Filterpatrone für Tabakrauch Es sind zahlreiche Verfahren bekannt, um dem Tabakrauch seine schädlichen Bestandteile, insbeson dere Teer und das darin enthaltene Nikotin, zu entziehen. Eine Gruppe von Verfahren beruht auf der Behandlung des Tabakrauchs mit Filter- oder Adsorptionsmitteln. Die Filtermittel sind gewöhnlich als Zigarettenmundstück ausgebildet und bestehen z. B. aus Lagen von Krepp-Papier, Schwebstoff- Papier oder Watte. Die Adsorptionsmittel, z. B.
Kieselgel, Aluminiumoxydgel, aktivierte Kohle, poröse Silikate, werden in körniger Form in auswechsel baren Patronen verwendet, die in passende Zigaret tenspitzen eingesetzt werden, so dass der Tabakrauch die Filterpatrone durchströmen muss. Die Grösse der Patrone und damit die Menge des verwendbaren Adsorptionsmittels sind naturgemäss durch die gefor derte handliche Form und Grösse der Spitze begrenzt. Eine Vergrösserung der Patrone bzw. eine Erhöhung der Adsorptionsmittelmenge und damit der aus dem Rauch adsorbierten Bestandteile ist also praktisch nicht möglich.
Aber selbst wenn eine wesentlich grössere Adsorptionsmittelmenge praktisch anwend bar wäre, würde doch immer nur ein Teil der schäd lichen Bestandteile durch Adsorptionsmittel aus dem Rauch entfernt werden können, und zwar aus folgen dem Grunde: Rauch ist eine kolloide Dispersion von Flüssigkeit (Wasser, Teer, in denen Nikotin gelöst ist) in Luft, ein sogenanntes Aerosol, das meist, wie aus der Technik bekannt ist, allein durch Adsorp- tionsmittel nicht zu zerstören ist, insbesondere wenn, wie beim Tabakrauch, die dispergierten Teilchen sehr klein sind (bei Tabakrauch etwa 0,15 bis 0,01,u nach Ullmann 1 [1951], 368).
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, die Filterwirkung der an sich bekannten Filter patrone, die ein Adsorptionsmittel für Tabakrauch bestandteile enthält, mit mindestens einem Rauch- eintrittskanal und mindestens einem Rauchaustritts kanal, zu erhöhen.
Dies wird erfindungsgemäss da durch erreicht, dass bei einem Gesamtrauchdurch- trittsvolumen durch die Patrone von 40 cmg pro zwei Sekunden die Eintrittskanalströmungsgeschwin- digkeit grösser ist als 10 m/Sek., wobei das Verhältnis der Kanallänge zum Wert
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mindestens 2 beträgt, worin F den Kanalquerschnitt in mm- bedeutet. An späterer Stelle der Beschreibung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erörtert.
Eine Patrone soll nicht nur Behältnis zur Aufnahme des Adsorptionsmittels sein, sondern bei der Ent fernung der schädlichen Bestandteile aus .dem Tabak rauch selbst wesentlich mitwirken. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass: 1. zwischen Rauchgeschwindigkeit und Teergehalt des Rauches eine Beziehung besteht, indem bei abnehmender Rauchgeschwindigkeit oder verlän gerter Rauchdauer der Teergehalt im Rauch ab nimmt; 2. sich die Kolloidteilchen der Aerosole durch Ge schwindigkeitserhöhung vergröbern und dann durch Stoss- und Prallwirkung innerhalb der Pa trone abscheiden lassen.
Durch die Verringerung der Rauchgeschwindig keit kann der Verbrennungsprozess in der Glutzone der Zigarette oder Zigarre so verlängert werden, dass die primär entstehenden teerartigen Schwelpro- dukte weitgehend zu harmlosen Verbindungen, zur Hauptsache Kohlendioxyd und Wasser, verbrennen.
Aus nachstehender Zahlentafel 1 ist der Zusam menhang zwischen -Rauchdauer und Teergehalt im Rauch zu ersehen: Die Teergewichte beziehen sich auf jeweils acht Zigaretten:
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<I>Zahlentafel <SEP> 1</I>
<tb> Rauchdauer <SEP> Teergewicht
<tb> für <SEP> 1 <SEP> Zigarette <SEP> im <SEP> für <SEP> Teerentzug
<tb> Durchschnitt <SEP> 8 <SEP> Zigaretten
<tb> s <SEP> 6,6 <SEP> Minuten <SEP> 482 <SEP> mg <SEP> 0%
<tb> 7,5 <SEP> <SEP> 450 <SEP> mg <SEP> 70/0
<tb> 8,7 <SEP> <SEP> 356 <SEP> mg <SEP> 260/0
<tb> 9,3 <SEP> <SEP> 345 <SEP> mg <SEP> 29%
<tb> <B>9,8</B> <SEP> <SEP> 299 <SEP> mg <SEP> <B>381/9</B>
<tb> <B>10</B> <SEP> 9,9 <SEP> <SEP> 281 <SEP> mg <SEP> 42%
<tb> 11,1 <SEP> <SEP> 238 <SEP> mg <SEP> 51%
<tb> 12,
3 <SEP> <SEP> 156 <SEP> mg <SEP> 680/0 Der Teerentzug ist danach schon bei einer ver hältnismässig geringen Verlängerung der Rauchdauer recht beträchtlich und die Ausbildung der Patrone in Richtung eines zwangsweise langsameren Rauchens bietet die Möglichkeit für ein teer- und nikotin ärmeres Rauchen.
Bei den bisherigen Patronen wurde der Wider stand des Rauches in der Patrone so gering wie mög lich gemacht, indem die Raucheintritts- und -austritts- kanäle oder -öffnungen möglichst gross bemessen wurden, z. B. waren an der Raucheintrittsseite zwei bis vier Löcher mit je 1 mm Durchmesser vor gesehen.
Wird nun die Rauchgeschwindigkeit im Eintritts kanal bei einem Gesamtdurchschnittsvolumen des Rauches durch die Patrone von 40 cm3 in zwei Se kunden über dem Mindestwert von 10 m/Sek. gehal ten, so erfolgt erhöhte Abscheidung von Nicotin und Teer infolge des vorher unter Punkt 2 genannten Grundes durch Stoss- und Prallwirkung. In jedem Falle also, ob der Raucher auf die verengten Rauch kanäle mit langsamerem Rauchen reagiert oder durch verstärktes Ziehen bei seinem Rauchvolumen bleiben will, besteht die Wirkung zwangläufig in einem erhöh ten Entzug der schädlichen Bestandteile.
Durch die erhöhte Bewegung und die mit der Beschleunigung verbundene Verdichtung haben die Rauchteilchen mehr Gelegenheit, zusammenzustossen und sich zu grösseren Teilchen zu vereinigen. Derart vergröberte Schwebstoffteilchen bieten der Abschei- dung weniger Widerstand entgegen. Durch Ausgestal tung der Patrone als Stoss- und Prallabscheider gelingt die Herausnahme von Teer und Nikotin in flüssiger Form. Der Einfluss der genannten vergrösserten Strö mungsgeschwindigkeit des Rauches auf den Ab scheideprozess ist ganz auffallend.
Die Zeichnung zeigt im Mittellängsschnitt und Grundriss in den Fig.2 und 2a ein Ausführungs beispiel des Erfindungsgegenstandes im Vergleich zu einer in den Fig. 1 und la dargestellten vorbekann- ten Ausbildung.
Gemäss den Fig. 1 und la besteht die bekannte Filterpatrone aus einer durch einen Deckel 1 am vorderen Ende geschlossenen Kapsel 2, deren Boden 3 ebenso wie der Deckel 1 durch je drei bzw. zwei Kanäle 4 bzw. 4' mit verhältnismässig grossem Durch messer durchbrochen ist. Die im Deckel 1 befind lichen drei Kanäle 4 sind zum Eintritt und die im Boden 3 befindlichen Kanäle 4' zum Austritt des Rauches bestimmt. Die Kapsel 2 ist mit einem Ad sorptionsmittel 5, z. B. mit körnigem Kieselgel, gefüllt. Beim Rauchen durch eine derartige Patrone färbt sich die Kieselgelfüllung zunächst gelb und nach mehreren Zigaretten braun. Eine Abscheidung von Teer in flüssiger Form ist nicht feststellbar.
Die Patrone gemäss den Fig.2 und 2a unter scheidet sich von derjenigen nach den Fig. 1 und la lediglich dadurch, dass der Deckel 6 nur einen einzi gen, zentralen Eintrittskanal 7 aufweist, dessen Länge und Durchlassquerschnittsfläche derart bemessen sind, dass bei einem Gesamtrauchdurchtrittsvolumen durch die Patrone von 40 cm3 pro zwei Sekunden die Ein- trittskanalströmungsgeschwindigkeit grösser ist als 10 m/Sek., wobei das Verhältnis der Kanallänge zum Wert
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mindestens 2 beträgt,
worin F die Kanalquerschnitts- ao fläche in mm2 bezeichnet. Da es sich beim Ausfüh rungsbeispiel um einen kreiszylindrischen Eintritts kanal 7 handelt, ist der Wert
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gleich der lichten Kanalweite, also dem Durchmesser. Wie ersichtlich, ist der Kanal 7 enger und länger als die Eintrittskanäle 4 der Patrone nach den Fig. 1 und la, wobei zudem nur ein einziger Eintrittskanal 7 vorhanden ist, statt der drei Kanäle 4. Daher ist die Eintrittsgeschwindigkeit des Rauches im Kanal 7 entsprechend grösser und dessen Verhalten anders. Unmittelbar hinter dem Deckel scheidet sich näm lich im Adsorptionsmittel 5 Teer in flüssiger Form ab.
Die Dunkelfärbung geht mehr stufenweise vor sich und ist an der Raucheintrittsstelle am stärksten. Die zur Stoss- und Prallabscheidung des Rauches ge troffene Massnahme der Verengung der Rauchkanäle kann aber auch den Erfolg haben, die Rauchdauer zu verlängern und auf diese Weise ebenfalls zur Ver ringerung des Teergehaltes des aus der Patrone austretenden Rauches beizutragen. Denn durch die Verengung und Verlängerung des einzelnen Rauch eintrittskanals und die Herabsetzung der Kanalanzahl wird der Widerstand erhöht, wodurch das Zugvolu men vermindert und die Rauchgeschwindigkeit ver ringert werden kann.
Bei der Bemessung der Rauchkanäle ist darauf Rücksicht zu nehmen, dass einerseits der angestrebte Zweck noch erreicht, aber anderseits der Rauch genuss nicht geschmälert wird. Zur Erzielung des beabsichtigten Zweckes ist es möglich, sowohl einen einzigen etwas weiteren als auch mehrere entspre chend engere Kanäle zu benutzen. Aus der nachstehenden Zahlentafel II ist die Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit des Rauches vom Eintrittsquerschnitt bei gegebenem Zugvolumen zu ersehen. Das angegebene Zug volumen von 40 cm3/2 Sek. ist das allgemein übliche.
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<I>Zahlentafel <SEP> 1I</I>
<tb> Anzahl <SEP> und <SEP> Durchmesser <SEP> Strömungsgeschwindigkeit
<tb> Position <SEP> der <SEP> Öffnungen <SEP> 3 <SEP> n <SEP> m/Sek. <SEP> bei
<tb> 40 <SEP> cm <SEP> 3 <SEP> Sek.
<tb> 1. <SEP> 3 <SEP> 1,0 <SEP> mm <SEP> 8,50
<tb> 2. <SEP> 3 <SEP> 0,8 <SEP> mm <SEP> 13,30
<tb> 3. <SEP> 3 <SEP> 0,6 <SEP> mm <SEP> 23,50
<tb> 4. <SEP> 3 <SEP> 0,5 <SEP> mm <SEP> 34,00
<tb> 5. <SEP> 3 <SEP> 0,4 <SEP> mm <SEP> 53,00
<tb> 6. <SEP> 1 <SEP> 1,0 <SEP> mm <SEP> 25,50
<tb> 7. <SEP> 1 <SEP> 0,9 <SEP> mm <SEP> 31,50
<tb> B. <SEP> 1 <SEP> 0,8 <SEP> mm <SEP> 40,00
<tb> 9. <SEP> 2 <SEP> 0,7 <SEP> mm <SEP> 26,00
<tb> 10.
<SEP> 2 <SEP> 0,6 <SEP> mm <SEP> 35,40 Wie ersichtlich ist, genügen lediglich die in Posi tion 1 angeführten Kanaldaten der Forderung einer 10 m/Sek. übersteigenden Raucheintrittsgeschwindig- keit nicht.
Das Verhältnis der Kanallänge zum Kanaldurch messer bzw. bei unrundem Querschnitt zum Wert
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beträgt vorzugsweise mindestens 3. Durch die kombi nierte Wirkung der verengten und verlängerten Rauchzufuhrkanäle kann je nach Bemessung der Kanäle ein Teerentzug von 25 bis 75% erzielt werden.
Patrone von 40 cm3 pro zwei Sekunden die Ein- trittskanalströmungsgeschwindigkeit grösser ist als 10 m/Sek., wobei das Verhältnis der Kanallänge zum Wert
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