CN112566520A - 用于提供可吸入气溶胶的系统的加热元件 - Google Patents

Abstract

一种用于提供可吸入气溶胶的系统的加热元件，具有：含电绝缘材料的管状基体；布置在所述基体上的加热结构；以及将所述加热结构匹配地固定在所述基体上的覆盖层。本发明还涉及一种制造用于提供可吸入气溶胶的系统的加热元件的方法、一种用于提供可吸入气溶胶的系统，以及一种用于这种系统的雾化器单元。

Description

用于提供可吸入气溶胶的系统的加热元件

本发明涉及一种用于提供可吸入气溶胶的系统的加热元件和一种加热元件的制造方法。此外，本发明还涉及一种用于提供可吸入气溶胶的系统，以及一种用于这种系统的雾化器单元。

由现有技术已知用于提供可吸入气溶胶的系统，其所具有的加热器为用于形成气溶胶的物质加热。这些系统通常也被称为电子香烟，或仅称为电子烟。一般情况下，这类系统具有吸口和包括加热元件的雾化器单元。根据所应用的系统，此物质可以包括含尼古丁制品，如烟草或烟草类制品，且可以为液态、气态或固态。同样可以提供无尼古丁物质。在此情形下，可以使得所形成的气溶胶从含尼古丁物体或渗有尼古丁的物体旁边经过，或者穿过这个物体，从而使得尼古丁渗入气溶胶。

一般而言，此物质并非如在传统香烟中那样燃烧，而是仅被加热来获得可吸入气溶胶。其中，加热元件将此物质加热至约200℃至400℃的温度范围，从而产生可以被此系统的使用者吸入的可吸入气溶胶。

因此，现有技术揭示过例如喷枪状、管状或棒型的加热元件。将形成气溶胶的物质与这些加热元件接触。

US5665262A例如描述过一种管状加热元件，其由金属套管、此金属套管上的绝缘层和施覆在绝缘层上的电阻元件形成。

JP2014216287A描述过一种加热元件，其由表面氧化的薄铝管形成。加热丝卷绕在此薄铝管上。

US20170215474A1描述过一种管状加热元件，其具有开孔的铝圆筒作为卷绕在此铝圆筒上的NiCd加热丝之间的热接触介质。用形成气溶胶的物质充填此管状加热元件。

DE102016115574A1描述过一种管状加热元件，其具有由玻璃或玻璃陶瓷制成的衬底材料和金属热导体结构。

US6222166B1描述过一种加热元件，其由>16x10E-16/℃的热膨胀系数较大的金属形成，此材料例如可以为铝材，具有介电层(例如Al2O3)和施覆在其上的厚膜电阻加热器。

但现有技术揭示过的加热元件的缺点在于，这些加热元件的制造技术难度较大，且必须应用相对较贵的材料来构建这些加热元件。

有鉴于此，本发明的目的是提供一种经改进的加热元件和一种制造这种经改进的加热元件的方法，这种加热元件和这种方法克服了现有技术的不足。特别是提供一种能以低成本简单地制造加热元件的加热元件和方法。

根据本发明，这个目的通过一种根据权利要求1的主题所述的方法而达成。

为此，本发明的用于提供可吸入气溶胶的系统的加热元件具有：

包含电绝缘材料的基体；

布置在所述基体上的加热结构；和

将所述加热结构匹配地固定在所述基体上的覆盖层。

在理想情况下，基体具有较强的温度稳定性和较强的导热能力。此外，至少基体的表面具有电绝缘特性良好的电绝缘材料。该电绝缘材料例如可以包括氧化铝材料、阳极氧化的铝材，或涂布有玻璃浆的钢，特别是涂布有玻璃浆的钢套。

术语“加热结构”可以指布置在基体上的加热电阻，其在最简单的实施方案中具有也被称为发热体的金属丝。加热结构例如也可以以导电通路形式构建，例如呈波纹形延伸。当导电通路中有电流通过时，会由于导电通路的固有电阻而发热。根据导电通路中所通过的电流，可以确定加热结构的加热功率。加热结构可以布置在基体外侧。

例如可以通过丝网印刷和/或流延成型，或者作为独立结构将加热结构布置在基体上。

术语“覆盖层”可以指电绝缘层，例如玻璃材料，可以将该玻璃材料烧制至基体和加热结构上。例如可以在至少850℃下烧制至少1小时。

作为替代方案，所述覆盖层也可以为耐热塑料制成的注塑件，该注塑件被压至加热结构并将该加热结构固定在基体上。

本发明基于以下出人意料的认识：可以以简单且低成本的方式制造本发明的加热元件。

在一个示例中，所述基体设计为管状。

该管道例如可以具有小于或等于20mm的直径，且具有圆形、椭圆形、三角或多角形横截面。加热结构和覆盖层在这个示例中相应地设计为管状。例如可以将形成气溶胶的物质布置在管道的中心。

在另一示例中，所述基体包括氧化铝材料、阳极氧化的铝材，或涂布有玻璃浆的钢，特别是涂布有玻璃浆的钢套。

由氧化铝材料或阳极氧化的铝材制成的基体提供热性能极佳的有利起始材料。作为替代方案，基体也可以由涂布有玻璃浆的钢提供。

在一个示例中，所述基体包括：

-套管，或

-优选厚度为0.1至0.7mm的铝箔，其中该阳极氧化的铝箔和布置在其上的加热结构以套管形式卷起，特别是以5至15mm的外径卷起，或者

-经过烧制的氧化铝材料或陶瓷注塑件。

套管例如可以具有5至15mm的外径和0.1至0.7mm的壁厚。可以如此地将阳极氧化的铝箔卷起，使得箔的对接边缘可以相连，例如焊接在一起，从而形成封闭式套管。在一个替代示例中，对接边缘不相连且保持敞开。在又一示例中，箔的对接边缘也可以重叠在一起以及/或者卷成多个绕组。

在又一示例中，所述加热结构：

-被印刷、蒸镀、作为可以光结构化的浆料施覆在基体上，或者

-作为结构化的金属箔布置在基体上。

例如可以通过丝网印刷和/或流延成型将加热结构特别快速且高效地布置在基体上。

作为替代方案，加热结构可以作为导电通路装入金属箔，结构化的金属箔又可以相应地布置在基体上并被覆盖层保持住。

在这个示例中，结构化的金属箔可以具有波纹，且波纹的导电通路的至少一个分区具有与基体的外径的倒圆部对应的倒圆部。

有利地，结构化的金属箔通过这种设计如板簧那样起作用，从而改进与基体的热接触。

在另一示例中，所述覆盖层包括：

-经过烧制的玻璃层，或

-耐热塑料制成的特别是含PEEK、PPS或PTFE材料的注塑件，该注塑件优选被压至基体和加热结构上。

通过用注塑件固定，可以特别简单且低成本地制造加热元件，因为不再需要烧制覆盖层。

在又一示例中，所述加热元件具有布置在加热结构上的至少一个温度传感器，优选两个温度传感器，特别是具有两个管线的PT1000，其中这些管线设计为扁平带状管线或金属管线，且其中管线轴向地或平行地布置，且包括至少一个铂材、镍材、铁材、铜材或黄铜材料，管线优选涂布有金、银或铂，且其中覆盖层具有用于温度传感器的包封。

温度传感器例如可以与电子分析设备连接，并且将加热结构的当前温度传输至该电子分析设备。

有利地，这个示例中所描述的具有扁平管线的温度传感器能够实现特别节省空间的布置。此外，覆盖层中的包封能够有利地将温度传感器良好地固定在加热结构上，并且实现良好的外部热屏蔽。就此而言，术语“包封”是指覆盖层中至少部分地围绕温度传感器的外部几何形状的凹槽。

在一个示例中，所述加热结构具有特别是电阻为0.4至3欧姆，优选0.6欧姆的结构化钢合金、镍铁合金或镍铬合金。

有利地，可以通过选择加热结构的钢合金来制造特别有利的加热元件。

本发明还提出一种制造用于提供可吸入气溶胶的系统的加热元件的方法，所述方法具有以下接续实施的步骤：

提供包含电绝缘材料的基体；

将加热结构布置在所述基体上；以及

布置将所述加热结构匹配地固定在所述基体上的覆盖层。

在一个示例中，基体的提供包括：

提供管状基体，以及/或者

提供包括氧化铝材料、阳极氧化的铝材，或涂布有玻璃浆的钢，特别是涂布有玻璃浆的钢套的基体。

又一示例中，基体的提供包括：

-提供所述基体作为套管，并将所述加热结构布置在所述基体上，

-提供所述基体作为阳极氧化的铝箔，并将所述基体和布置在其上的加热结构以外径为5至15mm的套管形式卷起，或者

-提供所述基体作为包括氧化铝材的生坯，特别是作为陶瓷注塑件，并且烧制所述生坯。

在一个示例中，加热结构的布置包括：

-借助对金属膏实施丝网印刷或移印来将加热结构印在基体上，并烧制所述金属膏，或者

-借助蒸镀或浸涂来将金属层布置在基体上，并以激光烧蚀制程实施结构化处理，或者

-对所述加热结构进行蒸镀，或者作为可以光结构化的浆料进行施覆，并以光刻制程进行结构化处理，或者

-将所述加热结构作为结构化的金属箔布置在基体上。

在又一示例中，覆盖层的布置包括：

-将玻璃层烧制至基体和加热结构，或者

-布置耐热塑料特别是PEEK、PPS或PTFE材料制成的注塑件，特别是将该注塑件压至基体、加热结构和/或温度传感器。

本发明还提出一种用于提供可吸入气溶胶的系统的雾化器单元，其具有本发明的加热元件和/或根据本发明的方法制成的加热元件。

本发明还提出一种用于提供可吸入气溶胶的系统，其具有本发明的加热元件和/或根据本发明的方法制成的加热元件。

本发明的更多特征和优点参阅下文结合示意图对本发明的优选实施方式进行的描述。

其中：

图1为本发明的实施方式中的加热器的横截面示意图；以及

图2和3为本发明的实施方式中的加热器的等轴测图。

图1至3所示用于提供可吸入气溶胶的系统的加热元件1包括含电绝缘材料的管状基体5、布置在基体5上的加热结构3，以及将加热结构3匹配地固定在基体5上的覆盖层7。如图所示，加热结构3布置在基体5外侧。可以将形成气溶胶的物质布置在管状基体5内部。图1还示出环绕覆盖层7的外周布置的棒型冷却体9a-9n。但本领域技术人员知晓，这些冷却体9a-9n对本发明而言并非至关重要。

图1还示出布置在加热结构3上的温度传感器13，和覆盖层7中的用来将温度传感器13紧固在加热结构3上的包封11。

在第一实施方式中，所示基体5可以为外径为5-15mm且壁厚为0.1-0.7mm的阳极氧化的铝小管。氧化铝层的厚度为5-50μm，且用作电绝缘基底。可以借助如下方式将加热结构3施覆在阳极氧化的铝小管上：

a)对金属膏实施丝网印刷或移印，随后进行烧制，

b)例如通过蒸镀、浸涂来整面地施覆金属层，随后进行激光结构化处理，

c)可以光结构化的浆料，特别是厚膜浆料(浸渍、喷涂)，随后通过光刻制程进行结构化处理，或者

d)压紧/粘合例如冲压而成的结构化金属箔。

图3中覆盖层7绘示为透明的，这样就能看见其下方的加热结构3。图3所示加热结构3设计为波纹形且具有两个与(未示出的)引入线接触的连接触点17a、17b。

在未示出的实施方式中，基体5可以通过连接触点17a、17b和温度传感器13的管线15a、15b而延长。

在第二实施方式中，作为前述阳极氧化的铝小管的替代，也可以将铝箔用作基体5。例如可以将厚度为0.1-0.7mm的铝箔切割成条，随后进行阳极氧化处理。氧化铝层的厚度可以为5-50μm。可以以之前在第一实施方式中所描述的方式将加热结构3施覆在阳极氧化的铝条上。

在施覆加热结构3后，可以将该箔卷起，从而形成外径为5-15mm的套管。箔的对接边缘可以相连，例如焊接在一起，从而形成封闭式套管。作为替代方案，对接边缘不相连且保持敞开。但在未示出的实施方式中，箔的对接边缘也可以重叠在一起。卷绕也可以以多次旋转的方式实施，特别是使得加热结构3被箔绕组覆盖。

在第三实施方式中，可以提供由氧化铝形成的生坯作为基体5，并且以管道的形式挤出，随后分割并烧制成具有期望长度的单件。作为替代方案，可以将生坯制造为陶瓷注塑件。

在第四实施方式中，可以为钢套涂布由玻璃浆形成的覆盖层7，随后进行烧制。

在第五实施方式中，可以提供阳极氧化处理至约15μm或硬质阳极氧化处理至约25μm的铝套或作为替代方案的铝(合金)套管。加热结构3可以为侵蚀钢合金42、NiCr合金或电阻为0.4-3欧姆，通常0.6欧姆的类似材料。

实施方式二至五的其他所有处理步骤均可以与第一实施方式的处理步骤对应。

上述说明书、权利要求书和图式中的特征既可以单独地又可以以任意组合在其不同实施方式中对本发明具有重要意义。

附图标记表

1 加热元件

3 加热结构

5 基体

7 覆盖层

9a-9n 冷却体

11 包封

13 温度传感器

15a、15b 管线

17a、17b 连接触点。

Claims (16)

1.一种用于提供可吸入气溶胶的系统的加热元件，所述加热元件具有：

包含电绝缘材料的基体；

布置在所述基体上的加热结构；和

将所述加热结构匹配地固定在所述基体上的覆盖层。

2.根据权利要求1所述的加热元件，其特征在于，

所述基体设计为管状。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的加热元件，其特征在于，

所述基体包括氧化铝材料、阳极氧化的铝材，或涂布有玻璃浆的钢，特别是涂布有玻璃浆的钢套。

4.根据上述权利要求中任一项所述的加热元件，其特征在于，所述基体：

-包括套管，或者

-包括优选厚度为0.1至0.7mm的阳极氧化的铝箔，其中所述阳极氧化的铝箔和布置在其上的加热结构以套管形式卷起，特别是以5至15mm的外径卷起，或者

-包括经过烧制的氧化铝材料或陶瓷注塑件。

5.根据上述权利要求中任一项所述的加热元件，其特征在于，所述加热结构：

-被印刷、蒸镀、作为可以光结构化的浆料施覆在所述基体上，或者

-作为结构化的金属箔布置在所述基体上。

6.根据权利要求5所述的加热元件，其特征在于，

所述结构化的金属箔具有波纹，且所述波纹的导电通路的至少一个分区具有与所述基体的外径的倒圆部对应的倒圆部。

7.根据上述权利要求中任一项所述的加热元件，其特征在于，所述覆盖层：

-包括经过烧制的玻璃层，或

-耐热塑料制成的特别是含PEEK、PPS或PTFE材料的注塑件，所述注塑件优选被压至所述基体和所述加热结构上。

8.根据上述权利要求中任一项所述的加热元件，具有布置在所述加热结构上的至少一个温度传感器，优选两个温度传感器，特别是具有两个管线的PT1000，其中所述管线设计为扁平带状管线或金属管线，且其中所述管线轴向地或平行地布置，且包括至少一个铂材、镍材、铁材、铜材或黄铜材料，所述管线优选涂布有金、银或铂，且其中所述覆盖层具有用于所述温度传感器的包封。

9.根据上述权利要求中任一项所述的加热元件，其特征在于，所述加热结构具有特别是电阻为0.4至3欧姆，优选0.6欧姆的结构化钢合金、镍铁合金或镍铬合金。

10.一种制造用于提供可吸入气溶胶的系统的加热元件的方法，所述方法具有以下接续实施的步骤：

提供包含电绝缘材料的基体；

将加热结构布置在所述基体上；以及

布置将所述加热结构匹配地固定在所述基体上的覆盖层。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述基体的提供包括：

提供管状基体，以及/或者

提供包括氧化铝材料、阳极氧化的铝材，或涂布有玻璃浆的钢，特别是涂布有玻璃浆的钢套的基体。

12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述基体的提供包括：

-提供所述基体作为套管，并将所述加热结构布置在所述基体上，

-提供所述基体作为阳极氧化的铝箔，并将所述基体和布置在其上的加热结构以外径为5至15mm的套管形式卷起，或者

-提供所述基体作为包括氧化铝材的生坯，特别是作为陶瓷注塑件，并且烧制所述生坯。

13.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述加热结构的布置包括：

-借助对金属膏实施丝网印刷或移印来将所述加热结构印在所述基体上，并烧制所述金属膏，或者

-借助蒸镀或浸涂来将金属层布置在所述基体上，并以激光烧蚀制程实施结构化处理，或者

-对所述加热结构进行蒸镀，或者作为可以光结构化的浆料进行施覆，并以光刻制程进行结构化处理，或者

-将所述加热结构作为结构化的金属箔布置在所述基体上。

14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述覆盖层的布置包括：

-将玻璃层烧制至所述基体和加热结构，或者

-布置耐热塑料特别是PEEK、PPS或PTFE材料制成的注塑件，优选将所述注塑件压至所述基体、所述加热结构和/或所述温度传感器。

15.一种用于提供可吸入气溶胶的系统的雾化器单元的加热器，所述加热器具有根据权利要求1至9中任一项所述的加热元件和/或根据权利要求10至14所述的方法制成的加热元件。

16.一种用于提供可吸入气溶胶的系统，所述系统具有根据权利要求1至9中任一项所述的加热元件和/或根据权利要求10至14所述的方法制成的加热元件。

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