CN114041636A - 一种具有电弧加热机构的电子烟及其烘烤烟弹的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种具有电弧加热机构的电子烟，其包括烟弹、烟管、加热组件和控制组件。烟弹安装于烟管的一端。加热组件和控制组件均安装于烟管的内部。加热组件包括加热针、绝缘件、电弧发生导线、回流导线和高压发生模块。加热针为金属材质，其上端***烟弹中。加热针具有一朝下端开口的第一空腔，绝缘件的上端***第一空腔中。绝缘件具有上、下端均开口的第二空腔。电弧发生导线的上端为尖顶形，***于第二空腔中，形成电弧发生头，并指向第一空腔的内顶面，下端连接高压发生模块。电弧发生头向加热针的内顶面发射电弧来提供热能，加热针传热至烟弹，能为烟弹中的烟制品提供稳定充分的热能，不会烧焦烟制品。

Description

一种具有电弧加热机构的电子烟及其烘烤烟弹的方法

技术领域

本发明涉及电子烟技术领域，特别涉及一种具有电弧加热机构的电子烟，以及基于该电子烟的烘烤烟弹以及烟弹中的烟制品的方法。

背景技术

目前，电子烟市场越来越大，被认为是传统卷烟的良好替代品，对健康危害比传统卷烟要小。通过加热方式但不燃烧的电子烟的工作原理主要是通过低温(大约350℃左右)烘烤特制的烟草制品的方式，产生气雾，供使用者抽吸。

传统的电加热方式主要是以电阻生热方式进行释放热量，加热针及加热环存在一定的体积限制，以及容易折断、维修成本高等问题。且单一的加热片或加热针常常不能充分烘烤烟弹的发烟段，使之加热过程中加热不充分，香气一致性差，烟气衰减明显，且浪费部分偏多。如果加高极热温度又会导致烟弹的发烟段中部反复高温加热，容易焦糊，导致烟气味道改变。

(1)专利1——申请号为CN201180062229.2，公开了一种还原的陶瓷加热元件，实质为一种导电层形成于陶瓷材料的表面上，通过电流热效应进行加热的加热方式，其采用厚膜印刷工艺，属于电阻加热。由于印刷电加热导电层的电阻浆料为金属、合金粉末和粘结剂的混合物，存在混合不均匀的问题，导致电阻不稳定，产品一致性差；厚膜印刷形成的电加热导导电层较薄，极易磨损及消耗，不易于清理，清理过程中容易破坏导电层，从而导致装置报废，且电层截面积小，长期在高温环境工作易出现老化断路，使用寿命短；制造工序繁多、材料和设备价格昂贵。

(2)专利2——申请号为CN201580015503.9，公开了一种感应加热装置、包括感应加热装置的气溶胶递送***及其操作方法，具体公开了一种依靠电磁感应加热的加热方式，其加热针位于装置中间，通过***线圈利用交变的电流产生交变的磁场，使加热针内部产生涡流，从而使金属工件迅速发热，属于感应加热。其存在加工及形成方式复杂，技术及工艺难度高，成本高，且感应部件(感应圈)互换性和适应性较差的问题。

(3)专利3——申请号为CN201280029745.X，公开了一种加热可抽吸材料，具体公开了一种采用卤素红外加热的加热方式，其加热需要多个加热突起，其使用了真空管进行保温及隔热，属于红外加热。但其产品结构复杂，多个加热突起无法适配市场上现有的烟弹产品，适用性差，且相关技术及加工工艺难度高，成本高，设备保温要求高，需用到真空管，但是真空管以目前技术，成本高昂，且漏气不可避免，使用寿命不长，性价比低。

(4)专利申请4——公开号为CN112910456A，公开了一种脉冲电极交替切换的均匀加热雾化控制方法，具体公开了一种采用中间脉冲电极，与四周电极交替切换放电产生电弧来直接对烟弹进行加热的加热方式，属于电弧加热。因为电弧放电能量密度高，电弧中心温度可达6000度以上，但周围温度低，若靠近电弧放电口则烟叶容易烤焦，若远离放电口则温度无法达到有效工作温度。因此虽然电弧加热速度快，但温控难度高且无法有效全面加热。实用性较差，且制作工艺相对复杂，对电极间的距离精度要求高。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种具有电弧加热机构的电子烟，以及基于该电子烟的烘烤烟弹以及烟弹中的烟制品的方法，旨在改进现有加热不燃烧电子烟的加热方式，实现更加高效、高质量地对加热不燃烧烟草制品进行加热烘烤，提高用户的抽吸体验。本发明所采取的方案具体如下。

一种具有电弧加热机构的电子烟，包括烟弹、烟管、加热组件和控制组件；所述烟弹安装于所述烟管的一端；所述加热组件和所述控制组件均安装于所述烟管的内部。所述加热组件包括加热针、绝缘件、电弧发生导线、回流导线和高压发生模块；所述加热针为金属材质，其上端***所述烟弹中；所述加热针具有一朝下端开口的第一空腔，所述绝缘件的上端***所述第一空腔中；所述绝缘件具有上、下端均开口的第二空腔；所述电弧发生导线的上端为尖顶形，***于所述第二空腔中，形成电弧发生头，并指向所述第一空腔的内顶面，下端连接所述高压发生模块；所述回流导线分别连接所述加热针和所述高压发生模块；所述高压发生模块连接于所述控制组件。

作为本发明的具有电弧加热机构的电子烟的进一步改进，所述加热针的主体为圆柱体形，该圆柱体的内部设置有所述第一空腔，该圆柱体的上端外侧为尖顶形状，下端还包括分别连接于该圆柱体两侧的两个圆环。

作为本发明的具有电弧加热机构的电子烟的进一步改进，所述绝缘件包括立柱和底盘，所述立柱垂直连接于所述底盘；所述立柱的内部延伸至所述底盘的中心处设置所述第二空腔；所述底盘上还设置有对接两个所述圆环的两个圆孔，通过螺栓串接圆环和圆孔来固定所述加热针和所述绝缘件；所述回流导线连接于其中一个螺栓。

作为本发明的具有电弧加热机构的电子烟的进一步改进，所述绝缘件的材质为陶瓷，所述立柱为中空圆柱体，其壁厚为0.3～0.6mm。

作为本发明的具有电弧加热机构的电子烟的进一步改进，所述电弧发生导线的上端与所述第一空腔的内顶面的距离为1～3mm。

作为本发明的具有电弧加热机构的电子烟的进一步改进，所述加热针为紫铜材质，并且外表面和第一空腔的内表面均镀有镍层。

作为本发明的具有电弧加热机构的电子烟的进一步改进，所述烟弹包括依次连接的烟嘴、烟雾冷却件和储烟仓；所述加热针的上端无缝***所述储烟仓中。

作为本发明的具有电弧加热机构的电子烟的进一步改进，所述控制组件包括控制电路板、电池、电流放大器和温度传感器；所述温度传感器设置于所述加热针的下端；所述电池、所述电流放大器和所述温度传感器分别连接于所述控制电路板；所述电流放大器还连接于所述高压发生模块。

作为本发明的具有电弧加热机构的电子烟的进一步改进，所述电子烟装置还包括电源开关、指示灯、震动模块和充电模块，分别连接于所述控制电路板；所述电源开关和所述指示灯设置于所述烟管的侧表面；所述震动模块位于所述烟管的内部；所述充电模块的充电口位于所述烟管远离所述烟弹的一端面。

本发明还提供一种利用上述的电子烟装置烘烤烟弹的方法，该方法包括：

打开电源开关进行开机，所述控制电路板输出电信号，经过所述电流放大器放大所述电信号，放大的电信号传导至所述高压发生模块，所述高压发生模块被启动，使得所述电弧发生导线的尖顶形上端和所述加热针的内顶面之间产生电弧，对加热针进行预热，加热针将热量传导给烟弹，所述温度传感器感应加热针的温度并传输信号至所述控制电路板，当温度达到设定值后，控制电路板输出信号来启动所述震动模块，提醒用户可以抽吸；

当用户进行抽吸时，通过所述温度传感器反馈温度数据，对电弧放电进行调整，以控制温度在设定范围内；

所述控制电路板控制在开机时所述指示灯亮，并在关机时，控制所述震动模块提供震动及控制指示灯闪烁来提示用户抽吸结束。

本发明提供了一种具有电弧加热机构的电子烟装置及其烘烤烟弹的方法，电弧加热机构包括电弧发生导线的尖顶形成的电弧发生头，能向加热针的内顶面发射电弧来提供热能，将热能传送到加热针上，再通过加热针传热完成对烟弹的烘烤，采用电弧对烟弹间接加热，能为烘烤烟弹中的烟丝、烟膏或烟油制品提供稳定充分的热能，不会烧焦烟弹中的烟制品。电弧方式能够快速对加热针进行加热，达到烘烤烟弹的温度(350℃左右)，同时加热针为金属材质，具有一定韧性，不易折断，制造成本低，且降低了维修成本。相比于卤素红外加热的方式和采用电磁感应加热的方式，本发明的间接电弧加热方式，所使用的装置其加工及形成方式较为简单，技术及工艺难度较低，成本也较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明的具有电弧加热机构的电子烟的一种实施方式的外部结构示意图。

图2为图1的电子烟隐藏外部的烟管后的内部结构示意图。

图3为图2的电子烟装置隐藏上部的烟弹和上盖后的内部结构示意图。

图4为图2的电子烟装置的局部剖视图。

图5为图2的电子烟装置中的绝缘件的立体图。

图6为图2的电子烟装置中的加热针的剖视图。

图7为图2的电子烟装置中的加热针的立体图。

图8为电子烟的控制原理图。

附图标记：烟弹1、烟管2、加热针3、绝缘件4、电弧发生导线5、回流导线6、高压发生模块7、烟嘴101、储烟仓102、烟雾冷却件103、上盖201、下盖202、第一空腔301、圆柱体302、圆环303、第二空腔401、立柱402、底盘403、圆孔404、电弧发生头501、控制电路板8、电池9、电流放大器10、温度传感器11、指示灯12、震动模块13、充电模块14、电源开关15。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

如图1所示，一种具有电弧加热机构的电子烟，包括烟弹1、烟管2、加热组件和控制组件；所述烟弹1安装于所述烟管2的一端。所述加热组件和所述控制组件均安装于所述烟管2的内部。烟管2可以是圆柱形，也可以是椭圆柱形，或者是截面为标准跑道形状的柱形，即两端为弧形，中间为两条平行线，拼接而成的截面形状。烟管2的外形和其内腔可以是相同的形状，也可以有所不同。

如图2～图6所示，所述加热组件包括加热针3、绝缘件4、电弧发生导线5、回流导线6和高压发生模块7。所述加热针3为金属材质，其上端***所述烟弹1中，使得加热针3具有一定韧性，不易折断，且能导电而接收电弧，并且具有高导热性，能将热量迅速传入烟弹1中。所述加热针3具有一朝下端开口的第一空腔301，所述绝缘件4的上端***所述第一空腔301中。所述绝缘件4具有上、下端均开口的第二空腔401。所述电弧发生导线5的上端为尖顶形，***于所述第二空腔401中，形成电弧发生头501，并指向所述第一空腔301的内顶面，下端连接所述高压发生模块7。所述回流导线6分别连接所述加热针3和所述高压发生模块7。

所述高压发生模块7连接于所述控制组件。所述控制组件能控制所述高压发生模块7输出高电压，在所述电弧发生头501和所述加热针3的第一空腔301的内顶面之间形成电弧，使得所述加热针3被加热，所述加热针3再将热量传导至所述烟弹1，对所述烟弹1和烟弹1中的储存的烟制品进行烘烤。采用电弧加热可以快速提高加热针3的温度，并且电弧产生于加热针3内部，可以显著提高热量利用效率。电弧可以是单电弧、双电弧或多电弧，方便实现不同加热功率的需求。

如图6和图7所示，所述加热针3的主体为圆柱体形。该圆柱体302的内部设置有所述第一空腔301，该圆柱体302的上端外侧为尖顶形状，使得加热针3易于***烟弹1中，并且在***过程中能均匀挤压烟制品，可以更有效的对整个烟弹1进行均匀充分的烘烤。该圆柱体302的下端还包括分别连接于该圆柱体302两侧的两个圆环303。该圆柱体302的截面外直径可以为2mm，该圆柱体302在第一空腔301处的壁厚为0.4mm，可以满足传热性能需求。加热针3可预制于烟弹1内，随烟弹1作为一次性更换部件来使用，使用方便，相比加热丝成本更低。

如图5所示，所述绝缘件4包括立柱402和底盘403。所述立柱402垂直连接于所述底盘403。所述立柱402的内部延伸至所述底盘403的中心处开设所述第二空腔401；所述电弧发生导线5的上半部分***该第二空腔401之中。所述底盘403可以为圆形，也可以是两端为弧形，中间为方形的拼成的类似标准跑道形状，或者其他的形状，优选为和烟管2的内腔相契合的形状。底盘403上还设置有对接两个所述圆环303的两个圆孔404，通过螺栓串接圆环303和圆孔404来固定所述加热针3和所述绝缘件4；所述回流导线6连接于其中一个螺栓。绝缘件4的底盘403为和烟管2的截面相适配的形状，如烟管2的截面为圆缺形，则绝缘件4的底盘403也为圆缺形(两端为弧形，中间为一组平行线段，连接而成)，并和烟管2的内壁贴合连接。电弧发生机构位于所述绝缘件4底盘403之上，而高压发生模块7位于底盘403之下，底盘403能隔绝电和热，确保下方的高压发生模块7和控制组件不会被电弧和高温影响，能稳定的工作。

所述绝缘件4的材质为不导热的陶瓷，如粘土制成的陶瓷，陶瓷绝缘耐高温，能有效阻隔电弧和热量。所述立柱402为中空圆柱体，其壁厚为0.3～0.6mm，优选0.5mm，能保证不会被电弧击穿。

所述电弧发生导线5的上端与所述第一空腔301的内顶面的距离为1～3mm。由于空气击穿电压约为3Kv/mm，因此此处电弧发生头501与加热针3的内顶面的距离优选为2mm，电压范围在6Kv到30Kv之间，优选15Kv左右。

所述加热针3为紫铜材质，并且外表面和第一空腔301的内表面均镀有镍层。芯部采用紫铜材质，提高温度传导速率。外表面电镀的镍层在空气中的稳定性很高。金属镍具有很强的钝化能力，在表面能迅速生成一层极薄的钝化膜，能抵抗烟制品的腐蚀。在其他实施方式中，加热针3的下端外表面还可以采用镀铂金来保护紫铜不受氧化，减少热散失。加热针3的上端外表面可以镀镍、铬、铂金、黄金等，增进抗蚀能力及耐磨能力。

本装置采用电弧发生导线5的尖顶和加热针3的内顶面之间产生电弧来提供热能，将热能传送到加热针3上，通过加热针3传热完成对烟弹1内烟制品的烘烤。加热针3可在烟弹加工时内嵌于烟弹1内，和烟弹1作为一体部件而一次性使用，免除不易清洗且清洗易损坏加热针3的烦恼。

如图2所示，烟管2的上、下端开口处还分别设置了上盖201和下盖202。烟弹1为管状，其穿过上盖201且固定连接上盖201。上盖201为磁吸提取器式设计，使得烟弹1取出更快捷、省力。烟弹1穿出上盖201之外的管段为烟嘴101，烟嘴101内安装有醋酸纤维素棉体，用于过滤烟雾中的杂质，烟嘴101为使用者抽吸烟雾的直接接触点。烟嘴101的内管段为储烟仓102，用于储存烟制品。该烟嘴101在外管段和内管段之间还安装有烟雾冷却件103(如褶皱状的聚乳酸薄片)，用于隔开烟嘴101和储烟仓102，但又能让烟雾通过并冷却。所述加热针3的上端无缝***所述储烟仓102中，以对烟制品进行加热。烟制品被加热针3加热后产生烟雾，使用者抽吸时，在储烟仓102产生的烟雾先通过烟雾冷却件103，再通过烟嘴101进入口腔中。

其中，所述控制组件包括控制电路板8、电池9、电流放大器10和温度传感器11。所述温度传感器11设置于所述加热针3的下端，用于对加热针3进行温度监测并反馈，配合控制温度保持在350℃左右(300℃到380℃之间)。所述电池9、所述电流放大器10和所述温度传感器11分别连接于所述控制电路板8。控制电路板8上安装有控制芯片，用于控制电路数据处理。所述电流放大器10可以是大功率三极管，并连接于所述高压发生模块7。电流放大器10用于放大控制电路板8的芯片输出的控制电流，控制高压发生模块7能产生的电弧大小。电池9可采用3.7v大电流锂电池，满足加热功率的需求。

其中，所述电子烟装置还包括电源开关15、指示灯12、震动模块13和充电模块14，分别连接于所述控制电路板8。所述电源开关15和所述指示灯12设置于所述烟管2的侧表面。所述震动模块13位于所述烟管2的内部。所述充电模块14的充电口位于所述烟管2远离所述烟弹1的一端面上，即设置于下盖202上，充电口可以采用国际通用Type-c接口，或者其他可替代充电接口。指示灯12用于对开关机状态的提示及电池电量的反馈。震动模块13用于对装置是否到达可抽吸状态的反馈。

请参阅图8，上述的电子烟装置烘烤烟弹的方法包括：

打开电源开关15，所述控制电路板8输出电信号，经过所述电流放大器10放大所述电信号，放大的电信号传导至所述高压发生模块7，所述高压发生模块7被启动，两端导线之间形成高电压，使得所述电弧发生导线5的尖顶形上端和所述加热针3的内顶面之间产生电弧，电弧对加热针3进行预热，加热针3传导热量给烟弹1，对烟弹1中的烟制品进行加热，所述温度传感器11感应加热针3的温度并传输信号至所述控制电路板8，当温度达到设定值后，控制电路板8输出信号来启动所述震动模块13，提醒用户可以抽吸。

当用户进行抽吸时，通过所述温度传感器11反馈温度数据，控制电路板8对电弧放电功率进行调整，以控制温度在设定值，例如350℃，在实际调控过程中，温度维持在300℃到380℃之间。温度设定值可以根据情况而具体调整，如设置为360～400℃等。

所述控制电路板8控制在开机时所述指示灯12亮，并在关机时，控制所述震动模块13提供震动及控制指示灯12闪烁来提示用户抽吸结束。

本实施方式中的具有电弧加热机构的电子烟装置及其烘烤烟弹的方法，电弧加热机构包括电弧发生导线的尖顶形成的电弧发生头，能向加热针的内顶面发射电弧来提供热能，将热能传送到加热针上，再通过加热针传热完成对烟弹的烘烤，采用电弧对烟弹间接加热，能为烘烤烟弹中的烟丝、烟膏或烟油制品提供稳定充分的热能，不会烧焦烟弹中的烟制品。电弧方式能够快速对加热针进行加热，达到烘烤烟弹的温度(350℃左右)，同时加热针为金属材质，具有一定韧性，不易折断，制造成本低，维修成本低。相比于卤素红外加热的方式和采用电磁感应加热的方式，本实施方式的电弧间接加热方式，所使用的装置其加工及形成方式较为简单，技术及工艺难度较低，成本也较低，能高效、高质量地对烟草制品进行加热烘烤，提高用户的抽吸体验。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的权利范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种具有电弧加热机构的电子烟，其特征在于，包括烟弹(1)、烟管(2)、加热组件和控制组件；所述烟弹(1)安装于所述烟管(2)的一端；所述加热组件和所述控制组件均安装于所述烟管(2)的内部；

所述加热组件包括加热针(3)、绝缘件(4)、电弧发生导线(5)、回流导线(6)和高压发生模块(7)；所述加热针(3)为金属材质，其上端***所述烟弹(1)中；所述加热针(3)具有一朝下端开口的第一空腔，所述绝缘件(4)的上端***所述第一空腔中；所述绝缘件(4)具有上、下端均开口的第二空腔；所述电弧发生导线(5)的上端为尖顶形，***于所述第二空腔中，形成电弧发生头，并指向所述第一空腔的内顶面，下端连接所述高压发生模块(7)；所述回流导线(6)分别连接所述加热针(3)和所述高压发生模块(7)；所述高压发生模块(7)连接于所述控制组件。

2.根据权利要求1所述的具有电弧加热机构的电子烟，其特征在于，所述加热针(3)的主体为圆柱体形，该圆柱体的内部设置有所述第一空腔，该圆柱体的上端外侧为尖顶形状，下端还包括分别连接于该圆柱体两侧的两个圆环。

3.根据权利要求2所述的具有电弧加热机构的电子烟，其特征在于，所述绝缘件(4)包括立柱和底盘，所述立柱垂直连接于所述底盘；所述立柱的内部延伸至所述底盘的中心处设置所述第二空腔；所述底盘上还设置有对接两个所述圆环的两个圆孔，通过螺栓串接圆环和圆孔来固定所述加热针(3)和所述绝缘件(4)；所述回流导线(6)连接于其中一个螺栓。

4.根据权利要求3所述的具有电弧加热机构的电子烟，其特征在于，所述绝缘件(4)的材质为陶瓷，所述立柱为中空圆柱体，其壁厚为0.3～0.6mm。

5.根据权利要求1所述的具有电弧加热机构的电子烟，其特征在于，所述电弧发生导线(5)的上端与所述第一空腔的内顶面的距离为1～3mm。

6.根据权利要求1所述的具有电弧加热机构的电子烟，其特征在于，所述加热针(3)为紫铜材质，并且外表面和第一空腔的内表面均镀有镍层。

7.根据权利要求1所述的采用电弧加热的电子烟装置，其特征在于，所述烟弹(1)包括依次连接的烟嘴(101)、烟雾冷却件(103)和储烟仓(102)；所述加热针(3)的上端无缝***所述储烟仓(102)中。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的采用电弧加热的电子烟装置，其特征在于，所述控制组件包括控制电路板(8)、电池(9)、电流放大器(10)和温度传感器(11)；所述温度传感器(11)设置于所述加热针(3)的下端；所述电池(9)、所述电流放大器(10)和所述温度传感器(11)分别连接于所述控制电路板(8)；所述电流放大器(10)还连接于所述高压发生模块(7)。

9.根据权利要求8所述的采用电弧加热的电子烟装置，其特征在于，所述电子烟装置还包括电源开关(15)、指示灯(12)、震动模块(13)和充电模块(14)，分别连接于所述控制电路板(8)；所述电源开关(15)和所述指示灯(12)设置于所述烟管(2)的侧表面；所述震动模块(13)位于所述烟管(2)的内部；所述充电模块(14)的充电口位于所述烟管(2)远离所述烟弹(1)的一端面。

10.一种利用权利要求9所述的电子烟装置烘烤烟弹的方法，其特征在于：

打开电源开关(15)进行开机，所述控制电路板(8)输出电信号，经过所述电流放大器(10)放大所述电信号，放大的电信号传导至所述高压发生模块(7)，所述高压发生模块(7)被启动，使得所述电弧发生导线(5)的尖顶形上端和所述加热针(3)的内顶面之间产生电弧，对加热针(3)进行预热，加热针(3)将热量传导给烟弹(1)，所述温度传感器(11)感应加热针(3)的温度并传输信号至所述控制电路板(8)，当温度达到设定值后，控制电路板(8)输出信号来启动所述震动模块(13)，提醒用户可以抽吸；

当用户进行抽吸时，通过所述温度传感器(11)反馈温度数据，对电弧放电进行调整，以控制温度在设定范围内；

所述控制电路板(8)控制在开机时所述指示灯(12)亮，并在关机时，控制所述震动模块(13)提供震动及控制指示灯(12)闪烁来提示用户抽吸结束。

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