CN111505261A - 一种烟气暴露装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烟气暴露装置，包括吸烟机，模拟人抽吸卷烟产生烟气；烟气输送系统与所述吸烟机相连；暴露仓设置有至少两个，吸烟机产生的烟气经烟气输送系统分流至暴露仓内，对细胞染毒；所述烟气输送系统包括分流装置，所述分流装置包括开设有进气口和至少两个出气口封闭壳体，进气口与吸烟机直接或间接相连，出气口连暴露仓，进气口与封闭壳体的内壁面相对设置，烟气经进气口进入封闭壳体内腔后冲击封闭壳体内壁面而均匀分散在封壳体内，并均匀从各出气口流出，保证进入各暴露仓内的烟气的量均匀，进而保证试验结果的准确性。

Description

一种烟气暴露装置

技术领域

本发明涉及一种烟气暴露装置。

背景技术

全烟气暴露方法已经成为体外评估烟气毒性或生物学效应的重要暴露方法。该暴露方法所依托的暴露装置由吸烟机、烟气输送系统和可气-液界面暴露的暴露仓组成。吸烟机产生的烟气经烟气输送系统进入暴露仓内，对暴露仓内的细胞进行染毒，根据细胞的染毒结果评估烟气的毒性或生物学效应。

目前，商业使用的烟气暴露装置如Vitrocell、Cultex等主要通过利用空气梯度稀释烟气的方法来实现烟气暴露。对于其结构，以Vitrocell为例，如图1所示，该暴露装置包括吸烟机1、烟气输送系统和暴露仓4，吸烟机1模拟人抽吸卷烟产生烟气，稀释管路3输入空气与吸烟机产生的烟气进行混合稀释，输送系统包括一个输送长管2，吸烟机1与输送长管2的轴向一端连接。沿输送长管2轴向，输送长管2的侧壁上间隔开设多个出气口，并分别与对应的暴露仓4相连，以使烟气能够分流至不同暴露仓4内，输送长2管背向吸烟机1的轴向一端开设有排气口。

由于各出气口与暴露仓相连，而排气口与大气连通，因此，沿输送长管2的轴向，出气口越是靠近排气口，烟气经出气口进入暴露仓的流阻与继续向后流向排气口流阻的差值越大，烟气越容易流向排气口并经排气口流出，而难于流向暴露仓，使得沿烟气流动方向经出气口进入各暴露仓内的烟气的量逐渐减小，导致试验结果不准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种烟气暴露装置，以解决现有技术中烟气暴露装置试验时因进入各暴露仓内烟气的量不均衡而导致的试验结果不准的技术问题。

本发明中烟气暴露装置采用如下技术方案：

一种烟气暴露装置，包括吸烟机，用于模拟人抽吸卷烟产生烟气；烟气输送系统；暴露仓设置有至少两个，用于放置细胞，所述吸烟机产生的烟气经烟气输送系统分流至暴露仓内，对仓内细胞染毒；所述烟气输送系统包括分流装置，所述分流装置包括封闭壳体，封闭壳体上开设有进气口和至少两个出气口，进气口与所述吸烟机直接或间接连通，出气口与暴露仓直接或间接连通，进气口与封闭壳体的内壁面相对设置，烟气经进气口进入封闭壳体内腔后冲击封闭壳体内壁面而均匀分散在封闭壳体内，并均匀从各出气口流出。

有益效果为：烟气经进气口进入封闭壳体内腔后，能够依靠自身流动的冲击力冲击在封闭壳体内壁面上，沿封闭壳体内壁面的面延伸方向扩散流动并均匀分散在封闭壳体内，在封闭壳体内腔中迅速铺开，使封闭壳体内快速形成一个近似等压的状态，并在误差范围内均匀地从各个出气口流入相应暴露仓内，保证进入各暴露仓内的烟气的量均匀，进而保证试验结果的准确性。

进一步地，所述封闭壳体为柱状管，所述进气口和出气口均开设在柱状管侧壁上。

有益效果为：便于分流装置的生产制造。

进一步地，所述进气口开设在柱状管沿轴线方向的中部，所述出气口开设在与进气口相对的侧壁上，并沿柱状管轴向方向均匀分布。

有益效果为：将进气口和出气口开设在柱状管相对的两侧，便于操作人员在分流装置上接管，同时，也易于实现烟气从各出气口均匀的流出，使得烟气暴露装置便于装配，且试验结果具有更高的准确性。

进一步地，所述烟气暴露装置还包括废气处理装置，所述封闭壳体上开设有至少三个出气口，其中一个出气口通过烟气排出管路与废气处理装置相连通，各暴露仓的废气排出口与废气处理装置相连通，所述烟气排出管路具有能够接入气体参数测量仪的接口，以测量经该出气口排出的烟气的参数。

有益效果为：将一个出气口与废气处理装置相连，需要测量烟气经各个出气口排出的参数时，可以通过在废气连通管路上接气体参数测量仪测量烟气经该出气口排出时的参数，从而能够知晓烟气经其他出气口进入暴露仓时的参数。

进一步地，所述进气口通过进气管路与抽烟机连通，所述进气管路上设置有进气调节阀，用于控制进气管路的流量和通断。

有益效果为：通过调节阀可以方便地控制进入分流装置内烟气的量，进而控制进入暴露仓内烟气的量，使得烟气暴露装置便于操作，使用起来更加方便。

进一步地，所述各出气口通过出气管路与对应的暴露仓连通，所述出气管路上设置有出气调节阀，以控制出气管路的流量和通断。

有益效果为：通过控制各调节阀，能够控制相应出气管路的通断，当需要增大进入暴露仓内烟气的量时，可以关闭部分出气调节阀，使烟气分流至更少数量的暴露仓内，以提高进入暴露仓内烟气的量；需要减少进入暴露仓内烟气的数量时，打开更多数量的出气调节阀，使烟气分流至更多数量的暴露仓内，以降低进入暴露仓内烟气的量，使得烟气暴露装置便于调节进入暴露仓内烟气的量。另外，也可通过控制各调节阀的通流能力，调整进入暴露仓的烟气量。

进一步地，所述分流装置具有保温结构。

有益效果为：使得分流装置具有恒定的合适温度，防止烟气在分流装置内凝结。

进一步地，所述保温结构包括包裹在封闭壳体外侧的外壳体，所述外壳体与封闭壳体围成密封的保温腔，外壳体上开设有供热流体流入保温腔的热流入口，和供热流流出保温腔的热流出口，通过向保温腔内通热流使密封壳体保持恒定温度。

有益效果为：在保温腔内通热流，能够对封闭壳体均匀加热，且具有良好的保温效果。

进一步地，所述封闭壳体为透明壳体。

有益效果为：便于观察分流装置内部情况，以及时判断烟气在分流装置内是否凝结。

进一步地，所述烟气输送系统还包括上级分流树，所述上级分流树包括分流树封闭壳体，分流树封闭壳体上开设有分流树进气口和至少两个分流树出气口，分流树进气口与所述吸烟机直接或间接连通，所述分流装置设置有至少两个，各分流装置与上级分流树的至少两个分流树出气口一一对应直接或间接连通。

有益效果为：上级分流树具有至少两个分流树出气口，对应地，在上级分流树上接入至少两个分流装置，如此使得烟气输送系统模拟人体的气管结构，对人体吸入气体经气管树对气体分流传输进行模拟，使得实验结果更加接近真实。

附图说明

图1为现有技术中烟气暴露装置的结果示意图；

图2为本发明中烟气暴露装置实施例1的结构示意图；

图3为本发明中烟气暴露装置实施例3的烟气输送系统的部分结构示意图；

图中：1-吸烟机；2-输送长管；3-稀释管路；4-暴露仓；5-烟气输送系统；6-抽气装置；7-进气管路；8-分流装置；9-出气管路；10-进气调节阀；11-废气净化装置；12-烟气排出管路；13-烟气排出调节阀；14-出气调节阀；15-废气排出管路；16-可控抽气泵；17-废气排出调节阀；18-上级分流树；19-分流树进气口；20-分流树出气口；21-中间管路；22-分流树封闭壳体。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明的烟气暴露装置的具体实施例1：如图2所示，包括吸烟机1、烟气输送系统5和暴露仓4。

吸烟机1用于模拟人抽烟，以制造烟气。具体的，吸烟机1具有抽气装置6，抽气装置6通过其活塞往复移动抽吸卷烟产生烟气并将烟气向烟气输送系统5泵送。吸烟机1具体可以为转盘式、单通道式和直线型吸烟机等中的一种。吸烟机的具体结构和工作原理属于现有技术，在此不再予以赘述。

烟气输送系统5包括进气管路7、分流装置8和出气管路9。其中，分流装置8包括封闭壳体。本实施例中，分流装置8的封闭壳体为轴向两端封闭的柱状管，柱状管的侧壁上开设有进气口和多个出气口，进气口和出气口沿柱状管的径向方向相对开设，同时进气口和各出气口沿柱状管的轴向错开，使得进气口与柱状管的壁面相对开设，且进气口位于柱状管轴向的中部，出气口沿柱状管轴向均匀布置。烟气经进气口流入柱状管内腔后，能够冲击在柱状管的腔壁上，在封闭壳体内腔中迅速扩散铺开，使封闭壳体内快速形成一个近似等压的状态，并经各出气口均匀流出。在其他实施例中，还可以将进气口开设在柱状管轴向的端面上，而出气口开设在柱状管的侧壁上。

为便于观察烟气在分流装置8内的流动情况，提高烟气暴露装置使用的方便性，可以采用透明材质制作分流装置的封闭壳体，如采用玻璃、透明塑料等。当然，处于加工制造方便的角度考虑，采用非透明材质制作封闭壳体也并不影响分流装置的使用，如，可以采用不锈钢材质制作封闭壳体。为防止杂物堵塞出气口，只需定期清理封闭壳体内腔即可。

另外，为了防止烟气在分流装置内凝结，本实施例中分流装置具有保温结构，具体的，在分流装置外侧固定一层外壳体，外壳体与分流装置围成封闭保温腔，同时在围板上开设热流入口和热流出口，热流体可经热流入口注入保温腔内，并从热流出口流出。通过向保温腔内通热流可对分流装置进行保温，使分流装置保持与人体体温相当的温度，以防止烟气在封闭壳体内凝结。热流体可以为热水、热油、热气等。同时，针对分流装置设置温度检测模块和温控模块，温控模块同时与温度检测模块和热流循环系统连接。温度检测模块检测封闭壳体的温度并将检测信号反馈给温控模块，温控模块通过闭环控制热流循环系统，当封闭壳体温度低于设定值时，温控模块控制热流循环系统向保温腔内注入热流体对封闭壳体进行加热和保温。

在其他实施例中，也可以在封闭壳体外侧贴设电热片作为保温结构。当然，如果实验室的室温为能保证烟气不会凝结的温度时，使得处于实验室内的烟气暴露装置自身也具有能够保证烟气不会凝结的温度的前提下，可以不在分流装置上设置保温结构。

进气口通过进气管路7与吸烟机1的抽气装置6相连，抽气装置6通过进气管路7将烟气泵入分流装置8内腔。为了对进入分流装置8内的烟气的量进行控制，进气口处设置有进气调节阀10，操作进气调节阀10，能够控制进气口的通断及调整进气口的通流能力的大小，进而调整进入暴露仓4内烟气的量。在其他实施例中，出于简化装置结构目的考虑，还可以不设置进气调节阀，试验时，通过控制吸烟机的抽气装置的抽吸量来控制进入暴露仓内烟气的量。在其他实施例中，进气口可以与吸烟机直接连通。

出气口通过出气管路9与对应的暴露仓4连通。本实施例中，分流装置8上开设有四个出气口，并且烟气暴露装置具有废气净化装置11，其中三个出气口分别通过出气管路9各自连通一个暴露仓4，剩余一个出气口通过烟气排出管路12与废气净化装置11相连，并且，烟气排出管路12所接的出气口处接有烟气排出调节阀13，操作烟气排出调节阀13，能够控制对应的出气口的开闭并调整该出气口通流能力的大小。在其他实施例中，出气口可以与暴露仓直接连通。

试验时，除了操作进气调节阀10调整进入暴露仓4内烟气的量外，可以通过调节烟气排出调节阀13通流能力的大小，来调整烟气进入各暴露仓4内的量。如，需要增大烟气进入暴露仓4内的量时，关闭烟气排出调节阀13或调小调节阀13的通流能力；需要减小烟气进入暴露仓4内的量时，全开烟气排出调节阀13或调大调节阀13的通流能力。

烟气排出管路12上设置有气体参数测量仪接口，不需要测量气体参数时，参数测量仪接口处于封闭状态，需要测量经各出气口进入暴露仓4内气体的参数时，可以在气体参数测量仪接口上接气体参数测量仪来探测烟气的参数。为保证烟气经各出气口流速一致，需在参数测量仪与烟气排出管路12中加入与暴露仓4内体积一致的检测小室，以在各出气口处营造相同的压力环境，确保烟气经各出气口流出的参数相同，由此可以通过测量烟气排出管路12中气体的参数来获知进入各暴露仓4内烟气的参数，测量仪可以为流量、流速或者气体浓度等气体参数测量仪。或者，在无法保证与烟气排出管路12连通的出气口的压力环境和与暴露仓4连通的出气口的压力环境一致时，可以测量进入分流装置8的烟气总量和经烟气排出管路12排出的烟气量，二者相减除以与暴露仓4连通的出气口的数量来获得进入各暴露仓4内的烟气量。也可以经烟气排出管路12对烟气取样，检测烟气成分。在其他实施例中，还可以将气体参数测量仪串接在烟气排出管路内测量气体参数。对于此类一个出气口与废气净化装置连接的烟气暴露装置，出气口至少得设置三个，以保证有至少两个出气口能够连接暴露仓。这样带有烟气排出管路的烟气暴露装置可以用于需要在分流装置的出气管路进行烟气捕集或其他非暴露仓试验的烟气暴露染毒试验。

在其他实施例中，还可以将所有的出气口均与暴露仓相连，通过调节进气调节阀或抽气装置的抽气量来调节进入暴露仓内的烟气量，此时，出气口最少可设置为两个，同时，为便于检测烟气参数，在进气管路连接检测支路，通过在检测支路上连接气体参数测量仪检测气体参数。

与暴露仓4连通的各个出气口处分别设置有出气调节阀14，出气调节阀14和烟气排出调节阀13的结构相同，仅安装位置不同，操作出气调节阀14，能够控制相应出气口的通断。试验时，除了操作进气调节阀10和烟气排出调节阀13来调整进入暴露仓4内烟气量外，可以通过控制各个出气调节阀14的开断来控制与分流装置连通的暴露仓4的数量以调整进入暴露仓4内烟气的量。如，需要增大烟气进入暴露仓4内的量时，关闭部分出气调节阀14，减小与分流装置8连通的暴露仓4的数量即可；需要减小烟气进入暴露仓4内的量时，打开更多的出气调节阀14，增大与分流装置8连通的暴露仓4的数量即可。

实际操作时，可以操作进气调节阀10、烟气排出调节阀13和出气调节阀14中的一个或两个协同或三个协同来调节进入暴露仓4内烟气的量。当使用进气调节阀10、烟气排出调节阀13来调节进入暴露仓4内烟气的量时，可以不设置出气调节阀14。

各个暴露仓4通过废气排出管路15与废气净化装置11相连，具体的，废气排出管路15通过三条支路分别与三个暴露仓4连接，废气排出管路15的各支路以及主路上设置有废气排出调节阀17，以控制废气排出管路的通断和通流能力的大小。如图2所示，废气排出管路15上接有可控抽气泵16，通过控制可控抽气泵16的抽气力，维持暴露仓内压力的平衡，避免暴露仓4内压力过大损伤细胞。另一方面，调整可控抽气泵16的抽气力，可以控制烟气在暴露仓4内的暴露时间。可控抽气泵16同时对三个暴露仓4进行抽吸，能够保证三个暴露仓4压力的均衡。

鉴于各暴露仓4通过废气排出管路15与可控抽气泵16连接，为了使得与烟气排出管路12连接的出气口的压力环境和与各暴露仓4连通的各出气口的气体压力环境相同，可以将烟气排出管路12与可控抽气泵16连通，或者直接在烟气排出管路12上连接一个抽气泵。

在本方法下，关闭烟气排出调节阀13，全开出气调节阀14和废气排出调节阀17，设定可控抽气泵16的抽气速率为20mL/min，对ISO和Health Canada抽吸模式下的气体在出气管路9内的流速进行测定并比较是否一致，ISO和Health Canada两种抽吸方式条件如表1所示。检测结果如表2所示，在本方法下，不同的抽吸方式进入三通道的气体流速均一致为16.4mL/min。

表1 ISO和Health Canada两种抽吸方式条件

表2 ISO和Health Canada抽吸条件下进入暴露仓三出气管路流速(mL/min)

并检测抽吸相同口数空气和烟气，经三个出气管路9进入暴露仓4内的烟气对三个暴露仓4内的细胞的作用是否均一，具体利用CCK-8检测方法检测细胞存活来并进行比较。利用单因子方差分析比较表3中三个出气管路9进入三个暴露仓内的烟气引起细胞存活率是否有统计学差异，P＝0.705>0.05，则表示三个通道暴露烟气引起的细胞毒性一致。

表3 CCK-8检测方法检测三个出气管路下细胞的OD值与存活率

本发明中烟气暴露装置的实施例2，与实施例1不同的是，本实施例中，分流装置为中空的封闭圆球，在封闭圆球上开设进气口和出气口，进气口与封闭圆球的内壁面相对开设。当然，封闭壳体还可以是横截面为多边形的盒状封闭壳体，如为矩形盒状封闭壳体，将进气口开设在矩形封闭盒状壳体的一个侧面上，出气口开设在与该侧面相邻的其他侧面上，试验时，烟气经进气口进入盒状封闭壳体内腔中，冲击在与开设进气口的盒面相对的盒面上并均匀扩散在盒状封闭可壳体内，并从各出气口均匀流出。

本发明中烟气暴露装置的实施例3，与实施例1不同的是，本实施例中，如图3所示，烟气输送系统包括上级分流树18以及两个分流装置8，上级分流树18具有分流树封闭壳体22，分流树封闭壳体22上开设有分流树进气口19和两个分流树出气口20，分流树进气口19用于与进气管路7连接，以实现分流树进气口19与吸烟机1的间接连通，在其他实施例中，分流树进气口还可以与吸烟机直接连通。

两个分流装置8与上级分流树18的两个分流树出气口20分别一一对应连接，本实施例中各分流装置8的进气口与分流树出气口通过中间管路21间接连通，在其他实施例中，还可以将分流装置的进气口与分流树出气口直接连通。

这样的烟气输送系统模拟烟气进入左或右支气管后进入细支气管，对人体吸入气体经气管树对气体分流传输的模拟，实验结果更加接近真实。各分流装置的各出气口与对应暴露仓和烟气排出管路的连接方式与上述各实施例中分流装置的连接方式相同。在其他实施例中，上级分流树还可以具有三个以上的出气口，自然地，分流装置也可以设置三个以上。本实施例中，上级分流树和分流装置形成两个层级，在其他实施例中，可以设置更多数量的上级分流树和分流装置形成更多的层级。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种烟气暴露装置，包括：

吸烟机，用于模拟人抽吸卷烟产生烟气；

烟气输送系统；

暴露仓，设置有至少两个，用于放置细胞，所述吸烟机产生的烟气经烟气输送系统分流至暴露仓内，对仓内细胞染毒；

其特征是，

所述烟气输送系统包括分流装置，所述分流装置包括封闭壳体，封闭壳体上开设有进气口和至少两个出气口，进气口与所述吸烟机直接或间接连通，出气口与暴露仓直接或间接连通，进气口与封闭壳体的内壁面相对设置，烟气经进气口进入封闭壳体内腔后冲击封闭壳体内壁面而均匀分散在封闭壳体内，并均匀从各出气口流出。

2.根据权利要求1所述的烟气暴露装置，其特征是，所述封闭壳体为柱状管，所述进气口和出气口均开设在柱状管侧壁上。

3.根据权利要求2所述的烟气暴露装置，其特征是，所述进气口开设在柱状管沿轴线方向的中部，所述出气口开设在与进气口相对的侧壁上，并沿柱状管轴向方向均匀分布。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的烟气暴露装置，其特征是：所述烟气暴露装置还包括废气处理装置，所述封闭壳体上开设有至少三个出气口，其中一个出气口通过烟气排出管路与废气处理装置相连通，各暴露仓的废气排出口与废气处理装置相连通，所述烟气排出管路具有能够接入气体参数测量仪的接口，以测量经该出气口排出的烟气的参数。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的烟气暴露装置，其特征是，所述进气口通过进气管路与吸烟机连通，所述进气管路上设置有进气调节阀，用于控制进气管路的流量和通断。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的烟气暴露装置，其特征是，所述各出气口通过出气管路与对应的暴露仓连通，所述出气管路上设置有出气调节阀，以控制出气管路的流量和通断。

7.根据权利要求1-3任意一项所述的烟气暴露装置，其特征是，所述分流装置具有保温结构。

8.根据权利要求7所述的烟气暴露装置，其特征是，所述保温结构包括包裹在封闭壳体外侧的外壳体，所述外壳体与封闭壳体围成密封的保温腔，外壳体上开设有供热流体流入保温腔的热流入口，和供热流流出保温腔的热流出口，通过向保温腔内通热流使密封壳体保持恒定温度。

9.根据权利要求1-3任意一项所述的烟气暴露装置，其特征是，所述封闭壳体为透明壳体。

10.根据权利要求1-3任意一项所述的烟气暴露装置，其特征是，所述烟气输送系统还包括上级分流树，所述上级分流树包括分流树封闭壳体，分流树封闭壳体上开设有分流树进气口和至少两个分流树出气口，分流树进气口与所述吸烟机直接或间接连通，所述分流装置设置有至少两个，各分流装置与上级分流树的至少两个分流树出气口一一对应直接或间接连通。

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