CN104207332B - 可加热的烟具及感测方法 - Google Patents

Abstract

一种可加热的烟具及烟具内被加热物的温度的感测方法，该烟具包括本体，本体内形成收容腔；电源，收容于收容腔；控制器，收容于收容腔并与电源电性连接；加热体，收容于收容腔并与控制器电性连接，加热体包括容纳件，容纳件开设有用于容纳被加热物的收容空间，烟具还包括温度传感器，温度传感器设置于容纳件的背离收容空间的外表面。本发明烟具及烟具内被加热物的温度的感测方法热传导效率高，且易于感测被加热物的温度。

Description

可加热的烟具及感测方法

技术领域

本发明涉及一种可加热的烟具及烟具内被加热物的温度的感测方法。

背景技术

随着吸烟与健康研究的不断深入，一些科学研究已表明，卷烟中危害人体的物质绝大多数是由烟草燃烧时烟草热裂解产生的。为解决上述问题，菲利普莫瑞斯烟草公司等一批公司已经开发出电加热烟具，通过加热烟草的方式，让烟草释放尼古丁等成分，而避免烟草燃烧产生的有害物质。

传统的烟具一般直接采用发热丝来实现对烟料的加热。然而，由于发热丝的加热面积小，导致其热传导效率低，且不易感测被加热物的温度，不利于使用者调控吸烟口感。

发明内容

基于此，有必要提供一种热传导效率高且易于感测被加热物的温度的可加热的烟具。

此外，还提供一种烟具内被加热物的温度的感测方法。

一种烟具，包括本体，本体内形成收容腔；电源，收容于收容腔；控制器，收容于收容腔并与电源电性连接；加热体，收容于收容腔并与控制器电性连接，加热体包括容纳件，容纳件开设有用于容纳被加热物的收容空间，烟具还包括温度传感器，温度传感器设置于容纳件的背离收容空间的外表面。

在其中一个实施例中，加热体还包括发热件和电极，发热件设置于容纳件的外表面上，发热件包括发热层和绝缘层，发热层采用印刷工艺形成于绝缘层的一面，发热件包覆于容纳件的外表面且发热层贴合于容纳件，电极与发热层电性连接。

在其中一个实施例中，发热层的阻值范围为0.2欧姆-0.9欧姆。

在其中一个实施例中，发热件烧结于容纳件的外表面。

在其中一个实施例中，容纳件和绝缘层均由陶瓷制成。

在其中一个实施例中，烟具还包括设置于本体一端的吸气部和设置于本体另一端的第一盖体，加热体邻近第一盖体。

在其中一个实施例中，烟具还包括盖设于吸气部上的第二盖体，第二盖体设有磁铁并通过磁吸力可拆卸地装设在吸气部上。

在其中一个实施例中，容纳件包括第一端及与第一端相对的第二端，第一端设有开口，开口朝向第一盖体，第二端开设有连通收容空间的出气孔、自外表面向收容空间凹陷的凹槽以及一对自外表面向收容空间凹陷的收容槽，出气孔、收容槽和凹槽分别间隔设置，温度传感器收容于凹槽，电极收容于收容槽。

在其中一个实施例中，容纳件还具有朝向收容空间的内表面，第一盖体封闭开口并设有朝向收容空间的抵压凸起，抵压凸与容纳件的内表面形成间隙。

在其中一个实施例中，本体上还设置有分别与控制器电性连接的开关、温度调节按键及显示屏，开关用于控制烟具的启动与关闭，温度调节按键用于调节电源的输出功率，显示屏用于显示加热体的温度及电源的电量。

一种感测方法，用于感测烟具内的被加热物的温度，烟具包括加热体，加热体包括容纳件，容纳件内设有收容空间，被加热物收容于收容空间，该方法包括以下步骤：获取容纳件的表面温度和容纳件的内部温度的关系式；获取容纳件的实时表面温度；及利用关系式根据实时表面温度计算得出容纳件的实时内部温度，实时内部温度即被加热物的温度。

在其中一个实施例中，在利用关系式根据实时表面温度计算得出加热体的实时内部温度的步骤后，该方法还包括：显示实时内部温度。

上述烟具及烟具内被加热物的温度的感测方法将发热层设置于绝缘层上以形成发热片，使发热层和容纳件充分接触，热传导效率高；将温度传感器设置在容纳被加热物的容纳件上感测被加热物的温度，制作简单且方便使用者调控加热温度以改变口感。

附图说明

图1为一实施例烟具的立体分解图；

图2为一实施例烟具的剖面图；

图3为一实施例烟具的加热体及电路板的剖面图；

图4为一实施例加热体的剖面图；

图5为图4所示A部的放大图；

图6为图2所示B部的放大图；

图7为一实施例加热体的制造方法的流程图；

图8为一实施例加热体的发热件固定于容纳件的步骤的流程图；

图9为一实施例烟具内被加热物温度的感测方法的流程图。

具体实施方式

如图1和图2所示，一实施例的烟具100包括本体10、设置于本体10一端的吸气部20、设置于本体10的远离吸气部20的一端的第一盖体30、收容于本体10内的电源40、电性连接电源40的电路板50以及与电路板50相连的加热体60。在本实施方式中，烟具100为一种无烟烟具。

本体10大致为圆筒状，其内设有导气管101。本体10的一端设置有挡片11以及螺钉12，螺钉12将挡片11固定在本体10上，且挡片11能够绕螺钉12旋转。

本体10上还间隔设置有开关13、温度调节按键14及显示屏15。开关13用于控制烟具100的启动与关闭，温度调节按键14用于调节电源40的输出功率，显示屏15用于显示加热体60的温度及电源40的电量。

吸气部20盖设于本体10的远离挡片11的一端，其上开设有与导气管101相通的吸气通道201。在本实施方式中，吸气部20为烟嘴。在一个实施例中，烟具100还包括盖设于吸气部20上的第二盖体70。第二盖体70设有磁铁71并通过磁吸力可拆卸地固定在吸气部20上，以保护吸气部20。可以理解，当吸气部20不包括导磁材料时，第二盖体70可通过卡合结构卡设于吸气部20上。

第一盖体30盖设于本体10的远离吸气部20的一端，第一盖体30的朝向吸气部20的一侧凸设有抵压凸起31。

电源40收容于本体10的中部，用于为烟具100供电。在本实施例中，电源40为能大电流放电的高倍率电池，其倍率范围在15C-30C。导气管101位于电源40的一侧。

电路板50设置于电源40邻近第一盖体30的一端，且与电源40电性连接。如图3所示，电路板50呈板状，其背离电源40的一侧设有间隔设置的电极对51，以及温度传感器52。温度传感器52位于电极对51之间，且与电极对51间隔设置。在其他实施例中，温度传感器52不直接固定在电路板50上，而可固定于加热体60，并通过导线与电路板50实现电连接。

加热体60收容于本体10内且可拆卸地插设于电路板50上，以实现与电路板50的电性连接。本体10的挡片11将加热体60固定在本体10内，从而使得加热体60抵于电路板50上。

如图3-5所示，加热体60包括容纳件61、发热件62以及电极63。

容纳件61内形成收容空间610，用于收容被加热物。在本实施例中，容纳件为圆筒状，被加热物为烤烟烟叶。容纳件61具有环绕收容空间610的内表面611和背离收容空间610的外表面612，收容空间610用于收容烤烟烟叶。容纳件61包括第一端613及与第一端613相对的第二端614。第一端613设有开口630，开口630朝向第一盖体30并与收容空间610相通。第一盖体30的抵压凸起31挡设于开口630并抵压于收容空间610内的烟叶上。如图6所示，抵压凸起31与容纳件61的内表面611之间形成有间隙615。第二端614封闭收容空间610，且其上设有出气孔616、朝向收容空间610凹陷的凹槽617以及一对收容槽618。出气孔616连通收容空间610并通过导气管101连通吸气通道201。一对收容槽618相互间隔且均朝向收容空间610凹陷，用于收容电极63。凹槽617设置于二收容槽618之间，用于收容温度传感器52以通过温度传感器52感测容纳件61的温度。出气孔616位于一个收容槽618与凹槽617之间。出气孔616与凹槽617及收容槽618均相互间隔设置。

发热件62包括发热层621和绝缘层622，发热层621采用印刷工艺形成于绝缘层622的一面。发热件62包覆于容纳件61的外表面612，且发热层621贴合于容纳件61。发热层621的形状可以根据客户需要进行设计，在本实施例中，发热层621为呈往复回折的导热丝。可以理解，发热层621的形状可以根据客户需要进行设计，例如，发热层621也可以为网格状的导热丝。

在本实施方式中，容纳件61和发热件62烧结在一起，以增大发热层621与容纳件61的接触面积。容纳件61和绝缘层622均由陶瓷制成。具体地，可使用氧化铝、氮化铝、氮化硅等材料，发热层621可选用钨等高熔点金属。发热层621的阻值可为0.2欧姆-0.9欧姆。为了尽量提高加热速度，加热体60的侧壁应较薄，侧壁厚度可为0.6毫米-1.5毫米，优选为0.8毫米-1.0毫米。

两个电极63分别收容于两个收容槽618中，并与发热件62的发热层621电性连接。电极63与电路板50上的电极对51电性连接。

在一个实施例中，加热体60还包括用于导通电极63和发热层621的导电件64。导电件64为片状，其贴合设置于容纳件61的第二端614上，一端与发热层621电性连接，另一端弯折后收容于收容槽618内并贴合于电极63，以与电极63电性连接。在其他实施例中，也可以不设置导电件64，而将发热层621的端部弯折，跨过第二端614与电极63连接，又或者在第二端614上开设沟槽，通过在沟槽中布设导电材料，来实现电极63与发热层621的电性连接。

可以理解，烟具100还可以包括收容于本体10内并与电源40和电路板50电性连接的控制器80，控制器80与开关13、温度调节按键14及显示屏15均电性连接，用以控制烟具100的启动与关闭、调节电源40的输出功率，以及控制显示屏15显示加热体60的温度及电源40的电量。

烟具100工作时，电源40输出电压，加热体60的电极63与电路板50上的电极对51导通，从而使与电极63电性连接的发热件62的发热层621内产生电流，进而产生热量。烟料在容纳件61的收容空间610内被加热，产生烟气。使用者在吸气部20处吸气时，气流通过抵压凸起31与容纳件61的内表面611之间的间隙615进入收容空间610，通过出气孔616将烟气带入导气通道102，再经过导气通道102进入吸气通道201，最后进入使用者口中。

电子烤烟工作温度范围170℃-230℃。使用者调整温度时，每按一次温度调节按键14，温度升高或降低1-2℃。电量显示分5格，每格代表20％的电量。当电量低至20％时，烟具100自动报警，如电池符号闪烁或指示灯闪烁等。加热时，指示灯发红光；温度稳定时，指示灯发绿光；使用者离开时，烟具100将进入低耗电模式，指示灯发蓝光；使用者再次拿起烟具100之后，烟具100重返工作状态，指示灯显示相应状态。烟具100的工作周期为10分钟，10分钟后使用者仍未使用，烟具100将自动关机。开机时，显示屏15显示温度为低热量模式(默认为190℃模式)，发蓝光；加热到中热量模式(210℃)时，显示屏15发绿光；加热到高热量模式(230℃)时，显示屏15发红光。烟具100满电时，指示灯闪蓝光；部分电量时，指示灯闪绿光；低电量时，指示灯闪红光；充电时，指示灯发红光。

在本发明的烟具100中，由于加热体60发热层621贴合设置于容纳件61上，且容纳件61与发热件62烧结在一起，因而接触面积大，热传导效率高，加热烟料的效果好。发热层621采用印刷工艺形成于绝缘层622，且发热层621位于绝缘层622和容纳件61之间，不会发生短路，安全可靠；跟烟料接触的容纳件61采用氧化铝、氮化铝、氮化硅等环保的陶瓷材料，在高温加热下对人体无害。

此外，由于烟具100还包括控制器80，只需在控制器80中存储加热体60的表面温度与加热体60的内部温度的差值(具体可通过生产过程中测得)，即可通过设置于容纳件61上的温度传感器52感测到的加热体60的表面温度，继而计算出加热体60的内部温度，制造方便，成本较低。通过温度传感器52感测加热体60的温度，并显示在显示屏15上，方便使用者调控加热的温度。

本技术方案通过上述的设计可以实现在快速启动升温时，达到200W以上的功率，在启动8秒内达到烟草烘烤的温度要求，且在保温阶段功耗小，性能卓越。以下通过几组实验数据体现。

实验一：

将电源选用不同倍率的电池做试样对比测试，每种倍率取10支，进行30秒通电，30秒断电的方式循环测试10000个周期，检测其使用寿命的情况。

条件：电源为两节电池，电压共8.6V，发热层电阻为0.5欧姆。

从上表中可看出，当电池的倍率低于15C时，无法满足快速加热的需求，而电池倍率高于30C的时候，电池出现损坏。

实验二：

将加热体60设计成不同阻值做样对比测试，每种阻值取10支，进行30秒通电，30秒断电的方式循环测试10000个周期，检测其使用寿命的情况。

条件：电源采用两节电池，电压共8.6V。具体地，电池可为锂电池，每节锂电池满电电压为4.1-4.3V，随着电量的减少，其电压可不断的降到3.5V，因此，实验过程中电压实际应该为一个范围值，即7-8.6V。

从上表中可看出，将发热层的电阻值设计为0.2欧姆-0.9欧姆，能满足加热体快速升温所需的功率要求，不需要太高的供电电压。电阻过小，对电池的放电电流要求太高，对输出功率自动调节的电路控制系统的要求也会提高；电阻过大，就会要求提高供电电压，在电子烟领域中，产品的体积小，供电电池的体积也小，使用大功率高电压的电池是很困难的。

实验三：

将加热体设计成不同阻值做样对比测试，在电源采用两节4.3V的电池，电池倍率为20的情况下，测试加热体的温度升到烟草烘烤的温度(250度)的时间情况。

试样	发热层阻值(欧姆)	时间(秒)
			1	0.2	2
2	0.3	2
			3	0.4	3
4	0.5	4
			5	0.6	5
6	0.7	6
			7	0.8	7

8

0.9

8

从上表中可看出，电池倍率为20的情况下，当发热层的阻值在0.2欧姆-0.9欧姆的时候，加热体的温度能够在2秒-8秒内迅速升高。

综上所述，选用倍率范围为15C-30C的电池作为电源，并将发热层的阻值范围控制在0.2欧姆-0.9欧姆，符合快速加热烟叶的要求，又能保证烟具加热的稳定性，电池不易因循环加热很快损坏。

图7为一实施例的用于烟具的加热体的制造方法的流程图，该方法包括以下步骤：

S200，提供容纳件及绝缘层，容纳件通过烧结成型且设有用于容纳被加热物的收容空间和背离收容空间的外表面，绝缘层通过流延形成。

具体地，提供容纳件的步骤均包括混料和成型。混料工序采用有机溶剂体系，容纳件烧结成型后呈圆筒状；提供绝缘层的步骤包括混料和流延，绝缘层的混料工序与容纳件的混料工序相同，绝缘层通过流延预成型，形成膜状，暂不烧结，流延的厚度可根据实际需求调整。容纳件的成型和绝缘层的形成可同时进行，也可以先形成容纳件再形成绝缘层。在本实施例中，混料的加料顺序为添加剂、主料氧化物和相应胶体，混料周期3-4天。

S400，在绝缘层上印刷发热层，以形成发热件。具体地，发热层采用印刷工艺形成于绝缘层的一面，发热层呈往复回折的线条结构，在其他实施例中，发热层也可呈网格状。

S600，将发热件卷曲绕设于容纳件的外表面，其中发热层贴合于容纳件。具体地，如图8所示，该步骤包括：

S602，在发热层上设置粘合剂。具体地，可以采用涂抹或者喷涂或溅射等方式将粘合剂均匀设置于发热层上。

S604，使发热层通过粘合剂与容纳件的外表面粘合，以将发热件固定于容纳件上。在本实施方式中，将发热层环绕容纳件贴合设置于容纳件的外表面上。

S606，去除粘合剂。在本实施例中，可将加热体保持300度加热24小时，以使发热件和容纳件之间的粘合剂蒸发。

S608，烧结发热件和容纳件。在本实施例中，可将加热体置于氮气和氢气的混合气体中保持1650度高温煅烧27小时。

S800，于容纳件上制作与发热层电性连接的电极。

在一个实施例中，在步骤S800之前，该加热体的制造方法还包括步骤：

S700，对容纳件的内表面进行研磨。在本实施例中，可将加热体置于氮气和氢气的混合气体中保持1400度高温煅烧17小时，以降低加热体的侧壁厚度。在其他实施例中，还可以在研磨后的内表面上制作釉层，或不进行研磨而直接在内表面制作釉层。

由于在烧结前，容纳件需与发热件复合，故容纳件的侧壁往往较厚，否则在与发热件复合时容纳件容易出现损坏，因此，容纳件的侧壁的厚度一般难以控制在1.2mm以下，整个加热体侧壁厚度难以控制在1.4mm以下，导致整个加热体侧壁很厚。在本实施例中，进一步在烧结发热件和容纳件后，对容纳件的内表面进行研磨，磨薄容纳件的侧壁，从而可以降低加热体侧壁厚度。

容纳件和绝缘层均由陶瓷制成，具体地，可使用氧化铝、氮化铝、氮化硅等材料，发热层可选用钨等高熔点金属。绝缘层的厚度、发热锅的形状、发热层的形状和发热层的阻值均可在设计阶段根据实际需求调整。发热层的阻值为0.2欧姆-0.9欧姆。为了尽量提高加热速度，加热体的侧壁应较薄，侧壁厚度可为0.6毫米-1.5毫米，优选为0.8毫米-1.0毫米。

在本发明加热体的制造方法中，发热层采用印刷工艺形成，可以任意调节形状及阻值，从而尽量降低阻值，提高加热速率而不易烧断，并保证发热层与容纳件的接触面积大，加热均匀；发热层位于绝缘层和容纳件之间，不会发生短路，安全可靠；跟烟料接触的容纳件采用氧化铝、氮化铝、氮化硅等环保的陶瓷材料，在高温加热下对人体无害。

图9为一实施例吸入器内被加热物温度的感测方法的流程图。该方法包括以下步骤：

S10，控制器获取容纳件的表面温度T1和容纳件的内部温度T2的关系式W。具体地，将通过实验获得的关系式W预先存入吸入器的控制器中。可以理解，吸入器中还可设置一个与控制器电性连接的存储器，关系式W存储于存储器中，控制器可从存储器中通过调用来获取关系式W。

S20，温度传感器获取容纳件的实时表面温度t1并传输给控制器。具体地，可利用温度传感器感测容纳件的实时表面温度t1，并将感测到的实时表面温度t1传送至控制器。

S30，控制器利用关系式W根据实时表面温度t1计算得出容纳件的实时内部温度t2。该实时内部温度t2即被加热物的温度。

S40，控制器控制显示屏显示实时内部温度t2。

在一个实施例中，吸入器还包括开关、温度调节按键及显示屏。控制器与开关、温度调节按键及显示屏均电性连接，以控制吸入器的启动与关闭、调节输出功率，以及控制显示屏显示被加热物的温度。

由于吸入器还包括控制器，只需在控制器中存储容纳件的表面温度T1与容纳件的内部温度T2的差值(具体可通过生产过程中测得)，即可通过设置于容纳件上的温度传感器感测到容纳件的实时表面温度t1，继而计算出容纳件的内部温度t2，并显示在显示屏上，而实时内部温度t2即被加热物的温度。方便使用者调控加热的温度，改变口感。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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，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，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种可加热的烟具，包括：

本体，所述本体内设有收容腔；

电源，收容于所述收容腔；

控制器，收容于所述收容腔并与所述电源电性连接；

加热体，收容于所述收容腔并与所述控制器电性连接，其特征在于：所述加热体包括容纳件和电极，所述容纳件开设有用于容纳被加热物的收容空间，所述烟具还包括温度传感器和设置于所述本体一端的第一盖体，所述温度传感器设置于所述容纳件的背离所述收容空间的外表面，所述容纳件包括第一端及与所述第一端相对的第二端，所述第一端设有开口，所述开口朝向所述第一盖体，所述第二端开设有连通所述收容空间的出气孔、自所述外表面向所述收容空间凹陷的凹槽以及一对自所述外表面向所述收容空间凹陷的收容槽，所述出气孔、所述收容槽和所述凹槽分别间隔设置，所述温度传感器收容于所述凹槽，所述电极收容于所述收容槽。

2.根据权利要求1所述的可加热的烟具，其特征在于，所述加热体还包括发热件，所述发热件设置于所述容纳件的外表面上，所述发热件包括发热层和绝缘层，所述发热层采用印刷工艺形成于所述绝缘层的一面，所述发热件包覆于所述容纳件的外表面且所述发热层贴合于所述容纳件，所述电极与所述发热层电性连接。

3.根据权利要求2所述的可加热的烟具，其特征在于，所述发热层的阻值范围为0.2欧姆-0.9欧姆。

4.根据权利要求2所述的可加热的烟具，其特征在于，所述发热件烧结于所述容纳件的外表面。

5.根据权利要求2所述的可加热的烟具，其特征在于，所述容纳件和所述绝缘层均由陶瓷制成。

6.根据权利要求2所述的可加热的烟具，其特征在于，所述烟具还包括设置于所述本体另一端的吸气部，所述加热体邻近所述第一盖体；所述烟具还包括盖设于所述吸气部上的第二盖体，所述第二盖体设有磁铁并通过磁吸力可拆卸地装设在所述吸气部上。

7.根据权利要求1所述的可加热的烟具，其特征在于，所述容纳件还具有朝向所述收容空间的内表面，所述第一盖体封闭所述开口并设有朝向所述收容空间的抵压凸起，所述抵压凸起与所述容纳件的所述内表面形成间隙。

8.根据权利要求1所述的可加热的烟具，其特征在于，所述本体上还设置有分别与所述控制器电性连接的开关、温度调节按键及显示屏，所述开关用于控制所述烟具的启动与关闭，所述温度调节按键用于调节所述电源的输出功率，所述显示屏用于显示所述加热体的温度及所述电源的电量。