BR112014011475B1

BR112014011475B1 - fonte de calor composta para um artigo de fumo, bem como artigo de fumo contendo a mesma

Info

Publication number: BR112014011475B1
Application number: BR112014011475-7A
Authority: BR
Inventors: Friedrich Raether; Holger Friedrich; Jens Baber
Original assignee: Philip Morris Products S.A.
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2021-02-09
Also published as: RU2608274C2; MX2014007998A; TR201807426T4; JP6145457B2; MX363930B; AU2012360802A1; TW201332464A; PL2797440T3; HK1198239A1; SG11201401264YA; AU2012360802B2; UA112457C2; US20180000155A1; NZ623277A; MY167802A; ZA201402245B; US20140373859A1; PT2797440T; US10440990B2; RU2014131283A

Abstract

FONTE DE CALOR COMPOSTA PARA UM ARTIGO FUMANTE. A presente invenção refere-se a uma fonte de calor composta (6) para uso em um artigo fumante que compreende: uma matriz cerâmica porosa não combustível (16); e um combustível queimável particulado (18) incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível (16). A matriz cerâmica porosa não combustível é formada de um ou mais materiais particulados que têm um tamanho médio de partícula D50 pelo menos cinco vezes menor do que o tamanho médio de partícula D50 do combustível queimável particulado. Preferivelmente, a matriz cerâmica porosa não combustível (16) compreende um ou mais óxidos de metal de transição.

Description

[001] A presente invenção refere-se a uma fonte de calor, por exemplo, uma fonte de calor adequada para uso em um artigo de fumo. A presente invenção adicionalmente refere-se a um artigo de fumo compreendendo uma fonte de calor de acordo com a invenção.

[002] Os artigos de fumo nos quais um aerossol é gerado pela transferência de calor de uma fonte de calor combustível a um material gerador de aerossol fisicamente separado são conhecidos na técnica. O material gerador de aerossol pode estar localizado dentro de, em volta ou a jusante da fonte de calor. Durante o uso, a fonte de calor combustível do artigo de fumo é acesa e os compostos voláteis são liberados do material gerador de aerossol pela transferência de calor da fonte de calor combustível. Os compostos voláteis liberados são arrastados no ar e puxados através o artigo de fumo durante a tragada. O aerossol formado é inalado pelo consumidor.

[003] É desejável para uma fonte de calor combustível adequada para uso em um artigo de fumo que tenha certos atributos para permitir ou melhorar a experiência de fumar.

[004] Por exemplo, a fonte de calor deve produzir o calor suficiente durante a combustão para permitir a liberação de um aerossol com sabor a partir de um material gerador de aerossol, mas ainda ser suficientemente pequena para ajustar-se dentro de um artigo de fumo que pode ser de um tamanho semelhante a um cigarro aceso convencional.

[005] Além disso, a fonte de calor deve ser capaz de queima com uma quantidade limitada de ar até que o combustível na fonte de calor seja expendido e também não deve produzir tão pouco quanto possível ou substancialmente nenhum monóxido de carbono, óxido de nitrogênio ou outros gases potencialmente indesejáveis durante a com- bustão.

[006] Além disso, a temperatura de ignição da fonte de calor deve ser suficientemente baixa para que a fonte de calor seja prontamente inflamável sob condições normais de acendimento para uma utilização de cigarro aceso convencional, por exemplo, um fósforo ou isqueiro para cigarro convencional.

[007] A fonte de calor também deve ter uma condutividade térmica adequada. Se demasiado calor for conduzido longe da zona de queima da fonte de calor para outras partes da fonte de calor durante a combustão, a combustão na zona de queima da fonte de calor cessará quando a temperatura cair abaixo da temperatura de extinção da fonte de calor. Desse modo, uma fonte de calor com uma condutivida- de térmica demasiado alta pode ser indesejavelmente difícil de inflamar e, depois da ignição, sujeita à autoextinção prematura. A conduti- vidade térmica da fonte de calor deve ser a um nível que, durante o uso, permita a transferência de calor eficaz ao material gerador de aerossol sem conduzir demasiado calor a quaisquer meios ou estruturas em que seja fixado, montado ou de outra maneira incorporado no artigo fumante.

[008] A fonte de calor também não deve se desintegrar antes ou durante o uso e deve ser capaz de resistir a pequena tensão mecânica que pode ocorrer em consequência, por exemplo, de um consumidor deixar cair o artigo fumante.

[009] Seria desejável fornecer uma fonte de calor composta adequada para uso em artigos fumantes de acordo com alguns ou todas as exigências acima.

[0010] Seria adicionalmente desejável fornecer uma fonte de calor composta capaz de catalisar a decomposição de um ou mais gases potencialmente indesejáveis produzidos durante a combustão dos mesmos.

[0011] Também seria desejável fornecer uma fonte de calor composta capaz de reter a matéria particulada produzida durante a combustão da mesma.

[0012] De acordo com a presente invenção são fornecidos uma fonte de calor composta, por exemplo, uma fonte de calor composta adequada para uso em um artigo fumante, a fonte de calor composta compreendendo: uma matriz cerâmica não combustível porosa; e um particulado, combustível queimável completamente incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível, em que a matriz cerâmica porosa não combustível é formada de um ou mais materiais particula- dos que têm um tamanho médio de partícula D50 pelo menos cinco vezes menor do que o tamanho médio de partícula D50 do combustível queimável particulado.

[0013] Tal como usado aqui, o termo 'fonte de calor composta' (singular ou plural) é usado para indicar uma fonte de calor compreendendo pelo menos dois componentes distintos que em combinação produzem propriedades não presentes nos pelo menos dois componentes individualmente. Tal como descrito adicionalmente abaixo, as funções das fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção são vantajosamente divididas entre a matriz cerâmica porosa não combustível e o combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível.

[0014] Tal como usado aqui, o termo 'cerâmico' é usado para indicar qualquer sólido não metálico que permanece sólido quando aquecido.

[0015] Tal como usado aqui, o termo ‘completamente incorporado’ é usado para indicar que as partículas do combustível queimável são completamente rodeadas pela matriz cerâmica porosa não combustível. Isto é, não há substancialmente nenhum contato entre partículas do combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica po- rosa não combustível.

[0016] Tal como usado aqui, o termo ‘tamanho médio de partícula D50" é usado para indicar o valor de número médio de base do volume da distribuição de tamanho de partícula e é o valor do diâmetro de partícula em 50 % na distribuição cumulativa.

[0017] Preferivelmente, a matriz cerâmica porosa não combustível é formada de um ou mais materiais particulados que têm um tamanho médio de partícula D50 pelo menos dez vezes menor do que o tamanho médio de partícula D50 do combustível queimável particulado.

[0018] A resistência me das fontes de calor compostas de acordo com a invenção é predominantemente controlada pela matriz cerâmica porosa não combustível. A dissociação da resistência das fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção do combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível é vantajosa, já que o combustível queimável sofre grandes modificações durante a criação de dificuldades de combustão para controlar o seu comportamento mecânico.

[0019] As partículas do combustível queimável em fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção não têm substancialmente nenhum contato um com outro e são incorporadas dentro de cavidades individuais dentro da matriz cerâmica porosa não combustível. Durante a combustão, as partículas do combustível queimável sofrem modificações dentro destas cavidades individuais, mas a estrutura da matriz cerâmica porosa não combustível vantajosamente permanece substancialmente inalterada.

[0020] O combustível particulado completamente incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível de acordo com a presente invenção vantajosamente evita diversos inconvenientes signifi- cantes nas propriedades de combustão associadas com a técnica anterior. As fontes de aquecimento compreendem uma matriz cerâmica porosa não combustível e um combustível queimável particulado no qual as partículas do combustível queimável estão em contato umas com as outras.

[0021] Durante a combustão, novos canais de poro com diâmetros grandes podem ser formados em tais fontes de calor da técnica anterior em consequência da combustão das partículas ligadas do combustível queimável. Como resultado as partículas quentes do combustível queimável podem desvantajosamente escapar de tais fontes de calor da técnica anterior através os canais recentemente formados.

[0022] Além disso, a integridade mecânica de tal fontes de calor da técnica anterior podem diminuir desvantajosamente a um nível crítico durante a combustão devido à formação de zonas fracas em consequência da combustão das partículas ligadas ao combustível quei- mável.

[0023] Preferivelmente, a matriz cerâmica porosa não combustível tem uma resistência à compressão maior do que ou igual a aproximadamente 10 megapascais (MPa) tal como medido em um dispositivo padrão de prova mecânica empurrando a face dianteira e traseira da amostra com a taxa de deformação constante e medindo a força, quando a amostra é destruída. Isto permite que as fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção resistam a pequena tensão mecânico e previnam a desintegração das fontes de calor compostas antes e durante o uso.

[0024] Os poros dentro da matriz cerâmica porosa não combustível das fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção controlam a cinética de combustão das fontes de calor compostas.

[0025] Preferivelmente, a matriz cerâmica porosa não combustível tem canais de poro substancialmente contínuos. O uso de uma matriz cerâmica porosa não combustível que tem canais de poro substancialmente contínuos em fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção vantajosamente permite a oxigênio fluir através os canais de poro substancialmente contínuos ao combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível. Além disso, ele vantajosamente permite a monóxido de carbono ou gás carbônico produzido durante a combustão do combustível queimável fluir para fora fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção através os canais de poro substancialmente contínuos.

[0026] Em modalidades preferidas da presente invenção, a matriz cerâmica porosa não combustível tem poros que são suficientemente pequenos para conservar o material particulado qualquer produzido durante a combustão do combustível incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível.

[0027] Preferivelmente, a matriz cerâmica porosa não combustível tem poros com diâmetros de entre aproximadamente 0,01 mícron (m) e aproximadamente 10 mícrons (m) tal como medido por porosimetria de mercúrio.

[0028] A condutividade das fontes de calor compostas de acordo com a invenção é predominantemente controlada pela matriz cerâmica porosa não combustível. O uso de um material cerâmico com a baixa condutividade térmica vantajosamente permite a fontes de calor compostas que de acordo com a presente invenção têm condutividade térmica moderada ser produzidas, mesmo quando a condutividade térmica do combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível é muito mais alta.

[0029] Preferivelmente, a matriz cerâmica porosa não combustível tem uma difusividade térmica menor do que ou igual a aproximadamente 1 x 10-6 metros quadrados por segundo (m2/s) utilização como medida do método de relâmpago de raio laser. Mais preferivelmente, a matriz cerâmica porosa não combustível tem uma difusividade térmica de entre aproximadamente 0,410-6 m2/s e aproximadamente 110-6 m2/s como mediram a utilização do método de relâmpago de raio laser. O uso de uma matriz cerâmica porosa não combustível que tem uma difusividade térmica menor do que ou igual a aproximadamente 1 x 106 m2/s em fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção vantajosamente permite ao combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível ser aceso usando um fósforo, mais fácil ou outros meios de ignição adequados dentro de aproximadamente 10 segundos.

[0030] Em modalidades preferidas da presente invenção, a matriz cerâmica porosa não combustível não sofre modificações volumétricas significantes durante a combustão do combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível.

[0031] Preferivelmente, o coeficiente da expansão térmica da matriz cerâmica porosa não combustível é maior do que o coeficiente da expansão térmica do combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível.

[0032] Preferivelmente, a matriz cerâmica porosa não combustível sofre uma modificação volumétrica menor do que ou igual a aproximadamente 5 por cento tal como medido pela dilatometria durante a combustão do combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível. Mais preferivelmente, a matriz cerâmica porosa não combustível sofre uma modificação volumétrica menor do que ou igual a aproximadamente 1 por cento como medido pela dilatometria de não contato durante a combustão do combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível.

[0033] Os materiais adequados para uso na matriz cerâmica porosa não combustível das fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção são conhecidos na técnica e estão comercialmente disponíveis de vários fornecedores.

[0034] Preferivelmente, a matriz cerâmica porosa não combustível compreende um ou mais o óxido.

[0035] Preferivelmente, a matriz cerâmica porosa não combustível compreende pelo menos um óxido de metal de transição, mais preferivelmente pelo menos um óxido de metal de transição com uma alta atividade catalítica da conversão do monóxido de carbono ao gás carbônico. O óxido de metal de transição adequado é conhecido na técnica e inclui, mas não está limitado a, óxido de ferro, óxido de manganês e misturas dos mesmos.

[0036] Alternativamente ou além disso, a matriz cerâmica porosa não combustível pode compreender um ou mais óxidos de baixa con- dutividade térmica. O óxido adequado de baixa condutividade térmica inclui, mas não está limitado a, zircônia, quartzo, sílica amorfa e misturas dos mesmos.

[0037] As matrizes cerâmicas porosas não combustível ter baixo difusividade térmica para uso em fontes de calor compostas de acordo com a invenção pode ser formado de um ou mais materiais particula- dos, tal como, por exemplo, zircônia (ZrO2) e óxido de ferro (Fe2O3).

[0038] A resistência da matriz cerâmica porosa não combustível pode ser fornecida por um ligante, um tratamento de consolidação, ou uma combinação dos mesmos. Os métodos do tratamento de consolidação são conhecidos na técnica. O tratamento de consolidação pode envolver um processo térmico onde os contatos entre partículas da matriz cerâmica não combustível são formados, por exemplo, pela difusão superficial. O tratamento térmico pode envolver o aquecimento gradual ou em etapas a uma temperatura máxima desejada, por exemplo, de até aproximadamente 750°C e resfriando s ubsequente. Aquecer-se, esfriando ou vantajosamente tanto aquecendo-se como esfriando é vantajosamente executado sob uma atmosfera de gás inerte, tal como atmosfera de nitrogênio ou um argônio. Alternativamente, o tratamento de consolidação pode ser um processo assim descrito na DE-A- 10 2004 055 900.

[0039] O tratamento de consolidação vantajosamente conserva poros suficientes dentro da matriz cerâmica porosa não combustível do fluxo de gás a e do combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível.

[0040] O tratamento de consolidação também deve conservar a resistência térmica suficiente entre partículas adjacentes da matriz cerâmica porosa não combustível para permitir ao combustível queimá- vel incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível ser aceso usando um fósforo, mais fácil ou outros meios de ignição adequados dentro de aproximadamente 10 segundos.

[0041] Preferivelmente, as fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção compreendem pelo menos um catalisador da decomposição de um gás produzido durante a combustão do combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível.

[0042] A matriz cerâmica porosa não combustível pode compreender um catalisador da decomposição de um gás produzido pela combustão do combustível queimável. Por exemplo, como anteriormente descrito acima, a matriz cerâmica porosa não combustível pode compreender um ou mais óxidos de metal de transição com uma alta atividade catalítica da conversão do monóxido de carbono ao gás carbônico tal como, por exemplo, óxido de ferro ou óxido de manganês.

[0043] Em tais modalidades da presente invenção, durante o uso, as moléculas como de gás produzidas durante a combustão do combustível queimável fluem para fora a fonte de calor composta através os poros na matriz cerâmica porosa não combustível, eles têm múltiplos contatos com as paredes dos canais do poro. O uso em fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção de uma matriz cerâmica porosa não combustível que tem atividade catalítica pode ajudar desse modo vantajosamente a assegurar a remoção eficiente de gases potencialmente indesejáveis quaisquer produzidos durante a combustão do combustível queimável.

[0044] Alternativamente ou além disso, as fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção podem compreender pelo menos um catalisador incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível da decomposição de um gás produzido durante a combustão do combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível.

[0045] Alternativamente ou além disso, pelo menos uma parte da superfície da matriz cerâmica porosa não combustível pode ser revestida de uma camada de um catalisador da decomposição de um gás produzido durante a combustão do combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível.

[0046] A condutividade térmica, estrutura e dimensões das fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção e o contato térmico entre fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção e meios quaisquer ou estrutura pelo qual as fontes de calor compostas são fixadas, montadas ou de outra maneira incorporadas em um artigo fumante deve ser ajustado para que durante o uso a temperatura superficial das fontes de calor compostas permaneça dentro da faixa de temperatura da operação ótima de catalisadores quaisquer incorporados nisso.

[0047] Durante o uso, as fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção preferivelmente atingem a temperatura operacional dentro de um período de aproximadamente 30 segundos ou menor depois da ignição do combustível queimável incorporado na matriz cerâmica porosa não combustível.

[0048] Para reduzir o tempo para atingir a temperatura operacio- nal, as fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção podem compreender adicionalmente um ou mais oxidantes incorporados dentro da matriz cerâmica porosa não combustível que fornecem o oxigênio adicional durante a ignição do combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível. Adequado oxidante incluem, mas não são limitados a, nitratos, clorato, perclora- tos, permanganato e misturas dos mesmos.

[0049] Um ou mais oxidantes podem ser distribuídos substancialmente exatamente em todas as partes da matriz cerâmica porosa não combustível.

[0050] Alternativamente, uma mistura de um ou mais oxidantes e combustível queimável pode estar localizada em um canal ou outra parte da fonte de calor composta que atua como um 'fusível' durante a ignição da fonte de calor composta. Por exemplo, onde a matriz cerâmica porosa não combustível compreende pelo menos uma passagem de corrente de ar, uma mistura de um ou mais oxidantes e combustível queimável pode estar localizada na pelo menos uma passagem de corrente de ar.

[0051] As fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção para uso em artigos fumantes são preferivelmente capazes de gerar o calor durante aproximadamente 10 minutos durante a combustão do combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível.

[0052] A matriz cerâmica porosa não combustível pode compreender uma ou mais passagens de corrente de ar para uma ou ambas a troca de gás e a troca de calor.

[0053] Preferivelmente, as fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção têm uma temperatura de combustão máxima de entre aproximadamente 400°C e aproximadamente 80 0°C.

[0054] Durante o uso, a cinética de combustão das fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção é controlada pelo fluxo de oxigênio ao combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível. Em modalidades preferidas da presente invenção, o mecanismo de controle de tempo é a taxa da difusão de moléculas de oxigênio através os canais de poro na matriz cerâmica porosa não combustível.

[0055] A taxa da difusão de moléculas de oxigênio através os canais de poro na matriz cerâmica porosa não combustível aumenta ligeiramente com o aumento de temperatura. Desse modo, para obter uma temperatura de combustão estável entre aproximadamente 400°C e aproximadamente 800°C, as fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção podem incluir um mecanismo adicional para limitar a taxa da combustão do combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível em altas temperaturas.

[0056] Em certas modalidades da presente invenção, a taxa de mecanismo limitante adicional pode ser um fluxo contrário de moléculas de gás que é produzido em altas temperaturas. Por exemplo, em modalidades da presente invenção na qual o combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível compreende o carbono, a produção do monóxido de carbono devido à combustão dos aumentos de carbono na alta temperatura. Cada molécula de oxigênio que flui através os canais de poro ao combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível resultam na produção de duas moléculas do monóxido de carbo-no, que depois têm de fluir para fora a fonte de calor composta através os canais do poro. A difusão de moléculas de oxigênio adicionais na matriz cerâmica porosa não combustível é retardada pelo fluxo contrário de moléculas de monóxido de carbono fora da matriz cerâmica porosa não combustível.

[0057] Alternativamente ou além disso, um fluxo contrário de moléculas de gás pode ser produzido em altas temperaturas pela liberação de gás de um componente adicional incluído na matriz cerâmica porosa não combustível. Por exemplo, um carbonato ou um hidrato que termicamente se decompõe em uma apropriadamente alta temperatura podem estar incluídos na matriz cerâmica porosa não combustível.

[0058] Em outras modalidades da presente invenção, a taxa de mecanismo limitante adicional pode ser alternativamente uma modificação termicamente ativada na porosidade da matriz cerâmica porosa não combustível da fonte de calor composta. Por exemplo, a aglomeração de uma matriz cerâmica amorfa porosa não combustível pode reduzir o tamanho dos poros da matriz cerâmica amorfa porosa não combustível durante a combustão.

[0059] Em ainda modalidades adicionais da presente invenção, a redistribuição de derreter formada durante a combustão do combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível da fonte de calor composta pode ser usada para controlar a cinética de combustão dos mesmos. Por exemplo, a fonte de calor composta pode compreender um combustível queimável que tem um ponto de fundição baixo (tal como, por exemplo, alumínio ou magnésio), que durante o uso é embebido nos canais de poro da matriz cerâmica porosa não combustível por forças capilares, desse modo modificando a reatividade da matriz cerâmica porosa não combustível e a seção transversal dos canais do poro.

[0060] Preferivelmente, o combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa tem uma entalpia de oxidação maior do que ou igual a 40 x 109 joules por metro cúbico (J/m3) como medido pela calorimetria de varredura dinâmica (DSC).

[0061] Os combustíveis queimáveis adequados para uso em fon- tes de calor compostas de acordo com a presente invenção incluem, mas não são limitados a, carbono (tal como, por exemplo, carvão vegetal (incluindo pó de carvão vegetal de madeira dura) ou negro de fumo), metais de peso baixo atômicos (tal como, por exemplo, alumínio ou magnésio), carbetos (tal como, por exemplo, carbeto de alumínio (Al4C3) e carbeto de cálcio (CaC2)), nitritos e misturas dos mesmos. Os combustíveis queimáveis adequados para uso em fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção estão comercialmente disponíveis.

[0062] Preferivelmente, a fração de volume do combustível quei- mável incorporado na matriz cerâmica porosa não combustível é maior do que ou igual a aproximadamente 20 % da fonte de calor composta.

[0063] Preferivelmente, a fração de volume do combustível quei- mável incorporado na matriz cerâmica porosa não combustível é menor do que ou igual a aproximadamente 50 % da fonte de calor composta.

[0064] Os combustíveis queimáveis preferidos para uso em fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção essencialmente consistem de um ou mais compostos de carbono.

[0065] A inflamabilidade das fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção é controlada pelo tamanho de partícula e a atividade superficial do combustível queimável. Tipicamente, os combustíveis queimáveis particulados que têm pequenos tamanhos de partícula são mais fáceis inflamar-se. Entretanto, é mais difícil incorporar uma fração de grande volume de combustíveis queimáveis particu- lados que têm pequenos tamanhos de partícula dentro da matriz cerâmica porosa não combustível. Para dirigir este desafio, as fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção podem compreender misturas de combustíveis queimáveis particulados que têm as partículas de tamanhos diferentes.

[0066] Onde as fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção compreendem dois ou mais combustíveis queimáveis particulados que têm tamanhos médios D50 de partícula diferentes, a matriz cerâmica porosa não combustível é formada de um ou mais materiais particulados que têm um tamanho médio de partícula D50 pelo menos cinco vezes menor do que o tamanho médio de partícula D50 do presente de combustível queimável particulado na maior quantidade em peso.

[0067] Preferivelmente, as fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção compreendem combustíveis queimáveis um ou mais particulados que têm um tamanho de partícula de entre aproximadamente 1 micron (μm) e aproximadamente 200 microns (μm).

[0068] O combustível queimável pode compreender um ou mais aditivos para reduzir a temperatura de ignição do combustivel queimá- vel.

[0069] Alternativamente ou além disso, o combustivel queimável pode compreender um ou mais aditivos para reduzir a emissão de gases potencialmente indesejáveis do combustivel queimável durante a combustão dos mesmos.

[0070] Durante o uso, o combustivel queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustivel das fontes de calor compostas de acordo com a invenção entrega o calor necessário da combustão.

[0071] Além do combustivel queimável, a parte da matriz cerâmica porosa não combustivel também pode contribuir para aquecer a geração. Por exemplo, a matriz cerâmica porosa não combustivel das fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção pode compreender um ou mais óxidos em um estado reduzido (tal como, por exemplo, Fe3O4), que apoiam a ignição das fontes de calor compostas oxidação através exotérmica.

[0072] As fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção podem ter forma desejada qualquer. Vantajosamente, a forma das fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção é projetada para fornecer uma tomada em conta de área de superfície disponível desejada, por exemplo, considerações de fabricação e exigências de desempenho.

[0073] Preferivelmente, as fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção são substancialmente cilíndricas.

[0074] Preferivelmente, as fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção são de substancialmente a seção reta transversal circular.

[0075] As fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção podem ser produzidas usando métodos de formação cerâmicos conhecidos adequados tal como, por exemplo, moldagem de erro, extrusão, moldagem de injeção e compactação de molde. A coextrusão e outras técnicas conhecidas adequadas também podem ser empregadas onde, por exemplo, os gradientes de concentração na fonte de calor composta são desejados. As fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção podem ser preparadas de com-postos maiores compactos por procedimentos de perfuração e corte.

[0076] O combustível queimável particulado pode ser incorporado na matriz cerâmica porosa não combustível misturando combustíveis queimáveis um ou mais particulados com uma quantidade adequada da matéria prima um ou mais particulada para formar a matriz cerâmica porosa não combustível que tem um tamanho de partícula relativo adequado.

[0077] Para evitar ou reduzir a formação de aglomerados, as partículas dos combustíveis queimáveis um ou mais particulados não são preferivelmente atraídas uma à outra.

[0078] Alternativamente ou além disso, para evitar ou reduzir a formação de aglomerados, as partículas da matéria prima um ou mais particulada para formar a matriz cerâmica porosa não combustível não são preferivelmente atraídas uma à outra.

[0079] Preferivelmente, as partículas dos um ou mais combustíveis queimáveis particulados são atraídas às partículas da matéria prima um ou mais particulada para formar a matriz cerâmica porosa não combustível.

[0080] Os ligantes orgânicos podem ser usados durante o processo de formação. Outros aditivos também podem estar incluídos em, por exemplo, facilitar processar (auxiliares de processamento), tal como, por exemplo, lubrificantes, promover a consolidação (auxiliares de sinterização), combustão ou remoção de gases de combustão potencialmente indesejáveis. Tais aditivos e a sua utilidade são conhecidos na técnica.

[0081] Onde a consolidação das fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção é executada por um tratamento térmico, a atmosfera de forno deve ser adaptada às exigências da fonte de calor composta. Tipicamente, as atmosferas inertes ou redutoras devem ser usadas para prevenir a combustão prematura do combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa.

[0082] Durante o tratamento térmico, as mudanças de fase podem ser usadas para melhorar a atividade de alguns componentes das fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção ou melhorar outras propriedades dos mesmos.

[0083] Por exemplo, fontes de calor compostas de acordo com a invenção pode incluir Fe2O3, que é reduzido para formar Fe3O4, que tem uma temperatura de combustão muito baixa, ou FeO, que tem uma baixa condutividade térmica. Tais mudanças de fase podem ser controladas controlando a atmosfera de forno (pressão parcial de oxigênio) e o ciclo de tempo-temperatura no forno.

[0084] Os aditivos que não toleram qualquer das etapas dos processos anteriores podem ser introduzidos em fontes de calor compostas de acordo com a invenção por uma etapa de infiltração adicional. Por exemplo, oxidante que se decomporia durante um tratamento térmico pode ser acrescentado a fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção por infiltração de soluções de sal e secagem subsequente das fontes de calor compostas.

[0085] Onde as fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção compreendem o carbono como um combustível quei- mável, a concentração de carbono perto da superfície das fontes de calor compostas pode ser vantajosamente reduzida por um tratamento final para reduzir emissões de monóxido de carbono durante a combustão. Por exemplo, a superfície exterior das fontes de calor compostas pode ser rapidamente aquecida por uma chama ou outro método adequado para queimar o carbono localmente sem acender as fontes de calor compostas.

[0086] De acordo com a presente invenção lá também é fornecido um artigo fumante compreendendo: uma fonte de calor composta de acordo com a invenção; e um substrato para geração de aerossol.

[0087] Tal como usado aqui, o termo 'substrato para geração de aerossol' indica um substrato capaz de liberar compostos voláteis para aquecer-se para gerar um aerossol.

[0088] A fonte de calor composta e o substrato para geração de aerossol de artigos fumantes de acordo com a presente invenção podem estar contíguos uma à outra. Alternativamente, a fonte de calor composta e o substrato para geração de aerossol de artigos fumantes de acordo com a presente invenção podem ser separados por meios adequados (tal como, isolamento por exemplo, térmico ou uma fenda aérea) para prevenir a ignição do substrato para geração de aerossol durante a combustão do combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível da fonte de calor composta.

[0089] Em certas modalidades da presente invenção, a fonte de calor composta é axialmente alinhada com o substrato para geração de aerossol, que é localizado jusante da fonte de calor composta. Por exemplo, fontes de calor compostas de acordo com a invenção podem ser usadas em artigos fumantes aquecidos do tipo divulgado no WO- A-2009/022232, que compreendem uma fonte de calor combustível, um substrato para geração de aerossol jusante da fonte de calor combustível, e um elemento que conduz o calor em volta e no contato com uma parte traseira da fonte de calor combustível e uma parte dianteira adjacente do substrato para geração de aerossol. Entretanto, será apreciado que as fontes de calor compostas de acordo com a invenção também podem ser usadas em artigos fumantes que têm outras construções.

[0090] Tal como usado aqui, os termos 'a montante' e 'a jusante' são usados para descrever as posições relativas de componentes, ou porções de componentes, de artigos fumantes de acordo com a presente invenção em relação à direção de ar puxado através os artigos fumantes durante o uso dos mesmos.

[0091] Em modalidades alternativas da presente invenção, a fonte de calor composta é rodeada do substrato para geração de aerossol.

[0092] Em modalidades alternativas da presente invenção, o substrato para geração de aerossol é rodeado da fonte de calor composta. Por exemplo, os artigos fumantes de acordo com a presente invenção podem compreender uma cova fonte de calor composta substancialmente cilíndrica que circunscreve o substrato para geração de aerossol.

[0093] Os artigos fumantes de acordo com a presente invenção podem compreender adicionalmente uma câmara de expansão jusante da fonte de calor composta e substrato de geração de aerossol.

[0094] Os artigos fumantes de acordo com a invenção podem compreender adicionalmente um bocal jusante da fonte de calor composta, substrato para geração de aerossol e, onde presente, câmara de expansão.

[0095] O substrato para geração de aerossol de artigos fumantes de acordo com a presente invenção pode incluir o material qualquer capaz de liberar compostos voláteis quando contatado por gases quentes que fluem através a fonte de calor composta. Preferivelmente, o substrato para geração de aerossol compreende o fumo.

[0096] A invenção será adicionalmente descrita, como forma de exemplo só, com referência aos desenhos acompanhantes em que:

[0097] A figura 1 mostra uma vista de seção transversal longitudinal esquemática de um artigo fumante de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção;

[0098] A figura 2 mostra uma vista de seção transversal longitudinal esquemática de um artigo fumante de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção; e

[0099] A figura 3 mostra uma vista de seção transversal longitudinal esquemática de uma fonte de calor composta de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção;

[00100] A figura 4 mostra uma vista de seção transversal longitudinal esquemática de uma fonte de calor composta de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção;

[00101] A figura 5a mostra uma fonte de calor composta de acordo com a presente invenção preparada conforme o Exemplo 1;

[00102] A figura 5a mostra uma fonte de calor composta de acordo com a presente invenção preparada conforme o Exemplo 2.

[00103] Os artigos fumantes de acordo com as primeiras e segundas modalidades da presente invenção mostrada em figuras 1 e 2, respectivamente, têm vários componentes em comum; estes compo- nentes foram dados os mesmos numerais de referência em todas as partes.

[00104] Cada artigo fumante geralmente compreende uma haste cilíndrica alongada 2, que é anexada em uma extremidade a um filtro cilíndrico axialmente alinhado 4. A haste cilíndrica alongada 2 inclui uma fonte de calor composta cilíndrica 6 e um substrato para geração de aerossol 8, que são sobre-enrolados em um invólucro exterior de papel de cigarro (não mostrado). A fonte de calor composta 6 é feita tal como descrito em Fontes de calor compostas: Exemplo 1 ou Fontes de calor compostas: Exemplo 2, abaixo.

[00105] No artigo fumante de acordo com a primeira modalidade da presente invenção mostrada na figura 1, a fonte de calor composta 6 e o substrato para geração de aerossol 8 é axialmente alinhada. Como mostrado na figura 1, a fonte de calor composta 6 é localizada no fim da haste 2 distante do filtro 4 e o substrato para geração de aerossol 8 é localizado jusante da fonte de calor composta 6 no fim da haste 2 adjacente o filtro 4.

[00106] No artigo fumante de acordo com a segunda modalidade da presente invenção mostrada na figura 2, a fonte de calor composta 6 é localizada dentro de e rodeada do substrato para geração de aerossol 8.

[00107] Em uma terceira modalidade da presente invenção, que não é mostrada nos desenhos, a fonte de calor composta 6 é um tubo cilíndrico oco e o substrato para geração de aerossol 8 é localizado dentro de e rodeado da fonte de calor composta 6.

[00108] Nas três modalidades, isolamento térmico ou uma fenda aérea 10 é fornecido entre a fonte de calor composta 6 e o substrato para geração de aerossol 8 para prevenir a ignição do substrato para geração de aerossol 8 durante a combustão do combustível queimável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível da fon- te de calor composta 6.

[00109] Durante o uso, o consumidor inflama o combustível quei- mável incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível da fonte de calor composta 6 e depois puxa o ar a jusante através da haste 2 do artigo fumante através o filtro 4 dos mesmos. Como ele passa pela haste 2, o ar puxado é aquecido pela fonte de calor composta 6 e os fluxos de ar aquecidos através o substrato para geração de aerossol 8, liberando vapores com sabor de, por exemplo, o fumo rasgado cortou o enchedor no substrato para geração de aerossol 8. Como os vapores com sabor liberados do substrato para geração de aerossol 8 passam a jusante através da haste 2 eles condensam para formar um aerossol que passa pelo filtro 4 para a boca do consumidor.

[00110] As fontes de calor compostas as de acordo com primeiras e segundas modalidades da presente invenção, para uso nos artigos fumantes mostrados em figuras 1 e 2, são mostradas em figuras 3 e 4, respectivamente. As fontes de calor compostas mostradas em figuras 3 e 4 têm vários componentes em comum; estes componentes foram dados os mesmos numerais de referência em todas as partes.

[00111] Cada fonte de calor composta é um cilindro de substancialmente uma seção reta transversal circular e geralmente compreende uma matriz cerâmica porosa não combustível 16 e uma multiplicidade de partículas do combustível queimável 18 incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível 16.

[00112] A fonte de calor composta de acordo com a primeira modalidade da invenção mostrada na figura 3 adicionalmente compreende uma camada de isolamento exterior 20, que circunscreve a matriz cerâmica porosa não combustível 16 e pode ser formado dos mesmos material ou diferente como a matriz cerâmica porosa não combustível 16.

[00113] A fonte de calor composta de acordo com a segunda moda- lidade da invenção mostrada na Figura 4 compreende uma passagem de corrente de ar cilíndrica central 22 que estende axialmente através a matriz cerâmica porosa não combustível 16. Como mostrado na Figura 4, uma camada de 24 materiais catalíticos (tal como, por exemplo, óxido de ferro ou óxido de manganês) é disposta entre a superfície interior da matriz cerâmica porosa não combustível 16 e a passagem de corrente de ar 22.

[00114] Será apreciado que em modalidades alternativas da presente invenção, não mostrada nos desenhos, a camada de isolamento exterior 20 e a camada de 24 materiais catalíticos mostrados em figuras 3 e 4, respectivamente, podem ser omissas.

[00115] Também se apreciará que em modalidades adicionais da presente invenção, não mostrada nos desenhos, as fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção podem compreender tanto uma camada de isolamento exterior como uma camada do material catalítico.

FONTES DE CALOR COMPOSTAS: EXEMPLO 1

[00116] As fontes de calor compostas de acordo com a presente invenção são preparadas misturando 236 g de óxido de ferro (Fe2O3) que tem um tamanho médio de partícula D50 de 0,140 μm comercialmente disponíveis de Alfa Aesar do Massachusetts, USA, 52 g de NORIT Um carbono ativado em pó E153 Especial que tem um tamanho médio de partícula D50 de 4 μm comercialmente disponíveis de Norit Nederland BV de Amersfoort, Países Baixos, 104 g de pó de carvão vegetal de madeira dura que tem um tamanho médio de partícula D50 de 45 μm comercialmente disponíveis de Holzkohlewerk Luneburg Hamburgo, Alemanha e 190 g da zircônia (ZrO2) que tem um tamanho médio de partícula D50 de 0,6 μm comercialmente disponíveis de Wilhelm Priem GmbH & Co. KG Alemanha Bielefeld em um misturador planetário. A mistura é executada com a adição de 125 g de farinha, 64 g de açúcar, 14 g de óleo de milho e 24 g de citrato de potássio. A água é lentamente acrescentada à mistura para obter uma pasta ex- trudável.

[00117] A pasta é depois extrudada através um molde que usa uma extrusora de parafuso de laboratório para formar hastes cilíndricas de seção transversal circular que tem um comprimento de aproximadamente 30 cm e um diâmetro de aproximadamente 7,8 mm. Três passagens de corrente de ar longitudinais que têm um diâmetro de aproximadamente 1,66 mm são formadas nas hastes cilíndricas por mandris de seção transversal circular montada no orifício do molde.

[00118] Depois da extrusão, as hastes cilíndricas são secas em placas com ranhuras. Depois da secagem, as hastes cilíndricas são feitas em pedaços tendo um comprimento de aproximadamente 10 cm. As partes são aquecidas em um forno em uma atmosfera de argônio da temperatura ambiente até 100°C durante o período de 1,3 horas e depois de 100°C a 700°C durante o período de 2 hora s. Depois de um período viver de 0.3 horas em 700°C, o forno foi re sfriado à temperatura ambiente.

[00119] As fontes de calor compostas individuais formadas podem ser acesas usando uma chama amarela mais fácil e são encontrados para queimar durante um período de 12 minutos com uma temperatura de combustão máxima de 780°C.

[00120] Depois da combustão, as fontes de calor compostas são mecanicamente robustas e, por exemplo, não podem ser fraturadas com dedos. A limpeza de pó é baixa. Depois da combustão, as fontes de calor compostas podem ser tratadas sem prudência principal.

FONTES DE CALOR COMPOSTAS: EXEMPLO 2

[00121] As fontes de calor compostas segundo a presente invenção são preparadas misturando 236 g de óxido de ferro (Fe2O3) que tem um tamanho médio de partícula D50 de 0,140 μm comercialmente dis- poníveis de Alfa Aesar Massachusetts, USA, 52 g de NORIT A carbono ativado em pó E153 Especial que tem um tamanho médio de partícula D50 de 4 μm comercialmente disponíveis de Norit Nederland BV Amersfoort, Países Baixos, 104 g de pó de carvão vegetal de madeira dura que tem um tamanho médio de partícula D50 de 45 μm comercialmente disponíveis de Holzkohlewerk Luneburg Hamburgo, Alemanha e 190 g de zircônia (ZrO2) que tem um tamanho médio de partícula D50 de 0,6 μm comercialmente disponíveis de Wilhelm Priem GmbH & Co. KG dAlemanha Bielefeld em um misturador planetário. A mistura é executada com a adição de 125 g de farinha, 64 g de açúcar, 14 g de óleo de milho e 24 g de citrato de potássio. A água é lentamente acrescentada à mistura para obter uma pasta extrudável.

[00122] A pasta é depois extrudada através um molde que usa uma extrusora de parafuso de laboratório para formar hastes cilíndricas de seção transversal circular que tem um comprimento de aproximadamente 30 cm e um diâmetro de aproximadamente 7,8 mm. Três passagens de corrente de ar longitudinais que têm um diâmetro de aproximadamente 1,66 mm são formadas nas hastes cilíndricas por mandris de seção transversal circular montada no orifício do molde.

[00123] Depois da extrusão, as hastes cilíndricas são secas em placas com ranhuras. Depois da secagem, as hastes cilíndricas são feitos em pedaços tendo um comprimento de aproximadamente 10 cm. As partes são aquecidas em um forno em uma atmosfera de nitrogênio da temperatura ambiente até 100°C durante o período de 1,3 hora e depois de 100°C a 680°C durante o período de 1,9 ho ra. Depois de um período viver de 0,2 hora em 680°C, o forno é resfriado à temperatura ambiente.

[00124] As fontes de calor compostas individuais formaram-se podem ser acesos usando uma chama azul mais fácil e são encontrados para queimar-se durante um período de 12 minutos com uma tempera- tura de combustão máxima de 800°C.

[00125] As fontes de calor compostas são mecanicamente robustas antes e depois da combustão e, por exemplo, não podem ser fraturadas com dedos. A limpeza de pó é mínima.

Claims

1. Fonte de calor composta (6) para um artigo de fumo, caracterizada pelo fato de que compreende: uma matriz cerâmica porosa não combustível (16); e um combustível queimável particulado (18) incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível (16), em que a matriz cerâmica porosa não combustível é formada de um ou mais materiais particulados que têm um tamanho médio de partícula D50 pelo menos cinco vezes menor do que o tamanho médio de partícula D50 do combustível queimável particulado e em que a fração de volume do combustível queimável (18) incorporado na matriz cerâmica porosa não combustível (16) é menor do que ou igual a 50% da fonte de calor composta (6).

2. Fonte de calor composta (6) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a matriz cerâmica porosa não combustível (16) compreende um ou mais óxidos.

3. Fonte de calor composta (6) de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a matriz cerâmica porosa não combustível (16) compreende um ou mais óxidos de metal de transição.

4. Fonte de calor composta (6) de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que a matriz cerâmica porosa não combustível (16) compreende um ou mais óxidos selecionados do grupo consistindo em: óxido de ferro; óxido de manganês; zircônia; quartzo; e sílica amorfa.

5. Fonte de calor composta (6) de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que a matriz cerâmica porosa não combustível (16) tem poros com diâmetros de entre 0,01 μm e 10 μm.

6. Fonte de calor composta de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a matriz cerâmica porosa não combustível (16) tem uma difusividade térmica menor do que ou igual a 1 x 10-6 m2/s.

7. Fonte de calor composta (6) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o combustível queimável (18) tem uma entalpia de oxidação maior do que ou igual a 40 x 109 J/m3.

8. Fonte de calor composta (6) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o combustível queimável (18) compreende carbono, alumínio, magnésio, um ou mais carbetos metálicos, um ou mais nitritos metálicos ou uma combinação dos mesmos.

9. Fonte de calor composta (6) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que adicionalmente compreende pelo menos um catalisador para decomposição de um gás produzido pela combustão do combustível.

10. Fonte de calor composta (6) de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um catalisador é incorporado dentro da matriz cerâmica porosa não combustível (16).

11. Fonte de calor composta (6) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que adicionalmente compreende um ou mais oxidantes.

12. Fonte de calor composta (6) de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que os um ou mais oxidantes são selecionados do grupo consistindo em: nitratos; cloratos; percloratos; e permanganatos.

13. Fonte de calor composta (6) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que adicionalmente compreende pelo menos uma passagem de corrente de ar (22).

14. Artigo de fumo, caracterizado pelo fato de que compreende: uma fonte de calor composta (6) como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 13; e um substrato para geração de aerossol (8).