一种基于燃料燃烧的烟制品加热装置
阅读说明：本技术 一种基于燃料燃烧的烟制品加热装置 (Tobacco product heating device based on fuel combustion ) 是由 洪俊杰 羊光耀 盛华权 王世轩 范爱武 刘磊 石秋香 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于燃料燃烧的烟制品加热装置。该基于燃料燃烧的烟制品加热装置包括燃烧室、加热套筒、多孔介质和引射器；加热套筒通过套筒凸台安装于燃烧室内部,引射器通过引射器凸台安装于燃烧室内部下端,多孔介质安装于燃烧室内部,并位于加热套筒和引射器之间；外部燃料通过引射器接口于多孔介质内燃烧,加热燃烧室内的空气,从而使加热筒温度上升加热加热套筒内烟制品；加热套筒包括置于烟制品内部的加热件和加热套筒外壁。通过燃料燃烧加热加热套筒,使加热件和加热套筒外壁同步升温,实现对烟制品外侧向中心、中心向外侧,两个方向的加热,提高加热速度,避免烟制品加热不均、加热不充分的问题。(The present invention provides a smoking article heating apparatus based on fuel combustion. The fuel combustion-based smoking article heating apparatus includes a combustion chamber, a heating sleeve, a porous medium, and an injector; the heating sleeve is arranged in the combustion chamber through a sleeve boss, the ejector is arranged at the lower end in the combustion chamber through an ejector boss, and the porous medium is arranged in the combustion chamber and positioned between the heating sleeve and the ejector; external fuel is combusted in the porous medium through the connector of the ejector to heat air in the combustion chamber, so that the temperature of the heating cylinder is increased to heat the smoking articles in the heating cylinder; the heating sleeve includes a heating element disposed within the smoking article and a heating sleeve outer wall. Through fuel burning heating sleeve, make heating member and heating sleeve outer wall heat up in step, realize to the tobacco products outside to center, the center outside, the heating of two directions improves rate of heating, avoids the tobacco products heating uneven, the insufficient problem of heating.)
技术领域
本发明涉及卷烟滤棒生产加工技术领域，具体涉及一种基于燃料燃烧的烟制品加热装置。
背景技术
加热不燃烧吸烟制品一般分为两大类，一类是利用热源加热烟液产生尼古丁，另一类是利用热量烘烤烟丝释放尼古丁；这两类加热不燃烧吸烟制品都是为了给吸烟者提供尼古丁的低焦油香烟，从而尽可能减少对吸烟者和其附近人群的危害。加热不燃烧烟制品一般采用电加热的方式加热，电加热存在加热元件起温速度慢、加热时间长、充电时间长、难以连续吸食等问题，因此现在市场上出现了一种利用燃料燃烧的加热不燃烧烟制品。
公开文件CN112335936A公开了一种用于低温卷烟的加热装置，包括：壳体，在壳体的内部设置有两端开口的筒体，筒体的外壁与壳体的内壁之间设置有夹层；燃料存储部，其设置在筒体的内部；烟草容纳部，其设置在壳体的侧壁上；加热部，其第一端部插设在烟草容纳部内，其第二端部与燃料存储部的燃料出口端呈间隔设置，加热部用于吸收燃料燃烧释放的热量并加热低温卷烟；以及尾气冷却部，其包括：蓄热部，其设置在夹层内；和出气管，出气管的末端穿过蓄热部连接出气口，出气口设置在壳体的侧壁上，出气管的始端与筒体的内部相连通，冷却后的尾气通过出气口排出。该用于低温卷烟的加热装置，通过燃烧燃料产生的热量来加热内置于烟制品内的加热部件，以达到加热烟制品的目的。
现有技术中，对于加热不燃烧烟制品的加热都是通过内置于烟制品内部的单一热源与烟制品直接或间接接触实现，内置于烟制品内部的单一加热方式存在加热不均匀，烟制品加热不充分或部分烟制品过度加热的情况。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提出一种基于燃料燃烧的烟制品加热装置，通过利用燃料燃烧产生的热量加热置于加热筒内部的烟制品，达到加热烟制品的目的。
本发明提出一种基于燃料燃烧的烟制品加热装置，包括燃烧室、加热套筒、多孔介质和引射器；所述加热套筒通过套筒凸台安装于所述燃烧室内部，所述引射器通过引射器凸台安装于所述燃烧室内部下端，所述多孔介质安装于所述燃烧室内部，并位于所述加热套筒和所述引射器之间；外部燃料通过引射器接口于所述多孔介质内燃烧，加热燃烧室内的空气，从而使加热筒温度上升加热所述加热套筒内烟制品。
本发明较优的技术方案：所述燃烧室侧壁上开有用以排放燃烧废气的废气出口。
本发明较优的技术方案：所述加热套筒外周设有多个扇片。
本发明较优的技术方案：所述扇片包括设有凸台的第一扇片和第二扇片。
本发明较优的技术方案：所述加热套筒内部设有用以插入燃料燃烧的烟制品内部的加热件。
本发明较优的技术方案：所述多孔介质上涂有催化剂。
本发明较优的技术方案：所述引射器上开有第一空气通道。
本发明较优的技术方案：所述燃烧室包括下端与所述引射器连接的引射器接口。
本发明较优的技术方案：所述燃烧室接口上开有第二空气通道。
本发明较优的技术方案：所述燃烧室接口上开有用以连接点火器的点火孔。
本发明的一种基于燃料燃烧的烟制品加热装置有以下有益效果：
1、本发明提供的方案，将烟制品置于设有加热件的加热筒内部，通过燃料燃烧使燃烧室内产生高温气体，加热位于燃烧室内的加热套筒外壁、置于烟制品内部的加热件；实现外侧向中心、中心向外侧，从两个方向对烟制品同步进行加热，增加烟制品加热速度，避免烟制品加热不均、加热不充分的问题。
2、本发明提供的方案，通过在加热筒外周设置扇片，加大加热筒与高温气体的接触面积，提高传热效率。
3、本发明提供的方案，在涂覆有催化剂的多孔介质中燃烧，利用催化剂降低燃烧温度，使燃料充分燃烧，减少环境污染物的产生。
4、本发明提供的方案，通过设置第一空气通道和第二空气通道，使燃料和空气充分混合便于燃料充分燃烧。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例基于燃料燃烧的烟制品加热装置结构图。
图2为本发明实施例基于燃料燃烧的烟制品加热装置的加热套筒俯视图。
图3为本发明实施例基于燃料燃烧的烟制品加热装置的加热套筒剖视图。
图4为本发明实施例基于燃料燃烧的烟制品加热装置的换热效率随时间变化的比较图。
图中：100、盖板；101、套筒接口；200、燃烧室；201、废气出口；202、第一卡槽；210、燃烧室凸台；2101、第二空气通道；2102、点火孔；2103、第二卡槽；300、加热套筒；301、加热件；302、套筒凸台；303、烟腔；304、扇片；3041、第一扇片；3042、第二扇片；400、多孔介质；500、引射器；501、第一空气通道；502、引射器凸台；503、引射器接口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
请参阅图1。本发明实施例的一种基于燃料燃烧的烟制品加热装置，包括安装于燃烧室200内部的加热套筒300，与燃烧室凸台210卡接的引射器500，置于燃烧室200内部、并与位于加热套筒300与引射器500之间的多孔介质400；燃料从引射器接口503进入引射器500，并于燃烧室凸台210处被点燃，于多孔介质400内进行燃烧，产生的热量使位于燃烧室200内的加热套筒300升温，从而加热置于加热套筒300内部的烟制品。
燃烧室200两端设有开口，周边封闭，其中一端部向外延伸形成与燃烧室200连通的、中空的、可与引射器500连接的燃烧室凸台210，另一端与盖板100连接；盖板100与燃烧室200端口契合后通过固定件如螺栓组等进行外部固定，盖板100上还开有套筒接口101以配合套筒凸台302对加热套筒300进行定位。
燃烧室200与盖板100连接的端部侧壁上开有废气出口201，用以排出燃料燃烧后产生的废气；燃烧室200内壁上开有对称设置的二个第一卡槽202，二个第一卡槽202与设置于加热套筒300外周上的、设置有凹口的第一扇片3041和第二扇片3042配合，对加热套筒300进行定位。
燃烧室凸台210用以连接引射器500，其上设有用以支撑引射器500的第二卡槽2103，燃烧室凸台210侧壁上开有点火孔2102用以外接点火装置，点火孔2102和燃烧室200之间、燃烧室凸台210侧壁上开有若干第二空气通道2101，以进一步吸入空气帮助燃料燃烧。
本实施例中，燃烧室200为一面开口的方形结构，其开口的一端与盖板100连接，与开口端相对的一面上开有一孔，孔向外延伸形成管状的燃烧室凸台210。燃烧室凸台210靠近燃烧室200的端部外周上圆周的分布有多个第二空气通道2101，第二空气通道2101下方开有点火孔2102，燃烧室凸台210远离燃烧室200的端部内壁上设有用以支撑引射器500的第二卡槽2103。需要说明的是，燃烧室200及燃烧室凸台210可为方形或者圆形等，其外形与材质不应作为对本发明的限定。
请参阅图2和图3。加热套筒300包括加热套筒300内部的烟腔303，位于烟腔303内部的加热件301、与加热件301连成一体的扇片304和设于加热套筒300一端外侧的套筒凸台302。套筒凸台302设置于加热套筒300外周上，并与盖板100上的套筒接口101抵接对加热套筒300进行定位；设有套筒凸台302的端面，从端面开始向内凹陷形成用以放置烟制品的烟腔303，烟腔303内部沿烟腔303长度方向设有加热件301，以使向烟腔303内加入烟制品时，加热件301可以置于烟制品内部，加热件301受热升温时，可以从内部对烟制品进行加热。扇片304设置于加热套筒300外周，并与加热件301连成一体。当燃料燃烧使燃烧室200内温度上升时，扇片304接收并传递热量至整个加热套筒300的外壁，使加热套筒300外壁温度升高从而加热其中烟制品。
扇片304包括对称地设置在加热套筒300外周上、设有凸台第一扇片3041和第二扇片3042，第一扇片3041和第二扇片3042与燃烧室200内壁上对称开设的二个第一卡槽202配合对加热套筒进行限位，同时，套筒凸台302与套筒接口101抵接，两者共同作用固定加热套筒300在燃烧室200内的位置。
第一扇片3041和第二扇片3042宽度不同，相应地，对称设置有二个第一卡槽202的二个燃烧室200的壁厚也不相同。本实施例中，第二扇片3042宽度大于第一扇片3041宽度，与第二扇片3042配合的设置有第一卡槽202一侧的壁厚大于，与第一扇片3041配合的设置有第一卡槽202一侧的壁厚；壁厚更大的一侧壁上开有废气出口201。本实施例中，壁厚更大的、开有废气出口201的侧壁靠近外部控制系统及燃料罐，增加壁厚可用以保温隔热；同样的，增加壁厚，可以使废气出口201远离使用者，避免使用者被高温尾气烫伤。
本实施例中，扇片304为平面的矩形扇片，优选地，为增加传热速率，扇片304可为波浪形。需要说明的是，加热套筒300、扇片304、加热件301、烟腔303的形状大小应根据实际应用情况与工况决定，其外形与材质不应作为对本发明的限定。
请再次参阅图1。燃烧室200内部下端、加热套筒300与燃烧室凸台210之间设有涂覆有催化剂的多孔介质400。燃料经引射器接口503进入引射器500并于燃烧室凸台210内部点燃，其在多孔介质400中燃烧，在催化剂的作用下降低燃料燃烧温度、减少燃烧污染物的产生。
燃烧室凸台210内部设有第二卡槽2103与引射器500连接，引射器500与燃烧室凸台210连接的端部外周设有引射器凸台502，通过引射器凸台502与第二卡槽2103抵接配合，使引射器500安装于燃烧室凸台210上。燃烧室凸台210上设置的点火孔2102位于第二卡槽2103上方，其接通外部点火器，外部点火器伸入燃烧室凸台210的端口可限制引射器500在燃烧室凸台210长度方向上的位移实现限位作用。
请再次参阅图1，具体的工作流程为：燃料经引射器接口503形成高速流体进入引射器500，高速燃料因负压被动地从第一空气通道501卷吸空气，,燃料和空气混合后被通过点火孔2102外接的点火器点燃，从第二空气通道2101进入的空气继续助燃；点燃的燃料在涂覆有催化剂的多孔介质400中燃烧，燃烧产生的热量加热位于燃烧室200内的加热套筒300，扇片304吸收热量并传递热量至加热套筒300外壁及其内部加热件301，使位于烟腔303内的烟制品从内部被加热件301加热，从外部被加热套筒300外壁加热，实现烟制品由内至外、由外至内的双向加热，提高加热效率；燃烧废气从废气出口201排出。
优选地，燃烧室200由耐高温且导热性差的陶瓷或金属材料制成，且其外设有隔热材料，避免燃烧室200加热升温对外部设备造成损伤。
优选地，加热套筒300由有良好导热性能的金属制成。
请参阅图3，为本实施例基于燃料燃烧的烟制品加热装置在具体参数下的换热效率随时间变化的比较图。
本实施例中，燃烧室200和盖板100采用氧化铝材料由3D打印加工制作。燃烧室200内腔尺寸为19*12*21mm,长度方向壁厚为1mm，宽度方向壁厚分别为2mm和3mm ,且在宽度方向的二内侧壁中间开有厚度为0.8mm的第一卡槽202来配合固定加热套筒300。在壁厚为3mm的侧壁上方留有高3mm的尾气排气口。在燃烧室200下部的燃烧室凸台210的圆筒壁上开有六个2*2mm的方形第二空气通道2101。盖板厚度为1mm，其长和宽分别通过三角形倒角与下方的燃烧室200配合，并通过螺栓组外部固定。
加热套筒300采用紫铜为原料3D打印制成。实施例中所使用的卷烟为湖北中烟生产的加热不燃烧型COO烟弹或者其他已知形式，其烟丝部分长度为15mm，适宜的加热温度约340摄氏度。根据烟丝尺寸，加热套筒300内径为8mm，壁厚为0.8mm，高度为15mm，中间为直径2mm、高13mm的圆柱形加热件301。在套筒外壁四周布置了8个厚度为0.8mm，高度为10mm的板式扇片304。加热套筒300与燃烧室200两个宽度侧壁配合的第一扇片3041和第二扇片3042上设有突出2-3mm的凸台，加热套筒300距离上部2mm位置设一个宽度为1mm的套筒凸台302以固定加热套筒300。加热套筒300的剖视图与俯视图请参阅图2和图3。
多孔介质400采用80目的金属丝网，孔隙率为0.82，表面涂覆Pt催化剂。多孔介质整体尺寸为19*12*5mm,布置在燃烧室200的下部。燃料采用液态正丁烷燃料，经过引射器500与空气进行部分预混后，在多孔介质400中稳定燃烧。燃烧产生的气体温度为450-600摄氏度。
引射器500采用黄铜制成，主体圆柱尺寸为φ6*10mm，在圆柱体上部设有φ7*1mm的引射器凸台502，引射器四周开有四个直径2.4mm的第一空气通道501。燃料在经过引射器500内部直径为0.1mm的引射器接口503后形成高速射流卷吸空气。
另外设置了三组对照组，分别为对照组1：通过无扇片304的加热套筒300底部对卷烟加热；对照组2：通过带扇片304的加热套筒300底部对卷烟进行加热；对照组3：通过无扇片304的侧壁对卷烟进行加热。
采用数值仿真方法，对该吸烟制品的加热装置以及三个对照组进行计算，结果如图4所示。
图4给出了在点火开始后，本发明与对照组的燃烧气体对卷烟进行加热的总换热效率。可以看出，随着加热时间的增长，本发明与对照组的换热效率都有所下降。但是，侧壁面带扇片304加热的燃烧加热装置要明显优于其他燃烧加热装置，相比对照组1来说，初始时刻的换热效率提高了5倍以上，表明本发明显著地提高了对燃料的利用率，同时，经过换热后的废气温度也会降低，从而避免对握持的使用者造成伤害。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本申请的描述中，需要说明的是，指示的方位或位置关系的术语“上端”、“下端”、“底端”为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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。
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