本实用新型涉及烟草加热领域，更具体地，涉及一种烟草电加热装置。
背景技术：
加热不燃烧烟草制品用的电加热装置要求发热体温度可控、温度场分布均匀，以便保证装置及人身安全、提升用户体验。现有加热不燃烧卷烟用电加热器普遍采用金属或陶瓷发热体采用外围或中心发热，发热丝作为发热体存在热电转换效率低、金属丝易氧化、温度控制难度大、局部过热的问题，陶瓷发热体采用中心片状发热时机械强度不足，容易断裂。最关键的问题是，上述两种发热体加热时温度分布不均，尽管陶瓷发热体的温度分布均匀性已经远好于金属发热丝，但是靠近发热线路的区域温度高，远离发热线路的区域温度低，二者相差数十度甚至更高。温度分布不均容易导致烟丝加热不充分或烟丝过分加热，这样会影响用户体验。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种加热温度分布均匀、升温速度快的烟草电加热装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种烟草电加热装置，包括外壳、设置于所述外壳内的底座、设置在底座上的中空圆柱状的加热元件、电源、分别与加热元件和电源连接的控制元件，所述加热元件由碳材料加热膜卷制而成并形成中空的加热腔体供烟草插入后加热。
所述烟草电加热装置采用碳材料加热膜作为发热元件，其热电转换效率高，升温速度快，温度分布均匀，且轻薄柔性，可与表面不平整的待加热物质贴合，不会产生局部过热的问题。
对于碳材料本身而言，碳材料的面电阻和发热面积影响升温效果，因此，要根据设计需求选择合适的发热面积和面电阻大小，以及合适的工作温度。优选地，所述碳材料加热膜单体的面电阻介于530～12000Ω/m2之间，更优选为850～6000Ω/m2并根据需要可调整。
所述烟草电加热装置加热的烟草形态包括圆柱状的卷烟、散烟丝、薄片等。
所述中空加热腔体的尺寸是可调整的，如果所加热的物质是圆柱状的卷烟，则中空腔体的内径与卷烟的直径相当，保证烟支既能稳固又能与发热面良好的接触，中空腔体的高度一般是大于所述卷烟的烟丝部分高度。如果所加热物质是散装的烟草及源于烟草的物质，则根据加料多少和所要达成的加热效果确定腔体的尺寸，甚至加热腔体的底部也是全密封或半密封的。一般要求内径为5~9mm，高度为10~30 mm。
进一步地，所述碳材料加热膜包括碳材料发热层、与碳材料发热层连接的导热绝缘层；依次连接的第一导热绝缘层、碳材料发热层、第二导热绝缘层；所述碳材料发热层由至少1个碳材料发热单体构成；所述碳材料发热单体包括碳材料层、电极、与电极连接的导线，所述导线与所述控制元件连接。更进一步地，所述导热绝缘层包括第一导热绝缘层和第二导热绝缘层，所述碳材料发热层的两个面分别与所述第一导热绝缘层和第二导热绝缘层连接。
所述碳材料层与电极连接或导线连接时，需要考虑到工作时高温对上述电连接点的牢固性影响，包括但不限于采用高熔点的金属如锰、铜、钨、金、银等金属材料或部分耐高温的导电高分子材料作为电极或导线。还可以采用耐高温的柔性电路。进一步地，还可以考虑物理连接方式，将导线或电极与碳材料发热层通过物理接触保证电连接的可靠性。
具体地，所述电极分别位于碳材料层的两端，以构成一个矩形区域，即构成一个碳材料发热单体。碳材料包括碳纳米管、石墨、石墨烯及碳纤维中的任一种及多种的组合。优选地，所述碳材料层为碳纳米管层。
所述第一导热绝缘层和第二导热绝缘层一般采用可导热的绝缘材料制成，如聚酰亚胺膜等。
为了进一步提高碳材料加热膜的韧性，所述碳材料加热膜还包括支撑层，所述支撑层位于所述第一绝缘层或第二绝缘层远离碳材料发热层的一侧。所述支撑层可以是金属、合金、高分子材料、无机材料，也可以是柔性材料。在某些特殊工艺条件下，碳材料如果能够通过喷射或涂刷等物理、化学方式制备在所述支撑层表面，则所述碳材料加热膜可以没有第一绝缘层和第二绝缘层中的一种。
所述碳材料发热层可由1个或多个碳材料发热单体构成。进一步地，所述碳材料发热层由多个所述碳材料发热单体并联而成，通过所述控制元件的控制，所述多个所述碳材料发热单体可分别单独发热。另外，不排除地，多个所述碳材料发热单体也可以串联进行加热。
所述发热单体电阻相同或者不同，所述不同阻值的发热单体按照一定规则排列，实现不同温度加热效果。优选地，所述发热单体的阻值沿加热腔体径向从内而外的方向逐渐增大。这样既达到烟支的加热温度，由能避免外壁温度过高而影响用户安全和提升用户体验。
所述碳材料发热单体的长度为3~40mm，宽度为3~30mm并可根据需要面电阻和尺寸对所述碳发热单体的阻值进行调整，发热单体的阻值为0.5～3.5欧姆,优选为0.5～1.5欧姆。
所述控制元件能够在开机状态下实时监测所述各个碳材料发热单体是否能够正常工作，对于故障的发热单体予以提示。优选地，所述烟草电加热装置还包括显示屏或者按键，所述显示屏和按键分别与所述控制元件连接。显示屏和按键的设置方便使用者操作以决定需要加热的碳材料发热单体的个数或者发热区域，调整碳材料发热单体的发热效果，包括发热区域、升温速度、加热温度等，满足多种用户体验。同时即使一个单体出现故障，则不影响其他发热单体正常工作，提高发热装置的稳定性。
进一步地，所述加热元件为由所述碳材料加热膜卷制而成的至少1层的中空圆柱状结构。所述中空圆柱状的加热元件可以是单层加热，也可以是多层加热。优选地，所述加热元件为1~3层的中空圆柱状结构。当使用所述烟草电加热装置抽吸时加热腔体内部温度降低，多层的加热结构能够及时将温度补偿，避免温度明显波动，保证装置的温度稳定，用户体验好。
对于多层碳材料加热膜的中空圆柱状结构，为进一步改善热量的分布均匀性，防止局部过热损害碳材料，进一步地，所述加热元件设有导热层，所述导热层设置于各层碳材料加热膜之间。
所述导热层的材料为铜箔或铝箔等。所述导热层可以是网状结构。
所述导热层与所述碳材料加热膜全部或部分接触。优选地，所述导热层直接设置在所述碳材料加热膜上。
进一步地，所述加热元件与烟草物质接触的表面设有耐磨层，以提高碳发热单体的耐磨性能，又不会显著影响热量传递。优选地，所述耐磨层直接设置在所述碳材料加热膜与加热腔体相对应的部分上。
进一步地，所述加热元件与所述外壳相对应的碳材料加热膜部分设有隔热层。所述隔热层的设置可以解决加热元件外围的隔热问题，所述隔热层可以是由石棉等材料制成。所述隔热层设置在所述第一绝缘层或第二绝缘层处，当所述隔热层与所述碳材料加热膜一体制成时，则所述碳材料加热膜可以没有第一绝缘层和第二绝缘层中的一种。进一步地，某些材料特性和/或结构、和/或制作工艺能够同时实现支撑与隔热的效果，则所述支撑层与所述隔热层可合二为一，或者二选一，所述第一绝缘层和二绝缘层可以有，也可以只有其中之一。
进一步地，所述碳材料加热膜设有至少1个用于检测和控制温度的温控元件，所述温控元件与所述控制元件相连接。所述温控元件可实时检测所述碳材料加热膜上的温度变化，并可根据实际情况对加热温度进行调整。
优选地，温控元件的数量为多个。特别地，对于含有多个碳材料发热单体的碳材料加热膜，每个碳材料发热单体设有至少1个所述温控元件。更进一步地，所述温控元件按照一定的原则错位排列，保证能够监测不同区域、不同部位的温度，保证加热温度分布均匀。
所述碳纳米管的耐受温度有限制，一般来说，对于所述碳材料加热膜可耐受的最高温度受碳材料本身所限，温度如果过高或失控，易导致碳纳米管发热膜损害，优选所述加热元件的长时间工作温度范围介于150～260℃。对此，进一步地，所述烟草电加热装置还包括过热保护单元，所述过热保护单元与控制元件连接。
进一步地，所述加热元件与所述底座可拆卸连接。通过上述设置，使得所述加热元件可更换，以提高整个装置的利用率，延长整个装置的使用寿命。
所述电源包括但不限于可充电的锂离子电池，进一步地，多块锂离子电池做成的电池组，以增加电池电压或续航能力。进一步地，所述电源可以是通过电线或无线传输技术与家用电连接，满足持续加热或应急加热需要。对于可充电或接外电的装置，所述外壳及对应的控制系统应该设置充电接口。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型所述烟草电加热装置采用碳材料加热膜作为发热元件，其热电转换效率高，升温速度快，温度分布均匀，且轻薄柔性，可与表面不平整的待加热物质贴合，不会产生局部过热的问题。
附图说明
图1为本实用新型所述烟草电加热装置的结构示意图。
图2为本实用新型所述加热元件的示意图。
图3为本实用新型所述加热元件的示意图。
图4为本实用新型所述碳材料加热膜的截面示意图。
图5为本实用新型所述碳材料加热膜中碳材料发热层的截面俯视图。
图6为本实用新型所述烟草电加热装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际物品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
如图1所示，一种烟草电加热装置，包括外壳100、设置于外壳内的底座200、设置在底座上的中空圆柱状的加热元件300、电源400、分别与加热元件300和电源400连接的控制元件500。
如图2所示，加热元件300由碳材料加热膜600卷制而成并形成中空的加热腔体310供烟草插入后加热。中空加热腔体310的尺寸可以根据实际情况进行调整，中空加热腔体310的内径为5~9mm，高度为10~30 mm。
如图3~4所示，碳材料加热膜600包括依次连接的第一导热绝缘层610、碳材料发热层620、第二导热绝缘层630。碳材料发热层620由至少1个碳材料发热单体621构成，碳材料发热单体621包括碳材料层6211、电极6212、与电极连接的导线6213，导线6213与控制元件500连接。电极6212分别位于碳材料层6211的两端，分别成90度接触，构成一个矩形区域，即构成一个碳材料发热单体621。碳材料包括碳纳米管、石墨、石墨烯及碳纤维中的任一种及多种的组合，优选为碳纳米管层。
如图5所示，碳材料发热层620可由1个或多个碳材料发热单体621构成。碳材料发热层620由多个碳材料发热单体621并联而成，优选为2~3个碳材料发热单体621并联而成，通过控制元件500的控制，多个碳材料发热单体621可分别单独发热。碳材料发热单体可以独立加热，使得可根据实际情况调整各碳材料发热单体的工作情况，即可精确控温，又可节省电量。此外，控制元件500能够在开机状态下实时监测各个碳材料发热单体621是否能够正常工作，对于故障的碳材料发热单体621予以提示。
一般地，碳材料发热单体621的长度为3~40mm，宽度为3~30mm。碳材料发热单体的电阻为0.5~3.5欧姆之间，并可根据需要进行调整。
加热元件300为由碳材料加热膜600卷制而成的至少1层的中空圆柱状结构。中空圆柱状的加热元件300可以是单层加热，也可以是多层加热。当使用烟草电加热装置抽吸时加热腔体内部温度降低，多层的加热结构能够及时将温度补偿，避免温度明显波动，保证装置的温度稳定，用户体验好。
对于多层碳材料加热膜的中空圆柱状结构，为进一步改善热量的分布均匀性，防止局部过热损害碳材料，进一步地，加热元件300设有导热层700，导热层700设置于各层碳材料加热膜600之间。导热层700的材料为铜箔或铝箔等。导热层700可以是网状结构。导热层700与碳材料加热膜全部或部分接触。导热层700直接设置在碳材料加热膜上。
在本实施例中，对于含有多个碳材料发热单体621的碳材料加热膜600，碳材料加热膜600设有多个用于检测和控制温度的温控元件，各个温控元件与控制元件500相连接。多个温控元件分别设置在各个碳材料发热单体621处，且按照一定的原则错位排列，保证能够监测不同区域、不同部位的温度，保证加热温度分布均匀，并可根据实际情况对加热温度进行调整。
实施例2
本实施例为本实用新型的第二个实施例，与实施例1不同的是，如图6所示，为了进一步提高碳材料加热膜的韧性，碳材料加热膜600还包括支撑层，支撑层位于第一绝缘层610或第二绝缘层630远离碳材料发热层的一侧。当支撑层与发热膜一体制成时，只需要第一绝缘层610或第二绝缘层630中的一种。
加热元件300位于加热腔体310处设有耐磨层900，以提高加热腔体处的耐磨性能。耐磨层900可直接设置在碳材料加热膜与加热腔体相对应的部分上。
加热元件300与外壳相对应的碳材料加热膜部分设有隔热层800。隔热层800的设置可以解决加热元件外围的隔热问题，隔热层800可以是由石棉等材料制成。隔热层800可以与碳材料加热膜一体制成，只需要第一绝缘层610和第二绝缘层630中的一种。另外，隔热层800与支撑层也可以合二为一。
碳纳米管的耐受温度有限制，一般来说，对于碳材料加热膜可耐受最高温度受碳材料本身所限，温度如果过高或失控，易导致碳纳米管发热膜损害，加热元件300的长时间工作温度范围介于150～260℃。对此，烟草电加热装置还包括过热保护单元，过热保护单元与控制元件500连接。
加热元件300与底座可拆卸连接。通过上述设置，使得加热元件300可更换，以提高整个装置的利用率，延长整个装置的使用寿命。
其它部件及连接关系与实施例1相同。
实施例3
本实施例为本实用新型的第三个实施例，与实施例1不同的是，烟草电加热装置还包括显示屏以及按键，显示屏和按键分别与控制元件500连接。显示屏和按键的设置方便使用者操作，以决定需要加热的碳材料发热单体621的个数或者发热区域，调整碳材料发热单体的发热效果，包括发热区域、升温速度、加热温度等，满足多种用户体验，同时即使一个单体出现故障，则不影响其他发热单体正常工作，提高发热装置的稳定性。
其它部件及连接关系与实施例1相同。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。