CN112841716B - 一种侧壁打孔的加热烟草制品 - Google Patents

Abstract

一种侧壁打孔的加热烟草制品，包括烟草段和功能嘴棒段，特征是：在烟草段和功能嘴棒段之间设置有烟气提取段，烟草段、烟气提取段、功能嘴棒段通过外部卷接材料包裹连接在一起，烟气提取段为一含有中空结构的柱体，且在柱体的侧壁上开设有至少一个与中空结构连通的侧壁通孔。使用时，将该烟草制品插入密闭式的加热烟具中，在抽吸中烟草段生成的烟气通过主动迁移后与侧壁通孔进入的空气混合形成主流烟气。该烟草制品可方便地调节烟气的提取效率、稀释率和烟气温度，从而改善加热烟草制品的感官质量；并可有效避免抽吸过程中冷空气通过烟草段，提高了加热效率，同时有效降低了烟草段氧气含量，实现加热不燃烧的目的；且该烟草制品构造简单，易于工业化生产。

Description

一种侧壁打孔的加热烟草制品

技术领域

本发明涉及卷烟产品制造领域，具体是一种侧壁打孔的加热烟草制品，属于加热不燃烧卷烟类别。

背景技术

传统烟草已经有几百年的历史，已经融入到大多数烟民的生活之中。近年来随着人民生活水平的提高，吸烟与健康、二手烟危害等问题越来越被人们重视，传统烟草制品所带来的危害性日渐突出。与此同时，随着WHO《烟草控制框架公约》的实施，特别是世界各国公共场所吸烟禁令范围的逐步扩大，烟草制品的发展环境发生了重大而深刻的变化，烟草制品结构正朝着多样化和无烟化的发展方向加快调整^[1]。(程晓兵，李保江，韩彦东.世界新型烟草发展状况[J].中国烟草，2014(3)：38.)新型烟草制品逐渐成为各大跨国烟草企业应对传统烟草制品销量日趋下滑的现实选择^[2]。(刘亚丽，王金棒，郑新章，等.加热不燃烧烟草制品发展现状及展望[J].中国烟草学报，2018,24(4))

目前绝大多数的电加热卷烟均采用空气作为烟气的载体，为了保证烟草不燃烧，所施加的加热温度通常较低，一般不超过300℃，与传统卷烟相比，电加热卷烟有害成分的释放量减少，但是烟草本香成分难以完全释放，烟气量不足，因此这类卷烟较难以被传统烟民接受。如果采用密闭式的卷烟结构或密闭式的加热器具结构(本案申请人在先申请的中国专利201911021676.8和201911021823.1)，使卷烟的烟草段与空气隔离，形成新鲜烟气对密闭式烟草部分的气氛进行不断更新，使得氧气含量随着加热过程逐渐降低，此时即使升高加热温度，亦不会发生燃烧现象。密闭式的卷烟结构不会出现烟草残渣掉落而污染烟具的情况，可大大提高加热卷烟的加热温度，提高烟草利用率与烟气的释放量。由于没有气流经过烟草，密闭式卷烟烟气迁移将会变得尤为重要。

对于密闭式卷烟烟气的提取可通过两种方式，一是利用气流载带，如传统卷烟烟气产生过程；二是利用烟气的主动迁移。烟气主动迁移的驱动力主要有两种，一个是浓度差，另一个是压力差。本发明通过特定的结构设计来产生烟气主动迁移的驱动力，从而利用烟气主动迁移和对流来形成主流烟气，提出了一种侧壁打孔的加热烟草制品。

发明内容

本发明的目的正是基于上述现有技术状况而设计了一种侧壁打孔的加热烟草制品。该烟草制品通过多段卷接的方式形成，烟支包括烟草段、烟气提取段、功能嘴棒段等部分。在烟支特定位置设置侧壁通孔构成烟气提取段，使用时，将该烟支插入密闭式的加热烟具中，在抽吸中烟草段生成的烟气通过伯努利原理和气体扩散原理产生的驱动力进行主动迁移，再与侧壁通孔进入的空气混合形成主流烟气。该烟草制品可方便地调节烟气的提取效率、稀释率和烟气温度，从而改善加热烟草制品的感官质量。

本发明的设计机理是：该烟草制品在烟支特定位置设置侧壁通孔构成烟气提取段，在烟草段和烟气提取段之间形成浓度差和压力差，利用气体迁移原理，将密闭卷烟烟草段生成的新鲜烟气提取至主流烟气中。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种侧壁打孔的加热烟草制品，包括烟草段和功能嘴棒段，其中：在烟草段和功能嘴棒段之间设置有烟气提取段，烟草段、烟气提取段、功能嘴棒段通过外部卷接材料包裹连接在一起，所述烟气提取段为一含有空腔结构的柱体，且在柱体的侧壁上开设有至少一个与空腔结构连通的侧壁通孔，于外部卷接材料上与侧壁通孔相应位置设置同轴通孔。

所述中空结构的形式可分为以下三种：

一种是中空结构的截面为圆形、正六边形、六角形、五角形、心形等规则或不规则形(参图2所示)。

第二种是中空结构为不同直径段构成的环台式贯通的中空腔(如图3所示)，环台式贯通的中空腔为2-5段，优选2-3段，中空腔的圆周内径可任意调节，可为2～10mm。

第三种是中空结构由均匀分布的若干个沿轴向贯通的孔道构成(如图4所示)，孔道的数量和孔径可任意调节。在该结构中，侧壁通孔沿径向或呈一定角度直接通向烟气提取段中心部位，使得多个孔道均与侧壁通孔相连通。

烟气提取段的长度可根据实际情况调节，可为5～30mm。

所述侧壁通孔与中空腔轴线之间的夹角α在90°-150°，优选90°。通孔孔径可根据需要调节，最优孔径为0.01～3mm；通孔数量可根据需要调节，最优为1～30个，通孔沿圆周均匀分布；通孔孔径与通孔数量根据实际情况进行调整匹配；通孔距离烟草段的位置可任意调节，最优的距离为0.5～15mm。

外部卷接材料上同轴通孔的孔径不小于侧壁通孔的孔径。

烟草段是由卷烟纸卷包各种形态的烟草原料或其他发烟基质组成；所述烟草原料为一定配方组成的烟草物质，其可以是片状、丝状、颗粒状、成形棒状、多孔棒状、凝胶形态；卷烟纸为不透气材料或可控透气度材料。

烟气提取段由具有一定硬度的硬质材料制成，包括金属、PEEK、聚四氟乙烯、有机玻璃、醋酸纤维和纸基材料等。

该加热烟草制品与密闭式烟草加热器具配合使用，所述密闭式的加热器具由加热腔和密封结构组成(参见图6)，加热腔为一筒腔式结构，其加热方式可以为周向加热，也可以是内芯加热，加热装置部分或完全覆盖整个烟草段。密封结构可以是软质密封环、人工唇、或其他密封圆周密封结构。可设置一盖帽来加强密封效果，盖帽为一中空的圆筒结构，其内径略大于烟支外径以保证空气可进入侧壁通孔，其内腔为圆柱形或渐扩的喇叭形，若是喇叭形与中心轴线的夹角大于等于0°小于等于5°，加热腔、密封环和盖帽三者同轴，盖帽通过螺纹、卡扣或磁吸方式与加热腔相连接。烟支插入烟具后，侧壁通孔位于烟具密封环之外(即必须与外界空气连通)。

本发明在使用时，将该烟支(即烟草制品)插入密闭式的加热器具，烟草段烟草受热后生成烟气，使烟草段烟气浓度增大，气压升高；抽吸时，空气从侧壁通孔进入烟气提取段，在中空腔体内形成较低烟气浓度与较低气压区域；在烟草段与烟气提取段之间浓度差和气压差共同作用下，烟草段烟气主动迁移至侧壁通孔所在位置，被侧壁通孔流入空气载带进入功能嘴棒段，形成主流烟气。通过调节侧壁通孔的数量、孔径、打孔方向及距离烟草段的距离，可以调节烟气的提取效率、烟气的稀释效率以及主流烟气温度。

本发明的优点：1、利用烟支提取段对烟气间接载带的方式可有效避免抽吸过程中冷空气通过烟草段，提高了加热效率，同时有效降低了烟草段氧气含量，实现加热不燃烧的目的；2、通过调节侧壁通孔的数量、孔径、打孔方向及距离烟草段的距离，可方便地调节烟气的提取效率、烟气的稀释效率以及主流烟气温度，从而改善卷烟的感官质量；3、装置结构简单，易于工业化生产。

附图说明

图1一种侧壁打孔的加热烟草制品轴向剖面结构示意图，

图1中：1、烟草段，2、烟气提取段，2-1、空腔结构，2-2、侧壁通孔；3、功能嘴棒段，4、卷烟纸，4-1、同轴通孔，5、接装纸。

图2第一种形式的烟气提取段结构示意图。

图3第二种形式的烟气提取段结构示意图。

图4第三种形式的烟气提取段结构示意图及剖面结构示意图。

图5侧壁通孔打孔方向结构示意图。

图6使用状态下的烟支和烟具剖面结构示意图。

图6中：6、加热腔，7、盖帽，8、密封环，9、烟支。

图7为数据图表，为不同的侧壁通孔孔径和空腔内径条件下，使用Fluent软件模拟获得的各截面的质量流量数据以及计算所得的烟气提取效率和稀释率数据。

具体实施方式

本发明以下结合附图做进一步详细描述：

如图1所述：一种侧壁打孔的加热烟草制品，包括烟草段(1)和功能嘴棒段(3)，其中：在烟草段(1)和功能嘴棒段(3)之间设置有烟气提取段(2)，烟草段(1)、烟气提取段(2)、功能嘴棒段(3)通过外部卷接材料(即卷烟纸4、接装纸5)包裹连接在一起，所述烟气提取段为一含有空腔结构(2-1)的柱体，且在柱体的侧壁上开设有至少一个与空腔结构(2-1)连通的侧壁通孔(2-2)，于卷烟纸(4)上与侧壁通孔(2-2)相应位置设置同轴通孔(4-1)。

所述中空腔的结构形式可分为以下三种：

一种是空腔结构(2-1)的截面为圆形、正六边形、六角形、五角形、心形等规则或不规则形(如图2所示)。

第二种是空腔结构(2-1为不同直径段构成的环台式贯通的中空腔(如图3所示)，由2-3段构成，中空腔的圆周内径可任意调节，可为2～10mm。

第三种是空腔结构(2-1)由均匀分布的若干个沿轴向贯通的孔道构成(如图4所示)，孔道的数量和孔径可任意调节。

所述侧壁通孔与中空腔轴线之间的夹角α在90°-150°(如图5所示)，优选90°。通孔孔径可任意调节，最优孔径为0.01～3mm；通孔数量可任意调节，最优为1～30个，通孔沿圆周均匀分布；通孔孔径与通孔数量根据实际情况进行调整匹配；通孔距离烟草段的位置可任意调节，最优的距离为0.5～15mm。

烟草段是由卷烟纸卷包各种形态的烟草原料或其他发烟基质组成；所述烟草原料为一定配方组成的烟草物质，其可以是片状、丝状、颗粒状、成形棒状、多孔棒状、凝胶形态；卷烟纸为不透气材料或可控透气度材料。

烟气提取段由具有一定硬度的硬质材料制成，包括金属、PEEK、聚四氟乙烯、有机玻璃、醋酸纤维和纸基材料等。

该加热烟草制品与密闭式烟草加热器具配合使用，所述密闭式的加热器具由加热腔6和密封环8组成(参见图6)，加热腔为一筒腔式结构，其加热方式可以为周向加热，也可以是内芯加热，加热腔覆盖整个烟草段。密封结构可以是软质密封环、人工唇、或其他密封圆周密封结构。可设置一盖帽7来加强密封效果，盖帽为一中空的圆筒结构，其内径略大于烟支外径以保证空气可进入侧壁通孔，其内腔为渐扩的喇叭形(图6中为喇叭形，也可为圆柱形)，与中心轴线的夹角大于等于0°小于等于5°，加热腔6、密封环8和盖帽7三者同轴，盖帽通过螺纹、卡扣或磁吸方式与加热腔相连接。烟支插入烟具后，侧壁通孔2-2位于烟具密封环8之外，保证外界空气可通过该通孔流入中空腔2-1。

图7为数据图表，表中展示了不同的侧壁通孔孔径和空腔内径条件下，使用Fluent软件模拟获得的各截面的质量流量数据，以及计算所得的烟气提取效率和稀释率数据。从表中可以看出，通过调节侧壁通孔孔径和空腔内径，可方便的调节烟气的提取效率和稀释率。

Claims (10)

1.一种卷烟组件，由侧壁打孔的加热烟草制品和密闭式加热器具组成，所述加热烟草制品为加热不燃烧烟草制品，包括烟草段(1)和功能嘴棒段(3)，在烟草段(1)和功能嘴棒段(3)之间设置有烟气提取段(2)，烟草段(1)、烟气提取段(2)、功能嘴棒段(3)通过外部卷接材料包裹连接在一起，所述烟气提取段为一含有空腔结构(2-1)的柱体，且在柱体的侧壁上开设有至少一个与空腔结构(2-1)连通的侧壁通孔(2-2)，于外部卷接材料(4)上与侧壁通孔(2-2)相应位置设置同轴通孔(4-1)，其特征在于，所述加热烟草制品(9)与密闭式加热器具配合使用；

所述密闭式加热器具由加热腔(6)和密封结构组成，加热腔(6)为一筒腔式结构，其加热方式为周向加热或内芯加热，加热腔(6)完全覆盖整个烟草段；

所述侧壁打孔的加热烟草制品插入所述密闭式加热器具后，所述侧壁通孔(2-2)位于所述密封结构之外。

2.根据权利要求1所述的卷烟组件，其特征在于：所述空腔结构(2-1)为贯通形柱状，其空腔柱状结构截面为规则形状或不规则形状。

3.根据权利要求2所述的卷烟组件，其特征在于：所述规则形状包括但不限于圆形、正六边形、六角形、五角形、心形。

4.根据权利要求1所述的卷烟组件，其特征在于：所述空腔结构(2-1)为不同直径段构成的环台式贯通的中空腔。

5.根据权利要求1所述的卷烟组件，其特征在于：所述空腔结构(2-1)由均匀分布的若干个沿轴向贯通的孔道构成，孔道的数量和孔径可根据需要调节。

6.根据权利要求1所述的卷烟组件，其特征在于：所述侧壁通孔(2-2)与空腔结构(2-1)中轴线之间的夹角α在90°-150°。

7.根据权利要求1所述的卷烟组件，其特征在于：所述同轴通孔(4-1)的孔径不小于侧壁通孔(2-2)的孔径。

8.根据权利要求1所述的卷烟组件，其特征在于：烟草段(1)是由卷烟纸卷包各种形态的烟草原料或其他发烟基质组成；所述烟草原料为一定配方组成的烟草物质，其为片状、丝状、颗粒状、成形棒状、多孔棒状、凝胶形态；卷烟纸为不透气材料或可控透气度材料。

9.根据权利要求1所述的卷烟组件，其特征在于：烟气提取段(2)由具有一定硬度的硬质材料制成。

10.根据权利要求9所述的卷烟组件，其特征在于：所述具有一定硬度的硬质材料包括金属、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、有机玻璃、醋酸纤维和纸基材料。

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