CN115932188A - 一种卷烟主流烟气口腔仿生吸收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷烟主流烟气口腔仿生吸收装置，属于烟草技术领域。该装置包括依次连通的抽吸机构、烟气捕集机构、仿生口腔机构以及用于夹持卷烟的卷烟夹持器，所述仿生口腔机构还连通有唾液补给机构；所述仿生口腔机构包括第三腔体，所述第三腔体的两侧分别设有进气口和出气口，所述进气口与出气口不在同一水平高度上；所述进气口与卷烟夹持器连通，所述出气口与烟气捕集机构的烟气捕集器连通；所述第三腔体的顶部设置有涂敷有唾液薄膜的仿生舌材料，第三腔体的底部设置有唾液雾化喷头。本发明能更准确地模拟卷烟主流烟气在口腔中与唾液薄层的接触、吸附、溶解、吸收、转化过程；并且抽吸效率高，结构简单，操作方便，抽吸速率可控。

Description

一种卷烟主流烟气口腔仿生吸收装置

技术领域

本发明涉及一种卷烟主流烟气口腔仿生吸收装置，属于烟草技术领域。

背景技术

烟气捕集是分析烟气化学成分的首要步骤，目前普遍采用剑桥滤片捕集和模拟人工唾液直接吸收两种方式。这与人类吸食卷烟时，主流烟气通过口腔吸入，鼻腔呼出的生理过程存在显著差异。实际上，在卷烟抽吸过程中，主流烟气先暴露于口腔中，与口腔内的唾液薄层发生接触、吸附、溶解、吸收、转化，味觉或触觉感受器被激发，从而引起人体的感官生理反应。因此开发和设计新的能准确模拟人抽吸卷烟时主流烟气在口腔内引起的生物物理，生物化学过程的装置显得尤为必要。

CN 101718645 A公开了一种模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置，CN102128913 A公开了一种用于卷烟烟气刺激性成分评价的口腔模拟器及方法，CN105021741 A公开了主流烟气仿生吸收液的分析方法及其装置，CN204731070 U公开了一种用于研究主流烟气暴露于口腔中的仿生吸收装置，CN 206057033 U公开了一种人工口腔和人工口腔装置，CN113267434 A公开了一种卷烟烟气口腔沉积模拟装置及方法。这些装置及方法为探究主流烟气在口腔中引起的生物物理，生物化学过程提供了参考，但在抽吸速率控制、仿生口腔机构设计、抽吸效率提升等方面还存在许多不足。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种卷烟主流烟气口腔仿生吸收装置，该装置能更准确地模拟卷烟主流烟气在口腔中与唾液薄层的接触、吸附、溶解、吸收、转化过程。

本发明的目的在于提供一种卷烟主流烟气口腔仿生吸收装置，包括依次连通的抽吸机构、烟气捕集机构、仿生口腔机构以及用于夹持卷烟的卷烟夹持器，所述仿生口腔机构还连通有唾液补给机构；

所述抽吸机构包括驱动机构、注射器、换向阀和基体，所述注射器包括缸体以及设置于所述缸体内的活塞，所述缸体固定在所述基体上，所述驱动机构与所述活塞连接，驱动机构用于驱动所述活塞在缸体内做直线往返运动；所述注射器与所述换向阀连通，所述换向阀用于切换抽吸卷烟以及排出烟气的两种工作状态；

所述烟气捕集机构包括烟气捕集器；

所述仿生口腔机构包括第三腔体以及盖设于所述第三腔体上的第二密封盖，所述第三腔体的两侧分别设有进气口和出气口，所述进气口与出气口不在同一水平高度上；所述进气口与卷烟夹持器连通，所述出气口与烟气捕集机构的烟气捕集器连通；所述第三腔体的顶部设置有涂敷有唾液薄膜的仿生舌材料，第三腔体的底部设置有唾液雾化喷头；

所述唾液补给机构包括唾液储存器，所述唾液储存器与所述唾液雾化喷头连接，唾液储存器内存储的唾液经所述唾液雾化喷头喷向所述仿生舌材料，以补充所述仿生口腔机构内的唾液消耗量。

本发明的一种实施方式中，所述驱动机构包括电机、丝杠以及滑块，所述电机与所述丝杠转动连接，所述丝杠与所述滑块连接，所述注射器的活塞与所述滑块固定连接，电机驱动丝杠旋转以使得所述滑块以及固定在滑块上的活塞做直线往复运动。

本发明的一种实施方式中，所述烟气捕集机构的一端连接抽吸机构的换向阀中的其中一个端口，另一端连接仿生口腔机构；所述烟气捕集机构还包括安装支架、弹簧和夹持机构；所述烟气捕集器包括第一腔体、第二腔体和第一密封盖，所述第一腔体和第二腔体之间相互对接并通过可拆卸的第一密封盖密封，第一腔体和第二腔体内安装有剑桥滤片；所述安装支架连接有用于夹持所述烟气捕集器的夹持机构，所述夹持机构与安装支架之间设置有弹簧，所述弹簧的一端与安装支架抵接，另一端与夹持机构抵接。

本发明的一种实施方式中，所述唾液补给机构还包括蠕动泵，所述蠕动泵分别通过管道与唾液储存器以及仿生口腔机构的唾液雾化喷头连接，蠕动泵用于将储存在唾液储存器内的唾液定量输送至仿生口腔机构的唾液雾化喷头。

本发明的一种实施方式中，所述卷烟夹持器与仿生口腔机构连通，卷烟夹持器具有多个孔道，所述孔道用于夹持卷烟。

本发明的一种实施方式中，相邻孔道之间的间距为50mm以上。

本发明的一种实施方式中，所述第三腔体的外侧缠绕有加热带，所述加热带用于加热所述第三腔体。

本发明的一种实施方式中，所述第三腔体的腔体顶部面积为28cm²，腔体容积为56cm³。

本发明的一种实施方式中，所述换向阀为二位三通电磁换向阀。

本发明的一种实施方式中，所述仿生舌材料为聚二甲基硅氧烷。

有益效果

（1）本发明仿生口腔机构的第三腔体的侧壁上设有进气口和出气口，进气口与出气口不在同一水平高度上，有利于烟气在仿生口腔机构中停留和扩散，并且在仿生口腔机构的第三腔体顶部设置有涂敷有唾液薄膜的仿生舌材料，即聚二甲基硅氧烷，更接近人体抽烟时口腔内的真实情况。

（2）本发明抽吸机构的电机、注射器、换向阀能够代替商用吸烟机实现烟支的抽吸与吐出过程；通过电机驱动注射器进行往复运动，以换向阀改变装置内气流的流动方向，实现卷烟的抽吸与吐出过程，本发明抽吸机构的抽吸效率高，结构简单，操作方便，通过控制电机转速能够有效控制卷烟抽吸速率。

（3）本发明烟气捕集器通过夹持机构以插接的方式固定连接在复位式弹簧结构形式的安装支架上，能够大大节省更换剑桥滤片的时间，

（4）本发明仿生口腔机构的第三腔体的腔体容积基本符合人类抽吸卷烟时的口腔容积，腔体顶部的聚二甲基硅氧烷表面积基本符合人舌的上表面积，腔体外部缠绕的加热带可以使腔体内温度保持在抽吸卷烟时人体的口腔温度水平，以模拟人体在抽吸卷烟时的口腔温度。

（5）本发明唾液补给机构能够模拟人类在吸烟时口腔内的唾液再生性，并通过唾液雾化喷头将唾液均匀涂敷在仿生舌材料即聚二甲基硅氧烷的表面；唾液从唾液雾化喷头的出口向仿生舌材料雾化喷出，唾液雾化喷头可以更好地保持仿生舌材料表面的润湿性，补充仿生口腔机构内的唾液消耗量，同时保证了仿生舌材料表面的唾液不会大量积累，使仿生舌材料表面的唾液薄膜始终处于一定的厚度，更符合人体口腔唾液的分布。

（6）本发明能更准确地模拟卷烟主流烟气在口腔中与唾液薄层的接触、吸附、溶解、吸收、转化过程。

附图说明

图1为本发明卷烟主流烟气口腔仿生吸收装置的结构示意图；

图2为本发明驱动机构和注射器的主视图；

图3为本发明驱动机构和注射器的俯视图；

图4为本发明烟气捕集机构的结构示意图；

图5为本发明烟气捕集器第一个视角的爆炸图；

图6为本发明烟气捕集器第二个视角的爆炸图；

图7为本发明仿生口腔机构的结构示意图；

图8为图7中A-A向剖视图；

图9为本发明唾液补给机构和仿生口腔机构相连的结构示意图。

图中：100、抽吸机构；10、驱动机构；11、电机；12、丝杠；13、滑块；20、注射器；21、活塞；22、缸体；101、基体；30、换向阀；400、烟气捕集机构；41、烟气捕集器；411、第一腔体；412、第二腔体；413、第一密封盖；42、安装支架；43、弹簧；44、夹持机构；500、仿生口腔机构；51、唾液雾化喷头；52、第三腔体；53、第二密封盖；54、进气口；55、出气口；56、仿生舌材料；57、加热带；600、唾液补给机构；61、唾液储存器；62、蠕动泵；700、卷烟夹持器；71、孔道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种卷烟主流烟气口腔仿生吸收装置，包括依次连通的抽吸机构100、烟气捕集机构400、仿生口腔机构500以及卷烟夹持器700，所述仿生口腔机构500还连通有唾液补给机构600。

如图1-3所示，抽吸机构100用于模拟吸烟者的抽吸特性，所述抽吸机构100包括驱动机构10、注射器20、换向阀30和基体101，所述注射器20包括缸体22以及设置于所述缸体22内的活塞21，所述缸体22固定在所述基体101上，所述驱动机构10与所述活塞21连接，驱动机构10用于驱动所述活塞21在缸体22内做直线往返运动；所述注射器20与所述换向阀30连通，所述换向阀30用于切换抽吸卷烟以及排出烟气的两种工作状态。具体地，抽吸卷烟时，驱动机构10带动注射器20的活塞21向左运动，首次抽吸完成后，换向阀30切换工作状态，驱动机构10带动活塞21向右运动以排出腔体内的烟气。其中，采用活塞结构的抽吸机构100，结构简单，便于安装和操作。

优选的，所述换向阀30为二位三通电磁换向阀。

可选的，所述驱动机构10包括电机11、丝杠12以及滑块13，所述电机11与所述丝杠12转动连接，所述丝杠12与所述滑块13连接，所述注射器20的活塞21与所述滑块13固定连接，电机11驱动丝杠12旋转以使得所述滑块13以及固定在滑块13上的活塞21做直线往复运动。其中，电机11与控制系统连接，通过控制系统控制电机11旋转。

优选的，所述电机11为步进电机。

如图1、4、5和6所示，烟气捕集机构400的一端连接抽吸机构100的换向阀30中的其中一个端口，另一端连接仿生口腔机构500，所述烟气捕集机构400包括烟气捕集器41、安装支架42、弹簧43和夹持机构44；烟气捕集器41为分离式结构，所述烟气捕集器41包括第一腔体411、第二腔体412和第一密封盖413，所述第一腔体411和第二腔体412之间相互对接并通过可拆卸的第一密封盖413密封，第一腔体411和第二腔体412内安装有剑桥滤片；其中，更换烟气捕集器41内的剑桥滤片时，只需打开可拆卸的第一密封盖413即可，无需将烟气捕集器41从整体机构上拆卸出来，便于剑桥滤片的安装及拆卸。安装支架42为复位式弹簧支架，所述安装支架42连接有用于夹持所述烟气捕集器41的夹持机构44，所述夹持机构44与安装支架42之间设置有弹簧43，所述弹簧43的一端与安装支架42抵接，另一端与夹持机构44抵接，通过复位式弹簧结构形式的安装支架42有利于烟气捕集器41的安装和拆卸以及剑桥滤片的快速更换。

优选的，所述剑桥滤片的直径为44mm。

如图1、7和8所示，仿生口腔机构500分离式结构，所述仿生口腔机构500包括第三腔体52以及盖设于所述第三腔体52上的第二密封盖53，所述第三腔体52的两侧分别设有进气口54和出气口55，所述进气口54与出气口55不在同一水平高度上，有利于烟气在仿生口腔机构500中停留和扩散；所述进气口54与卷烟夹持器700连通，所述出气口55与烟气捕集机构400的烟气捕集器41连通；所述第三腔体52的顶部设置有涂敷有唾液薄膜的仿生舌材料56；第三腔体52的底部设置有唾液雾化喷头51，所述唾液雾化喷头51的出口正对所述仿生舌材料56，唾液雾化喷头51可以更好地保持仿生舌材料56表面的润湿性，补充仿生口腔机构500内的唾液消耗量，同时保证了仿生舌材料56表面的唾液不会大量积累，使仿生舌材料56表面的唾液薄膜始终处于一定的厚度，更符合人体口腔唾液的分布；所述第三腔体52的外侧缠绕有加热带57，所述加热带57用于加热所述第三腔体52，以控制仿生口腔机构5内的温度变化，抽吸卷烟时先通过仿生口腔机构5外部的筒体加热带，以达到模拟人体口腔温度的效果。其中，加热带57缠绕在第三腔体52的外周，并在进气口54和出气口55处开设有孔洞，以避免遮挡进气口54和出气口55。

优选的，所述第三腔体52为圆柱体，第三腔体52的腔体顶部面积约为28cm²，腔体容积约为56cm³；所述仿生舌材料56为聚二甲基硅氧烷。其中，仿生口腔机构500的第三腔体52的腔体容积基本符合人类抽吸卷烟时的口腔容积，腔体顶部的聚二甲基硅氧烷表面积基本符合人舌的上表面积。

如图1和9所示，唾液补给机构600用于模拟吸烟者的唾液分泌，所述唾液补给机构600包括唾液储存器61和蠕动泵62，所述蠕动泵62分别通过管道与唾液储存器61以及仿生口腔机构500的唾液雾化喷头51连接，蠕动泵62用于将储存在唾液储存器61内的人全唾液定量输送至仿生口腔机构500的唾液雾化喷头51处。其中，蠕动泵62与唾液储存器61连接的管道深入至唾液储存器61内的液面下。

如图1所示，所述卷烟夹持器700与仿生口腔机构500连通，卷烟夹持器700为多孔道结构，其具有多个孔道71，所述孔道71用于夹持卷烟，每个所述孔道71均可以通过手动控制其开启或关闭状态；其中，相邻孔道71之间的间距为50mm以上，可以避免侧流烟气影响相邻孔道71中抽吸的卷烟，避免相邻燃烧的卷烟之间的相互影响。

本发明的工作原理：抽吸卷烟时先通过仿生口腔机构500外部的加热带57对仿生口腔机构500进行加热，以达到模拟人体口腔温度的效果。将点燃的卷烟烟支安装在卷烟夹持器700的孔道71上，卷烟燃烧产生的主流烟气在抽吸机构100产生的负压作用下，进入仿生口腔机构500，烟气在其中扩散并与仿生舌材料56表面的唾液薄层产生接触。烟气在仿生口腔机构500中停留一定时间后，切换换向阀30的工作状态，通过抽吸机构100将仿生口腔机构500内的烟气经过烟气捕集机构400并从换向阀30排出。当抽吸一定量的卷烟后，需要更换烟气捕集器41内的剑桥滤片，打开烟气捕集器41的第一密封盖413，即可更换剑桥滤片。唾液补给机构600用于模拟人类的唾液再生功能，其在卷烟抽吸间隔期间，通过蠕动泵62将唾液储存器61中的唾液定量传输至唾液雾化喷头51处，唾液从唾液雾化喷头51的出口向仿生舌材料56雾化喷出，唾液雾化喷头51可以更好地保持仿生舌材料56表面的润湿性，补充仿生口腔机构500内的唾液消耗量，同时保证了仿生舌材料56表面的唾液不会大量积累，使仿生舌材料56表面的唾液薄膜始终处于一定的厚度，更符合人体口腔唾液的分布。

其中，电机11、注射器20、换向阀30的作用是代替商用吸烟机实现烟支的抽吸与吐出过程。烟气捕集器41通过夹持机构44以插接的方式固定连接在复位式弹簧结构形式的安装支架42上，主要是为了节省更换剑桥滤片的时间。唾液补给机构600的设计主要是为了模拟人类在吸烟时口腔内的唾液再生性，并通过唾液雾化喷头51将唾液均匀涂敷在仿生舌材料56即聚二甲基硅氧烷的表面。仿生口腔机构500的第三腔体52外侧缠绕有加热带57，以模拟人体在抽吸卷烟时的口腔温度，其腔体容积约为56cm³，仿生口腔机构500的第三腔体52的侧壁上设有进气口54和出气口55，进气口54与出气口55不在同一水平高度上，有利于烟气在仿生口腔机构500中停留和扩散，并且在仿生口腔机构500的第三腔体52顶部设置有涂敷有唾液薄膜的仿生舌材料56，即聚二甲基硅氧烷，更接近人体抽烟时口腔内的真实情况；采用第二密封盖53的结构可以方便将仿生口腔机构500内的聚二甲基硅氧烷材料取出，为后续实验提供便利。抽吸烟支时，烟气首先在抽吸机构100产生的负压状态下，进入仿生口腔机构500，然后在仿生口腔机构500内进行扩散，然后切换换向阀30的工作状态，使仿生口腔机构500内的烟气排出继而进行下一次抽吸。

实施例2

本实施提供了一种利用实施例1提供的装置模拟卷烟主流烟气口腔仿生抽吸过程的方法，其主要包括以下步骤：

（1）通过仿生口腔机构500外部缠绕的加热带57，将仿生口腔机构500内的温度调节为36~38℃，以模拟人体在抽吸卷烟时口腔内的温度；

（2）卷烟加持器700中最左边的孔道71处于开启状态，其余孔道71处于关闭状态，点燃卷烟加持器700最左边的孔道71所夹持的卷烟；

（3）通过抽吸机构100实现对烟支的抽吸，吸入速度为先慢、后快、再慢，吸入速度与时间的关系类似于钟形曲线；

（4）抽吸卷烟的频率为1口/min；连续抽吸时间为2s；抽吸时每口气体吸入量为35ml；烟气吐出时间为2s；

（5）卷烟抽吸完毕后，重复上述步骤，依次打开各个孔道71，完成对全部卷烟的抽吸。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种卷烟主流烟气口腔仿生吸收装置，其特征在于，包括依次连通的抽吸机构（100）、烟气捕集机构（400）、仿生口腔机构（500）以及用于夹持卷烟的卷烟夹持器（700），所述仿生口腔机构（500）还连通有唾液补给机构（600）；

所述抽吸机构（100）包括驱动机构（10）、注射器（20）、换向阀（30）和基体（101），所述注射器（20）包括缸体（22）以及设置于所述缸体（22）内的活塞（21），所述缸体（22）固定在所述基体（101）上，所述驱动机构（10）与所述活塞（21）连接，驱动机构（10）用于驱动所述活塞（21）在缸体（22）内做直线往返运动；所述注射器（20）与所述换向阀（30）连通，所述换向阀（30）用于切换抽吸卷烟以及排出烟气的两种工作状态；

所述烟气捕集机构（400）包括烟气捕集器（41）；

所述仿生口腔机构（500）包括第三腔体（52）以及盖设于所述第三腔体（52）上的第二密封盖（53），所述第三腔体（52）的两侧分别设有进气口（54）和出气口（55），所述进气口（54）与出气口（55）不在同一水平高度上；所述进气口（54）与卷烟夹持器（700）连通，所述出气口（55）与烟气捕集机构（400）的烟气捕集器（41）连通；所述第三腔体（52）的顶部设置有涂敷有唾液薄膜的仿生舌材料（56），第三腔体（52）的底部设置有唾液雾化喷头（51）；

所述唾液补给机构（600）包括唾液储存器（61），所述唾液储存器（61）与所述唾液雾化喷头（51）连接，唾液储存器（61）内存储的唾液经所述唾液雾化喷头（51）喷向所述仿生舌材料（56），以补充所述仿生口腔机构（500）内的唾液消耗量。

2.根据权利要求1所述的卷烟主流烟气口腔仿生吸收装置，其特征在于，所述驱动机构（10）包括电机（11）、丝杠（12）以及滑块（13），所述电机（11）与所述丝杠（12）转动连接，所述丝杠（12）与所述滑块（13）连接，所述注射器（20）的活塞（21）与所述滑块（13）固定连接，电机（11）驱动丝杠（12）旋转以使得所述滑块（13）以及固定在滑块（13）上的活塞（21）做直线往复运动。

3.根据权利要求1所述的卷烟主流烟气口腔仿生吸收装置，其特征在于，所述烟气捕集机构（400）的一端连接抽吸机构（100）的换向阀（30）中的其中一个端口，另一端连接仿生口腔机构（500）；所述烟气捕集机构（400）还包括安装支架（42）、弹簧（43）和夹持机构（44）；所述烟气捕集器（41）包括第一腔体（411）、第二腔体（412）和第一密封盖（413），所述第一腔体（411）和第二腔体（412）之间相互对接并通过可拆卸的第一密封盖（413）密封，第一腔体（411）和第二腔体（412）内安装有剑桥滤片；所述安装支架（42）连接有用于夹持所述烟气捕集器（41）的夹持机构（44），所述夹持机构（44）与安装支架（42）之间设置有弹簧（43），所述弹簧（43）的一端与安装支架（42）抵接，另一端与夹持机构（44）抵接。

4.根据权利要求1所述的卷烟主流烟气口腔仿生吸收装置，其特征在于，所述唾液补给机构（600）还包括蠕动泵（62），所述蠕动泵（62）分别通过管道与唾液储存器（61）以及仿生口腔机构（500）的唾液雾化喷头（51）连接，蠕动泵（62）用于将储存在唾液储存器（61）内的唾液定量输送至仿生口腔机构（500）的唾液雾化喷头（51）。

5.根据权利要求1所述的卷烟主流烟气口腔仿生吸收装置，其特征在于，所述卷烟夹持器（700）与仿生口腔机构（500）连通，卷烟夹持器（700）具有多个孔道（71），所述孔道（71）用于夹持卷烟。

6.根据权利要求5所述的卷烟主流烟气口腔仿生吸收装置，其特征在于，相邻孔道（71）之间的间距为50mm以上。

7.根据权利要求1所述的卷烟主流烟气口腔仿生吸收装置，其特征在于，所述第三腔体（52）的外侧缠绕有加热带（57），所述加热带（57）用于加热所述第三腔体（52）。

8.根据权利要求1-7任一项所述的卷烟主流烟气口腔仿生吸收装置，其特征在于，所述第三腔体（52）的腔体顶部面积为28cm²，腔体容积为56cm³。

9.根据权利要求1-7任一项所述的卷烟主流烟气口腔仿生吸收装置，其特征在于，所述换向阀（30）为二位三通电磁换向阀。

10.根据权利要求1-7任一项所述的卷烟主流烟气口腔仿生吸收装置，其特征在于，所述仿生舌材料（56）为聚二甲基硅氧烷。

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