度差。

根据公式(3)和公式(4)可知，烟液的吸热效率α满足以下公式：

由公式(5)可知，对于在预定的输出功率下，相同的烟液升高相同的温度雾化成烟雾时，烟液的吸热效率α与有效接触面积A有关。有效接触面积A越大，烟液的吸热效率α越高。也即在公式(5)中，导热系数k为烟液自身属性，为一常量；功率P也为一常量；那么当发热时间t和温度差ΔT不变时，也即t和ΔT为常量时，烟液的吸热效率α与有效接触面积A有关，有效接触面积A越大，烟液的吸热效率α越高。例如，在功率P为10W，发热时间t为1s，温度差为160℃时，烟液的吸热效率为α＝16kA，由于导热系数k为烟液自身属性，所以导热系数k也是已知的，那么可知有效接触面积A越大，烟液的吸热效率α越高。因此我们需要选用有效接触面积A越大的发热元件。

而由于吸液元件吸收的热量Q肯定小于发热元件放出的热量Q_电，那么烟液的吸热效率α满足：0＜α＜1，那么，发热丝与所述吸液元件的有效接触面积A满足：

因此，施加在发热元件上的电压和发热元件的阻值一定时，发热元件的雾化效果与发热丝与吸液元件的有效接触面积A有关；由于吸液元件表面吸附有烟液，发热丝与吸液元件的有效接触面积A实则为发热丝与烟液的有效接触面积，那就很好理解发热元件的雾化效果与发热丝与吸液元件的有效接触面积A是有关的。并且，由公式(6)可知，有效接触面积A小于上限值大于下限值0，当有效接触面积A大于该上限值时，有效接触面积A不再对烟液的吸热效率产生影响。

在本发明实施例中，发热元件可由M根相同的螺旋柱状发热丝并联而成，每根发热丝的长度为l，发热丝的线径为d。由此可知，一根螺旋柱状发热丝与吸液元件的有效接触面积A₁为

A₁＝a·l·d (7)

其中，a为有效面积系数且为常量。由于长度为l的发热丝不可能完全绕成一个螺旋柱状的发热丝，发热丝的一部分长度还需要用来作为供电引脚与电源相连，并且吸液元件是放置于螺旋柱状发热丝的内部还是包裹在螺旋状发热丝的外部对有效接触面积都会有影响。因此，有效接触面积需要乘以一个有效面积系数a。该有效面积系数a可由研发人员根据发热元件中吸液元件和发热丝的设置方式测量得到，为随发热元件实际结构变化而变化的常量，但可以对其进行测量得到具体数值，此处不做限定。例如，有效面积系数a可以为0.6、0.8或者0.9等等，根据发热元件实际结构而定。

由公式(7)可知，M根相同且并联的螺旋柱状发热丝的有效接

触面积A为：A＝a·M·l·d (8)

由公式(8)可知，有效接触面积A与发热丝根数M、发热丝长度l、发热丝线径d呈正相关。对于阻值相同的发热元件，发热丝根数M、发热丝长度l和发热丝线径d的乘积越大，或者发热丝根数M、发热丝长度l和发热丝线径d，有效接触面积A越大，也即烟液的吸热效率α越高。此外，当有效面积系数a是一定的，也即发热元件的结构也是一定的，为了获取更大的有效接触面积A，我们需要选用侧面积更大的螺旋柱状发热丝，此时我们将螺旋柱状发热丝作为一个圆柱体来看。

结合公式(7)和公式(8)，发热丝长度l、所述发热丝线径d和所述发热丝根数M满足：

由公式(9)可知：

进一步的，发热元件的阻值R满足：

其中，R₀为单根螺旋柱状发热丝的阻值，且

则有效接触面积A为：

其中，ρ为发热丝电阻系数。

由于发热元件由M根相同且并联的螺旋柱状发热丝组成，那么发热丝电阻系数ρ为一个可以确定的，但是随着发热丝材质变化的常量。那么，由公式(12)可知，当发热元件的阻值R和发热丝电阻系数ρ不变时，有效接触面积A与发热丝根数M和发热丝线径d呈正相关，也即当发热元件的阻值R和发热丝电阻系数ρ不变时，发热丝根数M和发热丝线径d的乘积越大，或者发热丝根数M和发热丝线径d越大，有效接触面积A越大，也即烟液的吸热效率α越高。例如，当发热元件的阻值R为0.5Ω，且发热丝的材质为铁铬时，发热元件的阻值R和发热丝电阻系数ρ都为已知常量，那么有效出面积就取决于发热丝根数M和发热丝线径d，发热丝根数M和发热丝线径d的乘积越大，或者发热丝根数M和发热丝线径d越大，有效接触面积A越大。

进一步地，对于公式(12)得到了有效接触面积和发热元件中发热丝根数M和发热丝线径d的关系，那么结合公式(5)和公式(12)可以得到吸液效率α和发热丝根数M和发热丝线径d之间的关系，吸液效率α和发热丝根数M和发热丝线径d之间的关系如下：

由公式(13)可知，当发热时间t、温度差ΔT、导热系数k、发热元件的阻值R、发热丝电阻系数ρ、电压U不变时，烟液的吸热效率α与发热丝根数M和发热丝线径d呈正相关。也即，对于阻值和材料相同的发热元件，若给发热元件施加相同的电压U，使得发热元件在相同的时间t内升高相同的温度ΔT，那么烟液的吸热效率α取决于发热丝根数M和发热丝线径d。当发热丝根数M和发热丝线径d越大，或者当发热丝M和发热丝线径d的乘积越大时，烟液的吸热效率α越大，发热元件的雾化效果越好。

可以理解的，当吸液元件的吸热效率α一定时，也即用户想要一个不变的烟雾量，那么发热丝根数M和发热丝线径d呈负相关，即发热丝根数M越大，就需要选用发热丝线径d越小的发热丝。

由公式(13)可知，发热丝线径d和发热丝根数M满足：

也即，发热丝线径d和发热丝根数M满足：

由公式(15)可知当发热时间t、温度差ΔT、导热系数k、发热元件的阻值R、发热丝电阻系数ρ、电压U不变时，烟液的吸热效率α取决于发热丝根数M和发热丝线径d，当M²d³越大时，烟液的吸热效率α越高；但当M²d³达到时，烟液的吸热效率α达到最大值，如果M²d³继续变大，那对烟液的吸热效率α不再受到影响。

在本发明实施例中，作为一种优选的实施方式，发热丝根数M和发热丝线径d满足以下条件：

0.004≤M²·d³≤0.02 (16)

此外，在本发明实施例中，发热丝的材质为铁铬。

当发热丝根数M和发热丝线径d满足公式(16)时，发热元件对于烟液具有较好的雾化效果。

需要说明的一点是，本发明实施例提供的发热元件，对于阻值一定的发热元件，通过调节发热元件中发热丝的根数和发热丝的线径，来提高吸液元件的吸液效率，从而提高发热元件对烟液的雾化效果，从而达到一个合适的烟雾量。

综上所述，对于阻值一定的发热元件，影响发热元件的雾化效果(也即烟液的吸热效率)的因素为发热元件中吸液元件与发热丝的有效接触面积，当有效接触面积越大时，烟液的吸热效率越高，发热元件的雾化效果越好。此外，有效接触面积还与发热丝根数和发热丝线径有关，并且发热丝根数和发热丝线径的乘积越大有效接触面积越大。因此，对于阻值和材料相同的发热元件，若给发热元件施加相同的电压，使得发热元件在相同的时间内升高相同的温度，那么烟液的吸热效率取决于发热丝根数和发热丝线径有关，发热丝根数和发热丝线径的乘积越大，或者发热丝根数和发热丝线径越大时，烟液的吸热效率越大，发热元件的雾化效果越好。

本发明第二实施例提供了一种雾化器，该雾化器包括本发明第一实施例所述的发热元件。

本发明第三实施例提供一种电子烟，该电子烟包括本发明第二实施例的雾化器，并且电子烟的输出到雾化器的输出电压小于3.7V，电子烟输出到雾化器的输出功率P小于预设功率，预设功率为根据电子烟发热元件的输入电压和在输入电压U下发热元件阻值的最小极限值确定的数值，M为正整数。

可选地，电子烟的输出电压的电压区间为[1V‐3.7V)，电子烟的输出功率的功率区间为[5W‐10W)。耗电量低且能产生足够的热量以供烟液雾化，并能获得较好的雾化效果。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种发热元件，其特征在于，所述发热元件包括M根螺旋柱状发热丝和吸液元件，每根螺旋柱状发热丝至少包括两个供电引脚，所述发热元件的输入电压为U，输出到所述发热元件上的输出功率为P；

所述输入电压U的取值小于3.7V，所述输出功率P小于预设功率，所述预设功率为根据所述输入电压和所述在输入电压U下所述发热元件阻值的最小极限值确定的数值，M为正整数。

2.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，所述发热丝与所述吸液元件的有效接触面积A满足：

其中，k为所述烟液的导热系数，ΔT为烟液加热前后的温度差，t为所述发热元件的发热时间。

3.根据权利要求2所述的发热元件，其特征在于，所述发热丝长度l、所述发热丝线径d和所述发热丝根数M满足：

其中，a为有效面积系数且为常量。

4.根据权利要求2所述的发热元件，其特征在于，所述M为大于等于2的整数且M根发热丝相互并联，所述发热丝线径d和所述发热丝根数M满足：

其中，a为有效面积系数且为常量，ρ为发热丝电阻系数，R为所述发热元件的阻值。

5.根据权利要求1至4任一所述的发热元件，其特征在于，所述发热丝根数M和所述发热丝线径d满足以下条件：

0.004≤M²·d³≤0.02。

6.根据权利要求5所述的发热元件，其特征在于，所述发热丝的材质为铁铬。

7.一种雾化器，其特征在于，所述雾化器包括如权利要求1至6任一所述的发热元件。

8.一种电子烟，其特征在于，所述电子烟包括如权利要求7所述的雾化器，并且所述电子烟的输出到所述雾化器的输出电压小于3.7V，所述电子烟输出到雾化器的输出功率P小于预设功率，所述预设功率为根据所述电子烟发热元件的输入电压和所述在输入电压U下所述发热丝的电阻的最小极限值确定的数值，M为正整数。

9.根据权利要求8所述的电子烟，其特征在于，所述电子烟的输出电压的电压区间为[1V‐3.7V)，所述电子烟的输出功率的功率区间为[5W‐10W)。