微波加热组件及气溶胶产生装置和气溶胶生成系统的制作方法

1.本发明涉及雾化领域，更具体地说，涉及一种微波加热组件及气溶胶产生装置和气溶胶生成系统。


背景技术：

2.常规的加热不燃烧型气溶胶产生装置通常采用的是电阻式加热方式对气溶胶形成基质进行加热。电阻式加热是通过外部电源加热电阻元件，电阻元件发热后再把热量通过热传导的方式传递给气溶胶形成基质，其技术比较成熟，结构较为简单。但电阻式加热通常存在以下不足：1、电阻式加热为局部加热方式，由于气溶胶形成基质导热性差，存在一定的温度梯度，容易产生加热不均匀、局部温度过高的问题，影响抽吸口感和一致性；2、抽吸过程中，发热件持续升温，存在潜在安全风险，还容易出现高温裂解产生有害物质；3、电阻式加热属于接触式加热，气溶胶形成基质与发热件长时间接触，容易出现积碳，出现糊味，清理也极为不便。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种改进的微波加热组件及具有该微波加热组件的气溶胶产生装置和气溶胶生成系统。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种微波加热组件，包括：
5.腔体，所述腔体包括第一环壁以及分别设置于所述第一环壁轴向两端的第一端壁和第二端壁，所述第一端壁、所述第二端壁和所述第一环壁共同界定出谐振腔；
6.一端插入到所述谐振腔内用于向所述谐振腔内馈入微波的同轴馈入线；以及
7.设置于所述谐振腔内的内导体，所述内导体具有与所述第一端壁连接并导电的连接端以及与所述连接端相对的用于供气溶胶形成基质抵靠的支撑端；
8.所述支撑端与所述第二端壁的内壁面之间形成有用于收容并加热所述气溶胶形成基质的雾化腔，所述第二端壁上设有用于供所述气溶胶形成基质插入到所述雾化腔的插口。
9.在一些实施方式中，所述腔体还包括由所述第二端壁沿轴向向远离所述第一端壁的方向延伸的第二环壁，所述第二环壁的内壁面界定出屏蔽腔，所述第二环壁、所述插口以及所述雾化腔依次连通形成用于收容所述气溶胶形成基质的收容空间。
10.在一些实施方式中，所述第一环壁、所述第二环壁均为圆管状。
11.在一些实施方式中，所述屏蔽腔的孔径8～12mm，长度为10～25mm。
12.在一些实施方式中，所述屏蔽腔的孔径大于适配的所述气溶胶形成基质的外径0.6～3mm。
13.在一些实施方式中，所述微波加热组件还包括设置于所述收容空间中用于收容所述气溶胶形成基质的收容管，所述收容管为透波材质。
14.在一些实施方式中，所述收容管为石英玻璃或塑料材质。
15.在一些实施方式中，所述收容管套设于所述内导体的支撑端。
16.在一些实施方式中，所述内导体上沿轴向贯穿形成有与所述雾化腔相连通的进气通道。
17.在一些实施方式中，所述第一端壁上开设有与所述进气通道相连通的进气口。
18.在一些实施方式中，所述谐振腔为采用tem模式的1/4波长同轴谐振腔或电容加载同轴谐振腔。
19.在一些实施方式中，所述同轴馈入线的一端与所述谐振腔的内壁面和/或所述内导体的外壁面接触导通。
20.在一些实施方式中，所述腔体为导电材质，和/或，所述腔体的内壁面设置有第一导电层。
21.在一些实施方式中，所述内导体为导电材质，和/或，所述内导体的外壁面设置有第二导电层。
22.本发明还提供一种气溶胶产生装置，包括微波源以及如上述任一项所述的微波加热组件；所述同轴馈入线分别连接所述微波加热组件和所述微波源。
23.在一些实施方式中，所述微波源为固态源。
24.在一些实施方式中，所述微波源采用的微波频率包括915mh、2450mhz、5800mhz。
25.本发明还提供一种气溶胶生成系统，包括气溶胶形成基质以及如上述任一项所述的气溶胶产生装置，所述气溶胶形成基质包括用于收容在所述雾化腔中的雾化段。
26.在一些实施方式中，所述雾化段包括相互混合的雾化材料和吸波材料。
27.在一些实施方式中，所述吸波材料包括介电极性材料和/或磁性材料和/或电阻材料。
28.在一些实施方式中，所述吸波材料为片状、球状、块状或纤维状。
29.实施本发明至少具有以下有益效果：本发明采用微波对气溶胶形成基质进行加热，可实现对气溶胶形成基质的快速、均匀加热；谐振腔为采用tem模式的同轴谐振腔，可使谐振腔实现小型化；内导体采用无需插入到气溶胶形成基质中的非插入式设计，使得气溶胶形成基质的放入和取出更为方便。
附图说明
30.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
31.图1是本发明一些实施例中气溶胶生成系统的立体结构示意图；
32.图2是图1所示气溶胶生成系统的纵向剖面结构示意图；
33.图3是图2中微波加热组件的立体结构示意图；
34.图4是图3所示微波加热组件的纵向剖面结构示意图；
35.图5是图2中气溶胶形成基质的第一替代方案的剖面结构示意图；
36.图6是图2中气溶胶形成基质的第二替代方案的剖面结构示意图；
37.图7是图2中气溶胶形成基质的第三替代方案的剖面结构示意图。
具体实施方式
38.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。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
40.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
41.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
43.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”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“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“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。
44.图1-2示出了本发明一些实施例中的气溶胶生成系统100，该气溶胶生成系统100包括气溶胶产生装置1以及插接于气溶胶产生装置1中的气溶胶形成基质6。该气溶胶形成基质6可呈圆柱状，其可包括设置有雾化材料611的雾化段61以及沿轴向设置于雾化段61上方的吸嘴段62。该气溶胶产生装置1可用于对插接于其中的气溶胶形成基质6进行低温烘烤加热，以在不燃烧的状态下释放雾化材料611中的气溶胶提取物。该气溶胶产生装置1可呈圆柱状，可以理解地，在其他实施例中，该气溶胶产生装置1也可以呈椭圆柱状、方形柱状等其他形状。
45.该气溶胶产生装置1可包括微波加热组件10、微波源20、电源模块40、控制模块30以及外壳50。其中，微波加热组件10、微波源20、控制模块30以及电源模块40均收容于外壳50。
46.微波源20、电源模块40分别与控制模块30电连接。电源模块40用于为微波源20和
控制模块30提供电力供应，其可收容于外壳50的底部。微波源20用于产生微波并发射微波源至微波加热组件10，其可收容于外壳50的中部并在轴向方向上位于电源模块40和微波源20之间。在一些实施例中，微波源20可采用固态微波源，能实现低电压电池供电(例如12～48v)，同时，体积更小，低功率输出控制更加精确。该微波固态源采用的微波频率包括但不限于915mh、2450mhz、5800mhz。控制模块30用于控制微波源20产生微波，例如控制微波源20的启停、微波频率、微波功率等。
47.如图2-4所示，微波加热组件10包括形成有谐振腔110的腔体11、设置于谐振腔110中的内导体12以及插入到谐振腔110内用于向谐振腔110内馈入微波的同轴馈入线13。
48.具体地，腔体11可包括第一环壁113以及分别设置于第一环壁113轴向两端的第一端壁111和第二端壁112。第一环壁113可呈圆管状，第一端壁111和第二端壁112呈平板状并分别封盖于第一环壁113的轴向两端，第一端壁111、第二端壁112以及第一环壁113共同界定出圆柱状的谐振腔110。谐振腔110为采用tem模式的同轴谐振腔，包括1/4波长同轴谐振腔或电容加载同轴谐振腔。采用微波同轴线传输、1/4波长同轴谐振腔或电容加载同轴谐振腔加热的形式，能有效地使谐振腔110实现小型化。第二端壁112上还设置有用于供气溶胶形成基质6插入的插口1120。
49.较佳地，腔体11还包括第二环壁114，第二环壁114由插口1120的周缘沿轴向向上延伸，即，沿轴向向远离第一端壁111的方向延伸。第二环壁114的外径小于第一环壁113的外径，第一环壁113、第一端壁111以及第二端壁112收容于外壳50的上部，第二环壁114可部分伸出到外壳50外，外壳50的顶壁上还可开设有供第二环壁114伸出的开口51。
50.第二环壁114呈圆管状，其内壁面界定出屏蔽腔1140，该屏蔽腔1140可用于供气溶胶形成基质6插入，并能够减少气溶胶形成基质6加热时的微波泄漏。屏蔽腔1140与气溶胶形成基质6可采用无接触式设计，即，屏蔽腔1140的孔径略大于气溶胶形成基质6的外径。屏蔽腔1140采用圆形截止波导，其孔径为d(mm)，长度(轴向长度)为l(mm)。根据微波圆波导的传输理论，圆波导中传输的微波能量的衰减系数公式:
[0051][0052]
其中：α(db/m)为微波在圆波导中的衰减系数，λ0(m)为微波加热波长，λc(m)为不同模式在圆波导中的截止波长。
[0053]
对于半径为r(r＝d/2)的圆波导，其传输主模式te
11
模的截止波长为：
[0054]
λc＝2πr/u
11
＝3.41*d/2
ꢀꢀꢀ
(公式2)
[0055]
其中，u
11
＝1.841，为圆波导传输主模式te
11
模的贝塞尔函数最小根值。
[0056]
屏蔽腔1140的孔径可根据适配的气溶胶形成基质6的外径进行设计，可选地，屏蔽腔1140的孔径可比气溶胶形成基质6的外径大0.6～3mm。例如，当适配的气溶胶形成基质6的外径为7mm时，设计屏蔽腔1140的孔径d为d＝8mm，则有λc＝13.64mm。当谐振腔110中的微波加热频率为2.45g时，代入公式1，得α≈4db/mm，即屏蔽腔1140波导长度每增加1mm，微波能量衰减4db。假设l＝15mm，则微波衰减量为60db，即衰减一百万倍。
[0057]
将常用的微波加热频率和气溶胶形成基质6所需的屏蔽腔1140的孔径带入公式1、2中计算得到：
[0058][0059]
由以上可知，屏蔽腔1140在适当的长度下，就能有效地防止气溶胶形成基质6加热时的微波泄漏，保证产品的使用安全。在一些实施例中，屏蔽腔1140的孔径d可以为8～12mm，长度l可以为10～25mm。
[0060]
腔体11的内壁面可导电。在一些实施例中，腔体11可采用金属等可导电材料制成，例如铝、铜、金、银或不锈钢等。在另一些实施例中，也可通过在腔体1的内壁面设置导电层使其内壁面可导电，该导电层可以为例如镀金、镀银或镀铜等金属镀层，此时，腔体1可采用导电材料也可采用不导电材料制成。
[0061]
内导体12设置于谐振腔110内并与谐振腔110同轴设置，且内导体12的外径小于谐振腔110的内径。内导体12具有与第一端壁111连接并导电的连接端121以及沿轴向方向与连接端121相对设置的支撑端122。该支撑端122可用于支撑气溶胶形成基质6。内导体12的轴向长度小于谐振腔110的轴向长度，使得内导体12的支撑端122与第二端壁112之间形成有雾化腔1121。屏蔽腔1140、雾化腔1121沿轴向依次连通，雾化腔1121用于收容气溶胶形成基质6的雾化段61并对该雾化段61进行加热雾化。内导体12的支撑端122至第二端壁112之间的电场强度最强，雾化腔1121设置于该电场强度最强处，有利于微波能量耦合，提升能量耦合效率，减少预热时间。
[0062]
内导体12的外壁面可导电，以在微波馈入谐振腔110后，在谐振腔110内形成微波辐射。在一些实施例中，内导体12可采用金属材料或者其他高导电性能材料制成，优选为金属材料。在另一些实施例中，也可通过在内导体12的外壁面设置导电层使其外壁面可导电，该导电层可以为例如镀金、镀银或镀铜等金属镀层，此时，内导体12可采用导电材料也可采用不导电材料制成。
[0063]
进一步地，内导体12呈空心圆管状，其上沿轴向贯穿形成有与雾化腔1121相连通的进气通道120，该进气通道120可与谐振腔110同轴设置。第一端壁111上还可开设有与进气通道120相连通的进气口1110。
[0064]
谐振腔110的腔壁上设置有馈入孔1111。同轴馈入线13的一端与微波源20连接，另一端经由馈入孔1111插入到谐振腔110内，以将微波源20的微波信号馈入到谐振腔110内。同轴馈入线13插入到谐振腔110内的一端可与谐振腔110的内壁面和/或内导体12的外壁面接触导通。具体地，在本实施例中，馈入孔1111设置于第一端壁111上，同轴馈入线13插入到
谐振腔110内的一端呈呈l形并与第一环壁113的内壁面接触导通。可以理解地，在其他实施例中，同轴馈入线13插入到谐振腔110内的一端也可呈其他形状，例如一字形、弧形或u形等，其能够与谐振腔110的内壁面或内导体12的外壁面接触导通即可。
[0065]
进一步地，该微波加热组件10还包括收容于屏蔽腔1140和雾化腔1121中的收容管14。收容管14呈圆管状，其内壁面界定出用于收容气溶胶形成基质6的收容空间140。收容管14为透波材质，较佳地，其材质的损耗角正切小于0.1。在一些实施例中，收容管14可以为石英玻璃或聚四氟乙烯、peek(聚醚醚酮)等塑料材质。收容管14与气溶胶形成基质6之间可采用无接触式设计，例如采取松配合的方式，即收容管14的内径略大于气溶胶形成基质6的外径，可避免气溶胶形成基质产生积碳黏连在收容管14的内壁，使得收容管14易于清理。可以理解地，在其他实施例中，收容管14与气溶胶形成基质6之间也可采用接触式设计。
[0066]
收容管14的下端可套设于内导体12的上端外，便于收容管14的安装定位。具体地，内导体12可包括主体部123以及沿轴向设置于主体部123上端的套接部124。主体部123的外径大于套接部124的外径，以使主体部123的外壁面与套接部124的外壁面之间形成有一台阶面125，收容管14的下端套设于套接部124外，收容管14的下端面可抵靠于台阶面125上。
[0067]
进一步地，在一些实施例中，该微波加热组件10还可包括设置于第二环壁114上端的端盖15。端盖15呈圆环状，其上沿轴向贯穿形成有与收容空间140相连通的通孔150。该通孔150用于供气溶胶形成基质6插入，此外，还可通过通孔150实现对气溶胶形成基质6的周向定位。具体地，在本实施例中，端盖15可包括圆环状的盖部151以及由盖部151的下端面向下延伸的圆环状嵌入部152。嵌入部152嵌置于第二环壁114的上端，其外径与第二环壁114的内径相适配，嵌入部152的下端面可抵靠于收容管14的上端面上。端盖15的外径大于嵌入部152的外径并可与第二环壁114的外径一致，端盖15的下端面抵靠于第二环壁114的上端面上。
[0068]
当需要加热气溶胶形成基质6时，可将气溶胶形成基质6从通孔150插入到收容管14中，气溶胶形成基质6插入后，气溶胶形成基质6的雾化段61收容在雾化腔1121中，气溶胶形成基质6的下端面抵靠于内导体12的支撑端122的端面上。微波能量经微波源20发射出来后，经过同轴馈入线13耦合到谐振腔110内产生谐振，然后对设置于谐振腔110内的雾化段61进行加热雾化，释放雾化段61中的气溶胶提取物，供用户吸食。
[0069]
本发明利用微波加热的非接触式、整体性、选择性、即时性等特点，采用微波直接对气溶胶形成基质6进行加热雾化，实现了对气溶胶形成基质6的均匀、快速加热，并让雾化的一致性、口感得到提升，提高消费者的抽吸体验感；并通过独特合理的结构设计，有效地实现了气溶胶产生装置1的小型化，达到非接触式、精准雾化的目的。此外，内导体12采用无需插入到气溶胶形成基质6中的非插入式设计，使得气溶胶形成基质6的放入和取出更为方便。
[0070]
进一步地，由于采用了非插入式设计，气溶胶形成基质6的雾化段61中还可添加吸波材料612、613、614，参见图5-6，吸波材料612、613、614和雾化材料611相互混合，能够提高雾化材料611的升温速率，减少其预热时间。该吸波材料可包括介电极性材料(例如吸波陶瓷)和/或磁性材料(例如铁氧体)和/或电阻材料(例如金属石墨)。该吸波材料的结构可以为片状、球状、块状或纤维状等形状。例如，图5中的吸波材料612为片状，其可以为吸波陶瓷片，且其可以呈圆片状、方片状、椭圆形片状等各种形状；图6中的吸波材料613为纤维状；图
7中的吸波材料614为球状。
[0071]
可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。
[0072]
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。