专利名称：一种烟草燃烧装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种燃烧器，尤其涉及可实现大量烟丝在不同氧气浓度以及氮气气氛下发生燃烧和热解反应，使得烟丝在反应时能够避免动量、质量和能量传递，从而获得烟丝燃烧和热解反应时主要烟气成分生成的准确动力学数据，并进行烟丝燃烧和热解特性分析的装置。
背景技术：
随着吸烟与健康问题的提出，系统而深入地研究卷烟燃烧过程中有害成份的形成过程以及各种变量对烟气组份分布的影响是烟草行业从经验研究上升到理论研究的必然趋势，因此需要利用烟草燃烧装置通过实验获取烟丝燃烧和热解反应时主要烟气成分生成的准确动力学数据，并通过模型模拟卷烟的燃烧过程，逐步实现由模型分析指导实践的一个较高境界。目前，可获得烟丝燃烧和热解反应主要烟气成分生成情况的方法有两种:(I)把卷烟放入吸烟机进行抽吸，并收集烟气组分，从而得到主要烟气成分的含量，但是这种方法得到的数据并不是动力学要求下的数据，因为在卷烟燃烧的过程中同时涉及到动量、质量和能量传递的影响，并且在吸烟机上烟丝燃烧的温度和气氛不可控；(2)把烟丝放在热分析仪(TG)上，并连接气质联用仪(GC-MS)或者傅里叶红外仪(FTIR)在线检测烟气中主要烟气成分的生成情况，这种方法可控制反应的温度和气氛，但是热分析仪上所使用的烟丝含量较低，一般在5 20 mg的范围内，这将导致实验数据的重复性差，无法得到准确的动力学数据。
实用新型内容针对现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种新型的烟草燃烧装置。该装置既可以控制反应温度和反应气氛，同时尽量排除动量、质量和能量传递的影响，烟丝的使用量可以达到10-100 g，为获得烟丝的燃烧和热解反应主要烟气成分提供准确的动力学数据。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种烟草燃烧装置，该装置从内到外依次包括燃烧室、冷却水槽和保温层，还包括有密封燃烧室的顶盖；所述燃烧室的上、下两面同时由热源进行加热，燃烧室内的温度通过安装在燃烧室的几何中心部位的刚性热电偶控制；该燃烧室的进出气口设计成多进多出的结构，对应进出气口设置的多路进出气管道以相等夹角间隔交错的分布于燃烧室周面上，进出气管道自燃烧室内部延伸出保温层外，出气管道在延伸出保温层外的一端安装有剑桥滤片装置；冷却水槽的冷却水进水管道低于冷却水出水管道设置，冷却水进出水管道自冷却水槽内部延伸出保温层外。进一步，所述的热电偶放置在一不锈钢套管内。
进一步的，所述的进出气管道在保温层以内的部分为网状结构。[0009]进一步的，所述的顶盖设有一装设有石墨密封圈的内环。进一步的，所述的燃烧室为扁圆柱体。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:本实用新型扁圆柱形的燃烧室，可盛放大量的烟丝，弥补了因为量小而实验数据重复性差的缺点；并且在燃烧室的上、下两面同时安装加热源，燃烧室内的温度通过温控仪控制，这样的设计就尽量减少了反应过程中动量、质量和能量传递的影响，因此得到的数据属于动力学范围。在扁圆柱形燃烧室的圆周上等分安置了有多个气体进口和气体出口，使反应气体在燃烧室内均匀分布，并且出口的气体也是均匀的。另外，反应的气体可以依实验的需要进行切换，所以反应气氛也是可控的。反应气体经质量流量计控制一定流速后进入盛放烟丝的燃烧室，后由至于燃烧室上、下两面的热源进行加热，视升温速率的高低可适量通入冷却水以维持燃烧器内的温度均匀及稳定。整个实验产生的烟气经出气口排出，粒相成分利用剑桥滤片收集并进行后续的分析，通过剑桥滤片的气相成分则由GC-MS进行在线检测与分析。
图1是本实用新型烟草燃烧装置俯视结构示意图；图2是本实用新型烟草燃烧装置侧视结构示意图；图3是本实用新型热电偶结构示意图；图4是本实用新型燃烧室顶盖结构示意图；图5是本实用新型安装有剑桥滤片装置的出气口结构示意图6是本实用新型冷却水进出口的冷凝水管道结构示意图。
具体实施方式
如图1、2所示的一种烟草燃烧装置，该装置从内到外依次包括燃烧室7、冷却水槽6和保温层4。如图1、3所示，本实用新型烟草燃烧装置的燃烧室7设计成扁圆柱型结构，整个燃烧室7底面直径达Φ=13 cm，可盛放大量的烟丝，弥补了因为量小而实验数据重复性差的缺点；整个燃烧室7高仅为h=l cm，并且在燃烧室的上、下两面同时由热源进行加热，燃烧室7内的温度通过温控仪控制，与该温控仪连接的刚性热电偶3放置在燃烧室7内部的不锈钢立体结构套管13内，该热电偶3跨设安装在该燃烧室7的几何中心部位，这样的设计就尽量减少了反应过程中动量、质量和能量传递的影响，因此得到的数据属于动力学范围。如图1、4所示，本实用新型烟草燃烧装置还包括有密封燃烧室7的顶盖8，该顶盖8设有一装设有石墨密封圈12的内环11。这样的设计可于高温时密封燃烧室7，从而保证进出气的流畅性，并且方便每次实验完成后烟丝残渣的取出。如图1、5所示，本实用新型烟草燃烧装置燃烧室7的进出气口设计成多进多出的结构，对应进出气口设置的多路进出气管道以相等夹角间隔交错的分布于燃烧室圆周面上。最佳的，本实用新型烟草燃烧装置将进气口 1-1、1_2、1-3与出气口 2-1、2-2、2-3设计成三进三出的结构，相邻进气口(进气管道)与出气口(出气管道)均呈α =60。夹角分布，如图所示的进气口 1-1与出气口 2-1或出气口 2-2呈α =60。夹角分布，或者是进气管道9_1与出气管道10-1或出气管道9-2呈α =60。夹角分布。每个进(出)气管道均有一个沿燃烧室7中心轴对称设置的或出(进)气管道。出气管道10-1、10-2、10-3自燃烧室7内部延伸出保温层4外，且于出气管道10-1、10-2、10-3在延伸出保温层4外的一端均安装有一剑桥滤片装置14。这样的设计保证进入燃烧室7的气体经过保温层4达到预热的作用，且保证剑桥滤片装置14的安装、拆卸方便。为防止烟丝阻塞进气口与出气口，本实用新型的进出气管道在保温层以内的部分为网状结构。如图1、6所示，本实用新型烟草燃烧装置冷却水槽6的冷却水进水管道5-1低于冷却水出水管道5-2设置,所述的冷却水进水管道5-1和冷却水出水管道5-2自冷却水槽6内部延伸出保温层4外。冷却水进水管道5-1和冷却水出水管道5-2主要是由一冷凝水管道15构成，该冷凝水管道15能够在实验时、试验后有效地进行恒温、降温，并且冷凝水管道15全部覆盖于保温层4，可保证冷凝水进行预热而不致过度气化。本实用新型本实用新型烟草燃烧装置保温层4具有足够大的空间，目的是保证燃烧室7内的热量尽量少的损失，为了更好的维持反应必要的温度，保温层4内部填充的材料选用玻璃石英棉，这样可以保证在高温下保温材料不易损坏，从而达到较好的保温效果。本燃烧装置工作时，设定与燃烧室7内部的刚性热电偶3相连接的控温仪，通过控温仪进行程序升温，此过程可以通过电脑实时监测装置内部的温度。通过电脑反馈的温度信号，如果升温速率较大造成装置热稳定性不好，可提前将冷却水打开并通过转子流量计进行流量调节保证温度的恒定。选定的气体分三路经过质量流量计后分别达到稳定的流速并进行初步的预热后进入燃烧室7，质量流量计也与电脑相连可以实时监测流量，保证恒定的流量进行反应。生成的烟气可分为气相物和粒相物。粒相物通过剑桥滤片装置进行捕集并进行后续的检测分析，透过剑桥滤片的气相物则连接气质联用仪(GC-MS)进行在线的检测与分析。以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实 用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。
权利要求1.一种烟草燃烧装置，其特征在于:该装置从内到外依次包括燃烧室、冷却水槽和保温层，还包括有密封燃烧室的顶盖；所述燃烧室的上、下两面同时由热源进行加热，燃烧室内的温度通过安装在燃烧室的几何中心部位的刚性热电偶测得，并由控温仪进行温度控制；该燃烧室的进出气口设计成多进多出的结构，对应进出气口设置的的多路进出气管道以相等夹角间隔交错的分布于燃烧室周面，进出气管道自燃烧室内部延伸出保温层外，出气管道在延伸出保温层外的一端安装有剑桥滤片装置；冷却水槽的冷却水进水管道低于冷却水出水管道设置，冷却水进出水管道自冷却水槽内部延伸出保温层外。
2.如权利要求1所述的一种烟草燃烧装置，其特征在于:所述的刚性热电偶放置在一不锈钢套管内。
3.如权利要求1或2所述的一种烟草燃烧装置，其特征在于:所述的进出气管道在保温层以内的部分为网状结构。
4.如权利要求1或2所述的一种烟草燃烧装置，其特征在于:所述的顶盖设有石墨密封圈的内环。
5.如权利要求3所述的一种烟草燃烧装置，其特征在于:所述的顶盖设有一装设有石墨密封圈的内环。
6.如权利要求1或2所述的一种烟草燃烧装置，其特征在于:所述的燃烧室为扁圆柱体。
7.如权利要求3所述的一种烟草燃烧装置，其特征在于:所述的燃烧室为扁圆柱体。
8.如权利要求4所述的一种烟草燃烧装置，其特征在于:所述的燃烧室为扁圆柱体。
9.如权利要求5 所述的一种烟草燃烧装置，其特征在于:所述的燃烧室为扁圆柱体。
专利摘要本实用新型公开一种烟草燃烧装置，从内到外依次包括燃烧室、冷却水槽和保温层；燃烧室的上、下两面同时由热源进行加热，燃烧室内的温度通过安装在燃烧室的几何中心部位的刚性热电偶控制；燃烧室的多路进出气管道以相等夹角间隔交错的分布于燃烧室周面上，进出气管道自燃烧室内部延伸出保温层外，出气管道在延伸出保温层外的一端安装有剑桥滤片装置；冷却水槽的冷却水进水管道低于冷却水出水管道设置，冷却水进出水管道自冷却水槽内部延伸出保温层外。本装置既可以控制反应温度和反应气氛，同时尽量排除动量、质量和能量传递的影响，烟丝的使用量可以达到10-100g，为获得烟丝的燃烧和热解反应主要烟气成分提供准确的动力学数据。
文档编号G01N31/12GK203117175SQ201220713149
公开日2013年8月7日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者陈晓东, 谢卫, 辛洪人, 黄朝章, 李巧灵, 许寒春, 廖振凯, 苏明亮 申请人:福建中烟工业有限责任公司, 厦门大学