CN112716035A - 一种香烟细微颗粒物过滤装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种香烟细微颗粒物过滤装置，所述香烟细微颗粒物过滤装置包括：颗粒物滤芯；设置在所述颗粒物滤芯一端的油烟过滤结构，所述油烟过滤结构的输入端连接套烟管，所述套烟管用于套接香烟的烟头；设置在所述颗粒物滤芯另一端的阻力调节结构，所述阻力调节结构连接吸嘴。本发明实施例中的香烟细微颗粒物过滤装置通过在装置上设置颗粒物滤芯，在颗粒物滤芯的两端设置油烟过滤结构和阻力调节结构，可以同时实现过滤香烟中的焦油，有害气体和有害细微颗粒物。
Description
技术领域
本发明涉及香烟滤嘴技术领域，尤其涉及的是一种香烟细微颗粒物装置。
背景技术
由于香烟中包含有害物质，故吸烟过程会产生一系列有害物，比如焦油(含尼古丁)、VOC(挥发性有机物)以及颗粒物等。香烟吸食过程会产生很多颗粒物，但是现有技术的香烟过滤装置仅考虑香烟吸食过程产生的焦油和有害气体(VOC)，但很少考虑到颗粒物，而颗粒物(特别是燃烧产生的颗粒物)对人体伤害很大，原因是颗粒物直径越小，越容易深入人体器官/组织末梢，较容易沉积于支气管、肺泡毛细血管等组织，对呼吸系统造成很大伤害，引起阻塞性肺病、限制性肺病、哮喘等。
因此，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种香烟细微颗粒物过滤装置，旨在解决现有技术中香烟过滤装置只过滤焦油和有害气体，而没有过滤掉对人体有害的细微颗粒物的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明提供一种香烟细微颗粒物过滤装置，其中，所述香烟细微颗粒物过滤装置包括：颗粒物滤芯；设置在所述颗粒物滤芯一端的油烟过滤结构，所述油烟过滤结构的输入端连接套烟管，所述套烟管用于套接香烟的烟头；设置在所述颗粒物滤芯另一端的阻力调节结构，所述阻力调节结构连接吸嘴。
在一种实施方式中，所述颗粒物滤芯为蜂窝状多孔结构。
在一种实施方式中，所述颗粒物滤芯内设置有第一通道和第二通道，所述第一通道和所述第二通道不在同一水平线。
在一种实施方式中，所第一通道和所述第二通道之间设置有多孔介质。
在一种实施方式中，所述颗粒物滤芯的第一通道设置有若干微通道。
在一种实施方式中，所述多孔介质上设置有若干微孔。
在一种实施方式中，所述微孔从所述微通道的侧壁贯穿至所述第二通道。
在一种实施方式中，所述油烟过滤结构采用旋流式，用于过滤焦油和烟雾。
在一种实施方式中，所述套烟管与所述油烟过滤结构可拆卸式连接。
在一种实施方式中，所述阻力调节结构与所述吸嘴可拆卸式连接。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种香烟细微颗粒物过滤装置，包括：颗粒物滤芯；设置在所述颗粒物滤芯一端的油烟过滤结构，所述油烟过滤结构的输入端连接套烟管，所述套烟管用于套接香烟的烟头；设置在所述颗粒物滤芯另一端的阻力调节结构，所述阻力调节结构连接吸嘴。相对于传统的只能过滤焦油，有害气体的香烟过滤装置，本发明实施例中的香烟细微颗粒物过滤装置可以同时实现过滤香烟中的焦油，有害气体和有害细微颗粒物。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的香烟细微颗粒物过滤装置整体结构示意图
图2为本发明提供的颗粒物粒径与呼吸系统沉积份额的关系示意图
图3为本发明提供的颗粒物数量、比表面与粒径的关系示意图
图4为本发明提供的粒径大小与过滤效率的关系示意图
图5为本发明提供的香烟细微颗粒物过滤装置中的颗粒物滤芯内部结构图
图6为本发明提供的香烟细微颗粒物过滤装置中的微通道结构图
图7为本发明提供的香烟细微颗粒物过滤装置中的微孔结构类型图
图8为本发明提供的香烟细微颗粒物过滤装置中的细微颗粒物测试方法示意图
图中：10、套烟管；20、油烟过滤结构；30、颗粒物滤芯；40、阻力调节结构；50、吸嘴；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
现有技术中香烟自带的滤嘴一般为丝状海绵填充物，对焦油有一定的过滤作用，但是对于颗粒物，特别是超细(粒径<100nm)颗粒物过滤作用几乎可以忽略不计。香烟在吸食后，滤嘴也即烟头无黑色物质(黑色物质为燃烧产生颗粒物，主要以碳基为主，呈现黑色)，说明香烟自带的滤嘴对颗粒物无捕捉作用。测量结果也表明，滤嘴对颗粒物过滤效果几乎为0。外接式香烟滤嘴，尽管尚未测试对颗粒物的过滤作用，但是从原理和实际效果上看，对颗粒物过滤作用也不大。市面上常见的外接式香烟滤嘴，从使用后效果来看，目前的外接式滤嘴对焦油和有害气体有很好的过滤作用，但是对颗粒物作用不大。
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供一种香烟细微颗粒物过滤装置，所述香烟细微颗粒物过滤装置包括：颗粒物滤芯30；设置在所述颗粒物滤芯30一端的油烟过滤结构20，所述油烟过滤结构20的输入端连接套烟管10，所述套烟管10用于套接香烟的烟头；设置在所述颗粒物滤芯30另一端的阻力调节结构40，所述阻力调节结构40连接吸嘴50。本发明实施例中的香烟细微颗粒物过滤装置通过在装置上设置颗粒物滤芯30，在颗粒物滤芯30的两端设置油烟过滤结构20和阻力调节结构40，可以同时实现过滤香烟中的焦油，有害气体和有害细微颗粒物。
实际应用中，人们用所述香烟细微颗粒物过滤装置，来过滤香烟中的有害物质，具体如图1所示，所述香烟细微颗粒物过滤装置包括：颗粒物滤芯30；由于颗粒物(特别是燃烧产生的颗粒物)对人体伤害很大。对人体伤害很大有两方面原因，一方面，颗粒物对人体伤害很大与粒径有关，如图2所示，有三种关系图，第一种关系细微颗粒物与鼻咽喉表现(nasal pharyngeal laryngeal)的关系，第二种关系是细微颗粒物与支气管(tracheobronchial)的关系，第三种关系是细微颗粒物与肺泡(alveolar)的关系。颗粒物直径越小，越容易深入人体器官/组织末梢。比如直径5-20nm范围的颗粒物较容易沉积于支气管、肺泡毛细血管等组织，对呼吸系统造成很大伤害(引起阻塞性肺病、限制性肺病、哮喘等)。另一方面，颗粒物(特别是燃烧产生的颗粒物)对人体伤害很大与数量有关。在相同容积的空间内，对于相同重量的颗粒物，其数量和比表面积会随着其直径降低而急剧上升。如图3所示，当颗粒物直径小于10000nm(PM10)，其数量和比表面积都急剧上升。基于上述原因，本发明实施例香烟细微颗粒物过滤装置设置了颗粒物滤芯30，用来过滤香烟燃烧时产生的细微颗粒物。考虑到香烟燃烧时还会产生很多焦油和有害气体，这部分也是对身体有巨大危害的，故也要滤除，所述颗粒物滤芯30设置在所述颗粒物滤芯30一端的油烟过滤结构20，在本实施例中，所述油烟过滤结构20设置在颗粒物滤芯30的输入端，油烟过滤结构20的作用就是过滤焦油和烟雾的，香烟烟雾经过油烟过滤结构20后，先会过滤掉焦油和包含有害气体的烟雾，为后续颗粒物滤芯30过滤细微颗粒物做准备。油烟过滤结构20与颗粒物滤芯30可以焊接，也可以通过可拆卸方式连接。在本实施例中，油烟过滤结构20与颗粒物滤芯30采用可拆卸式连接，这样当油烟过滤结构20内部因为长期过滤累积大量焦油和杂质时，或者当颗粒物滤芯30内部因为长期捕捉细微颗粒物而累积大量颗粒物时，可以将油烟过滤结构20与颗粒物滤芯30拆开，清洗油烟过滤结构20或者颗粒物滤芯30，当油烟过滤结构20和颗粒物滤芯30被清洗完毕，油烟过滤结构20和颗粒物滤芯30又可以被重复利用，使得香烟细微颗粒物过滤装置可以被重复利用，从而节省用户的购买成本。所述油烟过滤结构20内部的材料可以为聚丙烯和醋酸纤维，聚丙烯滤嘴棒是采用烟用聚丙烯丝束和滤棒专用水性胶粘剂成型烘干而制成。聚丙烯是安全无毒的大分子材料，普遍用于食品包装；而滤棒专用水性胶粘剂一般为水乳型聚丙烯酸酯类聚合物或共聚物。所述油烟过滤结构20的输入端连接套烟管10，油烟过滤结构20和套烟管10可以采用焊接或用胶水粘连，也可以采用可拆卸方式连接，具体不做限制。所述套烟管10用于套接香烟的烟头；所述套烟管10可以由金属材料组成，具体不做限制。设置在所述颗粒物滤芯30另一端的阻力调节结构40，阻力调节结构40需要先计算出阻力，具体可以通过CFD计算出来，也可以通过实验测试出来。CFD是计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)的简称，是流体力学和计算机科学相互融合的一门新兴交叉学科，它从计算方法出发，利用计算机快速的计算能力得到流体控制方程的近似解。在一种实现方式中，采用数值模拟的方法，计算从套烟管10到吸嘴50这段结构的阻力系数随结构壁面粗糙程度和雷诺数的变化规律。在一种实现方式中，可以通过外力，如泵来降低用户吸烟时的吸食阻力，在过滤效率、压力损失和成本几个条件中平衡，得到最佳阻力，使得用户吸烟时更加省力。所述阻力调节结构40连接吸嘴50，所述吸嘴50可以采用金属材料组成，具体不做限制。
在一种实现方式中，所述颗粒物滤芯30为蜂窝状多孔结构。
具体地，颗粒物滤芯30的形状为蜂窝状，颗粒物滤芯30上设置有很多孔状结构，气流在所述颗粒物滤芯30结构中的第一通道和第二通道中流动，在一种实现方式中，在第一通道和第二通道之间设置一个多孔介质结构；多孔介质结构上设置有很多微孔，微孔的直径为dpore(当微孔的形状为非圆形时，为等效直径)，微孔贯穿第一通道和第二通道，微孔的流动方向和第一通道流动方向垂直，并且微孔的流动方向也和第二通道流动方向垂直，多孔介质结构实际上为微粒捕捉结构，用于捕捉香烟中的细微颗粒物。第一通道内设置有许多微通道，微通道的直径为dinlet。在一种实现方式中，在第一通道和第二通道之间设置一个柱塞式微孔微粒捕捉结构；实际中，粒径和过滤效率的关系如图4所示，从图中可以看出，过滤效率与粒径有关，粒径越大，过滤效率越高，粒径越小，过滤效率越低，粒径为0.3um以上的细微颗粒物的过滤效率大于80％，孔隙率εw的范围设置为30％-50％,微孔的直径dpore的设置范围是30-100微米。那么，根据计算公式：
和已知的孔隙率εw以及已知的微孔的直径dpore，就可以得到微通道的直径dinlet，这样，颗粒物滤芯30的结构参数是最优的，就可以很好的过滤香烟燃烧后产生的细微颗粒物。颗粒物滤芯30的结构参数得到后，就可以根据这些参数，将材料进行3D打印，打印出3D模型的模具,这样降低颗粒物滤芯30结构的制造难度。
为了更好的过滤香烟中的细微颗粒物，所述颗粒物滤芯30内设置有第一通道和第二通道，所述第一通道和所述第二通道不在同一水平线。具体地，如果过滤香烟的通道的输入口和输出口在同一水平线上时，根据流通的原理，香烟燃烧后的烟雾很容易通过通道快速输出，不利过滤，为此，本实施例在颗粒物滤芯30内设置两个通道，第一通道和第二通道，所述第一通道和第二通道不在同一水平线上，并且在第一通道和第二通道之间设置有多孔介质，这样香烟燃烧后生成的烟雾从第一通道流入后会穿过多孔介质，然后从第二通道流出，这样，香烟燃烧后的烟雾通过这种拐弯设计产生的阻力，使得香烟烟雾中的细微颗粒物能够更好的被捕捉到。
为了将香烟燃烧产生的烟雾进行分道，以便后续更好的过滤细微颗粒物，颗粒物滤芯30的内部结构如图5所示，颗粒物滤芯30的第一通道设置有若干微通道，其中，A表示为微通道；具体微通道设置如图6所示，其中，A表示微通道，微通道流通的方向与所述第一通道流通的方向一致，所述微通道截面的形状可以为圆形，也可以为方形或者六边形，也可以为实际中可能出现的任意一种形状，也可以为这几种形状的组合，具体不做限制。
为了更好的捕捉香烟烟雾中的细微颗粒物，第一通道和第二通道之间设置有多孔介质结构，多孔介质结构的厚度为ww。在本实施例中，由于香烟燃烧时的烟雾中细微颗粒物非常小，因此，在第一通道和第二通道之间设置多孔介质结构，多孔介质结构中微孔的直径dpore的设置范围是30-100微米，使得能捕捉到香烟燃烧时产生的细微颗粒物。
为了捕捉到更多的香烟烟雾中的细微颗粒物，所述多孔介质结构上设置有若干微孔。当多孔介质结构上的微孔越多时，就捕捉到更多的细微颗粒物，因此，多孔介质结构上设置有很多的微孔，可以过滤香烟燃烧时产生的细微颗粒物，因此，在第一通道和第二通道之间设置多孔介质结构，多孔介质结构中微孔的直径dpore的设置范围是30-100微米，使得能捕捉到香烟燃烧时产生的细微颗粒物。实际中，所述微孔流的结构类型可以为直孔形，如图7(a)所示；斜孔形，如图7(b)所示；喇叭形(渐渐扩大),如图7(c)所示；喇叭形(渐渐缩小),如图7(d)所示；缩腰形,如图7(e)所示；蛇形,如图7(f)所示；在一种实现方式中，微孔流的结构类型可以为上述几种列举形状的组合，具体不做限制。图8中的di根据实际测得(具体测试方法如图8所示)的细微颗粒物的数量来决定，当细微颗粒物的数量很多时，di会设置较小，反之设置较大。
在一种实现方式中，所述微孔从所述微通道的侧壁贯穿至所述第二通道。具体地，香烟燃烧产生的烟雾从第一通道的微通道流入后，就可以从微通道侧壁流入到多孔介质的微孔中，微孔就会捕捉到细微颗粒物，香烟燃烧产生的烟雾从第二通道输出时，就被过滤掉了多数的细微颗粒物。
在一种实现方式中，所述油烟过滤结构20采用旋流式结构，用于过滤焦油和烟雾。例如：旋流式结构可以设置成外管，衬管和内吸管组成，外管有很多与内表面相切向下倾斜的小孔，衬管开有很多径向孔眼，外管与衬管利用上下接头固定，两者之间形成一个环形空间，内吸管与颗粒物过滤芯相连并与衬管之间形成一个环形空间，当香烟产生的焦油和有害气体经过外管、衬管和内吸管进入到颗粒物过滤芯时，整个过程通过剪切作用，离心力作用，实现对焦油和烟雾的过滤。
在一种实现方式中，所述套烟管10与所述油烟过滤结构20可拆卸式连接。具体地，油烟过滤结构20将香烟烟雾中的焦油和有害气体过滤后，时间长了会累积大量焦油和杂质，当套烟管10与所述油烟过滤结构20可拆卸式连接，可以将油烟过滤结构20与套烟管10拆开，清洗油烟过滤结构20或者套烟管10，当油烟过滤结构20和套烟管10被清洗完毕，油烟过滤结构20和套烟管10又可以被重复利用，使得香烟细微颗粒物过滤装置可以被重复利用，从而节省用户的购买成本。
在一种实现方式中，所述阻力调节结构40与所述吸嘴50可拆卸式连接。实际中，由于香烟产生的焦油，有害气体还有细微颗粒物不可能被全部过滤掉，还是会有残余的，当焦油，有害气体和细微颗粒物的残余流到阻力调节结构40后，肯定会有部分滞留在阻力调节结构40和吸嘴50中，时间长了肯定会影响阻力调节结构40的阻力调节效果，吸嘴50也会藏污纳垢，故将阻力调节结构40与吸嘴50设置成可拆卸式连接，这样方便拆开后清洗，清洗结束，阻力调节结构40和吸嘴50又可以被重复使用，节省材料和成本。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种香烟细微颗粒物过滤装置，其特征在于，所述装置包括：颗粒物滤芯；设置在所述颗粒物滤芯一端的油烟过滤结构，所述油烟过滤结构的输入端连接套烟管，所述套烟管用于套接香烟的烟头；设置在所述颗粒物滤芯另一端的阻力调节结构，所述阻力调节结构连接吸嘴。
2.根据权利要求1所述的香烟细微颗粒物过滤装置，其特征在于，所述颗粒物滤芯为蜂窝状多孔结构。
3.根据权利要求1所述的香烟细微颗粒物过滤装置，其特征在于，所述颗粒物滤芯内设置有第一通道和第二通道，所述第一通道和所述第二通道不在同一水平线。
4.根据权利要求1所述的香烟细微颗粒物过滤装置，其特征在于，所述颗粒物滤芯的第一通道设置有若干微通道。
5.根据权利要求1所述的香烟细微颗粒物过滤装置，其特征在于，所第一通道和所述第二通道之间设置有多孔介质结构。
6.根据权利要求4所述的香烟细微颗粒物过滤装置，其特征在于，所述多孔介质结构上设置有若干微孔。
7.根据权利要求1所述的香烟细微颗粒物过滤装置，其特征在于，所述微孔从所述微通道的侧壁贯穿至所述第二通道。
8.根据权利要求1所述的香烟细微颗粒物过滤装置，其特征在于，所述油烟过滤结构采用旋流式结构，用于过滤焦油和烟雾。
9.根据权利要求1所述的香烟细微颗粒物过滤装置，其特征在于，所述套烟管与所述油烟过滤结构可拆卸式连接。
10.根据权利要求1所述的香烟细微颗粒物过滤装置，其特征在于，所述阻力调节结构与所述吸嘴可拆卸式连接。
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