加热卷烟主流烟气温度、滤嘴吸阻及截留效率的测量装置的制作方法

1.本发明属于测量加热卷烟烟气温度、滤嘴吸阻、滤嘴截留效率技术领域，特别涉及一种测量加热卷烟烟气在滤嘴内的轴向径向温度分布、不同结构的滤嘴产生的吸阻以及滤嘴的烟碱截留效率装置及测量方法。


背景技术：

2.加热卷烟是一种新型烟草，通过外部加热器具对卷烟进行加热，使其受热挥发而不燃烧，这种方式极大减少了因燃烧产生的有害成分，二手烟烟气少。但由于采用封闭加热的方式，导致烟气热量无法耗散至周围环境，烟气感官温度相对较高；此外由于加热产生的化学成分远比燃烧产生的释放量少，若滤嘴结构设计不合理，会使滤嘴烟碱截留效率大、吸阻较大，进而导致烟雾量显著降低、口感降低，因此目前加热卷烟在抽吸体验方面与传统卷烟仍存在较大差距。
3.现阶段烟草行业主要通过对滤嘴部分进行材料、结构设计降低烟气温度、提高烟雾量，提升抽吸体验，为了判断设计的有效性，首先必须开发一种测量加热卷烟烟气在滤嘴内的轴向径向温度分布、不同结构的滤嘴产生的吸阻以及滤嘴的烟碱截留效率装置。
4.加热卷烟燃吸时，卷烟吸阻检测装置及检测方法文献中已有报道，如专利cn 111579423 a公开了一种加热不燃烧卷烟吸阻检测装置及检测方法，其中，该装置包括烟具夹具、烟支夹具、滤片、负压发生器、压差计和控制器；可以通过负压发生器提供的负压，使加热不燃烧卷烟的烟支在一种完全密封的环境下进行燃吸状态下的吸阻检测。该专利可以对已完成设计的加热卷烟烟支吸阻进行恒定抽吸流速测量，但是测量正在设计中的加热卷烟烟支各项数据(如不同抽吸模式下加热卷烟烟气在滤嘴内的轴向径向温度分布、不同结构的滤嘴产生的吸阻以及滤嘴的烟碱截留效率)，使用测量数据代入商用计算流体力学模拟软件便于后续设计改进，并通过模拟及实验多方面验证判断加热卷烟滤嘴设计的有效性，该类型的装置和方法未见报道。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提供一种测量加热卷烟烟气在滤嘴内的轴向径向温度分布、不同结构的滤嘴产生的吸阻以及滤嘴的烟碱截留效率装置及测量方法。
6.本发明解决技术问题的技术方案如下：
7.第一方面，本发明提供一种加热卷烟主流烟气温度、滤嘴吸阻及截留效率的测量装置，其特征在于，该测量装置包括：
8.加热卷烟固定件，其用于固定加热卷烟；
9.管件，其限定出密封管道，所述加热卷烟的部分密封进入该密封管道；
10.中空筒体，其连通设置在管件的后侧，其内安装有剑桥滤片；
11.活塞，其通过第一单向阀与中空筒体的后侧连通连接；第一单向阀确保气流方向在吸气阶段为从加热卷烟12处至活塞3处；
12.气体采样袋，其通过第二单向阀与活塞连通连接；
13.步进电机，其与活塞固定连接，用于驱动活塞在水平方向发生位移以模拟人口抽吸卷烟；
14.位移传感器，其用于检测活塞在水平方向的位移量；
15.多个温度计，其各自独立地配置在卷烟滤嘴的轴向或周向上；
16.压力传感器，其配备在管件内，用于检测加热卷烟的吸阻；
17.数据采集系统，其与位移传感器、多个温度计以及压力传感器控制连接；
18.控制系统，其与步进电机控制连接，用于控制步进电机推动活塞的推进速率，以完成不同的间歇式抽吸模式。
19.在一些实施方式中，所述管件为透明的亚克力管件，便于观测加热卷烟产生的烟雾量；进一步地，为减少烟碱在亚克力管道中凝结，导致烟碱截留效率测量误差，可对亚克力管道的内径、外径以及长度进行设计减少烟碱凝结；
20.在一些实施方式中，所述加热卷烟的滤嘴端开设有多个沿其轴向排列的安装孔以供温度计安装；和/或；
21.所述滤嘴端沿其径向分布有多个安装孔以供温度计安装；具体地，可布置于打孔器在加热卷烟滤嘴部分打出的孔中，温度计13不仅可以轴向布置于非金属材料制成的温度计固定器 21上，也可以布置于径向分布的不同孔中，更好地测量加热卷烟滤嘴内的温度分布。
22.在一些实施方式中，所述温度计选自k型、t型热电偶、铂电阻温度计。
23.在一些实施方式中，所述位移传感器选自电位器式位移传感器、电感式位移传感器、电容式位移传感器、霍尔式位移传感器。
24.在一些实施方式中，所述步进电机通过滑块与活塞固定连接。
25.在一些实施方式中，所述装置还包括电脑主机，其与数据采集系统和控制系统通信连接；上述测量装置均与数据采集系统连接，数据采集系统再将数据传输至电脑主机，用于监测、记录测量数据。
26.在一些具体实施例中，所述第一单向阀与第二单向阀是三通电磁阀等能够达到切换气路通道目的的元件。
27.第二方面，本发明依据前述测量装置提供一种加热卷烟温度、滤嘴吸阻及截留效率的测量方法，该方法包括如下步骤：
28.步骤1)加热卷烟样品的调节，使所述加热卷烟在温度22
±
1，℃相对湿度60
±
3％的恒温恒湿箱中调节48小时；
29.步骤2)测量加热卷烟吸阻，通过控制系统控制步进电机维持加热卷烟烟蒂端流速为 17.5ml/s，记录压力传感器的读数；
30.步骤3)测量加热卷烟滤嘴温度分布，按照需求选择不同的抽吸模式，启动步进电机并记录温度数据；
31.步骤4)测量加热卷烟滤嘴的烟碱过滤效率；首先，去除加热卷烟的滤嘴部分，按照需求选择不同的抽吸模式，启动抽吸装置，重复15-20次，每次需更换剑桥滤片，最后将剑桥滤片处理后使用气相色谱/质谱仪测量烟碱量(简易地，可以用剑桥滤片前后重量差粗略估计烟碱量)，获得单支加热卷烟的烟碱释放量；
32.然后使用完整的加热卷烟，重复上述步骤，获得单支加热卷烟过滤后的烟碱释放量，从而获得加热卷烟滤嘴的烟碱过滤效率。
33.在一些实施方式中，通过控制系统控制步进电机的推进速率，完成不同的间歇式抽吸模式。
附图说明
34.图1为本发明加热卷烟主流烟气温度、滤嘴吸阻及截留效率的测量装置的结构示意图；
35.图2为打孔器20的结构示意图，打孔位置、深度和数量可根据不同需求设计；
36.图3为温度计13及温度计固定器21的布置方式；
37.图4为本装置iso抽吸模式下，连续进行3次抽吸过程的抽吸速率曲线图；
38.图5为实施例2测量得出的抽吸速率曲线图；
39.图6为实施例2测量得出的四支温度计温度变化图；
40.图7为实施例2测量得出的整支烟压降曲线图。
具体实施方式
41.现在将结合实施例和附图对本发明做进一步详细说明，实施例仅限于说明本发明，而非对本发明的限定。
42.如图1所示，本实施方式提供一种加热卷烟主流烟气温度、滤嘴吸阻及截留效率的测量装置，该装置主要包括如下结构：
43.抽吸系统：
44.步进电机18；
45.活塞固定件2固定于步进电机18的滑块19上，并与活塞3连接，用于移动活塞杆；
46.第一单向阀5和第二单向阀6，第一单向阀实现了在吸气阶段气流方向从卷烟12处流动至活塞3处，而第二单向阀6则使得气流方向在出气阶段从活塞3处流动至铝箔气体采样袋 4处；上述单向阀5和6可以是三通电磁阀等能够达到切换气路通道目的的元件。
47.加热卷烟固定件11用于固定加热卷烟12及卷烟加热装置；进一步地，透明亚克力管道 10形成密封管道，所述加热卷烟的部分密封进入该密封管道，同时透明的特性便于观测加热卷烟产生的烟雾量；
48.中空筒体8连通设置在透明亚克力管道10的后侧，其内安装有剑桥滤片7；中空筒体的作用在于收集烟气的同时将剑桥滤片安装其内；
49.步进电机控制系统17通过电脑主机15控制步进电机的推进速率，完成不同的间歇式抽吸模式，诸如iso抽吸模式、加拿大深度抽吸模式、ftc抽吸模式等；
50.测量系统：
51.位移传感器1，与数据采集系统16连接，数据采集系统16再将数据传输至电脑主机15，用于监测活塞固定器2的实际位移、判断抽吸速率是否符合预期。
52.压力传感器9，测量加热卷烟12的吸阻；多支温度计13，可布置于打孔器20在加热卷烟12滤嘴部分打出的孔中，温度计13不仅可以轴向布置于非金属材料制成的温度计固定器 21上，也可以布置于径向分布的不同孔中，更好地测量加热卷烟滤嘴内的温度分布；位
移传感器1；诸多测量装置，均与数据采集系统16连接，数据采集系统16再将数据传输至电脑主机15，用于监测、记录测量数据。
53.下面以具体实施例介绍加热卷烟主流烟气温度、滤嘴吸阻及截留效率的测量装置。
54.实施例1
55.通过调节步进电机18丝杆的速度，对活塞3前后移动的速度进行调整，最终达到在2s 抽吸过程中，抽吸速率曲线呈钟型分布，且抽吸容量为35ml，满足iso抽吸模式，连续进行的3次抽吸过程的抽吸速率曲线图如图4所示；优选地，本装置还可以通过调节步进电机丝杆18的速度，达到匀速抽吸、hci抽吸等模式。
56.实施例2
57.由图5可知，抽吸过程为打开某品牌加热烟具(未在图中示出)，35s后开始抽吸第一口，而后每60s抽吸一次，每次抽吸时长为2s，积分可得每次抽吸容量为35ml，满足iso模式要求。在某品牌加热卷烟单支烟抽吸过程中，四支温度计分别布置于加热卷烟滤嘴轴心且距离烟气出口0mm(温度1)、2mm(温度2)、4mm(温度3)、6mm(温度4)处，由图6可得，出口烟气第一口温度最高，为64.3℃，第二、三口温度逐渐下降，分别为57.8℃50.4℃；而随着距离烟气出口距离越远，烟气温度越高，每间隔2mm的两点处温差约为2℃；在抽吸过程中及停止抽吸后，滤嘴内及出口处烟气温度均处于下降状态，距离烟气出口越近降温速率越大。图7表示抽吸过程中整支烟的压降曲线，压降与容积变化率相对应，最大压降为 3024pa。优选地，温度计13可以选用更多的数量，以获得更多的测量点数据，对滤嘴进行更加准确的评价；优选地，温度计13可以选用其他的布置方式，不仅局限于本实例中的布置于加热卷烟滤嘴轴心方案；优选地，可以通过去除加热卷烟烟草段，滤嘴插入测量装置深度控制为9mm，并调节步进电机丝杆速度维持烟蒂端流量为17.5ml/s，以测量加热卷烟滤嘴段的吸阻。
58.实施例3
59.多次重复实施例2所述实验，取出实验中获得的剑桥滤片7并称量其质量(该滤片在实验前已进行称量获得其初始质量)，且已知某品牌加热卷烟单支烟烟碱释放总量，最终可求得某品牌加热卷烟滤嘴烟碱截留效率为27.1％。优选地，可以对剑桥滤片7及铝箔气体采样袋4 内物质进行气相色谱分析，已获得更加精确的结果。