CN110074467A

CN110074467A - 一种安装在香烟加热器上的制冷模块

Info

Publication number: CN110074467A
Application number: CN201910445586.5A
Authority: CN
Inventors: 刘基宏; 郭新月; 徐阳; 江红霞
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2019-08-02
Anticipated expiration: 2039-05-27
Also published as: CN110074467B

Abstract

本发明公开了一种安装在香烟加热器上的制冷模块，属于香烟烟具技术领域。所述制冷模块设置于香烟加热器的香烟插入孔的开口端，用于对从香烟的烟丝段流通至过滤嘴段的烟气进行降温处理；该制冷模块包括环形半导体制冷片和散热部件，环形半导体制冷片的冷端紧贴香烟的一段，热端与散热部件连接为一个整体，使烟气在从烟丝段流通至过滤嘴段的过程中得到充分降温，降低入嘴烟气温度，提高入嘴烟气舒适度，在不改变卷烟结构的前提下，实现了对高温烟气的降温，且具有该制冷模块的香烟加热器可抽吸普通香烟，解除了只能抽吸配套香烟的限制。

Description

一种安装在香烟加热器上的制冷模块

技术领域

本发明涉及一种安装在香烟加热器上的制冷模块，属于香烟烟具技术领域。

背景技术

随着人们健康意识和环保意识的提高，传统香烟所引发的各类安全隐患越来越受到社会各界的重视，其替代物层出不穷，加热不燃烧香烟作为其中抽吸质量与抽吸习惯与传统香烟最为接近的新型烟草制品正日益被各国烟草消费者接受。

加热不燃烧香烟采用阴燃碳棒(碳加热型)或者加热电子元件(电加热型)在温度200～400℃下加热烟草，使烟草不发生燃烧但烟草成分仍能蒸馏和裂解从而释放烟气，加热不燃烧香烟相对于传统香烟因高温燃烧(700～800℃)裂解产生的有害成分少；无香烟阴燃，释放烟气量少，对被动吸烟者的伤害小；无明火，安全隐患低；另一方面在抽吸质量与抽吸习惯上也可以满足吸烟者的生理心理需求。

但是由于加热不燃烧香烟烟草段相较传统香烟减短，整体长度无法使烟气温度在到达人体口腔时降低到最适宜范围，而由于烟草原料未发生燃烧，其释放烟气量较传统卷烟少，如果采用增加过滤或通风稀释的手段降低烟气温度，烟气量会进一步下降，影响产品的抽吸感受，因此需采用一定手段加快烟气的降温。

现有的手段都是通过对加热不燃烧香烟结构进行改造，加入吸热或散热组件达到烟气降温的目的。例如公开号为CN104203015A的发明专利在烟草过滤件前加入了一段褶皱的聚乳酸材料片作为冷却元件，利用其相变吸热；公开号为CN106255431A的发明专利同样在烟草过滤件前加入了一段有许多六边形或其它形状通孔的有一定刚度的材料段或含中空管的醋酸纤维素或醋酸纤维丝束或由多根活性炭纤维彼此基本对齐形成的材料段或将活性炭纤维粘附到醋酸纤维素纤维/丝束/线上形成的材料段以及活性炭颗粒与聚合物主体混合后挤压成型的材料段；公开号为CN207604513U的实用新型提出在烟草过滤件前加入一段至少含一个纵向通道的管状纤维束，内部填充纤维丝、尺寸合适的另一冷却元件、卷曲的另一片式过滤材料或由PLA、烟叶或木炭及其混合物制成的颗粒等作为冷却元件。

发明内容

为了在不对香烟结构进行改造的前提下达到使烟气温度在到达人体口腔时降低到最适宜范围的目的，本发明提供了一种安装在香烟加热器上的制冷模块，所述制冷模块设置于香烟加热器的香烟插入孔的开口端，用于对从香烟的烟丝段流通至过滤嘴段的烟气进行降温处理；

所述制冷模块包括环形半导体制冷片和散热部件，所述环形半导体制冷片与香烟插入孔具有同一中心轴线；所述环形半导体制冷片的内径大于等于香烟插入孔的内径；

所述环形半导体制冷片的冷端紧贴香烟的一段，所述环形半导体制冷片的热端与散热部件连接为一个整体。

可选的，所述环形半导体制冷片对与其接触的香烟各处均匀散热。

可选的，所述环形半导体制冷片为包含至少2对半导体元件的单级热电堆。

可选的，所述半导体制冷片的热端与散热部件之间还包括导热层，所述导热层为双面金属化的氧化铝陶瓷片，氧化铝陶瓷片一面通过铜连接片与半导体元件焊接，一面与散热部件焊接。

可选的，所述散热部件为环形铝制散热片；所述香烟加热器的外部壳体表面在制冷模块对应的位置处设置散热孔，所述散热部件通过散热孔实现与外部空气的热交换。

可选的，所述半导体元件为采用区熔法制备的Bi₂Te₃-Sb₂Te₃-Sb₂Se₃准三元合金；半导体元件的P级材料为Bi₂Te₃-Sb₂Te₃，N级材料为Bi₂Te₃-Bi₂Se₃。

可选的，所述制冷模块沿香烟加热器轴向长度为10～20mm。

可选的，所述制冷模块环形半导体制冷片的内径为5.0～39mm。

可选的，所述导热层厚度为0.5±0.1mm。

本申请还提供一种香烟加热器，所述香烟加热器包含上述制冷模块。

本发明有益效果是：

通过在香烟加热器中加入制冷模块，该制冷模块包括环形半导体制冷片和散热部件，环形半导体制冷片的冷端紧贴香烟的一段，热端与散热部件连接为一个整体，使烟气在从烟丝段流通至过滤嘴段的过程中得到充分降温，降低入嘴烟气温度，提高入嘴烟气舒适度，在不改变卷烟结构的前提下，实现了对高温烟气的降温。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明香烟加热器制冷模块的A-A横截面示意图；

图2为本发明香烟加热器的立体外观图；

图3为本发明香烟加热器插入香烟后的剖面示意图；

其中，1-壳体；2-香烟插入孔；3-制冷模块，31-半导体制冷片冷端，32-半导体热电堆，33-半导体制冷片热端，34-双面金属化薄氧化铝陶瓷片，35-铝制环形散热片，36-散热孔；4-加热模块，41-环形加热器，42-温度传感器；5-控制模块；6-供电模块；7-香烟过滤嘴段，71-香烟烟丝段，72-与制冷模块3接触的香烟段；8-气流进口；9-充电口；10-控制开关。

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实施方式作进一步地详细描述。

实施例一：

本实施例提供一种安装在香烟加热器上的制冷模块，所述制冷模块设置于香烟加热器的香烟插入孔的开口端，用于对从香烟的烟丝段流通至过滤嘴段的烟气进行降温处理；

所述环形半导体制冷片为包含至少2对半导体元件的单级热电堆；

为防止电路短路同时强化传热、提高制冷效果，所述半导体制冷片的热端与散热部件之间还包括导热层，所述导热层采用双面金属化的氧化铝陶瓷片，氧化铝陶瓷片一面通过铜连接片与半导体元件焊接，一面与散热部件焊接。

所述散热部件为环形铝制散热片；所述香烟加热器的外部壳体表面在制冷模块对应的位置处设置散热孔，所述散热部件通过散热孔实现与外部空气的热交换。

如图1所示，制冷模块3包括31-半导体制冷片冷端，32-半导体热电堆，33-半导体制冷片热端，34-双面金属化薄氧化铝陶瓷片，35-铝制环形散热片；

制冷模块3设置于香烟加热器的香烟插入孔的开口端，如图2所示，图2为本发明带有制冷模块的香烟加热器的立体外观图，图2中，1为香烟加热器的外部壳体，2为香烟插入孔，将香烟的烟丝段插入该香烟插入孔2，插入香烟后的示意图如图3所示(为方便与描述，此处图3为剖视图)，香烟的烟丝段插入香烟插入孔2后，香烟的部分或者全部过滤嘴段留在香烟加热器的外部供抽烟者抽吸。

图3中，与制冷模块3接触的香烟段72通常情况下可以是香烟的过滤嘴段的一部分，由于不同香烟具有不同长度的过滤嘴段，所以与制冷模块3接触的香烟段72有时候也可能是包括部分烟丝段，但此种情况下，可能会造成该部分烟丝段不能充分利用的问题，本发明对此不作限定，本领域技术人员可根据实际需要调整香烟插入孔2的长度，使得普通香烟插入后刚好香烟烟丝段71刚好全部处于加热段部分，而与制冷模块3接触的香烟段72为香烟过滤嘴的一部分，同时香烟过滤嘴还有一部分留在香烟加热器的外部供抽烟者抽吸。

图2和图3中，4-加热模块；5-控制模块；6-供电模块；8-气流进口；9-充电口；10-控制开关。

本发明提供的香烟加热器在现有的香烟加热器的基础上增加了制冷模块3，香烟加热器的控制模块5、供电模块6、充电口9以及控制开关10未做改变，只需要控制模块5同时通过控制开关10控制制冷模块3的通电与否即可。

实际应用中，由于抽烟者开始抽吸时烟气通过香烟的全部烟丝段以及过滤嘴段，所以可能无需对烟气进行降温处理，可以设置控制模块3在控制加热模块4开始加热一定时间后再开始散热。具体此段时间的长短，本领域技术人员可根据香烟实际抽吸过程中烟气的温度变化进行设置，当然也可以设置二者同时开始工作，本发明对此不作限定。

在抽烟者开启控制开关10后，控制模块3控制加热模块4和制冷模块3开始工作，香烟的烟丝段71在加热模块的加热下产生烟气，烟气随着气流从气流入口8的进入流通至于制冷模块3接触的香烟段72，经过该香烟段72后到达供抽烟者抽吸的过滤嘴7处进入人体口腔完成整个抽吸过程。

制冷模块3的工作原理如下：

如图1所示，制冷模块3的半导体制冷片为包含至少2对半导体元件的单级热电堆32，单级热电堆32的冷端31紧贴香烟的一段(实际应用中具体为香烟过滤嘴的一段)，其热端33与导热层34焊接在一起，而导热层34的另一面与散热部件35焊接在一起形成一个整体。香烟加热器的外部壳体1的表面在制冷模块对应的位置处设置散热孔36，散热部件35通过散热孔36实现与外部空气的热交换。

实际应用中，单级热电堆32为采用区熔法制备的Bi₂Te₃-Sb₂Te₃-Sb₂Se₃准三元合金，合金内部晶体粒有明显的取向性，优值系数Z较高，制冷效果好。

单级热电堆32的P级材料为Bi₂Te₃-Sb₂Te₃，N级材料为Bi₂Te₃-Bi₂Se₃，可选配比如下：

P：(70％～80％)Sb₂Te₃(分子)+(20％～30％)Bi₂Te₃(分子)+(3％～5％)(重量比)Te+Se，

Z＝(3.4～3.5)×10^-3K^-1

N：(85％～93％)Bi₂Te₃(分子)+(7％～15％)Bi₂Se₃(分子)+(0.09～0.13％)％(重量比)

TeI₄/Hg₂Cl₂，Z＝(3.0～3.2)×10^-3K^-1

导热层厚度优选为0.5±0.1mm。

导热层34为双面金属化的薄的氧化铝(Al₂O₃)陶瓷片，金属化为陶瓷片提供了可焊层，一面与铜连接片及半导体元件焊接，一面与散热部件35焊接，无需使用粘结剂，从而使热电堆-热端-散热器成为一体；氧化铝陶瓷片的电绝缘性和导热性较好，当热流密度为1W/cm²时，厚度为0.5mm的氧化铝陶瓷片温度损失约为0.35℃。散热部件35采用环形铝制散热片。

考虑普通香烟的直径以及过滤嘴长度，本申请中香烟加热器的制冷模块的环形半导体制冷片的内径为5～39mm；制冷模块沿香烟加热器轴向长度为小于20mm。

本申请通过在香烟加热器中加入制冷模块，该制冷模块包括环形半导体制冷片和散热部件，环形半导体制冷片的冷端紧贴香烟的一段，热端与散热部件连接为一个整体，使烟气在从烟丝段流通至过滤嘴段的过程中得到充分降温，降低入嘴烟气温度，提高入嘴烟气舒适度，在不改变卷烟结构的前提下，实现了对高温烟气的降温，且可利用该香烟加热器抽吸普通香烟，而无需使用特殊配套的香烟。

本发明实施例中的部分步骤，可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，如光盘或硬盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种安装在香烟加热器上的制冷模块，其特征在于，所述制冷模块设置于香烟加热器的香烟插入孔的开口端，用于对从香烟的烟丝段流通至过滤嘴段的烟气进行降温处理；

2.根据权利要求1所述的制冷模块，其特征在于，所述环形半导体制冷片对与其接触的香烟各处均匀散热。

3.根据权利要求1或2所述的制冷模块，其特征在于，所述环形半导体制冷片为包含至少2对半导体元件的单级热电堆。

4.根据权利要求3所述的制冷模块，其特征在于，所述半导体制冷片的热端与散热部件之间还包括导热层，所述导热层为双面金属化的氧化铝陶瓷片，氧化铝陶瓷片一面通过铜连接片与半导体元件焊接，一面与散热部件焊接。

5.根据权利要求4所述的制冷模块，其特征在于，所述散热部件为环形铝制散热片；所述香烟加热器的外部壳体表面在制冷模块对应的位置处设置散热孔，所述散热部件通过散热孔实现与外部空气的热交换。

6.根据权利要求5所述的制冷模块，其特征在于，所述半导体元件为采用区熔法制备的Bi₂Te₃-Sb₂Te₃-Sb₂Se₃准三元合金；半导体元件的P级材料为Bi₂Te₃-Sb₂Te₃，N级材料为Bi₂Te₃-Bi₂Se₃。

7.根据权利要求1-6任一所述的制冷模块，其特征在于，所述制冷模块沿香烟加热器轴向长度为10～20mm。

8.根据权利要求7所述的制冷模块，其特征在于，所述制冷模块环形半导体制冷片的内径为5.0～39mm。

9.根据权利要求4所述的制冷模块，其特征在于，所述导热层厚度为0.5±0.1mm。

10.一种香烟加热器，其特征在于，所述香烟加热器包括权利要求1-9任一所述的制冷模块。