CN111011931A - 一种加热器及其加热组件和发热体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及加热器及其加热组件和发热体，该发热体，包括棒芯、以及膜片；所述棒芯包括管状的主体部；所述膜片设置于所述主体部的外周壁；所述膜片包括相对设置的内表面以及外表面；所述膜片的所述内表面设有导电发热轨道；所述导电发热轨道包括第一发热部以及与所述第一发热部连接的第二发热部；所述第一发热部和所述第二发热部被配置成当电流通过时所述第一发热部温度高于所述第二发热部的温度。该发热体既能够保证良好机械性能，不容易断裂，且具有工艺简单廉价，能量利用率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及加热器，更具体地说，涉及一种加热器及其加热组件和发热体。
背景技术
随健康理念普及，烟草加热不燃烧趋于流行，烟草加热不燃烧就是指通过特制的卷烟，烟草不需通过明火点燃，在300℃的加热烘烤下，使得物质和香味以气溶胶形式蒸发出来，可工人抽吸，产生类似传统烟草的口感，但大幅减少传统烟草高温裂解释放的有害成分。消费者在满足感获得的同时，减少了对身体的危害性。
而通过加热不燃烧形成气溶胶的一个核心部件为加热元件，其升温后对烟草等气溶胶形成基材进行烘烤。现有技术中加热元件一些性能难满足要求，陶瓷基片韧性差，在长期高温和机械冲击(装烟)下容易断裂，而陶瓷加热杆通常具有较高的机械强度，确存在工艺复杂，且热量难以满足有效局部化造成能量无效耗散等缺点。
热量有效局部化是指插入加热式加热组件在加热烘烤烟草等气溶胶形成基质时，加热元件通常只有部分作为工作区域插入烟草，而另外部分主要为机械支撑与接通外部电源，通常希望加热组件产生的热量集中于工作区域，而下段部分耗散热量越少越有利于能量的有效利用率以及下段其它外周部件的耐热稳定性。
有需要提供一种新型的加热元件，既能够保证良好机械性能，不容易断裂，工艺简单廉价，热量能够控制区域局部化控制，对气溶胶形成基材进行加热。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种改进的发热体，进一步提供一种改进的加热组件和加热器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种发热体，包括棒芯、以及膜片；
所述棒芯包括管状的主体部；
所述膜片设置于所述主体部的外周壁；所述膜片包括相对设置的内表面以及外表面；
所述膜片的所述内表面设有导电发热轨道；所述导电发热轨道包括第一发热部以及与所述第一发热部连接的第二发热部；所述第一发热部和所述第二发热部被配置成当电流通过时所述第一发热部温度高于所述第二发热部的温度。
优选地，所述第一发热部包括第一材料；
所述第二发热部包括第二材料；
所述第一材料的电阻率大于所述第二材料的电阻率。
优选地，所述第一材料的方阻为20mΩ-200mΩ/口；
和/或，所述第二材料的方阻低于5mΩ/口。
优选地，所述主体部包括置于气溶胶基材中的工作区以及与所述工作区沿纵向依次设置以与外周部件连接固定的固定区；
所述第一发热部与所述工作区对应设置，所述第二发热部与所述固定区对应设置。
优选地，所述第二发热部的轨迹宽度大于所述第一发热部轨迹宽度。
优选地，所述第一发热部的轨迹为单轨迹或者为多轨迹并联设置。
优选地，所述第一发热部的轨迹包括并排且间隔设置两个第一直线段、以及至少一个弯折段；
所述弯折段设置于所述两个第一直线段之间。
优选地，所述第二发热部的轨迹包括间隔且并排设置的两个第二直线段；
所述两个第二直线段分别与所述第一发热部连接。
优选地，所述第一发热部至少部分叠设于所述第二发热部的上表面或者下表面。
优选地，所述导电发热轨道还包括设置于所述第二发热部远离所述第一发热部一端的第一导电部、以及设置于所述膜片的所述外表面并与所述第一导电部对应设置且相互连通以与外部电源连接的第二导电部。
优选地，所述第一导电部和所述第二导电部的电阻小于所述第一发热部的电阻；
和/或，所述第一导电部和所述第二导电部的宽度大于第二发热部的宽度。
优选地，所述第一导电部和所述第二导电部之间设有连通通道。
优选地，所述膜片的厚度为0.02-0.5mm。
优选地，所述膜片为低温烧结的陶瓷膜片，所述低温为低于1000℃的温度。
优选地，所述棒芯还包括设置于所述主体部一端的尖顶部；
还包括涂覆于所述膜片的至少部分所述外表面的至少一层保护层。
优选地，所述棒芯上设置有盲孔或者凸起；
所述盲孔设置于所述主体部的底部且沿轴向延伸设置，或者设置于所述主体部的侧壁上且与所述第一发热部和所述第二发热部的相接处对应设置；
或者，所述凸起设置于所述主体部的侧壁上且与所述第一发热部和所述第二发热部的相接处对应设置；
所述膜片上设有与所述盲孔或者所述凸起对应设置的过孔。
本发明还构造一种加热组件，包括固定座、以及本发明所述的发热体；
所述固定座设置于所述发热体的主体部的下部，所述固定座中设有与所述发热体连接的引脚。
本发明还构造一种加热器，包括本发明所述的加热组件以及与所述加热组件连接的供电组件。
实施本发明的加热器及其加热组件和发热体，具有以下有益效果：该发热体通过在设置于主体部的外周壁的膜片的内表面设置导电发热轨道，并将该导电发热轨道的第一发热部和第二发热部被配置成当电路通过时第一发热部稳定高于第二发热部的温度，进而能够将热量进行区域局部化控制，从而提高了能量利用率。该发热体既能够保证良好机械性能，不容易断裂，且具有工艺简单廉价，能量利用率高的优点。
该加热组件既能够保证良好机械性能，不容易断裂，且具有工艺简单廉价，能量利用率高的优点。
该加热器既能够保证良好机械性能，不容易断裂，且具有工艺简单廉价，能量利用率高的优点。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明加热器第一实施例中加热组件的结构示意图；
图2是图1所示加热组件中的发热体的结构示意图；
图3是图2所示发热体的剖视图；
图4是图3所示发热体的膜片内表面的结构示意图；
图5是图3所示发热体的膜片外表面的结构示意图；
图6是本发明加热器第二实施例中发热体的结构示意图；
图7是图6所示发热体的膜片内表面的剖视图；
图8是本发明加热器第三实施例中发热体的结构示意图；
图9是图8所示发热体的膜片内表面的剖视图；
图10是图8所示发热体的膜片外表面的结构示意图；
图11是本发明加热器第四实施例中发热体的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
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至图2示出了本发明加热器的一些优选实施例。加热器适合气溶胶产生装置，其能够加热烟支中的烟草形成气溶胶供用户抽吸。该加热器既能够保证良好机械性能，不容易断裂，且具有工艺简单廉价，能量利用率高的优点。
如图1及图2所示，该加热器包括加热组件以及供电组件，该加热组件插入烟支中能够对烟支中的烟草进行加热。该供电组件与该加热组件机械地以及电性连接，其可以给该加热组件供电。在本实施例中，该加热器还可包括外壳。该加热组件以及供电组件可收容于该外壳中。
如图1及图2所示，进一步地，在本实施例中，该加热组件包括发热体1以及固定座2；该发热体1可插入烟支中能够对烟支的烟草进行加热。该固定座2设置于该发热体的下部，其用于该发热体1的安装。
如图3至图5所示，进一步地，在本实施例中，该发热体1包括棒芯10、膜片20以及导电发热轨道30；该棒芯10呈纵长状。该膜片20设置于该棒芯10的外周壁，该导电发热轨道20设置于该膜片20上，其可供电流通过。
进一步地，在本实施例中，该棒芯10为陶瓷棒芯，其采用的为常规的陶瓷材料，比如氧化锆或氧化铝，其为膜片发热部分提供刚性机械支撑与热量均匀作用。该棒芯10包括主体部11以及尖顶部12；该主体部11呈管状，在本实施例中，其可以为实心结构，当然，可以理解地，在其他一些实施例中，其可以为全空心结构或者部分空心结构。在其他一些实施例中，该主体部11包括工作区以及固定区；该工作区为该主体部11的上部，其为置于气溶胶基材中的区域，该固定区与该工作区沿纵向依次设置，其位于主体部11的下部，其为与外周部件连接固定的区域。该尖顶部12设置于该主体部11一端，其作用是便于该发热体更顺利的插入烟草等气溶胶形成基材中。
进一步地，在本实施例中，该膜片12设置于该主体部11的外周壁，其为低温烧结的陶瓷膜片，其中低温是指温度低于1000℃，其为导电发热轨道20提供了基底，该导电发热轨道20的轨迹配置得利于低温烧结的陶瓷膜片，因为Ag、Au等高导电金属的熔点较低(Tc(Ag)约960℃，Tc(Au)约1064℃),得在1000℃以下温度烧结，而常规陶瓷(氧化铝、氮化铝)通常烧结温度在1400-1600℃。该膜片12具有较薄的厚度，厚度为0.02-0.5mm，优选0.05-0.2mm之间，作为选择的，该膜片可通过流延的方式成型。该膜片12的材质与棒芯11不同，该膜片12的材质可以是微晶玻璃，玻璃-陶瓷(如钙硼硅玻璃-氧化硅填充)，低温陶瓷(硼酸锡钡陶瓷和硼酸锆钡陶瓷)中的一种或者多种，作为选择的，该膜片12为玻璃-陶瓷膜片，其特点是可以在低于1000℃以下进行烧结。该膜片12包括内表面21以及外表面22；该内表面21与该主体部11的外周壁贴合。
进一步地，在本实施例中，该导电发热轨道30设置于该膜片20的内表面21上，其可在通电状态下利用电阻发热。在本实施例中，该导电发热轨道30是通过丝印厚膜浆料的方式将电子浆料转移至膜片12上，然后烧结而成。膜片12与棒芯11烧结在一起的，烧结温度为800-1000℃。
进一步地，在本实施例中，该导电发热轨道30包括第一发热部31以及第二发热部32；该第一发热部31设置于该膜片20的上部，其与工作区对应设置，其可覆盖至少部分工作区。该第二发热部32设置于该膜片20的下部，其与该第一发热部31连接，在本实施例中，该第一发热部31可至少部分叠设于该第二发热部32的上表面或者下表面，通过部分重叠可以确保良好的电连接。可以理解地，在其他一些实施例中，该第一发热部31和该第二发热部32不限于重叠。
进一步地，在本实施例中，该第一发热部31和第二发热部32被配置成当电流通过时第一发热部31的温度高于第二发热部32的温度，从而可对热量进行局部化控制，使得热量集中于工作区，进而可以更好地对气溶胶形成基材进行加热，并且减少第二发热部32的热量耗散，提高热量利用率以及有利于固定区上的外周部件的耐热稳定性。
进一步地，在本实施例中，该第一发热部31的电阻大于该第二发热部32的电阻。根据焦耳定律，由加热器产生的热量取决于发热体的电阻。对于给定的电流，第一发热部31的电阻越高，产生的热量越多，因此使得工作区的热量越多，进而使得热量有效局部化。
进一步地，在本实施例中，该导电发热轨道30可由不同材料形成。该第一发热部31包括第一材料，该第二发热部32包括第二材料，其中第一材料具有比第二材料更大的电阻率系数。作为选择的，该第一材料可以为高电阻率的电阻浆料，方阻可以达到20mΩ-200mΩ/口，如采用主导电成分Ni、Ag-Pd、Ag-Pt、Ag-RuO等电阻率相对较高的金属或合金，以及较高比例无机粘接剂。该第二材料可以为低电阻率的导电浆料，方阻低于5mΩ/口，如采用主导电成分Ag，Au，CU等电阻率相对低的金属或合金，以及低比例无机粘接剂，一般采用银，进而可降低制作成本，并且保证其性能。本实施例的导电发热轨道30的浆料存在电阻TCR特性，即温度与电阻之间存在特定对应关系，这使得所述发热体既能够用于加热所述气溶胶形成基材又能够用于在使用过程中监视温度。
进一步地，在本实施例中，该导电发热轨道30的第一发热部31和第二发热部32的尺寸与形状可以存在不同设计。在本实施例中，该第一发热部31的轨迹可以为多轨迹并联设置，从而可以使得工作区获得较为均匀的温度场分布。可以理解地，在其他一些实施例中，该第一发热部31也可以为单轨迹。该第一发热部31的轨迹包括两个第一直线段311以及两排弯折段312。该两个第一直线段311并排且间隔设置。该两排弯折段312沿纵向并排且间隔设置于该两个第一直线段311之间。每排弯折段312包括多个弯折段；该多个弯折段312相互连接设置于该两个第一直线段311之间，且位于两侧的弯折段312分别与该两个第一直线段311连接。该第二发热部32的轨迹的宽度大于该第一发热部31轨迹宽度，进而可获得单位长度更低电阻。该第二发热部32包括间隔且并排设置的两个第二直线段321；该两个直线段321的宽度大于该第一直线段311和该弯折段312的宽度。该两个第二直线段321可分别与该第一发热部31连接。
进一步地，在本实施例中，该导电发热轨道30还包括第一导电部33和第二导电部34；该第一导电部33设置于膜片20的内表面21，该第一导电部33设置于第二发热部32远离第一发热部31一端。该第一导电部33的宽度大于该第二发热部32的宽度。该第二导电部34设置于膜片20的外表面22，该第二导电部34与该第一导电部33对应设置，且其与该第一导电部33相互连通，该第二导电部34的形状以及尺寸与该第一导电部33相当，其宽度大于该第二发热部32的宽度，其可用于与外部电源连接。该第一导电部33和该第二导电部34的电阻小于第一发热部31的电阻，其与该第二发热部32同样采用低电阻率的导电浆料制成，其具有良好的电连接特性，其可以通过锡焊或者钎焊的方式与外部电源形成电连接。该第二导电部34可形成焊垫与外部电源连接。
进一步地，在本实施例中，该第一导电部33和第二导电部34之间设有连通通道40；该连通通道40可为设置于该膜片20上的通孔，其内侧可填充导电材料，其能够实现该第一导电部33和第二导电部34电路连通，进而实现该与第二发热部32的电路连通，从而实现外部电源向导电发热轨道30的供电，进而使得该导电发热轨道20的电阻发热。
进一步地，在本实施例中，该发热体还包括一层保护层，该保护层涂覆于该膜片20的至少部分外表面22上，具体地，其涂覆于膜片20的外表面且位于第二导电部34外的其他部分，使得发热体更加平坦光滑和有利于减少加热烟草过程中烟垢的沾附。可以理解地，在其他一些实施例中，其可部分覆盖，作为选择的，其可覆盖于该发热体的工作区。作为选择的，该保护层可以为玻璃釉料形成的保护层。可以理解地，在其他一些实施例中，该保护层不限于一层，其可以为多层，且其不限于玻璃釉料形成的保护层。
再如图1所示，在本实施例中，该固定座2设置于发热体1的主体部11的下部，位于该第一导电部33和第二导电部34的下方，其可以呈圆环状，套设于发热体1的外围，作为选择的，该固定座可以为PEEK材料。该固定做2中设有引脚3，该引脚3可注塑于该固定座2中，并从该固定座的底壁穿出，以将第二导电部34与外部电源连接。可以理解地，在其他一些实施例中，该固定座2不限于圆环状，该固定座2也可以是具有两个凹槽的不连接环形，对应的引脚设置于对应的凹槽内。在其他一些实施例中，该固定座的侧壁上可设置定位缺口或者凸起，以便于安装至加热器中。
图6及图7示出了本发明加热器的第二实施例，其与该第一实施例的区别在于，该棒芯上为底端设置有盲孔13的部分空间结构。该盲孔13设置于该棒芯10的主体部11远离尖顶部12的一端且沿该主体部11的轴向延伸设置。该盲孔13可以减少热量从加热工作区域向下传递，提高能量利用率，并且该盲孔13还可以用于与该固定座2装配，提高装配成型的稳定性。可以理解地，在其他一些实施例中，该盲孔13不限于设置于底端，该盲孔13也可以省去。
在本实施例中，该第一发热部31的轨迹为单轨迹，其弯折段312为一段，其设置于该两个第一直线部311之间，且两端分别与该两个第一直线部311连接。
图8及图9示出了本年发明加热器的第三实施例，其与该第一实施例的区别在于，该盲孔13设置于主题部11的侧壁上，且其与第一发热部31和第二发热部32的相接处对应设置。相应地，该膜片20上设有过孔23，该过孔23位于该第一发热部31和第二发热部32的相接处，其与该盲孔13对应设置。
在其他一些实施例中，该盲孔13可以省去，棒芯10上设有凸起，该凸起设置于该主体部11的侧壁上且与该第一发热部31和第二发热部32的相接处对应设置，其可与固定座2配合，便于该发热体1与该固定座注塑成型。该过孔23也可以与该凸起对应设置。
图10示出了本发明加热器的第四实施例，其与该第一实施例的区别在于，该尖顶部12可包括第一部分以及第二部分，第一部分位于该顶部，其可以为圆锥形，第二部分位于该主体部11和第一部分之间，其可以为圆台状，通过将其设置为两部分，可以使得插烟更为顺畅。
可以理解的，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 (18)
1.一种发热体，其特征在于，包括棒芯(10)、以及膜片(20)；
所述棒芯(10)包括管状的主体部(11)；
所述膜片(20)设置于所述主体部(11)的外周壁；所述膜片(20)包括相对设置的内表面(21)以及外表面(22)；
所述膜片(20)的所述内表面(21)设有导电发热轨道(30)；所述导电发热轨道(30)包括第一发热部(31)以及与所述第一发热部(31)连接的第二发热部(32)；所述第一发热部(31)和所述第二发热部(32)被配置成当电流通过时所述第一发热部(31)温度高于所述第二发热部(32)的温度。
2.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述第一发热部(31)包括第一材料；
所述第二发热部(32)包括第二材料；
所述第一材料的电阻率大于所述第二材料的电阻率。
3.根据权利要求2所述的发热体，其特征在于，所述第一材料的方阻为20mΩ-200mΩ/口；
和/或，所述第二材料的方阻低于5mΩ/口。
4.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述主体部(11)包括置于气溶胶基材中的工作区以及与所述工作区沿纵向依次设置以与外周部件连接固定的固定区；
所述第一发热部(31)与所述工作区对应设置，所述第二发热部(32)与所述固定区对应设置。
5.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述第二发热部(32)的轨迹宽度大于所述第一发热部(31)轨迹宽度。
6.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述第一发热部(31)的轨迹为单轨迹或者为多轨迹并联设置。
7.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述第一发热部(31)的轨迹包括并排且间隔设置两个第一直线段(311)、以及至少一个弯折段(312)；
所述弯折段(312)设置于所述两个第一直线段(311)之间。
8.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述第二发热部(32)的轨迹包括间隔且并排设置的两个第二直线段(321)；
所述两个第二直线段(321)分别与所述第一发热部(31)连接。
9.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述第一发热部(31)至少部分叠设于所述第二发热部(32)的上表面或者下表面。
10.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述导电发热轨道(30)还包括设置于所述第二发热部(32)远离所述第一发热部(31)一端的第一导电部(33)、以及设置于所述膜片(20)的所述外表面(22)并与所述第一导电部(33)对应设置且相互连通以与外部电源连接的第二导电部(34)。
11.根据权利要求10所述的发热体，其特征在于，所述第一导电部(33)和所述第二导电部(34)的电阻小于所述第一发热部(31)的电阻；
和/或，所述第一导电部(33)和所述第二导电部(34)的宽度大于第二发热部(32)的宽度。
12.根据权利要求10所述的发热体，其特征在于，所述第一导电部(33)和所述第二导电部(34)之间设有连通通道(40)。
13.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述膜片(20)的厚度为0.02-0.5mm。
14.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述膜片(20)为低温烧结的陶瓷膜片，所述低温为低于1000℃的温度。
15.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述棒芯(10)还包括设置于所述主体部(11)一端的尖顶部(12)；
还包括涂覆于所述膜片(20)的至少部分所述外表面(22)的至少一层保护层。
16.根据权利要求1所述的发热体，其特征在于，所述棒芯(10)上设置有盲孔(13)或者凸起；
所述盲孔(13)设置于所述主体部(11)的底部且沿轴向延伸设置，或者设置于所述主体部(11)的侧壁上且与所述第一发热部(31)和所述第二发热部(32)的相接处对应设置；
或者，所述凸起设置于所述主体部(11)的侧壁上且与所述第一发热部(31)和所述第二发热部(32)的相接处对应设置；
所述膜片(20)上设有与所述盲孔(13)或者所述凸起对应设置的过孔(23)。
17.一种加热组件，其特征在于，包括固定座(2)、以及权利要求1至16任一项所述的发热体(1)；
所述固定座(2)设置于所述发热体(1)的主体部(11)的下部，所述固定座(2)中设有与所述发热体(1)连接的引脚(3)。
18.一种加热器，其特征在于，包括权利要求17所述的加热组件以及与所述加热组件连接的供电组件。
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