CN112291874B - 一种用于合金相变材料烟用热源的电磁加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于合金相变材料烟用热源的电磁加热装置，该电磁感应加热装置包括电池电源(1)、控制芯片(2)、指示灯和震动器(3)、相变加热芯(4)、电磁感应线圈(5)、加热腔(7)、金属传热壁(8)、热电偶(9)与装置外壳(10)，本发明用于合金相变材料烟用热源的电磁感应加热装置结合电磁感应加热的高能量转化效率、快速加热和合金相变材料物理控温优秀这二者的优势，同时提高加热不燃烧烟草的抽吸体验和加热装置的使用体验。

Description

一种用于合金相变材料烟用热源的电磁加热装置

技术领域

本发明属于加热不燃烧型烟草热源技术领域，提供了一种用于合金相变材料烟用热源的电磁加热装置。

背景技术

加热不燃烧型烟草热源能使烟弹加热到足以散发出具有烟草味道的气雾，而不会点燃烟弹，其样品可抽吸温度在90℃-200℃。这就对加热不燃烧型烟草热源性能提出了较高的要求，例如预加热时间短、导热能力强、有效储存热量高、适合的加热温度在150-350℃、持续放热时间需要超过300s等。

相对于目前广泛采用的电阻式加热方式，电磁加热技术是一个全新的加热方式。电磁感应加热是通过电子线路组成部分产生交变磁场，当磁化材料处于变化磁场中时，在磁化材料表面切割交变磁力线，产生交变电流，从而使材料表面电荷高速无规律运动，碰撞摩擦产生热能，于是起到加热材料的效果。电磁加热在能量转化效率、加热升温时间等方面比电阻式加热方式更具有突出的技术优势。但是，电磁加热技术存在加热速率过快、电磁干扰造成控温困难的缺陷，可能造成烟支的过度加热导致抽吸口感差，烟渣多难以清理等问题。

金属和共晶合金相变材料，大多为有固定熔点的晶体，其在熔点附近可形成一个宽的温度平台，同时储存或释放大量潜热，可以在加热不燃烧烟草装置中发挥物理控温的作用：加热过程中的潜热平台可防止烟支的瞬间过度加热；放热过程中的潜热平台则可为抽吸提供自动的热补偿，抽吸一口前后的温差不超过5℃，相比下口感更为均一、丝滑。但是合金相变材料在升温过程中的比热容吸热和相变潜热大，在使用电阻式加热方式时需要极大的功率和较长的加热时间，同时会在电阻上产生较大的热损失，为装置的散热留下隐患。

因此，若能通过电磁感应的方式直接对合金相变材料加热，综合电磁感应加热的高能量转化效率、快速加热和合金相变材料优秀物理控温二者的优势，可以制造适用于加热不燃烧烟草的优秀热源。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于合金相变材料的电磁感应加热装置，作为加热不燃烧型烟草的热源。目前市场上的热源，普遍存在控温不佳的问题，抽吸一口前后的温差可达到15-20℃。本发明提供的热源可以为抽吸提供自动的热补偿，抽吸一口前后的温差不超过5℃；同时，由于独立热源的存在，装置可以实现不带电抽吸，提高装置的安全性能；最后，电磁加热为快速、高效的加热提供能源，缩短装置的加热时间，减少热损耗。

本发明是通过下列技术方案实现的。

一种用于合金相变材料烟用热源的电磁加热装置，包括电池电源1、控制芯片2、指示灯和震动器3、相变加热芯4、电磁感应线圈5、加热腔7、金属传热壁8、热电偶9与装置外壳10，其中：

在电磁加热装置外壳10内，由左至右依次设置电池电源1、控制芯片2、指示器和震动器3与热电偶9，并通过电源电路和控制电路连接。热电偶9布置在金属传热壁8向下延长部分，金属传热壁8为环绕烟弹6加热段的圆环柱体，向外依次为相变加热芯4、加热腔7与电磁感应线圈5。

电池电源1、控制芯片2、指示器和震动器3与电磁感应线圈5通过电连接实施工作电流传输；控制芯片2分别与电池电源1、指示器和震动器3、电磁感应线圈5与热电偶9进行信号电路连接，实施装置运行控制。

电磁感应线圈5通过控制芯片2进行控制，并根据热电偶9的检测温度信号，指示灯变化与震动，一段时间后在达到预设温度时实施断电，提醒使用者进入可抽吸时间。

该烟用电磁感应加热装置的工作频率是10～999KHz。

优选地，热电偶9通过间歇断电的方式进行测量，以减少电磁感应对热电偶电阻值的影响。

进一步地，所述装置将合金相变材料加热芯整体，作为感应加热元件进行加热。

进一步地，所述合金相变材料加热芯是由一种或多种选自铜、锌、锡、铅、铁、钴、镍、铬等金属及其合金制成的加热芯。

根据本发明，金属传热壁8的形状为与烟弹6匹配的圆环柱体，所述烟弹6可以固定放置在金属传热壁中。所述金属传热壁是用纯铝、黄铜或紫铜等材料制成的，其截面环内径为4mm-8mm，高度为20-50mm。

在本发明中使用的相变加热芯参考CN202010110666.8中的方法制成，根据烟弹6的不同，可选用铜、锌、锡、铅、铁、钴、镍、铬等金属及其合金制成圆环柱体，其中合金相变材料的质量为1g-30g。

根据本发明，加热腔7的内外径由合金相变材料的质量决定，可设计成可整体取出的形式。电磁感应线圈的内径相比加热腔7的外径增加1mm-30mm，并通过支架安装于外壳10中。

本发明合金相变材料烟用热源的电磁加热装置的制造方法的步骤如下：

第一步：连接加热腔7与金属传热壁8；

第二步：将合金相变材料灌装入空腔中制备相变加热芯4，并封装；

第三步：将电磁感应线圈5安装入外壳10中，并将电池电源1、控制芯片2、指示灯和震动3、电磁感应线圈5与热电偶9电路连接；

第四步：将第二步封装后的加热芯装入外壳空腔中，进行调试。

本发明合金相变材料烟用热源的电磁加热装置的使用方法如下：

第一步：将烟弹放入装置中，启动开关，指示灯亮，震动器震动，设备开始加热工作；

第二步：加热30-90s后指示灯熄灭，震动器震动，提醒用户可抽吸，一段时间后电源自动断开；

第三步：将加热腔以内部分取出进行抽吸，或使用整体装置进行抽吸，直到无烟气发出。

本发明的有益效果为：

1、本发明使用电磁加热方式，加热效率高，降低了电能损耗和热损失，使用安全可靠，不烫手。

2、本发明使用合金相变材料加热芯，单位体积相变潜热高，可为抽吸提供自动的热补偿，抽吸一口前后的温差不超过5℃，口感丝滑、均匀。

3、本发明结合电磁感应加热的高能量转化效率、快速加热和合金相变材料优秀物理控温二者的优势，同时提高加热不燃烧烟草的抽吸体验和加热装置的使用体验。

附图说明

图1为一种用于合金相变材料烟用热源的电磁加热装置结构示意图；

图2为实施例1所述装置的加热曲线；

图中附图标记含义为：1为电池电源，2为控制芯片，3为指示灯和震动器，4为相变加热芯，5为电磁感应线圈，6为烟弹，7为加热腔，8为金属传热壁，9为热电偶，10为装置外壳。

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。

实施例1

如图1所示，本发明一种用于合金相变材料烟用热源的电磁加热装置，包括电池电源1、控制芯片2、指示灯和震动器3、相变加热芯4、电磁感应线圈5、加热腔7、金属传热壁8、热电偶9与装置外壳10。

在电磁加热装置外壳10内，由左至右依次设置电池电源1、控制芯片2、指示器和震动器3与热电偶9，并通过电源电路和控制电路连接。热电偶9布置在金属传热壁8向下延长部分，金属传热壁8为环绕烟弹6加热段的圆环柱体，向外依次为相变加热芯4、加热腔7与电磁感应线圈5。

电池电源1、控制芯片2、指示器和震动器3与电磁感应线圈5通过电连接实施工作电流传输；控制芯片2分别与电池电源1、指示器和震动器3、电磁感应线圈5与热电偶9进行信号电路连接，实施设备运行控制。

电磁感应线圈5通过可编程控制芯片2进行控制，并根据热电偶9的检测温度信号，指示灯变化与震动，一段时间后在达到预设温度时实施断电，提醒使用者进入可抽吸时间。

其中：

所述的相变加热芯4中填充的是15g的Sn-9Zn合金；

所述的电磁感应线圈5是缠距3mm、长度50mm、直径25mm、工作电压12v、工作电流5A的电磁感应线圈；

所述匹配的烟弹6是直径5mm，长35mm的烟弹；

所述的加热腔7是内径12mm、长度40mm、壁厚0.5mm的不锈钢管；

所述的金属加热壁8是内径5mm、长度40mm、壁厚0.5mm的纯铝管；

该实施例的烟用电磁加热装置的加热功率是60W，它在加热时达到的温度是200℃，并在183℃左右温度几乎恒定。

其加热曲线如图2所示，根据本说明书描述的方法，本实施例的烟用电磁加热装置进行了评吸评价，其结果表明可以实现烟支的加温与烟气释放，60s可以开始抽吸，烟气温度较低且均匀，抽吸质量良好。

实施例2

该实施例的实施方式与实施例1的实施方式相同，只是：

所述的相变加热芯4中填充的是7g的Sn-9Zn合金；

所述的电磁感应线圈5是缠距3mm、长度50mm、直径25mm、工作电压12v、工作电流5A的电磁感应线圈；

所述匹配的烟弹6是直径5mm，长35mm的烟弹；

所述的加热腔7是内径9.8mm、长度40mm、壁厚1mm的陶瓷管；

所述的金属加热壁8是内径5mm、长度40mm、壁厚1mm的黄铜管；

该实施例的烟用电磁加热装置的加热功率是60W，它在加热时达到的温度是210℃，并在185℃左右温度几乎恒定。

根据本说明书描述的方法，本实施例的烟用电磁加热装置进行了评吸评价，其结果表明可以实现烟支的加温与烟气释放，40s可以开始抽吸，烟气温度均匀，抽吸质量良好。

实施例3

该实施例的实施方式与实施例1的实施方式相同，只是：

所述的相变加热芯4中填充的是8g的Zn金属；

所述的电磁感应线圈5是缠距1.2mm、长度20mm、直径25mm、工作电压12v、工作电流10A的电磁感应线圈；

所述匹配的烟弹6是直径8mm，长20mm的烟弹；

所述的加热腔7是内径10mm、长度20mm、壁厚1mm的陶瓷管；

所述的金属加热壁8是内径8mm、长度20mm、壁厚1mm的紫铜管；

该实施例的烟用电磁加热装置的加热功率是120W，它在加热时达到的温度是425℃，并在418℃左右温度较为恒定。

根据本说明书描述的方法，本实施例的烟用电磁加热装置进行了评吸评价，其结果表明可以实现烟支的加温与烟气释放，30s可以开始抽吸，烟气温度较高，抽吸质量尚可。

Claims (6)

1.一种用于合金相变材料烟用热源的电磁加热装置，其特征在于：包括电池电源（1）、控制芯片（2）、指示灯和震动器（3）、相变加热芯（4）、电磁感应线圈（5）、加热腔（7）、金属传热壁（8）、热电偶（9）与装置外壳（10），其中：

在装置外壳（10）内，由左至右依次设置电池电源（1）、控制芯片（2）、指示器和震动器（3）与热电偶（9），并通过电源电路和控制电路连接，热电偶（9）布置在金属传热壁（8）向下延长部分，金属传热壁（8）为环绕烟弹（6）加热段的圆环柱体，向外依次为相变加热芯（4）、加热腔（7）与电磁感应线圈（5）；

电池电源（1）、控制芯片（2）、指示器和震动器（3）与电磁感应线圈（5）通过电连接实施工作电流传输；控制芯片（2）分别与电池电源（1）、指示器和震动器（3）、电磁感应线圈（5）与热电偶（9）进行信号电路连接，实施装置运行控制；

电磁感应线圈（5）通过控制芯片（2）进行控制，并根据热电偶（9）的检测温度信号，指示灯变化与震动，一段时间后在达到预设温度时实施断电，提醒使用者进入可抽吸时间；

该电磁感应加热装置的工作频率是10～999KHz；

热电偶（9）通过间歇断电的方式进行测量，以减少电磁感应对热电偶电阻值的影响；

相变加热芯（4）为合金相变材料加热芯，所述装置将合金相变材料加热芯整体，作为感应加热元件进行加热；

所述合金相变材料加热芯是由一种或多种选自铜、锌、锡、铅、铁、钴、镍、铬金属及其合金制成的加热芯；

金属传热壁（8）的形状为与烟弹（6）匹配的圆环柱体，所述烟弹（6）可以固定放置在金属传热壁中，所述金属传热壁是用纯铝、黄铜或紫铜材料制成的，其截面环内径为4mm-8mm，高度为20-50mm；

装置使用的相变加热芯根据烟弹（6）的不同，可由一种或几种选自铜、锌、锡、铅、铁、钴、镍、铬金属及其合金制成圆环柱体，其中合金相变材料的质量为1g-30g；

加热腔（7）的内外径由合金相变材料的质量决定，设计成可整体取出的形式，电磁感应线圈的内径相比加热腔（7）的外径增加1mm-30mm，并通过支架安装于装置外壳（10）中。

2.根据权利要求1所述的一种用于合金相变材料烟用热源的电磁加热装置，其特征在于：

所述的相变加热芯（4）中填充的是15g的Sn-9Zn合金；

所述的电磁感应线圈（5）是缠距3mm、长度50mm、直径25mm、工作电压12v、工作电流5A的电磁感应线圈；

所述匹配的烟弹（6）是直径5mm，长35mm的烟弹；

所述的加热腔（7）是内径12mm、长度40mm、壁厚0.5mm的不锈钢管；

所述的金属传热壁（8）是内径5mm、长度40mm、壁厚0.5mm的纯铝管；

烟用电磁加热装置的加热功率是60W，它在加热时达到的温度是200℃，并在183℃左右温度几乎恒定；

60s可以开始抽吸，烟气温度较低且均匀，抽吸质量良好。

3.根据权利要求1所述的一种用于合金相变材料烟用热源的电磁加热装置，其特征在于：

所述的相变加热芯（4）中填充的是7g的Sn-9Zn合金；

所述的电磁感应线圈（5）是缠距3mm、长度50mm、直径25mm、工作电压12v、工作电流5A的电磁感应线圈；

所述匹配的烟弹（6）是直径5mm，长35mm的烟弹；

所述的加热腔（7）是内径9.8mm、长度40mm、壁厚1mm的陶瓷管；

所述的金属传热壁（8）是内径5mm、长度40mm、壁厚1mm的黄铜管；

烟用电磁加热装置的加热功率是60W，它在加热时达到的温度是210℃，并在185℃左右温度几乎恒定；

40s可以开始抽吸，烟气温度均匀，抽吸质量良好。

4.根据权利要求1所述的一种用于合金相变材料烟用热源的电磁加热装置，其特征在于：

所述的相变加热芯（4）中填充的是8g的Zn金属；

所述的电磁感应线圈（5）是缠距1.2mm、长度20mm、直径25mm、工作电压12v、工作电流10A的电磁感应线圈；

所述匹配的烟弹（6）是直径8mm，长20mm的烟弹；

所述的加热腔（7）是内径10mm、长度20mm、壁厚1mm的陶瓷管；

所述的金属传热壁（8）是内径8mm、长度20mm、壁厚1mm的紫铜管；

烟用电磁加热装置的加热功率是120W，它在加热时达到的温度是425℃，并在418℃左右温度较为恒定；

30s可以开始抽吸，烟气温度较高，抽吸质量尚可。

5.一种合金相变材料烟用热源的电磁加热装置的制造方法，用于制造权利要求1所述的用于合金相变材料烟用热源的电磁加热装置，其特征在于：步骤如下：

第一步：连接加热腔（7）与金属传热壁（8）；

第二步：将合金相变材料灌装入空腔中制备相变加热芯（4），并封装；

第三步：将电磁感应线圈（5）安装入外壳（10）中，并将电池电源（1）、控制芯片（2）、指示灯和震动（3）、电磁感应线圈（5）与热电偶（9）电路连接；

第四步：将第二步封装后的加热芯装入外壳空腔中，进行调试。

6.一种合金相变材料烟用热源的电磁加热装置的使用方法，使用权利要求1所述的用于合金相变材料烟用热源的电磁加热装置，其特征在于：步骤如下：

第一步：将烟弹放入装置中，启动开关，指示灯亮，震动器震动，设备开始加热工作；

第二步：加热30-90s后指示灯熄灭，震动器震动，提醒用户可抽吸，一段时间后电源自动断开；

第三步：将加热腔以内部分取出进行抽吸，或使用整体装置进行抽吸，直到无烟气发出。

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