并列式分段发热结构及其应用的低温烟具
阅读：219发布：2020-05-13
专利汇可以提供并列式分段发热结构及其应用的低温烟具专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种并列式分段发热结构及其应用的低温烟具，并列式分段发热结构包括发热基材以及覆在所述发热基材上的发热部件，所述的发热基材沿与其长度延伸方向垂直的方向分为至少两个并列的发热段，每个发热段上分布有可独立控制的发热部件，形成该发热段的加热区，在所述并列式分段发热结构的横截面上，至少一个加热区的发热部件用于加热，至少一个加热区的发热部件用于预热或保温。应用该发热结构的低温烟具解决了低温烟具在加热初期存在的烟雾烫嘴的问题以及分段式发热存在的出烟停顿问题，使得发烟介质的烟雾的烟 碱 含量得以更为平稳的释放，避免了现有的两段式发热体存在的烟雾烟碱含量的大幅度的降低-回升式的 波动 ，适用性更为广泛。，下面是并列式分段发热结构及其应用的低温烟具专利的具体信息内容。
1.并列式分段发热结构，包括发热基材以及覆在所述发热基材上的发热部件，其特征在于：所述的发热基材沿与其长度延伸方向垂直的方向分为至少两个并列的发热段，每个发热段上分布有可独立控制的发热部件，形成该发热段的加热区，并使得：
在所述并列式分段发热结构的横截面上，至少一个加热区的发热部件用于加热，至少一个加热区的发热部件用于预热或保温，且该横截面上用于加热的发热部件的电阻大于用于预热或保温的发热部件的电阻。
2.根据权利要求1所述的并列式分段发热结构，用于预热或保温的发热部件形成预热区或恒温区，所述预热区或恒温区的发热部件与其所在的发热段的加热区的发热部件串联。
3.根据权利要求2所述的并列式分段发热结构，所述预热区或恒温区的面积小于加热区的面积。
4.根据权利要求1或2或3所述的并列式分段发热结构，所述发热部件为附着固定在发热基材表面的发热电阻，所述发热电阻通过同样固定在发热基材上的电极与外部的发热电路连接。
5.根据权利要求4所述的并列式分段发热结构，所述发热电阻在对应的加热区内沿发热基材轴向或周向呈连续弯折分布。
6.根据权利要求5所述的并列式分段发热结构，每个发热电阻的一端连接对应该发热电阻的电极，另一端与一个共用电极连接。
7.根据权利要求6所述的并列式分段发热结构，所述发热基材采用对发烟介质包围加热的陶瓷管或插入发烟介质内部进行中心加热的陶瓷棒或陶瓷片，所述发热电阻烧制在陶瓷管或陶瓷棒或陶瓷片的表面，并在发热电阻表层烧结一层绝缘釉料。
8.根据权利要求6所述的并列式分段发热结构，所述发热基材采用对发烟介质包围加热的金属管或插入发烟介质内部进行中心加热的金属棒或金属片，所述发热电阻通过内绝缘层附着固定在金属管或金属棒或金属片的表面，在发热电阻的表面附着固定外绝缘层。
9.低温烟具，其特征在于：采用权利要求1-8中任一项所述的并列式分段发热结构作为低温烟具的发热体。
10.根据权利要求9所述的低温烟具，所述并列式分段发热结构的预热区远离低温烟具的吸嘴设置。
并列式分段发热结构及其应用的低温烟具
技术领域
[0001] 本发明属于低温烟领域，具体涉及一种对发烟介质进行加热出烟的并列式分段发热结构及其应用的低温烟具。
背景技术
[0002] 传统卷烟需通过明火点燃燃烧产生烟草烟雾，烟草在高温和裂解的过程中释放对人体有害混合物质达数千种，由存在于气体中的挥发物和存在于颗粒中的半挥发物及非挥发物组成，如一氧化碳、酚类、醛类、尼古丁(烟碱)、烟焦油等，而加热不燃烧烟具可有效降低有害物质产生，更加健康。
[0003] 目前市场上加热不燃烧的烟具，主要有中心加热与包围加热的烟具，对于包围加热式的烟具，目前效果最好的产品，一般采用分段式加热，即采用上下两段式发热体，每一段均为独立控制，加热完一段后再加热另一段，以保证烟雾的产生速度和稳定性。然而，这种现有的上下两段式加热的发热体，其每段均是采用发热丝完全包裹的方式，虽然这样做加热的比较充分，烟雾产生速度得到了保障，但同时，由于热量过于集中在一段内，往往使得该部分的烟草加热产生的烟雾温度过高，严重时会出现烫嘴的现象，而且，热量的集中会导致低温烟支所产生的烟雾中的烟碱含量会随着抽吸的口数增加而大幅度的降低，极大的影响口感。
发明内容
[0005] 本发明采用如下技术方案实现：
[0006] 并列式分段发热结构，包括发热基材以及覆在所述发热基材上的发热部件，所述的发热基材沿与其长度延伸方向垂直的方向分为至少两个并列的发热段，
[0007] 每个发热段上分布有可独立控制的发热部件，形成该发热段的加热区，并使得：
[0008] 在所述并列式分段发热结构的横截面上，至少一个加热区的发热部件用于加热，至少一个加热区的发热部件用于预热或保温，且该横截面上用于加热的发热部件的电阻大于用于预热或保温的发热部件的电阻。
[0009] 进一步的，用于预热或保温的发热部件形成预热区或恒温区，所述预热区或恒温区的发热部件与其所在的发热段的加热区的发热部件串联。
[0010] 进一步的，所述预热区或恒温区的面积小于加热区的面积。
[0012] 进一步的，所述发热电阻在对应的加热区内沿发热基材轴向或周向呈连续弯折分布。
[0013] 进一步的，每个发热电阻的一端连接对应该发热电阻的电极，所有发热电阻的另一端与一个共用电极连接。
[0014] 作为本发明的一种优选方案，所述发热基材采用对发烟介质包围加热的陶瓷管或插入发烟介质内部进行中心加热的陶瓷棒或陶瓷片，所述发热电阻烧制在陶瓷管或陶瓷棒或陶瓷片的表面，并在发热电阻表层烧结一层绝缘釉料。
[0015] 作为本发明的另一种优选方案，所述发热基材采用对发烟介质包围加热的金属管或插入发烟介质内部进行中心加热的金属棒或金属片，所述发热电阻通过内绝缘层附着固定在金属管或金属棒或金属片的表面，在发热电阻的表面附着固定外绝缘层。
[0016] 本发明还公开了一种低温烟具，其采用上述的并列式分段发热结构作为低温烟具的发热体。
[0017] 进一步的，所述并列式分段发热结构的预热区远离低温烟具的吸嘴设置。
[0018] 本发明采用并列式分段发热结构，在发热基材的每个发热段上均分布有两部分的加热区，依次对发热段进行加热。分两次对同一发热段内的发烟介质进行加热，可以将发热基材内部的发烟介质实现彻底碳化发烟，并且加热的过程依赖从其中一个加热区热传导延伸到另外一个加热区，实现加热过程中的逐渐覆盖，发烟介质碳化依赖加热部分的热量传递缓慢释放，相较每一段发热部件都完全覆盖发热基材圆周的方式，控制同样体积的发烟介质，在单位时间里碳化释放更持久，相邻两口之间的释放物质含量的差距将更小。
[0019] 本发明采用并列式分段发热结构，在对发热基材其中一个区域进行加热的同时，还可以对另外的区域进行预热(或者恒温保温)，保证了两个发热段之间切换过程出烟的连续性，不会存在出烟的停顿，避免了两个发热段切换导致的出烟等待时间长的问题。
[0020] 本发明在发热基材的同一横截面上设置两部分的发热部件，形成的两个加热区依次发热工作，在其表面形成的多部分发热部件中，在任意某一段发热部件工作时，总存在未被其覆盖的基材表面而未被加热的区域，在可供吸食的发烟介质放入发热基材进行加热工作时，同一部分的未工作区域的发烟介质温度较低，使用者吸食时，形成温度较低的空气通过为工作区域与加热区域部分较热的空气混合，降低发烟介质最终的气体温度。
[0021] 本发明较现有技术具有如下有益效果：
[0022] 1、本发明中提供的并列式分段发热结构，在相应加热区域工作发热时，低温气流可以从其加为加热的区域位置进入到发热体中，能够有效的降低发烟介质加热后所产生烟雾的温度，极大的解决了低温烟具在加热初期存在的烟雾烫嘴的问题。
[0023] 2、本发明的中提供的并列式分段发热结构在实现发热基材内部的发烟介质连续加热的过程中，实现了不同区域发烟介质的预热和恒温保温，解决了现有分段式发热工作方式中存在的两段发烟介质切换加热时的出烟停顿问题。
[0024] 3、本发明中提供的并列式分段发热结构在协调冷高温气流比例的情形下，同时达到了控制发烟介质在加热时所产生的烟雾的烟碱含量波动幅度的效果，使得发烟介质的烟雾的烟碱含量得以更为平稳的释放，避免了现有的两段式发热体存在的烟雾烟碱含量的大幅度的降低-回升式的波动。
[0025] 4、本发明中提供的并列式分段发热结构，热稳定性更好，升温与控温更为方便，可以根据需要调整发热部件覆着的基材，在金属材质和陶瓷材质等基材上均可使用，适用性更为广泛。
附图说明
[0027] 图1为实施例中的并列式分段发热结构的主视图，重点展示第一发热电阻在发热基材上的分布示意。
[0028] 图2为实施例中的并列式分段发热结构的后视图，重点展示第二发热电阻在发热基材上的分布示意。
[0029] 图3为实施例中的发热部件的平面展开示意图。
[0030] 图4为实施例中的内绝缘层的平面展开示意图。
[0031] 图5为实施例中的外绝缘层的平面展开示意图。
[0032] 图6为实施例中的并列式分段发热结构在第一发热电阻工作时的内部热量传导示意图。
[0033] 图6a为图6中的发热基材上半部的截面热量传导示意图。
[0034] 图6b为图6中的发热基材下半部的截面热量传导示意图。
[0035] 图7为实施例中的并列式分段发热结构在第二发热电阻工作时的内部热量传导示意图。
[0036] 图7a为图7中的发热基材上半部的截面热量传导示意图。
[0037] 图7b为图7中的发热基材下半部的截面热量传导示意图。
[0038] 图8为实施例中的并列式分段发热结构在第一发热电阻工作时内部低温气流和高温气流的流动示意图。
[0039] 图9为实施例中的并列式分段发热结构在第二发热电阻工作时内部低温气流和高温气流的流动示意图，图8和图9中的空心箭头所指低温气流，实心箭头所指高温气流。
[0040] 图中标号：1-发热基材，11-第一发热段，12-第二发热段，2-第一发热电阻，21-第一加热区，22-预热区，3-第二发热电阻，31-恒温区，32-第二加热区，41-共用电极，42-第一发热电阻电极，43-第二发热电阻电极，51-内绝缘层，52-外绝缘层。
具体实施方式
[0041] 实施例
[0042] 参见图1和图2，图示中的并列式分段发热结构为本发明的优选方案，其主体为发热基材1，在发热基材1上分布设置有若干发热部件，发热部件为利用电发热的发热电阻丝或电阻片，对与发热基材1接触的发烟介质进行加热烘烤，将发烟介质通过不燃烧的方式加热产生烟雾。
[0043] 发烟介质包括但不限于低温烟具中所使用的低温烟支、烟草或烟油等可抽吸材料。以上所指的发热基材1为发热管或发热芯，发热管可以采用陶瓷管或者金属管，管腔内部容纳发烟介质，发热管上设置的发热部件对内部容纳的发烟介质进行包围加热；发热芯可以采用陶瓷棒、陶瓷片或者绝缘处理后的金属棒、金属片，将发烟介质插嵌到发热芯上，发热芯上设置的发热部件对发烟介质进行中心加热。
[0044] 以下以本实施例图示中的发热管作为发热基材1，详细说明该并列式分段发热结构的具体方案。
[0045] 结合图1、图2和图3所示，本实施例中的发热基材1为薄壁圆形截面或类圆形截面的管材，整个发热基材1沿沿与其长度延伸方向垂直的方向分为两个并列的发热段，其中一侧为第一发热段11，另外一侧为第二发热段12，实现对发热基材1管腔内部发烟介质的分段加热。在发热基材1的外侧管壁上分布有两部分的发热电阻，其中第一发热电阻2在第一发热段11的发热基材管壁分布，第二发热电阻3在第二发热段12的发热基材管壁上分布。
[0046] 在发热基材1的上半部，大部分的第一发热电阻2形成了占据大部分管壁的第一加热区21，该加热区对该部分发烟介质进行主要的发烟加热，另外一小部分的管壁上则形成了第二发热电阻3对应的恒温区31，该恒温区31在第一加热区21不工作时，对该部分发烟介质进行持续恒温保温，使靠近该区域的发烟介质彻底碳化，提高了发烟介质的发烟效率，同时通过部分分布的加热区热传导加热提高了发烟介质加热的发烟持续性。
[0047] 同样的，在发热基材1的下半部，大部分的第二发热电阻3形成了占据大部分管壁的第二加热区32，该加热区对该部分发烟介质进行主要的发烟加热，另外一小部分的管壁上则形成了第一发热电阻2对应的预热区22，该预热区22在第二加热区32还未工作前即对该部分发烟介质进行预热，这样避免了从上半部加热切换到下半部加热时由于发烟介质加热升温的过程导致的出烟等待，确保了分段加热方式的连续出烟。
[0048] 在第一加热区21和预热区22以及恒温区31和第二加热区32分别对应发热段的发热基材管壁不同轴向区域贯穿分布，即以上各个区域在对应发热段的发热基材管壁上沿各自所在区域的轴向连续分布，这样在对应的发热基材内部能够形成多个始终与单一加热区靠近的轴向气流通道，同时在第一发热段11和第二发热段12分段加热的过程中，发热基材同一横截面的加热区和预热区(恒温区)都是一个发热工作，另一个不发热工作，这样可以保证在抽吸的过程中，发热基材的管腔内始终保持靠近不工作区域的低温气流和靠近工作区域的高温气流同时流通，这样实现最终抽吸烟雾的降温调节。
[0049] 第一发热电阻2和第二发热电阻3在对应的加热区沿发热基材轴向或周向呈连续弯折分布，尽量均匀地覆盖加热区，然后将第一发热电阻2和第二发热电阻3的端部与同样附着固定在发热基材1上的电极连接，通过电极连接到外部的发热电路。
[0050] 为了节省设置发热电极占用的基材表面位置，电极可集中地沿第一发热段和第二发热段之间的发热基材周向布置，或者沿发热基材靠近两段端部的边缘周向布置。本实施例将第一发热电阻2和第二发热电阻3的一个端部单独引出设置第一发热电阻电极42和第二发热电阻电极43，然后将第一发热电阻2和第二发热电阻3的另一个端部均引出连接一个共用电极41，这样通过三个电极即可实现对两部分的发热电阻的有效控制。按照本实施例的设置，在第一发热电阻电极42和共用电极41连通回路，第二发热电阻电极43和共用电极41连通回路，第一发热电阻2和第二发热电阻3可各自独立连通工作。也可同时连通工作，当第一发热电阻电极42和第二发热电阻电极43连通且仅只有此连通时，即为第一发热电阻2和第二发热电阻3串联工作，这种发热方式即相当于两部分发热电阻同时对整个发热基材进行整体加热，此种发热方式为本发明技术方案所不推荐的工作方式。
[0051] 发热电阻的发热电路控制方式为常用的电加热控制电路，本实施例在此不对发热电路的具体方案进行赘述。
[0052] 当本实施例的发热基材1采用陶瓷管作为发热管时，第一发热电阻2和第二发热电阻3采用导电金属粉末印制附着在陶瓷发热管的外表面。制作时，控制好发热电阻的成分配比，制成混合均匀的金属或合金粉末，并制成电阻浆料，
[0053] 之后按预设的形状将电阻浆料印制在陶瓷发热管的管体外壁上，并使其电极外露在发热管端部，最后将其共同放入高温炉中一同加热烧制，即可制成发热体。为了保证发热电阻的绝缘性能，还可以在印制发热电阻的陶瓷发热管外壁再烧结一层绝缘釉料。
[0054] 当本实施例的发热基材1采用金属管作为发热管时，首先在金属管的外表面覆一层图4所示的内绝缘层51，内绝缘层51将发热基材的管材外壁全部覆盖，然后再将第一发热电阻2和第二发热电阻3按照预设的形状固定附着在内绝缘层51上，最后再在第一发热电阻2和第二发热电阻3的外表面覆一层图5中所示的外绝缘层52，外绝缘层52应当避开电阻电极和共用电极的位置，保证所有电极有效外露与外部加热电路连接。内绝缘层51和外绝缘层52采用耐高温绝缘薄膜。
[0055] 在实际应用中，发热电阻还可以固定附着在发热基材的管材内壁。
[0056] 在实际应用中，可根据发热基材的管材长度将发热管分成更多的发热段，理论上来说，发热段的数量越多，每次通过发热段加热的烟草量越少，则出烟等待时间越短。
[0057] 参见图6、图6a和图6b，第一发热电阻2形成的第一加热区21在发热基材上半部上形成的一个超过90°的弓形曲面的加热区域，同样由第一发热电阻2形成的预热区22在发热基材的下半部形成的一个小于90°的弓形曲面的加热区域，相比圆截面表面全部布电阻线路加热所产生的热量沿加热管圆周每一点朝中心径向传递给发烟介质的方式，本实施例的第一发热电阻2通电时，第一加热区21在发热基材上半部上通过大面积的弓形曲面向余下小面积区域发散传递热量，这样既保证了能够较快速地对内部大部分的发烟介质进行加热，还可以将其余非加热区域依赖传导热逐步升温，其控制的区域的发烟介质因加热而释放的烟雾更缓慢而持久，这样在抽吸过程中相邻两口之间的释放物量的差距将有效减小。同时预热区22对发热基材下半部内小部分的发烟介质进行预加热，由于预热区22的面积不大，这样能够避免对发烟介质进行过渡加热的同时，还保证第二发热电阻3工作时能够快速将发烟介质达到发烟温度。
[0058] 参见图7、图7a和图7b，第二发热电阻3形成的第二加热区32在发热基材下半部上形成一个超过90°的弓形曲面的加热区域，该区域内的第二发热电阻3的电阻值大于对应预热区22内的第一发热电阻2的电阻值，同样由第二发热电阻3形成的恒温区31在发热基材上半部上则形成一个小于90°的弓形曲面的加热区域，该区域内的第二发热电阻3的电阻值小于对应第一加热区21内的第一发热电阻2，第二加热区32和恒温区31分别与第一加热区21和预热区22互补，分别将发热基材外侧管壁全面覆盖。第二发热电阻3工作时，第二加热区32对发热基材下半部内部的大部分发烟介质的加热原理与第一加热区21相同，并且由于预热区22的提前预热，第二加热区32能够大大缩短发烟介质的烟雾释放时间。同时恒温区31接替第一加热区21对发热基材上半部内部的剩余小部分发烟介质进一步保温加热，发热基材上半部内的该部分发烟介质由于离第一加热区21较远，在未被第一发热电阻工作时完全碳化基础上，由第二发热电阻3的恒温区31再次加热实现进一步碳化发烟，该部分发烟介质产生的烟雾也进一步弥补了由发热段切换工作过程中的发烟延迟。
[0059] 将加热发烟介质放入发热基材的管腔中，通常发烟介质的热量传递速度小于发热基材本身的热传导速度，因此在发热基材到达目标温度后需恒温一段时间，发烟介质才能达到可供吸食的状态，开始加热至可供吸食的状态所经历的时间将大于后续使用者吸食相邻两口的时间，相应产生的热量也大于相邻两口的吸食热量，可见，在使用者吸食时，第一口的口感温度最高。本实施例中在发热基材并列分为第一发热段11和第二发热段12，无论在那个发热段加热发烟介质时，其控制的区域在发热基材周边表面积上总存在依赖加热区热量传导产生热量的未覆盖区，此区域的温度显著低于发热电阻工作的加热区，产生的释放物温度将低于加热工作区域的温度，当使用者抽吸时，未加热工作区域的低温气流与加热区高温气流混合，都会存在低温空气混合发热产生的高温烟雾，达到烟雾抽吸降温的效果。本发明中所指的“低温气流”和“高温气流”并非对烟气的温度进行限定，而是一个相对概念，即未工作时的加热区产生的气流温度相对于工作时的加热区产生的气流温度要更低。
[0060] 如图8所示，当第一发热电阻2加热时，在靠近第二发热电阻3对应的恒温区31和第二加热区32流通的低温气流与靠近第一发热电阻2对应的第一加热区21和预热区22流通的高温气流混合；如图9所示，当第二发热电阻3加热时，在靠近第一发热电阻2对应的第一加热区21和预热区22流通的气流温度将降低到低于靠近第二发热电阻3对应的恒温区31和第二加热区32流通的气流温度，抽吸过程中，分别在多个区域流动的高温气流和低温气流混合，有效降低了最终烟嘴抽吸的释放物温度。
[0061] 本实施例可用于各类采用包围加热或中心加热可抽吸介质的低温烟具中，并且为了最大限度地体现本实施发热结构的技术效果，应当将发热基材上的预热区远离烟嘴设置。
[0062] 以上仅是本发明的具体实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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