DK174428B1 - Brændstofelement til rygevare og rygevare med dette - Google Patents

Description

DK 174428 B1 ! ' i

Den foreliggende opfindelse angår et brændstofelement til en rygevare og en rygevare i ί overensstemmelse med den i krav 1 og 17's indledning angivne art. Rygevaren har fortri ns vis form som en cigaret, der frembringer en aerosol, der ligner tobaksrøg og som på fordelagtig måde indeholder væsentlige mindre mængder af ufuldstændig forbrændings- og 5 pyrolyseprodukter end normalt frembragt ved en konventionel cigaret.

Der er gennem årene blevet foreslået mange rygevarer, især i løbet af de sidste 20 til 30 år, men ingen af disse produkter har nogen sinde opnået nogen succes på markedet.

Trods årtiers interesse og anstrengelse er der stadig ikke nogen rygevarer på markedet, der giver de goder og fordele, der hører til konventionel cigaretrygning, uden at levere betrag-10 telige mængder af ufuldstændige forbrændings- og pyrolyseprodukter frembragt af en konventionel cigaret.

Fra dansk patentansøgning nr. PA 1985 04167 kendes en rygevare omfattende et brændbart brændstofelement, som har flere langsgående kanaler, og et fysisk adskilt aerosoldannende organ, som er placeret, så det modtaget varme fra brændstofelementet.

15 Det er den foreliggende opfindelses formål at anvise et brændbart brændstofelement og en rygevare, ved hvilken der sikres en effektiv varmelevering, så der leveres en støt og stor aerosoltilførsel og kun frembringes lidt CO.

Dette formål tilgodeses ved, at det indlednings vist omtalte brændstofelement henholdsvis den indledningsvis omtalte rygevare er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af 20 krav 1 henholdsvis krav 17 anførte.

Et brændstofelement med et antal gennemgående kanaler tilvejebringer en stor konvek-tionsvarmeoverførsel, hvilket fører til stor aerosollevering og medvirker normalt også til at lette antændingen. Stor konvektionsvarmeoverførsel har imidlertid en tendens til at frembringe en større mængde CO. Ved ifølge opfindelsen at arrangere kanalerne med så DK 174428 B1 2 lille indbyrdes afstand, at de under forbrændingen falder sammen eller samles til at danne en enkelt kanal, i det mindste ved antændingsenden, er CO-mængden i forbrændingsprodukterne lavere end ved det samme arrangement med stor afstand mellem kanalerne.

Den foreliggende opfindelse anviser også en rygevare, fortrinsvis i cigaretform, og som 5 benytter et lille brændbart brændstofelement ifølge opfindelsen og et fysisk adskilt aerosol genererende organ, som er placeret, så det modtager varme fra brændstofelementet Fortrinsvis er det aerosoldannende organ i ledende varmevekslingsforbindelse med brændstofelementet og/eller er i det mindste en part af brændstofelementet, omsluttet af en eftergive-lig isolerende kappe for at reducere radialt varmetab. Ved tænding frembringer brændsto-10 felementet varme, der benyttes til at fordampe de aerosoldannende materialer i det aerosol dannende organ. Disse flygtige materialer suges så hen imod mundstykket, især under sugning og ind i brugerens mund, på tilsvarende måde som en konventionel cigarets røg.

Rygevarer ifølge opfindelsen kan producere væsentlige aerosolmængder, både i begyndelsen og henover produktets nyttige levetid, og kan give brugeren følelserne og goderne ved 15 cigaretrygning. Den af det aerosoldannende organ frembragte aerosol, frembringes uden signifikant termisk nedbrydning og leveres på fordelagtig måde til brugeren med væsentligt reducerede pyrolyse- og ufuldstændige forbrændingsproduktmængder end normalt leveret ved en konventionel cigaret.

Brændstofelementet er fortrinsvis mindre end cirka 30 mm langt, fortrinsvis mindre end 20 cirka 20 mm langt, og har en massefylde på mindst cirka 0,5 g/cm3, fortrinsvis på mindst cirka 0,7 g/cm3 som målt for eksempel ved kviksølvdeplacement.

Passende brændstofelementer kan formes eller extruderes ud fra findelt eller rekonstitueret tobak og/eller et tobakssubstitut, og indeholder fortrinsvis brændbart carbon. Brændstofelementet har en eller flere langsgående gennemstrømningskanaler, fortrinsvis fra 5 til 9 25 gennemstrømningskanaler eller mere, der medvirker til at regulere varmeoverførslen fra 3 DK 174428 B1 det brændende brændstofelement til de aerosoldannende materialer i det aerosol dannende organ.

På fordelagtig måde omfatter det aerosoldanncnde organ et substrat eller en bærer, fortrinsvis af et varmestabilt materiale, der bærer et eller flere af aerosoldannende materialer. Det 5 foretrækkes, at den ledende varmevekslingsforbindelse mellem brændstoffet og aerosol generatoren opnås ved at tilvejebringe en varmeledende del, såsom en metalleder, der er i berøring med brændstofelementet og det aerosoldannende organ, og effektivt leder eller overfører varmen fra det brændende brændstofelement til det aerosoldannende organ. Denne varmeledende del berører fortrinsvis brændstofelementet og det aerosoldannende organ 10 omkring mindst en part af deres perifere overflader, og er fortrinsvis forsat tilbage fra eller anbragt med afstand fra brændstofelementets antændingsende, fordelagtigt mindst cirka 3 mm og fortrinsvis mindst cirka 5 mm for at undgå interferens ved brændstoffets tænding og brænding og for at undgå, at den varmeledende del på nogen måde stikker frem. Især foretrækkes det, at den varmeledende del også omslutter i det mindste en part af substratet 15 fordeaerosoldannendematerialer.AItemativtkanensærskiltledendebeholdertilvejebrin-ges til at omslutte de aerosoldannende materialer.

Desuden kan i det mindste en brændstofelementpart udstyret med en perifer isoleringsdel, såsom en kappe af isolerende fibre, hvilken kappe fortrinsvis er af et eftergiveli'gt eller elastisk, ikke brændbart materiale, der er mindst 0,5 mm tyk. Denne del reducerer det radiale 20 varmetab og medvirker til at bevare og styre varmen fra brændstofelementet hen imod det aerosoldannende organ, og til at reducere brændstoffets brændfremkaldende egenskab.

Den foretrukne isoleringsdel omslutter i det mindste en part af brændstofelementet og på fordelagtig måde i det mindste en part af det aerosol dannende organ, hvilket medvirker til at simulere fornemmelsen af en konventionel cigaret. De til isoleringen af brændstofele-25 mentet og det aerosoldannende organ benyttede materialer kan være de samme eller forskellige.

DK 174428 B1 4

Da brændstofelementet er forholdsvis kort, er den brændende ildkegle altid tæt ved det aerosoldannende organ, hvilket gør varmeoverførslen til dette og den resulterende aerosolproduktion maksimal, især i udførelsesformer, der er udstyret med en varmeledende del og/eller en isolerende del. Der benyttes et brændstofmateriale med en forholdsvis stor 5 massefylde for at medvirke til at sikre, at det lille brændstofelement brænder længe nok til at simulere en konventionel cigarets forbrændingstid, og til at den vil tilvejebringe tilstrækkelig energi til at frembringe aerosolmængdeme. Da den aerosoldannende substans fysisk er adskilt fra brændstofelementet, er den udsat for væsentlig lavere temperaturer, end der findes i den brændende ildkegle, hvorved muligheden for varmenedbrydning af 10 aerosoldanneren reduceres til et minimum.

Rygevaren ifølge opfindelsen har normalt et mundendestykke omfattende organer, såsom en langsgående gennemstrømningskanal til at levere det af det aerosoldannende organ frembragte flygtige materiale til brugeren. Det foretrækkes, at mundstykket omfatter en elastisk eller eftergivelig ydre del, såsom en ringformet sektion af celluloseacetat for at 15 medvirke til at simulere et greb som på en konventionel cigaret. På fordelagtig måde har varerne de samme totale dimensioner som en kendt cigaret, og som følge heraf forløber mundstykket og aerosol leveringsorganet almindeligvis henover halvdelen eller mere af varens længde. Alternativt kan brændstofelementet og det aerosoldannende organ fremstilles med et indbygget mundstykke eller aerosolleveringsorgan til brug med et særskilt 20 éngangs- eller genanvendeligt mundstykke.

Rygevaren ifølge opfindelsen kan også indbefatte en tobakscharge eller -prop, der kan benyttes til at give aerosolen en tobaksaroma. Denne tobakscharge kan anbringes mellem det aerosoldannende organ og varens mundende. Fortrinsvis er en ringformet tobakssektion anbragt om det aerosoldannende organs omkreds, hvor den også fungerer som en isoleren-25 de del og medvirker til at simulere aromaen og fornemmelsen af en kendt cigaret. En tobakscharge kan også blive blandet ved eller benyttet som substrat for det aerosol dannende materiale. Andre substanser såsom aromastoffer kan også indbefattes i varen for at aroma-tisere og på anden måde ændre den til brugeren leverede aerosol.

i DK 174428 B1 5

Rygevarer ifølge opfindelsen benytter normalt væsentlig mindre brændstof på rumfangsbasis, og fortrinsvis på en vægtbasis, end konventionelle cigaretter til at frembringe accepterbare aerosolniveauer. Desuden har den til brugeren leverede aerosol normalt et lavere indhold af pyrolyse- og ufuldstændige forbrændingsprodukter på grund af den ikke-ned-5 brudte aerosol fra det aerosoldannende organ, og på grund af det korte brændstofelement med stor massefylde og et antal langsgående gennemstrømningskanaler, frembringes væsentligt reducerede mængder af pyrolyse- og/eller ufuldstændige forbrændingsprodukter i forhold til en konventionel cigaret, selv når brændstofelementet omfatter tobak eller andet celluloseholdigt materiale.

10 Som brugt heri og kun for den foreliggende ansøgnings formål, defineres "aerosol" til at omfatte dampe, gasser, partikler og tilsvarende, både synlige og usynlige, og især de komponenter, der af brugeren opfattes som værende "røglignende", frembragt ved varmevirk-ningen fra det brændende brændstofelement på substanser rummet i det aerosoldannende organ, eller andre steder i varen. Som defineret på denne måde omfatter "aerosol" flygtige 15 aromatiserende stoffer og/eller farmakologisk eller fysiologisk aktive stoffer, uanset om de frembringer en synlig aerosol.

Som benyttet heri, defineres betegnelsen "ledende varmevekslingsforbindelse" som et fysisk arrangement af det aerosoldannende organ og brændstofelementet, hvorved varme overføres ved ledning fra det brændende brændstofelement til det aerosoldannende organ, 20 i det væsentlige i løbet af hele brændstofelementets brændetid. Ledende varmevekslingsforbindelse kan opnås ved at placere det aerosoldannende organ i kontakt med brændstofelementet og tæt op ad brændstofelementets brændende part, og/eller ved at benytte en ledende del til at overføre varme fra det brændende brændstof til det aerosoldannende organ. Fortrinsvis benyttes begge fremgangsmåder til at tilvejebringe ledende varmeveks-25 ling.

Som benyttet her, angår betegnelsen "isoleringsdel" alle materialer, der først og fremmest virker som isolatorer. Fortrinsvis brænder disse materialer ikke under brug, men de kan DK 174428 B1 6 indbefatte langsomt brændende carboner og tilsvarende materialer, og især materialer, der smelterunder brug, såsom glasfibre med en lav temperaturgradient. Egnede isolatorer har en varmeledningsevne i g-cal/(s)(cm2) (°C/cm) på mindre end cirka 0,05 og fortrinsvis mindre end cirka 0,02, og især mindre end cirka 0,005. Jævnfør Hackh's Chemical Dictio-5 nary, 34 (4. udgave, 1969) og Lange's Handbook of Chemistry, 10, s. 272-274 (11. ugave, 1973).

Opfindelsen beskrives i større enkelthed nedenfor på grundlag af tegningerne, hvori fig. 1 - 4 er længdesnit gennem forskellige udførelsesformer for opfindelsens genstand, fig. 1A er et snit gennem den i fig. 1 viste udførclsesform langs linien 1A-1A i fig. 1, 10 fig. 2Λ er et snit gennem udførelsesformen vist i fig. 2 langs linien 2A-2A i fig. 2, fig. 3A, 3B, 3C og 4A viser forskellige udformninger for gennemstrømningsåbninger i brændstofelementer, set fra enden og egnet til brug i udførelsesformeme ifølge opfindelsen, og fig. 4B er et længdesnit gennem en foretrukken udførelsesform for en brændstofelement-15 gennemstrømningsåbning egnet til brug i udførelsesformer for den foreliggende opfindelse.

Den i fig. 1 illustrede udførelsesform, der fortrinsvis har de generelle dimensioner som for en konventionel cigaret, omfatter et kort, cirka 20 mm langt, brændbart brændstofelement 10, et dertil stødende aerosoldannende organ 12, og et filmforet papirrør 14, der danner 20 varens mundendestykke 15.1 denne udførelsesform extruderes eller formes brændstofelementet 10 ud fra en blanding indeholdende findelt eller rekonstitueret tobak og/eller et tobakssubstitut og en mindre mængde brændbart carbon, og er udstyret med langsgående ! : DK 174428 B1 7 huller 16, se fig. 1A. Brændstofelementet 10’s tændingsende kan være tilspidset eller have en reduceret diameter for at gøre det lettere at tænde denne.

Det aerosoldannende organ 12 omfatter en porøs carbonmasse, der er udstyret med en eller flere kanaler 17, og er imprægneret med et eller flere aerosoldannende materialer, såsom 5 triethylenglycol, propylenglycol, glycerin eller blandinger af disse.

Det filmforede papirrør 14, der danner varens mundstykke, omgiver det aerosoldannende organ 12 og brændstofelementet 10's bageste ikke-antændingsende således, at det filmforede rør er anbragt med en afstand på cirka 15 mm fra brændstofelementets antændingsende.

Røret 14 danner også en aerosolleveringskanal 18 mellem det aerosoldannende organ 12 10 og varens mundstykke 15. Tilstedeværelsen af det filmforede rør 14, der forbinder brændstoffet 10's ikke-andtændingsende med aerosolgeneratoren 12, forøger varmeoverførslen til aerosol generatoren. Filmen eller folierne medvirker også til at slukke brændkeglen. Når der kun resterer en lille mængde uforbrændt brændstof, medvirker varmetabet gennem folien ti 1 at sænke varmen, hvilket medvirker til at slukke brændkeglen. Den i denne vare 15 benyttede film er typisk en aluminiumfolie med en tykkelse på 0,0089 mm, men den benyttede leders tykkelse og/eller art kan varieres til at opnå i realiteten enhver varmeover-føringsgrad.

Den i fig. 1 illustrerede vare omfatter også efter valg en tobaksmasse eller -prop 20 for at bidrage til at give aerosolen aroma. Denne tobakscharge 20 kan placeres ved carbonmas-20 sen 13's mod mundstykket vendende ende, se fig. 1, eller den kan anbringes i kanalen 18 ved et sted med afstand fra aerosol generatoren 12. Af hensyn til udseendet kan varen efter ønske omfatte et celluloseacetatfilter 22 med lille virkningsgrad og placeret ved eller tæt ved mundenden 15.

De i fig. 2 - 3 viste udførelsesformer omfatter en elastisk eftergivelig isolerende kappe, der 25 omslutter brændstofelementet for at isolere og medvirke til at koncentrere varmen i brændstofelementet. Disse udførelsesformer medvirker også til at nedsætte den brændende DK 174428 B1 8 ildkegles brændfremkaldende mulighed og medvirker i nogle tilfælde til at simulere grebet som for en kendt cigaret.

I den i fig. 2 viste udførelsesform har brændstofelementet 10 et antal huller 16 og er omsluttet af en eftergivelig kappe 72, der er cirka 0,5 mm tyk, som vist i fig. 2A. Denne kappe 5 er formet af isolerende fibre, såsom keramiske (for eksempel glas) fibre eller ikke-brænd- bare carbon- eller grafitfibre. Det aerosoldannende organ 12 omfatter en porøs carbon-masse 13 med et enkelt aksialt hul 17.

I den i fig. 3 viste udførelsesform omgiver den eftergivelige isolerende glasfiberkappe 72 periferien af såvel brændstofelementet 10 som det aerosoldannende organ 12, og er for-10 trinsvis et lavtemperatursmateriale, der smelter under brug. Denne kappe 72 er omviklet med et ikke-porøst papir 73 såsom P 878-5, leveret fra Kimberly-Clark. I denne udførelsesform er brændstofelementet cirka 15 - 20 mm langt og har fortrinsvis 3 eller flere huller 16 for at forøge strømmen af atmosfærisk luft gennem brændstoffet. 3 hensigtsmæssige gennemstrømningskanalarrangementer er illustreret i fig. 3A, 3B og 3C.

15 I denne udførelsesform omfatter det aerosoldannende organ 12 en metalbeholder 74, der omslutter et granuleret substrat 38 og/eller fortættet tobak 76, der hver for sig eller begge kan omfatte et aerosoldannende materiale. Som illustreret overlapper beholderen 74's åbne ende 75 den bageste del af brændstofelementet 10 med 3-5 mm. Alternativt ligger den åbne ende 75 an imod brændstofelementet 10's bagende. Beholderen 74's modsatte ende 20 er krympet til at danne en væg 78, der har et antal kanaler 80 for gennemstrømning af gasser, tobaksaromastoffer, og/eller aerosoldannende materiale ind i aerosol leveringskanalen 18.

Plastrøret 44 ligger an imod eller fortrinsvis overlapper metalbeholderen 74's vægende 78, og er omgivet af en sektion af eftergiveligt celluloseacetatblår 42 med stor tæthed/masse-25 fylde. Et limlag 82, eller et andet materiale, kan påføres på blåret 42's brændstofende for at forsegle blåret og blokere en atmosfærisk luftstrøm igennem dette. En filterprop 45 med 9 DK 174428 B1 lille virkningsgrad er anbragt ved varens mundende, og blåret 42 og filterproppen 45 er fortrinsvis omviklet med et kendt propomviklingspapir 85. Et andet lag cigaretpapir 86 kan benyttes til at forbinde isolationskappen 72's bageste part og blår/filtersektionen.

I en ændret udførelsesform fra den i fig. 3 viste, kan den isolerende kappe også benyttes 5 i stedet for celluloseacetatblåret 42 således, at kappen løber fra antændingsenden til filterproppen 45.1 udførelsesformer af denne art anbringes et limlag fortrinsvis på filterproppens ringformede tværsnit, der ligger an imod den isolerende kappes ende, eller en kort ringformet blårsektion anbringes mellem den isolerende kappe og filterstykket med lim påført på begge ender.

10 Ved tobakskappen 88's mundingsende er der et mundendestykke 40, der omfatter en ringformet sektion af celluloseacetblår 42, et plastrør 44, et filterstykke 45 med lille virkningsgrad og lag af cigaretpapir 85 og 89. Mundendestykket 40 er forbundet med brænd-stof-/kapselenden med kapper ved et omhyldende lag af mundstykkepapir 86. Som vist er plastrøret 44's kapselende anbragt med mellemrum til kapslen 90. Varme dampe, der 15 strømmer gennem kanalerne 92, passerer således gennem tobakskappen 88, hvor flygtige komponenter i tobakken fordampes eller ekstraheres, og derpå til kanalen 18, hvor tobakskappen ligger an imod celluloseacetatblåret 42.

I udførelsesformer af denne art, der har brændstofisolerende kapper 72 med lille massefylde eller tæthed, passerer atmosfærisk luft og gasser gennem kappen 72 og ind i tobakskap-20 pen 88. Den perifere kanal 92 i kapslen kan således eventuelt undværes for ekstraktion af tobaksaroma fra tobakskappen 88. 1 den i fig. 4 viste udførelsesform omfatter kappen 94 tobak eller en blanding af tobak og isolerende fibre, såsom glasfibre. Som vist forløber tobakskappen 94 netop forbi metalbeholderen 96 mundingsende. I udførelsesformer af denne art er beholderen 96 fortrinsvis 25 udstyret med en eller flere langsgående slidser 99 på periferien (fortrinsvis 2 slidser med 180° mellemrum), således at dampene fra aerosol generatoren strømmer igennem den ring- DK 174428 B1 10 formede tobakssektion, der omgiver aerosol generatoren for at udtrække tobaksaromastoffer før indstrømning i kanalen 18.

Som illustreret er tobakken ved kappen 94's brændstofelementende komprimeret. Dette medvirker til at reducere luftstrøm gennem tobakken, hvorved man reducerer dens for-5 brændingsmulighed. Beholderen 96 medvirker desuden til at slukke tobakken ved at medvirke til at sænke varmen. Denne varmesænkningsvirkning medvirker til at kvæle enhver forbrænding af den tobak, der omgiver kapslen, og den medvirker også til at fordele varmen jævnt til tobakken omkring det aersoldannende organ, hvorved frigivelse af tobaksaromakomponenter understøttes. Det kan desuden være ønskeligt at behandle den part af 10 cigaretpapiromslaget 85, 89 tæt ved brændstoffets bageste ende med et materiale, såsom natriumsilikat, for at medvirke til at slukke tobakken, således at den ikke vil brænde signifikant ud over den frilagte part af brændstofelementet. Alternativt kan selve tobakken behandles med et forbrændingsmodificerende stof for at forhindre forbrænding af den tobak, der omgiver aerosolgeneratoren.

15 Ved antænding af ethvert af ovenfor nævnte udførelsesformer brænder brændstofelementet og frembringer den varme, der benyttes til at fordampe det aerosoldannende materiale eller materialer til stede i det aerosolgenererende organ. Disse flygtige materialer suges så hen imod mundenden, især under sugning, og ind i brugerens mund på samme måde som for en kendt cigaret.

20 Da brændstofelementet er forholdsvis kort, er den varme brændende ildkegle altid tæt ved det aerosoldannende legeme, hvilket medfører maksimal varmeoverførsel til det aerosoldannende organ og enhver eventuel tobakscharge, og den resulterende produktion af aerosol og efter valg tobaksaroma, især når den foretrukne varmeledende del benyttes. Da brændstofelementet er kort, er der aldrig en lang sektion af ikke-brændende brændstof til 25 at fungere som et organ til at sænke varmen, således som det er almindeligt i hidtidige termiske aerosolvarer. Den lille brændstofkilde har også en tendens til at reducere mæng- 11 DK 174428 B1 den af ufuldstændige forbrændings- eller pyrolyseprodukter til et minimum, især i udførelsesformer, der indeholder carbon og/eller flere gennemstrømningsåbninger.

Varmeoverførsel og derfor aerosoltilførslen forøges også ved brug af gennemstrømningsåbninger gennem brændstoffet, hvilke åbninger suger varm luft til aerosolgeneratoren, især 5 under sugning. Varmeoverførslen forøges ved hjælp af den foretrukne varmeledende del, der er anbragt med afstand ellerer sat tilbage fra brændstofelementets antændingsende for at undgå indgreb med brændstoffets antænding og forbrænding og for at undgå ethvert uskønt fremspring, endog efter brug. Den foretrukne isoleringsdel har desuden en tendens i ' til at begrænse, styre og koncentrere varmen hen imod varens midterkeme, hvorved man 10 forøger varmeoverførslen til den aerosol dannende substans.

Da det aerosoldannende materiale er fysisk adskilt fra brændstofelementet, er den udsat for væsentlig lavere temperaturer, end de der findes i den brændende ildkegle. Dette reducerer muligheden for varmenedbrydningaf aerosoldanneren ogtilhørende dårlig smag.

Dette resulterer i en aerosolproduktion under sugning men minimal aerosolproduktion fra 15 det aerosoldannende organ under ulmning.

I de foretrukne udførelsesformer for opfindelsens genstand samvirker det korte brændsto-, felement, den tilbage forsatte varmeledende del, den isolerende del og/eller kanalerne i brændstoffet med aerosol generatoren for at tilvejebringe et system, der kan frembringe væsentlige aerosolmængder og efter valg tobaksaroma ved i realiteten hvert eneste sug.

1 20 Den nære placering af ildkeglen ved aerosolgeneratoren efter nogle få sug, i samvirke med den ledende del, den isolerende del og/eller de mange gennemstrømningsåbninger i brændstofelementet, resulterer i en meget stor varmelevering både under sugning og under en relativ lang ulmeperiode mellem sugene.

Uden ønske om at blive bundet af teori formodes det, at det aerosoldannende organ holdes 25 ved en forholdsvis høj temperatur mellem sugene, og at den under sugning ekstra leverede varme, der på signifikant måde forøges ved hjælp af de foretrukne gennemstrømningsåb- DK 174428 B1 12 ninger, primært benyttes til at fordampe det aerosoldannende materiale. Denne forøgede varmeoverførsel sikrer mere effektiv udnyttelse af rådig brændstofenergi, reducerer mængden af det nødvendige brændstof og medvirker til at levere tidlig aerosol.

Ved et passende valgafbrændstofelementsammensætningen, antal, størrelsen, udformnin-5 gen og arrangementet af brændstofelementgennemstrømningsåbningen, den isolerende kappe, papiromslaget og/eller det varmeledende organ, er det endvidere muligt at regulere brændstofkildens forbrændingsegenskaber i væsentlig grad. Dette tilvejebringeren signifikant kontrol med varmeoverførslen til aerosol generatoren, hvilket igen kan benyttes til at ændre antallet af sug og/eller den til brugeren leverede aerosolmængde.

10 Generelt er de forbrændelige brændstofelementer, der kan benyttes ved udøvelse af den foreliggende opfindelse, mindre end cirka 30 mm lange. Fortrinsvis er brændstofelementet cirka 20 mm eller mindre, især cirka 15 mm eller mindre langt. Fordelagtigt er brændstofelementets diameter cirka 8 mm eller mindre, fortrinsvis mellem cirka 3 og 7 mm og især mellem 4 og 6 mm. Massefylden for de brændstofelementer, der kan benyttes her, ligger 15 i området fra cirka 0,5 g/cm3 til cirka 1,5 g/cm3, som foreksempel målt ved kviksølvfortrængning. Massefylden er fortrinsvis større end 0,7 g/cm3 og fortrinsvis større end 0,8 g/cm3.1 de fleste tilfælde er et materiale med stor massefylde ønskeligt, da det medvirker til at sikre, at brændstofelementet vil brænde længe nok til at simulere brændetiden for en kendt cigaret, og til at den vil tilvejebringe tilstrækkelig energi til at kunne frembringe den 20 krævede aerosolmængde.

De heri benyttede brændstofelementer formes eller extruderes på fordelagtig måde ud fra findelt tobak, rekonstitueret tobak, eller tobakserstatningsmaterialer, såsom modificerede celluloseholdige materialer, nedbrudt eller forpyrolyseret tobak, og tilsvarende stoffer. Passende materialer omfatter de, der er beskrevet i US-patentskrift nr. 4.347.855, 25 3.931.824, 3.885.574 og4.008.723 og i "Sittig, Tobacco Substitutes, Noyes Data Corpora tion (1976)". Andre egnede brændbare materialer kan benyttes, når blot de brænder længe nok til at simulere forbrændingstiden for en kendt cigaret og frembringer tilstrækkeligt 13 DK 174428 B1 varme til at det aerosoldannende organ frembringer det ønskede aerosolniveau fra det aerosoldannende materiale.

Foretrukne brændstofelementer omfatter normalt forbrændelige cabonmaterialer, såsom de der opnås ved pyrolyse eller carbonisering af celluloseholdige materialer, såsom træ, 5 bomuld, rayon, tobak, kokosnød, papir og tilsvarende stoffer. I de fleste tilfælde er forbrændeligt carbon ønskeligt p.g.a. sin store varmedannende evne og da kun frembringer minimale mængder af ufuldstændige forbrændingsprodukter. Det foretrækkes, at brændstofelementets carbonindhold er cirka 20 til 40 vægt% eller mere.

De især foretrukne brændstofelementer, der er egnede til at udøve den foreliggende opfin-10 delse, er carbonholdige brændstofelementer (dvs. brændstofelementer, der primært omfatter carbon) og som er beskrevet og defineret i kravene af US-patentansøgning nr. 650.604, indleveret den 14. september 1984, og serienr. 769.532, indleveret den 26. august 1985. Carbonholdige brændstofelementer er især fordelagtige, da de frembringer minimale pyrolyse- og ufuldstændige forbrændingsprodukter, frembringer lidt eller ingen synlig side-15 strømsrøg, og minimal aske, og har en stor varmekapacitet. I specielt foretrukne udførelsesformer har den til brugeren leverede aerosol ingen signifikant mutagen aktivitet som målt ved Ames test. Se Ames et al., Mut. Res., 31: 347-364 (1975); Nagas et al., Mut.

Res., 42: 335 (1977).

Brændtilsætningsstoffer og forbrændingsmodificerende stoffer kan også indbefattes i 20 brændstoffet for at tilvejebringe passende forbrændings- og glødekarakteristika. Om ønsket kan fyldstoffer, såsom diatome jordarter og bindemidler, såsom natriumcarboxymet-hylcellulose (SCMC) også indbefattes i brændselet. Aromastoffer, såsom tobaksekstrakter, kan indbefattes i brændstoffet for at give aerosolen en tobaksaroma eller en anden aroma.

Brændstofelementet har en eller flere langsgående gennemstrømningsåbninger. Disse gen-25 nemstrømningsåbninger medvirker til at regulere varmeoverførslen fra brændstofelementet til det aerosoldannende organ, hvilket har betydning både for såvidt angår overføring af DK 174428 B1 14 varme til at frembringe tilstrækkeligt aerosol, og med hensyn til at undgå så megen varme-overføring, at aerosoldanneren nedbrydes. Disse gennemstrømningsåbninger tilvejebringer porøsitet og forøger tillige varmeoverførsel til substratet ved at forøge mængden af varme gasser, der når substratet. De har også en tendens til at forøge forbrændingshastigheden.

5 Generelt tilvejebringer et stort antal gennemstrømningsåbninger, for eksempel cirka 5-9 eller flere, især i forbindelse med et forholdvist stort mellemrum mellem gennemstrøm-ningsåbningeme, som i fig. 1 A, 3A og 4A, en stor konvektionsvarmeoverførsel, hvilket fører til stor aerosollevering. Et stort antal gennemstrømningsåbninger medvirker almindeligvis også til at lette antændingen.

10 Stor konvektionsvarmeoverførsel har en tendens til at frembringe en større CO-mængde i hovedstrømmen. For at reducere CO-niveauet kan man benytte færre gennemstrømningsåbninger eller et brændstofelement med større massefylde, men sådanne ændringer medfører almindeligvis en tendens til, at brændstofelementet er vanskeligere at antænde, og til at nedsætte konvektionsvarmeoverførslen, hvorved aerosolleveringshastigheden og 15 -mængden sænkes. Man har imidlertid opdaget, at når man arrangerer gennemstrømnings-åbningerne med lille indbyrdes afstand som i fig. 3B, således at de kan brænde igennem eller samles til at danne en gennemstrømningsåbning, i det mindste ved antændingsenden, er CO-mængden i forbrændingsprodukterne almindeligvis lavere end ved det samme arrangement men med vidt spredte gennemstrømningsåbninger.

20 Det optimale arrangement, udformning og antal af brændstofelementgennemstrømningsåb-ninger skal levere en støt og stor aerosoltilførsel, muliggøre let antænding og kun frembringe lidt CO. Forskellige kombinationer er blevet undersøgt for gennemstrømningsvej ar-rangement/-udformningog/eller antal i carbonholdige brændstofelementer benyttet i forskellige udførelsesformer for opfindelsens genstand. Generelt har man opdaget, at brænd-25 stofelementer med fra 5 - 9 gennemstrømningsåbninger og anbragt med forholdsvis små mellemrum således, at de brænder sammen til en stor gennemstrømningsåbning, i det mindste ved brændstofelementets antændingsende, synes at være nærmest ved at tilfreds- 15 DK 174428 B1 stille kravene til et foretrukket brændstofelement til brug ved den foreliggende opfindelse, især for de foretrukne carbonholdige brændstofelementer. Det formodes imidlertid, at dette fænomen også forekommer med de forskellige ikke-carbonholdige brændstofelementer, der kunne benyttes ved udøvelse af opfindelsen.

5 Variabler, der påvirker den hastighed, hvormed brændstofelementgennemstrømningsåb-ningeme vil samle eller forene sig ved brænding, omfatter brændstofelementets massefylde og sammensætning, størrelsen, formen og antallet af gennemstrømningsåbninger, afstanden mellem gennemstrømningsåbningeme og disse arrangement. Ved for eksempel en car-bonholdig brændstofkilde på 0,85 g/cm3 og med 7 gennemstrømningsåbninger på cirka 0,5 10 mm, bør gennemstrømningsåbningeme være placeret inden for en kemediameter, dvs.

i diameteren for den mindste cirkel, der omskriver gennemstrømningsåbningemes ydre kant, mellem cirka 1,6 mm og 2,5 mm for at de forenes til en enkelt gennemstrømningsåbning under brænding. Når de 7 gennemstrømningsåbningers diameter imidlertid forøges til cirka 0,6 mm, vokser kemediameteren, ved hvilken de vil forenes under brændingen, til cirka 15 2,1 mm til 3,0 mm.

Et andet foretrukket arrangement for brændstofelementets gennemstrømsåbninger og som kan benyttes ved udførelsesformer for opfindelsens genstand, er den i fig. 4B illustrerede udformning, som er fundet særlig fordelagtig med hensyn til lille CO-levering og antæn-dingslethed. I dette foretrukne arrangement er der ved brændstofelementets antændingsen-20 de tilvejebragt en kort sektion med et antal kanaler, fortrinsvis fra cirka 5 til 9, der forenes i et stort hulrum 97, der forløber fra brændstofelementets mundingsende. Antallet af kanaler ved antændingsenden tilvejebringer et stort overfladeareal, der er udformet for at muliggøre let tænding og tidlig aerosollevering. Hulrummet, der kan have en længde fra 30 - 95%, fortrinsvis mere end 50% af brændstofelementets længde, hjælper med til at sikre 25 en ensartet varmeoverførsel til det aerosoldannende organ og medfører en tendens til, at der kun leveres lidt CO til hovedstrømmen.

DK 174428 B1 16

Det aerosoldannende organ benyttet ved udøvelse af opfindelsen er fysisk adskilt fra brændstofelementet. Ved fysisk adskilt menes, at substratet, beholderen eller kammeret, der indeholder de aerosoldannende materialer, ikke er blandet med eller udgør en del det brændende brændstofelement. Som anført medvirker dette arrangement til at reducere e 1 ler 5 eliminere varmenedbrydning af det aerosoldannende materiale og tilstedeværelsen af sidestrømsrøg. Medens det aerosoldannende organ ikke er en del af brændstoffet, er det fortrinsvis i ledende varmevekslingsforbindelse med brændstofelementet og ligger fortrinsvis an imod eller er nabostillet til brændstofelementet. Det er bedre, om den ledende varmevekslingsforbindelse opnås ved hjælp af en varmeledende del, såsom et metalrør 10 eller -folie, der fortrinsvis er anbragt forskudt i forhold til anbragt med mellemrum fra brændstoffets antændingsende.

Det foretrækkes, at det aerosoldannnende organ omfatter en eller flere termisk stabile materialer, der bærer et eller flere aerosoldannende materialer. Som benyttet her, er et termisk stabilt materiale et, der kan modstå høje temperaturer, for eksempel 400 °C - 600°C, 15 der forekommer tæt ved brændstoffet, uden at dekomponeres eller at brænde. Selv om det ikke foretrækkes, ligger andre aerosoldannende organer såsom mikrokapsler, der kan brydes ved varme, eller faste aerosoldannende substanser inden for den foreliggende opfindelses omfang under forudsætning af, at de kan frigøre tilstrækkelige mange aerosoldannende dampe til på tilfredsstillende måde at ligne tobaksrøg.

20 Termisk stabile materialer, der kan benyttes som et substrat eller en bærer for de aerosoldannende materialer, er velkendte for en fagmand. Egnede substrater børe være porøse og skal kunne tilbageholde et aerosoldannende materiale, når de ikke benyttes, og være i stand til at frigøre en potentiel aerosoldannende damp ved opvarmning ved hjælp af brændstofelementet. Substrater, især partikelformede stoffer, kan anbringes i en beholder, fortrinsvis 25 formet af et ledende materiale.

Som vist i de illustrerede udførelsesformer kan rygevaren ifølge opfindelsen også omfatte en tobakscharge eller -prop, eller et tobaksholdigt materiale nedstrøms for brændstofele- 17 DK 174428 B1 mentet, hvilket kan benyttes til at tilføre aerosolen tobaksaroma. I sådanne tilfælde ledes varme dampe gennem tobakken for at ekstrahere og fordampe tobakkens flygtige kompo-i nenter uden forbrænding eller væsentligpyrolyse. En foretrukken placering for tobakschar- ! gen er om det aerosol dannende organs omkreds, som vist i fig. 4, hvilket forøger 5 varmeo verfør ingen ti 1 tobakken, især i udførelsesformer, der benytter en varmeledende del eller en ledende beholder mellem det aerosoldannende materiale og den perifere tobakskappe. Tobakken i denne udførelsesform virker også som en isolerende del for aerosol generatoren og medvirker til at simulere grebet og aromaen, som for en kendt cigaret.

Den ved udøvelse af den foreliggende opfindelse fortrinsvist benyttede varmeledende del 10 er typisk et/en metal- (fx aluminium)-rør, -strimmel eller -fol ie med varerende tykkelse fra mindre end cirka 0,01 mm til cirka 0,2 mm eller mere. Tykkelsen, formen og/eller typen af det ledende materiale (fx andre metaller eller Grafoil fra Union Carbide) kan vareres til at opnå i realiteten enhver ønsket varmeoverførselsgrad. Almindeligvis skal den varmeo-verførende del være sat tilstrækkeligt langt tilbage for at undgå enhver indblanding med 15 brændstofelementets antænding men tæt nok til antændingsenden til attilvejebringe leden de varmeoverførsel ved de første og de midterste sug.

De isolerende dele, der kan benyttes ved udøvelse af den foreliggende opfindelse, er fortrinsvis formet til en elastisk eftergi velig kappe på fra et til flere lag af et isolerende materiale. På fordelagtig måde er denne kappe mindst cirka 0,5 mm tyk, fortrinsvis mindst 20 1 mm tyk, og især fra cirka 1,5 til cirka 2 mm tyk. Det foretrækkes, at kappen strækker sig hen over mere end halvdelen af brændstofelementets længde. Det er bedre, hvis det strækker sig hen over hele brændstofelementets ydre periferi, og helt hen over eller hen over en part af det aerosoldannende organ.

Isolerende dele, der kan benyttes i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse, 25 omfatter almindeligvis uorganiske eller organiske fibre, såsom de der er fremstillet af glas, aluminiumoxid, siliciumoxid, glasagtige materialer, mineraluld, carboner, silikoner, bor, organiske polymerer, celluloseholdige stoffer og tilsvarende, omfattende blandinger af DK 174428 B1 18 disse materialer. Ikke-fibrøse isolerende materialer, såsom siliciumaerogel, pearlit, glas og tilsvarende formet i måtter, strimler eller andre former kan også benyttes. Foretrukne isolerende dele er elastisk eftergivelige for at medvirke til at simulere grebet som for en kendt cigaret. Foretrukne isolerende materialer bør smelte under brug og bør have en blød-5 gøringstemperatur under cirka 650 - 700 °C. Foretrukne isoleringsmaterialer skal heller ikke kunne brænde under brug. Langsomt brændende carboner og tilsvarende materialer kan imidlertid benyttes. Disse materialer fungerer primært som en isoleringskappe, idet de tilbageholder og styrer en signifikant part af varmen, dannet af det brændende brændstofelement til det aerosoldannende organ. Da den isolerende kappe i begrænset grad bliver 10 varm tæt op ad det brændende brændstofelement, kan det også lede varme hen imod det aerosoldannende organ.

I de fleste udførelsesformer for opfindelsen vil brændstof/acrosoldannelsesorgankombina-tionen være fastgjort til et mundendestykke, såsom et folieforet papir- eller cellulo-seacetat/plastrer illustreret på tegningen, skønt et mundendestykke kan leveres særskilt, 15 for eksempel i form af en cigaretholder. Dette element af varen tilvejebringer de gennemstrømningsåbninger, der kanaliserer de fordampede aerosoldannende materialer ind i brugerens mund. På grund af sin længde, fortrinsvis cirka 35 til 50 mm eller mere, holder den også den varme ildkegle væk fra brugerens mund og fingre, og giver tilstrækkelig tid til at den varme aerosol dannes og køles, før den når brugeren.

20 Hensigtmæssige mundendestykker bør være inaktive med hensyn til de aerosoldannende substanser, kan have et vandfrit- eller væsketæt indre lag, bør medføre minimalt aerosoltab ved kondensering eller filtrering, og bør kunne modstå temperaturen ved grænsefladen med varens andre elementer. Foretrukne mundendestykker omfatter det celluloseacetatrør, der er benyttet i mange af de illustrerede udførelsesformer og som virker som en elastisk 25 eftergivelig ydre del og medvirker til at simulere grebet som for en kendt cigaret i varens mundendepart. Andre hensigtsmæssige mundendestykker vil være indlysende for en fagmand.

19 DK 174428 B1 i i

Brugbare mundendestykker til varer ifølge opfindelsen kan om ønsket omfatte en "fil-ter"spids, der benyttes til at give varen udseende som en kendt filtercigaret. Sådanne filtre omfatter celluloseacetatfiltre og plastfiltre, der er hule eller har skærme, såsom de der fremstilles af polypropylen. Sådanne filtre generer ikke aeroltilførslen i nævneværdig grad.

5 Varen kan helt eller delvis i sin længde være omviklet med cigaretpapir. Foretrukne papirer ved brændstofelementenden bør ikke flamme åbent under brændstofelementets forbrænding. Desuden bør papiret have regulerbare ulmningsegenskaber og bør fremstille en grå cigaretlignende aske.

I de udførelsesformer der benytter en isolerende kappe, hvor papiret brænder væk fra det 10 kappebærende brændstofelement, opnås maksimal varmeoverførsel p. g.a. at luftstrømmen til brændstofkilden er ubegrænset. Man kan imidlertid fremstille papir, der forbliver helt eller delvis intakt, når det udsættes for varmen fra det brændende brændstofelement. Sådanne papirer tilvejebringer en begrænset luftstrøm til det brændende brændstofelement, hvorved de medvirker til at regulere temperaturen, ved hvilken brændstofelementet for-15 brænder, og den deraf følgende varmeoverførsel til det aerosoldannende organ.

For at reducere brændstofelementets forbrændingshastighed og temperatur, og derved opretholde et lavt CO/C02-forhold, kan man benytte et ikke-porøst eller slet ikke porøst papir, behandlet til at være svagt porøst, for eksempel ikke-brændbart micapapir med et antal små huller, som omslagslag. Et sådant papir regulerer varmetilførslen, især i de 20 midterste sug (fx sugene 4 til 6).

For at gøre aerosol leveringen, der ellers ville blive fortyndet ved radial (dvs. udefra kommende) infiltration af atmosfærisk luft gennem varen, så stor som mulig, kan man benytte et ikke-porøst papir fra det aerosoldannende organ til mundenden.

Papirsorter som ovenfor nævnte kendes inden for cigaretpapirområdet, og kombinationer 25 af sådanne papirer kan benyttes til at frembringe forskellige funktionelle virkninger.

DK 174428 B1 20

Foretrukne papirer benyttet i varer ifølge den foreliggende opfindelse omfatter Ecusta 01788 og 646 -propomviklingspapir fremstillet af Ecusta, Pisgah Forest, North Carolina og Kimberley-Clark's K.C 63-5, P 878-5, P 878-16-2 og 780-63-5 papirsorter.

Foretrukne udførelsesformer for opfindelsen kan levere mindst 0,6 mg aerosol målt som 5 vådt totalt partikelformet stof (WTPM) i de første tre sug, når de ryges under FTC-ryge-betingelser. (FTC-rygebetingelser består af to sekunders sug (35 ml totalt rumfang) adskilt ved 58 sekunders ulmning.) Mere foretrukne udførelsesformer for opfindelsens genstand kan levere 1,5 mg eller mere aerosol i de første tre sug. Især foretrækkes udførelsesformer for opfindelsens genstand, der kan levere 3 mg eller mere aerosol i de første tre sug, når 10 de ryges under FTC-rygebetingelser. Foretrukne udførelsesformer for opfindelsens genstand leverer desuden et gennemsnit på mindst cirka 0,5 mg af vådt totalt partikelformet stof per sug i det mindste i løbet af cirka 6 sug, fortrinsvis i mindst cirka 10 sug, under FTC-rygebetingelser.

Claims (12)

1. Brændstofelement til en rygevare, og som omfatter et antal med lille mellemrum an bragte langsgående gennemgående kanaler (16), kendetegnet ved, at kanalerne er 5 anbragt i et arrangement med så små mellemrum, at de under forbrænding falder sammen til en enkelt kanal i det mindste ved brændstofelementets antændingsende.

2. Brændstofelement ifølge krav 1,kendetegnet ved, at brændstofelementet er car-bonholdigt. i 10

3. Brændstofelement ifølge krav 2, kendetegnet ved, at brændstofelementet omfat ter mindst 50 vægt% carbon.

4. Brændstofelement ifølge krav 3,kendetegnet ved, at brændstofelementet omfatter mindst 60 til 70 vægt% carbon.

5. Brændstofelement ifølge krav 4, kendetegnet ved, at brændstofelementet omfat-15 ter mindst 80 vægt% carbon.

6. Brændstofelement ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at brændstofelementet er i det væsentlige fri for organiske flygtige stoffer.

7. Brændstofelement ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at brændstofelementet har en længde på mindre end 30 mm forud for rygning.

8. Brændstofelement ifølge krav 7, kendetegnet ved, at brændstofelementet forud for rygning har en længde på mindre end 20 mm. DK 174428 B1 22

9. Brændstofelement ifølge krav 8, kendetegnet ved, at brændstofelementet forud for rygning har en længde på mindre end 15 mm.

10. Brændstofelement ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at brændstofelementet er ca. 5 mm til 30 mm langt.

11. Brændstofelement ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at antallet af kanaler er ca. 5 til 9 eller mere.

12. Brændstofelement ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at brænd-stofelementet har en diameter mellem ca. 3 mm og 8 mm.

13. Brændstofelement ifølge krav 12, kendetegnet ved, at brændstofelementet har 10 en diameter fra ca. 4 mm til ca. 5 mm.

14. Brændstofelement ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at brændstofelementet har et vægtfyldeområde fra ca. 0,5 g/cm3 til ca. 1,5 g/cm3.

15. Brændstofelement ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at brændstofelementet har en massefylde på mindst ca. 0,7 g/cm3.

16. Brændstofelement ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at brænd stofelementet er en presset eller ekstruderet carbonholdig masse.

17. Rygevare kendetegnet ved, at det omfatter et brændbart brændstofelement (10) ifølge et af de foregående krav og et fysisk adskilt aerosoldannende organ (12), som er placeret, så det modtager varme ffa bræhdstofelementet. DK 174428 B1 . 15 lA-4^· 13, 17 20 ^/14 J le - ^PP g^V\w//kr.>. Y-Zæl· / i—ii. .· : .- ,- t - . - —i· < y===i 10 ΙΑ-i— / ζς

12 RGJ 13 12 „ &A-h^ \ / 2? '4, ,..............- „ 1¾¾ « 72 14 FIG.2^^^ DK 174428 B1 75 72t /73 76 90 8 6 42> _ 16 . /ίΐα .^ο** ϋΐ to «_ΐΌχο ΰ^ζ-' -w. ._ —^ ly~d^/~: > y / y /1 ^?9ΡΓ<3« ^.vo-ay·78_£_(¾¾ 1...../-‘ ......^------- ".igf".. ' =a^ rj-~.;.-n-.w -~- •"vrrrsd 10 12 74 38 80 V82 85 FIG.3 16 10 le (g FIG.3 A FIG.3 B FIG.3C 44 40( AO 89 94 \ φ 42 16 <C!ZZS<=S53?5?=* 4f-96 18 vV: 45 10 ^71 FIG.^ #i 10 6 figg 16^^2 —.^-97 94 r7W^ FIG.'VB FIG.^A