CN103884739B - 一种卷烟吸燃和静燃热释放的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷烟吸燃和静燃热释放的测量装置，包括离线测量装置和在线测量装置。所述离线测量装置包括吸烟装置、侧流烟气捕集装置和烟气分析装置，可以先将主流烟气和侧流烟气捕集到采集袋中，吸烟完毕后，再依次泵入氧气分析仪进行分析。所述在线测量装置包括吸烟装置和侧流烟气捕集分析装置，可以实时分析主流烟气和侧流烟气中氧气的含量，并输送至计算机记录处理。本发明装置结构合理，操作简便，既有燃烧学中经典的氧消耗原理作为理论支撑，又可以有效测量卷烟静燃热释放和卷烟吸燃热释放，丰富和完善了卷烟燃烧特性的评价体系。

Description

一种卷烟吸燃和静燃热释放的测量装置

技术领域：

本发明涉及一种卷烟吸燃和静燃热释放的测量装置，属于卷烟燃烧热测量技术领域。

背景技术：

卷烟是一种依靠燃烧来体现其品质的特殊消费品。卷烟燃烧热是卷烟燃烧特性的重要参数之一，与卷烟感官质量、烟气中香味成分形成和有害物质释放以及卷烟引燃特性等都密切相关，因此，其测量技术的开发是烟草科研工作者致力的方向。申请号为201310475479.x的中国发明专利公开了一种基于氧消耗原理的卷烟阴燃倾向的测试装置。该装置通过对卷烟静燃期间烟气的捕集以及氧气含量的分析，计算出卷烟静燃期间所消耗的氧气的质量（Δm_氧气），再依据物质燃烧时每消耗单位质量的氧所产生的热量都接近于13.1kJ/g这一平均值（偏差为5%），从而得到卷烟静燃期间的热释放（13.1×Δm_氧气），用于评价卷烟的引燃倾向。申请号为201310475518.6的中国发明专利公开了一种评价卷烟阴燃倾向的测试方法，同样是基于氧消耗原理。需要说明的是，该装置和方法只能测试卷烟静燃期间的热释放，而对于卷烟吸燃期间的热释放无法测试。

卷烟的消费本质上就是对卷烟吸燃时所产生主流烟气的消费，因此卷烟吸燃热释放直接影响卷烟主流烟气中香味成分的形成和有害物质的释放。开发出卷烟吸燃热释放的测量装置，无疑将丰富并完善卷烟燃烧特性评价体系，为卷烟设计开发和品质提升提供重要技术支撑，对于“卷烟减害技术”和“增香保润”重大专项关键技术突破具有积极的推动作用。

发明内容：

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种卷烟吸燃和静燃热释放的测量装置。该装置可在卷烟抽吸状态下对主流烟气和侧流烟气进行实时收集和相关参数的测试，并依据氧消耗原理计算出卷烟吸燃热释放和静燃热释放。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种卷烟吸燃和静燃热释放的测量装置，其包括：

吸烟装置以及侧流烟气捕集分析装置；

所述吸烟装置包括人工吸嘴以及通过管路与所述人工吸嘴尾部抽吸口连通的氧气分析仪，并在管路中设有第一过滤器和第二过滤器；

所述氧气分析仪经气管道与抽吸单元相连通，并在所述气管道中设有第一阀门；

所述侧流烟气捕集分析装置包括鱼尾罩、与所述鱼尾罩出口相连通的第二氧气分析仪，在所述鱼尾罩至所述第二氧气分析仪的管路中依次设有第三过滤器、第一真空泵以及第四过滤器；

所述鱼尾罩侧部开方孔，并设置能密封所述方孔的玻璃片，所述人工吸嘴前端的烟支自所述玻璃片的圆孔中穿过处于鱼尾罩内，所述圆孔的壁与烟支的外壁之间密封。

所述抽吸单元包括外部的针筒以及设于针筒内部的往复活塞，并在所述针筒上设有第二阀门。

所述氧气分析仪以及第二氧气分析仪分别通过数据线与计算机相连。

所述第一过滤器、第三过滤器为烟气粒相物过滤器；所述第二过滤器和第四过滤器为水分干燥过滤器。

所述氧气分析仪、第二氧气分析仪为顺磁性氧气分析仪，分析范围在0-25%之间。

根据氧消耗原理，计算卷烟在静燃期间热释放（Q_静）和吸燃期间热释放（Q_吸）：

Δm_{氧气(侧流)}为卷烟静燃消耗的氧气的质量，单位为克（g）；

Δm_{氧气(主流)}为卷烟吸燃消耗的氧气的质量，单位为克（g）；

P₀为环境气压，单位为帕（Pa）；

T₀为环境温度，单位为开尔文（K）；

M_氧气为氧气的分子量；

R为理想气体常数；

t_n为从测试开始到结束的总时间，单位为秒（s）；

V_侧为流经氧气分析仪的侧流烟气的总流量；

V_主为流经氧气分析仪的主流烟气的总流量；

为氧气分析仪记录的初始氧气体积浓度；

为测试过程中，氧气分析仪实时记录的侧流烟气中氧气的体积浓度；

为测试过程中，氧气分析仪实时记录的侧流烟气中氧气的体积浓度。

该吸烟装置可实现抽吸频率、抽吸持续时间、抽吸容量可调，能够满足GB/T16450-2004的要求，但不限于该标准的要求。

一种卷烟吸燃和静燃热释放的测量装置，其包括：

吸烟装置、侧流烟气捕集装置以及烟气分析装置；

所述吸烟装置包括人工吸嘴以及通过管路与所述人工吸嘴尾部抽吸口连通的抽吸单元，并在管路中设有第一阀门和第一过滤器，所述抽吸单元包括外部的针筒以及设于针筒内部的往复活塞，所述针筒内腔经第一管路与主流烟气采集袋连通，并在第一管路上设有第二阀门；

所述侧流烟气捕集装置包括鱼尾罩、与所述鱼尾罩出口相连通的测流烟气采集袋，在所述鱼尾罩至所述测流烟气采集袋的管路中依次设有第三过滤器、第一真空泵以及第三阀门；

所述烟气分析装置包括氧气分析仪以与所述氧气分析仪通过气管路连通的第二真空泵，并第二真空泵与氧气分析仪之间的气管路上设有第二过滤器；所述第二真空泵经第二管路与所述测流烟气采集袋连通，并在所述第二管路上设有第四阀门；所述第二真空泵经第三管路与所述主流烟气采集袋连通，并在所述第三管路上设有第五阀门。

所述鱼尾罩侧部开方孔，并设置能密封所述方孔的玻璃片，所述人工吸嘴前端的烟支自所述玻璃片的圆孔中穿过处于鱼尾罩内，所述圆孔的壁与烟支的外壁之间密封。

所述氧气分析仪通过数据线与计算机相连。

所述氧气分析仪为顺磁性氧气分析仪，分析范围在0-25%之间。

根据氧消耗原理，计算卷烟在静燃期间热释放（Q_静）和吸燃期间热释放（Q_吸）：

Δm_侧氧为卷烟静燃消耗的氧气的质量，单位为克（g）；

Δm_主氧为卷烟吸燃消耗的氧气的质量，单位为克（g）；

P₀为环境气压，单位为帕（Pa）；

T₀为环境温度，单位为开尔文（K）；

M_氧为氧气的分子量；

R为理想气体常数；

V_侧为所采集的侧流烟气的总体积；

V_主为所采集的主流烟气的总体积；

为氧气分析仪记录的初始氧气体积浓度；

为所采集的侧流烟气中氧气的平均体积含量；

为所采集的主流烟气中氧气的平均体积含量；

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明装置结构合理，操作简便，既有燃烧学中经典的氧消耗原理作为理论支撑，又可通过离线或者在线方式有效测量卷烟静燃热释放以及卷烟吸燃热释放，丰富和完善了卷烟燃烧特性的评价体系。

附图说明：

图1为本发明卷烟吸燃和静燃热释放的在线测量装置结构示意图。

图2为本发明卷烟吸燃和静燃热释放的离线测量装置结构示意图。

图3是本发明中改进的人工吸嘴的结构示意图。

图4是本发明中玻璃片的结构示意图。

图中标号：1吸烟装置，2测流烟气捕集分析装置，3烟气分析装置，4测流烟气捕集装置，11人工吸嘴，12第一过滤器，13第二过滤器，14氧气分析仪，15计算机，16第一阀门，17抽吸单元，18第二阀门，19主流烟气采集袋，21水平板，22鱼尾罩，23第三过滤器，24第一真空泵，25第四过滤器，26第二氧气分析仪，31第二真空泵，32第四阀门，33第五阀门，41测流烟气采集袋，42第三阀门，110玻璃片，131玻璃片的外边缘，132圆孔。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式：

实施例1：结合图1、3、4卷烟吸燃和静燃热释放的在线测量装置，其包括：

吸烟装置1以及侧流烟气捕集分析装置2；

所述吸烟装置1包括人工吸嘴11以及通过管路与人工吸嘴尾部抽吸口连通的氧气分析仪14，并在该管路中设有第一过滤器12和第二过滤器13；

所述氧气分析仪14经气管道与抽吸单元17相连通，并在气管道中设有第一阀门16；

所述侧流烟气捕集分析装置2包括鱼尾罩22、与鱼尾罩出口相连通的第二氧气分析仪26，在鱼尾罩至第二氧气分析仪26的管路中依次设有第三过滤器23、第一真空泵24以及第四过滤器25；

鱼尾罩22侧部开方孔，并设置能密封方孔的玻璃片110，人工吸嘴前端的烟支自所述玻璃片的圆孔132中穿过处于鱼尾罩内，圆孔132的壁与烟支的外壁之间密封。

抽吸单元17包括外部的针筒以及设于针筒内部的往复活塞，并在所述针筒上设有第二阀门18。

氧气分析仪14以及第二氧气分析仪26分别通过数据线与计算机15相连。

第一过滤器、第三过滤器为烟气粒相物过滤器；所述第二过滤器和第四过滤器为水分干燥过滤器。

氧气分析仪14、第二氧气分析仪26为顺磁性氧气分析仪，分析范围在0-25%之间。

吸烟装置1为基于目前公知的单通道吸烟机的基础上改进的仪器，具有卷烟抽吸和主流烟气捕集的双重功能，人工吸嘴11用于卷烟的夹持，而且在其前端加了一块开孔的玻璃片110，其尺寸恰好可以弥补鱼尾罩侧边的开口端；在卷烟吸燃时，关闭第二阀门18，开启第一阀门16，抽吸单元17按照设置参数吸烟，产生的主流烟气流经过两级过滤器净化后进入氧气分析仪14，所测得结果通过数据线直接输送到计算机15；吸燃结束后，关闭第一阀门16，开启第二阀门18，推动抽吸单元17将其中烟气排出，然后关闭第二阀门18，开启第一阀门16，等待下次吸燃。

侧流烟气捕集分析装置的鱼尾罩下口通过水平板21封闭，在卷烟燃烧的整个过程中，第一真空泵24一直处于开启状态，其所抽取的侧流烟气经第三过滤器23和第四过滤器25净化后，进入第二氧气分析仪26，测试结果通过数据线输送到计算机15。

测试时，具体操作步骤如下：

步骤A：按照GB/T16447-2004《烟草及烟草制品调节和测试的大气环境》对烟草样品预处理，然后根据重量及吸阻选出合适的烟支，并记录所选每一支烟的质量与吸阻，选择质量和吸阻相差较小的烟支进行试验；

步骤B：设置抽烟机参数（抽吸频率、抽吸持续时间、抽吸容量、静燃时间、测流烟气收集速率），将卷烟夹持在人工吸嘴上，按照标准方法点燃卷烟，并置于鱼尾罩内，同时开启第一真空泵，并将水平板罩住鱼尾罩的底端开口处；

步骤C：对卷烟进行抽吸，同时对主流烟气和侧流烟气中的氧气含量进行实时分析并将数据输送到各自的计算机中；在整个抽吸过程中，侧流烟气捕集装置的第一真空泵一直处于开启状态，抽吸结束后，仍持续抽吸一段时间，以保证侧流烟气被充分捕集；

步骤D：根据氧消耗原理和所测试的数据，计算卷烟在静燃（Q_静）和吸燃（Q_吸）期间的热释放量：

步骤E：重复若干支卷烟，并对测试结果取平均值，以确保结果的准确性。

实施例2：结合图2、3、4卷烟吸燃和静燃热释放的离线测量装置，其包括：

吸烟装置1、侧流烟气捕集装置4以及烟气分析装置3；

吸烟装置1包括人工吸嘴11以及通过管路与所述人工吸嘴尾部抽吸口连通的抽吸单元17，并在该管路中设有第一阀门16和第一过滤器12，抽吸单元17包括外部的针筒以及设于针筒内部的往复活塞，针筒内腔经第一管路与主流烟气采集袋19连通，并在第一管路上设有第二阀门18；

侧流烟气捕集装置4包括鱼尾罩22、与所述鱼尾罩出口相连通的测流烟气采集袋41，在所述鱼尾罩至所述测流烟气采集袋41的管路中依次设有第三过滤器23、第一真空泵24以及第三阀门42；

烟气分析装置3包括氧气分析仪14以与所述氧气分析仪通过气管路连通的第二真空泵31，并第二真空泵与氧气分析仪之间的气管路上设有第二过滤器13；第二真空泵31经第二管路与所述测流烟气采集袋41连通，并在所述第二管路上设有第四阀门32；所述第二真空泵31经第三管路与所述主流烟气采集袋19连通，并在所述第三管路上设有第五阀门33。

吸烟装置1与上述结构相同，在卷烟燃烧的整个过程中，第五阀门33均处于关闭状态；卷烟吸燃时，第二阀门18处于关闭状态，而第一16则处于开启状态；吸燃结束后，关闭第一阀门16，开启第二阀门18，同时推动抽吸单元17将主流烟气压入主流烟气采集带19中，然后，再关闭第二阀门18，开启第一阀门16，准备下一次吸燃.

侧流烟气捕集装置4的鱼尾罩22是按照CORESTA标准制作；水平板21可遮住鱼尾罩整个下端开口部分；第三过滤器23为剑桥滤片，用于过滤烟气中的颗粒物以及焦油，其一端与鱼尾罩22的顶端直接相连，另一端通过软管与真第一空泵24相连；第一真空泵24流量在0.5-5升/分钟之间可调；测流烟气采集袋41体积应足够大，避免袋内压力大于外界大气压；在卷烟燃烧的整个过程中，第一真空泵24和第三阀门42一直处于开启状态，而第四阀门32则处于关闭状态。

烟气分析装置3中的第二过滤器13用于干燥捕集的烟气，避免对氧气分析仪14的不利影响；氧气分析仪14用于分析烟气中氧气的体积分数，所测得数据通过数据线直接输送到计算机；卷烟抽吸完毕后，关闭第三阀门42、第二阀门18以及第五阀门33，开启第四阀门32，利用第二真空泵31抽取侧流烟气流向氧气分析仪14，测试结果经计算机15记录后，关闭第四阀门32，开启第五阀门33，抽取主流烟气流向氧气分析仪，测试结果同样输送到计算机。

上述两实施例中，玻璃片110将鱼尾罩开口侧边填补，避免鱼尾罩侧边开口影响测流烟气的捕集效率，玻璃片的外边缘131和圆孔132壁处都有密封件，避免漏气。

测试时，具体操作步骤如下：

步骤A：按照GB/T16447-2004《烟草及烟草制品调节和测试的大气环境》对烟草样品预处理，然后根据重量及吸阻选出合适的烟支，并记录所选每一支烟的质量与吸阻，选择质量和吸阻相差较小的烟支进行试验；

步骤B：设置抽烟机参数（抽吸频率、抽吸持续时间、抽吸容量、静燃时间、测流烟气收集速率），将卷烟夹持在人工吸嘴上，按照标准方法点燃卷烟，并置于鱼尾罩内，同时开启第一真空泵，并将水平板罩住鱼尾罩的底端开口处；

步骤C：对卷烟进行抽吸，同时收集主流烟气和侧流烟气；在整个抽吸过程中，侧流烟气捕集装置的第一真空泵一直处于开启状态，抽吸结束后，仍持续抽吸一段时间，以保证侧流烟气被充分捕集；

步骤D：抽吸完毕后，依次分析侧流烟气和主流烟气中氧气的平均体积分数，并输送到计算机；

步骤E：根据氧消耗原理和所测试的数据，计算卷烟在静燃（Q_静）和吸燃（Q_吸）期间的热释放量：

步骤F：重复若干支卷烟，并对测试结果取平均值，以确保结果的准确性。

Claims (4)

1.一种卷烟吸燃和静燃热释放的测量装置，其特征在于包括：

吸烟装置(1)、侧流烟气捕集装置(4)以及烟气分析装置(3)；

所述吸烟装置(1)包括人工吸嘴(11)以及通过管路与所述人工吸嘴尾部抽吸口连通的抽吸单元(17)，并在管路中设有第一阀门(16)和第一过滤器(12)，所述抽吸单元(17)包括外部的针筒以及设于针筒内部的往复活塞，所述针筒内腔经第一管路与主流烟气采集袋(19)连通，并在第一管路上设有第二阀门(18)；

所述侧流烟气捕集装置(4)包括鱼尾罩(22)、与所述鱼尾罩出口相连通的测流烟气采集袋(41)，在所述鱼尾罩至所述测流烟气采集袋(41)的管路中依次设有第三过滤器(23)、第一真空泵(24)以及第三阀门(42)；

所述烟气分析装置(3)包括氧气分析仪(14)以与所述氧气分析仪通过气管路连通的第二真空泵(31)，并第二真空泵与氧气分析仪之间的气管路上设有第二过滤器(13)；所述第二真空泵(31)经第二管路与所述测流烟气采集袋(41)连通，并在所述第二管路上设有第四阀门(32)；所述第二真空泵(31)经第三管路与所述主流烟气采集袋(19)连通，并在所述第三管路上设有第五阀门(33)。

2.根据权利要求1所述的一种卷烟吸燃和静燃热释放的测量装置，其特征在于，所述鱼尾罩(22)侧部开方孔，并设置能密封所述方孔的玻璃片(110)，所述人工吸嘴前端的烟支自所述玻璃片的圆孔(132)中穿过处于鱼尾罩内，所述圆孔(132)的壁与烟支的外壁之间密封。

3.根据权利要求1所述的一种卷烟吸燃和静燃热释放的测量装置，其特征在于，所述氧气分析仪(14)通过数据线与计算机(15)相连。

4.根据权利要求1所述的一种卷烟吸燃和静燃热释放的测量装置，其特征在于，所述氧气分析仪(14)为顺磁性氧气分析仪，分析范围在0-25％之间。