CN110063523A - 一种香烟/电子烟加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种香烟/电子烟加热装置，其包括感应环、环绕所述感应环圆周的线圈，以及设置在所述感应环内的发热件；所述发热件、感应环和线圈分别连接控制器，所述控制器连接电池；所述控制器包括变频部件和电源开关；所述发热件采用铁镍合金制造，以使所述发热件表面温度低于预设值，且所述发热件表面温度恒定。采用本发明，采用电磁加热提高加热效率，在简化结构的基础上，仍能将发热件表面温度控制为低于香烟燃烧的温度值，并保持温度恒定，避免香烟燃烧而产生有害物质‑焦油。

Description

一种香烟/电子烟加热装置

技术领域

本发明涉及加热装置制造应用领域，具体是一种香烟/电子烟加热装置。

背景技术

众所周知，吸烟有害健康，传统香烟的成分是烟草，烟草中含有尼古丁,为易成瘾物质，还含有重金属，香烟中还添加了防霉剂、助燃剂、芳香剂等。香烟燃烧时，温度达到600-900℃，也会产生很多有害物质，例如芳香胺类和放射性物质等致癌物，这些极其复杂的混合物就是焦油。

香烟成分复杂，大部分物质对人体都有危害，从牙齿到内脏到神经系统，致癌致命，贻害甚大，主要是因为燃烧过程中产生焦油。美国FDA已经宣布“尼古丁本身与癌症无直接因果关系，夺去全世界数百万人生命的肺癌、心脏病等并非尼古丁直接作用，是点燃烟草后产生的其他未知成分致癌和危害健康”,即我们常说的焦油。

为了鼓励戒烟，减少戒烟者的痛苦，人们发明了电子烟，电子烟烟油中的成分为尼古丁盐、起雾剂和香精香料，电子烟最高温度在400℃以下，不会产生有害物质-焦油。电子烟中的烟油通过雾化器变成烟雾，供吸烟者吸入口腔和肺部，同时吐出模拟烟雾，借以减少吸烟对人的伤害。

然而，事物总有两面性，调查发现，电子烟对人也会造成伤害，一是烟油中的尼古丁成份，浓度更高，更容易使人上瘾，而烟草里的尼古丁含量是固定的；二是烟油中大量雾化剂和香精，刺激呼吸道，引发严重咳嗽；三是使用电子烟的人更难戒烟，其戒烟成功率只有不用电子烟的人戒烟成功率的50％；四是电子烟新潮的外型、多种口味、隐秘的吸入方式，吸引青少年吸电子烟，2011年美国高中生吸过电子烟的人数不到2％，而到了2015年，这个比例一下子上升到16％；五是电子烟还是个新产品，还没法知道它对人体的长期危害。

吸烟有害健康，主要是因为香烟燃烧产生有害物质，吸烟时让香烟在较低温度下加热，产生的蒸汽中的有害物质，就会大大降低，又让吸烟者得到满足，从而逐渐减少吸烟直至最后成功戒烟。

现有的电子烟加热装置，大多采用电阻加热。例如：专利《一种发热装置及电子烟》，申请号2018101949765，公开了一种发热装置，包括发热元件本体并覆盖其表面的绝缘层，发热元件本体一端为尖头状，其优点是发热元件稳定性好，不会脱落，发热相对均匀，温度变化相对稳定；缺点是发热元件为电阻发热元件，热效率只有30％左右，即耗电大，没有准确控制发热温度的系统，而且整个发热元件本体中，电阻大的地方发热量大，电阻小的地方发热量小，发热量大的地方，与之接触的烟丝容易超温燃烧，增加有害物质的挥发，发热元件本体也容易损坏甚至烧毁。

现在也有提出电磁加热的电子烟，例如：专利《一种感应式电磁加热电子烟》，申请号为2018110501033，其电子烟模块包括：电池模块、控制系统、感应线圈，NTC传感器和感应铁筒，所述控制系统连接电池模块，并由其供电，所述感应铁筒的一端连接有香烟，其外部环绕着感应线圈，内部还具有一铁针，所述NTC传感器依附着感应铁筒，所述控制系统内部生成两个高频互补信号，并作用于感应线圈产生高频磁场，且感应线圈使得感应铁筒和内部的铁针受磁场感应发热，并将电能全部转换为热能，实现对香烟加热烘烤。然而，所述电子烟只能提高加热效率，需要温控器才能检测温度，无法精准控制加热，也无法实现恒温。而且，电子烟需要设置温度控制系统，结构复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种香烟/电子烟加热装置，提高加热效率，在简化结构的基础上，仍能将发热件表面温度控制为低于香烟燃烧的温度值，并保持温度恒定，避免香烟燃烧而产生有害物质。

本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种香烟/电子烟加热装置，在简化结构的基础上，仍能将发热件表面温度控制在240-400℃中的任何一个温度点，并保持温差在±2℃内。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种香烟/电子烟加热装置，改善香烟/电子烟的吸烟口感和味道。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种香烟/电子烟加热装置，其包括感应环、环绕所述感应环圆周的线圈，以及设置在所述感应环内的发热件；

所述发热件、感应环和线圈分别连接控制器，所述控制器连接电池；所述控制器包括变频部件和电源开关；

所述发热件采用铁镍合金制造，以使所述发热件表面温度低于预设值，且所述发热件表面温度恒定。

优选的，所述铁镍合金包含以下以重量百分比计的组分：

Fe 40-80％，Ni 20-60％；

所述铁镍合金的居里点低于600℃，所述铁镍合金能将温度控制在低于600℃内的任何一个温度点，且温差在±2℃内。

更佳的，所述铁镍合金包含以下以重量百分比计的组分：

Fe 40-45％，Ni 55-60％；

所述铁镍合金的居里点为240-400℃，所述铁镍合金能将温度控制在240-400℃中的任何一个温度点，且温差在±2℃内。

更佳的，所述铁镍合金包含以下以重量百分比计的组分：

Ni 40-45％，Mn 0.01-0.5％，Si 0.01-0.5％，余量为Fe。

更佳的，所述铁镍合金包含以下以重量百分比计的组分：

Ni 40-45％，Mn 0.01-0.5％，Si 0.01-0.5％，C＜0.005％，P＜0.010％，S＜0.010％，Cr＜0.010％，Mg＜0.001％，Zr＜0.010％，Ti＜0.010％，Al＜0.010％，余量为铁。

进一步，所述感应环由非金属材料制成。优选的，所述感应环为瓷环。

进一步，所述发热件为针式发热件、圆管式发热件、片式发热件、十字形发热件、星形式发热件中的一种。优选的，所述针式发热件的直径为1.5-3.5mm，长度为15-35mm，其位于所述感应环内的轴线处。所述圆管式发热件嵌套在所述感应环内，所述圆管式发热件和所述感应环的轴线重叠。

进一步，所述发热件上设置陶瓷保护层。优选的，所述陶瓷保护层由氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷中的一种制成。

进一步，所述香烟/电子烟加热装置不设有温控器，通过铁镍合金制成的发热件实现自动控温。

进一步，所述控制器包括气流传感器，以通过气流控制电源开关的开启和关闭。

进一步，所述线圈的外表面设有保护层，所述保护层由特氟龙、聚酰亚胺、玻璃纤维或陶瓷纤维制成。优选的，所述铁镍合金的居里点为240-249.99℃时，所述保护层由特氟龙制成；所述铁镍合金的居里点为250-300℃时，所述保护层由聚酰亚胺制成；所述铁镍合金的居里点为300.01-400℃时，所述保护层由玻璃纤维或陶瓷纤维制成。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明为高效电磁发热装置，电池提供的直流电，经过变频部件转换高频交流电，流经线圈，在线圈周围产生交变磁场，交变磁场的磁力线经过发热件，产生大量涡流，使发热件升温，加热香烟或电子烟。

一、采用高效电磁发热替代现有的电阻发热，热效率由现有电阻式加热效率的30％，提高到90％，发热快，省电耐用。

二、使用铁镍合金制作发热件，利用铁镍合金的居里点温度特性，自动稳定发热件的温度；铁镍合金在居里点温度以下表现为铁磁性材料，居里点温度以上表现为顺磁性材料，能够将温度准确控制在低于预设值，优选为240-400℃中的任何一个温度点，而且误差在正负2℃范围。香烟加热时，由于达不到600℃以上的燃烧温度，香烟不燃烧不产生有害物质-焦油。

三、由于铁镍合金能自动恒温，不必使用温控部件，省去了温度控制系统，简化了结构。

四、发热件上设置陶瓷保护层，既可以防止铁镍合金接触香烟，增加发热件表面硬度，减少磨损，又可以避免金属接触烟丝，避免其影响抽烟的口感和味道，改善吸电子烟的感官体验。

五、由于不同温度点对电子烟/香烟的加热效果不同，其能产生不同的感官体验，而本发明能够将温度准确控制在240-400℃中的任何一个温度点，而且误差在正负2℃范围，可以精准把控电子烟/香烟的口感和味道，以使其满足不同口味人群的需要。

六、针对不同的铁镍合金，其线圈的外表面设有不同的保护层，既可以保证其有良好的绝缘作用，又具有良好的耐热性能，以适应本发明高功率的电磁加热。

附图说明

图1为发热件为针式的香烟及电子烟加热装置示意图。

图2为发热件为圆管式的香烟及电子烟加热装置示意图。

图3为发热件为针式的香烟及电子烟加热装置使用状态示意图。

图4为加上烟嘴的发热件为针式的香烟及电子烟加热装置使用状态示意图。

图5为铁镍合金材料磁矩M与居里温度T_C变化示意图。

图中1-感应环，2-线圈,3-控制器，4-电池，5-发热件，6-电源开关，8-外壳，11-香烟过滤嘴，12-香烟烟丝,13-烟嘴,14-烟道，M-磁矩，T_C-居里温度，T-温度。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

结合图1-图4，本发明提供了一种香烟/电子烟加热装置，其包括感应环1、环绕所述感应环1圆周的线圈2，以及设置在所述感应环1内的发热件5；

所述发热件5、感应环1和线圈2分别连接控制器3，所述控制器3连接电池4；所述控制器3包括变频部件和电源开关6；

所述发热件5采用铁镍合金制造，以使所述发热件5表面温度低于预设值，且所述发热件5表面温度恒定。所述预设值为香烟燃烧的温度值，约600℃。这样可以避免香烟燃烧而产生有害物质，如焦油。

本发明使用铁镍合金制作发热件，利用铁镍合金的居里点温度特性，自动稳定发热件的温度；铁镍合金在居里点温度以下表现为铁磁性材料，居里点温度Tc以上表现为顺磁性材料。优选铁镍合金的配方工艺，制造出居里点在240-400℃的铁镍合金发热件，即能够将温度准确控制在240-400℃中的任何一个温度点，而且误差在正负2℃范围。

图5为铁镍合金材料磁矩M与居里温度T_C变化示意图。图中可见，在居里温度T_C附近，铁镍合金材料磁矩M产生断崖式下跌；当温度低于居里温度T_C时，铁镍合金材料磁矩M>0，铁镍合金为铁磁体材料，在外磁场作用下产生涡流发热；当温度高于居里温度T_C，铁镍合金材料磁矩M＝0，铁镍合金变为顺磁体材料，在外磁场作用下不产生涡流，或者产生的涡流小，发热小。

所述铁镍合金包含以下以重量百分比计的组分：

Fe 40-80％，Ni 20-60％；

所述铁镍合金的居里点低于600℃，所述铁镍合金能将温度控制在低于600℃内的任何一个温度点，且温差在±2℃内。

优选的，所述铁镍合金包含以下以重量百分比计的组分：

Fe 40-45％，Ni 55-60％；

所述铁镍合金的居里点为240-400℃，所述铁镍合金能将温度控制在240-400℃中的任何一个温度点，且温差在±2℃内。

更佳的，所述铁镍合金包含以下以重量百分比计的组分：

Ni 40-45％，Mn 0.01-0.5％，Si 0.01-0.5％，余量为Fe。

需要说明的是，所述铁镍合金有可能包含一些不可避免的杂质，此时的铁镍合金优选包含以下以重量百分比计的组分：

Ni 40-45％，Mn 0.01-0.5％，Si 0.01-0.5％，C＜0.005％，P＜0.010％，S＜0.010％，Cr＜0.010％，Mg＜0.001％，Zr＜0.010％，Ti＜0.010％，Al＜0.010％，余量为铁。

当发热件温度在居里点温度以下时，铁镍合金为铁磁体材料，在外部电磁场作用下能够产生涡流，发热升温；当发热件温度超过居里点温度时，铁镍合金变为顺磁体材料，在外部电磁场作用下不能够产生涡流，或者说产生的涡流很小，停止发热或发热很少，开始降温；当发热件温度降低至居里点温度以下时，又呈现为铁磁体材料，发热件又继续发热升温，如此循环往复。

而且，由于铁镍合金能自动恒温，不设有温控器，省去了温度控制系统，简化了结构；

铁镍合金制作的发热件，能够控制温度在设定的范围内，不产生或少产生毒害性更大的烟焦油。使吸烟者早日戒烟成功，回归健康人生。

进一步，所述感应环1优选由非金属材料制成。更佳的，所述感应环1为瓷环，可以提高使用寿命，又避免感应环1的材质影响交变磁场的传输，降低发热效率。需要说明的是，所述感应环1还可以采用带磁性的金属材料制成，例如，带磁性的铁。

所述发热件5为针式发热件、圆管式发热件、片式发热件、十字形发热件、星形式发热件中的一种。本发明发热件的结构多样，优选为针式发热件和圆管式发热件。更佳的，所述针式发热件的直径为1.5-3.5mm，长度为15-35mm，其位于所述感应环内的轴线处。所述圆管式发热件嵌套在所述感应环内，所述圆管式发热件和所述感应环的轴线重叠。

所述发热件5上还可以设置陶瓷保护层，目的是增加铁镍合金发热件的强度和耐磨性，将烟丝和铁镍合金发热件隔离，防止串味，避免影响抽烟的口感和味道，改善吸电子烟的感官体验。优选的，所述陶瓷保护层由氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷中的一种制成。陶瓷保护层采用电泳层或涂层，但不限于此。

此外，吸烟者对烟味非常灵敏，由于不同温度点对电子烟/香烟的加热效果不同，其能产生不同的感官体验，而本发明能够将温度准确控制在240-400℃中的任何一个温度点，而且误差在正负2℃范围，可以精准把控电子烟/香烟的口感和味道，以使其满足不同口味人群的需要。

进一步，所述线圈的外表面设有保护层，所述保护层由特氟龙、聚酰亚胺、玻璃纤维或陶瓷纤维制成。优选的，所述铁镍合金的居里点为240-249.99℃时，所述保护层由特氟龙制成；所述铁镍合金的居里点为250-300℃时，所述保护层由聚酰亚胺制成；所述铁镍合金的居里点为300.01-400℃时，所述保护层由玻璃纤维或陶瓷纤维制成。本发明针对不同的铁镍合金，其线圈的外表面设有不同的保护层，既可以保证其有良好的绝缘作用，又具有良好的耐热性能，以适应本发明高功率的电磁加热，保证使用寿命。

本发明应用在香烟时，只要将香烟的烟丝部分插入发热件即可，此时加热烟丝释放出尼古丁蒸汽，香烟不燃烧，不产生有害物质-焦油。

本发明应用在电子烟时，将含有烟油的雾化器插入发热件，此时加热雾化烟油释放出尼古丁蒸汽，也不燃烧不产生焦油；香烟和电子烟转换使用方便快捷。

下面结合图1所示加热装置的第一实施例，以及图2所示加热装置的第二实施例，进一步阐述本发明的结构特征。

如图1所示，图1是发热件为针式的香烟及电子烟加热装置示意图，其包括瓷环1、环绕瓷环1圆周的线圈2，以及设置在瓷环1内的发热件5；发热件5、瓷环1和线圈2分别连接控制器3，控制器3连接电池4；控制器3包括变频部件和电源开关6；发热件5采用铁镍合金制造,发热件表面温度为300℃；

发热件5上设置氧化锆陶瓷保护层。所述针式发热件的直径为2mm，长度为20mm，其位于瓷环内的轴线处。

所用电池均为可充电七号电池，变频部件输出的交流电频率为23KHz，所用线圈使用铜质漆包线，直径0.1mm。所用瓷环的材质为氧化锆或软磁体，氧化锆强度高耐高温，软磁体能聚集磁场强度，有助于提升发热件功率。

如图2所示，图2是发热件为圆筒式的香烟及电子烟加热装置示意图，与图1所示加热装置不同的是，图2所示的发热件5采用圆管式发热件，圆管式发热件嵌套在瓷环内，圆管式发热件和瓷环的轴线重叠。

如图3所示，图3是香烟及电子烟加热装置使用状态示意图。将香烟烟丝12插入瓷环内的针式发热件5中，打开电源开关6，从香烟过滤嘴11处吸收300℃左右从烟丝中蒸发出来的尼古丁蒸汽，香烟不燃烧不产生焦油，吸烟者既能满足烟瘾，又减少对身体的伤害。

图4是加上烟嘴的针式发热件的香烟及电子烟加热装置使用状态示意图。使用不含过滤嘴的香烟，将过滤嘴设置在烟嘴13中，此时尼古丁蒸汽从发热件5周围出发，经过外壳8与控制器3和电池4形成的烟道14，到达烟嘴13，用起来像雪茄烟，且方便简单。

图4的另一种使用方法，不用香烟，将烟丝直接塞进瓷环1与发热件5形成的空间，设计一有孔盖子盖住瓷环(图中未示出)，即可吸烟；吸完后将烟丝倒出即可，由于使用烟丝，省钱，适合低收入或勤俭人士使用。在外壳处还设有充电插口，方便充电(图中未示出)。

本发明利用铁镍合金材料的特性，调整铁镍合金材料中铁镍配比，调整其居里点低于香烟的燃烧温度值(约600℃)，优选在240-400℃中的任何一个温度点，满足香烟不燃烧、尼古丁能蒸发这一设计要求。具体以实施例1-7进一步阐述本发明的铁镍合金材料：

实施例1

所述铁镍合金包含以下以重量百分比计的组分：

Fe 40％，Ni 60％。

实施例2

所述铁镍合金包含以下以重量百分比计的组分：

Fe 60％，Ni 40％。

实施例3

所述铁镍合金包含以下以重量百分比计的组分：

Fe 80％，Ni 20％。

实施例4

所述铁镍合金包含以下以重量百分比计的组分：

Ni 42％，Mn 0.01％，Si 0.01％，Fe 57.98％。

实施例5

所述铁镍合金包含以下以重量百分比计的组分：

Ni 46％，Mn 0.5％，Si 0.5％，Fe 53％。

实施例6

Ni 41％，Mn 0.01％，Si 0.01％，C 0.005％，P 0.010％，S 0.010％，Cr 0.010％，Mg 0.001％，Zr 0.010％，Ti 0.010％，Al 0.010％，Fe 58.914％。

实施例7

Ni 43.9％，Mn 0.5％，Si 0.5％，C 0.001％，P 0.001％，S 0.001％，Cr 0.001％，Mg 0.001％，Zr 0.001％，Ti 0.001％，Al 0.001％，Fe 55.092％。

实施例1-7铁镍合金的居里点如下表所示：

项目

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

实施例6

实施例7

居里点

505℃

338℃

254℃

360℃

402℃

353℃

371℃

此外，本发明还可以做以下两点改良：

一是在外壳内部设置气流传感器控制部件，以通过气流控制电源开关的开启和关闭，吸烟时气流流动，电源开关自动打开，停止吸烟时电源开关自动关闭；

二是由于用电量少，电池改用体积小得多的纽扣电池，极大地缩小本发明的体积，适应吸烟量逐步减小的人或者快戒断烟瘾的人，携带更方便，可以设计在钢笔或其它物品中，一物两用。

三是为了节能环保，本发明还可以采用太阳能电池，利用太阳能来提供电源。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (16)

1.一种香烟/电子烟加热装置，其特征在于，其包括感应环、环绕所述感应环圆周的线圈，以及设置在所述感应环内的发热件；

所述发热件、感应环和线圈分别连接控制器，所述控制器连接电池；所述控制器包括变频部件和电源开关；

所述发热件采用铁镍合金制造，以使所述发热件表面温度低于预设值，且所述发热件表面温度恒定。

2.根据权利要求1所述的香烟/电子烟加热装置，其特征在于，所述铁镍合金包含以下以重量百分比计的组分：

Fe 40-80％，Ni 20-60％；

所述铁镍合金的居里点低于600℃，所述铁镍合金能将温度控制在低于600℃内的任何一个温度点，且温差在±2℃内。

3.根据权利要求2所述的香烟/电子烟加热装置，其特征在于，所述铁镍合金包含以下以重量百分比计的组分：

Fe 40-45％，Ni 55-60％；

所述铁镍合金的居里点为240-400℃，所述铁镍合金能将温度控制在240-400℃中的任何一个温度点，且温差在±2℃内。

4.根据权利要求3所述的香烟/电子烟加热装置，其特征在于，所述铁镍合金包含以下以重量百分比计的组分：

Ni 40-45％，Mn 0.01-0.5％，Si 0.01-0.5％，余量为Fe。

5.根据权利要求4所述的香烟/电子烟加热装置，其特征在于，所述铁镍合金包含以下以重量百分比计的组分：

Ni 40-45％，Mn 0.01-0.5％，Si 0.01-0.5％，C＜0.005％，P＜0.010％，S＜0.010％，Cr＜0.010％，Mg＜0.001％，Zr＜0.010％，Ti＜0.010％，Al＜0.010％，余量为铁。

6.根据权利要求1所述的香烟/电子烟加热装置，其特征在于，所述感应环由非金属材料制成。

7.根据权利要求6所述的香烟/电子烟加热装置，其特征在于，所述感应环为瓷环。

8.根据权利要求1所述的香烟/电子烟加热装置，其特征在于，所述发热件为针式发热件、圆管式发热件、片式发热件、十字形发热件、星形式发热件中的一种。

9.根据权利要求8所述的香烟/电子烟加热装置，其特征在于，所述针式发热件的直径为1.5-3.5mm，长度为15-35mm，其位于所述感应环内的轴线处。

10.根据权利要求8所述的香烟/电子烟加热装置，其特征在于，所述圆管式发热件嵌套在所述感应环内，所述圆管式发热件和所述感应环的轴线重叠。

11.根据权利要求1或8所述的香烟/电子烟加热装置，其特征在于，所述发热件上设置陶瓷保护层。

12.根据权利要求11所述的香烟/电子烟加热装置，其特征在于，所述陶瓷保护层由氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷中的一种制成。

13.根据权利要求1所述的香烟/电子烟加热装置，其特征在于，所述香烟/电子烟加热装置不设有温控器，通过铁镍合金制成的发热件实现自动控温。

14.根据权利要求1所述的香烟/电子烟加热装置，其特征在于，所述控制器包括气流传感器，以通过气流控制电源开关的开启和关闭。

15.根据权利要求2所述的香烟/电子烟加热装置，其特征在于，所述线圈的外表面设有保护层，所述保护层由特氟龙、聚酰亚胺、玻璃纤维或陶瓷纤维制成。

16.根据权利要求15所述的香烟/电子烟加热装置，其特征在于，所述铁镍合金的居里点为240-249.99℃时，所述保护层由特氟龙制成；

所述铁镍合金的居里点为250-300℃时，所述保护层由聚酰亚胺制成；

所述铁镍合金的居里点为300.01-400℃时，所述保护层由玻璃纤维或陶瓷纤维制成。