CN110652042A - 电子烘烤烟具及其发热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子烘烤烟具及其发热装置,该发热装置用于电子烘烤烟具,其包括基体以及结合于该基体上的发热体,所述基体包括用于固定的根部以及用于插设于烟支中的端部;所述基体包括靠近所述根部的第一区域以及靠近所述端部的第二区域,所述第一区域具有第一导热系数,所述第二区域具有第二导热系数,所述第一导热系数小于所述第二导热系数;所述发热体结合于所述第一区域。本发明由于基体采用梯度的导热系数布局,使发热装置拥有更好的能量利用率,更好的温度场,抽吸时具有烟雾量大,抽吸口感更好等优点。

Description

电子烘烤烟具及其发热装置
技术领域
本发明涉及电子烟领域,尤其涉及一种电子烘烤烟具及其发热装置。
背景技术
加热不燃烧烟作为一种新型电子烟,通过热源加热烟草材料制成的卷烟,可在非燃烧状态下释放烟草中的烟草提取物,使消费者能达到与传统燃烧烟抽吸时同等的生理强度,低温下对烟草材料的热解反应可释放较低的焦油等有害成分。目前,国内外烟草巨头都已推出不同类型的发热装置对烟草进行加热,如片状、棒状和管状发热装置。
现有市场上的发热装置主要由基体、具有一定阻值的发热膜、覆盖材料、焊盘、引线等组成。主要结构都采用在基材上制备特殊的发热膜图案,利用不同图案的发热膜通电后产生的温度场烘烤烟草产生烟气。众所周知,加热不燃烧烟(HNB)的烟气主要由酚类、醛类、有机酸类和芳烃类等物质组成,在不同温度区间内这些物质的释放量存在巨大差异,从而导致抽吸口感也存在不同。
因此,发热装置温度场的不同对低温烟的抽吸口感具有非常直接的影响。现有产品中通过单纯优化发热膜图案形成最佳温度场存在以下局限性:(1)需根据不同基体对发热膜图案进行设计优化,发热膜图案和制备工艺复杂,增加了产品研发和制成难度。(2)发热装置基体尺寸偏小,在基体上设计发热膜图案难以使发热装置形成最佳温度场。(3)发热装置中包括导电体位置整面发热,但发热装置导电体位置并不参与加热烘烤烟草,致使发热装置能量利用率偏低。
综上所述,需寻找新的方案优化发热装置的温度场。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处,本发明提供一种改进的电子烘烤烟具及其发热装置。
为实现上述目的,本发明提供了一种发热装置,用于电子烘烤烟具,其包括基体以及结合于该基体上的发热体,所述基体包括用于固定的根部以及用于插设于烟支中的端部;所述基体包括靠近所述根部的第一区域以及靠近所述端部的第二区域,所述第一区域具有第一导热系数,所述第二区域具有第二导热系数,所述第一导热系数小于所述第二导热系数;所述发热体结合于所述第一区域。
在一些实施例中,所述第二导热系数10~30W/(m·℃),所述第一导热系数为1~5W/(m·℃)。
在一些实施例中,该发热装置还包括结合于所述基体上的两个导电体;所述两个导电体结合于所述第一区域,所述发热体结合于所述第二区域;所述两个导电体分别与所述发热体的两端电性连接。
在一些实施例中,所述基体还包括介于所述第一区域和所述第二区域之间的第三区域,所述第三区域具有第三导热系数,所述第三导热系数小于所述第二导热系数,并大于所述第一区域的导热系数。
在一些实施例中,所述第二导热系数15~30W/(m·℃),所述第三导热系数为5~15W/(m·℃),所述第一导热系数1~5W/(m·℃)。
在一些实施例中,所述基体呈纵长型,所述第一区域、第三区域和所述第二区域依序分布于所述基体的长度方向上。
在一些实施例中,所述基体呈纵长型,所述第一区域和所述第二区域分布于所述基体的长度方向上。
在一些实施例中,所述基体采用非金属材料、金属陶瓷或合金制成。
在一些实施例中,所述基体的厚度为0.2~0.5mm。
在一些实施例中,所述发热装置还包括绝缘层,所述绝缘层介于所述发热体和所述基体之间,所述绝缘层的厚度为0.2~0.5μm。
在一些实施例中,所述发热体包括结合于所述绝缘层上的第一过渡层,所述第一过渡层的厚度为10~200nm。
在一些实施例中,所述发热体的厚度为1~3.5μm。
在一些实施例中,该发热装置还包括结合于所述基体上的两个导电体,所述两个导电体的厚度为1~5μm。
在一些实施例中,该发热装置还包括覆盖于所述发热体上的保护层,所述保护层的厚度为100~1000nm。
还提供一种电子烘烤烟具,包括上述任一项所述的发热装置。
本发明的有益效果是:由于基体采用梯度的导热系数布局,使发热装置拥有更好的能量利用率,更好的温度场,抽吸时具有烟雾量大,抽吸口感更好等优点。
附图说明
图1为本发明一些实施例中的电子烘烤烟具的纵向剖面结构示意图;
图2为图1所示电子烘烤烟具使用状态下的纵向剖面结构示意图;
图3为图1所示电子烘烤烟具的发热装置的结构示意图;
图4为图3所示发热装置的C-C向剖面结构示意图;
图5为图3所示发热装置的D-D向剖面结构示意图;
图6为图3所示发热装置的基体的结构示意图;
图7为图3所示发热装置的发热体的结构示意图;
图8为图3所示发热装置的导电体的结构示意图;
图9为图3所示发热装置的成型工艺流程示意图;
图10为本发明另一些实施例中的的基体的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明,下面结合附图对本发明作进一步地描述。
需要理解的是,“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“第一”、“第二”等术语仅是为了便于描述本发明的技术方案,而不是指示所指的装置或元件必须具有特殊的差别,因此不能理解为对本发明的限制。需要说明的是,当一个件被认为是“连接”另一个件,它可以是直接连接到另一个件或者可能同时存在居中件。除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。
图1示出了本发明一些实施例中的电子烘烤烟具1,该电子烘烤烟具1用于对固态烟支2进行加热,可在非燃烧状态下释放烟草中的烟草提取物。一同参阅图2,该电子烘烤烟具1在一些是实施例中可包括壳体10以及设置于该壳体10内的发热装置20和烟支容器30。该烟支容器30具有与烟支20外形相适配的容腔31,以供烟支2可插设于其中。发热装置20则由烟支容器30的底部伸入到烟支容器30的容腔31中,以便烟支2由外向内插入容腔31中时,发热装置20可由烟支2的底端纵向插入到烟支2中,而与烟支2中的烟草紧密接触。如此,则当发热装置20通电发热时,可以将热量传递给烟草,而对烟草加热发出烟气。
再如图1所示,发热装置20在一些实施例中可呈纵长的片状,其包括用于固定的根部A以及悬空伸入烟支容器30的容腔31中、以刺入烟草中的端部B。在一些实施例中,为了便于插入到烟草中,该端部B做了尖锐化处理。可以理解地,发热装置20并不局限于纵长的片状,其在一些实施例也可以呈筒状、柱状等其他形状。发热装置20中通过设计发热体22图案优化温度场的结构,揭露了一种具有导热系数梯度的基体21,此基体21不同位置具有不同的导热系数并呈现梯度变化(即基体21长度方向从上(尖端位置)到下(镀导电体位置)具有两种或两种以上的导热系数梯度),且导热系数值呈现从大到小的规律。在此基体21上镀发热体22图案,此结构可同时优化基体导热系数和发热体22图案,使发热装置20拥有更好的能量利用率,更好的温度场,抽吸时具有烟雾量大,抽吸口感更好等优点。
如图3至图5所示,发热装置20在一些实施例中可包括片状的基体21、形成于该基体21表面的薄膜发热体22、形成于该基体21表面的两个薄膜导电体23,以及覆盖于该基体21、该发热体22和该两个导电体23表面的薄膜保护层24。发热体22、导电体23、保护层24以及绝缘层25在一些实施例中可均为薄膜结构,并可采用磁控溅射镀膜的方式成型。基体21在一些实施例中采用导热系数呈梯度变化的非金属材料、金属陶瓷或合金制成,作为溅射的发热体22、导电体23等提供载体。发热体22的作用是通电稳定发热,加热烟草。该两个导电体23用于将发热体22的两端分别与电源的正负极电性连接。保护层24在一些实施例中用于降低氧和杂质对发热体23的侵蚀作用,同时减少烟垢的积累影响抽吸口感;因此保护层24需满足几个条件:热膨胀系数与基底相匹配、稳定性良好、易清洁、耐蚀性良好的陶瓷类材料,如ZrO2、Al2O3、SiO2和Si3N4等。保护层24在一些实施例中还覆盖该两个导电体23的与发热体22靠近的部分表面。
该发热装置20在一些实施例中还可包括绝缘层25,绝缘层25设置于发热体22和导电体23与基体21之间,作用是防止基体21与发热体22和导电体23形成短路,且优选地采用能与基体21稳定结合的绝缘材料,如SiO2,ZrO2或Si3N4等绝缘材料。保护层24至少要覆盖在发热体22上,以将发热体22与烟草隔离,防止烟草对发热体22的腐蚀。
基体21在一些实施例中可不同位置具有不同的导热系数并呈现梯度变化(即所述基体长度方向从上(端部位置)到下(根部位置)具有两种或两种以上的导热系数梯度),且导热系数值呈现从大到小的分布。在此基体21上镀发热体22图案,同时优化了基体21的导热系数和发热体22的图案,使发热装置20拥有更好的能量利用率,更好的温度场,抽吸时具有烟雾量大,抽吸口感更好等优点。基体21在一些实施例中可采用导热系数呈梯度变化的非金属材料、金属陶瓷或合金制成。
如图6所示,基体21在一些实施例中可包括靠近根部B的根部区域211、靠近端部A的端部区域213以及将根据区域211和端部区域213相连接的中部区域212。其中,根部区域21、中部区域22以及端部区域23的导热系数不同,且呈递增分布。在一些实施例中,端部区域23的导热系数可为15~30W/(m·℃),中部区域22的导热系数可为5~15W/(m·℃),端部区域23的导热系数可为1~5W/(m·℃)。
如图7所示,发热体22在一些实施例可包括位于底层的薄膜第一过渡层221以及位于第一过渡层221表面的薄膜发热层222。发热层222材料优选地采用电阻率较小、高温发热后材料结构性能稳定,具备良好的高温抗氧化性能和抗腐蚀性能的材料,如Au,Pt,Ag,等贵金属或AuAg,AuPd,PtRu,PtRh,AgPd等贵金属合金,或NiCr和NiCrAlY等耐高温合金材料等。第一过渡层221主要是增强发热层222与基体21的结合力,提高发热层222循环发热的膜基结合稳定性,其可选择与基体21和发热层222都形成稳定化学键结合的合金,如ZrNi,Cr或TiN。
如图8所示,导电体23在一些实施例中可包括纯钛打底层231、纯镍第二过渡层232以及纯银导电层233。
如图9所示,发热装置20在一些实施例中可采用如下步骤制成:
S1、基体21的制备:
(A)采用粉末冶金法制备一种导热系数呈现梯度变化的基体。
(B)镀膜前处理:
将基底进行酒精擦拭清洗后放入镀膜机腔内,抽真空并预热,并对基底表面进行离子清洗;
(C)绝缘层的形成:
通入氩气至腔内工作气压为2×10-1Pa,ZrO2靶功率密度为2~6W/cm2常温下进行镀膜60~150min;然后关闭ZrO2靶电源。
S2、发热体22的形成:
通入氩气至腔内工作气压为5×10-1Pa,ZrNi靶功率密度为6~8W/cm2常温下进行镀膜5~15min,形成第一过渡层221;然后关闭ZrNi靶电源,打开Pt靶电源至功率密度为6~8W/cm2正常镀膜60~120min,形成厚度为1~3μm发热层222。
S3、导电体23的形成:
通入氩气至腔内工作气压为5×10-1Pa,打开钛靶电源在功率密度为6~8W/cm2常温下进行镀膜5~10min形成打底层231,再打开镍靶电源在功率密度为6~8W/cm2常温下进行镀膜10~30min形成第二过渡层232,再开银靶电源在功率密度为4~8W/cm2常温下镀膜30~120min制备导电层233,最后在导电层233上正常锡焊引线形成导电电极。
S4、保护层24的形成:
通入比例为1:1的氩气和氧气至工作气压0.2Pa、在ZrO2靶直流电源溅射功率密度为2~6W/cm2和在常温~500℃条件下溅射成膜,形成厚度为100~1000nm保护层24。
另外,步骤S2还可包括发热体22图案的形成步骤:
为保证发热区温度场一致性,需将发热体22形成合适的图案,发热体22图案可采用掩膜法或离子刻蚀法制备。掩膜法即通过在基体21上遮蔽非图案位置,溅射发热体22后基体21即形成发热体22图案。离子刻蚀法即采用先整面镀发热体22,涂光刻胶进行曝光固化后,离子刻蚀曝光的光刻胶和发热体22区域,再去除未曝光光刻胶即形成所需发热体22图案。
上述发热装置20与相关技术相比,至少具备如下有益效果:
(1)简化了发热体22图案设计和制备工艺,降低了产品研发和制成难度。
(2)基体21与发热体22图案共同优化形成最佳温度场,提高抽吸口感。
(3)镀导电体23的基体21上的位置导热系数低,发热装置20发热时温度偏低,能量利用率更高,导电体23也可通过锡焊工艺焊接引线,提高产品制备效率。
(4)在导热系数呈梯度变化的基体21上磁控溅射镀薄膜发热体22,可提高发热体22图案的阻值一致性和减小TCR的波动范围,更有利于发热场的温度精确控制。
图10示出了另一些实施例中的基体21a,该基体21a包括靠近根部的根部区域211a和靠近端部的端部区域212a,端部区域212a和根部区域211a相邻近,且端部区域212a的导热系数大于根部区域211a的导热系数。
可以理解地,以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制;应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,可以对上述技术特点进行自由组合,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围;因此,凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰,均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (15)

1.一种发热装置,用于电子烘烤烟具,其包括基体以及结合于该基体上的发热体,所述基体包括用于固定的根部以及用于插设于烟支中的端部;其特征在于,所述基体包括靠近所述根部的第一区域以及靠近所述端部的第二区域,所述第一区域具有第一导热系数,所述第二区域具有第二导热系数,所述第一导热系数小于所述第二导热系数;所述发热体结合于所述第一区域。
2.根据权利要求1所述的发热装置,其特征在于,所述第二导热系数10~30W/(m·℃),所述第一导热系数为1~5W/(m·℃)。
3.根据权利要求2所述的发热装置,其特征在于,该发热装置还包括结合于所述基体上的两个导电体;所述两个导电体结合于所述第一区域,所述发热体结合于所述第二区域;所述两个导电体分别与所述发热体的两端电性连接。
4.根据权利要求1所述的发热装置,其特征在于,所述基体还包括介于所述第一区域和所述第二区域之间的第三区域,所述第三区域具有第三导热系数,所述第三导热系数小于所述第二导热系数,并大于所述第一区域的导热系数。
5.根据权利要求4所述的发热装置,其特征在于,所述第二导热系数15~30W/(m·℃),所述第三导热系数为5~15W/(m·℃),所述第一导热系数1~5W/(m·℃)。
6.根据权利要求4所述的发热装置,其特征在于,所述基体呈纵长型,所述第一区域、第三区域和所述第二区域依序分布于所述基体的长度方向上。
7.根据权利要求1所述的发热装置,其特征在于,所述基体呈纵长型,所述第一区域和所述第二区域分布于所述基体的长度方向上。
8.根据权利要求1所述的发热装置,其特征在于,所述基体采用非金属材料、金属陶瓷或合金制成。
9.根据权利要求1所述的发热装置,其特征在于,所述基体的厚度为0.2~0.5mm。
10.根据权利要求9所述的发热装置,其特征在于,所述发热装置还包括绝缘层,所述绝缘层介于所述发热体和所述基体之间,所述绝缘层的厚度为0.2~0.5μm。
11.根据权利要求10所述的发热装置,其特征在于,所述发热体包括结合于所述绝缘层上的第一过渡层,所述第一过渡层的厚度为10~200nm。
12.根据权利要求11所述的发热装置,其特征在于,所述发热体的厚度为1~3.5μm。
13.根据权利要求12所述的发热装置,其特征在于,该发热装置还包括结合于所述基体上的两个导电体,所述两个导电体的厚度为1~5μm。
14.根据权利要求13所述的发热装置,其特征在于,该发热装置还包括覆盖于所述发热体上的保护层,所述保护层的厚度为100~1000nm。
15.一种电子烘烤烟具,其特征在于,包括权利要求1-14任一项所述的发热装置。
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