CN217826786U - 一种用于对基质加热的加热结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种加热效率高、结构简单且功耗低的用于对基质加热的加热结构，包括一端用于插入待加热基质的发热管以及插接在所述发热管另一端的换热芯，所述发热管包括绝缘外管以及设置在绝缘外管内壁并形成独立分区图案的加热涂层，所述加热涂层由印刷在绝缘外管上的加热浆体构成，所述加热涂层在绝缘外管内壁沿轴向对角形成第一加热区和第二加热区，所述第一加热区和第二加热区共同用于为待加热基质提供热量，所述第二加热区还用于加热换热芯。

Description

一种用于对基质加热的加热结构

技术领域

本实用新型涉及烟草加热设备技术领域，特别是涉及一种用于加热基质以产生气溶胶的加热结构。

背景技术

加热不燃烧的卷烟是一种新型烟草制品，其通过外部热源(气溶胶产生装置)加热烟草材料，产生供给消费者吸食的气溶胶或烟气，与传统卷烟相比，加热不燃烧卷烟没有烟草燃烧过程，避免了明火可能引发的安全事故隐患，且加热过程不产生焦油、一氧化碳等有害物质，大大减少了吸烟对消费者及周围人群的危害。气溶胶产生装置内设有用于对烟支加热的加热体，但是，传统气溶胶产生装置内的加热体仅从烟支的侧面或者中心加热，烟支的底部或内部难以烘烤均匀和透彻，吸食效果不理想。另一方面，由于热源与基质之间的间隙降低了热传导的效率使得对加热装置能够产生的加热温度要求较高。中国发明专利申请(202110908975.4)公开了一种气溶胶发生装置的加热结构，其可以从烟支的周围和底部同时加热，使得烟支受热更加均匀。但是，该加热结构使用了加热管和设置在加热管底部的电磁加热器两种加热元件，促使加热结构内部提供更大空间以容纳加热元件，从而使得加热结构内部构件复杂，功耗较大；此外，在该加热结构中，由于采用了电磁加热器，该电磁加热器在工作的过程中其内部几乎不发热，进一步降低了加热结构的加热效率,其体积较大、成本高、结构复杂也造成了基本上无法产业化。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有技术加热效率不足以及结构复杂、功耗较大的技术问题，提供一种加热效率高、结构简单且功耗低的用于对基质加热的加热结构。

按照本申请的一个实施例，提供一种用于对基质加热的加热结构，包括：一端用于插入待加热基质的发热管以及插接在所述发热管另一端的换热芯，所述发热管包括绝缘外管以及设置在绝缘外管内壁并形成独立分区图案的加热涂层，所述加热涂层由印刷在绝缘外管上的加热浆体构成，所述加热涂层在绝缘外管内壁沿轴向对角形成第一加热区和第二加热区，所述第一加热区和第二加热区共同用于为待加热基质提供热量，所述第二加热区还用于加热换热芯。

在其中一个实施例中，所述第一加热区的宽度由上至下逐渐减小，所述第二加热区的宽度由上至下逐渐增大。

在其中一个实施例中，构成所述加热涂层的加热浆体包括钨浆或银钯浆料，所述加热涂层的厚度为0.05-0.2mm。

在其中一个实施例中，所述绝缘外管由氧化锆或石英玻璃制成，所述绝缘外管的厚度为0.05-0.2mm。

在其中一个实施例中，加热结构还包括附着于加热涂层内表面及绝缘外管内壁上于加热涂层周缘的绝缘层，所述绝缘层包括釉层或耐高温绝缘涂层。

在其中一个实施例中，所述换热芯包括由高导热材质制成且开设有多个轴向通孔的圆柱体，其中，圆柱体中心处的轴向通孔孔径小于圆柱体边缘处的轴向通孔孔径。

实施本实用新型的用于对基质加热的加热结构，通过在绝缘外管的内壁上设置加热涂层，加热涂层通过印刷形成对角设置的第一加热区和第二加热区，并在发热管的底部设置换热芯，将第一和第二加热区共同用于对待加热基质的环侧面进行加热，与此同时，第二加热区还用于加热换热芯，使得换热芯温度升高并作为热源对待加热基质的底部均匀加热，加热层与待加热基质的紧密接触，提高了对基质的加热效率，且无需在待加热基质的底部设置其他加热部件，在充分利用加热涂层工作中产生热量的同时，降低了加热结构的功耗以及加热结构的使用成本，取消多余加热机构的同时，使得加热结构内部机构更加简单，有利于对加热结构的外形进行再设计，便于减小加热结构的整体尺寸。本领域现有技术几乎没有采内膜发热管，至今未见相关产品，而本实用新型将现有技术的从外侧线路加热，改到内侧加热，温效提高了，也降低了工作所需要的设定温度，本申请还采用了类似蜂窝的换热芯结构，将内膜发热的热量通过热气流有效传导到端部，整体提高热效率，降低温度设定。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例中加热结构的示意图；

图2为本实用新型的一个实施例中加热结构的剖面结构示意图；

图3为本实用新型的一个实施例中发热管展开时的结构示意图；

图4为本实用新型的一个实施例中换热芯的结构示意图；

图5为本实用新型的一个实施例中制备发热管方法的流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

请结合图1和图2，本实用新型实施例公开了一种加热效率高、结构简单且功耗低的用于对基质加热的加热结构10，该加热结构包括一端用于插入待加热基质的发热管100以及插接在发热管100另一端的换热芯200(图2)，发热管100呈中空筒状结构(图1)，包括绝缘外管110以及设置在绝缘外管110内壁并形成独立分区图案的加热涂层120，加热涂层120由印刷在绝缘外管110上的加热浆体构成，绝缘外管110的内腔为圆管形的加热腔130，一个口用于插设待加热基质，待加热基质可以是烟支或其他需要加热以产生气溶胶的管状物或棒状物。优选的，待加热基质为烟支。

本实施例中，绝缘外管110的外表面设置有与加热涂层120电连接的电极140，电极140通过导线150与外部电源连接，且电极140的表面进行绝缘处理，以避免漏电事故的发生。

加热涂层120用于在工作中对加热腔130内设置的烟支或其他待加热基质产生热辐射，提供气溶胶产生条件。加热腔130的内径等于或略大于烟支的外径，以使得烟支能够顺利插入加热腔130内，并避免烟支在加热腔130内晃动或从加热腔130内脱落。本实施例中，绝缘外管110由氧化锆或石英玻璃制成，也可以由导热的金属或陶瓷等材质制成圆管，并在圆管的表层涂覆绝缘材料，以获得绝缘外管110。绝缘外管110的厚度为0.05-0.2mm，在保证其与外部环境绝缘设置的同时，绝缘外管110的厚度小，加热涂层120产生的热量能够迅速经由绝缘外管110传递，有利于加快基质的加热进程。构成加热涂层120的加热浆体包括钨浆或银钯浆料，加热浆料也可以采用其他金属浆料或合金浆料，加热涂层120的厚度为0.05-0.2mm，以避免因加热涂层120过厚，发热管100加热温度过高造成的烟支被过度烘烤进而产生有害物质的问题。

如图3，本实施例中，加热涂层120在绝缘外管110内壁沿轴向对角形成第一加热区121和第二加热区122，第一加热区121和第二加热区122共同用于为待加热基质提供热量，第二加热区122还用于加热换热芯200，发热管100通过包括第一加热区121和第二加热区122的图版将构成加热涂层120的加热浆体印刷在构成绝缘外管110的流延片上，通过叠层、等静压、激光切割、卷曲及烧结而成。结合图1与图3可以看到，发热管100在沿其母线展开后，得到矩形板(也可以是正方形板)，第一加热区121和第二加热区122对角设置在该矩形板上，第一加热区121的宽度由上至下逐渐减小，第二加热区122的宽度由上至下逐渐增大。优选的，第一加热区121和第二加热区122在矩形板上的投影分别为直角三角形，且第一加热区121和第二加热区122中心对称。如此，在流延片卷圈成型得到发热管100后，发热管100上被加热涂层120覆盖的任一高度位置处的加热温度趋于一致，以保证烟支的环侧面均匀受热。当然，第一加热区121和第二加热区122还可以设置为其他近似三角形的结构，具体以发热管100各高度位置处的加热温度趋于一致为准。

另外，第一加热区121和第二加热区122上的加热部呈连续的S形结构，即用于构成加热涂层120的加热浆体在第一加热区121内沿着水平方向延伸至第一加热区121的斜边部时，向第一加热区121的底部折弯并反向延伸，如此重复，直至第一加热区121内印刷满加热浆体，第二加热区122内加热浆体的印刷同第一加热区121内加热浆体的印刷规则一致，这样一来，增大了第一加热区121和第二加热区122的加热密度，在避免烟支被过度烘烤的同时，提高了烟支加热的均匀性以及加热效率。

需要说明的是，本实施例中，通过在绝缘外管110的内壁上对角设置第一加热区121和第二加热区122，当烟支插入加热腔130时，烟支的上部环侧面主要由第一加热区121的顶端进行加热，第二加热区122对烟支的上部环侧面进行辅助加热，烟支的下部环侧面主要由第二加热区122的底端进行加热，第一加热区121对烟支的下部环侧面进行辅助加热。另外，本实施例中，当第一加热区121和第二加热区122上满铺加热涂层120时，第一加热区121的斜边部和第二加热区122的斜边部之间具有一倾斜通道，在流延片卷圈成型后，该倾斜通道123形成螺旋状流道，烟支插入加热腔130后，烟支的外表面直接与加热涂层120的表面贴合。如此，在加热腔130内出现加热不均情况时，热量可以经由螺旋状流道传递并与烟支进行热量交互，以提高烟支受热的均匀性，进而改善烟支加热效果。此外，在加热涂层120沿S形线路延伸设置在绝缘外管110的表面时，加热涂层120工作过程中产生的热量也可以经由加热涂层120之间的间隙流动，以促进加热腔130内热量的交互，进而提高烟支受热的均匀性。

本实施例中，换热芯200为采用金属或陶瓷等导热效果好的材料制成的导热体，其本身并不发热，主要用于吸收和采集第二加热区122工作产生的热量，换热芯200在吸热后温度升高，且换热芯200上与第二加热区122配合的部位吸收热量后，将热量向换热芯200的中部传递，以使得换热芯200整体升温，便于换热芯200对烟支的底部加热。本实施例中，通过在发热管100的底部设置换热芯200，一方面减少了热源数量，降低了加热结构的功耗，另一方面，换热芯200通过导热的方式对加热腔130内的热量进行收集，并将收集到的该部分热量提供给烟支的底部，使得烟支底部全面受热，以达到提高烟支加热效果的目的。

一实施例中，加热结构还包括附着于加热涂层120内表面及绝缘外管110内壁上于加热涂层120周缘的绝缘层，绝缘层包括釉层或耐高温绝缘涂层。换言之，当烟支插入加热腔130后，加热腔130内与烟支接触或对应烟支的部位，也可以理解为，加热腔130内与空气接触的任一表面上均设置有绝缘层，通过在加热腔130的内表面设置绝缘层，可以有效避免在烟支上存在导电介质(如：水)的情况下，引发的漏电事故，以提高加热结构使用的安全性。

请参阅图4，换热芯200包括由高导热材质制成且开设有多个轴向通孔210的圆柱体，其中，圆柱体中心处的轴向通孔210孔径小于圆柱体边缘处的轴向通孔210孔径。具体的，换热芯200的环周与发热管100的底部接触，这样，在发热管100工作的过程中，随着第二加热区122温度的升高，换热芯200环周上的温度首先上升，热量再逐渐从换热芯200的环周传递至换热芯200的中心。以使得换热芯200整体升温。本实施例中，使圆柱体中心处的轴向通孔210孔径小于圆柱体边缘处的轴向通孔210的孔径，增大了换热芯200环周部的空气通过量，以使得换热芯200上环周部的较多热量可以被迅速带往烟支的底部并对烟支进行加热，换热芯200中心部小孔径轴向通孔210的设计，可以降低换热芯200中心部热量的散失速率，在换热芯200环周部热量散失速度快和换热芯200中心处热量散失速度慢的情况下，使得换热芯200各处温度快速趋于一致，以便于对烟支的底部均匀加热。另外，还可进一步增大圆柱体边缘处的轴向通孔210的设置密度，使圆柱体端面上轴向通孔210的设置密度由圆柱体边缘向圆柱体中心的方向逐渐减小，以进一步增大圆柱体边缘的空气通过量，从而加快换热芯200上温度趋于一致的进程。

本实施例中，换热芯200可以经由发热管100的底部开口嵌装在发热管100的内壁上，也可以是换热芯200的上端面与发热管100的底面抵接，换热芯200可以通过过盈挤压的方式与发热管100配合，也可以通过胶水粘接在发热管100上，于此不再赘述。

请参阅图5，本实用新型还公开了一种制备上述加热结构的发热管的方法，该方法制备的发热管100的结构参阅图1至图3。该方法的一个实施例包括以下步骤：

S1：制备氧化锆或石英玻璃材料的流延片，单层流延片厚度为0.04-0.2mm，厚度主要取决于设备及发热管的尺寸，在厚度较薄时，设备及发热管强度差，但体积小；厚度较大时，则设备及发热管强度大，用料多。

在一个实例中，制备氧化锆单层流延片的厚度为0.08mm，此时对材料的品质要求以及设备精度要求较高。

在另一个实例中，制备氧化锆单层流延片的厚度为0.1mm。

在又一实施例中，制备氧化锆单层流延片得厚度为0.15mm，在此种情况下，工艺更成熟，成品率更高。

S2：制备构成加热涂层120的加热浆体。本实施例中，加热浆体可以为钨浆或银钯浆料，当然，加热浆料也可以采用其他金属浆料或合金浆料，以金属或合金浆料在通过电流时能够迅速发热升温为准。这里的加热涂料用于形成内膜，主要利用这些加热涂料印刷在氧化锆流延片上的图案，图3给出了这样的图案，在通电后发热。发热功率的大小取决于构成加热涂层图案的长度和宽度以及施加的电压/电流。

在一个实例中，采用钨浆为加热浆体，加热浆体的涂覆面积占了可涂覆面积的85％，可以有很高的电加热功率。

在另一个实例中，采用石墨烯加热涂料为加热浆体，加热浆体的涂覆面积占了可涂覆面积的75％。

在又一实施例中，采用银钯浆料作为加热浆体，加热浆体的涂覆面积占了可涂覆面积的80％，以便达到较大的电热功率。

S3：为了形成图3所示路径的加热体，需要预制丝印网板，将丝印网板对角设置在流延片上，形成两个独立分区图案，即第一加热区和第二加热区。本实施例中，丝印网板作为印刷加热浆料的介质，用于限定加热浆料在加热管内壁的印刷范围，丝印网板可以通过焊接或粘接的方式固定在流延片上。流延片一方面用作丝印网板的安装载体，另一方面，流延片在卷圈成型后形成圆柱形筒体，用于包围裹覆待加热的基质(如：烟支)，并限定待加热基质的加热空间，避免加热涂层120工作中产生的热量向外部传递，以提高加热结构的热能利用效率。本实施例的丝印网板既可以通过网框清理、水平检校、涂底层胶、拉网、测张力、涂粘胶、下网以及封边等工序预制得到，也可以采购市售的丝印网板。

S4：将制备好的加热浆体通过丝印网板印刷在流延片上，形成包括第一加热区121和第二加热区122的加热涂层120。

本实施例中，第一加热区121的宽度由上至下逐渐减小，第二加热区122的宽度由上至下逐渐增大。优选的，第一加热区121为设置在流延片右上角处的倒直角三角形，第二加热区122为设置在流延片左下角处的正直角三角形，且第一加热区121与第二加热区122中心对称，二者独立间隔设置。需要说明的是，第一加热区121的形状和第二加热区122的形状主要由丝印网板来控制，具体的，将两块丝印网板裁切成直角三角形状，并将丝印网板固定设置在流延片上，随后将加热浆料印刷在两块丝印网板的表面，即得到加热涂层120。本实施例中，加热浆料在两块丝印网板的表面沿着连续S形路线延伸，以保证丝印网板上具有较大的加热密度，使得第一加热区121和第二加热区122能够更加均匀的对烟支的环侧面进行加热。

另外，当第一加热区121和第二加热区122上满铺加热涂层120时，第一加热区121的斜边部与第二加热区122的斜边部之间具有一倾斜通道，以使得流延片在印刷加热涂层120并卷圈成型为加热管后，该倾斜通道在加热管的内壁上形成螺旋状流道。烟支插入加热腔130后，烟支的外表面直接与加热涂层120的表面贴合，如此，在加热腔130内出现加热不均情况时，热量可以经由螺旋状流道传递并与烟支进行热量交互，以提高烟支受热的均匀性，进而改善烟支加热效果。此外，在加热涂层120沿S形线路延伸设置在绝缘外管110的表面时，加热涂层120工作过程中产生的热量也可以经由加热涂层120之间的间隙流动，以促进加热腔130内热量的交互，进而提高烟支受热的均匀性。

S5：将多层流延片叠层到一起，一般需要3-5层流延片叠层在一起。

S6：进行一次等静压操作，将各层流延片之间压贴合，叠层得到被压贴合的流延层。即利用等静压成型工艺将多层流延片进行压合。

S7：按照发热管100尺寸进行激光切割，切割后还需要焊接加热涂层端部电连接引线，在转折或弯曲的线路的两个端部分别由引线，以便连接电源供给电路。

S8：进行二次等静压操作，将印刷有加热涂层120的流延层压贴合，以提高加热涂层120与流延层连接的稳定性。

S9：将经过切割的印刷好加热涂层120的流延层卷圈成圆筒型。

也就是说，本实施例中，利用等静压成型工艺将多层流延片进行压合，以提高由流延片卷圈成型的绝缘外管110的机械强度。等静压成型工艺是将待压试样置于高压容器中，利用液体介质不可压缩的性质和均匀传递压力的性质从各个方向对试样进行均匀加压，当液体介质通过压力泵注入压力容器时，根据流体力学原理，其压强大小不变且均匀地传递到各个方向，此时高压容器中的待压试样在各个方向上受到的压力是均匀且大小一致的。如此，最终获得的流延层各部分连接强度一致，提高了发热管100的稳定性。

S10：以第一温度对印刷有第一加热区121和第二加热区122的流延层烧结成型，得到加热管。本实施例中，若步骤S1中采用氧化锆制备流延片时，S10的烧结温度为1200度。

此外，在步骤S10获得加热管之后，还包括：

S11：对加热管内壁上釉，用于形成加热内膜与基质(卷烟烟支)之间的电绝缘，此处所上釉层非常薄；

S12：以低于第一温度的第二温度对釉层烧结，以便不会影响前次烧结的成果。

本实施例中，步骤S12对釉层的烧结温度是700-800度。通过对加热管的内壁上釉并进行烧结，获得了形成于加热涂层120内表面及绝缘外管110内壁上于加热涂层120周缘的绝缘层，实现了对发热管100加热腔130内壁的绝缘。如此，当烟支插入加热腔130后，加热腔130内与烟支接触或对应烟支的部位，也可以理解为，加热腔130内与空气接触的任一表面上均设置有绝缘层，通过在加热腔130的内表面设置绝缘层，可以有效避免在烟支上存在导电介质(如：水)的情况下，引发的漏电事故，以提高加热结构使用的安全性。

需要说明的是，通过本实施例的发热管100制备方法获得发热管100的结构与前述基质加热的加热结构中发热管100的结构一致，本方法中未提及的相关结构及功能均记载在加热结构的发热管100说明中，具体可参阅基质加热的加热结构的描述，于此不再赘述。

实施本实用新型的用于对基质加热的加热结构10，通过在绝缘外管110的内壁上设置加热涂层120，形成对角设置的第一加热区121和第二加热区122，并在发热管100的底部设置换热芯200，第一加热区121和第二加热区122共同用于对待加热基质的环侧面进行加热，与此同时，第二加热区122还用于加热换热芯200，使得换热芯200温度升高并作为热源对待加热基质的底部均匀加热，提高了对基质的加热效率，且无需在待加热基质的底部设置其他加热部件，在充分利用加热涂层120工作中产生热量的同时，降低了加热结构的功耗以及加热结构的使用成本，取消多余加热机构的同时，使得加热结构内部机构更加简单，有利于对加热结构的外形进行再设计，便于减小加热结构的整体尺寸。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种用于对基质加热的加热结构，其特征在于，包括：一端用于插入待加热基质的发热管以及插接在所述发热管另一端的换热芯，所述发热管包括绝缘外管以及设置在绝缘外管内壁并形成独立分区图案的加热涂层，所述加热涂层由印刷在绝缘外管上的加热浆体构成，所述加热涂层在绝缘外管内壁沿轴向对角形成第一加热区和第二加热区，所述第一加热区和第二加热区共同用于为待加热基质提供热量，所述第二加热区还用于加热换热芯。

2.根据权利要求1所述的加热结构，其特征在于，所述第一加热区的宽度由上至下逐渐减小，所述第二加热区的宽度由上至下逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的加热结构，其特征在于，构成所述加热涂层的加热浆体包括钨浆或银钯浆料，所述加热涂层的厚度为0.05-0.2mm。

4.根据权利要求1所述的加热结构，其特征在于，所述绝缘外管由氧化锆或石英玻璃制成，所述绝缘外管的厚度为0.05-0.2mm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的加热结构，其特征在于，还包括附着于加热涂层内表面及绝缘外管内壁上于加热涂层周缘的绝缘层，所述绝缘层包括釉层或耐高温绝缘涂层。

6.根据权利要求1-4任一项所述的加热结构，其特征在于，所述换热芯包括由高导热材质制成且开设有多个轴向通孔的圆柱体，其中，圆柱体中心处的轴向通孔孔径小于圆柱体边缘处的轴向通孔孔径。

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