CN213939716U - 一种纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，具体涉及电加热器件技术领域。包含中空管，包覆在所述中空管外侧壁上且与外部电路板电连接用于通电加热放置在所述中空管内的烟叶或烟弹的电发热层，包覆在所述电发热层的外侧壁上的绝缘隔热层，包覆在所述绝缘隔热层外的红外反射层，以及，包覆在所述红外反射层外侧壁上的固定层。所述中空管用于容纳烟叶或烟弹，所述电发热层为纳米碳纤维膜。采用上述技术方案直接将电加热膜包覆在中空管表面，相比传统的电阻丝加热管，简化了结构，减化了制作流程，且升温速度更快，加热面积更大，加热更均匀，是一种新型的电子烟加热管，在健康减害的同时能给电子烟使用者带来更好的使用体验。

Description

一种纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管

技术领域

本实用新型涉及电加热器件技术领域，具体涉及一种纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管。

背景技术

随着人们对健康的日益关注和对绿色生活环境的追求，全球控烟已经成为明显的趋势，但烟草作为一种特殊的商品，短时间内不会从市场消失，因此烟草产品减害成为烟草行业发展的必然趋势，其中加热不燃烧是最主要的解决方案，即不点燃香烟，而利用适当温度的外部热源将烟叶加热到刚好足以散发出香味的程度，此种方法可以避免传统卷烟燃烧时一氧化碳和焦油等有害物质的产生，和雾化电子烟相比，则能最大程度还原传统烟草的香味和口感体验。加热管是加热不燃烧电子烟的最关键部件之一，因此是新一代电子烟开发的重点技术。

目前，市场上加热不燃烧电子烟产品的加热温度一般为300-350℃，其发热材料采用合金电阻丝或金属片，存在以下缺点：使用寿命较短，合金电阻丝在高温下易发生氧化，导致发热效率降低甚至发生烧断；耐热冲击性能差，无法耐受长时间的反复且迅速的通断电操作。因此，有待改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，具有性质稳定，在350-400℃的温度范围内加热不发生氧化，使用寿命长；纳米碳纤维耐热冲击性能良好，适合作为频繁间断式加热器件的发热材料；纳米碳纤维膜连续分布，可完全包覆中空管表面，使烟草的受热面积更大，加热方式主要为红外辐射加热，加热更加均匀，加热速度更快，同时，纳米碳纤维比表面积大，因而其红外辐射面积大，功率密度高，可在瞬间达到电子烟所要求的温度的优势。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，中空管，所述中空管用于容纳烟叶或烟弹；包覆在所述中空管外侧壁上、且与外部电路板电连接的、用于通电加热放置在所述中空管内的烟叶或烟弹的电发热层；包覆在所述电发热层的外侧的绝缘隔热层；包覆在所述绝缘隔热层外的红外反射层；以及，包覆在所述红外反射层外侧的固定层。

所述中空管为石英管、氧化铝管或氧化镁管。

所述电发热层为纳米碳纤维膜；当向所述纳米碳纤维膜输入电压为5V时，所述纳米碳纤维膜的加热温度为350-400℃。

所述纳米碳纤维膜的两端边缘处设置有金属电极。

所述绝缘隔热层为陶瓷纤维膜、云母纸、碳化硅纤维纸、玻璃纤维纸或硅酸铝纤维纸。

所述红外反射层为铝箔或镍箔。

所述中空管的内径为6-15mm、壁厚为1-3mm；所述绝缘隔热层的厚度为0.1-0.2mm；所述红外反射层的厚度为10-50μm。

所述固定层由两个对称的半圆弧状玻璃片或陶瓷片组成。

所述固定层上设置有用于将所述固定层固定装配在所述红外反射层上的固定件。

采用上述技术方案后，本实用新型有益效果为：中空管用于容纳烟叶或烟弹。电发热层包覆在中空管外侧壁上，并与外部电路板电连接用于通电加热烟叶或烟弹。绝缘隔热层包覆在电发热层的外侧。绝缘隔热层包覆在纳米碳纤维膜表面，减少热量向外扩散损失，增强中空加热腔的加热效果，同时降低外层包装的温度，防止出现烫手的问题。纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管还包括红外反射层，红外反射层包覆在绝缘隔热层外。红外光反射层包覆在绝缘隔热层表面，将部分红外辐射反射回中空加热腔，增强加热效果。纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管还包括固定层,将中空石英管、电加热层、绝缘隔热层和红外光反射层封装成一个整体。电发热层为纳米碳纤维膜，可实现中空管受热均匀，快速升温至烟叶或烟弹所需的加热温度，增强用户的体验感，发热稳定的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施实例1所制备的纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管截面结构示意图；

图2为实施实例1所制备的纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管立体结构示意图；

图3为实施实例1中电发热层包覆在中空石英管表面的结构示意图；

图4为实施实例1和2中纳米碳纤维膜发热后进行X射线光电子能谱测试得到的谱图。

附图标记说明：10、中空管；20、电发热层；30、绝缘隔热层；40、红外光反射层；50、固定层；23、导线；51、固定件。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1：

本实施例涉及一种纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，如图1-3所示，包括：中空管10、电发热层20、绝缘隔热层30、红外反射层以及固定层50。

具体地，中空管10用于容纳烟叶或烟弹。电发热层20包覆在中空管10外侧壁上的、并与外部电路板电连接、用于加热放置在中空管10内的烟叶或烟弹。绝缘隔热层30包覆在电发热层20的外侧壁上。绝缘隔热层30包覆在电发热层20表面，减少热量向外扩散损失，增强中空加热腔的加热效果，同时降低外层包装的温度，防止出现烫手的问题。红外反射层包覆在绝缘隔热层30外，用于将部分红外辐射反射回中空加热腔，增强加热效果。固定层50包覆在红外反射层外侧壁上。将中空管10、电加热层、绝缘隔热层30和红外光反射层40封装成一个整体。

优选地，中空管10为中空石英管、氧化铝管或氧化镁管。电发热层20为纳米碳纤维膜。可实现中空管10受热均匀，快速升温至烟叶或烟弹所需的加热温度，增强用户的体验感，发热稳定的效果。绝缘隔热层30为陶瓷纤维膜、云母纸、碳化硅纤维纸、玻璃纤维纸或硅酸铝纤维纸。红外反射层为铝箔或镍箔。在本实施例中，所述纳米碳纤维膜的厚度为20-200μm；纳米碳纤维膜的电导率为2000-5000S/m。当向所述纳米碳纤维膜输入电压为5V时，所述纳米碳纤维膜的加热温度为350-400℃。绝缘隔热层30为云母纸。绝缘隔热层30的厚度为0.1-0.2mm。中空管10的内径为6-15mm、壁厚为1-3mm。具有清理维护更加方便快捷的优点，由于发热材料不与烟叶直接接触，不需对加热体做清理维护，只需擦拭中空石英管内壁即可完成清理。红外反射层为铝箔。红外反射层的厚度为10-50μm。

需要说明的是，纳米碳纤维膜由静电纺丝法制备的PAN纳米纤维膜经预氧化、碳化后，再在2000-2800℃的石墨化炉中石墨化1-3小时制成。以下结合具体实施实例进行说明。在本实施例中，所述纳米碳纤维膜的两端边缘处设置有金属电极，便于外部电路板或电源通过导线23与金属电极连接，从而向纳米碳纤维膜输入电能，以实现纳对纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管进行通电。

优选地，固定层50由两个对称的半圆弧状玻璃片或陶瓷片组成。固定层50上设置有用于将固定层50固定装配在红外反射层上的固定件51。在本实施例中，固定件51为金属卡箍或耐高温胶。

作为本实用新型的一种方案，按照图1所示的截面结构示意图和图2所示的立体结构示意图，从内到外依次为中空管10、电加热层、绝缘隔热层30、红外光反射层40、固定层50进行加热管组装，选取内径为8mm，壁厚为2mm，长度为40mm的中空石英管作为烟叶容器，纳米碳纤维膜经2400℃石墨化处理1h后，并将其裁剪成面积为32mm×40mm的矩形，两端涂覆耐高温导电胶与金属铜箔形成金属电极、然后通过铜导线23连接金属电极，将连接好电极的纳米碳纤维膜通过耐高温胶包覆固定在中空石英管外表面，其结构如图3所示，再依次包覆上云母纸和铝箔，选取长度为40mm，直径为11mm的半圆弧状玻璃片，通过耐高温胶包覆固定在铝箔表面，使中空石英管、纳米碳纤维膜、绝缘隔热层30和红外光反射层40封装成一个整体，构成纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，控制控制路板或电源向加热管两端的金属电极间施加5V直流电压，用红外测温仪测量中空管10内温度，因电子烟对快速升温性能的要求，测试时间设定为3秒。

本实施实例制备的纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，在5V电压下，电流为2A，3秒内升温至395℃且维持稳定发热，连续通电工作1000h后，其电阻为2.5Ω，没有发生明显变化，工作温度稳定在390-400℃。

实施实例2：本实施例与实施例1的主要区别在于：

本实用新型中纳米碳纤维膜的石墨化处理温度为2000℃，时间为2h，其余条件与实施实例1相同。

本实施实例制备的纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，在5V电压下，电流为1.6A，3秒内升温至360℃且维持稳定发热，连续通电工作4h后，其电阻逐渐增大至5Ω，工作温度逐渐降低至290-310℃。

实施实例3：本实施例与实施例1的主要区别在于：

本实用新型中纳米碳纤维膜的石墨化处理温度为2800℃，时间为2h，其余条件与实施实例1相同。

本实施实例制备的纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，在5V电压下，电流为2.1A，3秒内升温至400℃且维持稳定发热，连续通电工作1000h，其电阻为2.4Ω，没有发生明显变化，工作温度稳定在395-400℃。

实施实例4：本实施例与实施例1的主要区别在于：

本实用新型中石墨化处理温度为2400℃，时间为2h，其余条件与实施实例1相同。

本实施实例制备的纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，在5V电压下，电流为2A，3秒内升温至395℃且维持稳定发热，连续通电工作1000h，其电阻为2.5Ω，没有发生明显变化，工作温度稳定在390-400℃。

实施实例5：

本实用新型中石墨化处理温度为2400℃，时间为3h，其余条件与实施实例1相同。

本实施实例制备的纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，在5V电压下，电流为2A，3秒内升温至395℃且维持稳定发热，连续通电工作1000h，其电阻为2.5Ω，没有发生明显变化，工作温度稳定在390-400℃。

对比实施实例1-3，可以看出石墨化处理温度较低时，获得的纳米碳纤维膜稳定性较差，通电发热时发生部分氧化导致电阻增大，发热温度降低，图4显示了实施实例1和2中纳米碳纤维膜发热后进行X射线光电子能谱测试得到的谱图，从图中可以看出，当石墨化处理温度为2000℃时，纳米碳纤维膜在350-400℃工作会发生明显氧化，表面含氧基团数量明显增多。当石墨化处理温度为2400℃时，可获得稳定性良好的纳米碳纤维膜，其电阻及发热温度稳定，继续增加石墨化处理温度，仍可获得稳定性良好的纳米碳纤维膜，但其电阻与稳定发热温度变化不明显。对比实施实例1、4、5，可以看出石墨化处理时间对纳米碳纤维膜电阻及稳定发热温度的影响不明显。

综上，电发热层20的纳米碳纤维膜合适的石墨化处理温度为2400℃，时间为1h。此条件下制备的纳米碳纤维膜组装成的快速升温电子烟加热管在5V直流电压下工作，可在350-400℃的温度范围内稳定发热，通电后几秒内可使烟叶中的香味挥发，等待时间短，使用寿命长达1000h，显著改善了电子烟的使用体验。

本实用新型的工作原理大致如下述：制作纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，先取一个中空管10，再取纳米碳纤维膜，并裁剪该纳米碳纤维膜,使其长度为中空管10周长，宽度为中空管10的长度，并通过耐高温胶将裁剪好纳米碳纤维膜固定在中空管10外侧壁上，使纳米碳纤维膜完全包覆中空管10，使得中空管10的受热温度均匀，从而保证中空管10腔内的烟叶或烟弹受热均匀，然后通过耐高温胶将金属电极固定在纳米碳纤维膜两端的边缘处，金属电极位于中空管10两端，外部电路板或电源通过导线23与金属电极连接，再将云母纸通过耐高温胶固定在纳米碳纤维膜外侧，使云母纸完全包覆在纳米碳纤维膜外侧，减小热量向外扩散，增强电发热层20对烟叶的加热效果，然后裁剪铝箔，并通过耐高温胶将铝箔固定在云母纸外侧，使铝箔完全包覆在云母纸外侧，减少纳米碳纤维膜对外的红外辐射，增强加热层对烟叶的加热效果，最后通过耐高温胶将两个半圆弧状的玻璃片包覆在所述铝箔表面，使中空石英管、电加热层、绝缘隔热层30和红外光反射层40封装成一个整体。本实用新型将完整的纳米碳纤维膜直接作为发热体包覆在中空石英管外侧，两端连接电极即可，具有加工成型简单的优点。

以上，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，其特征在于，包括：

中空管(10)，所述中空管(10)用于容纳烟叶或烟弹；

包覆在所述中空管(10)外侧壁上、且与外部电路板电连接的、用于通电加热放置在所述中空管(10)内的烟叶或烟弹的电发热层(20)；

包覆在所述电发热层(20)的外侧的绝缘隔热层(30)；

包覆在所述绝缘隔热层(30)外的红外反射层；

以及，包覆在所述红外反射层外侧的固定层(50)。

2.根据权利要求1所述的纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，其特征在于，所述中空管(10)为石英管、氧化铝管或氧化镁管。

3.根据权利要求1所述的纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，其特征在于，所述电发热层(20)为纳米碳纤维膜；

当向所述纳米碳纤维膜输入电压为5V时，所述纳米碳纤维膜的加热温度为350-400℃。

4.根据权利要求3所述的纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，其特征在于，所述纳米碳纤维膜的两端边缘处设置有金属电极。

5.根据权利要求1所述的纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，其特征在于，所述绝缘隔热层(30)为陶瓷纤维膜、云母纸、碳化硅纤维纸、玻璃纤维纸或硅酸铝纤维纸。

6.根据权利要求1所述的纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，其特征在于，所述红外反射层为铝箔或镍箔。

7.根据权利要求1所述的纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，其特征在于，

所述中空管(10)的内径为6-15mm、壁厚为1-3mm；

所述绝缘隔热层(30)的厚度为0.1-0.2mm；

所述红外反射层的厚度为10-50μm。

8.根据权利要求1所述的纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，其特征在于，所述固定层(50)由两个对称的半圆弧状玻璃片或陶瓷片组成。

9.根据权利要求8所述的纳米碳纤维膜快速升温电子烟加热管，其特征在于，所述固定层(50)上设置有用于将所述固定层(50)固定装配在所述红外反射层上的固定件(51)。

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