一种非燃烧型的烟草自加热装置及其使用方法与流程

本发明属于非燃烧型卷烟加热，涉及一种非燃烧型的烟草自加热装置及其使用方法。

背景技术：

1、近年来，面对各国政府及法律对传统卷烟的严格限制，全世界烟草行业纷纷通过各种途径努力降低卷烟所带来的危害。为应对这一挑战，我国烟草企业加大技术创新，变革卷烟加热方式，开发新型烟草制品，已成为目前国内烟草行业的全新发展方向。

2、相比于传统的燃烧型卷烟，加热型卷烟通过采用非燃烧加热(500℃以下)的方式使烟草材料释放气溶胶，避免烟草材料在高温裂解过程中释放大量有毒有害的物质，从而具有对吸食者危害小、对环境污染小等优点。

3、到目前为止，按照加热方式不同，加热型卷烟分为电加热型、碳加热型及理化反应型等几种形式。国际市场流行的加热型卷烟为电加热型卷，但是此类卷烟需要搭配特定的烟具使用，存在以下缺点：现有烟具非一次性使用，需要经常随身携带和经常性充电，影响消费体验和便捷性。且烟具结构复杂，制造成本较高，部分零部件特别是加热原件容易损坏且更换困难。卷烟烟支与烟具匹配性对加热卷烟的感官体验影响较大。

4、因此，亟需研发一款价格低廉、一次性使用、无污染的自加热装置，克服现有技术缺陷，以满足实际应用需求。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种非燃烧型的烟草自加热装置及其使用方法，在本发明中，合理设计烟草自加热装置的具体结构，通过多级连续的化学反应放热，进而加热卷烟产生气溶胶，整个烟草自加热装置安全可靠，不产生有毒有害的固体或气体，使用后所产生的废弃物对环境无污染，可回收利用。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种非燃烧型的烟草自加热装置，所述烟草自加热装置包括中空筒体和穿刺件，所述中空筒体的中空部分用于插入烟草的发烟段；所述中空筒体的内壁和外壁之间为环形容纳腔，所述环形容纳腔内设置有至少一组加热组件，每一组所述加热组件包括沿烟草插入方向依次设置的一个引发层和一个发热层；所述穿刺件用于穿过所述中空筒体的外壁，刺破第一组加热组件的引发层，进而使所述引发层和所述发热层反应后放热。

4、在本发明中，合理设计烟草自加热装置的具体结构，通过多级连续的化学反应放热，进而加热卷烟产生气溶胶，整个烟草自加热装置安全可靠，不产生有毒有害的固体或气体，使用后所产生的废弃物对环境无污染，可回收利用。

5、需要说明的是，本发明中对中空筒体的具体大小不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。

6、需要说明的是，本发明至少一组加热组件，可以根据烟草自加热装置的加热温度和保温时间的要求，适当调整数量。其中，沿烟草插入方向依次设置的一个引发层和一个发热层指的是发热层在引发层的下游设置。本发明中，上、下定义指当密封盖朝上、泄压阀朝下竖直放置时的水平高度“上”、“下”。

7、需要说明的是，本发明中的烟草自加热装置的工业化生产过程包括：首先，按照设计的结构和尺寸大小，采用3d打印的方式直接加工中空筒体、泄压阀、穿刺件和密封盖。

8、随后按照适当配比将引发溶液密封在塑料袋和塑料球中放置于环形容纳腔中。同时，按照比例称取自发热原料，将其混合均匀后采用适当的磨具进行压块成型，放置于环形容纳腔中。

9、作为本发明一种优选的技术方案，所述烟草自加热装置还包括泄压阀，所述泄压阀设置在所述环形容纳腔的底部，用于排放反应产生的气体。

10、需要说明的是，本发明对泄压阀的具体形状、大小和结构不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。

11、优选地，所述环形容纳腔的顶部设置有密封盖，烟草由所述密封盖至所述泄压阀的方向插入所述中空筒体内，所述第一组加热组件靠近所述密封盖设置。

12、优选地，所述密封盖的边缘通过螺纹可拆卸连接所述环形容纳腔。

13、优选地，所述中空筒体和所述泄压阀一体成型。

14、需要说明的是，中空筒体和泄压阀一体成型代表的是其通过3d打印成型，且密封盖也是如此。其中，泄压阀的设置可以避免放热反应的过程中产生的气体在环形容纳腔中聚集，方便气体排出，安全可靠。

15、作为本发明一种优选的技术方案，所述中空筒体的外壁采用隔热非金属材料。

16、优选地，所述隔热非金属材料为隔热气凝胶。

17、优选地，所述中空筒体的内壁采用导热金属材料。

18、优选地，所述导热金属材料为导热铜片。

19、需要说明的是，本发明中针对中空筒体的外壁和内壁做出了相应材料的选择，是因为可以保证烟草自加热装置的传热效果。其中隔热气凝胶可以是sio2、al2o3等。

20、作为本发明一种优选的技术方案，所述引发层包括引发腔以及设置在所述引发腔内的引发液体。

21、优选地，所述引发腔为塑料袋或塑料球。

22、优选地，第一组所述加热组件中所述引发层采用塑料袋的引发腔。

23、需要说明的是，本发明中引发腔采用塑料袋是因为将引发液体封装在塑料袋中，且配合穿刺件的设置，保证了可以在外力作用使穿刺件穿过中空筒体的外壁并刺破环形容纳腔中的塑料袋，从而使塑料袋中的引发溶液流出，与下游的发热层发生放热反应。

24、优选地，所述引发溶液为氯化钠水溶液和/或硫酸氢钠水溶液。

25、作为本发明一种优选的技术方案，所述引发腔的承受温度为150～160℃，例如可以是150℃、151℃、152℃、153℃、154℃、155℃、156℃、157℃、158℃、159℃、160℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

26、需要说明的是，本发明中引发腔的承受温度为150～160℃，是因为本发明将发热层称量压块和由塑料包装或塑料球密封的引发溶液进行组装和罐体密封，利用穿刺钉刺破内部装有引发溶液的塑料袋引发一级放热反应，当温度超过150℃时，后续第二组加热组件中的塑料球破裂释放内置的引发溶液引发二级放热反应。依次类推，反应热促使下游塑料球继续破裂释放引发溶液，并与发热层反应，引发三级放热反应等等。根据加热温度(230℃以上)和时间(300秒以上)的性能需求，可引发更高级数的放热反应，采用多次填料方式维持放热反应过程，从而实现非燃烧型卷烟的连续加热效果。

27、优选地，所述氯化钠水溶液和所述硫酸氢钠水溶液的质量比为(1.2～1.35):1，例如可以是1.2:1、1.22:1、1.24:1、1.26:1、1.28:1、1.3:1、1.31:1、1.33:1、1.35:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

28、本发明中氯化钠水溶液和硫酸氢钠水溶液的质量比为(1.2～1.35):1，是因为在此范围内放热反应速度快且维持时间长，若不在此范围内会导致放热反应温度难以达到230℃以上且维持300s。

29、作为本发明一种优选的技术方案，所述发热层包括氧化钙、铁粉、铝粉、碳酸钠、活性炭和三氧化二铁组成的混合物。

30、优选地，所述发热层中按照重量份计，所述氧化钙为35～40份，例如可以是35份、36份、37份、38份、39份、40份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

31、优选地，所述发热层中按照重量份计，所述铁粉为5～8份，例如可以是5份、6份、7份、8份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

32、优选地，所述发热层中按照重量份计，所述铝粉为30～35份，例如可以是30份、31份、32份、33份、34份、35份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

33、优选地，所述发热层中按照重量份计，所述碳酸钠为3～5份，例如可以是3份、3.5份、4份、4.5份、5份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

34、优选地，所述发热层中按照重量份计，所述活性炭为5～7份，例如可以是5份、6份、7份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

35、优选地，所述发热层中按照重量份计，所述三氧化二铁为7～12份，例如可以是7份、8份、9份、10份、11份、12份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

36、本发明中限定了氧化钙、铁粉、铝粉、碳酸钠、活性炭和三氧化二铁各组分的含量，是因为在此范围内使得反应温度可高于230℃，若不在此范围内会导致反应体系的放热温度难以满足需求。

37、作为本发明一种优选的技术方案，所述氧化钙、所述铁粉、所述铝粉、所述碳酸钠和所述三氧化二铁的粒径相同。

38、优选地，所述氧化钙的粒径为300～600目，例如可以是300目、330目、360目、380目、400目、420目、460目、490目、500目、530目、550目、570目、600目等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

39、本发明中限定了氧化钙、铁粉、铝粉、碳酸钠和三氧化二铁的粒径，是因为在此范围内使得放热反应体系的速度加快，若不在此范围内会导致放热速率较慢难以满足需求。

40、优选地，所述活性炭的粒径为500～800目，例如可以是500目、530目、560目、580目、600目、620目、660目、690目、700目、730目、750目、770目、800目等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

41、作为本发明一种优选的技术方案，所述引发层的封装以引发溶液的体积量计，所述发热层的封装以克重计，所述引发层和所述发热层的封装比为(5～8)ml:(6～10)g，例如可以是5ml:6g、6ml:7g、7ml:8g、8ml:9g、8ml:10g等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

42、本发明限定了引发层和发热层的封装比为(5～8)ml:(6～10)g，是因为在此范围内使得放热反应温度达到230℃以上，从而满足温度要求，若不在此范围内会导致反应温度较低或放热持续时间较短，卷烟受热释放气溶胶效果差。

43、作为本发明一种优选的技术方案，所述穿刺件包括固定连接的底帽和穿刺钉，所述中空筒体的外壁设置有开孔，所述穿刺钉的一端贯穿所述开孔，用于刺破所述环形容纳腔内的引发层。

44、需要说明的是，本发明对穿刺件的具体材质、大小和数量不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性选择。其中，穿刺钉上设置有外螺纹，可以和中空筒体的外壁开孔处内螺纹套接。

45、第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的烟草自加热装置的使用方法，所述使用方法包括：

46、将烟草的发烟段放入所述中空筒体内，通过按压所述穿刺件刺破所述环形容纳腔的引发层，使得第一组加热组件的引发层内的引发液体与发热层接触产生反应后放热，灼烧破开其他组加热组件的引发层，每组加热组件经放热反应后加热烟草释放气溶胶。

47、需要说明的是，本发明中引发层中引发溶液和发热层的具体反应包括：

48、通过穿刺件的穿刺钉刺破装有引发溶液的塑料袋，引发溶液流出与下游的发热层发生反应，释放热量。当温度超过150℃，紧邻的塑料球破裂继续提供引发溶液，放热反应继续发生，使得环形容纳腔内温度维持300秒以上，反应过程中所产生的气体会通过泄压阀排除。

49、主要反应过程包括：

50、cao+h2o→ca(oh)2；

51、3fe+4h2o→fe3o4+4h2↑；

52、2al+fe2o3→2fe+al2o3；

53、8al+3fe3o4→4al2o3+9fe

54、ca(oh)2+na2co3→2naoh+caco3↓；

55、2al+2naoh+2h2o＝2naalo2+3h2↑；

56、2al+6nahso4＝al2(so4)3+3na2so4+3h2↑。

57、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

58、在本发明中，合理设计烟草自加热装置的具体结构，通过多级连续的化学反应放热，进而加热卷烟产生气溶胶，整个烟草自加热装置安全可靠，不产生有毒有害的固体或气体，使用后所产生的废弃物对环境无污染，可回收利用。