CH621051A5

CH621051A5 - Tobacco smoke filter and manufacturing process for this

Info

Publication number: CH621051A5
Application number: CH1513377A
Authority: CH
Inventors: Anthony Sydney Cantell
Original assignee: Cigarette Components Ltd
Priority date: 1976-12-15
Filing date: 1977-12-09
Publication date: 1981-01-15
Also published as: ATA900177A; DK155816C; BG28561A3; DK155816B; SE437463B; ES238775U; AT367983B; AU518009B2; ES465098A1; FR2373975B1; SE7714203L; IT1088766B; DK557077A; DE2755720A1; JPS5631948B2; FR2373975A1; AU3162577A; DE2755720C2; JPS5375396A; GR64012B

Description

Le but de l'invention est de réaliser un filtre à fumée ayant de bonnes caractéristiques de filtrage, solide et qui puisse être fabriqué simplement et de façon continue à l'échelle industrielle.

Un filtre pour fumée de tabac selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un noyau perméable à l'air s'étendant axialement, une première enveloppe en une matière perméable à l'air, entourant la surface périphérique du noyau, et une seconde enveloppe perméable à l'air, entourant la première, cette première enveloppe formant, au moins avec la seconde enveloppe, au moins un canal s'étendant longitudinalement et fermé à une extrémité.

La première enveloppe peut être, par exemple, une feuille présentant une surface profilée (par exemple ondulée), cette feuille étant enroulée sur la surface profilée faisant face à la seconde enveloppe. La première enveloppe présente de préférence des plissements ou ondulations s'étendant longitudinalement (par exemple axialement), formant au moins avec la seconde enveloppe des canaux s'étendant longitudinalement, chaque canal formé par les plissements de la première enveloppe étant de préférence fermé ou obstrué à une extrémité. La première enveloppe peut être ondulée sur ses deux surfaces, et peut former, dans ce cas, avec le noyau, tout comme avec la seconde enveloppe, des canaux s'étendant longitudinalement. La surface enveloppée du noyau peut toutefois être adaptée à la surface intérieure de la première enveloppe dans le filtre terminé, laissant des canaux uniquement entre la première et la seconde enveloppe.

L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un filtre pour fumée de tabac, caractérisé en ce qu'on réalise un noyau perméable à l'air, s'étendant axialement, en ce qu'on forme autour de ce noyau une première enveloppe, en une matière perméable à l'air, et en ce qu'on applique une seconde enveloppe perméable à l'air, autour du noyau enveloppé, la première enveloppe formant, au moins avec la seconde enveloppe, au moins un canal s'étendant longitudinalement sur une partie de la longueur du noyau.

Suivant l'une des formes d'exécution, le noyau est en une matière fibreuse (par exemple en filaments, de préférence en filaments crêpés d'acétate de cellulose), avec un constituant formant un liant. Le noyau peut également être avantageusement en papier linge ondulé, par exemple du type Myria (marque commerciale). La première enveloppe est de préférence une enveloppe séparée en papier ondulé, ou en une matière fibreuse (par exemple en filaments, de préférence crêpés, d'acétate de cellulose), avec un liant activable à chaud; dans ce dernier cas, la chaleur est appliquée avant, durant ou après que la première enveloppe est appliquée sur le noyau, en vue d'activer les liants, le refroidissement après activation de ces liants provoquant la liaison des fibres ou des filaments entre eux.

Le canal ou les canaux peuvent être fermés par insertion d'une matière d'obturation (par exemple acétate de polyvinyle avec une charge de carbonate de calcium), mais, de préférence, la première enveloppe est, à la place, non ondulée sur sa périphérie, sur une ou plusieurs zones du filtre, habituellement à une extrémité.

Un filtre selon l'invention peut être appliqué sur une cigarette au moyen d'un embout annulaire, c'est-à-dire au moyen d'une bande étroite de papier qui adhère seulement autour des extrémités en contact avec le tabac et le filtre; dans ce cas, la seconde enveloppe est exposée. Dans d'autres cas, la cigarette et le filtre peuvent être reliés par un embout entourant la seconde enveloppe sur toute sa longueur.

Des filtres selon l'invention sont efficaces pour l'élimination de l'oxyde de carbone de la fumée de tabac, ce qui constitue une amélioration appréciable à cet égard, par rapport aux résultats obtenus avec les filtres traditionnels à aération. Le mécanisme de l'élimination de l'oxyde de carbone est considéré comme une diffusion de ce gaz à travers la seconde enveloppe, à partir de la fumée, dans le ou les canaux longitudinaux.

Le fonctionnement du filtre dans l'élimination de l'oxyde de carbone de la fumée de tabac est affecté par un certain nombre de facteurs englobant la perméabilité du noyau et, ce qui est plus

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important, celle de la seconde enveloppe (ou celle de la seconde enveloppe combinée avec l'embout d'enveloppement, lorsque ce dernier est présent). L'efficacité de l'élimination de l'oxyde de carbone tend à augmenter avec l'accroissement de la chute de pression du noyau, et avec l'accroissement (jusqu'à un certain niveau) de la perméabilité de la seconde enveloppe ou des enveloppes extérieures combinées. Une chute de pression relativement élevée du noyau est donc préférée, par exemple en incorporant une mèche de filaments à faible denier et/ou des matières fibreuses (par exemple du papier) renfermant des fibres fines. Un noyau formé d'une mèche de filaments d'acétate de cellulose, liés entre eux de façon appropriée, présentera par exemple un titre de filament de 1,6 denier et un titre total de 38000 deniers, bien qu'on puisse s'écarter largement de ces valeurs. La perméabilité à l'air de la seconde enveloppe ou des enveloppes extérieures combinées (c'est-à-dire la seconde enveloppe avec l'embout d'enveloppement) a pour conséquence une dilution par l'air de la fumée aspirée à partir du filtre, en raison de l'air entraîné à travers l'enveloppe ou les enveloppes extérieures, dans les canaux et parfois dans le noyau, cette perméabilité étant de préférence telle qu'elle entraîne une dilution, par l'air, de la fumée filtrée, de l'ordre de 5 à 50%, par exemple de 5 à 30% en volume et, de préférence, de 10 à 30%, par exemple de 10 à 15% en volume.

Des filtres selon l'invention sont également efficaces quant à leur rétention de nicotine et de matières en particules totales, ce qui peut être réglé en sélectionnant la première enveloppe et la perméabilité de l'air de la seconde enveloppe ou des enveloppes externes combinées.

En sélectionnant la seconde enveloppe, il y a lieu de considérer la manière suivant laquelle le filtre terminé doit être fixé à la cigarette. Ainsi, lorsqu'un embout enveloppant complètement l'extrémité doit être employé, l'enveloppe externe devra être plus perméable, pour obtenir un résultat similaire, que si le filtre est fixé par un embout annulaire; par ailleurs, une enveloppe externe perforée, en matière imperméable ou de faible perméabilité (par opposition à une enveloppe dont la matière présente une perméabilité inhérente appropriée) peut convenir pour l'utilisation en liaison avec un embout annulaire, mais dans une mesure moindre que si un embout à enveloppement complet est employé.

Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.

Sur ce dessin :

La fig. 1 est une vue en perspective, avec certains éléments enlevés, d'un filtre selon l'invention;

les fig. 2 et 3 sont des vues en coupes partielles, illustrant un filtre du type représenté à la fig. 1, fixé à une cigarette, respectivement par un embout annulaire et par un embout enveloppant entièrement l'extrémité;

les fig. 4 et 5 illustrent schématiquement des procédés et des appareils pour la fabrication de filtres selon l'invention.

Le filtre 1 représenté à la fig. 1 comprend une partie centrale ou noyau 2 de filaments crêpés d'acétate de cellulose. Ceux-ci sont liés les uns aux autres, à leurs points de contact, par un solvant plastifiant tel que la triacétine. Le noyau 2 est entouré directement par une enveloppe 3 en papier filtrant, perméable à l'air, ondulée longitudinalement sur toute sa longueur, hormis une portion circulaire 6 à une extrémité 7. La surface du noyau est adaptée aux ondulations dans l'enveloppe 3. A la place d'un papier filtrant, l'enveloppe 3 peut être en filaments liés d'acétate de cellulose. Une enveloppe 4 non ondulée, en papier perméable à l'air, entoure directement l'enveloppe 3, en formant des canaux 5 avec les ondulations. Le noyau 2 et les enveloppes 3 et 4 s'étendent sur toute la longueur du filtre 1. Les espaces compris entre les filaments formant le noyau 2 garantissent la perméabilité à l'air. Durant l'utilisation, lorsque le filtre est fixé, par son extrémité 8 à une cigarette, une partie de la fumée pénètre directement dans le noyau 2 et passe à l'extrémité du filtre 7 en étant filtrée par contact avec les filaments formant ce noyau. La fumée, en même temps que l'air de dilution aspiré à travers l'enveloppe perméable 4, pénètre dans les canaux 5 jusqu'à la partie non ondulée 6, et la fumée diluée pénètre alors dans le noyau 2, après passage à travers l'enveloppe ondulée 3 et s'échappe du filtre à l'extrémité 7 ; cette fumée est ainsi filtrée à la fois par l'enveloppe 3 et par le noyau 2. La proportion de fumée qui pénètre directement dans le noyau filtrant 2 et qui pénètre, après passage à travers l'enveloppe filtrante ondulée 3, est déterminée par des facteurs tels que le tassement du remplissage des filaments dans le noyau 2, la perméabilité à l'air de l'enveloppe ondulée 3 et les surfaces relatives de l'extrémité du noyau 2 et de la surface, y compris des ondulations, de l'enveloppe 3. On considère que le CO provenant de la fumée dans les canaux 5 diffuse vers l'extérieur à travers l'enveloppe 4.

De façon appropriée, les ondulations dans l'enveloppe 3 sont au nombre d'environ 25 pour 25 mm.

Les fig. 2 et 3 du dessin illustrent un filtre du type représenté à la fig. 1, fixé (à l'extrémité désignée par 8 à la fig. 1) à une cigarette, par un embout annulaire (fig. 2) et par un embout entourant complètement l'extrémité (fig. 3). Comme on le voit à la fig. 2, l'embout annulaire est obtenu au moyen d'une bande étroite de papier d'embout 50 s'étendant autour du joint de contact entre le filtre 52 et la tige de tabac 54, recouvrant le papier 56 de la cigarette et la seconde enveloppe 58 du filtre, seulement sur une courte longueur à leurs extrémités de jonction. A la fig. 3, l'embout de recouvrement 60 le plus courant s'étend sur toute la longueur de l'élément filtrant et de sa seconde enveloppe 58, et recouvre partiellement le papier 56 de la cigarette.

La fig. 4 est une vue schématique simplifiée d'un procédé et d'un appareillage pour la fabrication de filtres du type représenté à la fig. 1. Un dispositif connu 20 fournit une mèche de filaments 21 plastifiés et crêpés d'acétate de cellulose, à une garniture 22.

Une bande 27 de papier filtrant, se déroulant d'une bobine 26, pénètre dans un dispositif 30 destiné à former des ondulations sur cette bande, par passage entre des rouleaux cannelés sur leur pourtour, afin de produire à travers l'épaisseur de ladite bande des portions de rainures et de stries longitudinales très rapprochées, espacées longitudinalement par de courts tronçons non ondulés. Un guide 34 positionne la bande 27 de façon qu'elle pénètre, après passage sur un rouleau 35, dans la garniture 22, où elle s'enroule autour de la mèche 21, et où ses bords opposés longitudinaux sont reliés l'un à l'autre. Une bobine 36 fournit une bande 37 de papier d'enveloppement et d'obturation à un dispositif 40, qui applique sur cette bande des lignes transversales d'adhésif, en des emplacements tels que, lorsque les bandes 37 et 27 se rencontrent dans la garniture 22, les lignes de matière adhé-sive viennent en contact avec les tronçons non ondulés de la bande 27, lesquels se trouveront à une extrémité des filtres terminés (telle qu'en 6, 7, à la fig. 1); les enveloppes se trouvent donc scellées, avec adhésion, à l'extrémité 7 des filtres produits. Un guide 41 positionne la bande 37, de façon qu'à l'intérieur de la garniture 22, ses bords opposés longitudinaux, dont l'un est muni d'une ligne d'adhésif, au moyen d'un applicateur 42, se recouvrent. L'adhésif sert à maintenir la bande 37 autour de la bande 27 et de la mèche 21 à l'intérieur desdites bandes, au moyen d'une soudure longitudinale à recouvrement, l'adhésif dans cette soudure étant séché, de façon connue, par un réchauffeur 43.

Une tige continue 44 se trouve ainsi formée. Cette tige passe dans un tronçonneur 45 qui la divise en segments de longueurs déterminées 46, chacune de ces longueurs étant un multiple de la longueur du filtre terminé (représenté à la fig. 1), lequel est fixé à une cigarette ou autre article pour fumer. Certains éléments ou détails utilisés dans l'appareil représenté à la fig. 4 ont été omis pour plus de simplicité, mais sont, bien entendu, connus.

La fig. 5 est une vue schématique simplifiée d'un procédé et d'un appareillage pour la fabrication de filtres du type représenté à la fig. 1 où l'enveloppe ondulée est en filaments liés d'acétate de cellulose.

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Un dispositif connu 74 alimente une garniture 76 par une mèche 75 de filaments crêpés plastifiés d'acétate de cellulose. Dans cette garniture, ces filaments sont enveloppés par une bande ondulée d'acétate de cellulose 77. Cette bande 77 est formée en envoyant une mèche de filaments crêpés plastifiés 78 à travers un 5 bloc de chauffage à la vapeur 79, puis sur des rouleaux cannelés 80 chauffés, présentant de courts tronçons sans cannelures, espacés longitudinalement. Un guide réglable 81 positionne la bande 77 avant son entrée dans la garniture 76, de façon que cette bande soit enroulée longitudinalement pour enclore la mèche 75, 10 les bords opposés de ladite bande 77 étant reliés entre eux.

Une bande 83 de papier perméable à l'air, se déroulant d'une bobine 82, pénètre dans un dispositif 84 d'impression d'adhésif appliquant sur cette bande des lignes transversales d'adhésif, en des emplacements sur la bande 83 tels que, lorsque les bandes 83 15 et 77 se rencontrent dans la garniture 76, les lignes de matière adhésive viennent en contact avec les zones non ondulées de la bande 77. Le dispositif 84 applique également l'adhésif de façon que, lorsque la bande 83 pénètre dans la garniture 76 et entoure les filaments 75 et la bande 77, les bords de recouvrement de la 20 bande de papier 83 sont scellés par un réchauffeur 85, de façon connue. Un guide 86 positionne la bande 83 de façon correcte.

On forme ainsi une tige continue 87, laquelle traverse un tronçonneur 88 qui la divise en segments de longueurs déterminées 89, chacune de ces longueurs étant un multiple de la Ion- 25 gueur du filtre terminé qui doit être fixé à un article à fumer.

Des matières convenant pour la réalisation de filtres selon l'invention comprennent, comme matières constituant le noyau, des mèches d'acétate de cellulose filamenteuse, par exemple renfermant des filaments de 1,6 à 3,5 deniers et, comme matière 30 filtrante destinée à être ondulée, du papier, d'un grammage de 60 à 180 g/m2, et d'une perméabilité à l'air comprise entre 8 et 301/mn, mesurée sur une surface de 10 cm2, sous une pression de 100 mm d'eau. La surface de l'enveloppe ondulée exposée à la fumée de tabac peut être comprise entre 18 et 28 mm2 par milli- 35 mètre de longueur de filtre. Des matières autres que le papier,

telles que des feuilles non tissées en fibres, des films de matière plastique poreuse et de mousse de matière plastique peuvent être utilisées comme matière filtrante, et une feuille de fibres d'acétate de cellulose crêpées et liées est en fait la variante couramment 40 préférée de matière. En particulier, en ce qui concerne l'élimination du CO, les filtres selon l'invention sont de préférence d'au moins 25 mm de longueur. Une perméabilité appropriée de la seconde enveloppe a déjà été mentionnée. Les valeurs numériques indiquées sont mentionnées uniquement à titre d'exemples et ne 45 sont pas critiques.

Les exemples spécifiques suivants concernent un certain nombre de filtres types selon l'invention qui ont été fabriqués et testés sur des cigarettes que l'on trouve dans le commerce.

Dans ces exemples, les filtres sont tous testés sur les mêmes cigarettes du type King Size disponibles dans le commerce.

Tous les filtres de ces exemples sont du type représenté à la fig. 1, avec la première enveloppe présentant des ondulations et une portion non ondulée de 3 mm de longueur à une extrémité, les ondulations étant au nombre de 25 pour 25 mm, s'étendant de la portion non ondulée à l'autre extrémité, les filtres ayant un diamètre standard de 8 mm.

Les filtres des exemples 1 à 9 sont fabriqués conformément au schéma de la fig. 4, la première enveloppe ondulée étant en papier. Les filtres des exemples 1 à 7 sont fixés aux cigarettes par des embouts annulaires; à la manière de la fig. 2. Les filtres des exemples 8 et 9 sont fixés au moyen d'embouts recouvrant entièrement l'extrémité, à la manière de la fig. 3 ; l'embout à recouvrement, du filtre de l'exemple 8, présente une perméabilité à l'air (voir plus loin) de 20 x 103, et l'embout du filtre de l'exemple 9, une perméabilité à l'air de 2 x 103.

Les filtres des exemples 10 et 11 sont fabriqués conformément au schéma de la fig. 5, la première enveloppe ondulée étant en filaments liés d'acétate de cellulose.

Aux exemples 5 et 7, les filtres sont fixés aux cigarettes, avec l'extrémité ondulée de la première enveloppe dirigée vers le fumeur et l'extrémité non ondulée dirigée vers le tabac. Dans les autres exemples, l'orientation du filtre est inversée, avec l'extrémité ondulée de la première enveloppe vers le tabac, et l'extrémité non ondulée vers le fumeur.

Les cigarettes munies de filtres sont testées sur une machine à fumer standard tirant des bouffées standards de 35 ml d'une durée de 2 s, chaque minute; dans chaque cas, l'épaisseur d'insertion de l'extrémité du filtre dans la machine était de 3 mm; l'embout annulaire utilisé était de 8 mm, 4 mm recouvrant la tige de tabac, et 4 mm recouvrant le filtre. Les détails des divers filtres testés et des résultats obtenus sont indiqués sur le tableau. Afin de compléter les indications de ce tableau, il y a lieu de noter ce qui suit:

Noyau — Dans chaque cas, le noyau du filtre était en filaments crêpés et liés d'acétate de cellulose; la première et la seconde valeur désignent le titre, en deniers, du filament, et le nombre de fois 10~3 de deniers au total; par exemple 1,6/38 désigne un filament de 1,6 denier et d'un titre total en deniers de 38 x 103.

lre enveloppe — Le papier A employé comme enveloppe pour tous les exemples 1 à 9 présentait une perméabilité à l'air (voir plus bas), avant formation des ondulations, de 14 x 103. Les enveloppes B et C utilisées pour les exemples 10 et 11 étaient en filaments crêpés et liés d'acétate de cellulose, B ayant un filament de titre 3 deniers, et un titre total en deniers de 29 x 103, et C ayant un filament de titre 1,6 denier et un titre total en deniers de 38 x 103.

Seconde enveloppe — La seconde enveloppe était, dans chaque cas, en papier courant, de perméabilité à l'air (voir plus loin) indiquée.

Exemples

Exemple Noyau lre enve- 2e enve- Longueur Chute de Dilution Elimination Réduction Réduction loppe loppe du bout pression à l'air du CO MPT de nicotine

Perméabi- (mm) (mm d'eau) (% vol.) (% poids) (% poids) (% poids) lité à l'air

1

1,6/38

A

160

30

82

3,4

9

59

51,8

2

1,6/38

A

800

30

84

19

29

67,7

59,6

3

1,6/48

A

800

30

90

17

24

67,7

59,5

4

1,6/38

A

550

25

73

10

24

61,0

47,9

5

1,6/38

A

550

25

73

13

20,3

—

6

5/55

A

550

30

77

13

22

56,1

48,6

7

1,6/38

A

550

30

82

15

29

66,9

53,0

8

1,6/38

A

800

30

85

30

50

_

9

1,6/38

A

800

30

84

9

21

72,10

62

10

1,6/38

B

550

30

76

10,9

21

56,6

47,0

11

3/39

C

550

30

76

12,3

26

62

52

5

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Perméabilité à l'air — Toutes les perméabilités à l'air sont indiquées en unités Potts, c'est-à-dire, en volume en millilitres passant par minute à travers une surface de 10 cm2 de matière sous pression de 10 cm d'eau.

Réduction MPT — Ce chiffre indique la réduction de matières en particules totales, exemptes de nicotine et d'eau.

Il ressort de l'examen des résultats du tableau que les filtres testés permettent d'obtenir une bonne réduction en nicotine et en matières en particules totales, ainsi qu'une bonne élimination du CO. Comparativement, des filtres traditionnels à ventilation d'air (présentant une enveloppe extérieure perforée en une matière imperméable), testés de la même manière, présentent une élimina-s tion en CO équivalente seulement au degré de dilution d'air, c'est-à-dire qu'un filtre à dilution d'air à 5% en volume permet seulement d'obtenir une élimination de 5% de CO, un filtre à 10% de dilution une élimination de 10% de CO, et ainsi de suite.

2 feuilles dessins

Claims

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2

REVENDICATIONS

1. Filtre pour fumée de tabac, caractérisé en ce qu'il comprend un noyau perméable à l'air s'étendant axialement, une première enveloppe en une matière perméable à l'air, entourant la surface périphérique du noyau, et une seconde enveloppe perméable à l'air, entourant la première enveloppe, cette première enveloppe formant, au moins avec la seconde enveloppe, au moins un canal s'étendant longitudinalement et fermé à une extrémité.
2. Filtre pour fumée de tabac selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première enveloppe forme au moins avec la seconde enveloppe plusieurs canaux s'étendant longitudinalement sur une partie de la longueur du noyau.
3. Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce que les canaux se terminent à proximité d'une extrémité du noyau.
4. Filtre selon la revendication 3, caractérisé en ce que plusieurs canaux sont obstrués en au moins un emplacement.
5. Filtre selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les canaux se terminent sur une zone non ondulée s'étendant sur la périphérie de la première enveloppe.
6. Filtre selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la première enveloppe présente une surface ondulée et est enroulée autour du noyau, la surface ondulée faisant face à la seconde enveloppe.
7. Filtre selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la première enveloppe présente des ondulations sur ses deux surfaces et forme avec le noyau et avec la seconde enveloppe des canaux s'étendant longitudinalement.
8. Filtre selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la première enveloppe présente des ondulations sur ses deux surfaces, la surface enveloppée du noyau étant adaptée à la surface intérieure ondulée de la première enveloppe.
9. Procédé de fabrication d'un filtre pour fumée de tabac selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise un noyau perméable à l'air, s'étendant axialement, en ce qu'on enroule autour de ce noyau une première enveloppe ondulée, en une matière perméable à l'air, et en ce qu'on enroule une seconde enveloppe perméable à l'air, autour du noyau enveloppé, la première enveloppe formant, au moins avec la seconde enveloppe, des canaux s'étendant longitudinalement sur une partie de la longueur du noyau.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première enveloppe est une enveloppe séparée en matière fibreuse renfermant un constituant formant un liant activable à chaud, la chaleur étant appliquée avant, durant ou après que la première enveloppe est appliquée sur le noyau, de manière à activer le constituant formant le liant.

Un des objectifs des filtres pour fumée de tabac est d'éliminer en grande partie l'oxyde de carbone et les composants chimiques à faible poids moléculaire contenus dans la fumée.

La publication DE-OS N° 2509608 concerne un filtre pour fumée de tabac comprenant un tube imperméable à la fumée entouré par un papier plissé longitudinalement, le tout étant disposé entre deux éléments de filtre traditionnels. La fumée passe du premier au second élément en traversant des canaux longitudinaux constitués par les espaces libres entre le tube et l'enveloppe plissée.

La réalisation industrielle d'un tel filtre est tfès difficile, car ce filtre est complexe, se brise facilement et l'enveloppe plissée, exposée aux sollicitations extérieures, est très fragile.