用于對輸送流體進行輸送的個人電子輸送系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及用于對輸送流體進行輸送的個人電子輸送系統(tǒng)。一種用于將輸送流體輸送到個人的個人電子輸送系統(tǒng)，包括：殼體，其具有帶有入口的第一端和帶有出口的第二端；流體路徑，其實質上在入口和出口之間延伸；用于保持輸送流體的緩沖物和被配置成將輸送流體傳送到流體路徑的連接裝置；以及加熱器，其被設置在流體路徑中、處或附近，被配置成用于加熱輸送流體，使得輸送流體的至少一部分在流體路徑中霧化和/或汽化，以及被配置成用于向加熱器提供能量的能量源，其中加熱器包括導體和被配置以控制霧化和/或汽化的多孔陶瓷層。
【專利說明】
用于對輸送流體進行輸送的個人電子輸送系統(tǒng)
技術領域
[0001] 本實用新型設及能夠將輸送流體輸送到個人的個人電子輸送系統(tǒng)。運樣的系統(tǒng)包 括所謂的電子香煙。
【背景技術】
[0002] 輸送系統(tǒng)(例如電子香煙)是已知的，并包括具有入口和出口的被成形為接口管的 吸入設備。電子香煙還包括電池和被提供有來自電池的能量的加熱器。加熱器纏繞在充當 緩沖物的所謂的忍吸材料周圍，其中例如使用位于入口中的流檢測器來接通和關斷加熱 器。緩沖物包括輸送流體(例如所謂的電子液體），其通常是丙二醇、甘油、尼古下和調味品 的混合物。加熱器使電子液體汽化和霧化W實現液體的吸入。
[0003] 常規(guī)電子香煙的問題是當加熱器在使用中時對加熱器溫度的不充分的控制。運導 致具有相對大的溫度變化的電子液體的汽化和/或霧化，使得在電子液體中的組分不是僅 僅被加熱，而是相反被燃燒。運提供了可能造成與人的健康有關的問題的在吸入的流體中 的不希望有的組分。此外，大部分常規(guī)電子香煙具有被體現為包括電子液體的一種類型的 織物的緩沖物。此外，燃燒運個緩沖物材料可導致不希望有的組分被使用電子香煙的人吸 入。此外，使用常規(guī)電子香煙可導致重金屬的釋放。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型為了它的目的必須提供個人電子輸送系統(tǒng)一一特別是包括電子香煙， 其實現更可控制的霧化和/或汽化，從而減少和/或防止健康問題。
[0005] 運個目的使用根據本實用新型的個人電子輸送系統(tǒng)來實現，該系統(tǒng)包括：
[0006] -殼體，其具有帶有入口的第一端和帶有出口的第二端；
[0007] -流體路徑，其實質上在入口和出口之間延伸；
[000引-用于保持輸送流體的緩沖物和配置成將輸送流體傳送到流體路徑的連接裝置； W及
[0009] -加熱器，其設置在流體路徑中、處或其附近，被配置用于加熱輸送流體，使得輸送 流體的至少一部分在流體路徑中霧化和/或汽化，W及被配置用于提供能量到加熱器的能 量源，
[0010] 其中，加熱器包括導體和被配置成控制霧化和/或汽化的多孔陶瓷層。
[0011] 提供優(yōu)選地體現為接口管的從入口到出口的流體路徑例如實現在出口處吸入W 抽入/吸進周圍空氣。運提供個人電子輸送系統(tǒng)，例如也包括所謂的電子雪茄的電子香煙。 當加熱器被接通時，包括在系統(tǒng)中的加熱器使輸送流體霧化和/或汽化。例如可W借助于靠 近入口的流控制器來實現加熱器的接通。能量由例如(可再充電的）電池的能量源提供到加 熱器。輸送流體可與液體和/或固體的混合物(包括可包含丙二醇、甘油、尼古下和調味品的 混合物的所謂的電子液體)有關。將理解的是，其它成分也可被應用和/或尼古下可從混合 物中省略。
[0012] 加熱器元件包括可被成形為板、線、錐、管、泡沫、棒或任何其它適當的形狀的導 體，其優(yōu)選地由可通過將電流施加到加熱器元件的導體來加熱的所謂的電阻加熱材料制 成。導體可由適當的材料(包括侶、FeAl、NiC JeCrAl (銘侶鉆耐熱鋼）、鐵及其合金)制成。
[0013] 設置在導體上或相鄰于導體的陶瓷層實現對加熱器溫度的有效控制，從而防止燃 燒在輸送流體中的組分和/或系統(tǒng)的其它元件(例如緩沖材料）。運通過防止不希望有的組 分存在于吸入的流體中而提高了吸入的流體的質量。
[0014] 作為另一效果，陶瓷層向導體提供結構和穩(wěn)定性，從而總體上增加加熱器的強度 和穩(wěn)定性。如果系統(tǒng)被應用為電子香煙，則運是特別相關的。運樣的電子香煙受到很多運 動、振動和/或其它沖擊。例如，增加的穩(wěn)定性防止發(fā)生故障和/或防止加熱器與系統(tǒng)的其它 部件(包括例如浸泡在電子液體中的織物的緩沖材料)的接觸。運防止部件的不希望有的燃 燒。此外，陶瓷層防止重金屬的釋放。
[0015] 此外，陶瓷層實現吸收和/或在陶瓷層的孔中的電子液體的吸收。
[0016] 在根據本實用新型的當前優(yōu)選的實施方式中，陶瓷層具有在5-300μπι、優(yōu)選地10- 200μπι、更優(yōu)選地15-150WI1的范圍內的厚度并且最優(yōu)選地，厚度是約lOOwii。
[0017] 通過給陶瓷層提供足夠的厚度，提高了加熱器的穩(wěn)定性和強度。此外，增加了絕 緣，實現熱傳遞和/或熱產生的控制。陶瓷層的厚度可適于電子液體的類型和/或特定的系 統(tǒng)和/或期望的特性。運個靈活性提供根據本實用新型的系統(tǒng)的另一優(yōu)點。
[0018] 優(yōu)選地，使用等離子體氧化將陶瓷層設置在導體上或導體處。加熱器元件優(yōu)選地 由鐵材料或其它適當的材料制成，使用等離子體電解氧化多孔金屬氧化物層(例如氧化鐵） 在所述材料上生長。等離子體電解氧化使相對厚的鐵層能夠通過將鐵(其部分)氧化成氧化 鐵而從鐵(〉130μπι)生長。因而產生的層是多孔的、柔性的和彈性的氧化鐵陶瓷。與標準陽極 氧化（15-21V)比較，等離子體電解氧化O350-550V)需要高得多的電壓。在運個高電壓下， 微放電電弧出現在鐵或其它材料的表面上，并引起厚(鐵)氧化物層的生長。其它金屬(例如 侶或儀銘合金)也可用于根據本實用新型的系統(tǒng)的加熱器元件。例如，結果表明，可在具有 柔性和彈性陶瓷層的大約13μπι厚度的侶錐上實現陶瓷層。使用等離子體氧化來提供陶瓷層 的有利效果之一是，由于在氧化期間該層從金屬生長，所W陶瓷層到金屬的粘附是極好的。
[0019] 在當前優(yōu)選的實施方式中，加熱元件的結構包括鐵、侶或任何其它閥金屬的細線。 運樣的閥金屬能夠形成氧化物層，其在它的表面上形成保護層并接著使它停止進一步氧 化。在當前優(yōu)選的實施方式中，鐵用于加熱元件，考慮到它的相對高的電阻，實現相對快的 加熱過程。線通過等離子體氧化覆蓋在另一側上。通過將鐵線放置在電解液中來完成等離 子體氧化。例如，電解液包括15g/l (NaP〇3)6和8g^ ^2Si〇3.5出0。通過冷卻將電解液維持在 25°C的溫度。線用作陽極并放置在包含電解液的容器中。不誘鋼陰極位于線周圍。約0.15A/ cm2的電流密度被維持在線和陰極之間。W大約lOOOHz的脈沖模式施加電流。在線和陰極之 間的電勢快速增加到約500伏。運創(chuàng)建在陽極線上的等離子體氧化過程并創(chuàng)建陶瓷層。因為 線是小尺寸的（100微米），所W它具有相對高的電阻61化m/m。通過將電流施加到線，線變 熱。將理解的是，過程參數可取決于加熱元件的結構和/或其尺寸。
[0020] 在可選的實施方式中，例如使用等離子體氧化將金屬(例如侶、鐵或其它閥金屬） 板覆蓋在具有陶瓷層的至少一側上。由于金屬板電阻，所W它的溫度在電流被施加時增加。 此外，結構可被蝕刻到金屬內，提供具有相對高的電阻的金屬的金屬條。例如可W使用電化 學加工來執(zhí)行蝕刻。
[0021] 加熱器元件的可選的制造方法包括燒結或火花等離子體燒結、通過在富氧環(huán)境中 加熱而進行的金屬的表面層的氧化、陽極氧化和等離子體噴涂。此外，可能例如使用噴涂來 沉積覆蓋在加熱器元件的導體上的侶或其它材料，并使用等離子體電解氧化將所沉積的材 料氧化成氧化物。
[0022] 在根據本實用新型的當前優(yōu)選的實施方式中，加熱器包括作為導體的螺旋形金屬 線，其中線被提供有陶瓷層。
[0023] 提供具有螺旋形金屬線的加熱器，可實現輸送流體的有效霧化和/或汽化。螺旋形 金屬線優(yōu)選地設置在流體路徑中。運實現電子流體的有效加熱。
[0024] 在線配置中的加熱器的可選配置包括直線、單層或多層螺線管線、環(huán)形線圈單層 或多層W及扁平線圈。在錐或板配置中的加熱器的可選配置包括扁平、圓形、矩形形狀、螺 旋纏繞的和折疊配置。在管配置中的加熱器的另一可選配置包括具有覆蓋的多孔陶瓷層和 可選地設置有(靜態(tài))混合結構或螺旋結構、管形的錐/板和螺旋纏繞式錐/板的金屬管。在 泡沫配置中的加熱器的又一可選配置包括海綿結構。
[0025] 在根據本實用新型的實施方式中，螺旋形金屬線的中屯、軸或縱向方向定位成實質 上橫向于在流體路徑中的主流體流動方向。
[0026] 在根據本實用新型的當前優(yōu)選的實施方式中，螺旋形加熱器具有實質上設置在流 體路徑的縱向方向上的中屯、軸。甚至更優(yōu)選地，流體路徑被設計成使得吸入的流體在縱向 方向上穿過螺旋形線。運增強霧化和/或汽化，從而提高對運些過程的控制和/或減小執(zhí)行 運些過程所需的能量的量。運提高了根據本實用新型的系統(tǒng)的壽命。
[0027] 在當前優(yōu)選的實施方式中，提供具有孔隙率的陶瓷層，使得輸送流體被從緩沖物 傳送到導體的附近區(qū)域。
[0028] 通過提供多孔陶瓷層，可能配置陶瓷層，使得輸送流體穿過或沿著陶瓷層被傳送， 使輸送流體能夠從緩沖物傳送到導體。運防止提供單獨的緩沖物(例如緩沖織物)的需要。
[0029] 優(yōu)選地，陶瓷層具有在10-80 %、優(yōu)選地在15-50 %、更優(yōu)選地在20-30 %的范圍內 的孔隙率、且最優(yōu)選地具有大約25%的孔隙率。已證明，特別是在20-30%的范圍內的孔隙 率提供在特別是陶瓷層和加熱器作為整體的性能中的最佳狀態(tài)。此外，已證明，使用等離子 體氧化來提供陶瓷層是有益的，因為它實現對所產生的層的孔隙率的控制。
[0030] 在根據本實用新型的當前優(yōu)選的實施方式中，緩沖物實質上圍繞加熱器，其中緩 沖物設置有被配置成用于將輸送流體傳送到加熱器的開口。
[0031] 優(yōu)選地，當用戶吸氣且空氣流動開始時，電子液體/輸送流體通過文氏管效應被從 緩沖物被運輸到加熱器。運消除了假發(fā)或類似元件的需要。
[0032] 提供實質上在加熱器周圍的緩沖物使能夠輸送流體通過在緩沖物隔間的內表面 (區(qū)域）中的多個小開口，緩沖物隔間通過電子液體/輸送流體的毛細作用而填充有液體。具 有多孔陶瓷層的加熱元件位于開口的另一側上。液體通過毛細作用被傳送到加熱元件。如 果加熱元件由電流加熱，則液體從陶瓷層蒸發(fā)且在開口中的液體由元件加熱。由于由加熱 元件引起的較高溫度，所W粘度降低且液體通過開口或孔在陶瓷層上被吸收。優(yōu)選地在金 屬管中制造孔，因為運經得起熱量。運向加熱器提供輸送流體的魯棒供應。
[0033] 與常規(guī)系統(tǒng)比較，加熱元件實現提高的溫度控制。運提供最佳溫度，從而維持在它 的期望值周圍的電子液體/輸送流體的粘度。運提高了蒸發(fā)過程。
[0034] 在根據本實用新型的當前優(yōu)選的實施方式中，系統(tǒng)還包括配置用于當加熱器被接 通時提供功率增加的功率和/或電流增加電路。
[0035] 通過提供功率和/或電流增加電路，當接通加熱器時，功率可暫時增加。運樣的電 路可包括多個電容器和/或多個線圈，其中數量是一個或多個。電路增強加熱器的效果和/ 或降低對電源的要求。
[0036] 在當前優(yōu)選的實施方式中，電容器(優(yōu)選地所謂的超級電容器)被包括在提供峰值 電流(優(yōu)選地當電子香煙的用戶開始吸氣時）的電路中。當激活加熱器W霧化和/或汽化流 體時，加熱器溫度必須增加。通過提供(超級）電容器，可W更快地和幾乎即時地執(zhí)行運個溫 度增加。運使設備(例如電子香煙）能夠在它的出口處幾乎直接提供包括霧化和/或汽化的 輸送流體的流體。當激活加熱器元件時的電流增加/峰值導致在用于霧化和/或汽化輸送流 體的加熱的加熱器元件中的熱形成。根據本實用新型的加熱器元件包括優(yōu)選地能夠吸收 和/或吸收輸送流體的多孔陶瓷層。運使加熱器元件能夠直接W霧化和/或汽化開始。作為 另一有利的效果，當激活加熱器元件時，不需要電池來提供峰值電流。運使得能夠提供較小 的電池，從而能夠依照例如常規(guī)香煙的尺寸形成電子香煙的尺寸。此外，在額外的電路包括 (超級）電容器的情況下，電池不受到峰值要求且因此可在更恒定的水平下操作。運提高電 池的壽命。在加熱器元件被去激活之后，電容器可由電池充電。在有利的實施方式中，加熱 器元件由具有在低溫(例如20°C)下的相對低的電阻和在高溫下的高電阻的鐵材料制成。運 使得能夠在激活加熱器元件時向加熱器元件提供較高的電流，而在加熱器元件到達其最佳 操作溫度之后，所施加的電流較低。事實上，在汽化和/或霧化溫度下的鐵的電阻對于電池 是最佳的。在使用(超級）電容器的情況下，電池不再限制加熱器元件的(最小）電阻，從而實 現加熱器元件和包括運個加熱器元件的設備的改進的設計。特別是，超級電容器與鐵線導 體的組合看起來是有益的。
[0037] 在根據本實用新型的當前優(yōu)選的實施方式之一中，超級電容器被連接到充電連接 器，其配置成用于將超級電容器連接到用于給超級電容器充電的外部電源。運實現超級電 容器的外部充電，而不需要電池供應對超級電容器進行充電的電能。在另一優(yōu)選的實施方 式中，系統(tǒng)不包括電池。在運個實施方式中，超級電容器供應所有所需的能量并且被從外部 電源被充電。優(yōu)選地，超級電容器具有12法拉第或更多的電容。運減小系統(tǒng)的部件的數量， 減小系統(tǒng)重量并立即提供用于汽化/霧化的能量?？蛇x地，例如使用可再充電電池在香煙盒 中對系統(tǒng)進行充電。
[0038] 在當前優(yōu)選的實施方式中，加熱器元件的導體由NiCr(并且優(yōu)選地由鐵）制成。與 Ni化相比，鐵的電阻隨著溫度更快地增加。
[0039] 根據本實用新型的系統(tǒng)提供將輸送流體輸送到人的有效裝置，例如W提供吸煙的 感覺，而不通過燃燒輸送流體和/或系統(tǒng)中的組分而增加健康問題。
[0040] 優(yōu)選地，加熱器包括具有陶瓷層的導體。更優(yōu)選地，使用等離子體氧化來提供陶瓷 層。等離子體氧化優(yōu)選地被使用，因為它實現對陶瓷層的孔隙率和/或厚度的控制。
[0041] 優(yōu)選地，在使用中，加熱器達到在150-750°C、優(yōu)選地在200-500°C且更優(yōu)選在250- 400°C的范圍內的溫度。如所示，在運些溫度下，可實現輸送流體的良好霧化和/或汽化。
【附圖說明】
[0042] 本實用新型的另外的優(yōu)點、特征和細節(jié)在其優(yōu)選實施方式的基礎上被闡明，其中 參考了附圖，在附圖中：
[0043] -圖1根據本實用新型示出了電子香煙；
[0044] -圖2A-V根據本實用新型示出了加熱器元件的配置；
[0045] -圖3A-B示出產生圖2的加熱器元件的等離子體氧化室的設置；W及
[0046] -圖4示出在圖3的室內的加熱器元件的制造中隨著時間的變化的電壓；
[0047] -圖5根據本實用新型示出加熱器元件；
[0048] -圖6A-B示出功率/電流增加電路的實施方式；
[0049] -圖7示出與鐵和Ni化的溫度有關的電加熱器元件的電阻；
[0050] -圖8示出根據本實用新型的電子香煙的可選實施方式；W及
[0051] -圖9-10示出根據本實用新型的另一優(yōu)選實施方式。
【具體實施方式】
[0052] 電子香煙2(圖1)包括電池組件4和霧化器組件6。在所示實施方式中，霧化器組件6 是一次性的。將理解的是，本實用新型也可應用于具有它配置的系統(tǒng)，W及所示實施方式僅 為了示例性目的。技術人員從常規(guī)電子香煙已知的、包括部件之間的連接的細節(jié)已經被從 圖示中省略W減少附圖的復雜性。
[0053] 電池組件4包括殼體8、具有空氣入口 12的化抓)指示器10、空氣流傳感器14、電路 16和電池18。使用空氣路徑20將來自入口 12的空氣提供到傳感器14。電路16包括連接到系 統(tǒng)2的相關部件的電子電路板。電池18可W是包括實現再充電所需的連接的可再充電電池。 電池組件4具有空氣入口 22和將電池組件連接到霧化器組件6的連接器24。
[0054] 霧化器組件6包括具有被圍繞有包括電子液體(例如甘油、丙二醇、尼古下的混合 物）的緩沖物30的空氣路徑28的殼體26。緩沖物材料可包括忍吸材料(例如娃石、棉花等）， 或緩沖物30可由其它緩沖物裝置提供。在所示實施方式中，加熱器元件32被設置在空氣路 徑28的周邊處或其周邊周圍。在優(yōu)選實施方式之一中，加熱器元件32包括金屬鐵忍34的線， 其中陶瓷鐵氧化物層36在金屬忍34周圍。電子液體被吸收和/或吸收在多孔陶瓷層中。通過 使電流穿過金屬鐵忍34來加熱線32。線32被加熱，且電子液體被蒸發(fā)和/或霧化。混合物在 接口管40處被提供到空氣路徑28的出口 38。
[0055] 加熱器32實現提高的溫度控制和通過改變多孔陶瓷層36的特性(例如厚度、孔的 尺寸和孔隙率)而在時間上控制電子液體蒸發(fā)量的能力。
[0056] 當在出口 38處吸氣時，實現了在空氣路徑20、28中的負壓。空氣穿過入口 12、22被 吸入。傳感器14檢測空氣流，且電路板16將指示信號發(fā)送到指示器10。電池18向加熱器32提 供電力，其加熱從緩沖物30供應的電子液體并汽化和/或霧化液體使得用戶可吸入其中的 期望組分。
[0057] 在所示實施方式中，加熱器28的縱軸實質上平行于空氣路徑28。將理解的是，根據 本實用新型，其它配置也是可能的。
[0058] 可選地，加熱器28由緩沖物30圍繞。緩沖物30的表面區(qū)域優(yōu)選地設置有(小)開口， 其填充有來自緩沖物的電子液體。毛細作用將液體從開口傳送到加熱器元件30。開口優(yōu)選 地在緩沖物30的金屬管狀表面中被制成W防止燃燒。
[0059] 將示出根據本實用新型的加熱器元件的幾個實施方式。加熱器42(圖2A)包括作為 導體的電阻加熱材料44a和多孔陶瓷層44b。加熱器46(圖2B)被纏繞為螺線管48(圖2C)，其 類似于如圖1中所示的加熱器28。在可選的配置中，加熱器50被配置為例如環(huán)形線圈（圖2D) 或扁繞線圈51(圖2E)或扁平螺旋線52(圖2F)。
[0060] 在系統(tǒng)2的所示實施方式中，緩沖物30被設置在空氣路徑28和加熱器32(也見圖 2G)周圍。在可選的實施方式中，液體儲器54被設置在加熱器56(圖2H)的螺線管內部。
[0061] 另外的可選配置包括被纏繞為環(huán)形線圈結構(其中液體在環(huán)形線圈結構內且空氣 流在環(huán)形結構周圍）的加熱器58(圖21)和作為扁繞線圈的加熱器60(圖2J)。此外，加熱器62 (圖2K)可包括作為在覆蓋的多孔陶瓷層66上的導體的電阻加熱材料64的路徑層，或可選 地，加熱器68可包括導體層70,其中，其上設置有覆蓋的多孔陶瓷元件或斑72(圖化）。可選 地，加熱器74包括導體層76和陶瓷層78(圖2M)和可選地包括額外的陶瓷斑80(圖2N)。另一 實施方式包括具有螺旋配置纏繞的導體84的多孔陶瓷層82(圖20)。
[0062] 其它實施方式包括具有被覆蓋有陶瓷層88的靜態(tài)混合形式86a的導體管86(圖2P 和2Q)。作為另一可選形式，導體90是具有陶瓷層92的管（圖2R)。管90a可W在內部填充有液 體并且在外面具有空氣流（圖2S)，或管90b在內部具有空氣流并且在外部具有液體緩沖物 (圖2T)。可選地，陶瓷層設置在管90的內部和外部。此外，管90可包括具有電阻加熱材料和 陶瓷材料的多個較小的管或線94(圖2U)。另一可選的配置(圖2V)設及覆蓋有多孔陶瓷材料 98的電阻加熱金屬泡沫或海綿96。
[0063] 加熱器32的所公開的實施方式提供可應用于系統(tǒng)2的根據實用新型的加熱器的例 子。
[0064] 優(yōu)選地使用等離子體電解氧化來制造根據本實用新型的加熱器元件。作為例子， 僅為了說明性原因，下面將公開關于根據本實用新型的加熱器元件的一些可能的配置的一 些制造方法。
[0065] 在加熱器元件的第一實施方式中，執(zhí)行直接連接到陽極的鐵線的等離子體電解氧 化。
[0066] 對于等離子體電解氧化，使用了等離子體電解室102(圖3A)。工件104連接到陽極 106。工件104夾/固定在兩個螺釘或夾具108之間，兩個螺釘或夾具108連接到電源的接地 端/地線（陽極104)。在所示實施方式中，陰極110包括不誘鋼蜂窩電極112,其在使用中被放 置在工件104之上的近距離處。電解液114在電極112和陽極106之間流動，并連同所產生的 氧氣和氨氣一起有效地向上流動穿過蜂窩電極112。電解液流出物116連同氨氣和氧氣一起 然后被冷卻并可選地返回到室102。在所示實施方式中，電解液114的溫度從進入等離子體 氧化室102的大約1 rC增加到離開室102的25 °C，并接著使用熱交換器(未示出）來冷卻。
[0067] 在所示室102中，兩個電源(Munk PSP系列）串聯連接:一個是350伏特和40安培，而 第二個是400伏特和7安培，導致750伏特和7安培的最大值，因而產生的最大功率是5.25kW。 電源可直接連接到陽極106和陰極110,導致等離子體的直流(DC)操作?？蛇x地添加的開關 電路提供使用DC脈沖操作等離子體的選項。脈沖的頻率可設置在DC和IkHz之間，且不同的 波形(塊、正弦或Ξ角形）可被選擇。優(yōu)選地在脈沖電流模式中W大約1000化的頻率(接通- 關斷）、優(yōu)選地w設置在固定值的電流執(zhí)行等離子體氧化，且作為多孔氧化物層的生長的結 果，電壓在時間上增加。在1和7安培之間的電流可用于產生陶瓷層。
[0068] 為了產生根據本實用新型的加熱器元件，在室102中，鐵線202(圖3B)被作為工件 104放置在連接到不誘鋼陽極的鐵板204的頂部上?？蛇x地，陽極直接連接到線202。電解液 包括8g^ ^Si03巧出0和15g/l(NaP03)6。使用由具有0.5mm的直徑和60cm的長度的第1級鐵 制成的鐵線。線被卷成圈并連接到陽極。高于500伏特的電勢施加在陽極和陰極之間，導致 在鐵線的表面上的微電弧放電。在線的表面上，金屬鐵在添加有來自電解液的娃酸鹽和憐 酸鹽的情況下被氧化成氧化鐵。金屬層轉換成包含氧化鐵、憐酸鹽和娃酸鹽的多孔陶瓷層。 運導致根據本實用新型的加熱器元件302(圖5)。
[0069] 電流增加電路402(圖6A)包括電池404、變壓器（trafo)406、加熱器元件408和（超 級）電容器410。電路402中的其它部件包括二極管412、電阻414、響應于吸氣的開關416、晶 體管418。將理解的是，電路402中的部件可W被用其它部件來代替和/或額外的部件可被應 用。例如，可選的電路420(圖6B)包括電池422、加熱器元件424、電容器426、開關428、電阻器 430和二極管432。
[0070] 當開始吸氣時，電容器410、426將額外的電流供應到加熱器元件408、424W加速加 熱器元件408、424的溫度增加并緊接著開始霧化和/或汽化。優(yōu)選地，加熱器元件由展示在 室溫下的相對低的電阻和在增加的溫度下的較高電阻的鐵材料制成，從而實現對激活信號 的快速響應時間。
[0071] 在當前優(yōu)選的實施方式中，加熱器元件的導體由NiCr(并且優(yōu)選地由鐵）制成。與 NiCr相比，鐵(圖7)的電阻隨著溫度更快地增加。與定義在特定溫度下的所測量的電阻的線 性關系的鐵的線性關系（y = 0.0104x+1.5567)相比，運用NiCr的線性關系（y = 0.0011x+ 2.164)示出。
[0072] 在電子香煙502(圖8)的另一實施方式中，通過連接器504從超級電容器506對加熱 器32提供能量。經由外部連接器508對電容器506充電。電容器506可被(半)直接和/或間接 地充電。可結合具有香煙存儲隔間512和帶有電池516的電池隔間514的香煙盒510來執(zhí)行運 樣的間接充電。在充電狀態(tài)中，充電連接器518接觸連接器508,且超級電容器506被充電。在 所示實施方式中，電池516通過連接器520是可再充電的。
[0073] 在根據本實用新型的前述優(yōu)選實施方式中，電子香煙包括兩個主要部分，第一部 分具有帶有空氣流開關的電池和用于電子香煙的正確操作的電子控制設備，且第二部分具 有能夠包含電子液體的盒、加熱元件和用于將電子液體運輸到加熱元件上的部分。盒602 (圖9-10)包括在所示實施方式中由不誘鋼制成的金屬管604,其具有位于距離管的起始A大 約2.75mm處的大約0.25mm直徑的八個孔606,其在使用中最接近電子香煙的接口管。在所示 實施方式中，管604在長度上是大約29.1mm，其具有大約4mm的外徑和大約0.3mm的壁厚。優(yōu) 選地由氧化錯制成的陶瓷管608在離開口大約2.5mm的位置處被設置在金屬管604內部，陶 瓷管608具有大約22mm的長度、大約3.4mm的外徑和大約0.35mm的壁厚。
[0074] 陶瓷覆蓋的鐵加熱元件610被放置在具有孔606的金屬管604中。加熱元件610優(yōu)選 地由被覆蓋有陶瓷層并被纏繞為螺線管的鐵線(第1級）制成。具有陶瓷層的鐵線的直徑是 大約0.25mm，在加熱元件中使用的線的總長度是大約90mm，其具有大約10個緊密間隔開的 具有大約2.2mm的直徑的繞組612,且加熱元件610的總長度是大約1.4mm。加熱元件610被放 置在金屬管604內部，使得第一繞組位于陶瓷管608中，防止加熱元件610接觸金屬管604。
[0075] 具有孔606的金屬管604在側面A上被壓成具有連接器(未示出）W及電絕緣器618 的螺帽并在另一側上被壓成端帽（未示出）。金屬殼體614(優(yōu)選地由不誘鋼制成的管)在螺 帽和端帽之間延伸，其中管具有大約3.8mm的長度、大約9.2mm的直徑和大約0.2mm的壁厚。 在外部金屬管614和具有孔606的內部金屬管604之間的空間、室或隔間616可填充有電子液 體。例如，電子液體包括大約60 %的蔬菜甘油、大約30 %的丙二醇W及大約10 %含有尼古 下、調味品和水。尼古下、調味品和水之間的比率可被調節(jié)到優(yōu)選的數量。
[0076] 盒602的螺帽連接到電子香煙的電池，從而將電池的正極和負極連接到加熱元件 610的正和負連接器。運使電流能夠穿過鐵線從正極流到負極W通過焦耳加熱來增加鐵線 的溫度。電流由用戶所激活的流開關控制。在使用中，空氣流經具有孔606的金屬管604,且 電子液體被運輸朝向加熱元件610。通過增加加熱元件610的溫度，電子液體在空氣流中蒸 發(fā)且蒸發(fā)的電子液體被運輸到用戶。
[0077] 在可選的實施方式中，盒620(圖10)設置有類似的部件，其中例外的是，孔606被設 置在凹槽622中。
[0078] 將理解的是，在另外的實施方式中，可組合盒602、620的部件?？稍陔娮酉銦?、502 及它的其它實施方式中使用盒602、620和可選的實施方式。
[0079] 完成Ξ個實驗：1)在15分鐘期間為0.5安培，2)在15分鐘期間為1安培，W及3)在15 分鐘期間為2安培。在等離子體電解氧化之前和之后測量線的質量和直徑。線被放置在水中 5分鐘，且質量被測量為在線上吸收的水的量的指示?？稍趫D4中看到Ξ個不同的電流設置 的隨時間的變化的電壓，且在表1中呈現在氧化之前和之后的某些另外的材料信息。
[0080] 表1:材料信息
[0081]
[0082] 在不同的工藝條件(包括在一小時的處理時間期間W5安培(線1)和1安培（線2)) 下制造陶瓷線。結果在表2中示出。
[0083] 表2:陶瓷層的厚度、孔隙率和兩個陶瓷鐵線的吸收
[0084]

[0085] 線1:在等離子體電解氧化(PEO)之前
[0086] L = 0.5m、D = 0.500mm、R=1.2Q、R臘=2.44Q/m、吸收（水）=化1
[0087] 線1:在陽0之后(在60分鐘期間為5A)
[008引 L = 0.5m、D = 0.610mm、R=1.3-1.4Q、吸收(水）=21μ1、孔隙率= 44%
[0089] 線2:在陽0之前：
[0090] L = 0.5m、D = 0.500mm、V = 9.8e-8m3、m=4.299^-4kg、P = 4379kg/m3
[0091] 線2:在陽0之后(在60分鐘期間為1A)
[0092] L = 0.5m、D = 0.5610mm、V = 1.236e-8m3、m = 4.512e-4kg、p = 3650kg/m3、m*ftg= 2.13e-化g、V氧版=2.56e-8m3、M沒棚!細船1+= 4.452e-化g、孔隙率=50 %，所計算的吸收= 12.祉 1
[0093] 將理解的是，對于可選的線，其它條件將適用。例如，對于具有0.1mm的直徑的線， 咕借=61 Ω /m。具有6.5cm的長度的運樣的線將給出4 Ω的電阻。在100皿的氧化物厚度的情 況下，吸收1.化1的量。150皿給出3.化及200皿給出5.化1。
[0094] 實驗示出根據本實用新型的系統(tǒng)的加熱器元件的制造可能性。
[00M]另外的實驗已經被進行W產生加熱器的其它配置。在一個運樣的另一實驗中，金 屬錐(優(yōu)選地侶錐)優(yōu)選地在早些時候描述的等離子體電解室中用作起始材料，其上提供有 多孔金屬(侶)氧化物層。表3示出在9分鐘期間使用在5安培的恒定電流進行的等離子體電 解氧化的所測量的值。13WI1厚度的侶錐被氧化，其中產生13WI1的氧化侶厚度，且表4示出過 程的再現性。運兩個表都示出對于5A的恒定電流、進入等離子體氧化室中（Tin)和從等離子 體氧化室出來(Teff)的電解液的電壓、電流、溫度。
[0096] 表 3
[0097]
[009引表4
[0099]
[0100] 表5示出在2A的恒定電流下的侶錐的等離子體電解氧化的電壓和電流。結果是13μ m的厚氧化侶層。
[0101] 表5:使用2A的恒定電流的等離子體電解氧化的電壓和電流。
[0102]
[0103] 表6示出使用5安培的IkHz的脈沖恒定電流的侶錐的等離子體電解氧化的電壓和 電流。
[0104] 表6:化化的脈沖恒定電流的電壓和電流。
[0105]
[0106] 在另一實驗中，等離子體電解氧化用于提供在鐵錐上的〉70wii的多孔的、柔性的和 彈性的陶瓷層。等離子體電解氧化使被已知為陶瓷（Ti〇2)的鐵氧化物層生長。使用8g/l Na2Si〇3巧出0(五水偏娃酸鋼)和15g/l (NaP03 )6 (六偏憐酸鋼）的電解液。電解液被累送到反 應室內W充當電解液和充當冷卻劑。使用來自第2級鐵的具有124WI1的厚度的鐵錐。在制造 過程中，電壓隨著時間的變化而增加。運個增加表示增加的電阻，并且可w可能由氧化鐵 (TiOx)層的生長來解釋。較厚的TiOx層充當像在金屬和電解液之間的絕緣層?？稍诒?中看 到在時間上的因而產生的電壓發(fā)展。
[0107]表7:對于使用等離子體電解氧化的在鐵錐上的陶瓷層的產生的隨著時間的變化 的電壓和電流
[010 引
[0109] 產生的錐結構可W被進一步處理(設及電化學加工）。例如，可利用第2級鐵的溶解 W制成完美正方形通道。在使用電化學加工化CM)的情況下，第2級鐵W非常受控的方式局 部地溶解，直到達到陶瓷層。完成的結果必須是具有正方形邊緣的輪廓分明的通道且在陶 瓷層的頂部上沒有殘渣。對具有被放置在用作陽極的鐵板的頂部上的產品的反形狀的陰極 使用ECM過程。電勢被置于陰極和陽極之間，使陽極溶解。電解液濃度是5M化N03。電流密度 可W范圍在20-1504八1112。^〉6(^八1112的電流密度實現最好的結果。^脈沖模式操作電流，其 中電流接通和斷開的時間可變化。W16-80的接通/斷開比和從0.05直到10ms的脈沖接通及 從1ms直到160ms的脈沖斷開實現最好的結果。運個額外的處理步驟也可應用于加熱器的其 它配置。
[0110] 在當前優(yōu)選的實施方式中，加熱器元件由鐵線或較不優(yōu)選地由Ni化線制成。圖7示 出對于運兩種材料的與溫度有關的電加熱器元件的電阻。如早些時候提到的，鐵的使用對 加熱器元件是有益的。
[0111] 上述實驗示出制造加熱器元件的不同配置并在例如電子香煙中實現運樣的配置 的可能性。
[0112] 本實用新型決不限于W上描述的其優(yōu)選的實施方式。所尋求的權利由所附權利要 求定義，在所附權利要求的范圍之內，可W設想很多修改。
【主權項】
1. 一種個人電子輸送系統(tǒng)，包括： -殼體，其具有帶有入口的第一端和帶有出口的第二端； -流體路徑，其實質上在所述入口和所述出口之間延伸； -用于保持輸送流體的緩沖物，和被配置成將輸送流體傳送到所述流體路徑的連接裝 置；以及 -加熱器以及能量源，所述加熱器被設置在所述流體路徑中、處或附近，且被配置成用 于加熱所述輸送流體，使得所述輸送流體的至少一部分在所述流體路徑中霧化和/或汽化， 所述能量源被配置用于向所述加熱器提供能量， 其中，所述加熱器包括導體和被配置成控制所述霧化和/或汽化的多孔陶瓷層。2. 根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述陶瓷層被使用等離子體氧化設置在所述導體 上或所述導體處。3. 根據權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中所述陶瓷層具有在5-300μπι的范圍內的厚度。4. 根據權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中所述陶瓷層具有在10-200μπι的范圍內的厚度。5. 根據權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中所述陶瓷層具有在50-150μπι的范圍內的厚度。6. 根據權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中所述陶瓷層的厚度是大約100μπι。7. 根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述加熱器包括閥金屬。8. 根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述加熱器包括鈦。9. 根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述加熱器包括螺旋形金屬線作為所述導體，其 中所述螺旋形金屬線設置有所述陶瓷層。10. 根據權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述螺旋形金屬線具有實質上設置在所述流體路 徑的縱向方向上的中心軸。11. 根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述陶瓷層設置有孔隙率，使得所述輸送流體被 所述陶瓷層從所述緩沖物傳送到所述導體的附近區(qū)域。12. 根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述陶瓷層具有在10-80%的范圍內的孔隙率。13. 根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述陶瓷層具有在15-50%的范圍內的孔隙率。14. 根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述陶瓷層具有在20-30%的范圍內的孔隙率。15. 根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述陶瓷層的孔隙率是大約25%。16. 根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述緩沖物實質上圍繞所述加熱器，其中所述緩 沖物設置有被配置成用于將輸送流體傳送到所述加熱器的開口。17. 根據權利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述開口被配置成實現將輸送流體傳送到所述 加熱器的文氏管效應。18. 根據權利要求16或17所述的系統(tǒng)，其中所述開口被設置在凹槽中。19. 根據權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括功率和/或電流增加電路，其被配置成用于當所 述加熱器被接通時提供功率和/或電流增加。20. 根據權利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述電路包括超級電容器。21. 根據權利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述超級電容器被連接到充電連接器，所述充電 連接器被配置成用于將所述超級電容器連接到外部電源用于充電。
【文檔編號】A24F47/00GK205492620SQ201520921474
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年11月18日
【發(fā)明人】西布蘭杜斯·雅各布·梅茨, 格哈德·亨德里克·穆爾德, 約翰內斯·凱珀斯, 漢斯·亨德里克·沃爾特斯
【申請人】尤特維吉環(huán)球愛普公司