连续碳纤维管红外加热体以及加热烟具的制作方法

1.本技术涉及烟草设备技术领域，具体而言，涉及一种连续碳纤维管红外加热体以及加热烟具。


背景技术：

2.加热不燃烧电子烟具是采用低温烘烤的方式对烟草进行加热以使烟草释放香气；相比传统燃烧烟草的方式，加热不燃烧电子烟具的低温烘烤方式可以有效降低有害成分的产生。加热不燃烧电子烟具通过低温烧烤将烟草中含有的尼古丁变成蒸汽析出，而烟草本身不燃烧，并且产生的焦油含量极少，可以有效降低二手烟对人体的危害。
3.现有市场上的加热不燃烧电子烟具多以金属基发热体为主，而这种发热体升温及降温速率均较慢，使得电路方案的设计复杂化。随着加热不燃烧电子烟具领域的不断发展，选用碳纤维管作为加热不燃烧烟具的加热元件以对碳纤维管内的烟草进行红外加热烘烤，可以有效提高发热体的升降温速率。但是，由于碳纤维管本身的内阻较低，在加热不燃烧烟具接通电源时，碳纤维管易发生瞬时短路的现象。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种连续碳纤维管红外加热体以及加热烟具，其旨在主要改善现有的采用碳纤维管作为加热不燃烧烟具的加热元件而易导致的接通电源时发生瞬时短路的技术问题。
5.第一方面，本技术提供一种连续碳纤维管红外加热体，包括：壳体、加热元件、正电极以及负电极。
6.壳体内具有用于容纳待加热件的容纳腔；壳体的材质包括耐高温高分子材料以及陶瓷材料的至少一种。加热元件围设于壳体的内壁，且加热元件上具有多个第一通孔；加热元件的材质包括碳纤维。正电极和负电极分别与加热元件连接。
7.本技术通过在壳体的内壁围设加热元件，加热元件的材质包括碳纤维且加热元件上具有多个第一通孔，可以适当提高整个加热元件的内阻，通过正负电极将电流引入加热元件，有利于避免加热元件在接通电源时而发生的加热元件瞬时短路现象，也有利于减轻整个连续碳纤维管红外加热体的重量。
8.壳体内具有用于容纳待加热件的容纳腔，使用时将待加热件放置于该容纳腔中，加热元件能够经热传导和红外辐射对容纳腔内的待加热件进行接触式直接加热烘烤和红外辐照烘烤，进而实现对待加热件进行由表及里的均匀烘烤，有利于提高对待加热件的烘烤加热的均匀性。加热元件的材质包括碳纤维，碳纤维超快速的电热响应速率可以对程序升降温命令做出快速响应，避免响应迟滞带来的对待加热件过分烘烤以及烘烤不足的问题。
9.壳体的材质包括耐高温高分子材料以及陶瓷材料的至少一种，其具有优异的耐高温性能，有利于避免容纳腔内的温度传递至壳体的外表面而造成壳体烫伤使用者的情况。
此外，壳体也可以对具有多个第一通孔的加热元件进行有效且稳定地支撑，有利于提高整个连续碳纤维管红外加热体的结构稳定性。
10.在本技术第一方面的一些实施例中，壳体至少部分填充于加热元件的第一通孔内。
11.上述设置方式，有利于提高整个加热元件的结构稳定性，也可以有利于减少整个连续碳纤维管红外加热体所占用的体积。
12.在本技术第一方面的一些实施例中，容纳腔为管状，加热元件绕容纳腔的轴向围设于壳体的内壁；加热元件为加热丝相互连接形成的网状结构，且绕容纳腔的轴向，加热丝呈连续不间断结构；加热丝的直径≤100μm，加热丝的材质为碳纤维。
13.上述设置方式，可以使得加热元件的内阻在一个较为合适的范围，在可以有效避免加热元件在接通电源时而发生的加热元件瞬时短路现象的基础上，避免由于加热元件的内阻过大而造成的耗能过大的情况。且绕容纳腔的轴向，加热丝呈连续不间断结构，有利于避免由于绕容纳腔的轴向加热元件出现间断而导致的对待加热件加热不均匀的情况。
14.在本技术第一方面的一些实施例中，加热丝的表面具有石墨烯涂层。
15.加热丝的表面具有石墨烯涂层，可以增加碳纤维材质的加热丝表面的活性基团或机械咬合位点，有利于提高加热元件与壳体之间的界面结合力，进而有利于提高整个红外加热体的结构稳定性。
16.在本技术第一方面的一些实施例中，容纳腔为管状；加热元件绕容纳腔的轴向围设于壳体的内壁。
17.正电极和负电极均沿容纳腔的轴向延伸并沿容纳腔的径向相对设置；或，正电极和负电极均为环状并沿容纳腔的轴向间隔设置。
18.上述设置方式，便于根据正负电极的不同设置方式以进一步调节整个加热元件的内阻。
19.在本技术第一方面的一些实施例中，壳体具有相对的第一端壁和第二端壁；第一端壁设置有贯穿第一端壁的第二通孔，沿第一端壁指向第二端壁的方向，第二通孔的孔径逐渐减小；第二通孔用于使待加热件进入容纳腔内。加热元件绕第一端壁指向第二端壁的方向围设于壳体的内壁。
20.上述设置方式，可以有利于方便、快捷地将待加热件(例如，烟卷等)装放至壳体的容纳腔内以被加热元件加热，有利于有效避免由于待加热件的外径与容纳腔的内径相同或极为相近而导致的将待加热件向壳体内中装放过程中对待加热件的损坏以及对壳体的磨损，进而提高客户的使用感受以及延长连续碳纤维管红外加热体的使用寿命。
21.在本技术第一方面的一些实施例中，连续碳纤维管红外加热体还包括定位元件，定位元件设置于加热元件远离第一端壁的一侧并与壳体的内壁连接。
22.定位元件具有沿第一端壁指向第二端壁的方向贯穿定位元件的第三通孔，且第三通孔的孔径小于容纳腔的内径，以使定位元件能够将由第二通孔进入容纳腔内的待加热件限制在容纳腔内。
23.上述设置方式，可以有效将由第二通孔进入壳体内的待加热件限制在容纳腔内，有利于保障加热元件能够有效对待加热件进行加热。第三通孔的设置，也可以使得容纳腔内残留的杂质等异物能够从第三通孔处排出至壳体外部，有利于更加方便地对容纳腔进行
清理。
24.在本技术第一方面的一些实施例中，连续碳纤维管红外加热体还包括封挡元件，封挡元件设置于定位元件远离加热元件的一侧并用于调控为封挡或不封挡第三通孔。
25.封挡元件的设置，可以使得客户在使用连续碳纤维管红外加热体的过程中容纳腔内的杂质等异物不会从容纳腔内掉落出来而污染客户衣物，且在客户使用完连续碳纤维管红外加热体后可以方便地将容纳腔内残留的杂质等异物从第三通孔处排出至壳体外部。
26.在本技术第一方面的一些实施例中，连续碳纤维管红外加热体还包括设置于壳体上并用于对容纳腔内进行测温的测温元件。
27.测温元件的设置，可以有效监控容纳腔内的温度，以便于更好地控制加热元件的加热温度。
28.第二方面，本技术提供一种加热烟具，包括：电池以及如上述第一方面提供的连续碳纤维管红外加热体，电池的正极与正电极连接，电池的负极与负电极连接。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，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技术的某些实施例，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。
30.图1示出了本技术实施例提供的连续碳纤维管红外加热体的第一示例的结构示意图。
31.图2示出了本技术实施例提供的连续碳纤维管红外加热体的第二示例的结构示意图。
32.图3示出了本技术实施例提供的加热元件的结构示意图。
33.图标：100-连续碳纤维管红外加热体；101-第一方向；110-壳体；111-容纳腔；112-第一端壁；1121-第二通孔；113-第二端壁；120-加热元件；121-第一通孔；122-加热丝；130-正电极；140-负电极；150-定位元件；151-第三通孔；160-封挡元件；170-测温元件；180-控制开关。
具体实施方式
34.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
36.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
37.在本技术实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
38.在本技术实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
39.实施例
40.图1示出了本技术实施例提供的连续碳纤维管红外加热体100的第一示例的结构示意图，图2示出了本技术实施例提供的连续碳纤维管红外加热体100的第二示例的结构示意图，请参阅图1和图2，本实施例提供一种连续碳纤维管红外加热体100，连续碳纤维管红外加热体100包括壳体110、加热元件120、正电极130以及负电极140。
41.壳体110内具有用于容纳待加热件的容纳腔111；加热元件120围设于壳体110的内壁，正电极130和负电极140分别与加热元件120连接。
42.图3示出了本技术实施例提供的加热元件120的结构示意图，请参阅图1至图3，加热元件120的材质包括碳纤维，且加热元件120上具有多个第一通孔121。
43.本技术通过在壳体110的内壁围设加热元件120，加热元件120的材质包括碳纤维且加热元件120上具有多个第一通孔121，可以适当提高整个加热元件120的内阻，通过正电极130和负电极140将电流引入加热元件120，有利于避免加热元件120在接通电源时而发生的瞬时短路现象；此外，加热元件120上具有多个第一通孔121，也有利于减轻整个连续碳纤维管红外加热体100的重量。
44.壳体110内具有用于容纳待加热件的容纳腔111，使用时将待加热件放置于该容纳腔111中，加热元件120能够经热传导和红外辐射对容纳腔111内的待加热件进行接触式直接加热烘烤和红外辐照烘烤，进而实现对待加热件进行由表及里的均匀烘烤，有利于提高对待加热件的烘烤加热的均匀性。加热元件120的材质包括碳纤维，碳纤维超快速的电热响应速率可以对程序升降温命令做出快速响应，避免响应迟滞带来的对待加热件过分烘烤以及烘烤不足的问题。
45.壳体110的材质包括耐高温高分子材料以及陶瓷材料的至少一种，其具有优异的耐高温性能，有利于避免容纳腔111内的温度传递至壳体110的外表面而造成壳体110烫伤使用者的情况。此外，壳体110也可以对具有多个第一通孔121的加热元件120进行有效且稳定地支撑，有利于提高整个连续碳纤维管红外加热体100的结构稳定性。
46.需要说明的是，本技术不对第一通孔121的孔径进行限定，第一通孔121的孔径可以根据实际情况进行调整至满足整个加热元件120的内阻适用于加热元件120的正常工作范围即可。
47.作为示例性地，连续碳纤维管红外加热体100加热的待加热件可以为烟草以及中草药(例如艾草)等。需要说明的是，本技术不对连续碳纤维管红外加热体100适用的待加热件进行限定。
48.作为示例性地，耐高温高分子材料可以为聚酰胺等，本技术不对耐高温高分子材料进行限定。
49.请参阅图1，壳体110至少部分填充于加热元件120的第一通孔121内。上述设置方式，有利于提高整个加热元件120的结构稳定性，也可以有利于减少整个连续碳纤维管红外加热体100所占用的体积。
50.需要说明的是，壳体110和加热元件120之间的位置关系可以如图2所示，壳体110设置于加热元件120的外周，壳体110不填充于加热元件120的第一通孔121内。
51.请参阅图3，容纳腔111为管状，加热元件120绕容纳腔111的轴向围设于壳体110的内壁，加热元件120为加热丝122相互连接形成的网状结构，且绕容纳腔111的轴向，加热丝122呈连续不间断结构；加热丝122的直径≤100μm，加热丝122的材质为碳纤维。
52.上述设置方式，可以使得加热元件120的内阻在一个较为合适的范围，在可以有效避免加热元件120在接通电源时而发生的加热元件120瞬时短路现象的基础上，避免由于加热元件120的内阻过大而造成的耗能过大的情况。且绕容纳腔111的轴向，加热丝122呈连续不间断结构，有利于避免由于绕容纳腔111的轴向加热元件120出现间断而导致的对待加热件加热不均匀的情况。
53.需要说明的是，在本技术中“绕容纳腔111的轴向，加热丝122呈连续不间断结构”是指：除去加热元件120沿容纳腔111的轴向的相对两端，沿碳纤维材质的加热丝122的脉络方向(即加热丝122的长度方向)不存在任何纤维断开不连续的情况；同时，沿容纳腔111的圆周方向(即绕容纳腔111的轴向)不存在任何切割分隔或胶粘缝合的现象。
54.进一步地，加热丝122的表面具有石墨烯涂层，可以增加碳纤维材质的加热丝122表面的活性基团或机械咬合位点，有利于提高加热元件120与壳体110之间的界面结合力，进而有利于提高整个连续碳纤维管红外加热体100的结构稳定性。
55.作为示例性地，加热元件120可以通过编织或者静电纺丝的方式制备成网状结构。
56.作为示例性地，当壳体110的材质选用耐高温高分子材料，且壳体110的设置方式为：壳体110至少部分填充于加热元件120的第一通孔121内时(即第一示例)，可以通过浸涂耐高温高分子溶液于具有多个第一通孔121的加热元件120的外表面后固化，形成位于加热元件120外周的壳体110。例如，可以利用浸涂的方式将聚酰胺酸溶液涂覆于加热元件120的外表面，之后通过亚胺化处理整个加热元件120并使干燥加热元件120。需要说明的是，在一些可行的实施方式中，加热丝122的材质也可以为碳纤维以及镍铬合金形成的复合丝；加热丝122也可以在酸碱溶液中刻蚀，也可以在高温条件下于氧气、氢气或氨气氛围下刻蚀，也可以对碳纤维材质的加热丝122的表面进行石墨化处理，以使得加热元件120与壳体110之间的界面结合力更强。
57.请再次参阅图1至图3，容纳腔111为管状，加热元件120绕容纳腔111的轴向围设于壳体110的内壁。正电极130和负电极140的设置方式可以如图1所示，正电极130和负电极140均为环状并沿容纳腔111的轴向间隔设置于加热元件120的相对两端；或者，正电极130和负电极140的设置方式可以如图2所示，正电极130和负电极140均沿容纳腔111的轴向延伸并沿容纳腔111的径向相对设置。
58.上述设置方式，便于根据正电极130和负电极140的不同设置方式以进一步调节整个加热元件120的内阻。
59.作为示例性地，正电极130和负电极140可以通过焊接、压贴或者穿插的方式与加热元件120连接。正电极130和负电极140的材质各自独立地选自镍、银以及铝中的至少一种。
60.需要说明是的，当正电极130和负电极140均为环状并沿容纳腔111的轴向间隔设置时，正电极130和负电极140可以不设置于加热元件120的沿容纳腔111的轴向的相对两端，而是正电极130和负电极140间隔套设于加热元件120的外周；作为示例性地，当正电极130和负电极140均为环状并沿容纳腔111的轴向间隔设置时，正电极130和负电极140之间的距离不小于1cm。
61.请参阅图1和图2，壳体110具有相对的第一端壁112和第二端壁113，定义第一端壁112指向第二端壁113的方向为第一方向101。由于在本实施中，容纳腔111为管状，第一方向101即为容纳腔111的轴向。
62.第一端壁112设置有贯穿第一端壁112的第二通孔1121，沿第一方向101，第二通孔1121的孔径逐渐减小；第二通孔1121用于使待加热件进入容纳腔111内。加热元件120绕第一方向101围设于壳体110的内壁。
63.上述设置方式，可以有利于方便、快捷地将待加热件(例如，烟卷等)装放至壳体110的容纳腔111内以被加热元件120加热，有利于有效避免由于待加热件的外径与容纳腔111的内径相同或极为相近而导致的将待加热件向壳体110内中装放过程中对待加热件的损坏以及对壳体110的磨损，进而提高客户的使用感受以及延长连续碳纤维管红外加热体100的使用寿命。
64.连续碳纤维管红外加热体100还包括定位元件150，定位元件150设置于加热元件120远离第一端壁112的一侧并与壳体110的内壁连接；定位元件150用于将由第二通孔1121进入容纳腔111内的待加热件限制在容纳腔111内。上述设置方式，可以有效将由第二通孔1121进入壳体内的待加热件限制在容纳腔111内，有利于保障加热元件120能够有效对待加热件进行加热。
65.进一步地，定位元件150与加热元件120远离第一端壁112的一端连接。上述设置方式，可以有利于避免待加热件由第二通孔1121进入容纳腔111内后移动至超过加热元件120远离第一端壁112的端部，进而有利于进一步保障加热元件120能够有效对待加热件进行加热。
66.再进一步地，定位元件150具有沿第一方向101贯穿定位元件150的第三通孔151，且第三通孔151的孔径小于容纳腔111的内径。上述设置方式，可以通过“第三通孔151的孔径与容纳腔111的内径”的关系以避免待加热件进入容纳腔111内后移动至超过加热元件120远离第一端壁112的端部。此外，第三通孔151的设置，也可以使得容纳腔111内残留的杂质等异物能够从第三通孔151处排出至壳体110外部，有利于更加方便地对容纳腔111进行清理。
67.连续碳纤维管红外加热体100还包括封挡元件160，封挡元件160设置于定位元件150远离加热元件120的一侧并用于调控为封挡或不封挡第三通孔151。
68.当客户在使用连续碳纤维管红外加热体100加热待加热件时，封挡元件160被设置为封挡第三通孔151，可以使得客户在使用连续碳纤维管红外加热体100的过程中容纳腔111内的杂质等异物不会从容纳腔111内掉落出来而污染客户衣物；当客户使用连续碳纤维
管红外加热体100结束后，封挡元件160被设置为不封挡第三通孔151，可以方便地将容纳腔111内残留的杂质等异物从第三通孔151处排出至壳体110外部。
69.连续碳纤维管红外加热体100还包括设置于壳体110上并用于对容纳腔111内进行测温的测温元件170。测温元件170的设置，可以有效监控容纳腔111内的温度，以便于更好地控制加热元件120的加热温度。
70.作为示例性地，测温元件170可以为ntc热敏电阻测温装置等。
71.进一步地，连续碳纤维管红外加热体100还包括设置于壳体110上的控制开关180，控制开关180用于控制加热元件120是否工作以及加热元件120的加热温度。
72.在一些可行的实施例中，壳体110的外表面还设置有反射层(图中未示出)，反射层能够减少红外辐射的热量损失。作为示例性地，反射层的材质可以为铝等。
73.本实施例提供的连续碳纤维管红外加热体100至少具有以下优点：
74.本技术通过在壳体110的内壁围设加热元件120，加热元件120的材质包括碳纤维且加热元件120上具有多个第一通孔121，可以适当提高整个加热元件120的内阻，通过正电极130和负电极140将电流引入加热元件120，有利于避免加热元件120在接通电源时而发生的加热元件120瞬时短路现象，也有利于减轻整个连续碳纤维管红外加热体100的重量。
75.本实施例还提供一种加热烟具(未示出)，加热烟具包括电池以及连续碳纤维管红外加热体100。连续碳纤维管红外加热体100的结构、形状以及连接关系，请参阅上述内容，此处不再赘述。
76.电池的正极与正电极130连接，电池的负极与负电极140连接，以实现电池对电极供电，进而使得加热元件120将电能转化为热能，实现对烟具内的烟草进行红外加热。
77.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。