CN113702566A - 一种分析烟气粒相物中沉降成分的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卷烟烟气分析技术领域，尤其涉及一种分析烟气粒相物中沉降成分的装置及方法。这种装置包括壳体，所述壳体的两端分别设有烟气进口和烟气出口，所述壳体内沿烟气进口至烟气出口的方向依次包括沉降室和过滤室，所述烟气进口与所述沉降室之间设有第一阀门，所述沉降室与所述过滤室之间设有第二阀门；所述沉降室内设有沉降物载网以及用于调节沉降室内温度的温控件，所述过滤室内设有滤片。本申请中，通过沉降室和过滤室的设置，可以收集不同温度环境下烟气粒相物中的沉降物和未沉降物，从而可以分析出不同温度环境下沉降物的成分并计算出烟气粒相物中沉降物的比例，为卷烟的减害降焦提供指导。

Description

一种分析烟气粒相物中沉降成分的装置及方法

技术领域

本发明涉及卷烟烟气分析技术领域，尤其涉及一种分析烟气粒相物中沉降成分的装置及方法。

背景技术

卷烟烟气本质上是由数千种化学成分组成的气溶胶，其组成十分复杂。原因在于卷烟的燃烧锥内部氧气浓度不同、温度也不同，烟草通过蒸馏、燃烧、热裂解等不同反应路径生成了复杂的烟气成分。卷烟烟气这种气溶胶是由气态、蒸气态和固态物质组成，人们把在室温下能通过剑桥滤片(一种玻璃纤维 制成的滤片，它能滤除直径大于0.3μm的微粒99.5％以上)的烟气部分称为气相物质，被截留的烟气部分称为粒相物质。

其中，粒相物质粒径较大，在使用者抽吸卷烟烟气的过程中，粒相物中往往有部分成分容易发生重力沉降，从而沉积于使用者的呼吸道和肺部，给使用者健康带来影响。因此，研究烟气粒相物中容易发生沉降的成分对于卷烟的减害降焦有重要意义。但是，前述也提到过，卷烟烟气由于燃烧温度不同，其粒相物的成分也不同，因此其粒相物中容易发生沉降的成分也在发生变化，如果能够明确不同温度环境下烟气粒相物重力沉降的成分、以及沉降成分占总粒相物的比例，对指导加热不燃烧卷烟的加热温度、降温段温度、以及卷烟嘴棒、烟草与安全等领域的研究均具有指导意义。

但是目前未有用于研究不同温度环境下卷烟烟气中粒相物重力沉降成分和比例的方法及装置。

虽然有公开号为CN110926886A的专利文件公开了这样一种卷烟烟气总粒相物收集装置及方法，包括第一壳体，所述第一壳体包括两端开口的直线通道，所述通道内配合有活塞，所述第一壳体的一端配合有第二壳体，所述第二壳体内部包括一个烟气通道，所述烟气通道一端连通直线通道，另一端配合有烟嘴，所述直线通道靠近第二壳体的一端开口处配合有滤片，所述滤片、活塞和直线通道共同形成一个烟气室，所述活塞通过沿直线通道轴向滑动改变烟气室的体积，所述滤片用于收集从烟嘴处沿烟气通道进入烟气室内总粒相物，通过活塞配合烟气室模拟卷烟燃吸，利用滤片对烟气进行燃吸过程中总粒相物的收集，收集装置结构简单，但能满足快速、便捷收集烟气总粒相物的目的。但是该申请中，只能收集烟气总粒相物，不能收集烟气粒相物中的沉降成分，也不能分析不同温度环境下的沉降成分。

发明内容

本发明要解决上述问题，提供一种能够分析不同温度环境下、烟气粒相物中沉降成分的装置及方法。

本发明解决问题的技术方案是，首先提供一种分析烟气粒相物中沉降成分的装置，包括壳体，所述壳体的两端分别设有烟气进口和烟气出口，所述壳体内沿烟气进口至烟气出口的方向依次包括沉降室和过滤室，所述烟气进口与所述沉降室之间设有第一阀门，所述沉降室与所述过滤室之间设有第二阀门；所述沉降室内设有沉降物载网以及用于调节沉降室内温度的温控件，所述过滤室内设有滤片。

作为本发明的优选，所述第一阀门和第二阀门均为只能允许烟气由烟气进口向烟气出口方向流动的单向阀。

作为本发明的优选，所述烟气进口设有可供烟支插入的夹持管。

作为本发明的优选，所述烟气出口设有烟气气相物收集装置。

作为本发明的优选，所述滤片为剑桥滤片。

作为本发明的优选，所述壳体包括内腔形成所述沉降室的第一壳体、以及内腔形成所述过滤室的第二壳体，所述第一壳体与所述第二壳体通过螺纹结构连接，所述第一壳体与所述夹持管通过螺纹结构连接。

作为本发明的优选，所述第一壳体包括与所述夹持管螺纹连接的第一固定管，与所述第二壳体螺纹连接的第二固定管，以及设置于第一固定管和第二固定管之间、用于通过容积的变化以形成负压或正压、从而实现烟气的吸入和排出的变容壳，所述变容壳包括与所述第一固定管铰接的第一半壳、与所述第二固定管铰接的第二半壳，所述第一半壳和第二半壳铰接。

作为本发明的优选，所述第一壳体设有进口和出口，所述沉降物载网一端卷设于设置于所述沉降室外的转轴上、另一端通过所述进口穿入所述沉降室后通过所述出口穿出所述沉降室，所述沉降物载网位于所述沉降室内的部分形成沉降载物部。

作为本发明的优选，所述出口设有密封盖，所述密封盖靠近所述沉降室内的一面设有用于固定所述沉降物载网的钩体。

作为本发明的优选，所述进口设有密封硅胶毛刷。

作为本发明的优选，所述沉降载物部包括若干载物层，相邻载物层之间通过弧形绕部连接，所述沉降室的两内壁分别设有用于固定所述弧形绕部的绕轴。

作为本发明的优选，所述出口内径大于所述沉降物载网的厚度。

本发明的另一个目的是提供一种利用上述分析烟气粒相物中沉降成分的装置所进行的分析方法，包括以下步骤：

S1.根据使用人员研究需要，设定沉降室内温度，并开始预热；

S2.沉降室达到设定温度后，拉动第一壳体，增大变容壳内容积，沉降室内形成负压，卷烟的烟气通过第一阀门被吸入沉降室内；

S3.沉降固定时间后，推动第一壳体，缩小变容壳内容积，沉降室内形成正压，烟气通过第二阀门进入过滤室，并经滤片过滤后排出；分别收集沉降物载网上的沉降物和滤片上的未沉降物；

S4.重复S2和S3，直至卷烟燃烧结束；

S5.分析各组沉降物和未沉降物的成分和含量、以及沉降物含量占沉降物和未沉降物总含量的比例。

本发明的有益效果：

1.本申请中，通过沉降室的设置，可以收集不同温度环境下烟气粒相物中的沉降物，通过分析沉降物的成分可以卷烟的减害降焦提供指导。

2.本申请中，还通过过滤室的设置以收集烟气粒相物中的未沉降物，从而可以计算出不同温度环境下烟气粒相物中沉降物的比例，进一步为卷烟的减害降焦提供指导。

附图说明

图1是一种分析烟气粒相物中沉降成分的装置实施例1的结构示意图；

图2是一种分析烟气粒相物中沉降成分的装置实施例1的使用示意图；

图3是一种分析烟气粒相物中沉降成分的装置实施例2的结构示意图；

图中：壳体1，烟气进口101，烟气出口102，第一阀门103，第二阀门104，第一壳体11，第一半壳111，第二半壳112，第二壳体12，沉降室2，沉降物载网21，载物层211，弧形绕部212，密封盖22，密封硅胶毛刷23，绕轴24，过滤室3，滤片31，转轴4。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施方式，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

一种分析烟气粒相物中沉降成分的装置，如图1所示，包括壳体1，壳体的两端分别设有烟气进口101和烟气出口102，壳体1内沿烟气进口101至烟气出口102的方向依次包括沉降室2和过滤室3，基于此，壳体1包括内腔形成沉降室2的第一壳体11、以及内腔形成过滤室3的第二壳体12。烟气进口101与沉降室2之间设有第一阀门103，沉降室2与过滤室3之间设有第二阀门104；沉降室2内设有沉降物载网21以及用于调节沉降室2内温度的温控件，过滤室3内设有滤片31。

使用时，烟气从烟气进口101进入，依次经过第一阀门103、沉降室2、第二阀门104、过滤室3后从烟气出口102排出。第一阀门103和第二阀门104优选为只能允许烟气由烟气进口101向烟气出口102方向流动的单向阀。

其中，烟气进口101用于进烟气，可以在烟气进口101设置一夹持管，也就是一插管，将用于发出烟气的卷烟烟支插入插管中，即可使得烟气直接进入壳体1内。同时，为了避免卷烟烟支从插管中掉落，还可以在插管内壁设置纹路提高摩擦力；或者在插管处设置夹持结构，比如；在插管管口相对的两端分别设置夹持臂，夹持臂的一端与插管通过扭力弹簧连接、另一端抵接于卷烟烟支，即可将卷烟烟支夹紧。

沉降室2中的沉降物载网21用于承接收集烟气中自由沉降的沉降物，沉降物载网21可以采用任何具有网孔的材料，优选为柔性的醋酸纤维网。沉降物载网21最好是可拆卸地安装在沉降室2，以便于完成沉降后收集其上负载的沉降物。比如本实施例中，沉降室2的截面为菱形，其内径最大的一圈为固定圈，在固定圈的内壁设置一圈魔术贴的刺毛部，同时将沉降物载网21裁剪为与沉降室2内腔一样的形状，在沉降物载网21外径最大的边缘设置一圈魔术贴的圆毛部，将圆毛部与刺毛部连接即可。

同时，为了便于取出沉降物载网21，可以采用多种方式，比如：可以使得内腔形成沉降室2的第一壳体11由两个半壳体可拆卸连接形成，将菱形的第一壳体11分为左右两个圆台形的半壳体，此时沉降物载网21与任意一半壳体的内壁可拆卸连接。然后在一个半壳体的圆台底端设置凸环，在另一个半壳体的圆台底端设置环形凹槽，将凸环插入环形凹槽即可。为了提高密封性，还可在环形凹槽中设置硅胶圈。或者可以在凸环的外环面设置外螺纹，在环形凹槽内壁设置内螺纹，将两者螺纹连接。

或者采用图1中的结构方式，将第一壳体11与第二壳体12通过螺纹结构连接，将第一壳体11与夹持管通过螺纹结构连接。需要拆卸沉降物载网21时，拆卸掉第二壳体12或夹持管均可露出开口，通过开口即可抓住沉降物载网21将其取出。

过滤室3中的滤片31用于截留粒相物中没能沉降的成分，也就是未沉降物，滤片31优选采用剑桥滤片。与沉降物载网21同理，为了便于收集滤片31上的未沉降物，优选将滤片31可拆卸地安装在过滤室3内。比如本实施例中，可以在滤片31的两端分别设置安装座，在第二壳体12的内底部设有用于容置安装座的凹槽，在第二壳体12的顶部设有开口、以及用于盖合开口的盖体，打开盖体，即可将滤片31插入过滤室3内或从过滤室3内取出。

烟气出口102用于排出完成沉降、过滤后的烟气，此时烟气中主要是气相物，气相物也具有极大的研究价值，可以在烟气出口102设置烟气气相物收集装置，也就是一收集瓶将气相物收集起来。

为了驱动烟气能够顺利地从烟气进口101流向烟气出口102，本实施例中设计了一容积可变的变容壳，即，如图1所示，第一壳体11包括与夹持管螺纹连接的第一固定管、与第二壳体螺纹连接的第二固定管、以及设置于第一固定管和第二固定管之间的变容壳，变容壳包括与第一固定管铰接的第一半壳111、与第二固定管铰接的第二半壳112，第一半壳111和第二半壳112铰接。

使用时，保持夹持管固定，控制第二壳体12向左移动（或者保持第二壳体固定，控制夹持管向右移动；或者控制夹持管和第二壳体向靠近对方的方向运动），即可在铰接的作用下，使得变容壳的容积变小，即可使得变容壳由图1的状态转变为图2的状态。反之同理，保持夹持管固定，控制第二壳体12向右移动，即可使得变容壳的容积变大。其中，变容壳内的沉降物载网21是采用柔性材质制成的，可以配合变容壳的形变。

基于上述结构，这种分析烟气粒相物沉降的方法，包括以下步骤：

S1. 根据使用人员研究需要，通过温控件设定沉降室2内温度，本实施例设定为50℃，并开始预热。

S2. 沉降室2内温度达到50℃后，将卷烟烟支插入烟气进口101并点燃。拉动第一壳体11，使得变容壳容积变大，沉降室2内形成负压，第一阀门103处于打开状态和第二阀门104处于关闭状态，从而使得卷烟烟气进入沉降室2内。变容壳达到固定容积后，沉降室2内气压稳定，第一阀门103和第二阀门104均处于关闭状态。烟气在50℃下沉降50-70s，本实施例中沉降60s，烟气中的粒相物自由沉降，落在沉降物载网21上。

S3.沉降时间结束后，推动第一壳体11，变容壳容积变小，并使得沉降室2内形成正压，第一阀门103处于关闭状态和第二阀门104处于打开状态，使得烟气被压入过滤室3内，烟气粒相物中未能沉降的未沉降物被滤片31截留，剩余烟气从烟气出口102排出被收集瓶收集。

此时，完成了对卷烟的一口抽吸。可以仅分析这一口烟气，那么在抽吸一口后就可以分别将沉降物载网21和滤片31拆卸下来，收集沉降物载网21上的沉降物和滤片31上的未沉降物。也可以分析该卷烟的总烟气，那么在抽吸一口后，就需要重复上述拉动或推动第一壳体11的操作，直至卷烟抽吸完毕后，再将沉降物载网21和滤片31拆卸下来收集沉降物和未沉降物，本实施例中采用后面一种分析方法。

S4. 重复S2和S3，直至卷烟燃烧结束。

S5.通过气相色谱质谱联用技术分析沉降物和未沉降物的成分和含量，同时计算沉降物含量占沉降物和未沉降物总量的比例。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，其不同之处仅在于：

为了减少沉降物载网21的拆卸安装步骤，如图3所示，本实施例中，第一壳体11设有进口和出口，沉降物载网21一端卷设于设置于沉降室2外的转轴4上、另一端通过进口穿入沉降室2后通过出口穿出沉降室2，沉降物载网21位于沉降室2内的部分形成沉降载物部。

当完成沉降后，仅需要拉动沉降物载网21穿出沉降室2的一端，即可将沉降载物部从沉降室2内拉出，此时干净的沉降物载网21部分也从转轴4上被放卷出来、被拉入沉降室2内形成新的沉降载物部。然后将拉出沉降室2的原沉降载物部裁剪下来、或者直接收集其上的沉降物后收卷即可。

此时为了保证沉降室2的密封，进口设有密封硅胶毛刷23，密集的毛刷23可以插入位于出口的沉降物载网21网孔内，达到密封效果。出口设有密封盖22，密封盖22靠近沉降室2内的一面设有用于固定沉降物载网21的钩体，将钩体插入沉降物载网21的网孔中即可将其固定。完成沉降后需要更换沉降载物部时，通过密封盖22拉动沉降物载网21即可。

又由于能够实现上述操作的沉降物载网21通常较薄、才能较好地收卷在转轴4上、密封硅胶毛刷23的密封效果也比较好，这就会造成沉降室2内的沉降载物部的体积小、使其负载量低。因此，本实施例中，将沉降载物部弯曲地设置在沉降室2内，以增大其负载体积，即，沉降物载部包括若干载物层211，相邻载物层211之间通过弧形绕部212连接，沉降室2的两内壁分别设有可供弧形绕部212绕过的绕轴24。

在进行沉降时，在绕轴24的作用下，沉降物载部被拉紧。同时，配合上述第一壳体11的变容壳结构，在沉降完毕后，使得变容壳容积变小时，第一半壳111和第二半壳112相互靠近，会使得相对的绕轴24靠近，使得沉降物载部不能被拉紧，此时再拉出沉降载物部时，可以避免沉降载物部与绕轴24之间发生较大的摩擦，导致沉降载物部上负载的粒相物脱落，影响分析结果。同时，在进行下一次抽吸、使得变容壳容积变大时，第一半壳111和第二半壳112又相互远离，从而带动沉降载物部展开绷紧，提高其负载效果。同时，也为了避免出口处的实体部分与沉降载物部发生摩擦，出口内径大于沉降物载网21的厚度。

此外，滤片31也可以采用与本实施例中沉降物载网21一样的结构，但是考虑到剑桥滤片的成本较高，因此通常采用两片滤片31替换使用即可。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种分析烟气粒相物中沉降成分的装置，其特征在于：包括壳体（1），所述壳体的两端分别设有烟气进口（101）和烟气出口（102），所述壳体（1）内沿烟气进口（101）至烟气出口（102）的方向依次包括沉降室（2）和过滤室（3），所述烟气进口（101）与所述沉降室（2）之间设有第一阀门（103），所述沉降室（2）与所述过滤室（3）之间设有第二阀门（104）；所述沉降室（2）内设有沉降物载网（21）以及用于调节沉降室（2）内温度的温控件，所述过滤室（3）内设有滤片（31）。

2.根据权利要求1所述的一种分析烟气粒相物中沉降成分的装置，其特征在于：所述烟气进口（101）设有可供烟支插入的夹持管。

3.根据权利要求2所述的一种分析烟气粒相物中沉降成分的装置，其特征在于：所述壳体（1）包括内腔形成所述沉降室（2）的第一壳体（11）、以及内腔形成所述过滤室（3）的第二壳体（12），所述第一壳体（11）与所述第二壳体（12）通过螺纹结构连接，所述第一壳体（11）与所述夹持管通过螺纹结构连接。

4.根据权利要求3所述的一种分析烟气粒相物中沉降成分的装置，其特征在于：所述第一壳体（11）包括与所述夹持管螺纹连接的第一固定管，与所述第二壳体螺纹连接的第二固定管，以及设置于第一固定管和第二固定管之间、用于通过容积的变化以形成负压或正压、从而实现烟气的吸入和排出的变容壳，所述变容壳包括与所述第一固定管铰接的第一半壳（111）、与所述第二固定管铰接的第二半壳（112），所述第一半壳（111）和第二半壳（112）铰接。

5.根据权利要求1所述的一种分析烟气粒相物中沉降成分的装置，其特征在于：所述第一阀门（103）和第二阀门（104）均为只能允许烟气由烟气进口（101）向烟气出口（102）方向流动的单向阀。

6.根据权利要求1所述的一种分析烟气粒相物中沉降成分的装置，其特征在于：所述烟气出口（102）设有烟气气相物收集装置。

7.根据权利要求1所述的一种分析烟气粒相物中沉降成分的装置，其特征在于：所述滤片（31）为剑桥滤片。

8.根据权利要求1所述的一种分析烟气粒相物中沉降成分的装置，其特征在于：所述壳体（1）设有进口和出口，所述沉降物载网（21）一端卷设于设置于所述沉降室（2）外的转轴（4）上、另一端通过所述进口穿入所述沉降室（2）后通过所述出口穿出所述沉降室（2），所述沉降物载网（21）位于所述沉降室（2）内的部分形成沉降载物部。

9.根据权利要求8所述的一种分析烟气粒相物中沉降成分的装置，其特征在于：所述出口设有密封盖（22），所述密封盖（22）靠近所述沉降室（2）内的一面设有用于固定所述沉降物载网（21）的钩体。

10.一种利用权利要求1-9任意一项所述的分析烟气粒相物中沉降成分的装置所进行的分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.根据使用人员研究需要，设定沉降室（2）内温度，并开始预热；

S2.沉降室（2）达到设定温度后，拉动第一壳体（11），增大变容壳内容积，沉降室（2）内形成负压，卷烟的烟气通过第一阀门（103）被吸入沉降室（2）内；

S3.沉降固定时间后，推动第一壳体（11），缩小变容壳内容积，沉降室（2）内形成正压，烟气通过第二阀门（104）进入过滤室（3），并经滤片（31）过滤后排出；分别收集沉降物载网（21）上的沉降物和滤片（31）上的未沉降物；

S4.重复S2和S3，直至卷烟燃烧结束；

S5.分析沉降物和未沉降物的成分和含量、以及沉降物含量占沉降物和未沉降物总含量的比例。

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