JP2006191879A - Smoking tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タバコ喫煙時の主流煙を改質するための喫煙具に係り、特に、タバコ主流煙中の一酸化炭素(CO)、酸化窒素類(NO、NOx)を効果的に除去し得る喫煙具に関する。 The present invention relates to a smoking device for modifying mainstream smoke when smoking tobacco, and in particular, can effectively remove carbon monoxide (CO) and nitric oxides (NO, NOx) in mainstream smoke. Smoking equipment.
従来、タバコ喫煙時のタバコ主流煙中の一酸化炭素(CO)、一酸化窒素類(NO、NOx)の濃度を下げるため、タバコフィルターに酸化還元触媒を添加することが知られている(特許文献1、特許文献2等)。
Conventionally, it is known to add a redox catalyst to a tobacco filter in order to lower the concentration of carbon monoxide (CO) and nitric oxides (NO, NOx) in the mainstream smoke when smoking tobacco (patent) Document 1,
酸化触媒を使ったシガレット付きフィルターとして、特許文献3にはゼオライトや活性炭等の細粒を基体にして白金を被覆した喫煙用品用フィルターも開示されているが、特許文献4に開示されているように各種金属を多孔質体に被覆して使用する方法が一般的である。このような金属触媒をタバコのフィルターやタバコ刻みに各種手法で添加して、喫煙時に発生した一酸化炭素(CO)、酸化窒素類(NO、NOx)を酸化還元反応により除去しようとしている。 As a cigarette filter using an oxidation catalyst, Patent Document 3 discloses a filter for smoking articles in which fine particles such as zeolite and activated carbon are coated as a base, but is disclosed in Patent Document 4. In addition, a method in which various metals are coated on a porous body is generally used. Such metal catalysts are added to tobacco filters and tobacco cuts by various methods to remove carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO, NOx) generated during smoking by an oxidation-reduction reaction.
ゼオライトや活性炭等の細粒を基体にして触媒を被覆した添加剤を通常のシガレット用フィルターに適用する方法としては、フィルター内部を一部空洞にして添加剤を充填する方法、またはこの添加剤をフィルター繊維にまぶして適用する方法、さらには、接着剤を用いてフィルターの特定位置に固定する方法が知られている。さらに、特許文献5には、フィルター開孔位置を特定してシガレットに付設されたフィルター内の主流煙速度を下げて、触媒の作用効果を上げることが開示されている。
しかしながら、喫煙時の主流煙は喫煙者の口腔に入るまでシガレット用フィルター内部で最も抵抗の低い部分を煙が流れようとするため、その最も抵抗の低い部分に触媒が存在していないと触媒効果が得られにくいこと、さらに通常はフィルターでは主流煙中のタールがろ過されるが、そのタールによって触媒表面が覆われて触媒作用が激減(被毒)することもある。また、触媒活性炭やシリカゲルに被覆してフィルター内のタバコ主流煙と接触しやすい特定の位置(フィルター内部で最も抵抗の低い部分)に固定化する方法では、固定化剤である接着剤によって触媒の有効比表面積が減少する。 However, since the mainstream smoke during smoking attempts to flow through the part with the lowest resistance inside the cigarette filter until it enters the smoker's mouth, the catalytic effect is present if there is no catalyst in the part with the lowest resistance. In general, the tar in the mainstream smoke is filtered by the filter, but the catalytic surface may be drastically reduced (poisoned) by the tar covering the catalyst surface. In addition, in a method where the catalyst is coated with activated carbon or silica gel and is fixed at a specific position (the part with the lowest resistance inside the filter) where it can easily come into contact with the mainstream smoke in the filter, the adhesive is used as the fixing agent. The effective specific surface area is reduced.
したがって、本発明の目的は、触媒にタールが付着しにくい(被毒しにくい)構造であるとともに、主流煙と触媒との有効接触時間が長くなるように工夫がなされた、タバコの喫煙時の主流煙を改質するための喫煙具を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is a structure that prevents tar from adhering to the catalyst (not easily poisoned) and has been devised to increase the effective contact time between the mainstream smoke and the catalyst. It is to provide a smoking device for modifying mainstream smoke.
本発明によれば、タバコの喫煙時の主流煙を改質するための喫煙具であって、両端が開口し、内部にタバコ煙流路を規定する筒状本体を備え、前記タバコ煙流路は、直径0.01mm〜0.65mmの狭窄部を有し、該狭窄部に、煙成分に有効な改質材を配置したことを特徴とするタバコ喫煙具が提供される。 According to the present invention, there is provided a smoking device for modifying mainstream smoke during smoking of a cigarette, comprising a cylindrical main body having both ends open and defining a tobacco smoke flow path therein, the cigarette smoke flow path Has a stenosis part with a diameter of 0.01 mm to 0.65 mm, and a tobacco smoking tool characterized in that a modifier effective for smoke components is disposed in the stenosis part.
本発明に係る喫煙具は、タバコフィルターと一体化した場合においても、またキセルやタバコパイプとして用いた場合でも、喫煙時の主流煙を効果的に改質することができる。本発明に係る喫煙具は、特に、主流煙中の一酸化炭素(CO)、酸化窒素類(NO、NOx)の除去に有効である。 The smoking implement according to the present invention can effectively modify mainstream smoke during smoking, even when integrated with a tobacco filter or when used as a xel or tobacco pipe. The smoking tool according to the present invention is particularly effective for removing carbon monoxide (CO) and nitric oxides (NO, NOx) in mainstream smoke.
本発明者らは上記課題を解決しようとして、煙の流体解析を行った。 The present inventors conducted a fluid analysis of smoke in an attempt to solve the above problem.
タバコの主流煙は、エタバコアロゾルとはいえ、空気とほぼ同じ密度であり、粘性については、煙の状態にもよるが、高い温度では空気と大きな差がない。 The mainstream smoke of cigarettes is almost the same density as air, even though it is an e-cigarette aerosol, and the viscosity is not much different from air at high temperatures, although it depends on the state of the smoke.
流体の流れは、流動機構の差異によって層流域と乱流域に分けられる。流れが乱流か層流かは、レイノルズ数という無次元数によって決まる。レイノルズ数が2300以下ならば、層流、レイノルズ数が3000〜4000以上ならば乱流になるということが経験則で知られている。 The fluid flow is divided into a laminar flow region and a turbulent flow region by the difference in flow mechanism. Whether the flow is turbulent or laminar is determined by a dimensionless number called the Reynolds number. A rule of thumb is that if the Reynolds number is 2300 or less, it is a laminar flow, and if the Reynolds number is 3000 to 4000 or more, it becomes a turbulent flow.
管を流れる気体のレイノルズ数は、以下の式(式1)で求められる。 The Reynolds number of the gas flowing through the tube is obtained by the following formula (Formula 1).
式1: レイノルズ数(Re)=管径(D)×平均速度(u)×気体の密度(ρ)/気体の粘度(μ)。 Formula 1: Reynolds number (Re) = tube diameter (D) × average velocity (u) × gas density (ρ) / gas viscosity (μ).
流量は、17.5mL/秒(タバコのISO法による標準喫煙状態)であり、円管として計算すれば管を流れる気体の流速uは以下の式(式2)で求められる。 The flow rate is 17.5 mL / second (a standard smoking state according to the ISO method of tobacco), and if calculated as a circular tube, the flow velocity u of the gas flowing through the tube can be obtained by the following equation (Equation 2).
式2: u=17.5×10-6×4/π×D2(m/s)
ここで、気体(タバコの主流煙)の粘度(μ)として、1.80(Pa・s・kg/m・s)(常温の空気)を、気体の密度(ρ)として、1.20(kg/m3)を式1に代入し、レイノルズ数(Re)を2300以上とするための管径(D)を求めると、0.65mm以下となる。
Formula 2: u = 17.5 × 10 −6 × 4 / π × D 2 (m / s)
Here, 1.80 (Pa · s · kg / m · s) (air at normal temperature) as the viscosity (μ) of gas (mainstream smoke of cigarettes) and 1.20 ( kg / m 3 ) is substituted into Equation 1, and the tube diameter (D) for setting the Reynolds number (Re) to 2300 or more is determined to be 0.65 mm or less.
ここで、諸条件の変動を考慮して(Re)を3000以上とするには、管径(D)は0.5mm以下とする必要がある。 Here, in order to set (Re) to 3000 or more in consideration of changes in various conditions, the tube diameter (D) needs to be 0.5 mm or less.
乱流状態では、気体は方向に規則性がなくなることから、気体をタバコの主流煙、管の内壁を触媒とすれば、層流状態よりもはるかに主流煙と触媒との有効接触時間が長くなる。 In the turbulent flow state, the gas loses its regularity in direction, so if the gas is the mainstream smoke of tobacco and the inner wall of the tube is the catalyst, the effective contact time between the mainstream smoke and the catalyst is much longer than in the laminar flow state. Become.
ISO法による標準喫煙状態は、測定される17.5mL/秒で喫煙者の口腔に主流煙が入るので、式1で計算すると管径が0.65mm以下であれば、その細管を流れる主流煙は層流にはならない。さらに管径が0.5mm以下ならば、その細管を流れる主流煙はほぼ確実に乱流となる。管径は0.01mm未満ではタール等による目詰まりが起こりやすく、0.1mm以上が好ましい。 In the standard smoking state according to the ISO method, mainstream smoke enters the smoker's mouth at a measured 17.5 mL / second. Therefore, if the tube diameter is 0.65 mm or less calculated by Equation 1, the mainstream smoke flowing through the narrow tube Is not laminar. Further, if the tube diameter is 0.5 mm or less, the mainstream smoke flowing through the thin tube is almost certainly turbulent. If the tube diameter is less than 0.01 mm, clogging with tar or the like is likely to occur, and 0.1 mm or more is preferable.
従って、タバコ煙の入口および出口を有し、内部にタバコ煙流路を規定する筒状本体に、直径0.01mm〜0.65mmの狭窄部を設け、この狭窄部に酸化還元触媒等のタバコ煙成分に有効な改質材を配置して、主流煙を流せば効率のよい主流煙改質構造となる。かかる狭窄部では、基本的にタールの沈着が起きにくいので、その狭窄部に配置された触媒の被毒が起きにくい。 Accordingly, a constricted portion having a diameter of 0.01 mm to 0.65 mm is provided in a cylindrical main body having an inlet and an outlet for tobacco smoke and defining a tobacco smoke flow path therein, and tobacco such as a redox catalyst is provided in the constricted portion. An efficient mainstream smoke reforming structure can be obtained by disposing a modifier effective for the smoke component and flowing mainstream smoke. In such a constricted portion, tar deposition is basically unlikely to occur, so that poisoning of the catalyst disposed in the constricted portion is unlikely to occur.
さらに、主流煙中のタールが触媒に沈着(被毒)して触媒能が低下することを防止するために、喫煙具の触媒の上流域にフィルターを設けると、タールが事前にろ過されて被毒しにくくなる。 Furthermore, in order to prevent the tar in the mainstream smoke from being deposited (poisoned) on the catalyst and reducing its catalytic performance, if a filter is provided in the upstream area of the catalyst of the smoking tool, the tar will be filtered in advance. It becomes difficult to poison.
つまり、流体の流れる管を絞る(狭窄部を設ける)と圧力が増し、それにより流速も増す。本発明では、このオリフィス効果の原理を利用する。すなわち、太い管から細い管を経て流れる気体(タバコ主流煙)の流量を一定(17.5mL/秒)にして気体を流すならば、気体の平均速度(線速度)は、管の断面積に反比例して上昇する(ベルヌーイの定理)。このような高圧状態では、タバコ主流煙中のタール成分は管に付着しにくいことになる。そして該細管(狭窄部)の出口にタールが沈着する。これは該細管(狭窄部)で増加された圧力が該細管(狭窄部)の出口で該タバコ主流煙の圧力が急に下がることによるためであろう。 That is, if the pipe | tube with which a fluid flows is squeezed (providing a constriction part), a pressure will increase and the flow velocity will also increase by it. In the present invention, the principle of the orifice effect is used. That is, if the gas flows with a constant flow rate (17.5 mL / sec) of the gas (cigarette mainstream smoke) flowing from a thick tube through a thin tube, the average velocity (linear velocity) of the gas is equal to the cross-sectional area of the tube. Ascend inversely (Bernoulli's theorem). Under such a high pressure state, the tar component in the mainstream smoke of the tobacco hardly adheres to the pipe. Then, tar deposits at the outlet of the narrow tube (constriction). This is because the pressure increased in the narrow tube (stenosis) is due to the sudden drop in the pressure of the mainstream smoke at the outlet of the narrow tube (stenosis).
実際に口腔に入る前の主流煙をこのような狭窄部を有する構造の喫煙具に通過させるとタールは改質材が配置された該狭窄部内にはほとんど沈着せずに、該狭窄部の出口にタールが沈着する。 When the mainstream smoke before actually entering the oral cavity is passed through a smoking device having such a constricted portion, tar hardly deposits in the constricted portion where the modifier is disposed, and the exit of the constricted portion Tar deposits.
本発明の改質材として触媒を用いる場合は、無機触媒として、CO、NOx、CN等を酸化(分解)・除去でするものとして知られている銅アルミナイド、酸化銅、塩化第一銅、酸化鉄、酸化亜鉛、コバルト・アルミン酸塩、パラジウム化合物、モリブデン酸アンモニウム、白金、硝酸銀、金、ルテニウム、ロジウム、二酸化マンガン、チタン酸系化合物、鉄とジチオール含有リガンド等が使用できる。 When a catalyst is used as the reforming material of the present invention, copper aluminide, copper oxide, cuprous chloride, oxidation, which are known to oxidize (decompose) and remove CO, NOx, CN, etc. as inorganic catalysts. Iron, zinc oxide, cobalt aluminate, palladium compound, ammonium molybdate, platinum, silver nitrate, gold, ruthenium, rhodium, manganese dioxide, titanate compounds, iron and dithiol-containing ligands, and the like can be used.
本発明の改質材として酸化酵素(助剤)を用いる場合はラジカルやCO等を除去ものとして知られている、グルタチオンペルオキシダーゼ、チロシナーゼ、ペルオキシダーゼ、スーパーオキシドジスムターゼ、カタラーゼ、エンザイム・カタラーゼ、グルタチオン、セレニウム、システイン、N−アセチルシステイン、メスナ、アスコルベート、L−グルタチオン、L−セレノメチオニン、L−セレノシステイン、タカラーゼが有効である。 When an oxidase (auxiliary agent) is used as the modifying material of the present invention, glutathione peroxidase, tyrosinase, peroxidase, superoxide dismutase, catalase, enzyme catalase, glutathione, selenium, which are known to remove radicals and CO, etc. Cysteine, N-acetylcysteine, mesna, ascorbate, L-glutathione, L-selenomethionine, L-selenocysteine, and tacalase are effective.
本発明の改質材に酸化剤を用いる場合は、ラジカルやCO、有害な過酸化水素の除去材として知られている過酸化カルシウム、セリウム、過炭酸ナトリウム、過ホウ酸ナトリウム、過炭酸塩、過ホウ酸塩、過硫酸塩、安息香酸が使用できる。 When an oxidizing agent is used in the modifying material of the present invention, calcium peroxide, cerium, sodium percarbonate, sodium perborate, percarbonate, known as a radical and CO, harmful hydrogen peroxide removing material, Perborate, persulfate and benzoic acid can be used.
また酸化防止剤としてラジカルやCO等を除去するものとして知られているメルカプタン類、チオエーテル、BHT、BHA、エルソルビン酸塩、アスコルビン酸、トコフェロール、ビタミンE(d−アルファ・トコフェリル酸コハク酸エステル)、ポリフェノール類、エビガロカテキンガレード、リグニン、プロアントシアニジン類、プロポリス(フラボノイドとして)、ポリフェノール類没食子、油酸化防止剤、L−アスコルビン酸ステアリン酸エステル等を用いてもよい。 Further, mercaptans known as antioxidants for removing radicals and CO, thioether, BHT, BHA, ersorbate, ascorbic acid, tocopherol, vitamin E (d-alpha tocopheryl succinate), Polyphenols, shrimp catechin garade, lignin, proanthocyanidins, propolis (as flavonoids), polyphenols gallic, oil antioxidants, L-ascorbic acid stearate and the like may be used.
本発明の喫煙具はマウスピースであるタバコパイプやキセルのような形態でもよいし、フィルター付きシガレットのフィルターと一体化させてもよい。 The smoking device of the present invention may be in the form of a tobacco pipe or a xel, which is a mouthpiece, or may be integrated with a filter of a cigarette with a filter.
タバコ煙流路の狭窄部に配置されたタバコ煙成分の改質に有効な改質材は、酸化還元触媒が望ましいが、この改質材の上流域(タバコ燃焼部方向)にフィルターを設けると、上にも述べたように、触媒の被毒等が減少して好ましい。 A redox catalyst is desirable as an effective modifier for reforming the tobacco smoke component disposed in the constricted portion of the tobacco smoke flow path, but if a filter is provided in the upstream region (in the direction of the tobacco combustion portion) of this modifier. As described above, the poisoning of the catalyst is preferably reduced.
煙改質材が配置されたタバコ煙流路の狭窄部を流れるタバコ煙流のレイノルズ数は2300以上が好ましく、3000以上がより好ましい。 The Reynolds number of the tobacco smoke stream flowing through the constricted portion of the tobacco smoke channel in which the smoke modifying material is disposed is preferably 2300 or more, and more preferably 3000 or more.
タバコ煙流路の狭窄部は、板状体に設けられた直径0.01mm〜0.65mmの貫通孔(オリフィス板)、ノズル、ベンチュリー管、スパイラル管で構成することができる。 The narrow portion of the tobacco smoke channel can be constituted by a through hole (orifice plate) having a diameter of 0.01 mm to 0.65 mm, a nozzle, a venturi tube, and a spiral tube provided in the plate-like body.
以下、図面を参照して、本発明の喫煙具をより具体的に説明する。全図にわたり、同様または類似の要素には、同じ符号が付されている。 Hereinafter, the smoking device of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings. Throughout the drawings, similar or similar elements are given the same reference numerals.
図1は、本発明の一態様に係る喫煙具を示す。この喫煙具は、喫煙パイプ10として構成されている。図1(A)に示すように、喫煙パイプ10は、両端が開口する円筒体12を備え、第1の開口部121からシガレット(図示せず)の端部が挿入される。円筒体12は、タバコ煙の下流端部は、吸口部122を構成するように漸次縮径している。円筒体12の内部には、それぞれ中心から離間した位置に貫通孔131を有する複数(図1(A)では、4つ)の円板体13が円筒体内に規定されるタバコ煙流路を横断するように互いに離間して設けられている。円板体13の平面を示す図1(B)をも参照すると、貫通孔131は、本発明に従い、0.01mm〜0.65mmの直径を有し、タバコ煙流路内に狭窄部を構成し、その内壁に煙成分に有効な改質材(図示せず)が配置されている。複数の円板13は、透孔131が順次上部、下部に位置するように配置されている。
FIG. 1 shows a smoking tool according to one embodiment of the present invention. This smoking tool is configured as a
図2は、本発明の別の態様に係る喫煙パイプ20を示す。図2(A)に示すように、この喫煙パイプ20では、円筒体12の内部を横断するように2種類の円板体21および22が交互に離間して設けられている。円板体21は、その平面を示す図2(B)に示すように、円板211の中央部に貫通孔を有し、この貫通孔にメッシュ212が形成されている。メッシュの直径(貫通孔の内径)は、この部分で狭窄部を構成するように、0.01mm〜0.65mmであり、メッシュ212に煙成分に有効な改質材(図示せず)が配置されている。円板体22は、その平面を示す図2(C)に示すように、中央部にタバコ煙の流通を阻止する小円板22が設けられたメッシュ体221からなる。タバコ煙は、メッシュ体211を通過する。
FIG. 2 shows a
図3は、本発明のさらに他の態様に係る喫煙パイプ30を示す。この喫煙パイプ30は、円筒体12の内部に螺旋溝311を設けた円柱体31が設けられている。円柱体31の外周は、円筒体の内壁に当接している。螺旋溝311と円筒体12の内壁により、タバコ煙の狭窄流路が規定され、この狭窄流路の断面の円相当径は、0.01mm〜0.65mmである。
FIG. 3 shows a
なお、図3の構成の喫煙パイプにおいて、円筒体12の内壁に螺旋溝311と同様の螺旋溝を設け、溝のない円柱体を円筒体12内に配置することによっても同様の狭窄流路を構成することができる。
In the smoking pipe having the configuration shown in FIG. 3, the same narrow channel can be formed by providing a spiral groove similar to the spiral groove 311 on the inner wall of the
図4および図5は、複雑な迷路状のタバコ煙流路を示す。各図中、タバコ煙の流れを矢印で示す。 4 and 5 show a complex labyrinth tobacco smoke flow path. In each figure, the flow of tobacco smoke is indicated by arrows.
なお、上にも述べたように、図を参照して説明した喫煙パイプは、最上流側の狭窄部の上流がわにタバコ煙フィルターを設けることができる。また、図を参照して説明した喫煙パイプと同様の構成をタバコフィルタとして構成することもできる。 As described above, the smoking pipe described with reference to the drawings can be provided with a cigarette smoke filter upstream of the narrowest portion on the most upstream side. Moreover, the structure similar to the smoking pipe demonstrated with reference to a figure can also be comprised as a tobacco filter.
12…円筒体
13,21,22…円板体
131…狭窄部を構成する貫通孔
212…メッシュ
221…メッシュ体
222…小円板
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