CN109619692A - 一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草的方法及装置 - Google Patents
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- A24F47/008—
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- Thermotherapy And Cooling Therapy Devices (AREA)
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Abstract
本发明公开了一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草的方法及其装置，包括装置外壳，电池，电池充电模块，电路控制模块，电机，真空隔音筒，发热针部件，温度感应模块和LED指示灯。其中，电池为电机提供电能，此过程为电池的电能转化为电机的机械能。电机轴为圆柱状，发热针部件为带底座的圆柱筒结构，一端封闭，呈针状，为烟弹的插入端，另一端开口，并具有一个较大的薄片底座，电机轴插入发热针部件开口端一段距离与其同轴配合。特别的，使用一个弹簧对发热针部件薄片底座边缘某处施加一个稳定轴向应力，使发热针部件与电机轴保持紧密贴合，并在与轴垂直方向上有一定的压应力。本发明提出的加热不燃烧烟草装置结构简单，经久耐用，易于维护。
Description
技术领域
本发明涉及加热不燃烧烟草技术领域，具体涉及一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草的方法及装置。
背景技术
传统的烟草一般是通过打火机明火点燃的，然后进行抽吸行为。相关研究表明，烟草燃烧产生的烟雾存在数十种致癌物质，以及大量其它有害物质。一般来说，烟支中心部位温度可以达到800-900摄氏度，要保持香烟燃烧，中心部位温度必须在700摄氏度以上。在这种高温条件下，也是各种有害物质的生成温度。因此，为了有效降低烟支燃烧产生的焦油及其它有害物质，有人提出了采用低温烘烤的方式加热烟丝或其他发烟物质，并研发了相关的技术产品，包括加热烟具及适配的烟支，即烟弹，获得了较好的市场反响。采用低温烘烤方式典型的加热温度为300-350摄氏度，在该温度范围下烟弹不会燃烧，但是可以产生烟雾以及有效成分，比如尼古丁，同时，大幅度减少了有害物质的产生。采用低温烘烤的方式可以明显减少二手烟，产生的烟雾不含固体颗粒物，因此具有非常重要的环境保护意义，缓解抽烟者与不抽烟者之间的矛盾关系。
要实现加热不燃烧烟草，关键在于寻找一种安全稳定的热源，在抽吸者的使用过程中，提供加热所需的热量。已有的相关加热技术中，主要提出的有电阻丝加热，电磁感应加热，以及化学燃料加热等等。
新型的烟草制品如中国专利CN201280061528.9所述的气雾产生制品，也称为烟弹，用于加热不燃烧抽吸装置，提供气雾基质。
例如，中国专利CN201180062229.2介绍了使用电加热烟草产品的加热元件，该加热元件可以直接插入烟草产品中，具有较高的热量利用效率。
例如，中国专利CN201680077608.1介绍了通过利用变化磁场穿透来加热烟草产品中的加热材料，进而加热烟草产品。
例如，中国专利CN201580061998.9介绍了采用可燃碳质热源的吸烟制品，利用可燃碳质热源的燃烧持续稳定提供加热吸烟制品所需的热量。
目前，市场上已有采用电阻丝加热的相关产品，比如美国的IQOS产品，韩国的LIL产品，以及日本的GLO产品等等。但是不可否认，这些产品仍然存在着较大的改进空间，比如，产品价格昂贵，维修成本高，难度大，产品需要经常维护清理等，且在使用上有一些需要注意的地方，这无疑会影响使用者的体验。为了解决这些问题，新型的加热技术及其产品亟待研发。
发明内容
基于背景技术存在的问题，本发明提出一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草的方法及装置，能够快速高效地对烟草进行低温加热，减少有害物质生成。
本发明提出一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草的装置，包括装置外壳，电池，电池充电模块，电路控制模块，电机，真空隔音筒，发热针部件，温度感应模块和LED指示灯。其中，电池为电机提供电能，此过程为电池的电能转化为电机的机械能。电机轴为圆柱状，发热针部件为带底座的圆柱筒结构，一端封闭，呈针状，为烟弹的插入端，另一端开口，并具有一个较大的薄片底座，电机轴插入发热针部件开口端一段距离与其同轴配合，使用一个弹簧对发热针部件薄片底座边缘某处施加一个稳定轴向应力，使发热针部件与电机轴保持紧密贴合，并在与轴垂直方向上有一定的压应力；电池为电机的摩擦做功提供电能，电池充电模块实现电池的循环充电，电路控制模块可以根据温度感应模块反馈的温度信息控制电机转速，以调整发热针部件的温度，也可以控制LED指示灯提醒用户当前装置运行状态，真空隔音筒用于降低电机运行时的声音，发热针部件与电机轴进行摩擦发热，并将大部分热量传递给烟草制品。
在进一步的实施例中，电池为可充电电池，通过电池充电模块进行充电。
在进一步的实施例中，温度感应模块可以实时监测发热针部件表面温度，并反馈给电路控制模块，帮助控制发热针部件在合适的温度范围，比如300-350摄氏度。
在进一步的实施例中，电路控制模块根据温度感应模块反馈的温度，控制电机转动速度，使发热针表面温度处于合适水平。
在进一步的实施例中，电路控制模块控制LED指示灯，为抽吸者提供吸烟过程中的操作提示，比如提醒可抽吸状态，或者需要充电状态。
在进一步的实施例中，发热针部件的薄片底座上具有肋板结构，有利于在抽吸过程中气流的流通，并且增强薄片底座的机械强度。
在进一步的实施例中，发热针部件可更换，使用者可更换不同尺寸大小的发热针部件，匹配不同类型烟弹，或者针对同一种烟弹，更换不同规格形状的发热针部件，以获得更好的体验感。
在进一步的实施例中，发热针部件选用导热系数高且耐磨性好的材料，优选地，选择金属或者其合金材料，比如碳化铬，高锰钢，碳化钨等，也可在摩擦表面镀耐磨涂层，比如陶瓷涂层，铬涂层，镍涂层等等，以提高发热针部件的使用寿命。
在进一步的实施例中，电机轴靠近发热针部件的一端选用导热系数低且耐磨性好的材料，优选地，选择陶瓷材料，也可在摩擦表面镀耐磨涂层，比如陶瓷涂层，以提高电机轴的使用寿命。
在进一步的实施例中，电机轴远离发热针部件的一端较细，减少热量通过电机轴传导损失；电机轴靠近发热针部件的一端较粗，保证与发热针部件有较大的接触面，形成较好的摩擦效果。
在进一步的实施例中，电机轴靠近发热针部件的一端可以是中空的，降低用于加热电机轴自身的热量损失。
在进一步的实施例中，为了减少不必要的热量损失，保证足够机械强度的前提下，发热针部件为薄壁结构，电机轴与发热针部件作用的部分可以是空心的。
在进一步的实施例中，采用真空隔音筒将电机包裹，以减小电机工作中产生的噪声。
在进一步的实施例中，通过电路控制模块控制电机的转动，使电机工作声音或摩擦声音或震动形成有规律的旋律，实现类似音乐播放的功能，缓解噪声带来的不适感。
一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草的方法，利用上述的装置，当电机转动时，电机轴会在接触部位摩擦发热针部件，由此产生摩擦热，热量进而传导到发热针的外表面，对插入的烟弹进行加热。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提出的旋转摩擦加热方法效率高，加热速度快；
(2)本发明提出的加热不燃烧烟草装置结构简单，经久耐用，易于维护；
(3)本发明提出的加热不燃烧烟草装置适配性强，发热针部件方便更换，提高用户体验。
附图说明
图1为某种电机转速和扭矩关系曲线图。
图2为本发明实施例中加热不燃烧烟草装置外形结构示意图。
图3为本发明实施例中加热不燃烧烟草装置内部结构示意图。
图4为本发明实施例中电机与发热针部件配合及其剖面示意图。
图5为本发明实施例中电机与发热针部件的另一种配合方式及其剖面示意图。
图中附图标记含义为：1为装置外壳；2为电池；3为电池充电模块；4为电路控制模块；5为电机；6为真空隔音筒；7为发热针部件；8为隔热筒；9为温度感应模块；10为电源控制按钮；11为LED指示灯；12为电池充电接口；13为薄片底座；14为突起；15为弹簧；16为电机轴；17为真空隔音片。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
电机，俗称马达，是一种依据电磁感应定律实现电能转换或传递的电磁装置，在生活应用中十分广泛。随着科学技术快速发展，出现了无刷电机，空心杯等高性能电机，电机的使用寿命和能量转换效率得到了极大提升。电机输出功率一般通过扭矩对外做功实现。电机扭矩的常用单位为N·m(牛·米)，为电机的基本参数之一，电机扭矩与电机的转速和功率有关。
图1给出了某种电机的转速、功率和扭矩的关系曲线图，从图中可以看出，在电机转速达到2000r/min之前，电机输出功率随转速增大而增大，成线性关系，而扭矩不变，当电机转速达到2000r/min之后，电机输出功率保持不变，随着转速增大，扭矩逐渐减小，与之成反比关系。因此，在电机输出功率一定的条件下，电机的扭矩，功率和转速三者的关系式如下：
T＝9550P/n
式中：T为扭矩(单位：N·m)；9550为一特征常数；P为电机的功率(单位：kW)；n为输出的转速(单位：r/min)。
基于电机的工作特性，本发明提出一种采用内插式旋转摩擦方式加热不燃烧烟草的方法及其装置，实现快速、高效、稳定加热烟丝的目的。
图2为本发明实施例提出的一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草装置的外形结构示意图。
图3为本发明实施例提出的一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草装置的内部结构示意图。
图4为本发明实施例中电机与发热针部件配合及其剖面示意图。
参照图2-4，本发明实施例提出一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草装置，包括装置外壳1，电池2，电池充电模块3，电路控制模块4，电机5，真空隔音筒6，发热针部件7，隔热筒8，温度感应模块9等部件。
其中，装置外壳1用于容纳本发明实施例提出的内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草装置的各部件，使其形成一个整体。装置外壳1侧面具有电源控制按钮10，用于控制启动或关闭装置的加热程序。在电源控制按钮10上方设置有LED指示灯11。
在进一步的实施例中，LED指示灯11具有指示电池2电量的功能，提示电池电量状态。
在进一步的实施例中，LED指示灯11也可以提示装置的各个工作状态，即加热状态、可抽吸状态，以及抽吸结束状态。
在进一步的实施例中，电源控制按钮10与LED指示灯11通过电路控制模块4实现相关功能。
电池2用于为本发明实施例提出的内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草装置提供电能。
在进一步的实施例中，电池2为可充电电池，通过电池充电模块3和电池充电接口12为电池2进行充电。
发热针部件7上部分为空心的圆柱筒结构，一端封闭，呈尖状，另一端开口，下部分具有一个较大的薄片底座13。
在进一步的实施例中，薄片底座13上具有肋板结构，有利于在抽吸过程中气流的流通，并且增强薄片底座13的机械强度。
在进一步的实施例中，发热针部件7被隔热筒8包裹，以减少热损失。
在进一步的实施例中，薄片底座13的边缘位置具有一个突起14。
弹簧15一端作用于突起14，另一端固定。
在进一步的实施例中，弹簧15具有稳定的压缩量，以保证作用突起14上的力相对稳定。
电机5由电路控制模块4驱动，电机轴16通过插入发热针部件7的开口端与其同轴配合。
在进一步实施例中，电机轴16下部分较细，与发热针部件7的接触部分较粗，在减少热传导带来的损失的同时，提高摩擦生热的效率。
电机5被真空隔音筒6包裹，以减少电机5在工作过程中产生的不愉悦噪声。
在进一步实施例中，在装置顶部安装有真空隔音片17，以减少电机5产生的噪声直接向使用者传播。
突起14受到来自弹簧15的作用力，该作用力产生的扭矩需要通过发热针部件7与电机轴16之间的接触应力抵消，因此发热针部件7与电机轴16之间会产生相互作用力，由于电机轴16与发热针部件7表面的摩擦因子均不为零，因此，在电机轴16发生转动时，需要克服摩擦力做功，在发热针部件7与电机轴16的接触部位产生摩擦热。大部分摩擦热用于加热发热针部件7，使其处于高温状态，进而加热插入的烟草产品。
在进一步的实施例中，可以通过调节弹簧15对突起14的作用力，控制发热针部件7与电机轴16之间的摩擦力，使电机在额定功率条件下工作，以发挥电机的最佳性能，延长电机使用寿命。
在进一步实施例中，在发热针部件7上布置有温度感应模块9，温度感应模块9可以实时监测发热针部件7的温度，并反馈给电路控制模块4，以控制电机的转速，从而使发热针部件7维持在合适温度水平。
在进一步实施例中，发热针部件7也可以是细长的，用于加热普通型香烟烟支。
图5为本发明实施例中电机与发热针部件7的另一种配合形式及其剖面示意图。与前述方式不同在于电机轴16的端部具有一定锥度，相应地，发热针部件7的内表面也为相应锥度的结构，该配合方式有利于将弹簧15对发热针部件7的一部分作用力转化为电机轴16的端部表面与发热针部件7的内表面之间的压力，即增强摩擦力，可以获得更好的摩擦效果。
Claims (10)
1.一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草的装置，其特征在于：包括装置外壳(1)，电池(2)，电池充电模块(3)，电路控制模块(4)，电机(5)，真空隔音筒(6)，发热针部件(7)，温度感应模块(9)和LED指示灯(11)，其中，电池(2)为电机(5)提供电能，电池(2)的电能转化为电机(5)的机械能，电机轴(16)为圆柱状，发热针部件(7)为带底座的圆柱筒结构，一端封闭，呈针状，为烟弹的插入端，另一端开口，并具有一个较大的薄片底座(13)，电机轴(16)插入发热针部件(7)开口端一段距离与其同轴配合，使用一个弹簧(15)对发热针部件(7)薄片底座(13)边缘某处施加一个稳定轴向应力，使发热针部件(7)与电机轴(16)保持紧密贴合，并在与轴垂直方向上有一定的压应力；电池(2)为电机(5)的摩擦做功提供电能，电池充电模块(3)实现电池(2)的循环充电，电路控制模块(4)可以根据温度感应模块(9)反馈的温度信息控制电机(5)的转速，以调整发热针部件(7)的温度，也可以控制LED指示灯(11)提醒用户当前装置运行状态，真空隔音筒(6)用于降低电机(5)运行时的声音，发热针部件(7)与电机轴进行摩擦发热，并将大部分热量传递给烟草制品。
2.根据权利要求1所述的一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草的装置，其特征在于：电池为可充电电池，通过电池充电模块进行充电。
3.根据权利要求1所述的一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草的装置，其特征在于：温度感应模块可以实时监测发热针部件表面温度，并反馈给电路控制模块，帮助控制发热针部件在合适的温度范围，比如300-350摄氏度。
4.根据权利要求1所述的一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草的装置，其特征在于：电路控制模块根据温度感应模块反馈的温度，控制电机转动速度，使发热针表面温度处于合适水平。
5.根据权利要求1所述的一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草的装置，其特征在于：电路控制模块控制LED指示灯，为抽吸者提供吸烟过程中的操作提示，比如提醒可抽吸状态，或者需要充电状态。
6.根据权利要求1所述的一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草的装置，其特征在于：发热针部件的薄片底座上具有肋板结构，有利于在抽吸过程中气流的流通，并且增强薄片底座的机械强度。
7.根据权利要求1所述的一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草的装置，其特征在于：发热针部件可更换，使用者可更换不同尺寸大小的发热针部件，匹配不同类型烟弹，或者针对同一种烟弹，更换不同规格形状的发热针部件，以获得更好的体验感。
8.根据权利要求1所述的一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草的装置，其特征在于：发热针部件选用导热系数高且耐磨性好的材料，选择金属或者其合金材料：碳化铬，高锰钢，碳化钨，也可在摩擦表面镀耐磨涂层：陶瓷涂层，铬涂层，镍涂层，以提高发热针部件的使用寿命。
9.根据权利要求1所述的一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草的装置，其特征在于：电机轴靠近发热针部件的一端选用导热系数低且耐磨性好的材料，优选地，选择陶瓷材料，也可在摩擦表面镀耐磨涂层，比如陶瓷涂层，以提高电机轴的使用寿命；
电机轴远离发热针部件的一端较细，减少热量通过电机轴传导损失；电机轴靠近发热针部件的一端较粗，保证与发热针部件有较大的接触面，形成较好的摩擦效果；
电机轴靠近发热针部件的一端可以是中空的，降低用于加热电机轴自身的热量损失；
为了减少不必要的热量损失，保证足够机械强度的前提下，发热针部件为薄壁结构，电机轴与发热针部件作用的部分可以是空心的；
采用真空隔音筒将电机包裹，以减小电机工作中产生的噪声；
通过电路控制模块控制电机的转动，使电机工作声音或摩擦声音或震动形成有规律的旋律，实现类似音乐播放的功能，缓解噪声带来的不适感。
10.一种内插式旋转摩擦加热不燃烧烟草的方法，其特征在于：该方法利用权利要求1的装置，当电机转动时，电机轴会在接触部位摩擦发热针部件，由此产生摩擦热，热量进而传导到发热针的外表面，对插入的烟弹进行加热。
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