PL173631B1

PL173631B1 - Kompozytowy element paliwowy

Info

Publication number: PL173631B1
Application number: PL93300422A
Authority: PL
Inventors: Jack F. Clearman; Robert L. Meiring; Jerry W. Lawson; Kenneth O. Baker
Original assignee: Reynolds Tobacco Co R
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1998-04-30
Also published as: EP0588247A3; FI934073A7; HUT68354A; AU4740793A; EP0588247A2; FI934073A0; RU2102906C1; PH30863A; NO179854B; MX9305565A; US5345955A; NO933311D0; HU214239B; HU9302609D0; CN1087497A; KR940006496A; JPH06217754A; TW336885B; NO933311L; CA2106322A1

Abstract

1. Kompozytowy element paliwowy, do wyro- bów do palenia, zawierajacy co najmniej pierwszy wydluzony skladnik i co najmniej drugi wydluzony skladnik sasiadujace jeden z drugim i przylegajace do siebie na calej ich dlugosci, przy czym wymieniony pierwszy skladnik obejmuje pierwszy, weglowy ma- terial, stanowiacy palna czesc paliwowa elementu pa- liwowego, zas wymieniony drugi skladnik sklada sie z drugiego materialu, który jest co najmniej slabo palny w porównaniu do wymienionego pierwszego skladnika, przez co utrzymuje strukture wymienione- go drugiego skladnika podczas uzytkowania elementu paliwowego, znamienny tym, ze co najmniej czesc wymienionego drugiego skladnika (7,110,121,122) wystaje promieniowo poza obwodowe obrzeze pier- wszego skladnika (9, 106), tak ze co najmniej czesc powierzchni obrzeza pierwszego skladnika nie jest pokryta drugim materialem. FIG. 1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompozytowy element paliwowy stosowany w wyrobach do palenia, zwłaszcza w wyrobach do palenia zawierających tytoń.

Papierosy, cygara i fajki stanowią popularne wyroby do palenia, takich jak papierosy, w których stosuje się tytoń w różnych postaciach. Zaproponowano wiele wyrobów jako usprawnienia lub rozwiązania alternatywne w stosunku do różnych popularnych wyrobów do palenia. Tak np. zaproponowano wyroby wydzielające aromatyzowane opary i/lub widzialny aerozol. W większości takich papierosów stosuje się źródło paliwa wytwarzające aerozol i/lub podgrzewające materiał wytwarzający aerozol.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 714 082 przedstawiono kompozytowy element paliwowy stosowany do wyrobów do palenia, takich jak papierosy, a zwłaszcza takich wyrobów do palenia które zawierają krótki palny element paliwowy oraz fizycznie oddzielony element wydzielający aerozol.

W wyborach do palenia wykorzystuje się zazwyczaj palny element paliwowy wytwarzający ciepło oraz element wytwarzający aerozol, fizycznie oddzielony od elementu paliwowego, usytuowany tak, że możliwa jest wymiana ciepła z elementem paliwowym. W wielu takich elementach wytwarzających aerozol stosuje się wkład lub nośnik jednego lub kilku materiałów wytwarzających aerozol, np. alkoholi wielowodorotlenowych takich jak gliceryna. Materiały tworzące aerozol przechodzą w stan lotny pod wpływem ciepła z palącego się elementu paliwowego i stygnąc tworzą aerozol. Zazwyczaj elementy paliwowe w takich wyrobach do palenia otoczone są płaszczem izolacyjnym.

Elementy paliwowe w wyżej wymienionych wyrobach do palenia palą się wydzielając produkty spalania takie jak ditlenek węgla, monotlenek węgla, wodę oraz śladowe ilości innych związków. Jednym ze znanych sposobów zmniejszania ilości monotlenku węgla powstającego przy paleniu się elementu paliwowego jest obniżenie temperatury spalania elementu paliwowe173 631 go. Obniżenie temperatury powoduje zmniejszenie ilości wydzielanego ciepła tak, że mniejsza jego ilość musi zostać rozproszona w czasie palenia. Ułatwia to zapobieganie przegrzewaniu się wyrobu do palenia.

Ponadto, w zgłoszeniu międzynarodowym WO 90/04930 opisano pokrywanie wystających wzdłużnie zewnętrznych i wewnętrznych powierzchni węglowego elementu paliwowego, a mianowiciejego obrzeża i wewnętrznych ścian podłużnych kanałów, cienką powłoką niepalnego materiału.

Jak wyraźnie przedstawiono w wymienionym zgłoszeniu, element paliwowy znajduje się w tym rozwiązaniu wewnątrz płaszcza ceramicznego, który jak stwierdzono, nie przepuszcza gazu.

W przeciwieństwie do tego znanego stanu techniki, kompozytowy element paliwowy według wynalazku składa się z pierwszego palnego składnika i z drugiego, zasadniczo niepalnego składnika, przy czym drugi składnik wystaje promieniowo poza obrzeże palnego pierwszego składnika i nie zapobiega promieniowemu dostępowi powietrza do palącego się pierwszego składnika, ponieważ obrzeże pierwszego składnika nie jest całkowicie pokryte przez niepalny materiał drugiego składnika.

Przez zapewnienie niepalnego składnika, który utrzymuje strukturę palącego się składnika podczas użytkowania elementu paliwowego i który wystaje poza obwodowe obrzeże palącego się składnika, kompozytowy element paliwowy według wynalazku może być dobrze zabezpieczony wewnątrz struktury wyrobu do palenia, otaczającej co najmniej podłużną część kompozytowego elementu paliwowego, jednak bez ograniczania promieniowego dostępu powietrza do palącego się składnika kompozytowego elementu paliwowego.

Dzięki temu, element paliwowy według wynalazku, w przeciwieństwie do znanych elementów paliwowych, służy dwóm celom, a mianowicie:

- dobremu zabezpieczeniu palącego się elementu paliwowego wewnątrz struktury wyrobu do palenia, otaczającej kompozytowy element paliwowy oraz

- jednoczesnemu umożliwieniu otaczającemu go powietrzu dostępu do palącego się składnika kompozytowego elementu paliwowego w kierunku promieniowym.

Przedmiotem wynalazku jest kompozytowy element paliwowy do wyrobów do palenia, zawierający co najmniej pierwszy wydłużony składnik i co najmniej drugi wydłużony składnik sąsiadujące jeden z drugim i przylegające do siebie na całej ich długości, przy czym wymieniony pierwszy składnik obejmuje pierwszy, węglowy materiał, stanowiący palną część paliwową elementu paliwowego, zaś wymieniony drugi składnik składa się z drugiego materiału, który jest co najmniej słabo palny w porównaniu do wymienionego pierwszego składnika, przez co utrzymuje strukturę wymienionego drugiego składnika podczas użytkowania elementu paliwowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że co najmniej część wymienionego drugiego składnika wystaje promieniowo poza obwodowe obrzeże pierwszego składnika tak, że co najmniej część powierzchni obrzeża pierwszego składnika nie jest pokryta drugim materiałem.

Kompozytowy element korzystnie zawiera szereg segmentów materiału niepalnego. Niepalny materiał zapewniający wymianę ciepła korzystnie stanowi niepalny węgiel, folia grafitowa lub wstęga względnie folia metalowa.

Materiał niepalny korzystnie zawiera jedno- lub więcej spoiw.

Wyjaśniając bliżej istotę wynalazku można stwierdzić, że wynalazek dotyczy ulepszonych węglowych elementów paliwowych i polega na tym, że takie elementy paliwowe stanowią struktury kompozytowe, których część stanowi palący się lub palny materiał węglowy, a część stanowi co najmniej jeden człon nośny (np. część niepalna), który nie pali się lub pali się wolniej niż część palna, dzięki czemu pozostaje nienaruszony w czasie palenia i ułatwia utrzymywanie elementu paliwowego w strukturze papierosa podczas palenia.

W korzystnych elementach paliwowych według wynalazku kompozytowy element paliwowy zawiera co najmniej dwa różne materiały, przy czym korzystnie sąsiadują one ze sobą na całej długości elementu paliwowego. Pierwszy, podstawowy materiał stanowi materiał węglowy, który pali się oraz drugi materiał, który nie pali się lub pali się bardzo nieznacznie lub bardzo

173 631 wolno, zwłaszcza w porównaniu z materiałem palnym i który zapewnia strukturę nośną w miarę jak reszta elementu paliwowego zużywa się w czasie palenia. Materiał w elemencie paliwowym według wynalazku, który nie wypala się całkowicie w czasie użytkowania wyrobu do palenia określany jest poniżej jako materiał niepalny.

Przydatnym palnym materiałem węglowym może być dowolna kompozycja węglowa zdolna do przedłużonego palenia się w czasie tlenia się. We wspomnianych opisach patentowych ujawniono różne palne kompozycje węglowe, które można zastosować w wyrobach według wynalazku. Jak to przedstawiono w opisie, kompozycje takie mogą zawierać w razie potrzeby dodatkowe wypełniacze, napełniacze, dodatki (np. tytoń) i spoiwa.

Niepalny materiał zawarty w elemencie paliwowym korzystnie charakteryzuje się dobrą zdolnością do wymiany ciepła i przewodnictwem cieplnym, choć można także stosować inne materiały niepalne, które nie charakteryzują się taką zdolnością do wymiany lub przewodzenia ciepła. I tak do korzystnych materiałów niepalnych należy wytłaczany grafit oraz inne niepalne kompozycje zawierające węgiel, wstęgi metalowe, folie itp. Do przykładowych materiałów niepalnych o złej zdolności do wymiany i/lub przewodzenia ciepła należą związki nieorganiczne takie jak węglan wapniowy, materiały ceramiczne itp. Do szczególnie korzystnych materiałów niepalnych należą niepalne węgle takie jak wytłaczany grafit, folia grafitowa oraz wstęgi metali, np. ze stali nierdzewnej, aluminium i miedzi. Obecnie do najkorzystniejszych niepalnych materiałów należą niepalne węgle takie jak grafit, w przypadku którego można łatwo wytworzyć zwartą strukturę z palnym materiałem węglowym.

W większości rozwiązań według wynalazku materiały palne i niepalne wchodzące w skład elementów paliwowych tworzą odrębne wzdłużne składniki elementu paliwowego. Korzystnie składnik niepalny tworzy sekcję, która przechodzi przez całą długość elementu paliwowego, czyli od końca do końca. Korzystnie jeden lub kilka składników niepalnych wystaje nieznacznie poza obrzeża palnego materiału węglowego, dzięki czemu umożliwia umocowanie elementu paliwowego w płaszczu, który otacza papieros. Zazwyczaj materiał niepalny usytuowany jest w środku elementu paliwowego dzieląc materiał palny na dwie równe części. W razie potrzeby element paliwowy może zawierać więcej niż jedną selekcję materiału niepalnego, np. dwie lub więcej sekcji materiału niepalnego. W miaręjak składnik węglowy elementu paliwowego wypala się, część niepalna nie pali się i utrzymuje strukturę elementu paliwowego.

Elementy paliwowe według wynalazku wykazują dwie podstawowe zalety: utrzymują palący się element paliwowy w papierosie podczas palenia oraz zmniejszają emisję monotlenku węgla. Według wynalazku struktura niepalnej części elementu paliwowego pozostaje w czasie palenia w kontakcie z materiałem izolacyjnym. W efekcie palący się składnik węglowy utrzymywany jest w materiale izolacyjnym przez cały okres palenia.

Zmniejszenie emisji monotlenku węgla osiągnąć można co najmniej dwoma sposobami. Korzystnie część niepalna odprowadza pewną ilość ciepła od palącej się części elementów paliwowych według wynalazku, tak że wykazują one tendencje do palenia się w niższej temperaturze niż znane dotychczas węglowe elementy paliwowe. Obniżenie temperatury palących się elementów paliwowych powoduje zmniejszenie emisji monotlenku węgla. Mimo iż elementy paliwowe według wynalazku palą się w niższej temperaturze niż znane elementy paliwowe, nie gasną w czasie tlenia się i wydzielają wystarczającą ilość energii cieplnej, aby wytworzyć aerozol w ciągu 10-15 zaciągnięć się papierosem, w którym są stosowane.

Ponadto brak konieczności utrzymywania niewypalonego korka z palnego materiału, po to aby utrzymać element paliwowy w papierosie oznacza, że elementy paliwowe można konstruować tak, aby zawierały one jedynie palny materiał w ilości niezbędnej do uzyskania aerozolu przy określonej ilości zaciągnięć się. W związku z tym kompozycję paliwową można wykonać tak, aby zapewniała ona jedynie ilość energii niezbędną do funkcjonowania papierosa. Nie ma potrzeby stosowania nadmiaru palnego materiału, aby utrzymać element paliwowy w wyrobie do palenia. W związku z tym zmniejszyć można wielkość i masę elementu paliwowego, a im mniej spala się materiału węglowego, tym mniej wydziela się monotlenku węgla.

Element paliwowy wytwarzać można na drodze współwytłaczania materiału niepalnego i materiału palnego. Palny składnik węglowy może być wytłaczany na powierzchnię materiału niepalnego, korzystnie po obydwu jego stronach, albo też materiał niepalny może być wytłaczany na jednej stronie, a korzystniej na dwóch stronach palnego materiału węglowego.

173 631

Alternatywnie składnik niepalny może być w postaci paska lub wstęgi, którą przepuszcza się przez wytłaczarkę, tak że materiał węglowy wytłacza się na materiale niepalnym. Gdy stosuje się wstęgę, to we wstędze tej można wykonać otworki tak że przy wytłaczaniu palnego materiału węglowego będzie on przepływał przez te otworki tworząc mocne połączenie między sekcjami węglowymi po przeciwnych stronach wstęgi. Gdy wstęga wykonana jest z materiału o wyjątkowym dobrym przewodnictwie, takiego jak grafit lub folia metalowa, otworki umożliwiają ograniczenie powierzchni wymiany ciepła między materiałem węglowym i materiałem niepalnym, tak że przepływ ciepła nie powoduje zgaśnięcia palącej się części elementu paliwowego, zwłaszcza w okresach tlenia się.

Zapewniając kontakt składnika niepalnego z materiałem izolacyjnym utrzymuje się element paliwowy w strukturze papierosa bez niewypalonej części paliwa, która w znanych rozwiązaniach utrzymywana była przez materiał izolacyjny. Umożliwia to zmniejszenie wymiarów elementu paliwowego, tak że można zastosować jedynie ilość palnego materiału węglowego niezbędną do wytworzenia wymaganej ilości aerozolu. Zmniejszenie ilości spalanego węgla powoduje również zmniejszenie ilości ciepła wydzielanego przez element paliwowy, co z kolei zmniejsza ilość monotlenku węgla powstającego w czasie spalania.

Składnik niepalny może być wprowadzony do palnego elementu paliwowego w dowolny sposób. Jeden z korzystnych sposobów wprowadzenia stanowi wzdłużne współwytłaczanie niepalnej lub zasadniczo niepalnej masy węglowej, np. węgla lub grafitu wraz z palną kompozycją materiału węglowego. Wzdłużne współwytłaczanie umożliwia również formowanie elementu paliwowego o skomplikowanych kształtach, o pożądanych charakterystykach żarzenia się i/lub palenia. W szczególnie korzystnych rozwiązaniach co najmniej część współwytłaczanego materiału niepalnego wystaje poza obrzeże elementu paliwowego, co umożliwia umocowanie odsłoniętego materiału w dowolnym płaszczu izolacyjnym lub w innej owijce zastosowanej wokół obrzeża elementu paliwowego.

Inny korzystny sposób wprowadzania niepalnego materiału zapewniającego wymianę ciepła do wytłaczanego elementu paliwowego stanowi tak zwany sposób ciągnienia wstęgi. W takim sposobie przy wytłaczaniu kompozycji paliwowej wytłaczany materiał pociąga za sobą wstęgę materiału niepalnego. Wytłaczany materiał przytwierdza się do niepalnej wstęgi wiążąc się z nią w czasie procesu schnięcia. W szczególnie korzystnych rozwiązaniach co najmniej część wstęgi wystaje poza obrzeże elementu paliwowego, co umożliwia umocowanie odsłoniętej (odsłoniętych) części wstęgi w dowolnym płaszczu izolacyjnym lub innej owijce zastosowanej wokół obrzeża elementu paliwowego.

W użytym znaczeniu określenie węglowy oznacza zawierający przede wszystkim węgiel. Wszystkie procenty są wagowe, a wszystkie procenty wagowe odnoszą się do całkowitej wagi kompozycji, o ile nie zaznaczono tego inaczej.

Na figurze 1 przedstawiono przekrój jednego z wariantów papierosa zawierającego element paliwowy wytworzony sposobem według wynalazku. Na fig. 1a przedstawiono widok z boku papierosa pokazanego na fig. 1. Na fig. 2-4 przedstawiono widoki z boku trzech korzystnych konstrukcji elementu paliwowego wytworzonego sposobem według wynalazku, ilustrujących pewne kształty możliwe do wykonania sposobem według wynalazku. Na fig. 5-7 przedstawiono różne formy wstęgowego, niepalnego członu mocującego w elemencie paliwowym według wynalazku. Na fig. 8 przedstawiono jeden z korzystnych sposobów wytwarzania elementów paliwowych według wynalazku, sposób z ciągnieniem wstęgi. Na fig. 9 przedstawiono korzystny sposób wytwarzania elementów paliwowych według wynalazku, w szczególności wzdłużne współwytłaczanie. Fig. 9A stanowi schematyczny przekrój urządzenia pokazanego na fig. 9 wzdłuż linii 9a, 9A'. Na fig. 10 przedstawiono przekrój innej korzystnej struktury elementu paliwowego według wynalazku. Na fig. 11 przedstawiono w częściowym przekroju głowicę wytłaczarki stosowanej w procesie współwytłaczania przy wytwarzaniu elementu paliwowego pokazanego na fig. 10.

173 631

Jak to zaznaczono powyżej, wynalazek dotyczy przede wszystkim ulepszonych węglowych elementów paliwowych w wyrobach do palenia. Na fig. 1 i 1A pokazano w korzystnym rozwiązaniu papieros zawierający element paliwowy według wynalazku.

Jak to pokazano na fig. 1, a bardziej szczegółowo na fig. 1 A, element paliwowy zawiera dwie różne części, palny materiał węglowy 9 zawierający na obrzeżu szereg rowków 11 przebiegających wzdłuż podłużnej osi elementu, oraz niepalny materiał o dużej zdolności do wymiany ciepła 7, który rozciąga się wzdłuż elementu od końca do końca i wystaje nieznacznie poza obrzeże palnych segmentów 9 elementu paliwowego 10. Jak to pokazano, niepalny składnik 7 elementu paliwowego może w razie potrzeby zawierać na obwodzie jeden lub więcej rowków 8.

Płaszcz izolacyjny otacza obrzeże elementu paliwowego i w przedstawionym wariancie składa się z ułożonych na przemian warstw włókna szklanego i papieru tytoniowego, tworząc koncentryczne pierścienie rozchodzące się na zewnątrz elementu paliwowego w następującej kolejności: (a) mata z włókna szklanego 12, (b) papier tytoniowy 15, (c) mata z włókna szklanego 17 i zewnętrzna owijką papierowa 13. Jak to pokazano, niepalny materiał zdolny do wymiany ciepła 7 wystaje do płaszcza izolacyjnego stanowiąc tym samym trwały czynnik mocujący element paliwowy w płaszczu. Zewnętrzna owijką papierowa 13 może być jednowarstwowa lub może składać się z szeregu różnych warstw, każda o odmiennej porowatości i stabilności popiołu.

Poza izolowanym elementem paliwowym 10 w pewnym niewielkim odstępie znajduje się element wytwarzający aerozol zawierający nośnik 14. W takim wariancie nośnik stanowi korzystnie stabilizowany termicznie papier poddany obróbce jedną lub kilkoma uwodnionymi solami, który zawiera ponadto jeden lub więcej materiałów tworzących aerozol i/lub środków aromatyzujących. Nośnik 14 owinięty jest owijką papierową 24, korzystnie poddaną obróbce (np. powleczoną), tak aby zapobiec migracji materiałów tworzących aerozol.

Wzdłuż papierosa za nośnikiem 14 w pewnym niewielkim odstępie znajduje się segment papieru tytoniowego 28. Papier tytoniowy nadaje zazwyczaj aromat tytoniu aerozolowi wytwarzanemu przez element wytwarzający aerozol. Segment tytoniowy 28 można pominąć w razie potrzeby zastępując go pustą przestrzenią. Owijką papierowa 25 łączy element wytwarzający aerozol z segmentem papieru tytoniowego. Owijka może być również poddana obróbce zapobiegającej migracji materiałów tworzących aerozol.

Izolowany element paliwowy otoczony jest od punktu odległego o 2 - 8 mm od palącego się końca papierosa i połączony z segmentem nośnik/papier tytoniowy tak, że tworzy przedni zestaw, za pomocą niepalnej lub foliowanej od spodu (np. aluminium lub innym metalem) owijki papierowej 29. Owijka 29 jest korzystnie wykonana z materiału nie wykazującego działania ssącego, co zapobiega zasysaniu materiałów tworzących aerozol z nośnika 14 do elementu paliwowego 10, płaszcza izolacyjnego i/lub brudzeniu się innych składników papierosa. Owijka ta zmniejsza również do minimum lub eliminuje całkowicie dopływ powietrza bocznego (czyli powietrza promieniowego) do części elementu paliwowego znajdujących się poza jego przednią krawędzią, co z kolei powoduje zubożenie w tlen i zapobiega nadmiernemu spalaniu.

Na końcu ustnika papierosa znajduje się dwuczęściowy element ustnikowy zawierający wałek lub rolkę tytoniu 20, np. wypełnienie w postaci krajanki tytoniowej oraz element filtracyjny o malej wydajności 22. Papier końcówkowy 31 stosuje się do połączenia części ustnikowej z zestawem przednim.

W innym korzystnym wariancie element paliwowy z płaszczem jest tak skrócony, że zawiera jedynie niezbędną ilość palnego materiału węglowego zapewniającą wykonanie określonej liczby zaciągnięć. W takim wariancie zewnętrzna owijką 29 korzystnie dochodzi do poprzedniego końca elementu paliwowego z płaszczem. W związku z tym owijka 29 jest na tyle porowata, aby umożliwić dostęp do paliwa węglowego powietrza niezbędnego do spalenia się całego materiału węglowego, wykazując przy tym na tyle dużą spójność, że po wypaleniu pozostanie nienaruszona i będzie utrzymywać element paliwowy z płaszczem w papierosie. Takie papiery ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 938 238.

Na figurach 2-4 pokazano różne elementy paliwowe w widoku z przodu, przy czym niepalny materiał mocujący oznaczono liczbą 7. Ewentualne otwory na obrzeżu w materiale niepalnym oznaczone są liczbami 8. Podobnie jak na fig. 1A palne części elementu paliwowego oznaczone są liczbami 9, a ewentualne otwory lub kanały na obrzeżu oznaczone są liczbami 11.

173 631

Na figurach 5-7 pokazano różne formy wstęgowego, niepalnego członu mocującego w elemencie paliwowym. Niepalny materiał wstęgowy pokazany na fig. 5 jest pofalowany. Wstęga pokazana na fig. 6 jest w kształcie piły zębatej. Na fig. 7 pokazano wstęgę płaską. Na każdym z fig. 5-7 widoczne są dodatkowe otworki 5. Otworki te wykonane są w tym celu, aby mogła przez nie przejść kompozycja palnego paliwa węglowego w czasie procesu wytłaczania, w którym formuje się element paliwowy, dzięki czemu następuje zamocowanie niepalnego materiału wstęgowego w palnej części elementu paliwowego.

Stosowane elementy paliwowe powinny spełniać trzy kryteria: (1) powinny łatwo zapalać się: (2) powinny dostarczać ciepło w ilości umożliwiającej uzyskanie aerozolu podczas około 5 -15, korzystnie około 8-12 zaciągnięć: oraz (3) nie powinny nadawać papierosowi niepożądanego smaku lub zapachu. Palna część elementów paliwowych według wynalazku zawiera zazwyczaj węgiel i spoiwo lub węgiel, tytoń i spoiwo, z tym że stosować można również inne palne materiały węglowe.

Korzystne elementy paliwowe według wynalazku zaprojektowane są tak, aby dostarczyć ciepło niezbędne do wytworzenia jedynie określonej ilości aerozolu. Korzystnie nie traci się wówczas paliwa lub nie traci się ciepła wytworzonego podczas palenia się paliwa. Na dodatek nie występuje wówczas nadmiar paliwa, które mogłoby przegrzać nośnik lub inne składniki papierosa. W związku z tym elementy paliwowe według wynalazku stanowią idealne źródło energii w papierosach, w których są stosowane. W papierosach według wynalazku zadaniem elementu paliwowego jest wytworzenie ciepła niezbędnego do wytworzenia aerozolu przy minimalnych stratach ciepła na skutek przekazywania go do innych składników papierosa lub do atmosfery.

Wstawienie niepalnego członu mocującego do elementu paliwowego umożliwia zmniejszenie ilości węgla niezbędnego przy spalaniu. Jest to szczególnie korzystne z tego powodu, że można wówczas zastosować paliwo węglowe w ilości niezbędnej do wytworzenia aerozolu w wymaganej liczby zaciągnięć. Inną zaletą stosowania jedynie wymaganej ilości spalanego węgla niezbędnej do wytworzenia aerozolu w wymaganej liczby zaciągnięć jest to, że w miarę jak zmniejsza się ilość spalanego węgla, maleje również ilość monotlenku węgla powstającego przy spalaniu.

Poniższa tabela ilustruje korzystne zmniejszenie poziomu monotlenku węgla w przypadku elementów paliwowych według wynalazku w porównaniu z dotychczas stosowanymi konstrukcjami elementów paliwowych.

Tabela

Parametr	Paliwo
porównawcze	Fig. 2	Fig. 3	Fig. 10
Spalony węgiel (mg)	85	88	58	78
CO2 (mg)	87	82	63	68
CO (mg)	22	16	12	17
Ciepło (J)	867	796	612	670
CO/J	0,025	0,020	0,0196	0,025
J/nośnik	114,8	91,3	97,2	-

W tabeli paliwo porównawcze oznacza, że element paliwowy wytworzono w sposób opisany w przykładzie I (porównawczym). Paliwo z fig. 2 oznacza paliwo opisane w przykładzie II. Paliwo z fig. 3 oznacza paliwo opisane w przykładzie III. Paliwo z fig. 10 oznacza paliwo opisane w przykładzie IV. Wyniki podane w tabeli uzyskano stosując maszynę do palenia wykonującą zaciągnięcie o objętości 50 cm³ w ciągu 2 s, po czym występował okres 28 s tlenia (warunki te określono poniżej jako warunki 50/30), wykonując łącznie 20 zaciągnięć.

173 631

Gęstość palnej węglowej części korzystnych elementów paliwowych wynosi zazwyczaj powyżej około 500 kg/m , korzystnie powyżej około 700 kg/m³, a najkorzystniej powyżej około 1000 kg/m³, ale nie przekracza 2000 kg/m³.

Gdy współwytłaczaną część wykorzystuje się jako niepalną zapewniającą wymianę ciepła część elementu paliwowego, to do najważniejszych parametrów należy zazwyczaj grubość stosowanego materiału, a także jego zdolność do przewodzenia ciepła. Stwierdzono, że bardzo skutecznymi środkami zapewniającymi wymianę ciepła są współwytłaczane niepalne segmenty o grubości od około 0,50 mm do około 1 mm.

Całkowita długość elementu paliwowego przed paleniem wynosi zazwyczaj poniżej około 20 mm, często poniżej około 15 mm, ajeszcze częściej poniżej 12 mm. Średnica zewnętrzna elementu paliwowego wynosi zazwyczaj poniżej około 8 mm, dogodnie poniżej około 6 mm, a jeszcze częściej około 4,5 mm.

Jak to wspomniano powyżej, obecnie istnieją co najmniej dwa korzystne sposoby wytwarzania elementów paliwowych zawierających niepalny człon zapewniający wymianę ciepła, sposób ciągnienia wstęgi i współwytłaczanie. Zgodnie z pierwszym sposobem, ciągnieniem wstęgi, wstęgę z metalu lub materiału metalo-podobnego wprowadza się do wytłaczarki i powleka się wytłaczaną kompozycję paliwa węglowego. Uzyskany ciągły wałek z wstęgą w środku suszy się następnie i tnie na odcinki o wymaganej długości. Sposób ciągnienia wstęgi przedstawiono na fig. 8.

Metalową lub metalo-podobną wstęgę wytwarzać można z dowolnego odpowiedniego materiału, np. z cienkiej folii z metalu takiego jak stal nierdzewna, aluminium, miedź itp. Do odpowiednich metalo-podobnych materiałów wstęgowych należą materiały o wysokim przewodnictwie cieplnym, takiejak Grafoil z Union Carbide Corp. Stosować można materiał foliowy o dowolnym pożądanym kształcie i konfiguracji. Patrz fig. 5-7. Zazwyczaj grubość folii wynosi od około 0,050 do 0,50 mm, korzystnie od około 0,125 do około 0,375 mm, a najkorzystniej około 0,25 mm. Szerokość folii wynosi zazwyczaj od około 3,75 do około 5,5 mm, korzystnie od około 4,0 do około 5 mm, a najkorzystniej około 4,5 mm. W razie potrzeby w folii wykonuje się otworki średnicy od około 1 do około 2,5 mm, korzystnie od około 1,5 do około 2,25 mm, a najkorzystniej około 1,75 mm. Otworki takie wykonuje się co 6,3 mm, korzystnie co 4,8 mm, a najkorzystniej co 3,2 mm, tak że wstęga zostanie unieruchomiona w wytłaczanym materiale węglowym.

Jak to pokazano na fig. 8, wstęgę niepalnego materiału 1 wprowadza się od tyłu do rury podającej 2, a następnie przez tył głowicy wytłaczarki 3. W tym miejscu wstęga (np. z folii grafitowej) przeciągana jest przez kompozycję palnego materiału węglowego wprowadzanego do zespołu głowicy przez boczny wlot w elemencie do mocowania głowicy. Materiał węglowy wprowadzany jest przez otwory podające. 4 w tyle głowicy 3. Z materiału węglowego formuje się wałki elementów paliwowych o określonym układzie szczelin lub otworów ustalonym przez końcówkę głowicy 5. Szybkość linii reguluje się przeprowadzając regulację prędkości wytłaczarki. W wyniku wytłaczania elementów paliwowych z materiału węglowego osiąga się przeciąganie wstęgi przez otwór w tyle głowicy 3, co powoduje osadzanie wstęgi 1 w wytłaczanym materiale.

Zgodnie z drugim korzystnym sposobem, współwytłaczaniem, przygotowuje się dwie mieszanki dające się wytłaczać, z których jedną stanowi kompozycja palnego materiału węglowego, a drugą stanowi kompozycja np. zawierająca grafit. Spoiwa stosowane zazwyczaj przy formowaniu wytłaczanych kompozycji paliwowych zastosować można w obydwu mieszankach do wytłaczania. Jednym z korzystnych spoiw stosowanym w procesie według wynalazku jest karboksymetyloceluloza (CMC).

Jako kompozycje palnego paliwa zastosować można dowolne z kompozycji paliwa węglowego ujawnionych w opisach patentowych cytowanych we wstępie opisu. Korzystne kompozycje paliw węglowych ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki, nr 5 178 167. Zawierają one zasadniczo palne paliwo węglowe, spoiwo, wodę w ilości zapewniającej uzyskanie dającej się obrabiać pasty (zwykle 32 - 40% wagowych) oraz różne materiały w celu

173 631 uzyskania wymaganych właściwości.

Przydatna kompozycja niepalna zawiera zasadniczo od około 5 do 90% wagowych grafitu o gęstości około 1,3 -1,9 g/cm³. Stosować można również inne niepalne składniki, np. niepalne wypełniacze takie jak CaCCO, glinki takie jak bentonit itp. Gdy wypełniacze lub napełniacze stosuje się wraz z grafitem, to mogą one stanowić do około 80% wagowych mieszanki, korzystnie od około 10 do około 60%, a najkorzystniej około 40% niepalnej kompozycji. W celu zachowania zawartości niepalnej kompozycji zazwyczaj stosuje się spoiwo. Do korzystnych spoiw należy CMC, SCNC, alginian sodowy itp. Kompozycje wytłacza się stosując mieszanki zawierające wodę w ilości zapewniającej uzyskanie pasty o konsystencji umożliwiającej obróbkę, zazwyczaj około 32 - 40% wagowych.

W procesie współwytłaczania co najmniej dwie wytłaczarki zasilają wspólną głowicę, tak że w wyniku wytłaczania uzyskuje się wałek palnego materiału z wstawką z kompozycji niepalnej. Kształty i wielkości dwóch (lub więcej) składników mogą być różne, w zależności od wymagań. Uzyskany ciągły wałek z wstawioną częścią niepalną suszy się następnie i tnie na odcinki o wymaganej długości. Współwytłacznie przedstawiono na fig. 9.

Jak to pokazano na fig. 9 i 9A, zgodnie z jednym ze sposobów współwytłaczania podaje się materiał niepalny 110 do rury zasilającej 102. Rura zasilająca 102 wprowadza materiał niepalny na koniec głowicy 103, w której z materiału formuje się pasek. Palną kompozycję węglową 106 wprowadza się do zespołu głowicy przez boczny wlot w zespole mocowania głowicy i kieruje przez otwory podające 104 w tyle głowicy 103. Z materiału węglowego 106 i materiału niepalnego 100 formuje się wałki paliwa o określonym układzie szczelin lub otworów ustalonym przez końcówkę głowicy 105.

Element paliwowy 120 pokazany w przekroju na fig. 10 zawiera dwie sekcje niepalne, 121 i 122, które wytłacza się do odpowiednich szczelin 123 i 124 uformowanych w czasie wytłaczania korpusu palnego paliwa węglowego. Element paliwowy zawiera szereg rowków 125, które ułatwiają zapalenie paliwa i poprawiają przenoszenie ciepła przez paliwo. Gdy element paliwowy pali się, części niepalne pozostają nienaruszone. W papierosie ostatnia część, np. 6 mm paliwa, otoczona jest warstwą przepuszczającej bardzo mało lub nie przepuszczającej wcale powietrza, która może doprowadzić znaczne ilości ciepła od paliwa. Takie struktury powodują, że segment palnego węgla usytuowany między niepalnymi częściami 121 i 122 gasną, tak że korek niewypalonego, ale palnego paliwa węglowego pozostaje między niepalnymi częściami 121 i 122 w obszarze ostatnich kilku mm elementu paliwowego. W takim wariancie reguluje się ilość palnego paliwa, która pozostaje po wypaleniu papierosa.

Korzystne urządzenie do wytwarzania struktury przedstawionej na fig. 10 pokazano na fig. 11. Głowica wytłaczarki 130 zawiera pierwszy segment formujący 131, który odpowiada kształtem palnemu materiałowi węglowemu, obejmujący występy 132 i 133 formujące szczeliny 123 i 124 w elemencie paliwowym (fig. 10) oraz występy (nie pokazane), które formują rowki 125 występujące w gotowym elemencie paliwowym. Niepalny materiał doprowadzany jest do kanałów 135 i 136 odpowiednio przewodami 137 i 138, korzystnie utrzymywanych pod stałym ciśnieniem, tak że szybkość podawania materiału niepalnego do szczelin 136 i 16 jest względnie ustalona. Materiał niepalny pozostaje w gotowym produkcie i wystaje z górnej i dolnej krawędzi palnego elementu paliwowego, co pokazano na fig. 10. Te wystające, niepalne części zapewniają stały kontakt z opasującym materiałem izolacyjnym, ułatwiając tym samym utrzymywanie elementu paliwowego w wyrobie do palenia w czasie palenia.

Element paliwowy stosowany w papierosie jest korzystnie opasany płaszczem z materiału izolacyjnego i/lub mocującego. Materiał izolujący i mocujący korzystnie (i) dobiera się tak, aby mogło przezeń przepływać zasysane powietrze oraz (ii) ustawia się i kształtuje tak, aby utrzymywał w miejscu element paliwowy. Korzystnie końce elementu paliwowego są wpuszczone w płaszcz, z tym że płaszcz może wystawać około 0,5 - 3 mm poza każdy z końców elementu paliwowego.

173 631

Składniki materiału izolacyjnego i/lub mocującego, otaczającego element paliwowy, mogą być różne. Do przykładowych odpowiednich materiałów należą włókna szklane oraz inne materiały ujawnione w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5 105 838, w publikacji patentowej europejskiej nr 336 690 oraz na stronach 48 - 52 w monografii Chemical and Biological Studies of New Cigarette Prototypes That Heat Instead of Bum Tobacco, R. J. Reynolds Tobacco Company, 1988 oraz mieszanki włókien szklanych z tytoniem np. opisane w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr. nr. 5 119 837, 5 105 838, 5 065 776 i 4 756 318.

Do innych odpowiednich materiałów izolacyjnych i/lub utrzymujących należą pofałdowane materiały typu papieru, spiralnie zwinięte lub w inny sposób owinięte wokół elementu paliwowego, jak to ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5 105 836. Materiały typu papieru można fałdować lub marszczyć i zbierać wokół elementu paliwowego; zbierać w wałek stosując urządzenie do wytwarzania wałków dostępne pod nazwą Cu-10, Cu-20 lub CU-20S z Decoufle s. a. r. b, wraz z urządzeniem do wytwarzania wałka KDF-2 z Hauni-Werke Korber & Co., K. G., albo urządzenie ujawnione w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 807 809; owijać wokół elementu paliwowego, wzdłuż jego podłużnej osi, albo formować w postaci podłużnych pasm arkusza papierowego w urządzeniu ujawnionym w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 889 143 i 5 025 814.

Do przykładowych materiałów typu papieru należą materiały dostępne pod oznakowaniami papier węglowy Ρ-2540-136-ΕΪ papier tytoniowy P-2674-157z Kimberley-Clark Corp.: przy czym korzystnie wzdłużnie rozciągające się pasma z tych materiałów (np: pasma o szerokości około 0,79 mm) ułożone są wzdłuż osi elementu paliwowego. Element paliwowy może być również owinięty wypełnieniem z krajanki tytoniowej (np. wypełnieniem z krajanki tytoniowej utrwalanej spalinami, zawierającej około 2% wagowych węglanu potasowego). Liczba i rozmieszczenie pasm lub kształt zebranego papieru zapewnia ścisłe umocowanie, zatrzymywanie lub utrzymywanie w inny sposób kompozytowej struktury elementu paliwowego w papierosie.

Jak to pokazano na fig. 1 i 1A, płaszcz izolacyjny otaczający element paliwowy jest owinięty owijką papierową. Odpowiednie papiery ujawniono w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 938 238 i 5 105 837.

Jak to podano powyżej, nośnik zawiera materiały tworzące areozol i inne składniki, np. środki aromatyzujące itp., które pod wpływem ciepłych gazów przechodzących przez element wytwarzający aerozol w czasie zaciągania się odparowują i dochodzą do palacza w postaci dymopodobnego aerozolu. Do korzystnych materiałów tworzących aerozol należy gliceryna, glikol propylenowy, woda itp., środki aromatyzujące i inne dodatkowe składniki. Dodatkowe użyteczne materiały tworzące aerozol ujawniono w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki podanych na wstępie opisu, tak że nie ma potrzeby ich powtarzać.

Wałki nośnika dogodnie formuje się stosując dostępne w przemyśle urządzenia, zwłaszcza urządzenia do wytwarzania filtrów papierosowych lub urządzenia do formowania wałków papierosowych. Do dwóch korzystnych dostępnych w handlu urządzeń do formowania nośników według wynalazku należy urządzenie do wytwarzania filtrów DeCoufle (CU-10 lub CU20S), dostępne z DeCoufle s. a. r. b. oraz zmodyfikowane urządzenie do formowania wałków, KDF-2, dostępne Hauni-Werke Korber & Co., K. G.

W jednym z wariantów według wynalazku kombinację elementu paliwowego i nośnika (określaną również jako zestaw przedni) łączy się z częścią ustnikową; można jednak jednorazowo używaną kombinację element paliwowy/nośnik zastosować w odrębnej części ustnikowej, takiej j ak cygarniczka wielokrotnego użytku. Część ustnikow a stanowi przewód kieruj ący odparow ane materiały tworzące aerozol do ust palacza; może on również stanowić źródło dodatkowego składnika aromatyzującego odparowane materiały tworzące aerozol. Zazwyczaj długość części ustnikowej wynosi od 40 do około 85 mm.

Segmenty aromatyzujące (np. segmenty pofałdowanego papieru tytoniowego, wypełnienia w postaci krajanki tytoniowej itp.) wprowadzać można do części ustnikowej lub do segmentu

173 631 nośnika, np. bezpośrednio za nośnikiem lub w pewnym odstępie od niego, aby nadać aromat aerozolowi. Pofałdowany papier węglowy można wprowadzić, zwłaszcza w celu wprowadzenia aromatu mentolu do aerozolu. Papiery takie ujawniono w publikacji patentowej europejskiej nr 432 538. Inne przydatne segmenty aromatyzujące ujawniono w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki 5 076 295 i 5 105 834, oraz w publikacji patentowej europejskiej nr 434 339.

Poniżej przedstawiono przykłady ilustrujące wynalazek, ale nie ograniczające jego istoty. Wszystkie procenty są procentami wagowymi, o ile nie zaznaczono tego inaczej. Wszystkie temperatury podano w stopniach Celsjusza.

Przykład I. Wytwarzanie porównawczego elementu paliwowego.

Porównawczy element paliwowoy, czyli niekompozytowy element paliwowy, wytworzono w sposób następujący.

Element paliwowy o długości 12 mm i średnicy 4,5 mm, o pozornej (nasypowej) gęstości około 1020 kg/m³ wytworzono z około 82,85 części węgla ze ścieru z twardego drewna o przeciętnej średnicy cząstek około 12 gm, 10 części alginianu amonowego (Amoloid HV, Kelco Co.), 0,9 części Na2CO3, 0,75 części kwasu lewulinowego, 5 części mieszanki tytoniowej American zmielonej w młynie kulowym i 0,5 części ekstraktu tytoniowego uzyskanego w sposób ujawniony w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5 159 942.

Węgiel ze ścieru z twardego drewna wytworzono zwęglając nie zawierający talku, siarczanowy papier z twardego drewna, gatunku Grande Prairie Canadian, w atmosferze azotu, podwyższając stopniowo temperaturę, tak aby zminimalizować utlenianie papieru, do ostatecznej temperatury co najmniej 750°C. Uzyskany materiał węglowy schłodzono w atmosferze azotu do temperatury poniżej 35°C, po czym rozdrobniono na drobny proszek o przeciętnej średnicy cząstek (określonej za pomocą aparatu Microtrac Analyzer, Leeds & Northrup) około 12 gm.

Silnie rozdrobniony sproszkowany węgiel z twardego drewna wymieszano na sucho z grafitem, CaCO 3, spoiwem w postaci alginianu amonowym, kwasem lewulinowym i tytoniami, po czym dodano 3% wagowy wodny roztwór Na2CO 3 uzyskując dającą się wytłaczać mieszankę o ostatecznej zawartości węglanu sodowego około 0,9 części.

Wałki paliwa (każdy o długości około 610 mm) wytłoczono z mieszanki stosując wytłaczarkę ślimakową, uzyskując wałki o zasadniczo cylindrycznym kształcie o średnicy około 4,5 mm, z 6 równomiernie rozmieszczonymi na obrzeżu rowkami (o szerokości około 0,5 mm i głębokości około 1 mm) z zaokrąglonym dnem, rozciągającymi się od końca do końca. Wyjściowa zawartość wilgoci w wytłoczonych wałkach wynosiła około 32 - 34% wagowych. Wysuszono je w temperaturze otoczenia przez około 16 godzin do ostatecznej zawartości wilgoci około 7-8% wagowych. Wysuszone cylindryczne wałki pocięto na odcinki Eł-mm za pomocą stalowych tarcz tnących z końcówką diamentową.

Przykład II. Sposób współwytłaczania.

Dającą się wytłaczać niepalną kompozycję przygotowano z mieszanki 1:1 (wagowo) CaCO3 i grafitu, o średniej gęstości 1300 kg/m3, z 8 częściami spoiwa CMC oraz taką ilością wody, aby uzyskać dającą się wytłaczać pastę, w tym przypadku około 35% wagowych.

Dającą się wytłaczać palną kompozycję paliwa węglowego przygotowano z mieszanki zawierającej 10% wagowych spoiwa CMC, 90% wagowych węgla o średniej wielkości cząstek (Microtrac) 12 gm, oraz około 38% wody.

Niepalną kompozycję wprowadzono do rury zasilającej, przez którą wprowadza się niepalny materiał do tylnej części głowicy, uzyskując kompozycję w postaci paska, palną kompozycję paliwa węglowego wprowadzono do zespołu głowicy przez boczny wlot w elemencie do mocowania głowicy. Dzięki temu palny materiał'węglowy i materiał niepalny połączyły się w element o pożądanej konfiguracji i opuściły wylot głowicy w postaci wałków paliwowych o wymaganej średnicy, z układem otworów lub szczelin uformowanym przez wylot głowicy. Uzyskane wałki o średnicy 4,5 mm wysuszono na powietrzu i pocięto na elementy paliwowe o długości 12 mm. Kształt przekroju przedstawiono na fig. 2. Grubość niepalnego segmentu grafitowego wynosiła 5,6 mm, a szerokość pokazanych rowków wynosiła 0,46 mm, przy czym rowki kończyły się krzywizną o promieniu 2,3 mm. W najgłębszym miejscu głębokość rowków wynosiła około 1,0 mm. Średnica niepalnego segmentu grafitowego wynosiła około 4,9 mm.

Przykład III. Sposób z ciągnieniem wstęgi.

Dającą się wytłaczać palną kompozycję paliwa węglowego przygotowano z mieszanki zawierającej 10%o wagowych spoiwa CMC, 90% wagowych węgla o średniej wielkości cząstek (Microtrac) 12 (tm, oraz około 38% wody.

Wstęgę z folii grafitowej o grubości 0,254 mm i szerokości 5,08 mm, zawierającą wycięte otwory o średnicy 2,032 mm, rozmieszczone co 3,175 mm, wprowadzono do tylnej części wytłaczarki przez rurę podającą, a następnie do tylnej części głowicy. Wstęgę przeciągano przez kompozycję palnego materiału węglowego, którą wprowadzono do zespołu głowicy przez boczny otwór w zespole mocowania głowicy. Materiał węglowy wprowadzano równocześnie przez otwory zasilające w tyle głowicy. Z materiału węglowego otaczającego wstęgę folii uformowano ciągłe wałki elementu paliwowego o wymaganej średnicy, z układem otworów lub szczelin uformowanych przez wylot głowicy. Szybkość linii reguluje się przeprowadzając regulację prędkości wytłaczarki. W wyniku wytłaczania elementów paliwowych z materiału węglowego osiąga się przeciąganie wstęgi prze otwór w tyle głowicy co powoduje osadzanie wstęgi w wytłaczanym materiale.

Uzyskane wałki o średnicy 4,5 mm wysuszono na powietrzu i pocięto na elementy paliwowe o długości 12 mm.

Przykład IV. Sposób współwytłaczania.

Dającą się wytłaczać niepalną kompozycję przygotowano z mieszanki 1:1 (wagowo) CaCO3 i grafitu, o średniej gęstości 1300 kg/m³, z 8 częściami spoiwa CMC oraz taką ilością wody, aby uzyskać dającą się wytłaczać pastę, w tym przypadku około 33% wagowych.

Dającą się wytłaczać palną kompozycję paliwa węglowego przygotowano z mieszanki zawierającej 10% wagowych spoiwa CMC, 90% wagowych węgla o średniej wielkości cząstek (Microtrac) 12 μm, oraz około 37% wody.

Kompozycję palnego materiału węglowego wprowadzono do zespołu głowicy pokazanego na fig. 11. Kompozycję niepalną wprowadzono do rury podającej, która kieruje materiał niepalny do przewodów 137 i 138. Z materiału niepalnego uformowano dwie niepalne części lub segmenty 121 i 122 dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu przewodów 135 i 136. Materiał niepalny stykał się z palnym materiałem węglowym wzdłuż dna i boków szczelin 123 i 124. Dzięki temu palny materiał węglowy i materiał niepalny zostały połączone w element o pożądanej konfiguracji, tak że opuszczały wylot głowicy w postaci wałków paliwowych o wymaganej średnicy, z układem otworów lub szczelin uformowanym przez wylot głowicy. Uzyskane wałki o średnicy 4,2 mm wysuszono na powietrzu i pocięto na elementy paliwowe o długości 12 mm. Kształt przekroju przedstawiono na fig. 10. Wysokość niepalnych segmentów grafitowych wynosiła 0,635 mm, przy czym wystawały one ponad powierzchnie palnego wałka na 0,2 mm. Wystająca część niepalnych sekcji była w kształcie łuku prostego walca o promieniu 0,76 mm. Szerokość podstawy części niepalnych wynosiła 1,016 mm. Szerokość pokazanych rowków wynosiła 0,406 mm, przy czym rowki kończyły się krzywizną o promieniu 2,03 mm. Wszystkie rowki kończyły się w punkcie odległym o około 0,94 mm od pionowej osi pokazanego elementu, a odległość między środkami rowków wynosiły około 1,04 mm.

Przykład V. Charakterystyka palenia się.

Charakterystykę palenia elementów paliwowych określano za pomocą zmodyfikowanego spektrometru aerozolu Phoenix Precision Instruments Model JM-6500, dostępnego z Virtis Company, Gardiner, New York.

Zmodyfikowany aparat JM-6500 umożliwia oznaczenie całkowitego ditlenku węgla, całkowitego monotlenku węgla oraz łącznej ilości energii wytworzonej podczas palenia się elementu paliwowego. Aparat umożliwia również oznaczenie tych wielkości w każdym zaciągnięciu.

W każdym przykładzie pięć elementów paliwowych z płaszczem zapalano i stosując zmodyfikowany aparat JM-6500 wykonywano 20 zaciągnięć w warunkach palenia 50/30. Warunki takie obejmowały zaciąganie 50 cm³ w ciągu 2 s, przy czym kolejne zaciągania przedzielone były 28-s okresem tlenia się. Elementy paliwowe zapalano od zwykłego płomienia zapalniczki stykając go z elementami paliwowymi przez 5 s, przed wykonaniem pierwszego zaciągnięcia w warunkach 50/30.

W przypadku porównawczego elementu paliwowego z przykładu I uzyskano następujące wyniki;

Średni całkowity CO2 87 mg

Średni całkowity CO 22 mg

Średnia całkowita energia, J 867

Średnio CO/J 0,025

W przypadku elementu paliwowego z przykładu II uzyskano następujące wyniki:

Średni całkowity CO2 82

Średni całkowity CO 16

Średnia całkowita energia, J 796

Średnio CO/J 0,020

W przypadku elementu paliwowego z przykładu ΠΙ uzyskano następujące wyniki;

Średni całkowity CO2 63

Średni całkowity CO 12

Średnia całkowita energia, J 612

Średnio CO/J 0.0196

W przypadku elementu paliwowego z przykładu IV uzyskano następujące wyniki;

Średni całkowity CO2 68

Średni całkowity CO 17

Średnia całkowita energia, J 670

Średnio CO/J 0,025

Przykład VI. Papieros.

Element paliwowy.

Zastosowano element paliwowy wytworzony w przykładach II, ΙΠ lub IV. Długość elementu paliwowego wynosiła 12 mm, a jego średnica 4,5 mm w przypadku przykładów II i ΙΠ oraz 4,2 mm w przypadku przykładu IV.

Płaszcz izolacyjny

Plastikową rurkę o długości 12 mm i średnicy 4,5 mm owinięto materiałem płaszcza izolacyjnego również o długości 12 mm. W tych wariantach papierosów płaszcz izolacyjny składał się z dwóch warstw maty szklanej Owens-Coming C, każda o grubości około 1 mm (przed sprasowaniem) w urządzeniu do formowania płaszcza (takim jak ujawnione w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 807 809), przy czym po formowaniu grubość każdej warstwy wynosiła około 0,6 mm. Między dwoma warstwami szkła C umieszczono jeden arkusz z papieru z przetworzonego tytoniu Kimberly-Clark P-2831-189-AA. Bibułka papierosowa o symbolu P-3122-153 z Kimberley-Clark owijała warstwę zewnętrzną. Arkusz papieru z przetworzonego tytoniu stanowi papieropodobny arkusz z tytoniu zawierający dodatkowo ekstrakt z mieszanki tytoniowej. Szerokość arkusza z przetworzonego tytoniu przed formowaniem wynosiła około 19 mm w przypadku arkusza wewnętrznego i 26,5 mm w przypadku arkusza zewnętrznego. Ostateczna średnica rurki plastikowej z płaszczem wynosiła około 7,5 mm.

Nośnik

Wałek nośnika o średnicy około 7,5 mm uformowano z silnie tłoczonej wstęgi papieru o gramaturze 36 g/m², o szerokości 152 mm, zawierającego 25% siarczanu wapniowego, o symbolu P3284-19, dostępnej z Kimberley-Clark, w zmodyfikowanym urządzeniu do formowania wałków KDF-2. Wałek nośnika owinięto papierem Simpson RJR-002 powleczonym po

173 631 obydwu stronach środkiem Hercon 70. Owinięty wałek pocięto na 10-mm segmenty o wadze około 55 mg.

Korek z papieru tytoniowego.

Wałek papieru tytoniowego o średnicy około 7,5 mm uformowano ze średnio tłoczonej wstęgi papieru tytoniowego o szerokości 127 mm, o symbolu P-144-GNA-CB, dostępnej z Kimberley-Clark, stosując urządzenie do formowania wałków ujawnione w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 807 809. Wałek owinięto papierem P14870-184-2 o szerokości 26,5 mm, z Kimberley-Clark, po czym pocięto go na segmenty o długości 10 mm.

Owijka części przedniej

Papier owijkowy części przedniej wytworzono laminując szereg papierów, warstwę zewnętrzną z papieru Ecusta 456, warstwę pośrednią z folii o grubości 0,0005 cm i warstwę wewnętrzną z bibuły o gramaturze 5700 g/ryzę, 20,4 g/m². Warstwy laminowano z użyciem kleju Airflex 465, stosowanego w ilości 684 g/ryzę.

Rurka aerozolu

Papierową rurkę aerozolu o średnicy około 7,5 mm wykonano ze wstęgi papieru RJR-002 o gramaturze 112 g/m, o szerokości 27 mm i o grubości około 0,305 mm. Z papieru RJR-002 uformowano rurkę sklejając papier na zakładkę za pomocą opartego na wodzie kleju z kopolimeru etylen/octan winylu. Wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnię rurki papierowej powleczono środkiem Hercon-70. Papier pocięto na segmenty o długości 31 mm.

Rurka części ustnikowej.

Rurkę części ustnikowej o średnicy około 7,5 mm wykonano z papieru Simpson typ 002-A, z klejeniem na zakładkę klejem topliwym nr 448-105K, dostępnym z R. J. Reynolds Tobacco Company. Uformowaną rurkę pocięto na segmenty o długości 40 mm.

Korek filtru

Wałek z filtru polipropylenowego o średnicy około 7,5 mm uformowano z maty PP-100 o szerokości około 260 mm, dostępnej z Kimberley-Clark i owinięto go bibułką o szerokości

26,5 mm, P1487-184-2, z Kimberley-Clark, np. w urządzeniu ujawnionym w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 807 809. Owinięty wałek pocięto na segmenty o długości 20 mm.

Wałek tytoniu

Z wypełnienia w postaci krajanki przetworzonego tytoniu, wytworzonego w sposób opisany w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5159 942, uformowano wałek o średnicy około 7,5 mm i owinięto go papierem, np. w urządzeniu ujawnionym w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr4 807 809. Owinięty wałek pocięto na segmenty o długości 20 mm.

Składanie papierosa

A. Zespół elementu przedniego.

Kawałek nośnika o długości 10 mm wstawiono w jeden z końców rurki aerozolu o długości 31 mm na głębokość około 5 mm, tak że powstała pusta przestrzeń o długości około 5 mm. Około 150 mg mieszanki zawierającej glicerynę, ekstrakt tytoniowy i inne środki aromatyzujące naniesiono na nośnik. W drugi koniec rurki aerozolu wstawiono korek z papieru tytoniowego o długości 10 mm tak, że koniec korka z papieru tytoniowego od strony ust znajdował się równo z końcem rurki aerozolu od strony ust.

Płaszcz izolacyjny o długości 12 mm zestawiono z poprzednim końcem rurki aerozolu tak, że płaszcz izolacyjny stykał się z pustą przestrzenią w rurce aerozolu. Płaszcz izolacyjny i rurkę aerozolu owinięto kawałkiem papieru owijkowego dla przedniej części, o wymiarach około 26,5 x 37 mm. Stronę bibułkową papieru owijkowego (patrz wyżej) przyłożono do rurki aerozolu i do sklejenia połączenia na zakładkę zastosowano klej (2128-69-1) dostępny z H.B. Fuller Co., Minneapolis, MN. Owijkę o długości 37 mm ustawiono wzdłużnie tak, że papier owijkowy sięgał od wolnego końca rurki aerozolu i przykrywał około 6 mm płaszcza izolacyjnego, tak że około 6 mm płaszcza izolacyjnego było odsłonięte.

Plastikową rurkę wysunięto z płaszcza izolacyjnego i element paliwowy o długości 12 mm wstawiono tak, że koniec elementu paliwowego był na równi z końcem płaszcza izolacyjnego.

B. Zespół elementu ustnikowego.

173 631

20-mm korek filtru wstawiono w jeden koniec rurki ustnikowej, a 20-mm wałek tytoniu wstawiono w drugi koniec rurki ustnikowej tak, że korek i wałek zetknęły się końcami w rurce ustnikowej.

Zespół elementu ustaikowego i zespół elementu przedniego zestawiono tak, że wałek tytoniu stykał się z korkiem z papieru tytoniowego i całość połączono kawałkiem taśmy uzyskując papieros.

Przy paleniu papieros wydziela widoczny aerozol i aromat tytoniu (czyli odparowane składniki tytoniu) za każdym razem w ciągu 10-12 zaciągnięć. Element paliwowy wypala się na głębokość około 6 mm, to znaczy w przybliżeniu do miejsca, w którym rurka wyłożona folią owija element paliwowy, po czym papieros sam gaśnie.

Przykład VII. Wytwarzanie składników.

Wałek paliwowy z płaszczem

Wykonano wałek paliwowy z płaszczem o średnicy około 7,5 mm zawierający element paliwowy wytworzony sposobem opisanym w przykładzie II, III lub IV oraz materiał izolacyjny bezpośrednio wytłaczając wałek z paliwa węglowego na wielowarstwową wstęgę z włókna szklanego i papieru tytoniowego. Wałek paliwowy z płaszczem pocięto na segmenty o długości około 72 mm.

Materiał płaszcza

Materiał płaszczowy składał się z 2 warstw maty szklanej Owens-Coming C, każda o grubości około 1 mm przed sprasowaniem w urządzeniu do formowania płaszcza (takim jak ujawnione w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 893 637), przy czym po formowaniu grubość każdej warstwy wynosiła około 0,6 mm. Między dwoma warstwami szkła C umieszczono jeden lub dwa arkusze z przetworzonego papieru tytoniowego P-3510-96-2 z Kimberly-Clark. Bibułką papierosową o symbolu P-3122-153 z Kimberley-Clark owinięto warstwę zewnętrzną. Arkusz papieru z przetworzonego tytoniu stanowi papieropodobny arkusz zawierający ekstrakt z mieszanki tytoniowej. Szerokość arkusza z przetworzonego tytoniu przed formowaniem wynosiła około 17 mm, a szerokość zewnętrznego arkusza bibułki papierosowej około25,5 mm. Jako klej łączony metodą zgrzewania można zastosować klej do zgrzewania na zimno CS 1242 dostępny z RJR Packaging, R.J. Reynolds, Winston-Salem, N. C.

Rurka z nośnikiem

Ciągły wałek nośnika o średnicy około 7,5 mm uformowano z szerokiej, silnie tłoczonej wstęgi papieru zawierającego 25% siarczanu wapniowego, o gramaturze 36 g/m, o szerokości około 178 mm, dostępnego z Kimberley-Clark (K-C) pod oznakowaniem P3284-19, np. w zmodyfikowanym urządzeniu KDF-2 do formowania wałków. Wałek nośnika owinięto laminatem papier/folia o szerokości około 24,5 mm, przy czym folię stanowiła wylewana w sposób ciągły folia aluminiowa 0,0005, a papier stanowił Simpson Papier Co. (Simpson) RJR 002A. Jako klej do laminowania zastosowano klej krzemianowy nr 06-50-05-0051, dostępny z RJR Packaging. Środkowe pasmo kleju wiążącego na zimno CS 1242M, dostępnego z RJR Packaging naniesiono natryskowo na laminat, aby umocować nośnik w owijce. Laminat sklejono klejem topliwym 444-227, dostępnym z RJR Packaging.

Owinięty wałek pocięto na 60-mm segmenty. W czasie formowania ciągłego wałka nośnika na wstęgę natryśnięto około 900 mg materiału tworzącego aerozol zawierającego glicerynę, glikol propylenowy i środki aromatyzujące takie jak ekstrakt tytoniowy. Segment nośnika pocięto na korki nośnika o długości około 10 mm i owinięto laminatem foliowanym 002A/0005 opisanym powyżej, o szerokości około 25,5 mm. Korki rozmieszczono w odstępach na przemian 10 i 12 mm wzdłuż rurki. Korki przyklejono do rurki stosując odpowiednie nanaoszenie kleju topliwego nr 448-37A, RJR Packaging. Obrzeże sklejono klejem topliwym 444-227, RJR Packaging.

Ciągłą rurkę pocięto na sekcje rurki z nośnikiem i pustymi przestrzeniami, o długości około 42 mm, z centralną pustą przestrzenią o długości około 12 mm, dwoma 10-mm korkami nośnika i pustymi przestrzeniami o długości około 5 mm z każdego końca.

Sekcja tytoniu

Z wypełnienia w postaci krajanki przetworzonego tytoniu, wytworzonego w sposób opisany w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5 159 942, uformowano wałek o średnicy około 7,5 mm i owinięto go papierem, np. KC 646, o szerokości około 25,5 mm, np. w urządzeniu do wytwarzania papierosów Protos, stosując standardowy klej końcówkowy. Owinięty wałek tytoniowy pocięto na sekcje o długości 120 mm.

Wałek z papieru tytoniowego o średnicy około 7,5 mm uformowano ze średnio tłoczonej wstęgi papieru tytoniowego o szerokości 127 mm, oznaczonej symbolem P-144-GNA-CB, dostępnej z Kimberley-Clark, np. stosując urządzenie do formowania wałków takie jak ujawnione w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 807 809. Wałek owinięto papierem KC P1487-184-2 o szerokości około 25 mm i pocięto na segmenty o długości 80 mm.

Wałek tytoniu i segmenty papieru tytoniowego pocięto na segmenty o długościach odpowiednio 40 i 20 mm, ułożono na przemian i owinięto owijką z bibułki KC 646, o szerokości 25,5 mm nanosząc centralne pasmo z kleju topliwego 448-37A. RJR Packaging oraz kleju na szew, kleju topliwego 448-195K, RJR Packaging. Połączony zestaw wałek tytoniu/papier tytoniowy przecięto na podwójne sekcje tytoniowe o długości 60 mm, zawierające centralny 40 -mm segment tytoniu i 10-mm segmenty z papieru tytoniowego na każdym końcu segmentu wałka tytoniu.

Filtr

25,5 mm, P1487-184-2, z Kimberley-Clark, np. w urządzeniu ujawnionym w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 807 809, stosując na szew klej topliwy 448-195K. Owinięty wałek pocięto na segmenty o długości 80 mm.

Składanie papierosa

Sekcja paliwo/nośnik

Wałek paliwa z płaszczem pocięto na elementy paliwowe o długości 12 mm. Dwa elementy paliwowe umieszczono po przeciwnych stronach sekcji rurki z nośnikiem i pustymi przestrzeniami i całość zestawiono na linii. Składniki te owinięto owijką o szerokości około 26,5 mm i o długości około 54 mm, z laminatu papier/folia/papier, zawierającego papier Ecusta 15456/wylewaną w sposób ciągły folię 0,0005/papier Ecusta 29492, stosując do laminowania z folią klej Airflex Adhesive 465. Laminat przyklejono do zestawu rurki z nośnikiem i pustymi przestrzeniami za pomocą kleju wiążącego na zimno MT-8014. RJR Packaging, naniesionego na całą wewnętrzną powierzchnię laminatu. Owijką owijała rurkę z nośnikiem i wystawała około 6 mm poza wolny koniec każdego z elementów paliwowych, tak że uzyskano podwójną sekcję paliwo/nośnik.

Zestaw tytoń/paliwo

Podwójną sekcję paliwo/nośnik przecięto w środku, umieszczono po przeciwległych stronach podwójnej sekcji tytoniu i ułożono tak, że pusta część każdej z sekcji paliwo/nośnik sąsiaduje i styka się z korkiem z papieru tytoniowego na każdym końcu podwójnej sekcji tytoniu. Złożone składniki owinięto bibułką Ecusta E30336 o długości około 70 mm i szerokości około 26 mm. Owijkę przyklejono do sekcji paliwo/nośnik i sekcji tytoniu klejem MT-8009, RJR Packaging, uzyskując podwójny segment tytoń/paliwo o długości około 126 mm.

Papieros

Podwójny segment tytoń/paliwo przecięto w środku i umieszczono na przeciwległych końcach podwójnego elementu filtracyjnego i złożono tak, że koniec wałka tytoniu pojedynczego elementu tytoń/paliwo sąsiadował i stykał się z podwojnym filtrem. Złożone składniki owinięto owijką końcówkową, oznakowanie RJR 1000011, o długości około 50 mm i szerokości około 26 mm, wystającą około 5 mm poza każde z połączeń między podwójnym filtrem i każdym z elementów tytoń/paliwo. Owijkę przyklejono na całej powierzchni do składników zestawu klejem MT-8009 (RJR Packaging), 100% powleczenia, uzyskując podwójny papieros. Podwójny papieros przecięto w przybliżeniu w środku (czyli w środku podwójnego filtru) uzyskując pojedyncze papierosy.

Wynalazek został szczegółowo opisany, wraz z korzystnymi rozwiązaniami. Zrozumiałe jest jednak, że po zapoznaniu się z opisem wprowadzić można modyfikacje i/lub usprawnienia objęte zakresem i istotą wynalazku.

173 631

FIG. 2

FIG. 4 θ 7

FIG. 5

FIG 6

FIG. 7

173 631

FIG. 8

FIG. 9

105

FIG. 9A

110

106

173 631

125

FIG. 10

140

FIG. I I

173 631

FIG. IA

Departament Wydawnictw UP Rp. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Kompozytowy element paliwowy, do wyrobów do palenia, zawierający co najmniej pierwszy wydłużony składnik i co najmniej drugi wydłużony składnik sąsiadujące jeden z drugim i przylegające do siebie na całej ich długości, przy czym wymieniony pierwszy składnik obejmuje pierwszy, węglowy materiał, stanowiący palną część paliwową elementu paliwowego, zaś wymieniony drugi składnik składa się z drugiego materiału, który jest co najmniej słabo palny w porównaniu do wymienionego pierwszego składnika, przez co utrzymuje strukturę wymienionego drugiego składnika podczas użytkowania elementu paliwowego, znamienny tym, że co najmniej część wymienionego drugiego składnika (7, 110, 121, 122) wystaje promieniowo poza obwodowe obrzeże pierwszego składnika (9,106), tak że co najmniej część powierzchni obrzeża pierwszego składnika nie jest pokryta drugim materiałem.
2. Kompozytowy element według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera szereg segmentów materiału niepalnego (7; 110; 121; 122).
3. Kompozytowy element według zastrz. 1, znamienny tym, że niepalny materiał zapewniający wymianę ciepła stanowi niepalny węgiel.
4. Kompozytowy element według zastrz. 1, znamienny tym, że niepalny materiał zapewniający wymianę ciepła stanowi folia grafitowa.
5. Kompozytowy element według zastrz. 1, znamienny tym, że niepalny materiał zapewniający wymianę ciepła stanowi wstęga lub folia metalowa.
6. Kompozytowy element paliwowy według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że materiał niepalny zawiera jedno lub więcej spoiw.