CN110881697A - 电子雾化装置、雾化芯、发热体及其制造方法 - Google Patents

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周宏明
李波
朱彩强
肖凯文
陈枫
蒋冬福
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Abstract

本发明涉及一种发热体、雾化芯、电子雾化装置和发热体制造方法。发热体包括均匀混合而成的热敏材料和导电基材，所述热敏材料所占的质量百分比为0.01％～0.1％；其中，当所述发热体的温度升高至临界高温时，所述发热体的电阻率从正常值骤增而停止导电，当所述发热体从所述临界高温降低至临界低温时，所述发热体的电阻率骤减至正常值而重新导电。当发热体的温度升高至临界高温时，发热体的电阻率从正常值骤增而自动停止导电，从而有效避免发热体产生干烧。发热体的温度将从临界高温减低至临界低温，此时发热体的电阻率骤减至正常值而自动开始导电。充分利用自身特有的物理属性，使得发热体本身即可起到感应和开关的双重作用。

Description

电子雾化装置、雾化芯、发热体及其制造方法
技术领域
本发明涉及电子雾化技术领域，特别是涉及一种电子雾化装置、雾化芯、发热体及其制造方法。
背景技术
电子雾化装置具有与普通香烟相似的外观和口感，但通常不含有香烟中的焦油、悬浮微粒等其他有害成分，因此电子雾化装置普遍用作香烟的替代品。但是，传统的电子雾化装置普遍存在干烧问题，从而使得烟雾中混合有因有机物裂解产生的醛、酮类等有毒有害物质，影响使用者的口感体验，并且会危害身体健康。同时，电子雾化装置也因温度过高而损坏或对人体构成烫伤。
发明内容
本发明解决的一个技术问题是如何防止发热体产生干烧。
一种发热体，包括均匀混合而成的热敏材料和导电基材，所述热敏材料所占的质量百分比为0.01％～0.1％；其中，当所述发热体的温度升高至临界高温时，所述发热体的电阻率从正常值骤增而停止导电，当所述发热体从所述临界高温降低至临界低温时，所述发热体的电阻率骤减至正常值而重新导电。
在其中一个实施例中，所述临界高温不低于290℃，所述临界低温不高于260℃。
在其中一个实施例中，所述热敏材料包括钛酸钡基材料或氧化钒基材料；所述导电基材包括银基材、银钯基材、银铂基材、镍铬基材、镍基材或铁镍铬基材。
在其中一个实施例中，在正常工作状态下，所述发热体的电阻为0.5Ω～1.5Ω，所述发热体的电阻率小于10mΩ.mm。
在其中一个实施例中，所述发热体呈膜片状或线条状。
一种雾化芯，包括陶瓷基体和上述任一项所述的发热体，所述陶瓷基体具有供液体雾化的雾化面，所述发热体直接附着在所述雾化面上或者嵌设在所述陶瓷基体中。
在其中一个实施例中，所述陶瓷基体还具有顶面和侧面，所述顶面与所述雾化面朝向相反，所述侧面连接在所述顶面与所述雾化面之间；其中，液体经所述顶面和/或侧面渗入所述陶瓷基体内部以抵达所述雾化面。
一种电子雾化装置，包括电源和上述任一项所述的雾化芯，所述电源用于对所述发热体供电。
一种发热体制造方法，包括如下步骤：
提供电阻率为9000mΩ.mm至11000mΩ.mm的热敏材料和电阻率为0.01mΩ.mm至0.6mΩ.mm的导电基材；
将所述热敏材料和所述导电基材混合形成电阻率为100mΩ.mm至104mΩ.mm的中间坯体，在所述中间坯体中，所述热敏材料与所述导电基材的质量比为1：(97～99.5)；及
将所述中间坯体与所述导电基材混合形成电阻率为2mΩ.mm至6mΩ.mm的发热体，在所述发热体中，所述中间坯体与所述导电基材的质量比为1：(15～45)。
在其中一个实施例中，所述热敏材料采用钛酸钡基材料，所述导电基材采用电阻率为0.4mΩ.mm至0.6mΩ.mm银钯基材；所述中间坯体的电阻率为100mΩ.mm至101mΩ.mm，所述中间坯体与所述银钯基材混合形成的发热体的电阻率为4mΩ.mm至6mΩ.mm，在所述发热体中，所述中间坯体与所述银钯基材的质量比为1：(19～21)。
在其中一个实施例中，所述热敏材料采用钛酸钡基材料，所述导电基材采用电阻率为0.01mΩ.mm至0.03mΩ.mm银基材；所述中间坯体的电阻率为100mΩ.mm至101mΩ.mm，所述中间坯体与所述银基材混合形成的发热体的电阻率为3mΩ.mm至4mΩ.mm，在所述发热体中，所述中间坯体与所述银基材的质量比为1：(29～31)。
在其中一个实施例中，所述热敏材料采用钛酸钡基材料，所述导电基材采用电阻率为2mΩ.mm至4mΩ.mm镍铬基材；所述中间坯体的电阻率为101mΩ.mm至103mΩ.mm，所述中间坯体与所述镍铬材混合形成的发热体的电阻率为4mΩ.mm至6mΩ.mm，在所述发热体中，所述中间坯体与所述镍铬基材的质量比为1：(39～41)。
本发明的一个实施例的一个技术效果是：由于发热体采用热敏材料和导电基材混合而成，当发热体的温度升高至临界高温时，发热体的电阻率从正常值骤增而自动停止导电，从而有效避免发热体产生干烧。在发热体停止发热并产生热量损失的情况下，发热体的温度将从临界高温减低至临界低温，此时发热体的电阻率骤减至正常值而自动开始导电。因此，充分利用自身特有的物理属性，使得发热体本身即可起到感应和开关的双重作用，确保发热体对导电通断控制的灵敏度。
附图说明
图1为第一实施例提供的雾化芯的剖面结构示意图；
图2为第二实施例提供的雾化芯的剖面结构示意图；
图3为图2所述雾化芯的分解结构示意图；
图4为传统发热体和本申请发热体温度随时间变化的曲线图；
图5为一实施例提供的发热体制造方法的流程框图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
同时参阅图1至图3，本发明一实施例提供的电子雾化装置包括电源和雾化芯10，电子雾化装置内形成有储液腔，储液腔用于存储以气溶胶生成基质为代表的液体，雾化芯10包括陶瓷基体200和发热体100，储液腔中的液体能够渗透至陶瓷基体200中，电源与发热体100电性连接，发热体100设置在陶瓷基体200上。当电源对发热体100供电时，发热体100将电能转化为热能，使得陶瓷基体200中的液体吸收热量后雾化形成供用户抽吸的烟雾。
陶瓷基体200内形成有大量微孔而具有一定的孔隙率，陶瓷基体200中的微孔能产生毛细作用，使得储液腔的液体能够在该毛细作用下渗透至陶瓷基体200的内部。陶瓷基体200具有雾化面210、顶面220和侧面230，雾化面210与顶面220两者的朝向相反，侧面230连接在顶面220与雾化面210之间。当陶瓷基体200大致呈长方体时，陶瓷基体200的顶面220朝上设置，陶瓷基体200的底面朝下设置，该底面即为上述的雾化面210，侧面230的上端与顶面220连接，侧面230的下端与雾化面210(底面)连接。
当顶面220单独与储液腔中的液体直接接触时，该顶面220可以作为吸液面，储液腔中的液体将经该顶面220渗入陶瓷基体200内而抵达至雾化面210；当侧面230单独与储液腔中的液体直接接触时，该侧面230可以作为吸液面，储液腔中的液体将经该侧面230渗入陶瓷基体200内而抵达至雾化面210；当顶面220和侧面230同时与储液腔中的液体直接接触时，该顶面220和侧面230两者共同可以作为吸液面，储液腔中的液体将经该顶面220和侧面230渗入陶瓷基体200内而抵达至雾化面210。
当液体抵达至雾化面210时，发热体100产生的热量可以将抵达至雾化面210的液体进行雾化。发热体100在陶瓷基体200上的设置形式有多种，例如，参阅图1，发热体100可以直接贴附在雾化面210上。参阅图2和图3，再如，雾化面210的一部分朝向顶面220凹陷设定深度而形成凹槽211，发热体100嵌设在该凹槽211中，发热体100的表面可以平齐于雾化面210或突出于雾化面210，此时，肉眼可以观察到发热体100的存在。又如，发热体100可以嵌设而完全藏置在陶瓷基体200中，此时，肉眼将无法观察到发热体100的存在，当然，发热体100藏置在靠近雾化面210的位置处，发热体100的表面距极为靠近雾化面210。
在一些实施例中，发热体100可以为扁平的膜片状结构，即发热膜；也可以为细长的线条状接结构，即发热丝。发热体100可以绕制形成平面螺旋结构或渐开线结构，也可以绕制形成立体的螺线管结构。
在一些实施例中，发热体100采用热敏材料和导电基材均匀混合而成，热敏材料在整个发热体100中所占的质量百分比为0.01％～0.1％，其具体取值可以为0.01％、0.02％、0.05％或0.1％等。热敏材料具有较高的电阻率，其电阻率可高达104mΩ.mm～1015mΩ.mm，在正常工作状态下，发热体100能够导电以对液体进行雾化，发热体100在正常工作状态下的电阻率定义为发热体100电阻率的正常值，发热体100电阻率的正常值可以小于10mΩ.mm。由于发热体100中掺混有热敏材料，当发热体100的温度升高至不低于290℃的临界高温时，即温度升高至290℃或290℃以上时，发热体100的电阻率将在瞬间(约0.1秒左右)从正常值骤增至正常值的1020倍以上，使得发热体100因电阻率极大而停止导电，即发热体100等同于无法导电的绝缘体；当停止导电后，发热体100自然将停止产生热量，同时发热体100上集聚的热量将因热传递而逐渐减少，使得发热体100的温度降低，当发热体100的温度从临界高温降低至不高于260℃的临界低温时，即温度降低至260℃或260℃以下时，发热体100的电阻率将瞬间恢复至正常值，此时，发热体100将能重新导电并产生热量，以便继续对液体进行雾化。
因此，在陶瓷基体200中液体供应不足的情况下，发热体100将无法被液体充分浸润，从而导致发热体100温度即将超过290℃而产生干烧，此时，发热体100的电阻率将瞬间骤增并无法导电，使得发热体100立即自动停止产生热量，从而避免发热体100产生干烧，进一步防止干烧所产生的有害物质、以及对电子雾化装置本身和用户构成的伤害。在发热体100温度从290℃降低至260℃的时间段中，用户将可以充分利用该时间段对储液腔重新注入液体，以便使陶瓷基体200和发热体100被液体充分浸润，当发热体100降低至260℃而恢复至正常工作状态的电阻率以导电时，发热体100因被液体充分浸润而能避免干烧，从而将液体雾化以便用户正常抽吸。当然，在其它原因导致发热体100温度升高至不低于290℃的情况下，发热体100同样将自动停止产生热量以避免干烧，此时，发热体100的停止工作将对用户产生警示作用，以提醒用户及时排除相关障碍。
对于传统的电子雾化装置，通常设置温度传感器来感应发热体温度的突变，当温度突变时，温度传感器产生的温度电信号将传输至控制模块，控制模块进行判断和处理后产生控制电信号以控制发热体与电源之间的通断，但是该种设计模式的反应灵敏度较低，不能在干烧时使发热体立即停止工作，同时，需增加额外的电气元件和电路结构，导致结构复杂和增加成本。另外也对储液腔进行结构上的改进以使雾化芯处于充分浸润状态，但是该设计模式仅能在一定程度上减少干烧的程度，并不能真正做到完全阻止干烧。
而对于上述实施例中的发热体100，当发热体100的温度升高至临界高温时，发热体100的电阻率从正常值骤增而自动停止导电，当发热体100的温度从临界高温减低至临界低温时，发热体100的电阻率骤减至正常值而自动开始导电。因此，充分利用自身特有的物理属性，使得发热体100本身即可起到感应和开关的双重作用，提高发热体100对导电通断控制的灵敏度；同时，无需增加其它传感器和电气元件，也无需对储液腔结构的改进，从而简化整个电子雾化装置的结构并降低其制造成本。
参阅图4，对于采用纯镍铬基材或纯银钯基材制成的传统发热体，在陶瓷基体200液体供应不足的情况下，随着时间的推移，发热体的温度将持续升高到600℃以上而形成干烧。但是，对于上述实施例中由热敏材料和导电基材混合而成的发热体100，随着时间的推移，发热体100的温度基本稳定在270℃附近，从而可以有效避免干烧。
在一些实施例中，热敏材料可以采用钛酸钡基材料，也可以采用氧化钒基材料等。导电基材可以采用银基材、银钯基材、银铂基材、镍铬基材、镍基材或铁镍铬基材等。通过上述原料制成的发热体100，可以使得发热体100在电阻率处于正常值情况下的电阻为0.5Ω～1.5Ω，其具体取值可以为0.5Ω、0.8Ω、1Ω或1.5Ω等。
本发明还提供一种发热体制造方法，参阅图5，该发热体制造方法主要还包括如下步骤：
第一步，S310,提供电阻率为9000mΩ.mm至11000mΩ.mm的热敏材料和电阻率为0.01mΩ.mm至0.6mΩ.mm的导电基材。
第二步，S320,将热敏材料和导电基材混合形成电阻率为100mΩ.mm至104mΩ.mm的中间坯体，在中间坯体中，热敏材料与导电基材的质量比为1：(97～99.5)。
第三步，S330,将中间坯体与导电基材混合形成电阻率为2mΩ.mm至6mΩ.mm的发热体100，在发热体100中，中间坯体与导电基材的质量比为1：(15～45)。
例如，热敏材料采用钛酸钡基材料，导电基材采用银钯基材，银钯基材的电阻率范围为0.4mΩ.mm至0.6mΩ.mm，将钛酸钡基材料和银钯基材混合可以得到中间坯体，中间坯体的电阻率范围为100mΩ.mm至101mΩ.mm。再将中间坯体与银钯基材混合形成的发热体100的电阻率为4mΩ.mm至6mΩ.mm，在成型后的发热体100中，中间坯体与银钯基材的质量比为1：(19～21)。具体而言，钛酸钡基材料的电阻率为104mΩ.mm，银钯基材的电阻率为0.5mΩ.mm，钛酸钡基材料和银钯基材通过质量比为1:99的方式混合形成中间坯体，此时中间坯体的电阻率为100.495mΩ.mm，然后将该中间坯体与银钯基材通过质量为1:20的方式混合形成发热体100，此时发热体100的电阻率为5.26mΩ.mm。
再如，热敏材料采用钛酸钡基材料，导电基材采用银基材，银基材的电阻率范围为0.01mΩ.mm至0.03mΩ.mm，将钛酸钡基材料和银基材混合可以得到中间坯体，中间坯体的电阻率范围为100mΩ.mm至101mΩ.mm。再将中间坯体与银基材混合形成的发热体100的电阻率为3mΩ.mm至4mΩ.mm，在成型后的发热体100中，中间坯体与银基材的质量比为1：(29～31)。具体而言，钛酸钡基材料的电阻率为104mΩ.mm，银基材的电阻率为0.02mΩ.mm，钛酸钡基材料和银基材通过质量比为1:99的方式混合形成中间坯体，此时中间坯体的电阻率为100.02mΩ.mm，然后将该中间坯体与银基材通过质量为1:30的方式混合形成发热体100，此时发热体100的电阻率为3.25mΩ.mm。
又如，热敏材料采用钛酸钡基材料，导电基材采用镍铬基材，镍铬基材的电阻率范围为2mΩ.mm至4mΩ.mm，将钛酸钡基材料和镍铬基材混合可以得到中间坯体，中间坯体的电阻率范围为101mΩ.mm至103mΩ.mm。再将中间坯体与镍铬基材混合形成的发热体100的电阻率为4mΩ.mm至6mΩ.mm，在成型后的发热体100中，中间坯体与镍铬基材的质量比为1：(39～41)。具体而言，钛酸钡基材料的电阻率为104mΩ.mm，镍铬基材的电阻率为3mΩ.mm，钛酸钡基材料和镍铬基材通过质量比为1:99的方式混合形成中间坯体，此时中间坯体的电阻率为102.97mΩ.mm，然后将该中间坯体与镍铬基材通过质量为1:40的方式混合形成发热体100，此时发热体100的电阻率为5.44mΩ.mm。
当然，通过上述制造方法，可以改变发热体100电阻率骤增时的临界高温和发热体100电阻率骤减时的临界低温。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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，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，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种发热体，其特征在于，包括均匀混合而成的热敏材料和导电基材，所述热敏材料所占的质量百分比为0.01％～0.1％；其中，当所述发热体的温度升高至临界高温时，所述发热体的电阻率从正常值骤增而停止导电，当所述发热体从所述临界高温降低至临界低温时，所述发热体的电阻率骤减至正常值而重新导电。
2.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述临界高温不低于290℃，所述临界低温不高于260℃。
3.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述热敏材料包括钛酸钡基材料或氧化钒基材料；所述导电基材包括银基材、银钯基材、银铂基材、镍铬基材、镍基材或铁镍铬基材。
4.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，在正常工作状态下，所述发热体的电阻为0.5Ω～1.5Ω，所述发热体的电阻率小于10mΩ.mm。
5.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述发热体呈膜片状或线条状。
6.一种雾化芯，其特征在于，包括陶瓷基体和权利要求1至5中任一项所述的发热体，所述陶瓷基体具有供液体雾化的雾化面，所述发热体直接附着在所述雾化面上或者嵌设在所述陶瓷基体中。
7.根据权利要求6所述的雾化芯，其特征在于，所述陶瓷基体还具有顶面和侧面，所述顶面与所述雾化面朝向相反，所述侧面连接在所述顶面与所述雾化面之间；其中，液体经所述顶面和/或侧面渗入所述陶瓷基体内部以抵达所述雾化面。
8.一种电子雾化装置，其特征在于，包括电源和权利要求6至7中任一项所述的雾化芯，所述电源用于对所述发热体供电。
9.一种发热体制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供电阻率为9000mΩ.mm至11000mΩ.mm的热敏材料和电阻率为0.01mΩ.mm至0.6mΩ.mm的导电基材；
将所述热敏材料和所述导电基材混合形成电阻率为100mΩ.mm至104mΩ.mm的中间坯体，在所述中间坯体中，所述热敏材料与所述导电基材的质量比为1：(97～99.5)；及
将所述中间坯体与所述导电基材混合形成电阻率为2mΩ.mm至6mΩ.mm的发热体，在所述发热体中，所述中间坯体与所述导电基材的质量比为1：(15～45)。
10.根据权利要求9所述的发热体制造方法，其特征在于，所述热敏材料采用钛酸钡基材料，所述导电基材采用电阻率为0.4mΩ.mm至0.6mΩ.mm银钯基材；所述中间坯体的电阻率为100mΩ.mm至101mΩ.mm，所述中间坯体与所述银钯基材混合形成的发热体的电阻率为4mΩ.mm至6mΩ.mm，在所述发热体中，所述中间坯体与所述银钯基材的质量比为1：(19～21)。
11.根据权利要求9所述的发热体制造方法，其特征在于，所述热敏材料采用钛酸钡基材料，所述导电基材采用电阻率为0.01mΩ.mm至0.03mΩ.mm银基材；所述中间坯体的电阻率为100mΩ.mm至101mΩ.mm，所述中间坯体与所述银基材混合形成的发热体的电阻率为3mΩ.mm至4mΩ.mm，在所述发热体中，所述中间坯体与所述银基材的质量比为1：(29～31)。
12.根据权利要求9所述的发热体制造方法，其特征在于，所述热敏材料采用钛酸钡基材料，所述导电基材采用电阻率为2mΩ.mm至4mΩ.mm镍铬基材；所述中间坯体的电阻率为101mΩ.mm至103mΩ.mm，所述中间坯体与所述镍铬材混合形成的发热体的电阻率为4mΩ.mm至6mΩ.mm，在所述发热体中，所述中间坯体与所述镍铬基材的质量比为1：(39～41)。
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