CN111938191B - 一种使用含能基热源的加热不燃烧烟支 - Google Patents

Abstract

本发明属于烟草技术领域，特别是一种使用含能基热源的加热不燃烧烟支。包括依次设置的过滤嘴、降温段和主体段，所述过滤嘴、降温段和主体段外包覆包装纸；所述主体段包括金属外壳，含能基热源和烟草薄片；金属外壳为两端密封的管体，金属外壳内放置柱形的含能基热源，含能基热源的体积小于金属外壳的容积，金属外壳内存在空隙；金属外壳外周包裹有烟草薄片，烟草薄片表面凹凸不平，从而在包装纸和烟草薄片之间形成空隙。本发明将含能基热源燃烧释放的热量通过热传导、热对流以及热辐射等方式经由热源密闭包覆金属外壳传递，用于烘烤烟草薄片，从而在低温条件下烘烤烟丝，取代了传统卷烟的高温裂解模式，大幅降低了有毒有害物质的产生。

Description

一种使用含能基热源的加热不燃烧烟支

技术领域

本发明属于烟草技术领域，特别是一种使用含能基热源的加热不燃烧烟支。

背景技术

传统卷烟燃烧所释放出的有毒有害物质严重危害着人们的健康，在全球范围内无法禁烟的情况下，各国学者将研究重点放在如何降低吸烟危害上。近年来，随着科学的发展与进步，人们发现烟草在中低温加热条件下有毒有害成分的释放量相较于传统吸烟模式得到了明显的降低，因此低温卷烟技术大大降低了吸烟危害。低温卷烟中所使用的热源根据加热方式的不同可分为：电加热型、理化加热型和燃料加热型三种。

电加热型热源是通过电池放电对电阻片或电阻丝进行加热从而使温度控制在一定范围内，达到使用要求。如专利CN108378420A中使用发热针、发热管和电池对烟草进行加热，但是电加热型热源目前存在较多的缺点，如结构复杂、生产成本昂贵、发热效率低等；

理化加热型热源是通过将多种化学试剂混合，利用化学试剂间的物理或化学反应释放出的热量，从而使温度上升达到一定的温度范围。但理化加热型热源存在理化反应过程放热难以控制、技术难度大等诸多缺点；

燃料加热型热源是通过燃料燃烧释放的热量来保证温度上升到，达到使用要求的温度范围。如专利CN107149167A中介绍了中低温含能基热源设计结构即燃料加热技术，它采用一次性含能基热源、燃料加热型热源具有成本较低，技术难度小等优点。

在将燃料加热型热源应用到加热不燃烧卷烟中时，仍存在如下问题：①热源所能达到的温度范围能否满足加热不燃烧卷烟的要求；②热源燃烧产生的杂质能否与烟草燃烧释放的烟气隔离；③热源在要求的温度范围内能持续多长时间，能否满足正常抽吸卷烟所需的时间。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种使用含能基热源的加热不燃烧烟支。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种使用含能基热源的加热不燃烧烟支，包括依次设置的过滤嘴、降温段和主体段，所述过滤嘴、降温段和主体段外包覆包装纸；

所述主体段包括金属外壳，含能基热源和烟草薄片；

所述金属外壳为两端密封的管体，所述金属外壳内放置柱形的含能基热源，含能基热源的体积小于金属外壳的容积，金属外壳内存在空隙；

所述金属外壳外周包裹有烟草薄片，所述烟草薄片表面凹凸不平，从而在包装纸(8) 和烟草薄片之间形成空隙。

进一步的，所述金属外壳的两端分别设有前端阻燃材料和后端阻燃材料。

进一步的，所述前端阻燃材料和后端阻燃材料的填充厚度分别为2-10mm，所述前端阻燃材料和后端阻燃材料为玻璃纤维阻燃材料。

进一步的，所述烟草薄片的长度小于金属外壳的长度，烟草薄片前端、金属外壳和包装纸之间设置有隔热材料，所述隔热材料的长度和烟草薄片的长度之和等于金属外壳的长度。

进一步的，所述隔热材料为玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐中的任一种或任几种，长度为5-30mm，厚度为2-10mm。

进一步的，所述烟草薄片的表面为锯齿状、键盘状、圆环状凸起或螺旋状凸起；所述烟草薄片包括烟末、碎片、烟梗、香料烟、膨胀烟、胶粘剂，厚度为2-10mm；所述胶粘剂为纤维素衍生物、果胶、树胶或瓜尔胶。

进一步的，所述降温段由粒径为0.1-3.0mm的固体颗粒物组成，颗粒填充率为 70-90％，降温段厚度为2-10mm；固体颗粒物选用的材料为醋酸纤维、隔热硅胶、活性炭、聚乳酸、聚碳酸醋、聚乙二醇中的任一种或任几种。

进一步的，所述烟支包装纸包括麻浆、木浆、碳酸钙及添加剂；所述过滤嘴由醋酸纤维构成，长度为5-20mm；所述金属外壳的管径为4-8mm，壁厚为0.2-0.3mm，管长为50-120mm。

进一步的，所述的含能基热源为柱状结构，直径为2-8mm，长度为20-120mm，装填比为20％-100％，横截面设计为三角形、五角星形、圆形或圆环状。

进一步的，当含能基热源为圆形时，含能基热源通过支架设置在金属外壳内。

本发明与现有技术相比，其显著优点如下：

(1)本发明通过热源密闭包覆金属外壳对含能基热源进行包覆，将含能基热源与烟草薄片隔离开来，避免了含能基热源燃烧产生的烟气与烟草薄片烘烤后释放的可吸食性烟气掺杂在一起；将含能基热源燃烧释放的热量通过热传导、热对流以及热辐射等方式经由热源密闭包覆金属外壳传递，用于烘烤烟草薄片，从而在低温条件下(250℃-400℃)烘烤烟丝，取代了传统卷烟的高温裂解模式，大幅降低了有毒有害物质的产生；

(2)本发明对热源密闭包覆结构金属外壳中含能基热源的形状进行了多种设计，如横截面分别为三角形、五角星形、圆形、圆环形等柱状结构，使得含能基热源和热源密闭包覆金属外壳之间留有一定的孔隙以储存热源燃烧所释放的高温烟气，高温烟气可进一步的为烘烤烟草薄片提供稳定持续的热量，从而降低热量释放速率，使热源更为有效的加热烘烤烟草薄片；

(3)本发明对卷绕在热源密闭包覆金属外壳上的烟草薄片的形状进行了多种设计，如圆环状、锯齿状、螺旋状、键盘状等，使得烘烤烟草薄片所释放的烟气能存留在烟草薄片与外包装纸间的空隙中，供吸烟者吸食；

(4)本发明设置了降温段，该降温段有固体颗粒物组成，填充率为70-90％，在烘烤烟草薄片释放出可吸食性烟气后，吸烟者在抽吸时，可吸食性烟气会先经过该降温段，烟气温度得到一定程度的降低，避免了温度较高的可吸食性烟气对吸烟者的伤害；

(5)本发明在烟支的点燃端设置有隔热材料，隔热材料卷绕于热源密闭包覆金属外壳外，与烟草薄片相连，位于烟支的最右端，防止点燃时的瞬间温度过高；

(6)本发明在热源包覆结构金属外壳的两端分别内置有玻璃纤维阻燃材料，防止了热源密闭包覆金属外壳两端温度过高对与其连接的降温段造成影响，同时避免了点燃端端口处过热对烟支正常抽吸产生的影响；

(7)本发明所提出的结构设计保证了含能基热源能稳定持久的释放热量，保证卷烟一定的抽吸时间且不影响人们传统卷烟的抽吸习惯，能有效解决热源稳定持久燃烧供热的问题，确保烟草薄片在中低温环境下热解，进而有效减少传统抽烟过程中烟草燃烧释放的有毒有害成分。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1使用圆柱形含能基热源的加热不燃烧烟支结构示意图，其中(1)为主视图，(2)为左视图，(3)为俯视图。

图2使用五角星柱形含能基热源的加热不燃烧烟支结构示意图，其中(1)为主视图，(2)为左视图，(3)为俯视图。

图3使用空心圆柱形含能基热源的加热不燃烧烟支结构示意图，其中(1)为主视图，(2)为左视图，(3)为俯视图。

图4使用三棱柱形含能基热源的加热不燃烧烟支结构示意图，其中(1)为主视图，(2)为左视图，(3)为俯视图。

附图标记说明：

1-滤嘴，2-降温段，3-后端阻燃材料，4-烟草薄片，5-空隙，6-金属外壳，7-含能基热源，8-包装纸，9-隔热材料，10-前端阻燃材料，11-支架。

具体实施方式

一种使用含能基热源的加热不燃烧烟支制品，包括：热源密闭包覆金属外壳、含能基热源、烟草薄片、降温段、隔热材料、玻璃纤维阻燃材料、过滤嘴、烟支包装纸。

所述热源密闭包覆金属外壳用于隔离含能基热源和烟草薄片，同时将含能基热源燃烧释放的热量通过热传导、热对流以及热辐射等方式经由热源密闭包覆金属外壳传递给烟草薄片，从而在低温条件下(250℃-400℃)烘烤烟丝，取代了传统卷烟的高温裂解模式，大幅降低了有毒有害物质的产生。研究发现铜管较其他热源密闭包覆金属外壳传热效果更好，且质量较轻，更能满足作为热源包覆结构的需求，因此选用密闭铜管作为含能基热源密闭包覆金属外壳结构材料，同时将热源置于密闭包覆金属外壳内，避免了热源燃烧产生烟气与烟草所释放的烟气掺杂；

所述含能基热源的密闭包覆金属外壳为密闭铁管、密闭铝管、密闭铜管等，管径为4-8mm，壁厚0.2-0.3mm，管长50-120mm，所述的热源密闭包覆金属外壳是用于盛放含能基热源并营造密闭结构，将含能基热源和燃烧时产生的高温烟气与外界隔离，使热源能通过自发热反应持续稳定的提供热量；

上述热源密闭包覆金属外壳不仅用于放置含能基热源并营造密闭结构，还可储存含能基热源燃烧时释放的CO及CO₂等高温气体。储存在热源密闭包覆金属外壳内的高温气体将热量缓慢释放，从而保证热源稳定持久的为烘烤烟丝提供热量，并且将含能基热源和燃烧时产生的高温烟气与外界隔离，使热源能通过自发热反应持续稳定的提供热量；

上述含能基热源为燃料加热型低温缓燃热源，该热源置于热源密闭包覆金属外壳内，且在点燃后的燃烧过程为持续稳定的阴燃过程。所述的含能基热源为柱状结构，直径为2-8mm，长度为20-120mm，装填比为20％-100％，形状(横截面)可设计为三角形、五角星形、圆形、圆环等形状，从而含能基热源和密闭包覆金属外壳之间留有一定的孔隙以储存含能基热源燃烧所释放的高温烟气，高温烟气可进一步的为烘烤烟草薄片提供稳定持续的热量，从而降低热量释放速率，使含能基热源更为有效的加热烘烤烟草薄片；

所述的烟草薄片区别于传统卷烟中的烟丝，该烟草薄片是由烟末、碎片、烟梗、香料烟、膨胀烟、纤维素衍生物如羧甲基纤维素等胶粘剂、果胶、树胶和瓜尔胶中至少一种组成，其卷绕在热源密闭包覆金属外壳的外层，厚度为2-10mm，长度为50-100mm，烟草薄片形状设计为锯齿状、螺旋状、键盘状等以使外包装纸和烟草薄片之间仍留有一定的空隙，使烟草热解产生的烟气储存于空隙中，从而吸烟者可通过滤嘴吸食毒害性较小的烟气；

上述降温段由粒径为0.1-3.0mm的固体颗粒物组成，颗粒填充率为70-90％，降温段厚度为2-10mm，固体颗粒物所选用的材料为醋酸纤维、隔热硅胶、活性炭、聚乳酸、聚碳酸醋、聚乙二醇中的一种或几种，烘烤烟草薄片所释放出的可吸食性烟气因为温度较高，可吸食烟气在经过降温段时温度得到降低。该降温段一端与过滤嘴相连，一端与热源密闭包覆金属外壳相连；

上述隔热材料位于烟支的点燃端，为玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐中的一种或几种，长度为5-30mm，厚度为2-10mm，防止点燃时的瞬时温度过高。该隔热材料同烟草薄片一样卷绕在热源密闭包覆金属外壳上，且隔热材料与烟草薄片的一端相连；

上述阻燃材料为玻璃纤维，分别内置于热源密闭包覆金属外壳的两端，填充厚度为 2-10mm，它具有如下优点：玻璃纤维阻燃材料具有不燃性，并且隔热性较好，用玻璃纤维做密封材料，可以防止热源密闭包覆金属外壳两端过热，玻璃纤维将热源燃烧时产生的高温烟气与两端(降温段和点燃端)隔离，避免了端口处过热对烟支正常抽吸的影响；

所述过滤嘴作为烟草结构中减少香烟危害的一种工具，位于烟支制品的最左端，与降温段相连。烘烤烟草薄片所释放的可吸食性烟气中含有焦油以及悬浮粒子等有害物质，过滤嘴能在一定程度上能过滤部分有毒有害物质，降低对人体健康的危害；

上述烟支包装纸由麻浆、木浆、碳酸钙及少量添加剂构成，将整个烟支构件都包裹在内，其与烟草薄片仍留有一定空隙，在烟草薄片受到烘烤释放出烟草香气后，烟草释放的香气将储存在空隙中，烟气经降温段降温，过滤嘴过滤后才被吸烟者吸食，大大降低了吸烟的危害性；

燃料加热型不燃烧卷烟是使热源与香烟味烟雾产生材质在物理上分离，通过含能基热源阴燃产生的热量通过热传导、热对流、热辐射等传热方式烘烤烟草，只需温度在250-400℃范围内就可产生含有香烟味成分烟雾，吸烟者吸入烟雾，感受到香烟味。且在中低温条件下，烟丝热解释放出的有毒有害成分相较于传统烟草高温裂解所释放出的有毒有害成分大大减少，在一定程度上大幅降低了烟草对人体健康的影响。实施例1

本实施例中所采用的结构设计如图1所示，其中过滤嘴1位于烟支的最左端，降温段2与过滤嘴相连接，热源密闭包覆金属外壳结构材料4采用外径为4mm，厚度为 0.2mm，长度为60mm的热源密闭包覆铜制外壳，含能基热源7的半径为1mm，长度为 20mm，将含能基热源7通过支架11固定在热源密闭包覆金属外壳内，并在两端填充适当厚度的玻璃纤维阻燃材料3和10。在热源密闭包覆金属外壳外层卷绕有锯齿状的烟草薄片，烟草薄片的长度为50mm，烟草薄片的右端连接有隔热材料，长度为10mm，在最外层包覆有烟支包装纸。在热源密闭包覆铜制外壳外壁上设置合适观测点，并将热电偶置于相应观测点上记录热源密闭包覆铜制外壳外壁温度变化情况。测试结果显示：

观测点的最高温度值为322.2℃；

燃烧平均速度为0.200cm/s。

实施例2

本实施例中所采用的结构设计如图1所示，具体连接方式与例1相同，不同的是热源密闭包覆铜制外壳采用外径为6mm，厚度为0.2mm，长度为60mm的密闭铜管，采用半径为1mm，长度为20mm的含能基热源。在热源密闭包覆铜制外壳外壁上设置合适观测点，并将热电偶置于相应观测点上记录热源密闭包覆铜制外壳外壁温度变化情况。测试结果显示：

观测点的最高温度值为313.2℃；

燃烧平均速度为0.328cm/s。

实施例3

本实施例中所采用的结构设计如图1所示，具体连接方式与例1相同，不同的是热源密闭包覆铜制外壳料采用外径为6mm，厚度为0.25mm，长度为60mm的热源密闭包覆铜制外壳，采用半径为1mm，长度为20mm的含能基热源。在热源密闭包覆铜制外壳外壁上设置合适观测点，并将热电偶置于相应观测点上记录热源密闭包覆铜制外壳外壁温度变化情况。测试结果显示：

观测点的最高温度值为283.4℃；

燃烧平均速度为0.342cm/s。

实施例4

本实施例中所采用的结构设计如图1所示，具体连接方式与例1相同，不同的是热源密闭包覆铜制外壳料采用外径为6mm，厚度为0.25mm，长度为60mm的热源密闭包覆铜制外壳，采用半径为1mm，长度为30mm的含能基热源。在热源密闭包覆铜制外壳外壁上设置合适观测点，并将热电偶置于相应观测点上记录热源密闭包覆铜制外壳外壁温度变化情况。测试结果显示：

观测点的最高温度值为284.8℃；

燃烧平均速度为0.257cm/s。

实施例5

本发明还设计了不同形状的热源以增加烟草薄片烘烤过程的稳定性，本发明提供了三种设计方案，①将柱状含能基热源的横截面设计成五角星形内置于热源密闭包覆金属外壳内，如图2所示。②将含能基热源设计成空心圆柱形，贴附在热源密闭包覆金属外壳内壁上，如图3所示。③将含能基热源设计成三棱柱形内置于热源密闭包覆金属外壳内，如图4所示。这些含能基热源形状的设计均能保证持续稳定提供热量，且含能基热源未完全充满铜管，与热源密闭包覆金属外壳之间仍留有一定间隙，含能基热源燃烧产生的高温烟气将充满该间隙，从而降低热量的释放速率，使含能基热源能够持续稳定地烘烤烟草薄片。

综上所述，本发明在热源密闭包覆金属外壳的管径为4-8mm，壁厚为0.2-0.3mm，管长为50-120mm，热源的直径为2-8mm，长度为20-120mm，装填比为20％-100％时所达到的温度范围都稳定在250-400℃内，平均燃烧速度范围在0.2-0.4cm/s内，从而使含能基热源能够持续稳定的释放热量来烘烤烟草薄片，其所能提供的温度范围能满足加热不燃烧烟支制品的要求，且含能基热源燃烧产生的烟气杂质与烘烤烟草释放的烟气相隔离，在要求的温度范围内能持续足够长的时间使之与卷烟正常抽吸的时间相差无几。

Claims (10)

1.一种使用含能基热源的加热不燃烧烟支，其特征在于，包括依次设置的过滤嘴（1）、降温段（2）和主体段，所述过滤嘴（1）、降温段（2）和主体段外包覆包装纸（8）；

所述主体段包括金属外壳（6），含能基热源（7）和烟草薄片（4）；

所述金属外壳（6）为两端密封的管体，所述金属外壳（6）内放置柱形的含能基热源（7），含能基热源（7）的体积小于金属外壳的容积，金属外壳（6）内存在空隙；

所述金属外壳（6）外周包裹有烟草薄片（4），所述烟草薄片（4）表面凹凸不平，从而在包装纸（8）和烟草薄片（4）之间形成空隙（5）。

2.根据权利要求1所述的烟支，其特征在于，所述金属外壳（6）的两端分别设有前端阻燃材料（10）和后端阻燃材料（3）。

3.根据权利要求2所述的烟支，其特征在于，所述前端阻燃材料（10）和后端阻燃材料（3）的填充厚度分别为2-10mm，所述前端阻燃材料（10）和后端阻燃材料（3）为玻璃纤维阻燃材料。

4.根据权利要求1所述的烟支，其特征在于，所述烟草薄片（4）的长度小于金属外壳（6）的长度，烟草薄片（4）前端、金属外壳（6）和包装纸（8）之间设置有隔热材料（9），所述隔热材料（9）的长度和烟草薄片（4）的长度之和等于金属外壳（6）的长度。

5.根据权利要求4所述的烟支，其特征在于，所述隔热材料（9）为玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐中的任一种或任几种，长度为5-30mm，厚度为2-10mm。

6.根据权利要求1所述的烟支，其特征在于，所述烟草薄片（4）的表面为锯齿状、键盘状、圆环状凸起或螺旋状凸起；所述烟草薄片（4）包括烟末、碎片、烟梗、香料烟、膨胀烟、胶粘剂，厚度为2-10mm；所述胶粘剂为纤维素衍生物、果胶、树胶或瓜尔胶。

7.根据权利要求1所述的烟支，其特征在于，所述降温段由粒径为0.1-3.0mm的固体颗粒物组成，颗粒填充率为70-90%，降温段厚度为2-10mm；固体颗粒物选用的材料为醋酸纤维、隔热硅胶、活性炭、聚乳酸、聚碳酸醋、聚乙二醇中的任一种或任几种。

8.根据权利要求1所述的烟支，其特征在于，烟支的所述包装纸（8）包括麻浆、木浆、碳酸钙及添加剂；所述过滤嘴由醋酸纤维构成，长度为5-20mm；所述金属外壳（6）的管径为4-8mm，壁厚为0.2-0.3mm，管长为50-120mm。

9.根据权利要求1所述的烟支，其特征在于，所述的含能基热源（7）为柱状结构，直径为2-8mm，长度为20-120mm，装填比为20%-100%，横截面设计为三角形、五角星形、圆形或圆环状。

10.根据权利要求9所述的烟支，其特征在于，当含能基热源（7）为圆形时，含能基热源（7）通过支架设置在金属外壳（6）内。

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