洪群業(yè)，鄭 路*，劉亞麗，鄭新章，邱紀(jì)青，王金棒，汪志波，張仕華，鄭雪聰，李 枚

1. 中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2 號(hào) 450001

2. 河南新橋煙草科技服務(wù)有限公司，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2 號(hào) 450001

隨著全球控?zé)熈Χ鹊某掷m(xù)增大，新型煙草制品以其可降低有害成分釋放量的優(yōu)勢逐漸成為煙草制品的重要發(fā)展方向和研發(fā)熱點(diǎn)，尤其是電子煙，目前已經(jīng)成為全球新型煙草制品的熱點(diǎn)之一，已有相關(guān)文獻(xiàn)對其專利進(jìn)行了分析報(bào)道［1]。電子煙是通過電子加熱手段向呼吸系統(tǒng)傳送煙堿（尼古丁）的電子裝置［2]，通常由霧化系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、檢測與控制系統(tǒng)等部分組成。為使我國煙草行業(yè)相關(guān)科技人員準(zhǔn)確把握電子煙的研發(fā)現(xiàn)狀，研判今后的發(fā)展趨勢，對國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公開公告的有關(guān)電子煙的專利進(jìn)行了檢索統(tǒng)計(jì)，并對其進(jìn)行了技術(shù)分析。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象為1985—2017 年國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公開公告的8 083 件電子煙中國專利。其中，發(fā)明1 789 件，實(shí)用新型3 258 件，外觀設(shè)計(jì)3 036 件。

1.2 數(shù)據(jù)獲取方法

本研究中檢索的數(shù)據(jù)來自國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利檢索及分析平臺(tái)（http://www.pss-system.gov.cn）和德溫特（Derwent）專利數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)檢索策略包括國際專利分類法檢索，以及采用相關(guān)關(guān)鍵詞對專利標(biāo)題、摘要、權(quán)利要求書、說明書全文等字段進(jìn)行檢索。電子煙專利分類主要分布在IPC 的A24 大類（煙草、雪茄煙、紙煙、吸煙者用品）中，涉及的關(guān)鍵詞包括電子煙、電子香煙、電子卷煙、霧化器、霧化裝置、煙彈、煙液、煙油、煙膏、蒸汽煙等。采用上述方法進(jìn)行檢索，并對檢索結(jié)果進(jìn)行了篩選處理。

1.3 分析方法

采用Microsoft Excel 2010 對涉及專利的著錄項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過申請年份、專利申請人等字段的數(shù)值、數(shù)量統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對專利申請趨勢、專利申請人分布情況的分析；對涉及的具體專利進(jìn)行全面的技術(shù)剖析，并按照專利涉及的技術(shù)點(diǎn)、技術(shù)措施及其達(dá)到的技術(shù)效果進(jìn)行深度標(biāo)引，實(shí)現(xiàn)技術(shù)功效統(tǒng)計(jì)分析；另外，為了科學(xué)、系統(tǒng)、深入地分析電子煙專利，采用被引頻次和同族專利數(shù)量兩項(xiàng)文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)指標(biāo)作為專利技術(shù)分析對象的選擇依據(jù)［3-5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 專利統(tǒng)計(jì)分析

2.1.1 專利申請趨勢

電子煙專利申請數(shù)量的年份分布如圖1 所示?？梢钥闯?，1985—1993 年無電子煙專利申請。1994—2010 年，每年的電子煙專利申請數(shù)量較少，專利申請?zhí)幱谄鸩诫A段。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，在這17 年里的電子煙專利總數(shù)僅有223 件，韓力、華健、北京格林世界科技發(fā)展有限公司、菲利普·莫里斯煙草公司等是主要專利申請人。從2011 年開始，電子煙專利越過了平穩(wěn)增長階段，迅速進(jìn)入了快速增長期，尤其在2012—2015 年的4 年時(shí)間里，電子煙專利申請總數(shù)達(dá)到了7 643 件，占電子煙專利總數(shù)的94.6%。由于發(fā)明專利從申請到公開通常需要18 個(gè)月的時(shí)間，因此2016 和2017 年申請的發(fā)明專利在檢索截止日之前并未完全公開，圖1中所統(tǒng)計(jì)的2016 和2017 年的專利申請量存在一定程度的滯后。預(yù)計(jì)其專利申請的增長趨勢在2017 年仍將持續(xù)。

圖1 1994—2017 年電子煙專利申請數(shù)量的年份分布Fig.1 Annual numbers of patent applications from 1994 to 2017

2.1.2 專利申請人分布

電子煙專利申請人的類型分布情況如表1 所示，申請人（專利數(shù)量10 件以上）及其申請專利數(shù)量如表2 所示。

由表1 和表2 可知：①以南方電子煙生產(chǎn)廠家為代表的國內(nèi)其他單位和以劉秋明為代表的個(gè)人是電子煙專利技術(shù)研發(fā)的主體，國外煙草公司專利申請量占比2.1%，數(shù)量占比較小。②近年來，尤其是2014 年以后，國內(nèi)煙草行業(yè)在電子煙專利技術(shù)研發(fā)方面取得了長足進(jìn)步，但總體數(shù)量占比僅為8.6%，其中云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司和湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司的專利數(shù)量較多。③專利總量最多的申請人是深圳市合元科技有限公司，在發(fā)明專利數(shù)量方面，吉瑞高新科技股份有限公司數(shù)量最多。

表1 專利申請人類型分布Tab.1 Statistics of applicant types （件）

表2 專利申請人及其專利數(shù)量（50 件以上）Tab.2 Statistics of applicants with more than 50 patents （件）

2.2 專利技術(shù)分析

針對國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公開的8 083 件電子煙專利，從國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局?jǐn)?shù)據(jù)庫檢索了其專利法律狀態(tài)數(shù)據(jù)，確定法律狀態(tài)為公開或授權(quán)的有效專利6 556 件，結(jié)合從德溫特?cái)?shù)據(jù)庫中檢索的被引頻次、同族專利數(shù)量2 項(xiàng)文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，最終選擇1 238 件電子煙發(fā)明和實(shí)用新型專利，作為專利技術(shù)分析對象。

2.2.1 總體分析

根據(jù)電子煙的工作原理、結(jié)構(gòu)和功能，電子煙的專利技術(shù)分支主要包括：霧化原理、總體設(shè)計(jì)、煙嘴、霧化器、煙彈、電源系統(tǒng)、測控技術(shù)、輔助功能、配套組件、煙油配方及添加劑、總體工藝設(shè)備共11 個(gè)方面。通過分析相關(guān)專利的權(quán)利要求和說明書，并對其技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)，如圖2 所示。

圖2 專利技術(shù)點(diǎn)分布Fig.2 Distribution of technology branches of patents

從技術(shù)措施角度分析，針對電子煙的技術(shù)改進(jìn)措施涉及霧化原理、總體設(shè)計(jì)、霧化器、電源系統(tǒng)、煙嘴、煙彈、測控技術(shù)、煙油配方及添加劑、輔助功能、總體工藝設(shè)備、配套組件共11 個(gè)方面。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，技術(shù)改進(jìn)措施主要集中在霧化器方面，專利數(shù)量占40.3%。其次是煙油配方及添加劑，專利數(shù)量占16.7%。然后是霧化原理和測控技術(shù)，專利數(shù)量分別占11.2%和8.2%。

從功能效果角度分析，針對電子煙進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)所實(shí)現(xiàn)的功能效果包括提高感官質(zhì)量、提高安全性、使用攜帶方便、提高霧化效果（主要指的是提高煙霧量和霧化速度、減小霧化顆粒大小）、延長產(chǎn)品壽命、醫(yī)療保健功能、降低生產(chǎn)成本、減少有害成分、提高生產(chǎn)效率、豐富產(chǎn)品功能、節(jié)約電能、提高智能化水平、降低使用成本、清潔環(huán)保、提高測控性能、改善充電效果共16 個(gè)方面；數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，技術(shù)改進(jìn)所實(shí)現(xiàn)的功能效果主要集中在提高感官質(zhì)量，專利數(shù)量占26.7%。其次是提高安全性，專利數(shù)量占22.8%。然后是提高使用的方便性和便攜性、提高霧化效果、延長產(chǎn)品壽命，專利數(shù)量分別占11.0%、10.5%、7.4%。

從實(shí)現(xiàn)的功能效果所采取的技術(shù)措施分析，提高感官質(zhì)量，優(yōu)先采取的技術(shù)措施是改進(jìn)配方或添加劑，其次是改進(jìn)霧化器；提高安全性，優(yōu)先采取的技術(shù)措施是改進(jìn)霧化器，其次是改進(jìn)霧化原理；提高使用的方便性和便攜性，優(yōu)先采取的技術(shù)措施是改進(jìn)霧化器，其次是改進(jìn)配套組件；提高霧化效果，優(yōu)先采取的技術(shù)措施是改進(jìn)霧化器，其次是改進(jìn)霧化原理；延長產(chǎn)品壽命，優(yōu)先采取的技術(shù)措施是改進(jìn)霧化器，其次是改進(jìn)霧化原理。

從研發(fā)重點(diǎn)和專利布局角度分析，鑒于改進(jìn)霧化器和煙油配方及添加劑方面的專利數(shù)量，以及提高感官質(zhì)量和安全性方面的專利數(shù)量所占比例較大，且總體呈上升趨勢，因此綜上信息可以判斷：通過改進(jìn)霧化器和煙油配方及添加劑來提高感官質(zhì)量，通過改進(jìn)霧化器和測控技術(shù)來提高安全性，通過改進(jìn)霧化器和配套組件來提高使用的方便性和便攜性，通過改進(jìn)霧化器和霧化原理來提高霧化效果等方面，是電子煙專利技術(shù)的研發(fā)熱點(diǎn)和布局重點(diǎn)。

從關(guān)鍵技術(shù)角度分析，上述專利所涉及的電子煙關(guān)鍵技術(shù)涵蓋了霧化器結(jié)構(gòu)及原理、煙油配方及添加劑技術(shù)、檢測與控制技術(shù)。

2.2.2 霧化器結(jié)構(gòu)

霧化器是電子煙中的核心組件，主要由霧化（加熱）組件、導(dǎo)液、儲(chǔ)液組件以及連接組件組成。目前大多數(shù)電子煙采用電阻加熱霧化器，該技術(shù)發(fā)展最為成熟，專利布局比較完善。霧化器結(jié)構(gòu)相關(guān)專利主要解決霧化器的安全性、感官質(zhì)量、霧化效果等方面的問題。

在提高霧化器的安全性方面，主要涉及防止煙油滲漏、干燒等問題。在霧化器中采用有機(jī)棉質(zhì)材質(zhì)、較高硬度的塑膠、硅膠、金屬或陶瓷材質(zhì)替代玻璃纖維，防止吸入玻璃纖維對人體造成的傷害［6]，采用無紡布、木漿纖維、化學(xué)纖維或聚乙烯醇等非玻璃纖維的耐高溫纖維材料制作供液部件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存煙油及支撐固定電熱絲功能，提高電子煙安全性［7]。采用多孔陶瓷材料元件替代現(xiàn)有的纖維繩，避免發(fā)熱絲干燒，有效防止漏油［8]。通過增設(shè)防漏機(jī)構(gòu)或開關(guān)，防止煙油滲漏。通過在霧化器內(nèi)設(shè)置可旋轉(zhuǎn)的阻液開關(guān)，控制煙油與霧化元件的接觸，有效防止煙油泄漏［9]。采用單向閥門結(jié)構(gòu)，防止對電子煙吹氣造成的漏液、短路問題［10]。通過改進(jìn)霧化腔內(nèi)進(jìn)氣、注液結(jié)構(gòu)，防止漏液，提高安全性?；亓鳉饬黛F化器采用頂部進(jìn)氣、頂部出氣的方式，氣流內(nèi)部循環(huán)，上部注油后蓋頂部螺紋時(shí)，其內(nèi)部大氣壓力會(huì)把煙油經(jīng)過頂部進(jìn)氣的方式向上壓，從而杜絕底部漏油和二次注油漏油的風(fēng)險(xiǎn)［11]。采用側(cè)面進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，避免了煙油延通孔向下滴落，有效解決底部進(jìn)氣孔沉積煙油或漏油的問題［12]。

在提高感官質(zhì)量及霧化效果方面，在霧化器中采用內(nèi)部加熱、環(huán)繞加熱、糾纏加熱等不同的加熱接觸方式，提高霧化效果。早期的電阻加熱霧化是采用內(nèi)部中心加熱方式，韓力的核心專利之一［13]，就采用這種方式。該專利將厚度在0.5～5.0 mm之間的霧化芯組件中的液體滲透件直接套于電加熱體上，當(dāng)電加熱體加熱時(shí)使液體滲透件中的煙油達(dá)到沸點(diǎn)而汽化，汽化的液滴更小更均勻，直徑可達(dá)0.04～0.80 μm，在分散度和外觀上更接近真實(shí)的卷煙煙霧，使用者在口感上更易接受，而且更容易到達(dá)肺泡而便于吸收；同時(shí)，電加熱體及儲(chǔ)液部件有相連通的通孔和通道，霧化大液滴在氣流的推動(dòng)下吸附于儲(chǔ)液部件，使吸入的煙霧更符合吸煙者的口感。在該專利的另一方案中，將霧化芯組件套于儲(chǔ)液部件的通道內(nèi)，使液體滲透件直接與儲(chǔ)液部件相接觸，煙液的滲透傳導(dǎo)更加充分快速，煙霧霧化更充足，節(jié)省了空間，減小了整個(gè)霧化電子煙的體積。韓力的這件專利被引用次數(shù)高達(dá)122 次，在其方案上進(jìn)行改進(jìn)的專利數(shù)量眾多，具有很大的技術(shù)影響力。該專利歷經(jīng)兩次無效宣告請求，均告失敗，目前仍然維持有效。菲利普·莫里斯煙草公司則采用加熱體環(huán)繞導(dǎo)液件加熱的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了外部加熱，優(yōu)化了霧化過程，提高了霧化效果［14-15]；另外比較常用的是采用加熱體與導(dǎo)液體互相纏繞的方式進(jìn)行全面接觸加熱，如將電熱絲纏繞在玻璃纖維絲上，對玻璃纖維絲內(nèi)的煙油進(jìn)行高效霧化，解決現(xiàn)有電子煙煙霧量小的問題［16]，將加熱元件和導(dǎo)液毛細(xì)管主體彼此纏繞，提高了霧化效果［17]。通過增大加熱元件與導(dǎo)液元件的表面接觸面積，提高霧化效果。菲利普·莫里斯煙草公司設(shè)計(jì)了多種平面、片狀、板狀加熱元件，增加了加熱接觸面積，提高了加熱效率，使煙油霧化更均勻，提高了霧化效果，改善了感官質(zhì)量［18-20]。奧馳亞客戶服務(wù)有限責(zé)任公司采用顆粒狀、網(wǎng)狀、泡沫狀電阻發(fā)熱材料，利用毛細(xì)原理吸取煙油，從而擴(kuò)大加熱面積，提高霧化效果［21-22]。通過采用納米材料、PTC 材料、陶瓷材料、碳纖維材料等新型電阻材料，提高加熱霧化效果。傳統(tǒng)電阻加熱霧化方案是接觸加熱，加熱效率尚未發(fā)揮到最大程度。利用納米電阻材料作為加熱元件，其加熱器采用了微納米管束電阻，或納米級微孔道絲網(wǎng)式電阻，這些加熱材料中內(nèi)部流通空間尺寸極小，可在加熱腔內(nèi)形成納米級液體煙堿流體，實(shí)現(xiàn)了煙油在納米尺度超精細(xì)空間的加熱霧化，使用者在抽吸過程中能獲得極大的滿足感［23]。將多個(gè)導(dǎo)電顆粒作為加熱元件，氣溶膠基質(zhì)與導(dǎo)電顆粒的表面接觸，通電后的導(dǎo)電顆粒的熱量可對氣溶膠基質(zhì)進(jìn)行均勻穩(wěn)定加熱，提高了導(dǎo)電顆粒對氣溶膠基質(zhì)的加熱效率［24]。將納米鈦金屬發(fā)熱材料膜包裹在陶瓷座的外側(cè)，發(fā)熱面積大，霧化能力強(qiáng)［25]。PTC 加熱材料在設(shè)定工作溫度（即居里溫度）附近具有恒溫加熱的特性，發(fā)熱快、無明火、熱轉(zhuǎn)換率高、受電源電壓影響小、自然壽命長，在霧化器中采用專門定制的特定工作溫度特性的PTC 發(fā)熱體，其工作溫度與某一規(guī)格、品種的電子煙油的氣化發(fā)煙溫度相適應(yīng)，具有發(fā)熱快、熱轉(zhuǎn)換率高、自然壽命長等優(yōu)點(diǎn)［26]。雙面陶瓷發(fā)熱體，升溫速率快，溫度分布均勻，且兩面的電阻值差異小，解決了因兩面升溫速率和溫度不一致而造成的曲翹甚至發(fā)生斷裂的問題［27]。采用碳纖維加熱體作為加熱元件，因其不與煙油直接接觸，解決了煙油在發(fā)熱體上燒結(jié)粘附等問題，熱量利用效率高，煙油霧化效果好［28]。采用多發(fā)熱絲、多霧化芯、多霧化片等多個(gè)霧化組件，提高霧化效果，豐富電子煙口味。采用雙霧化器結(jié)構(gòu)，提高了煙油霧化速率和煙霧量［29]。在電子煙中采用兩個(gè)或多個(gè)霧化組件，同軸、串聯(lián)、并聯(lián)設(shè)置，每個(gè)霧化組件均可獨(dú)立替換使用，使用者可自行選擇不同數(shù)量的霧化組件，以達(dá)到調(diào)節(jié)煙霧量及口味的效果，從而滿足使用者的個(gè)性化需求［30-32]。采用香味和煙堿兩級霧化器，可生成兩種不同粒度氣霧，第一霧化器產(chǎn)生香味氣霧，第二霧化器產(chǎn)生含煙堿氣霧，較好滿足了消費(fèi)者需求［33]。

2.2.3 霧化原理

目前市場主流霧化器采用電阻加熱煙油的方式，存在發(fā)熱絲過熱導(dǎo)致的煙油異味、碳化、熱解等問題，且功耗較大。為此，一些專利采用其他方式對煙油進(jìn)行霧化，試圖解決上述問題。這些霧化方式主要包括電磁感應(yīng)加熱霧化、超聲振動(dòng)霧化、激光加熱霧化、噴射霧化、隨振霧化、離心霧化、聲表面波霧化等。

在電磁感應(yīng)加熱霧化方面，菲利普·莫里斯煙草公司設(shè)計(jì)了基于電磁感應(yīng)原理的加熱裝置，其內(nèi)部配置了扁平螺旋感應(yīng)線圈，抽吸時(shí)，控制元件使感應(yīng)線圈生成振蕩磁場，感應(yīng)元件因電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流而發(fā)熱，加熱發(fā)煙基質(zhì)形成煙氣，該裝置擴(kuò)大了加熱面積，提高了霧化效果，避免了加熱元件與煙油的直接接觸，使用更加清潔［34-35]。電磁感應(yīng)加熱電子煙，在煙具內(nèi)設(shè)置了電磁感應(yīng)線圈，在一次性煙彈內(nèi)密封設(shè)置了渦流發(fā)熱金屬元件和煙油，避免了結(jié)焦，改善了電子煙的抽吸口感［36]。在霧化器的金屬加熱管外包裹了隔熱層，隔熱層外纏繞了電磁感應(yīng)線圈，通過電磁感應(yīng)方式實(shí)現(xiàn)整體面加熱，加熱速度快，加熱效率高，避免了加熱點(diǎn)過于集中造成的干燒現(xiàn)象［37]。

在激光加熱霧化方面，將電能轉(zhuǎn)化成光能發(fā)射至能量聚集點(diǎn)，使聚集點(diǎn)處的煙液霧化，產(chǎn)生氣溶膠，不僅提高了霧化效率，而且顯著降低了耗電量，與采用發(fā)熱絲進(jìn)行霧化相比，耗電量降低了40%左右［38]。激光熱源霧化的電子煙，通過激光發(fā)生模塊產(chǎn)生激光，并可調(diào)整加熱器的溫度，實(shí)現(xiàn)霧化速率的調(diào)節(jié)［39]。采用激光器作為熱源，將光能聚集到集熱罩錐端，使導(dǎo)油繩上的煙油直接氣化形成煙氣，具有較高的穩(wěn)定性和耐用性［40]。

在超聲霧化方面，韓力最早發(fā)明的電子煙采用了超聲霧化方式，并輔以電阻加熱霧化，可模擬傳統(tǒng)吸煙方式和效果［41-42]，但裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大、功耗較高，氣溶膠粒徑不易控制，抽吸體驗(yàn)較差。湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司研發(fā)的超聲霧化電子煙，通過壓電陶瓷產(chǎn)生的超聲波振動(dòng)霧化煙油，通過霧化片、導(dǎo)液、儲(chǔ)油片、進(jìn)氣口等元件的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)及創(chuàng)新，解決了超聲霧化器存在的誤吸煙油、干燒、漏油等安全性問題，改善了吸煙口感［43-44]，另外通過雙超聲霧化、超聲加熱組合霧化等方式，減小了氣溶膠粒徑，提高了超聲霧化效果［45-46]。

在噴射霧化方面，主要通過壓力驅(qū)動(dòng)液體噴射的方式產(chǎn)生霧化液滴，以模擬傳統(tǒng)卷煙的抽吸感覺，提高感官質(zhì)量。通過驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器使填充有香味液體的腔室內(nèi)的壓力發(fā)生變化，使噴頭以流體噴射方式（類似噴墨方式）噴出香味液體［47]。基于MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）霧化芯片的電子煙，采用主動(dòng)式壓力驅(qū)動(dòng)導(dǎo)油方式和微噴孔陣列，實(shí)現(xiàn)定向定量導(dǎo)油和霧化，精確控制霧化量和氣溶膠粒徑，改善了感官品質(zhì)［48]。

在振動(dòng)霧化方面，主要采用隨振型高速機(jī)械振動(dòng)霧化裝置，提高霧化效果。電子煙隨振型霧化器（包括滴油型、儲(chǔ)油型），利用磁懸浮振動(dòng)器高速旋轉(zhuǎn)（高于30 000 次/min），實(shí)現(xiàn)振動(dòng)器的高頻振動(dòng)并帶動(dòng)隨振型霧化器中的多孔振動(dòng)件（儲(chǔ)油式霧化器）或振動(dòng)膜片（滴油式霧化器）發(fā)生振動(dòng)，從而將煙油碎裂為微小液滴，避免了普通加熱霧化造成的干燒、分解變質(zhì)、煙油滲漏等安全問題，提高了霧化效果和安全性［49-50]。

在離心霧化方面，磁懸浮離心霧化電子煙，通過低功耗磁懸浮轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)煙油的離心霧化和煙霧驅(qū)動(dòng)噴出，避免了電阻加熱霧化電子煙因高溫造成的干燒、糊芯、產(chǎn)生潛在有害物質(zhì)、致香成分高溫分解以及抽吸品質(zhì)下降等問題，提高了安全性［51]。

在聲表面波霧化方面，滴油型聲表面波霧化器，通過逆壓電效應(yīng)在基片內(nèi)激發(fā)相應(yīng)的彈性聲場，將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘?hào)，形成與外加信號(hào)同頻率并沿基片表面?zhèn)鞑サ穆暠砻娌?，對位于聲表面波傳播路徑上的煙油液滴進(jìn)行霧化形成氣溶膠，結(jié)構(gòu)簡單，并可定量控制煙油霧化量，保證了感官一致性，改善了用戶體驗(yàn)［52]。

2.2.4 煙油配方及添加劑技術(shù)

煙油配方及添加劑相關(guān)專利，主要通過在煙油中添加煙草提取物、非煙草植物提取物、酒類和多種溶劑、研發(fā)中式卷煙風(fēng)格煙油等手段，解決電子煙抽吸的甜膩感問題，使煙氣感官更接近傳統(tǒng)卷煙，實(shí)現(xiàn)口味多樣化。

在煙草提取物應(yīng)用方面，主要涉及研發(fā)煙草提取物提取方法并應(yīng)用到煙油配方設(shè)計(jì)中，使電子煙抽吸口感更接近卷煙。利用溶劑捕集加熱堿處理過的煙草氣相物，獲得煙草香味成分［53]。研發(fā)煙草提取物提取方法并應(yīng)用到煙油配方設(shè)計(jì)中，使電子煙抽吸口感更接近卷煙。這些提取物包括各種香型的煙葉、煙花蕾，各種制絲原料如煙絲、煙梗，各種煙草廢棄物料如煙末、煙杈等，既賦予了煙油傳統(tǒng)煙草的口味，也充分利用了煙草資源。將煙葉浸膏的熱裂解處理產(chǎn)物作為煙油添加劑使用［54]，將煙末、煙絲加熱干餾得到的煙草致香物添加于煙油，均可使電子煙的口感接近傳統(tǒng)卷煙［55]。從煙葉大田打頂時(shí)廢棄的煙花、煙杈中提取煙花精油，并以此設(shè)計(jì)煙油配方，使其抽吸時(shí)具有傳統(tǒng)烤煙特征風(fēng)格［56]。制備烤煙、白肋煙、香料煙的提取物作為電子煙煙油，將煙草粉末涂布到煙油吸附材料上，以此增加電子煙的特殊風(fēng)味［57]。

在非煙草植物提取物、酒類的應(yīng)用方面，主要利用水果、中草藥、茶等非煙草植物以及酒類作為原料，研發(fā)非煙草口味煙油配方，提供多種口味煙油，滿足用戶需求。將各種香型的酒類加入到煙油中，制備了酒香型、國酒香型、醬香型、濃香型、清香型等不同口味的煙油［58-60]。將紅茶、綠茶、黑茶、白茶、黃茶、普洱茶等各種茶葉的提取物添加到煙油中，制備各種茶香煙油［61-66]。

在煙油溶劑應(yīng)用方面，目前丙二醇和丙三醇是煙油中最常用的溶劑，由其配制的電子煙煙油形成的煙霧具有甜膩感，且與香精香氣的諧調(diào)性較差，香氣分層較明顯，余味有殘留，煙霧較油膩。此外，丙三醇具有吸水特性，容易使吸用者喉嚨干燥，感官體驗(yàn)不佳。為此，一些專利中嘗試將各種醇類及植物提取物，如聚丙二醇、聚丙三醇［67-68]，丁二醇、三乙酸甘油酯、二乙酸甘油酯、單乙酸甘油酯1,3-丁二醇、碳酸丙烯酯［69-70]，二甘油、二丙二醇［71-72]，煙酸和煙酰胺［73]等用作煙油溶劑或調(diào)節(jié)劑，取得了良好效果，有效消減了甜膩感。

在中式卷煙風(fēng)格煙油研制方面，湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司研制了淡雅香型電子煙霧化煙油，煙草本香與淡雅的天然植物香氣互為補(bǔ)充，其中的中藥成分還具有清熱潤肺、止咳祛痰、提神醒腦、理氣開郁等功效［74]；將烤煙、白肋煙、香料煙等不同香型的煙葉、煙絲或煙末混配，施加特色風(fēng)味的煙用香精香料或食用香精香料提取物，分溫度段干餾，將收集到的餾分直接作為煙油使用，具有類似于中式卷煙的風(fēng)格和口味，如中式烤煙香型、中式混合香型、焦甜香型等，滿足感好，香氣協(xié)調(diào)，吸味醇和［75-77]。

2.2.5 檢測與控制技術(shù)

電子煙檢測與控制技術(shù)專利，主要涉及檢測與控制電路、傳感器、芯片等方面的改進(jìn)和創(chuàng)新，從而防止誤操作、防止過熱，提高使用的安全性和智能化水平。

在防止誤操作方面，通過電路芯片設(shè)計(jì)，防止用戶錯(cuò)誤操作或觸發(fā)。微創(chuàng)高科有限公司設(shè)計(jì)的電路，包含了吸氣檢測器和吸煙效果生成電路，可確定氣流流量和流向并觸發(fā)霧化器，解決了因環(huán)境振動(dòng)、噪聲或者小孩玩耍時(shí)向該裝置吹氣而導(dǎo)致的誤觸發(fā)問題［78]。帶鎖定功能的電子煙控制芯片，能夠有效防止用戶在使用過程中的吹氣錯(cuò)誤動(dòng)作導(dǎo)致電子煙驅(qū)動(dòng)裝置的錯(cuò)誤觸發(fā)［79]。在電子煙殼體外表面設(shè)置了第一和第二觸敏開關(guān)，只有當(dāng)兩者都被激活時(shí)才供電加熱，降低了系統(tǒng)被意外激活的風(fēng)險(xiǎn)［80]。采用多個(gè)氣流傳感器，降低了因氣流傳感器失效導(dǎo)致的錯(cuò)誤率［81]。

在防止過加熱方面，主要通過電阻、電壓、功率等參數(shù)的檢測與控制，提高溫度測控水平，防止過熱，提高安全性。利用熱電偶材料制成發(fā)熱元件，利用元件的熱電效應(yīng)測量溫度，不需另外設(shè)置溫度傳感器，提高了溫度檢測精度［82]。利用熱敏性材料作為發(fā)熱體及其引線的材料，其電阻值可隨溫度變化而變化，電源管理模塊可通過發(fā)熱體及其引線的阻值來檢測溫度，并發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，避免了電子煙在無煙油或煙油不足時(shí)發(fā)熱體過熱干燒的問題［83-84]。通過監(jiān)測加熱元件的電阻值的一階時(shí)間導(dǎo)數(shù)或二階時(shí)間導(dǎo)數(shù)（或相關(guān)參數(shù)，如電導(dǎo)、電流消耗、功耗或電壓降等），判斷電子煙是否出現(xiàn)加熱元件局部過熱狀況，提高了故障檢測率［85]。電子煙控制電路可測定煙油的剩余量，當(dāng)煙油余量低于極限值時(shí)會(huì)發(fā)出停止加熱信號(hào)，避免煙油高溫生成有害成分［86]，另外可根據(jù)加熱元件功率和加熱元件溫度變化之間的關(guān)系確定煙油消耗量，避免煙油過度加熱［87]。提高電子煙的智能化水平方面，主要通過無線通信、信息識(shí)別、遠(yuǎn)程控制、行為檢測等技術(shù)的應(yīng)用，以及采用各種信息認(rèn)證、識(shí)別技術(shù)、智能檢測匹配等技術(shù)，提高電子煙的智能化水平和使用的安全性。智能電子煙，其無線通信模塊和控制模塊可計(jì)算消費(fèi)者的吸煙參數(shù)，并通過無線通信模塊與智能終端實(shí)時(shí)或者定時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)時(shí)監(jiān)測用戶使用情況，建立完善的使用日志［88]。在電子煙主體內(nèi)設(shè)有電子標(biāo)簽芯片和電子標(biāo)簽信號(hào)接收線圈，能夠即時(shí)識(shí)別電子煙的各種信息，具有較強(qiáng)的防偽效果，同時(shí)方便企業(yè)采集產(chǎn)品信息，為產(chǎn)品開發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐［89]。

3 結(jié)論與展望

在電子煙技術(shù)領(lǐng)域，近年來專利數(shù)量增速迅猛，2011 年以后，電子煙國內(nèi)專利申請進(jìn)入快速增長時(shí)期。以我國南方地區(qū)電子煙生產(chǎn)廠家為代表的企業(yè)和以劉秋明為代表的個(gè)人，是電子煙領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)研發(fā)的主體。

在專利技術(shù)方面，電阻加熱霧化是電子煙的主流霧化技術(shù)，發(fā)展最為成熟，專利布局比較完善。電子煙專利研發(fā)熱點(diǎn)聚焦于霧化器、煙油配方及添加劑和測控技術(shù)等方面的改進(jìn)和創(chuàng)新，旨在提高煙氣的感官質(zhì)量、使用的安全性。煙油方面，旨在提高電子煙抽吸的感官質(zhì)量，如消除甜膩感，使煙氣感官更接近傳統(tǒng)卷煙，或?qū)崿F(xiàn)多樣化口味。除電阻加熱霧化技術(shù)外，電磁感應(yīng)加熱霧化、超聲振動(dòng)霧化、激光加熱霧化、噴射霧化、隨振霧化、離心霧化、聲表面波霧化等屬于電子煙領(lǐng)域的新型霧化原理和技術(shù)，具有較大的發(fā)展和創(chuàng)新空間，但這些技術(shù)尚屬于初級發(fā)展階段，有待進(jìn)一步對其產(chǎn)品穩(wěn)定性、安全性、用戶體驗(yàn)等方面進(jìn)行科學(xué)、全面的綜合評估。

隨著電子煙市場的進(jìn)一步發(fā)展，以及消費(fèi)者對健康和趣味性的日益重視，未來電子煙將在霧化新技術(shù)、控制智能化領(lǐng)域迎來專利布局的良機(jī)，可關(guān)注納米材料、石墨烯、新型復(fù)合材料、新型陶瓷材料等新型加熱霧化材料在霧化器領(lǐng)域的應(yīng)用，新型大功率、高容量電池技術(shù)，以及大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)在電子煙智能化方面的應(yīng)用和專利布局。

目前我國電子煙專利數(shù)量呈現(xiàn)快速增長趨勢，但專利質(zhì)量堪憂，發(fā)明占比較少，專利含金量不足。相關(guān)企業(yè)應(yīng)當(dāng)更加重視發(fā)明專利的申請，有針對性地申請PCT 專利，形成有效的電子煙專利國際布局。另外，要重視電子煙專利技術(shù)的轉(zhuǎn)讓和實(shí)施許可，促進(jìn)電子煙專利技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化。