CN111182806B - 用于吸入器、尤其用于电子香烟产品的蒸发器单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于吸入器、尤其用于电子香烟产品的蒸发器单元（20），该蒸发器单元包括能够电运行的、特别是平面的加热体（60），所述加热体具有入口侧（61）和出口侧（64），并且该蒸发器单元还包括多个微通道（62），所述微通道分别从所述入口侧（61）穿过所述加热体（60）延伸至所述出口侧（64），其中，所述加热体（60）通过施加加热电压而设置用于蒸发通过所述微通道（62）输送的液体。在所述加热体（60）的入口侧（61）上布置有多孔的和/或毛细管状的芯结构（19），所述芯结构面状地且接触地贴靠在所述加热体（60）上并且在所述入口侧（61）上覆盖所有微通道（62）。

Description

用于吸入器、尤其用于电子香烟产品的蒸发器单元
技术领域
本发明涉及一种用于吸入器、特别是用于电子香烟产品的蒸发器单元，所述蒸发器单元具有能够电运行的、特别是平面的加热体和多个微通道，所述加热体具有入口侧和出口侧，所述多个微通道分别从入口侧延伸通过加热体到出口侧，其中加热体通过施加加热电压被设置用于蒸发通过微通道输送的液体。
背景技术
在现有技术中，到加热体的流体输入通常借助于芯部以毛细管的方式来实现。所使用的芯部沿着输送方向理想地具有恒定的输送作用。如果输送速率小于所要求的蒸发速率，则芯部在紧邻加热体的附近变干。随后进行干抽（所谓的干式抽吸）并释放有害物质。
在平面的加热体的情况下，加热体必须在任何时间和任何地点通过芯部尽可能均匀地润湿，以便确保恒定的温度分布和因此在其表面上确保均匀的无有害物质的蒸发。
在当前的现有技术中，提出用于基于Si的电子香烟的加热器。迄今为止，这些系统中没有一个被实施。在同时结构的热解耦和避免过渡损失的情况下，在加热器的电、机械和液压耦合中出现了特殊的困难。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种蒸发器单元，对于该蒸发器单元而言避免了由于在加热体的入口侧形成气泡和干式运转而引起的问题。
本发明利用独立权利要求的特征来解决该任务。
借助于根据本发明的芯结构可以抑制在加热体的入口区域中形成气泡。在加热体的微通道中产生的小气泡不能侵入到入口侧上游的区域中并且导致加热体的入口区域的干式运转并且进而导致蒸发器的功能损害。在芯结构的区域中可能存在的小气泡被捕获在其孔或毛细管中并且不能结合成大的气泡。在此重要的是，芯结构面状地并且接触地在入口侧上贴靠在加热体上并且在入口侧上覆盖全部微通道，由此在微通道中形成的各个小气泡不能在错误的方向上、即在朝向液体储存器的入口侧上从微通道中出来。相反，通过根据本发明的芯结构阻塞入口侧使得在微通道中形成的小气泡在微通道中朝向出口侧迁移，在此处小气泡从微通道排出并且而后不会再产生问题。
为了在加热体的入口侧上给芯结构的部分均匀地供给流体，有利的是，在那里比在芯结构的进一步远离加热体并且更靠近流体容器的区域中更缓慢地并且更均匀地输送流体。因此，芯区域有利地在朝向加热体的方向上具有从大到小的孔/毛细管尺寸的梯度。这导致输送速率沿着芯结构朝加热体的方向有利地降低。芯结构的输送速率在表面张力和流体粘度恒定的情况下仅取决于疏水性和芯材料的孔/毛细管尺寸。
芯结构的多孔的或者说毛细管状的材料中的孔或者毛细管的平均尺寸有利地遵守特定的规定。因此，在芯结构中的孔或毛细管的平均的孔/毛细管尺寸在与加热体的接触区域中有利地是最小的，并且特别有利地小于、优选地比两个微通道彼此间的最小间距要小至少一个数量级。以这种方式有利地防止在微通道中产生的气泡在加热体的入口侧上溢流或穿透到相邻的微通道中。换句话说，通过所描述的特征防止了单个微通道能够通过入口区域中的流体彼此连通。否则，单个微通道的稳定蒸发状态不能通过相互作用的微通道来调整。此外，在芯结构中在加热器的入口侧处产生的大的蒸汽气泡可能同时阻塞多个微通道的入口开口，由此可能使得所述微通道过热。
同样有利的是，在芯结构中的孔或毛细管的平均的孔/毛细管尺寸在与加热体的接触区域中小于、优选比微通道的最小的净（或液压的）直径要小至少一个数量级。通过这种方式，有效地防止了在微通道中形成的小气泡通过孔或毛细管能够不希望地渗入到芯结构的内部。
此外，在芯结构的内部，最大可能的气泡尺寸有利地被限制到孔或毛细管尺寸。
在一种特别有利的实施方式中，芯结构上的平均的孔/毛细管尺寸不是恒定的，而是随着距加热体的间距的减小而变化，特别是随其（优选单调地）减小。孔/毛细管尺寸的单调减小在此通常包括如下情况，即，孔/毛细管尺寸局部地保持相同，但是无论如何随着距加热体的间距减小而不增加。
从芯结构到微通道中的流体输送通过流体在加热体下方的加热、与此相关的流体表面张力的下降以及此外通过由此增强的毛细管力来实现。在加热体中蒸发的流体导致压力差以及浓度随着沿加热体的出口侧的方向的下降度而变化。压力差加强单个微通道内的毛细管压力，并且类似地导致蒸发的流体仅能够从芯结构蒸发远离，而不影响相邻的微通道。
平均的孔/毛细管尺寸在此是指在多个相应的孔或毛细管上平均的尺寸。平均的孔尺寸意指球体的直径的平均值，所述球体分别具有与相应的孔相同的容积。平均毛细管尺寸是指在柱体的直径上的平均值，所述柱体分别具有与相应的毛细管相同的长度和相同的容积。
前述的芯结构可以以多种方式有利地实现。在一种有利的实施方式中，所述芯结构可以离散地或者多级地构造并且具有多个相互贴靠的多孔的和/或毛细管状的层，所述多个多孔的和/或毛细管状的层分别具有恒定的平均的孔/毛细管尺寸。该实施方式在制造技术上可以特别简单地制造。
在一种替代的实施方式中，芯结构可以构造为具有取决于距加热体的间距的平均的孔/毛细管尺寸的逐渐变化的元件。因此，在该变型方案中，仅存在一个层，该层具有孔/毛细管尺寸的在朝向加热体的方向上逐渐和单调变化、特别是减小。这具有减少部件数量的优点。
上述实施方式的混合形式是可行的。例如，在加热体的入口侧的区域中可以设置具有恒定的、小的平均的孔/毛细管尺寸的层并且贴靠在该层上地朝液体储存器设置具有持续或连续增加的平均的孔/毛细管尺寸的层。
有利地，芯结构的输送速率至少与加热体的最大蒸发速率一样大。由此随时都保证足够的液体补充输送，从而防止加热器的不利的空运转（Leerlaufen）。蒸发速率在此通过加热体结构的几何形状（容积与表面）和蒸发功率来确定。
因此，毛细管状的芯结构设置为将流体在其整个容积上均匀地输送到加热体。芯结构的输送速率和加热体的蒸发速率如此彼此调整，使得输送速率在整个运行范围内至少能够维持（bedienen）蒸发速率。以这种方式防止在蒸发过程期间过少的流体施加在加热体上，由此使该加热体变干。
有利地，芯结构可以完全或部分地由棉、纤维素、醋酸纤维素、玻璃纤维织物、玻璃纤维陶瓷、烧结陶瓷、陶瓷纸、铝硅酸盐纸、金属泡沫、金属海绵、其它具有合适的输送速率的耐热的、多孔的和/或毛细管状的材料构成，和/或由两种或更多种上述材料的复合材料构成。
优选地，用于加热体的加热电压Uh的频率和/或占空比与在微通道中产生的气泡的振动的固有振动和/或固有频率相匹配。这基于以下认识，即，在本发明的情况下借助于芯结构进行被动的毛细管状的流体输入的蒸发与利用主动输入流体的蒸发相比遵守不同的规律。为了在均匀的、无有害物质的蒸汽产生的意义上优化蒸发，这主要取决于流体至加热体的输送速率，用于加热体的加热电压有利地这样以脉冲的方式得到操控，使得输送速率与在微通道中的气泡沸腾期间的气泡产生的固有振动相匹配。
在此优选根据待蒸发的液体的混合比最佳地选择加热电压Uh的频率和/或占空比，因为所考虑的液体和液体混合物的气泡振动的固有频率可以变化。
但是已经表明，在20Hz到200Hz之间的范围内，优选在25Hz到100Hz之间的范围内，更优选在30Hz到70Hz之间的范围内以及例如为50Hz的优选的加热频率覆盖所考虑的液体和液体混合物的大部分。
同样优选地，通过用于加热体的加热电压Uh产生的最大加热电流不大于7A，以便在避免过热的情况下确保浓缩的蒸汽。
优选地，设置有至少一个产生预紧的夹紧元件，该夹紧元件被布置和设置用于将加热体夹紧到载体上。借助于夹紧元件将加热体固定夹紧在载体上并且以这种方式将其可靠且不可移动地保持在蒸发器单元中。
在一种特别优选的实施方式中，至少一个夹紧元件同时用作用于电接触和为加热体供电的电极。在这种情况下，用于电接触加热体的单独的电极是可有可无的。
优选地，至少两个夹紧元件设置在加热体的对置的侧面上，这能够以相对小的耗费实现特别高的机械稳定性。在一种优选的实施方式中，至少一个夹紧元件具有与加热体线形接触的夹紧箍。由于夹紧箍与加热体之间的线接触，在夹紧元件与加热体之间同时由于缺少面接触而理想地使夹紧元件与加热体热解耦的情况下，得到了在夹紧元件与加热体之间的出色的电连接。
夹紧元件可以将加热体在侧向上平行于出口侧和/或垂直于出口侧和/或在载体的角槽中进行夹紧。最后提到的可行方案涉及夹紧箍与加热体之间的两条接触线，这进一步显著改善了电接触。夹紧元件也可以具有多于一个夹紧箍，特别是前面提到的类型的任意两个或所有三个夹紧箍。
在一种有利的实施方式中，可以设置至少一个延伸穿过载体的孔的电导体，该电导体用于电接触夹紧元件，该电导体尤其接触如下电路板，该电路板间隔开地布置在载体的背向加热体的侧面上。但是也有利地可能的是，载体本身构成为电路板，这减少部件的数量进而减少制造耗费。
因此建议一种有利的蒸发器单元，在该蒸发器单元中，特别是平面的加热体例如在两个对置的侧面上线形地被夹紧并且由此同时被电接触。通过弹性夹紧，将压紧压力施加到位于加热器下面的芯材料上，这种夹紧平衡蒸发压力。芯结构保持在载体的贯通开口中并且在载体下方连接有流体容器。如此进行夹紧，从而避免在加热体和芯部之间的空气夹杂。
加热体的特别是平面的、机械稳定的结构有利于均匀地、面状地压紧到位于其下方的芯结构上并且因此有利于均匀地流体供给。所述芯结构有利地在所述载体上方凸起地终止。因此，平放的加热体不具有与周围环境的其他机械接触并且不产生热桥。
这样施加电接触，使得在最小可能的接触面的情况下可以传输最大所需的加热电流。线形接触在加热体的相应的侧面上均匀地构造，从而不会由于不精确的接触而产生不必要的过渡损失，该过渡损失导致在加热体的边缘区域中的不规律的加热。接触金属硅也通过形成低共熔而避免了根据肖特基的二极管效应，从而使载流子传输有利地遵循欧姆定律。
附图说明
下面借助于优选的实施方式参照附图对本发明进行解释。在此示出：
图1示出了电子香烟产品的示意图；
图2示出了根据本发明的蒸发器单元的示意性的横截面视图；
图3示出了根据本发明的蒸发器单元的透视性的横截面视图；
图4示出了图2中的蒸发器单元的放大图的截取部分；
图5、6针对两种不同的实施方式示出了用于阐释芯结构的平均的孔/毛细管尺寸与距加热体的间距之间的功能性关系的图表；
图7示出了本发明的一个实施方式中的蒸发器单元的示意性横截面视图；
图8、9从加热体的一侧（图4）和从液体输入部的相对的侧面（图5）示出了蒸发器单元的载体的俯视图；并且
图10示出了本发明的另一种实施方式中的蒸发器单元的横截面视图。
具体实施方式
吸入器10、在此为电子香烟产品包括壳体11，在壳体中，在至少一个空气入口开口31和在香烟产品10的嘴端32上的空气出口开口24之间设置有空气通道30。香烟产品10的嘴端32在此是指这样的端部，在该端部上消费者为了吸入目的而抽吸并且由此给香烟产品10加载负压并且在空气通道30中产生空气流34。
香烟产品10有利地由一个基础件16和一个消耗单元17组成，该消耗单元包括蒸发器单元20和液体储存器18并且特别是构造成一个可更换的盒的形式。通过入口开口31吸入的空气在空气通道30中被引导到至少一个蒸发器单元20或者沿着所述至少一个蒸发器单元引导。蒸发器单元20与至少一个液体储存器18连接或可与其连接，在所述液体储存器中储存有至少一种液体50。蒸发器单元20蒸发从液体储存器18输入到其的液体50，并且在出口侧64将蒸发的液体作为气溶胶/蒸汽22（参见图7）添加到空气流34中。液体储存器18的有利的容积在0.1 ml至5 ml的范围中，优选在0.5 ml至3 ml的范围中，进一步优选在0.7 ml至2 ml的范围中或者为1.5 ml。
电子香烟10进一步包括电蓄能器14和电子控制装置15。蓄能器14通常布置在基础件16中并且尤其可以是电化学的一次性电池或可再充电的电化学蓄电池、例如锂离子蓄电池。电子控制装置15在基础件16（如在图1中所示）中和/或在消耗单元17中包括至少一个数字的数据处理机构、特别是微处理器和/或微控制器。
在壳体11中有利地布置有传感器、例如压力传感器或者压力开关或者流动开关，其中控制装置15可以根据由传感器输出的传感器信号来确定消费者在香烟产品10的嘴端32上抽吸，以便进行吸入。在这种情况下，控制装置15操控蒸发器单元20，以便将液体50从液体储存器18作为气溶胶/蒸汽添加到空气流34中。
储存在液体储存器18中的待计量的液体50例如是由1，2-丙二醇、甘油、水、至少一种芳香剂（香料）和/或至少一种活性物质、尤其尼古丁构成的混合物。
消耗单元或盒17有利地包括用于储存与消耗单元或盒17有关的信息或参数的非易失性数据储存器。数据储存器可以是电子控制装置15的一部分。在数据储存器中有利地是关于储存在液体储存器18中的液体的成分的信息、关于过程特性的信息、特别是功率/温度控制；用于状态监控或系统检验、例如密封性检验的数据；涉及防复制和防伪安全性的数据；用于明确标识消耗单元或盒17的ID；序列号；制造日期和/或有效日期、和/或抽吸数量（通过消费者进行的吸入过程的数量）或使用时间。数据储存器有利地经由触头和/或导线与控制装置15相连接或可与其连接。
在图2中示出了根据本发明的蒸发器单元20的一种有利的实施方式。蒸发器单元20包括块形的、优选单体的加热体60，该加热体优选由导电材料、优选硅、掺杂的陶瓷、金属陶瓷、过滤陶瓷、半导体、尤其锗、石墨、半金属和/或金属构成。不需要整个加热体60由导电材料构成。例如，加热体60的表面被导电地、例如金属地涂层就可以足够了。在这种情况下，不必对整个表面进行涂层，例如可以在不导电的基体上设置印制导线。也不强制要求对整个加热体60进行加热；例如，当加热体60的一个区段或一个加热层在出口侧64的区域中加热时，这可以是足够的。
加热体60设有多个微通道62，所述微通道将加热体60的入口侧61与出口侧64液体导通地连接。入口侧61通过芯结构19与液体储存器18液体导通地连接。芯结构19用于借助毛细管力被动地将液体从液体储存器50输送到加热体60。
微通道62的平均直径优选在5 µm到200 µm之间的范围内，更优选在30 µm到150 µm之间的范围内，更进一步优选在50 µm到100 µm之间的范围内。基于这些尺寸，有利地产生毛细管作用，使得在入口侧61侵入到微通道62中的液体通过微通道62向上上升，直到微通道62被液体填充。微通道62与加热体60的容积比（其可被称为加热体60的孔隙度）例如在10%和50%之间的范围内，有利地在15%和40%之间的范围内，更进一步有利地在20%和30%之间的范围内并且例如为25%。加热体60的设有微通道62的面的棱边长度例如在0.5 mm到3mm之间的范围内。加热体60的设有微通道62的面的尺寸可以例如为0.95 mm×1.75 mm或1.9 mm×1.75 mm或1.9 mm×0.75 mm。加热体60的棱边长度例如可以位于0.5 mm到5 mm之间的范围内，优选位于0.75 mm到4 mm之间的范围内，进一步优选位于1 mm到3 mm之间的范围内。加热体60的面积（芯片大小）例如可以为1 mm×3 mm或2 mm×3 mm。加热体60的宽度b（参见图10）优选在1 mm到5 mm之间的范围内，进一步优选在2 mm到4 mm之间的范围内并且例如为3 mm。加热体60的高度h（参见图10）优选在0.05 mm到1 mm之间的范围内，进一步优选在0.1 mm到0.75 mm之间的范围内，更进一步优选在0.2 mm到0.5 mm之间的范围内并且例如为0.3 mm。
微通道62的数量优选在四到1000的范围内。以这种方式，从基底到微通道62中的热输入可以被优化，并且可以实现可靠的高蒸发功率以及足够大的蒸汽出口面。
微通道62以正方形、矩形、多边形、圆形、椭圆形或其它形状的阵列的形式布置，如图3中所示。阵列可以以具有s列和z行的矩阵的形式构造，其中s有利地处于2到50之间的范围中并且进一步有利地处于3到30之间的范围中和/或z有利地处于2到50之间的范围中并且进一步有利地处于3到30之间的范围中。以这种方式可以实现微通道62的有效的且以简单的方式可制造的布置，同时确保高的蒸发功率。
微通道62的横截面可以是正方形、矩形、多边形、圆形、椭圆形或其它形状，和/或在纵向方向上局部地变化，特别是扩大、减小或保持恒定。
一个或每个微通道62的长度优选在100 µm到1000 µm之间的范围中，进一步优选在150 µm到750 µm之间的范围中，更进一步优选在180 µm到400 µm之间的范围中并且例如为300 µm。以这种方式，在从加热体60到微通道62的足够好的热量输入的情况下实现最佳的液体吸收和成分形成。
两个微通道62的间距优选地为微通道62的净直径的至少1.3倍，其中所述间距参照两个微通道62的中轴线。间距可以优选是微通道62的净直径的1.5倍至5倍、进一步优选2倍至4倍。以这种方式，可以实现从基底到微通道中的最佳热输入以及微通道的足够稳定的布置和壁厚。
基于上述特征，加热体60也可被称为容积式加热器。
蒸发器单元20具有优选地可由控制装置15控制的加热电压源71，该加热电压源通过在加热体60的对置的侧面上的电极72与该加热体连接，从而由加热电压源71产生的电压Uh导致通过加热体60的电流流动。由于导电加热体60的欧姆电阻，电流流动导致加热体60的加热并且因此导致微通道62中所包含的液体的蒸发。因此，加热体60作为蒸发器起作用。以这种方式产生的蒸汽/气溶胶从微通道62逸出到出口侧64并且与空气流34混合，参见图1。更具体地，在确定由消费者抽吸引起的通过空气管道30的空气流34时，控制装置15操控加热电压源71，其中通过自发加热，将位于微通道62内的呈蒸汽/气溶胶形式的液体从微通道62中排出。
在此，单个蒸发步骤在不同温度下和/或在液体的单个成分的单个组分的蒸发时的持续时间可以保持得如此短和/或以操控频率节拍式地进行，使得逐步地蒸发不被消费者觉察到并且尽管如此仍可以保证在很大程度上均匀的、与味道一致的、可重复的精确的气溶胶形成。特别地，液体的较低沸点组分有利地首先在第一蒸发间隔中在第一温度A下蒸发，并且然后液体的较高沸点组分在第二蒸发间隔中在超过温度A的第二温度B下蒸发。
优选地，在吸入器10的数据储存器中储存有与所使用的液体混合物相匹配的电压曲线Uh（t）。这使得可以与所使用的流体相匹配地预先给定电压曲线Uh（t），从而可以根据已知的相应流体的蒸发动力学在时间上通过蒸发过程控制加热体60的加热温度，进而也控制毛细管状的微通道62的温度，由此可以实现最佳的蒸发结果。蒸发温度优选在100℃到400℃之间的范围内，进一步优选在150℃到350℃之间，还进一步优选在190℃到290℃之间。
在加热体60的入口侧61上布置有多孔的和/或毛细管状的、液体导通的芯结构19。芯结构19面状地接触加热体60的入口侧61并且在入口侧覆盖所有微通道62，如在图2和3中可见的那样。在与加热体60对置的侧面上，芯结构与液体储存器液体导通地连接。在图1至3、7中所示的液体储存器18到芯结构19上的直接连接仅理解为示例性的。特别地，液体接口和/或多个液体管线可以设置在液体储存器18和芯结构19之间。液体储存器18因此也可以与芯结构19间隔开地布置。液体储存器18在其尺寸上可以大于芯结构19，例如参见图7。芯结构19例如可以插入到液体储存器18的壳体的开口中。也可以为液体储存器18配设多个蒸发器单元20。
芯结构19由多孔和/或毛细管状的材料构成，其由于毛细管力能够将由加热体60蒸发的液体足量地从液体储存器18被动地补充输送到加热体60，以便防止微通道62的空运转和由此产生的问题。
有利地，芯结构19由不导电的材料制成，以便避免在芯结构19中由于电流流动而引起的液体的不期望的加热。有利地，芯结构19由如下一种或多种材料，即棉、纤维素、醋酸纤维素、玻璃纤维织物、玻璃纤维陶瓷、烧结陶瓷、陶瓷纸、铝硅酸盐纸、金属泡沫、金属海绵、其它具有合适的输送速率的耐热的、多孔的和/或毛细管状的材料构成，或由两种或更多种上述材料的复合材料构成。在一种有利的实际的实施方式中，芯结构19可以包括至少一种陶瓷纤维纸和/或多孔陶瓷。芯结构19的容积优选位于1 mm3到10 mm3之间的范围内，进一步优选位于2 mm3到8 mm3之间的范围内，更进一步优选位于3 mm3到7 mm3之间的范围内并且例如为5 mm3。
如果芯结构19由导电材料制成，这一点并不被排除，则在芯结构19和加热体60之间有利地设置由电和/或热绝缘材料，例如玻璃、陶瓷或塑料制成的绝缘层，所述绝缘层具有延伸穿过该绝缘层的、与微通道62对应的贯通开口。
芯结构19的材料中的孔或毛细管的大小有利地遵守特定的规定。因此，芯结构19的孔或毛细管的平均的孔/毛细管尺寸Dw在与加热体60的接触区域35、61中有利地最小，也就是Dw＝Pmin（参见图5、6），和/或有利地比两个微通道62彼此间的最小间距Dp更小、优选要小至少2倍，进一步优选要小至少5倍，也就是Dw<<Dp，参见图4。此外，芯结构19的孔或毛细管的平均的孔/毛细管尺寸Dw在与加热体60的接触区域35、61中有利地比微通道62的最小净直径Dpw更小、优选要小至少2倍，进一步优选要小至少5倍，也就是Dw<<Dpw。
芯结构19在与加热体60的接触区域35、61中用于均匀地分布液体、保持耐温并且利用其相对小的孔和/或薄的毛细管形成一种止回阀，以便防止含气泡的液体从加热体60不期望地回流到芯结构19中和/或液体储存器18中。
在根据图2的实施方式中，芯结构19具有两个例如平面的层35、36，即面状地贴靠在加热体60的入口侧61上并且接触所述入口侧的、可以称为接触层的芯层35以及与所述接触层邻接的芯层36，所述芯层36与液体储存器18液体导通地连接并且可以称为更为远离的芯层。
接触层35具有基本上恒定的孔/毛细管尺寸分布和基本上恒定的平均的孔/毛细管尺寸Dw，该平均的孔/毛细管尺寸Dw显著小于两个微通道62彼此间的最小间距Dp并且显著小于微通道62的最小净直径Dpw ：Dw<<Dp、Dpw。
更为远离的芯层36具有基本上恒定的孔/毛细管尺寸分布和基本上恒定的平均的孔/毛细管尺寸Dw´，该平均的孔/毛细管尺寸Dw显著大于接触层35的平均的孔/毛细管尺寸Dw：Dw´＞Dw，但优选地仍小于Dp和/或Dpw：Dw´<Dp、Dpw。
在根据图2和图4的芯结构19的多层设计35、36中的平均的孔/毛细管尺寸和距加热体60的间距d之间的上述关系在根据图6的图表中示出。
在一种有利的实际的实施方式中，接触层35例如可以是纤维纸层或陶瓷纸层和/或层36是多孔陶瓷。
从图4中同样可以得知，在微通道62中产生的空气气泡不能显著地侵入到接触层35中并且因此不能侵入到芯层中并且也不能跳越（überspringen）到相邻的微通道62中。
当然，芯结构19可以具有多于两个芯层35、36。即使在多于两个芯层35、36的情况下，随着距加热体60的间距减小，平均的孔/毛细管尺寸有利单调地（即，从一个芯层到另一个芯层地）变小和/或保持相同，并且因此无论如何不增加。
在根据图3的实施方式中，芯结构19仅由一个层构成，所述层的平均的孔/毛细管尺寸随着距加热体60的间距d的减小而单调变小。在根据图3的单层设计中，平均的孔/毛细管尺寸与距加热体60的间距d之间的关系在根据图5的图表中示出。
在所有实施方式中，可最佳地调整所期望的孔/毛细管尺寸梯度，并且可减慢和均衡流向加热器60的液体流。
所描述的在芯结构19中的平均的孔/毛细管尺寸随着距加热体60的间距的减小而减小的情况在垂直于加热体的入口侧61的方向上适用，即垂直于加热体60和芯结构19之间的接触面或者说平行于微通道62的走向也适用。而在相对于加热体60具有相同间距d的视图内，在芯结构19中的平均的孔/毛细管尺寸有利地是恒定的，由此以液体均匀地供给加热体60的所有微通道62。
微通道62优选地以其纵向轴线横向于层19、35、36或更一般地横向于任意的层序列布置。以这种方式可以实现从加热体60到微通道62中的最佳的热输入。
加热体60可以有利地由具有优选小于或等于1000 µm、更优选小于或等于750 µm、更进一步优选小于或等于500 µm的层厚度的晶片的部分件利用薄膜层技术制造。加热体60的表面可有利地为亲水性的。加热体60的出口侧64可以有利地被微结构化或者具有微凹部（微凹槽、micro groove）。
蒸发器单元20被如此调整，使得在消费者每次抽吸时计量优选在1 µl到20 µl之间、更优选地在2 µl到10 µl之间、还更优选地在3 µl到5 µl之间的范围内、典型地为4 µl的液体量。优选地，蒸发器单元20可以在每此抽吸的液体/蒸汽量方面、即在从1秒至3秒的每次抽吸持续时间方面是可调整的。
蒸发器单元20的有利的实施方式在图7至10中示出。
在根据图7的实施例中，芯结构19包括多于两个层、在此为四个层。直接与加热体60邻接并且与其面状接触地布置有如下过滤层55，该过滤层尤其可以由一个、两个或更多个微玻璃纤维层组成。纤维纸层56可以布置在与该过滤层面状地邻接的位置。有利地，与该纤维纸层面状邻接地设置有芯层57、58、例如为陶瓷芯层57和油灯芯层58，也就是说通常用于油灯的芯部的玻璃纤维芯材料。
在根据图7的实施方式中，至少面状地贴靠在所述加热体60上的层55有利地满足前述的针对孔/毛细管尺寸的条件Dw<<Dp、Dpw。有利地，层57和/或层58也可以满足这些条件。此外，用于将液体从液体储存器18毛细管输送至加热体60的毛细管力可以主要或者完全由芯层57、58提供。通常不需要芯结构19的所有层提供用于毛细管输送液体的毛细管力。芯结构19的仅一个层提供用于毛细管输送液体的毛细管力也可以是足够的。
蒸发器单元20有利地具有用于保持加热体60和/或芯结构19的、尤其板状的载体23，如在图7至10中所示。载体23可以由合适的材料，例如陶瓷、玻璃和/或包括纤维增强塑料的塑料，例如电路板材料制成并且具有如下贯通开口25，芯结构19延伸穿过该贯通开口并且芯结构19保持在该贯通开口中。
载体23的厚度D（参见图10）优选地在0.5 mm至4 mm之间的范围内，进一步优选地在1 mm至3 mm之间的范围内，更进一步优选地在1 mm至2 mm之间的范围内并且可以例如为1.6 mm或2 mm。布置在载体23的贯通开口25中的芯层57的厚度可以与载体23的厚度相匹配或者相应于载体23的厚度并且因此例如同样为1.6 mm或2 mm。
贯通开口25有利地是圆形的，这可简单地来制造。贯通开口25的直径d或必要时平均直径（参见图10）优选位于0.5 mm到4 mm之间的范围内，优选位于1 mm至3 mm之间的范围内，进一步优选位于1.5 mm到2.5 mm之间的范围内并且例如为2 mm。
贯通开口25的直径d小于或等于、有利地小于加热体60的宽度b，参见图10。贯通开口25的容积或贯通开口25中的芯容积有利地在1 mm3到8 mm3之间的范围内，优选在2 mm3到6.5 mm3之间的范围内，进一步优选在2.5 mm3到5 mm3之间的范围内。
在自由的、预安装的状态下，芯结构19可以具有比贯通开口25大的过盈量、即具有更大的直径，以便在贯通开口25中产生杆29的附加的保持力。
芯层35的直径t（参见图10）有利地大于贯通开口25的直径d。优选地，芯层35在其整个圆周上以突出部k突出超过贯通开口25。由于芯层35在所有侧都突出超出贯通开口25，所以在加热体60夹紧到载体23上时，芯层35并因此整个芯结构19可靠地保持在蒸发器单元20中。
加热体60在载体23上的夹紧借助于至少两个夹紧元件37实现，特别是参见图8，所述夹紧元件在加热体60的对置的侧面上作用在所述加热体上。每个夹紧元件37有利地具有如下夹紧箍38，该夹紧箍在两个彼此间隔开的固定点39处弹性地固定在载体23上并且产生预紧，加热体60和盘28借助于该预紧固定夹紧并且因此可靠地保持在载体23上。
夹紧箍38的两个固定点39相互间的间距a优选在4 mm到10 mm之间的范围中，进一步优选在5 mm到8 mm之间的范围中并且例如为6 mm。两个夹紧箍39的固定点39相互间的间距c优选在5 mm到12 mm之间的范围中，进一步优选在6 mm到10 mm之间的范围中并且例如为8 mm。例如矩形的载体23的尺寸优选位于6 mm到20 mm之间的范围内，进一步优选位于8mm到17 mm之间的范围内，并且更进一步优选位于10 mm到14 mm之间的范围内。
特别有利的是，夹紧元件37同时用作用于接触加热体60并且为其供应加热电流的电极。为了这个目的，夹紧元件37或夹紧箍38有利地由导电材料制成，所述导电材料例如可以是金属线、例如黄铜线。由于夹紧箍38与加热体60之间的线接触，在同时由于缺少面接触而在夹紧元件37与加热体60之间产生理想的热解耦的情况下，在夹紧元件37与加热体60之间产生出色的电连接。因此，从加热器60到夹紧元件37中的热耗散是低的，电极38保持比加热器60显著更冷。避免了二极管效应并且实现了纯欧姆的载流子传输。
夹紧箍38可以侧向地平行于出口侧64（图10中的位置38A）和/或垂直于出口侧64（图10中的位置38B）和/或以例如在30°和60°之间的中间角度在角槽中侧向地并且垂直于出口侧64地（图10中的位置38C）夹紧加热体60。最后提到的可行方案涉及夹紧箍38C与加热体60之间的两条接触线，这进一步改善了电接触。夹紧元件37也可以具有多于一个的夹紧箍38、特别是所述夹紧箍38A、38B、38C中的任意两个或所有三个。
夹紧元件37有利地借助于电导线12与设置在消耗单元17中的电路板26（PCB）连接，以便建立与电子控制装置15和用于给加热体60供电的能量源46的电连接。有利地，消耗单元17的电子组件布置在电路板26上。
电路板26在根据图7的实施例中是一个单独的部件并且与载体23间隔开地布置在载体的背向加热体60的侧面43上。电路板26具有贯通开口27，芯结构19延伸穿过该贯通开口并且芯结构19保持在该贯通开口中。电导线12在此例如包括四个金属销44，所述金属销在载体23的侧面33上在固定点39中与夹紧元件37连接并且分别穿过载体23的贯通开口45导引并且然后在背向的侧面43上跨接载体23和电路板26之间的间距。
在另一种实施方式中，载体23可以形成电路板26。于是可以取消电导线12。也可能的是，蒸发器单元20本身不包括电路板，而是夹紧箍38例如通过柔性的绝缘的导线12或者以其它合适的方式与例如布置在基础件16中的电路板连接。
在载体23的下侧43上可以布置有密封元件73、例如密封环，该密封元件用于相对于液体储存器18的壳体或相对于其他布置在载体23下方的组件的壳体来密封载体23，参见图10。
下面将说明蒸发过程的流程。
在初始状态中，电压源71对于加热过程被关断。
为了蒸发液体50，激活用于加热体60的电压源71。在此，电压Uh被调整为使得加热体60中的蒸发温度以及由此微通道62中的蒸发温度与所使用的液体混合物的单独蒸发特性相匹配。这防止了局部过热的危险并由此防止有害物质生成。
一旦与微通道62的容积相对应的或与此有关的液体量被蒸发，则加热电压源71被去激活。因为流体特性和流体量有利地是准确已知的并且加热体60具有可测量的与温度相关的电阻，所以能够非常准确地确定或控制该时间点。因此，蒸发器单元20的能量消耗相对于已知的装置能够得到降低，因为所需的蒸发能量能够更计量地进而更精确地引入。
在加热过程结束之后，微通道62大部分或完全被排空。加热电压71然后如此长时间地保持关断，直到借助于通过芯结构19补充输送液体使微通道62再次填满。一旦是这种情况，就可以通过接通加热电压71来开始下一个加热循环。
加热体60的由加热电压源71产生的操控频率通常有利地处于1Hz至50kHz的范围中、优选地处于30Hz至30kHz的范围中、更进一步有利地处于100Hz至25kHz的范围中。
用于加热体60的加热电压Uh的频率和占空比有利地与在气泡沸腾期间的气泡振动的固有振动或固有频率相匹配。因此，加热电压的周期持续时间1/f可以有利地在5 ms到50 ms之间的范围内，进一步有利地在10 ms到40 ms之间，更进一步有利地在15 ms到30 ms之间并且例如为20 ms。根据蒸发的液体的成分，不同于所述频率的频率可以最佳地与气泡振动的固有振动或固有频率相匹配。
此外已经表明，由加热电压Uh产生的最大加热电流应当优选不超过7 A，更优选不超过6.5 A，更进一步优选不超过6 A并且最佳地在4 A和6 A之间的范围内，以便在避免过热的情况下确保浓缩的蒸汽。
芯结构19的输送速率又最佳地匹配于加热体60的蒸发速率，从而随时能补充输送足够的液体并且避免加热体60之前的区域的空运转。
蒸发器单元20优选基于MEMS技术、尤其由硅制成并且因此有利地是微电子机械系统。
根据前述内容，有利地提出了如下一种层结构，该层结构由有利地至少在入口侧61上为平面的Si基的加热体60和一个或多个位于其下的、具有有利不同孔尺寸的毛细管结构19组成。直接布置在加热体60的入口侧61上的芯结构19防止在加热体60的入口侧61处形成气泡，因为气泡抑制进一步的输送作用并且同时由于缺少通过续流的流体的冷却而导致加热体60的（局部）过热。

Claims (28)

1.一种用于吸入器的蒸发器单元，该蒸发器单元具有能够电运行的加热体(60)，所述加热体具有入口侧(61)和出口侧(64)，并且所述加热体还具有多个微通道(62)，所述微通道分别从所述入口侧(61)穿过所述加热体(60)延伸至所述出口侧(64)，其中，所述加热体(60)通过施加加热电压而设置用于蒸发通过所述微通道(62)输送的液体，其特征在于，在所述加热体(60)的入口侧(61)上布置有多孔的和/或毛细管状的芯结构(19)，所述芯结构面状地且接触地贴靠在所述加热体(60)上并且在所述入口侧(61)上覆盖所有微通道(62)，其中，在所述芯结构(19)中的孔或毛细管的平均的孔/毛细管尺寸在与所述加热体(60)的接触区域中比两个微通道(62)彼此间的最小间距要小至少一个数量级，其中，所述芯结构(19)中的孔的平均的孔/毛细管尺寸在与所述加热体(60)的接触区域中比所述微通道(62)的最小的净直径要小至少一个数量级，其中，两个微通道(62)的间距为所述微通道(62)的净直径的至少1.3倍，其中，所述芯结构(19)的容积位于1mm3到10mm3之间的范围内。
2.根据权利要求1所述的蒸发器单元，其特征在于，所述芯结构(19)中的平均的孔/毛细管尺寸随着距所述加热体(60)的间距减小而单调地变化。
3.根据权利要求2所述的蒸发器单元，其特征在于，所述芯结构(19)中的平均的孔/毛细管尺寸随着距所述加热体(60)的间距减小而单调地减小。
4.根据权利要求3所述的蒸发器单元，其特征在于，所述芯结构(19)具有一个或多个多孔的和/或毛细管状的层，所述层的孔或毛细管分别具有恒定的平均的孔/毛细管尺寸。
5.根据权利要求3所述的蒸发器单元，其特征在于，所述芯结构(19)包括具有带有朝所述加热体的方向逐渐变化的孔/毛细管尺寸的多孔的和/或毛细管状的层。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸发器单元，其特征在于，所述芯结构(19)的输送速率至少与所述加热体(60)的最大蒸发速率一样大。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸发器单元，其特征在于，所述芯结构由以下材料组中的一种或多种组成：棉、纤维素、醋酸纤维素、玻璃纤维织物、玻璃纤维陶瓷、烧结陶瓷、陶瓷纸、铝硅酸盐纸、金属泡沫、金属海绵、其他具有合适的输送速率的耐热性的多孔和/或毛细管状的材料，或者两种或更多种上述材料的复合材料。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸发器单元，其特征在于，所述芯结构(19)具有由微玻璃纤维制成的过滤层(55)。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸发器单元，其特征在于，所述芯结构(19)具有纤维纸层(56)。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸发器单元，其特征在于，所述芯结构(19)具有陶瓷芯层(57)。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸发器单元，其特征在于，所述芯结构(19)具有油灯芯层(58)。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸发器单元，其特征在于，所述蒸发器单元具有带有贯通开口的载体(23)以用于保持所述加热体(60)和/或所述芯结构(19)。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸发器单元，其特征在于，所述蒸发器单元具有保持元件，所述保持元件具有贯通开口以用于保持所述芯结构(19)。
14.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸发器单元，其特征在于，用于加热体(60)的加热电压Uh的频率和/或占空比与在微通道(62)中产生的气泡的振动的固有振动和/或固有频率相匹配。
15.根据权利要求14所述的蒸发器单元，其特征在于，根据待蒸发的液体的混合比例来最优地选择加热电压Uh的频率和/或占空比。
16.根据权利要求14所述的蒸发器单元，其特征在于，加热电压Uh的频率在20Hz到200Hz之间的范围内。
17.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸发器单元，其特征在于，通过用于加热体(60)的加热电压Uh所产生的最大加热电流不大于7A。
18.根据权利要求12所述的蒸发器单元，其特征在于，所述蒸发器单元(20)具有至少一个产生预紧的夹紧元件(37)，该夹紧元件被布置和设置用于将所述加热体(60)夹紧到载体(23)上。
19.根据权利要求18所述的蒸发器单元，其特征在于，至少两个夹紧元件(37)设置在所述加热体(60)的相对侧上。
20.根据权利要求18所述的蒸发器单元，其特征在于，至少一个夹紧元件(37)具有与所述加热体(60)线形接触的夹紧箍(38)。
21.根据权利要求18所述的蒸发器单元，其特征在于，所述至少一个夹紧元件(37)将所述加热体(60)在侧向上平行于所述出口侧或垂直于所述出口侧(64)或在所述载体(23)的角槽中夹紧。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的蒸发器单元，其特征在于，所述至少一个夹紧元件(37)用作用于电接触并且给所述加热体(60)供电的电极。
23.根据权利要求22所述的蒸发器单元，其特征在于，设置有至少一个延伸穿过所述载体(23)的孔的导体以用于接触所述夹紧元件(37)。
24.根据权利要求23所述的蒸发器单元，其特征在于，所述至少一个导体接触如下电路板(26)，该电路板间隔开地布置在所述载体(23)的背向所述加热体(60)的侧面上。
25.根据权利要求12所述的蒸发器单元，其特征在于，所述载体(23)构造为电路板。
26.根据权利要求1所述的蒸发器单元，其特征在于，所述蒸发器单元是指一种用于电子香烟产品的蒸发器单元。
27.根据权利要求1所述的蒸发器单元，其特征在于，所述蒸发器单元具有平面的加热体(60)。
28.根据权利要求3所述的蒸发器单元，其特征在于，所述芯结构(19)包括具有带有朝所述加热体的方向减小的孔/毛细管尺寸的多孔的和/或毛细管状的层。
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