一種具有氣凝膠隔熱層的新型卷煙加熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有氣凝膠隔熱層的新型卷煙加熱器，其包括殼體1、加熱元件3、由所述加熱元件3形成的加熱腔4和位于所述加熱元件3和所述殼體1之間的隔熱層2，其特征在于：所述隔熱層2的隔熱材料為氣凝膠且所述隔熱層2分為內(nèi)層2-1和外層2-2，內(nèi)層2-1直接與加熱元件3接觸，外層2-2則位于內(nèi)層2-1與殼體1之間；且在所述隔熱層2的外層2-2的氣凝膠多孔結(jié)構(gòu)中填充和/或吸附有相變材料。隔熱層的存在不僅起到保護者的目的，而且可以減少加熱元件的熱量散失，提高熱能使用率。
【專利說明】
一種具有氣凝膠隔熱層的新型卷煙加熱器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于卷煙【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種具有隔熱層的新型卷煙加熱器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著公眾對傳統(tǒng)卷煙危害性認(rèn)識的加強和政府對傳統(tǒng)卷煙管制力度的加大，世界各國煙草企業(yè)均加強了對新型煙草制品的開發(fā)，希望能夠在滿足消費者需求的基礎(chǔ)上最大限度地降低煙草帶來的危害。其中，新型卷煙通過加熱煙草而非燃燒煙草，以烘烤出煙草中的香味物質(zhì)的方式向人體傳送尼古丁和香味，在生理感受、心理感知、吸食方式等方面比較接近傳統(tǒng)卷煙，容易被煙草消費者接受，是一類極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦蜔煵葜破贰Ｒ虼?，發(fā)展新型卷煙、加快由傳統(tǒng)卷煙向新型卷煙的延伸，是促進煙草行業(yè)未來發(fā)展的重要手段之一。
[0003]新型卷煙使用時的加熱溫度通常在500V,為了保證消費者在使用時不被燙傷或灼傷，需要在新型卷煙殼體和加熱腔之間設(shè)置一個隔熱層。一方面，隔熱層可以起隔熱保護的作用；另一方面，隔熱層還能夠減少加熱器的熱量損失，從而提高熱能利用率、降低成本。目前，新型卷煙仍處于研發(fā)中，市場上還未出現(xiàn)可售產(chǎn)品。其中，隔熱層的設(shè)計是新型卷煙研發(fā)中的一大難題。因此，選取合適的隔熱層材料、開發(fā)隔熱效果優(yōu)異的新型卷煙加熱器具有重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決以上問題，本發(fā)明提供了一種具有氣凝膠隔熱層的新型卷煙加熱器，其具有隔熱保護、降低熱能損失的作用。
[0005]本發(fā)明涉及一種具有氣凝膠隔熱層的新型卷煙加熱器，其包括殼體1、加熱元件3、由所述加熱元件3形成的加熱腔4和位于所述加熱元件3和所述殼體I之間的隔熱層2，其特征在于:所述隔熱層2的隔熱材料為氣凝膠且所述隔熱層2分為內(nèi)層2-1和外層2-2，內(nèi)層2-1直接與加熱元件3接觸，外層2-2則位于內(nèi)層2-1與殼體I之間；且在所述隔熱層2的外層2-2的氣凝膠多孔結(jié)構(gòu)中填充和/或吸附有2% -20%體積分?jǐn)?shù)的相變材料。
[0006]所述相變材料是指在一定的溫度范圍內(nèi)，利用材料本身物理狀態(tài)，例如相態(tài)(例如固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)等)或結(jié)構(gòu)(例如聚合度、晶型等)的變化，向環(huán)境吸收或釋放相變潛熱，從而達到調(diào)控環(huán)境溫度的一類物質(zhì)。當(dāng)環(huán)境溫度高于相變溫度時，材料吸收并儲存熱量，以降低環(huán)境溫度；當(dāng)環(huán)境溫度低于相變溫度時，材料釋放儲存的熱量，以提高環(huán)境溫度。如果相變材料相變前后相態(tài)分別為固體和液體，則其相變類型為固一液，將這樣的相變材料稱為固-液相變材料；如果相變材料相變前后相態(tài)均為固體，則其相變類型為固一固，將這樣的相變材料稱為固-固相變材料。以固一液相變?yōu)槔?，?dāng)相變材料被加熱到熔化溫度時，就產(chǎn)生從固態(tài)到液態(tài)的相變，熔化的過程中，相變材料吸收并儲存大量的潛熱；當(dāng)相變材料冷卻時，儲存的熱量在一定的溫度范圍內(nèi)要散發(fā)到環(huán)境中去，進行從液態(tài)到固態(tài)的逆相變。在這兩種相變過程中，所儲存或釋放的能量稱為相變潛熱。物理狀態(tài)發(fā)生變化時，材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變，形成一個寬的溫度平臺，雖然溫度不變，但吸收或釋放的潛熱卻相當(dāng)大。
[0007]隔熱層2的存在能隔絕加熱器的熱量，降低手感溫度，起到保護使用者的作用；同時可以降低加熱元件的熱量散失，提高熱能利用率，降低成本。本發(fā)明的所述隔熱層起到隔熱效果來自兩方面的作用:一方面為氣凝膠材料的存在，氣凝膠是一種由超微顆粒相互聚結(jié)構(gòu)成的并以空氣作為分散介質(zhì)的高分散固態(tài)材料，具有高通透性的三維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其最高能承受1400°C的高溫且導(dǎo)熱性低、絕緣能力好，本身就是優(yōu)良的隔熱材料；另一方面為在所述氣凝膠材料內(nèi)填充有相變材料，將相變溫度為常溫至90°C的常溫相變材料用于新型卷煙的隔熱層中可以顯著增強隔熱層的隔熱效果，當(dāng)使用者抽吸新型卷煙時，一旦加熱腔的溫度高于相變材料的相變溫度，相變材料就會利用自己本身相態(tài)或結(jié)構(gòu)的變化吸收并儲存熱量，使得隔熱層外部的溫度不致于升得太高；而當(dāng)抽吸結(jié)束后，當(dāng)溫度降低到該相變材料的相變溫度以下時，相變材料則會釋放儲存的熱量，并恢復(fù)到吸熱相變前的狀態(tài)，如此循環(huán)使用，起到調(diào)節(jié)溫度的作用。
[0008]在本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，所述氣凝膠為無機氣凝膠、有機氣凝膠或有機-無機雜化氣凝膠。在進一步優(yōu)選的實施方案中，其中所述無機氣凝膠為二氧化硅氣凝膠、二氧化鈦氣凝膠、氧化鋁氣凝膠、氧化錫氣凝膠、氧化鋯氣凝膠、氧化釩氣凝膠中的任一種或它們的組合；其中所述有機氣凝膠為間苯二酚-甲醛氣凝膠、三聚氰胺-甲醛氣凝膠、石墨烯氣凝膠、聚酰亞胺氣凝膠、殼聚糖氣凝膠、甲殼素氣凝膠、纖維素氣凝膠或由以上有機氣凝膠制備的碳?xì)饽z中的任一種或它們的組合；其中所述有機-無機雜化氣凝膠為倍半硅氧烷凝膠、橋聯(lián)倍半硅氧烷凝膠和復(fù)合凝膠中的任一種或它們的組合，其中所述復(fù)合凝膠由所述無機凝膠、有機凝膠和倍半硅氧烷復(fù)合得到。
[0009]根據(jù)進一步的技術(shù)方案，將所述氣凝膠與耐熱纖維混合，制備纖維增強氣凝膠復(fù)合材料，其中所述耐熱纖維為石英纖維、玄武巖纖維、莫來石纖維、碳纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維或硼硅碳氮纖維中的任一種或它們的組合。
[0010]根據(jù)進一步的技術(shù)方案，其中所述氣凝膠的應(yīng)用形式為柔性氈、復(fù)合柔性氈、顆?；蚍勰．?dāng)所述氣凝膠的應(yīng)用形式為顆?；蚍勰r，在所述氣凝膠的外表面噴涂氣凝膠涂層和/或包裹一層鋁箔，防止氣凝膠粉末或顆粒掉落。
[0011]在本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，所述相變材料為有機類相變材料、無機-有機雜化類相變材料和/或復(fù)合相變材料。在進一步優(yōu)選的實施方案中，其中所述有機類相變材料選自相變類型為固-液的脂肪烴(例如石蠟)、脂肪酸和脂肪酸酯和/或相變類型為固-固的新戊二醇、三羥甲基乙烷、聚乙二醇中的一種或多種。
[0012]其中所述無機-有機雜化類相變材料選自二氧化硅-脂肪酸復(fù)合物、蒙脫土 -脂肪酸復(fù)合物、珍珠巖-脂肪酸復(fù)合物或超輕陶砂-脂肪酸復(fù)合物中的一種或多種；其中所述復(fù)合相變材料包括應(yīng)用微膠囊技術(shù)在相變類型為固-液的有機類相變材料表面包覆一層性能穩(wěn)定的膜(例如以三聚氰胺-甲醛作為膜材)而構(gòu)成的具有核殼結(jié)構(gòu)的相變微膠囊?；蛘呖蓪⒐?液有機相變材料滲入從亞微米到數(shù)百微米的多孔介質(zhì)孔徑空間內(nèi)，占據(jù)大部分的孔空間，從而形成復(fù)合相變材料。復(fù)合相變材料解決固-液相變材料使用不方便的缺點，其生產(chǎn)工藝簡單，無腐蝕性，性能較穩(wěn)定。應(yīng)用到新型卷煙的隔熱層時，可將相變材料填充或吸附到氣凝膠孔隙中，占據(jù)大部分孔空間，形成的復(fù)合材料可具有顯著的相變儲熱降溫功能和優(yōu)良的耐久性能。
[0013]在更進一步優(yōu)選的實施方案中，所述相變材料為固-固相變材料，所述固-固相變材料利用自身聚合度或晶型等的變化來改變自身物理狀態(tài)，從而使材料自身的溫度在相變前后幾乎維持不變。以通過晶型變化的固-固相變材料為例，當(dāng)固-固相變材料吸收熱量時，原本有序的晶型結(jié)構(gòu)變得雜亂無章，或者從一種晶型轉(zhuǎn)化為另一種晶型，從而將能量儲存在相變材料中，而當(dāng)環(huán)境溫度降低時，相變材料本身釋放能量，重新回到原本有序的晶型結(jié)構(gòu)中。上述晶型轉(zhuǎn)變過程中，材料本身的溫度基本維持不變或僅有很小變化。固-固相變材料具有以下優(yōu)點:(I)無需容器盛裝，可以直接加工成型；(2)固一固相變膨脹系數(shù)較小，體積變化??；(3)過冷程度輕，無相分離現(xiàn)象；(4)無毒、無腐蝕、無污染；(5)熱效率高，性能穩(wěn)定，使用壽命長；(6)使用方便，裝置簡單。
[0014]在本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，所述隔熱層2的厚度為Imm-1Omm,優(yōu)選為2mm-8mm。
[0015]在本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，其中所述隔熱層2完全覆蓋加熱元件3，其形狀隨加熱元件3的形狀變化而變化。
[0016]使用本發(fā)明的隔熱層，其在室溫下的導(dǎo)熱系數(shù)低于0.03ff/m.K，500°C時的導(dǎo)熱系數(shù)低于0.05ff/m.K，可將殼體的溫度保持在室溫到45°C之間，優(yōu)選室溫到40°C之間。與所述隔熱層接觸的加熱元件的最高使用溫度在600°C到1000°C之間。
[0017]本發(fā)明的有益效果為:
[0018]1、氣凝膠隔熱層能夠很好地隔絕加熱器的熱量，降低手感溫度，保證殼體的溫度〈45。。。
[0019]2、隔熱層能夠減緩熱量散失，節(jié)約能源，提高利用率。
[0020]3、氣凝膠孔隙中填充或吸附有相變吸熱材料，可強化其隔熱能力，使得同樣隔熱能力下氣凝膠層可以更薄，這有利于在新型卷煙這種精密器件中使用。
[0021]4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低廉、使用便捷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的具有氣凝膠隔熱層的新型卷煙加熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]其中:1、殼體；2、隔熱層；2_1、內(nèi)層；2_2、外層；3、加熱元件；4、加熱腔。

【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
[0025]實施例1
[0026]采用如圖1所示的具有氣凝膠隔熱層的新型卷煙加熱器，其包括殼體1、加熱元件3、由所述加熱元件3形成的加熱腔4和位于所述加熱元件3和所述殼體I之間的隔熱層
2。所述隔熱層使用的氣凝膠材料為橋聯(lián)倍半硅氧烷氣凝膠，應(yīng)用形式為柔性氈，隔熱層外層的氣凝膠中填充有2%體積分?jǐn)?shù)的蒙脫土-脂肪酸復(fù)合物。所述隔熱層的厚度為5毫米，當(dāng)加熱元件的溫度達到600°C時，殼體的溫度為45°C。
[0027]實施例2
[0028]采用如圖1所示的具有氣凝膠隔熱層的新型卷煙加熱器，其包括殼體1、加熱元件
3、由所述加熱元件3形成的加熱腔4和位于所述加熱元件3和所述殼體I之間的隔熱層2。所述隔熱層使用的氣凝膠材料為間苯二酚-甲醛氣凝膠且其中混合有石英纖維，應(yīng)用形式為顆粒且在所述氣凝膠材料表面包裹一層鋁箔，隔熱層外層的氣凝膠中填充有5%體積分?jǐn)?shù)的聚乙二醇2000。所述隔熱層的厚度為8毫米，當(dāng)加熱元件的溫度達到600°C時，殼體的溫度為40°C。
[0029]實施例3
[0030]采用如圖1所示的具有氣凝膠隔熱層的新型卷煙加熱器，其包括殼體1、加熱元件3、由所述加熱元件3形成的加熱腔4和位于所述加熱元件3和所述殼體I之間的隔熱層2。所述隔熱層使用的氣凝膠材料為二氧化硅氣凝膠，應(yīng)用形式為粉末且在所述氣凝膠材料表面涂層一層鋁箔，隔熱層外層的氣凝膠中填充有10%體積分?jǐn)?shù)的油酸。所述隔熱層的厚度為2毫米，當(dāng)加熱元件的溫度達到600°C時，殼體的溫度為38°C。
[0031]實施例4
[0032]采用如圖1所示的具有氣凝膠隔熱層的新型卷煙加熱器，其包括殼體1、加熱元件
3、由所述加熱元件3形成的加熱腔4和位于所述加熱元件3和所述殼體I之間的隔熱層
2。所述隔熱層使用的氣凝膠材料為氧化鋯氣凝膠，應(yīng)用形式為復(fù)合柔性氈，隔熱層外層的氣凝膠中填充有8%體積分?jǐn)?shù)的由油酸乙酯包覆一層三聚氰胺-甲醛膜而制成的相變微膠囊。所述隔熱層的厚度為3毫米，當(dāng)加熱元件的溫度達到600°C時，殼體的溫度為42°C。
[0033]實施例5
[0034]采用如圖1所示的具有氣凝膠隔熱層的新型卷煙加熱器，其包括殼體1、加熱元件
3、由所述加熱元件3形成的加熱腔4和位于所述加熱元件3和所述殼體I之間的隔熱層
2。所述隔熱層使用的氣凝膠材料為石墨烯氣凝膠且其中混合有玄武巖纖維和莫來石纖維，應(yīng)用形式為顆粒且在所述氣凝膠材料表面噴涂一層氣凝膠涂層，隔熱層外層的氣凝膠中填充有5%體積分?jǐn)?shù)的月桂酸-癸酸。所述隔熱層的厚度為8毫米，當(dāng)加熱元件的溫度達到600°C時，殼體的溫度為40°C。
[0035]實施例6
[0036]采用如圖1所示的具有氣凝膠隔熱層的新型卷煙加熱器，其包括殼體1、加熱元件
3、由所述加熱元件3形成的加熱腔4和位于所述加熱元件3和所述殼體I之間的隔熱層
2。所述隔熱層使用的氣凝膠材料為倍半硅氧烷凝膠，應(yīng)用形式為顆粒，隔熱層外層的氣凝膠中填充有5%體積分?jǐn)?shù)的月桂酸-癸酸。所述隔熱層的厚度為10毫米，當(dāng)加熱元件的溫度達到600°C時，殼體的溫度為40°C。
[0037]實施例7
[0038]采用如圖1所示的具有氣凝膠隔熱層的新型卷煙加熱器，其包括殼體1、加熱元件
3、由所述加熱元件3形成的加熱腔4和位于所述加熱元件3和所述殼體I之間的隔熱層
2。所述隔熱層使用的氣凝膠材料為倍半硅氧烷凝膠，應(yīng)用形式為柔性氈，隔熱層外層的氣凝膠中填充有20%體積分?jǐn)?shù)的新戊二醇。所述隔熱層的厚度為I毫米，當(dāng)加熱元件的溫度達到600°C時，殼體的溫度為40°C。
[0039]實施例8
[0040]采用如圖1所示的具有氣凝膠隔熱層的新型卷煙加熱器，其包括殼體1、加熱元件
3、由所述加熱元件3形成的加熱腔4和位于所述加熱元件3和所述殼體I之間的隔熱層
2。所述隔熱層使用的氣凝膠材料為倍半硅氧烷凝膠，應(yīng)用形式為柔性氈，隔熱層外層的氣凝膠中填充有5%體積分?jǐn)?shù)的三羥甲基乙烷。所述隔熱層的厚度為10毫米，當(dāng)加熱元件的溫度達到600°C時，殼體的溫度為39°C。
[0041]實施例9
[0042]采用如圖1所示的具有氣凝膠隔熱層的新型卷煙加熱器，其包括殼體1、加熱元件
3、由所述加熱元件3形成的加熱腔4和位于所述加熱元件3和所述殼體I之間的隔熱層
2。所述隔熱層使用的氣凝膠材料為倍半硅氧烷凝膠，應(yīng)用形式為柔性氈，隔熱層外層的氣凝膠中填充有5%體積分?jǐn)?shù)的石蠟。所述隔熱層的厚度為4毫米，當(dāng)加熱元件的溫度達到600 V時，殼體的溫度為39 V。
【權(quán)利要求】
1.一種具有氣凝膠隔熱層的新型卷煙加熱器，其包括殼體(I)、加熱元件(3)、由所述加熱元件(3)形成的加熱腔(4)和位于所述加熱元件(3)和所述殼體(I)之間的隔熱層(2)，其特征在于:所述隔熱層(2)的隔熱材料為氣凝膠，且所述隔熱層(2)分為內(nèi)層(2-1)和外層(2-2)，內(nèi)層(2-1)直接與加熱元件(3)接觸，外層(2-2)則位于內(nèi)層(2-1)與殼體(I)之間；且在所述隔熱層(2)的外層(2-2)的氣凝膠多孔結(jié)構(gòu)中填充和/或吸附有2% -20%體積分?jǐn)?shù)的相變材料。
2.權(quán)利要求1的新型卷煙加熱器，其中所述氣凝膠為無機氣凝膠、有機氣凝膠或有機-無機雜化氣凝膠。
3.權(quán)利要求2的新型卷煙加熱器，其中所述無機氣凝膠為二氧化硅氣凝膠、二氧化鈦氣凝膠、氧化鋁氣凝膠、氧化錫氣凝膠、氧化鋯氣凝膠、氧化釩氣凝膠中的任一種或它們的組合；其中所述有機氣凝膠為間苯二酚-甲醛氣凝膠、三聚氰胺-甲醛氣凝膠、石墨烯氣凝膠、聚酰亞胺氣凝膠、殼聚糖氣凝膠、甲殼素氣凝膠、纖維素氣凝膠或由以上有機氣凝膠制備的碳?xì)饽z中的任一種或它們的組合；其中所述有機-無機雜化氣凝膠為倍半硅氧烷凝膠、橋聯(lián)倍半硅氧烷凝膠或復(fù)合凝膠中的任一種或它們的組合，其中所述復(fù)合凝膠由所述無機凝膠、有機凝膠和倍半硅氧烷復(fù)合得到。
4.權(quán)利要求1-3中任一項的新型卷煙加熱器，其中將所述氣凝膠與耐熱纖維混合，制備纖維增強氣凝膠復(fù)合材料，其中所述耐熱纖維為石英纖維、玄武巖纖維、莫來石纖維、碳纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維或硼硅碳氮纖維中的任一種或它們的組合。
5.權(quán)利要求1的新型卷煙加熱器，其中所述氣凝膠的應(yīng)用形式為柔性氈、復(fù)合柔性氈、顆?；蚍勰?。
6.權(quán)利要求5的新型卷煙加熱器，當(dāng)所述氣凝膠的應(yīng)用形式為顆?；蚍勰r，在所述氣凝膠的外表面噴涂氣凝膠涂層和/或包裹一層鋁箔，防止氣凝膠粉末或顆粒掉落。
7.權(quán)利要求1的新型卷煙加熱器，其中所述相變材料為有機類相變材料、無機-有機雜化類相變材料和/或復(fù)合相變材料。
8.權(quán)利要求7的新型卷煙加熱器，其中所述有機類相變材料選自相變類型為固-液的脂肪烴、脂肪酸和脂肪酸酯和/或相變類型為固-固的新戊二醇、三羥甲基乙烷、聚乙二醇中的一種或多種；其中所述無機-有機雜化類相變材料選自二氧化硅-脂肪酸復(fù)合物、蒙脫土 -脂肪酸復(fù)合物、珍珠巖-脂肪酸復(fù)合物或超輕陶砂-脂肪酸復(fù)合物中的一種或多種；其中所述復(fù)合相變材料包括應(yīng)用微膠囊技術(shù)在相變類型為固-液的有機類相變材料表面包覆一層性能穩(wěn)定的膜而構(gòu)成的具有核殼結(jié)構(gòu)的相變微膠囊。
9.權(quán)利要求1的新型卷煙加熱器，其中所述隔熱層(2)的厚度為lmm-lOmm。
10.權(quán)利要求1的新型卷煙加熱器，其中所述隔熱層(2)完全覆蓋加熱元件(3)，其形狀隨加熱元件(3)的形狀變化而變化。
【文檔編號】A24F13/00GK104223359SQ201410418052
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】雷萍, 尚善齋, 湯建國, 袁大林, 鄭緒東, 陳永寬, 繆明明 申請人:云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司