PT91241B - Fonte de calor de carbono e processo para a sua fabricacao - Google Patents

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Charles R Hayward
John Robert Hearn
Harry V Lanzillotti
William Anton Nystrom
Leo C Lanzel
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Description

Descrição referente à patente de invenção de PHILIP MORRIS PRODUCTS INC., norte-americana, industrial e comercial, com sede em 3601 Commerce Road, Richmond, Virginia 23234, Estados Unidos da América, (inventores: William Anton NYSTROM, Leo C. Lanzel, Harry Vincent lanzillotti, Charles R. HAYWARD, A. Clifton LILLY, Jr. e John Robert HEARN, residentes nos E.U.A.), para FONTE DE CALOR DE CARBONO E PROCESSO PARA A SUA FABRICAÇÃO
DESCRIÇÃO
FUNDAMENTO DA INVENÇftb
A presente invenção refere-se a uma fonte de calor usada em produtos para fumar que produzem fumo de corrente lateral substancialmente invisível. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a uma fonte de calor contendo carbono para um produto para fumar que proporciona calor suficiente para libertar um aerossol aromatizado a partir de um leito de aromatizante, para inalaçao pelo fumador.
Tendo havido um certo número de tentativas para proporcionar uma fonte de calor para um tal produto para fumar. Mas estas tentativas nao têm sido inteiramente satisfatórias.
Por exemplo, a patente US 2 9P7 686, de Siegel, descreve uma barra de carvao vegetal, com um teor de cinzas entre 10Z e 20Z e uma porosidade de cerca de 50Z a 60Z. A barra de carvao vegetal é revestida com uma solução de açúcar concentrada de modo a formar uma camada impermeável durante a combustão. Pensou-se que esta camada conteria os gases formados durante o acto de fumar e concentraria o calor assim produzido. 0 carvao vegetal pode ser ou nao activado.
Apatente US 3 943 941 de Boyd descreve um substituto do tabaco que consiste numa substância combustível e pelo menos uma substância volátil que impregna o combustível. 0 combustível consiste essencialmente em fibras combustíveis, flexíveis e autocoerentes, faltas de material de carvao contendo pelo menos 80%, em peso, de carvao. 0 carbono é um produto da pirólise controlada de uma fibra à base de celulose contendo apenas carbono, hidrogénio e oxigénio, e que sofreu uma pedra de peso de pelo menos 60% durante a pirólise.
A patente US 4 340 072, de Bolt et al, descreve uma barra anular de combustível extrudida ou moldada, de tabaco, de um substituto do tabaco, de uma mistura de um substituto de tabaco e carbono, outros materiais combustíveis, tais como polpa de madeira, palha e celulose ou uma mistura de SCMC e carbono. A parede da barra de combustível é substancialmente impermeável ao ar.
A patente US 4 714 082, de Banerbee et al descreve um elemento combustível curto com uma densidade β
maior que 0,5 g/cm . 0 elemento combustível descrito na patente de Banerjee tem um certo número de passagens longitudinais numa tentativa de maximizar a transferância de calor para o gerador de aerossol.
A patente europeia 0 117 355, de Hearn et al descreve uma fonte de calor com carbono e um processo para a fabricaçao de uma fonte de calor com carbono para um produto para fumar. A fonte de calor com carbono é formada a partir de tabaco pirolisado ou de outro material com carbono e tem a forma de um tubo. 0 processo para a fabricação da fonte de calor com carbono compreende três fases: uma fase de pirólise, uma fase de arrefecimento controlado e/ou uma fase de absorpçao de oxigénio, uma fase de desabsorpçao de água ou uma fase de impregnação de sal e a subsequente fase de tratamento térmico.
pedido de patente europeu 0 236 992 de Farrier et al, descreve um elemento combustível de carbono e um processo para a produção do elemento combustível de carbono. 0 elemento combustível de carbo descrito contém pó de carbono, um aglutinante e outros ingredientes adicionais,
conforme for desejado e tem formadas uma ou mais passagens que se entendem longitudinalmente. 0 elemento combustível de carbono é produzido por pirólise de um material de partida com carbono, numa atmosfera nao oxidante, o arrefecimento do materil pirolisado numa atmosfera nao oxidante, a trituração do material pirolisado, a adiçao de um aglutinante ao material triturado para formar o elemento combustível e a pirólise do elmento combustível formado, numa atmosfera nao oxidante. Pode efectuar-se uma fase de aquecimento do material moldo depois da trituração. 0 pedido de patente europeu 0 245 732 de White et al descreve um elemento combustível com velocidade de combustão dupla, que utiliza um segmento de combustão rápida e um segmento de combustão lenta.
Todas estas fontes sao deficientes porque proporcionam uma transferência pouco satisfatória do calor para o leito aromatizante, donde resulta um prodnto para fumar pouco satisfatório, isto é, um produto que falha na simulação do aroma, da sensaçao e do número de fumadas de um cigarro convencional.
Seria desejável proporcionar uma fonte de calor com carbono que maximize a transferência de calor para o leito do aromatizante.
Seria também desejável proporcionar uma fonte de calor que sofra a combustão substancialmente completa, deixando um mínimo de resíduo de cinza.
Seria além disso desejável proporcionar uma fonte de calor que se inflame nas condiçoes normais de acendimento de um cigarro convencional.
Sumario da invenção fi um objecto da presente invenção proporcionar uma fonte de calor com carbono que maximize a transferência do calor para o leito do aromatizante.
fi também um objecto da presente invenção proporcionar uma fonte de calor que sofra a combustão substan— cialmente completa, deixando o mínimo resíduo de cinza.
Ainda outro objecto da presente invenção : consiste em proporcionar uma fonte de calor que se inflame j ι
nas condiçoes normais de acendimento de um cigarro convencional.
Segundo a presente invenção, proporciona-se uma fonte de calor com carbono para um produto para fumar. A fonte de calor é formada a partir de carvao vegetal e é atravessada por uma ou mais passagens longitudinais. Cada uma das passagens longitudinais para o fluxo do ar tem a forma de uma estrela de várias pontas. Quando se inflama a fonte de calor e se aspira ar através do produto para fumar, o ar é aquecido e passa através das passagens longitudinais de fluxo do ar. 0 ar aquecido flui através de um leito de aromatizante, libertando um aerossol aromatizado para ser inalado j
I pelo fumador.
A fonte de calor tem um volume de espaços vazios maior que cerca de 50Z com dimensões médias dos [ poros de cerca de 1 a 2 micrómetros, medidas com um porosímetro de mercúrio. A fonte de calor tem uma densidade entre cerca de 0,2 g/cin e cerca de 1,5 g/cin . À érea da superfície BET das partículas de carvão vegetal usado na fonte de calor está entre cerca de 50 m /g e cerca de 2 000 m /g. Alem disso, podem adicionar-se catalisadores e oxidantes ao carvão vegetal para promover a combustão completa e proporcionar outras carac- ! terlsticas de combustão desejadas. í
Proporciona-se também um processo para a fabricação da fonte de calor segundo a presente invenção.
processo compreende três fases básicas: misturaçao do carvão vegetal com as dimensões desejadas com aditivos apropriados, moldação ou extrusão da mistura, para obter uma forma desejada e cozedura do material extrudido ou moldado. Depois da cozedura, pode ainda maquinar-se o material extrudido ou moldado para obter as tolerâncias finais.
Breve descrição dos desenhos
Os objectos e vantagens anteriores, e outros, da presente invenção serão evidenciados na descrição de pormenor seguinte, feita em conjunção com os desenhos anexos' nos quais os mesmos caracteres de referência indicam sempre as mesmas partes, e cujas figuras representam:
A fig. 1, uma vista em corte longitudinal de um produto para fumar no qual pode utilizar-se a fonte de calor segundo a presente invenção; e
A fig. 2, uma vista de topo de uma forma de realizaçao da fonte de calor.
Descrição pormenorizada da invenção produto para fumar (10) é constituido por um elemento activo (11), um tubo da câmara de expansao (12) e um elemento (13) do lado da boca, envolvidos por papel de cigarros (14). 0 elemento ectivo (11) inclui uma fonte de calor com carbono (20) e um leito de aromatlzante (21) que liberta vapores aromatizados quanto contactado por gases quentes que fluem através da fonte de calor (20). Os vapores passam para o tubo da câmara de expansao (12) formando um aerossol que passa para o elemento do lado da boca (13) e daqui para a boca do fumador.
A fonte de calor (20) deve obedecer a um certo número de requisitos para que o produto para fumar (10) tenha um comportamento satisfatório. Ele deve ser suficientemente pequeno para se ajustar ao interior do produto para fumar (10) e no entanto arder a uma temperatura suficientemente elevada para garantir que os gases que passam através do mesmo sejam suficientemente aquecidos para libertar aroma de tabaco suficiente do leito de aromatlzante (21) para proporcionar a aroma de um cigarro convencional para o fumador. A fonte de calor (20) deve também ser capaz de arder com uma quantidade limitada de ar até que o carbono da fonte de calor (20) se consuma. Idealmente, a fonte de calor (20) deixa um mínimo de cinza depois da combustão. Também deve produzir significativamente mais dióxido de carbono que monóxido de carbono pela combustão. A fonte de calor (20) deve ter um baixo grau de condutividade térmica. Se for retirado por condução demasiado calor da zona de combustão para outras partes da fonte de calor (20), interrompe-se a combustão nesse ponto quando a temperatura descer abaixo da temperatura de extinção da fonte de calor (20). Finalmente, a fonte de calor (20) deve inflamarse nas condiçoes normais de acendimento de um cigarro convencional .
Como atras se descreveu, a fonte de calor (20) deve deixar o mínimo resíduo de cinza depois da combustão. A cinza residual tende a formar uma barreira para o movimento do oxigénio para o interior do carbono nao queimado da fonte de calor (20). Esta cinza residual pode ainda ser empurrada para o leito de aromatizante (21) e cair para fora do produto para fumar (10). Assim, é desejável minimizar a quantidade de cinza que fica depois da combustão.
£ possível eliminar do carvão vegetal as eubstâncias inorgânicas com ácido. Porém, este procedimento significaria um aumento do custo da fonte de calor (20).
A fonte de calor (20) pode ser formada a partir de carvao de madeira rígida ou de carvao de madeira branda. Tipicamente um carvão de madeira branda ou um carvão de madeira rija fornece uma fonte de calor que compreende cerca de 892 de carbono, cerca de 12 de hidrogénio, cerca de 32 de oxigénio e cerca de 72 de substâncias inorgânicas produtoras de cinzas, em peso. Ê desejável maximizar a quantidade de carbono puro por grama da fonte de calor (20) para proporcionar suficiente combustível.
carvao vegetal pode ser obtido a partir de vários precursores fornecedores de carbono, tais como a madeira, a cortiça, as cascas de amendoins, tabaco, casca de arroz ou qualquer material de celulose ou derivado de celulose com elevada percentagem de carbono. Estes precursores fornecedores de carbono sao carbonizados usando um processo de semi-oxidaçao semelhante ao usado para a fabricação do carvao vegetal de madeira ou o processo das cinzas volantes de cortiça, como se descreve na patente US 3 152 985.
De preferência, utiliza-se um carvão de madeira branda para produzir a fonte de calor (20). 0 carvão de madeira branda nao é tao denso como o carvao de madeira rijá, o que faz que o carvao de madeira branda arda melhor.
carvao vegetal pode ser activado ou nao activado. Em geral, a activação do carvão vegetal aumenta a área da superfície efectiva do carvão vegetal. 0 aumento da area da superfície efectiva e importante porque isso permite
que esteja presente mais oxigénio no ponto de combustão, aumentando assim a facilidade de acendimento e da combustão e proporcionando o mínimo de resíduos.
para evitar Além disso,
Como atras se descreveu, e desejável impedir que se perca demasiado calor da fonte de calor (20) a extinção da combustão da fonte de calor (20). J _ I a minimizaçao da perda de calor ajuda a manter a fonte de calor (20) próximo da temperatura de combustão entre as fumadas pelo fumador que fuma o produto (10). Isso minimiza o tempo necessário para elevar a temperatura da fonte de calor (20) até à sua temperatura de combustão durante uma fumada. Por sua vez isso assegura que passam suficientes gases quentes através do leito de aromatizante (21) durante a fumada pelo fumador do produto para fumar (10), maximizando assim o aroma de tabaco libertado do leito de aromatizante (21).
I
A área da superfície geométrica exterior ! da fonte de calor (20) deve ser minimizada para minimizar j a perda de calor por irradiaçao. De preferência, a minimizaçao j da área da superfície geométrica exterior da fonte de calor ι (20) é conseguida formando a fonte de calor (20) com a configuração cilíndrica. A perda de calor por condução para o invólucro que envolve o produto para fumar (10) pode ser minimizada garantindo que se proporciona um espaço de ar anular em torno da fonte de calor (20). De preferência, a fonte de calor (20) tem um diâmetro de cerca de 4,6 mm e um comprimento de cerca de 10 mm. 0 diâmetro de 4,6 mm permite um espaço de ar anular em torno da fonte de calor (20) sem fazer com que o diâmetro do produto para fumar (10) seja maior que o diâmetro de um cigarro convencional.
Mas a fonte de calor (20) deve transferir a maior quantidade possível de calor para o leito de aromatizante (21). Um meio para conseguir esta transferência de calor consiste em ter uma ou mais passagens de fluxo do ar (22) através da fonte de calor (20). Às passagens longitudinais parao fluxo do ar (22) devem ter uma área da superfície geométrica grande para melhorar a transferência do calor para o ar que flui através da fonte de calor (20). Maximizando a
área da superfície geométrica das passagens longitudinais (22) para o fluxo do ar, maximiza-se a transferência de calor para o leito de aromatizante (21). A forma e o número das passagens longitudinais (22) para o fluxo de ar devem ser escolhidas de modo tal que a área de superfície geométrica interna da fonte de calor (20) seja igual ou maior que a área da superfície geométrica exterior da fonte de calor (20). De preferência, a maximização da transferência de calor parao leito de aromatizante (21) é conseguida formando cada uma das passagens longitudinais (22) para o fluxo do ar com a forma de uma estrela de várias pontas. Ainda mais preferivelmente, cada uma das estrelas de várias pontas deve ter pontas compridas e estreitas e uma circunferência interior pequena definida pelos bordos interiores da estrela (fig. 2). Além disso, a maximizaçao da área da superfície geométrica interna da fonte de calor (20) pelo uso de uma ou mais passagens longitudinais (22) com várias pontas, em forma de estrela, tem como consequência uma maior área da fonte de calor (20) disponível para a combustão. Esta maior área de combustão tem como consequência um maior volume de carbono envolvido na combustão e portanto uma fonte de calor mais quente.
Como atrás se descreveu, a fonte de calor (20) deve também possuir a menor condutividade térmica possível. A condutividade térmica a fonte de calor (20) deve arder ar que assa através da mesma mas nao conduzir calor para o leito de aromatizante (21). Se a fonte de calor transmitir calor por condução, a tempo requerido para promover a combustão aumentará. Isso é indesejável porque o produto para fumar (10) demoraria mais a acender-se. Também, como atrás se descreveu, o calor tem de ser mantido na zona de combustão da fonte de calor (20). De preferência utiliza-se um carvão vegetal com uma condutividade térmica relativamente baixa para evitar que a estrutura de montagem (24) usada para posicionar a fonte de calor (20) no produto para fumar (10) absorva o calor elevado gerado durante a combustão da fonte de calor (20). A estrutura de montagem (24) deve retardar o instante em que o oxigénio atinge a parte traseira da fonte de calor (20), ajudando desse modo a extinguir a fonte de calor (20) depois de ter baixa e desejável porque e transferir calor para o sido consumido o leito aromatizado (21). Isso igualmente impede que a fonte de calor se apague.
As dimensões das partículas do carvao vegetal em bruto é uma outra consideração importante para a fonte de calor (20). 0 carvao vegetal deve estar sob a forma de pequenas partículas. Estas pequenas partículas proporcionam uma maior área de superfí cie do carvao na fonte de calor (20) disponível para a combustão e tem como resultado uma fonte de calor que é mais reactiva. As dimensões das partículas podem ir até cerca de 700 micrómetros. De preferência, estas partículas de carvao vegetal têm dimensões médias de cerca de 5 a cerca de 30 micrómetros. Podem usar-se vários tipos de trituradoras para triturar o carvão vegetal até obter as dimensões desejadas. Usa-se de preferência um moinho de jacto.
A érea da superfície BET das partículas de carvao vegetal deve estar entre cerca de 50 e cerca de 2 000 m /g. De preferência a área da superfície BET daa partículas de carbono deve estar entre cerca de 200 e cerca de 600 m /g. Quando maior for a area mais reactivo o carvao vegetal se torna, devido à maior disponibilidade da superfície de carvão para reagir com o oxigénio para a combustão. Isto é desejável porque fornece uma fonte de calor que arde com temperatura mais elevada e com menos resíduos.
Concomitante com a necessidade de partículas de carvao vegetal pequenas é a necessidade de suficiente oxigénio, isto é, de ar, para promover a combustão do combustível. Oxigénio suficiente é proporcionado garantindo que a fonte de calor (20) tem um volume de espaços vazios grande. De preferência o volume de espaços vazios da fonte de calor (20) é de cerca de 50 a cerca de 60%. Igualmente as dimensões dos poros, isto é, o espaço entre as partículas de carvão vegetal, de preferência é de cerca de 1 a cerca de 2 micrómetros, medido com um porosímetro de mercúrio.
£ necessária uma certa quantidade mínima de carbono para o produto para fumar (10) proporcionar um mesmo tempo estático de combustão e o mesmo número de fumadas para o fumador que um cigarro convencional. Tipicamente,
quantidade queimada da fonte de calor (20) é cerca de 65 mg de um cilindro de carbono com 10 mm de comprimento e 4,65 mm de diâmetro.
Pode ser necessária uma maior quantidade tendo em conta o volume da fonte de calor (20) envolvido por e em frente da estrutura de montagem (24) que nao é queimada.. Como atrás se discutiu, essa porção da fonte de calor (20) ençvolvida por e em frente da estrutura de montagem (24) nao arderá por carência de oxigência. Além da quantidade de carbono, a velocidade de transferência de calor, isto ê, a quantidade de calor por unidade de peso de carbono transferida para a passagem de ar através da fonte de calor (20) afecta a quantidade de calor disponível para o leito de aromatizante (21). A taxa de transferência de calor depende do desenho da fonte de calor (20). Como anteriormente se descreveu, as características ópitimas de transferência sao conseguidas quando a área da superfície geométrica das passagens longitudinais do fluxo de ar (22) é pelo menos igual e de preferência maior que a área da superfície geométrica da fonte de calor (20). Isso pode conseguir-se utilizando uma ou mais passagens longitudinais para o fluxo de ar (22), cada uma delas com a forma de uma estrela de várias pontas, com as pontas estreitas e compridas e uma pequena circunferência interior definida pelos bordos interiores da estrela.
A fonte de calor (20) deve ter uma 3 densidade de cerca de 0,2 a cerca de 1,5 g/cm . De preferência a densidade deve ser de 0,5 a 0,8 g/cm . A densidade óptima maximiza quer a quantidade de carbono, quer a disponibilidade de oxigénio no ponto de combustão. Teoricamente, a densidade pode ser tao alta como 2,25 g/cm , que é densidade do carbono puro na sua forma cristalina grafítica. Porém, se a densidade se tornar demasiadamente elevada, tornar-se-â pequeno o volume dos espaços vazios da fonte de calor (20). Um volume pequeno dos espaços vazios significa que há menos oxigénio disponível no ponto de combustão. Daí resulta uma fonte de calor de combus tao difícil. No entanto, se se adicionar um catalisador à fonte de calor (20), é possível usar uma fonte de calor (20) densa, isto é, uma fonte de calor com pequeno volume dos
fonte de calor (20) quer para baixar a temperatura de inflamaçao da fonte de calor (20), quer para de outro modo auxiliar a combustão da fonte de calor (20). Este auxílio pode tomar a forma de promoção da combustão da fonte de calor (20) a uma temperatura mais baixa ou com menores concentrações de oxigénio, ou ambas as coisas.
Podem usar-se como catalisadores fontes de ioes metálicos, tais como ioes de potássio ou ioes de ferro. Estes ioes de potássio ou iões de ferro promovem a combustão da fonte de calor (20) a uma temperatura mais baixa ou com menores concentrações de oxigénio disponível para a fonte de calor do que se verificariam na fonte de calor (20) sem o catalisador. Podem utilizar-se o carbonato de potássio, o citrato de potássio, o óxido de ferro, o oxalato de ferro, o oxalato de cálcio, o citrato férrico ou o acetato ferroso. Outros catalisadores potenciais incluem compostos de molibdénio de alumínio, de cálcio e de magnésio. Para garantir a distribuição uniforme destes aditivos por toda a fonte de calor (20), estes aditivos são de preferência solúveis na água.
óxido de ferro, o oxalato de ferro ou o oxalato de cálcio podem proporcionar o benefício adicional de fornecer mais oxigénio à fonte de calor (20). Este oxigénio adicionado pode ajudar a combustão da fonte de calor (20). Outros oxidantes conhecidos podem também ser adicionais ã fonte de calor (20) para promover uma combustão mais completa da fonte de calor (20).
Como atrás se descreveu, a fonte de calor (20) deve ter uma quantidade mínima de substâncias inorgânicas formadoras de cinzas. Porém, o carvão vegetal tem um teor de substâncias inorgânicas formadoras de cinzas de cerca de 5% e a adição dos catalisadores metálicos aumenta o teor de substâncias inorgânicas formadoras de cinzas para cerca de 6% a cerca de 8%.
Um teor de substâncias inorgânicas formadoras de cinzas ate cerca de 18% é aceitável mas prefere—
-se um teor de substâncias inorgânicas formadoras de cinzas
I de cerca de 8%.
A fonte de calor (20) pode ser fabricada de acordo com o processo seguinte. Primeiramente deve moerse o carvao vegetal até às dimensões desejadas. Como atrás j se descreveu, as dimensões das partículas podem ir até cerca de 700 micrómetros. De preferência as partículas sao moidas até uma dimensão média das partículas de cerca de 5 micrómetros a cerca de 30 micrómetros.
aglutinante usado para ligar as partículas de carvao vegetal entre si é de preferência um sistema aglutinante em duas partes, usando matérias primas relativamente puras. 0 primeiro ligante é uma farinha, tal como farinha · de trigo, cevada, milho, aveia, centeio, arroz, sorgo, mais oou soja. Sao preferidas as farinhae desta lista com elevadas percentagens (12% - 16%) de proteínas ou elevadas percentagens (12-16 %) de glúten.
A mais desejável é a farinha de trigo i
com elevado teor de proteínas. Sao desejaáveis os mais elevados j teores de proteínas nas farinhas porque elas aumentam as características aglutinantes da farinha, aumentando assim a resistência da fonte de calor com carbono pronta. 0 segundo aglutinante e um monossacarido ou um dissacarido, de preferência i sucrose (açúcar de mesa). 0 uso da sucrose reduz a quantidade de farinha necessária. Ajuda também a extrusao da mistura. Ambos estes aglutinantes formam, por carbonizaçao, um material com carbono relativamente reactivo. É também possível produzir uma fonte de calor com carbono com um sistema com um só aglutinante de farinha ou outros aglutinantes conhecidos.
Como atrás se descreveu, podem usarse varias concentrações dos aglutinantes , mas é desejável minimizar a concentração do aglutinante para reduzir a condutividade térmica e melhorar as características de combustão da fonte de calor (20). Os aglutinantes usados sao carbonizados e deixam ficar um esqueleto de carbono suficiente para ligar entre si as partículas de carbono. 0 processo de carbonização minimiza a probabilidade de se formarem produtos complexos a partir dos aglutinantes não carbonizados durante a combustão
da fonte de calor (20). Depois de o carvao vegetal ser moido até às dimensões desejadas, ele é misturado com a farinha, o açúcar, um ou mais aditivos de combustão e água e misturados durante um intervalo de tempo determinado. Na forma de realizaçao preferida, utilizam-se cerca de 42, em peso, a cerca de 452, em peso, mais preferivelmente, cerca de 72, em peso a cerca de 30 2, em peso de uma farinha de trigo de elevado teor de proteínas. Na forma de realização preferida usam-se cerca de 12, em peso a cerca de 252, em peso, mais preferivelmente cerca de 52 , em peso, a cerca de 142, em peso,de açúcar. Na forma de realizaçao preferida, usam-se cerca de 202, em peso, a cerca de 952, em peso, mais preferentemente cerca de 502, em peso a cerca de 852, em peso, de carvão vegetal. Na forma de realizaçao preferida, usam-se até cerca de 82, em peso, mais preferentemente cerca de 2,72, em peso, a cerca de 62, em peso, de citrato de potássio. De preferência juntase à mistura óxido de ferro, na forma de realizaçao preferida, usam-se até cerca de 22, em peso, mais preferentemente cerca de 0,32, em peso a cerca de 12, em peso, de óxido de ferro. Adiciona-se água numa quantidade suficiente para formar uma pasta susceptível de ser extrudida a partir da mistura.
intervalo de tempo para a mistura pode ser determinado por uma experiência de rotina. A mistura deve assegurar a distribuição total das várias substâncias. De preferência, se se pretender misturar um grande volume numa formada, a mistura deve fazer-se durante cerca de 15 m a cerca de 1 hora. Se se pretender misturar um pequeno volume num processo contínuo, por exemplo num misturador-extrusor contínuo, apenas é necessária uma mistura durante alguns segundos.
A mistura é depois moldada ou extrudida com a forma desejada. A extrusao é preferível porque este processo é menos dispendioso que a moldaçao. Se se pretender obter a fonte de calor (20) por extrusao, pode adicionar-se um meio auxiliar da extrusao, por exemplo qualquer óleo vegetal tal como óleo de milho, à mistura, cerca de cinco minutos antes de terminar o período de tempo ajustado. 0 óleo lubrifica a mistura, facilitando a extrusao.
cerca de 2% a 6%. 0 material seco
Podem usar-se dispositivos de extrusao de vários fabricantes.
Prefere-se uma máquina de extrusao com câmara de pasta ou misturador contínuo, tal como um aparelho de extrusao com parafusos geminados de BaKeo-PerKins. A densidade da mistura 3 extrudida deve ser de 0,75 a 1,75 g/cm .
Depois de a mistura ter sido moldada ou extrudida, ela pode ser seca até um teor de humidade entre cerca de 11%, de preferência de 4% a cerca de extrudido ou moldado, é depois cozido numa atmosfera inerte a uma temperatura suficiente para carbonizar os aglutinantes fonte de calor (20). 0 e eliminar as substâncias voláteis da carvao vegetal pode também ser cozido antes de ser misturado com o aglutinante e o catalisador para eliminar as substâncias inorgânicas residuais. Tipicamente, o material extrudido ou moldado deve ser cozido a uma temperatura de cerca de 260°C a cerca de 165OPC (500 a 3 000°F). De preferência, o material extrudido ou moldado é cozido a uma temperatura de cerca de 750°C a cerca de 980°C (1 400 a 1800 °F). a temperatura de cozedura tem de ser suficientemente elevada para libertar os elementos voláteis do material extrudido ou moldado. No entanto, quando aumenta a temperatura de cozedura, aumenta a condutividade térmica. Como atrás foi discutido, o aumento da condutividade térmica da fonte de calor (20) é uma característica indesejável. Portanto, de escolher-se uma temperatura de compromisso.
tem
A atmosfera inerte na qual se faz a cozedura da fonte de calor (20) é de preferência de hélio ou de árgon. Utilizando uma atmosfera de hélio ou de árgon elimina-se o azoto que naturalmente ocorre. Se se usar uma atmosfera de azoto, o acrbono reagirá com algum do azoto da atmosfera. Daí resultará a formaçao de óxidos de azoto quando a fonte de calor (20) arder.
Com atrás foi discutido, de preferência o gas de combustão predominante transmitido para o fumador é dióxido de carbono.
Durante a cozedura, o material extrudido ou moldado contrair-se-á cerca de 4 a 10%. Portanto o material jp» -^'CVo ' Λ·Λ5“Γ·ί®*η'β«„, \ ——
extrudido ou moldado deve ser moldado ou extrudido com uma dimensão ligeiramente maior que a necessária para a utilização para ter em conta essa contracçao.
Depois de o material extrudido ou moldado ser cozido, ele pode ser arrefecido numa atmosfera inerte até uma temperatura inferior a cerca de 93°C (200°F). 0 material extrudido ou moldado pode ser arrefecido numa atmosfera constituida por uma mistura de gases inertes e oxigénio ou compostos contendo oxigénio. Nesta altura, o material extrudido ou moldado pode então ser cortado com o comprimento desejado e moido até às dimensões de partículas desejadas para ser usado nma fonte de calor num produto para fumar. 0 material extrudido ou moldado pode ser primeiro moido até à dimensão desejada e depois cortado no comprimento desejado. De preferência, utiliza’-se um moinho sem pontos de sujeição para moer o material extrudido ou moldado até obter as dimensões finais desejadas.
Exemplo 1
Misturou-se a seguinte mistura num Sigma Blade Mixer durante cerca de 30 minutos para obter uma mistura susceptível de ser extrudida:
65g de carvao vegetal de madeira rija moída até as dimensões médias das partículas de 30 micrómetros;
g de farinha de trigo não branqueada (farinha de trigo não branqueada enriquecida de Pillsbury);
g de açúcar (açúcar de cana puro de Domino) g de água.
Depois da misturaçao, extrudiu-se a mistura usando uma máquina de extrusão do tipo com câmara de pasta , com dimensões de cerca de 5 mm (0,2”) de diâmetro exterior por cerca de 61 cm de comprimento (24”), tendo no interior uma passagem em forma de estrela. Secou-se depois esta barra até um teor de humidade de cerca de 5%. Cortaram-se depois as barras em segmentos de cerca de 30,48 cm (12”) e introduziram-se num recipiente de aço inoxidável que se mantém
constantemente cheio de azoto. Colocou-se depois recipiente num forno e cozeu-se à temperatura de cerca de 538°C (1 000°F) de acordo com o ciclo seguinte de funcionamento : do forno:
Da temperatura ambiente a cerca de 218°C (425°F) em 3,5 h;
De 218°C (425°F) a cerca de 273,8°C (525°F) durante
1,5 h;
De 273,8°C (525°F) a cerca de 538°C (1 000°F) durante
J h;
Manutenção a 538°C (1 000°F) durante 2 h;
De 538°C (1 000°F) até à temperatura ambiente tao rapidamente quanto permita o arrefecimento do forno.
Uma vez arrefecidas, retiraram-se as baras da caixa de aço inoxidável, cortaram-se comprimentos de 10 mm e usaram-se como fonte de calor.
Exemplo 2
Fez-se aseguinte mistura num Sigma Blade Mixer durante cerca de 20 minutos:
119 g de cinzas volantes de um carvao ! vegetal de casca de árvore de madeira branda (também conhecido por Bar Char ou BarK Char) preparadas por um processo semelhante ao da patente US 3 152 985. Antes de ser usadas, ! activaram-se as cinzas volantes de cascas de árvores por um processamento através de um forno de calcinaçao, injectando vapor de água no forno de calcinaçao. Moeu-se depois o carvao assim obtido até obter 95 - 325 mesh (carbono activado em pó Watercarb da acticarb Industries). Moeu-se depois, com um moinho de jacto, o pó obtido até obter dimensões das partículas finais de cerca de 10 a 12 micrómetros.
gramas de farinha de trigo com elevato teor de proteínas e elevado teor de glúten (farinha de trigo nao tratada de elevado teor de glúteu balancer de Pillsbury) g de óxido de ferro, com dimensões das partículas inferiores a 44 micrómetros.
Depois de misturado, juntou-se uma solução dos seguintes ingredientes aos ingredientes secos
e misturou-se durante 30 minutos:
120 g de água g de açúcar (açúcar de cana puro de Domino);
g de citrato de potássio.
Depois da mistura, adicionaram-se 3 g de óleo de milho (óleo de milho Mazola), à mistura e misturou-se durante mais cinco minutos. Utilizou-se o oleo de milho como auxiliar da extrusao.
Depois da misturaçao a mistura foi extrudida com uma máquina de extrusao do tipo de câmara de pasta com as dimensões de cerca de 5 mm (0,2) de dâmetro exterior e 30,48 cm (12) de comprimento, com uma passagem interior em forma de estrela. Recolheram-se as barras da cabeça de extrusao em placas de grafite com ranhuras em forma de V, paraz facilitar o processamento. Colocaram-se depois as placas de grafite com ranhuras em V e as barras extrudidas num recipiente de aço inoxidável e lavaram-se continuamente com azoto. Colocou-se depois o recipiente num forno e cozeram-se a uma temperatura de cerca de 925°C (1 700°F), de acordo com o ciclo seguinte:
Da temperatura ambiente até cerca de
218°C (425°F) em 3,5 h
De 218°C (425°F) a cerca de 273,8°C (525°F) em 1,5 h;
De 273,8°C (525°F) a cerca de 925°C) (1 700°F) durante 2 h;
Manutenção a 925°C (1 700°F) durante h;
De 925°C (1 700°F) até a temperatura ambiente tao rapidamente quanto o permite o arrefecimento do forno.
Uma vez arrefecidas, retiraram-se as placas de grafite com ranhuras em V e as barras extrudidas do recipiente de aço inoxidável . Retiraram-se as barras da placa de grafite, cortaram-se segmentos de 10 mm de comprimento e rectificaram-se até ao diâmetro exterior de 4,65 mm.
Exemplo 3
Repetiu-se o procedimento do Exemplo 2, excepto que nao se actlvaram as cinzas volantes de carvao : vegetal de cascas de árvores de madeira branda(também conhecidas por Bar Char” ou BarK Char) preparadas por um processo semelhante ao da patente US 3 152 985.
Exemplo 4 ί i
Repetiu-se o procedimento do Exemplo 2, excepto que as barras produzidas foram secas até um nível de humidade de 5% e colocadas na correia transportadora de um forno de cozedura de correia continuo, que foi mantido a cerca de 925°C (1 700°F) e lavado continuamente com hélio ;
ou árgon.
ί
Exemplo 5
Utilizou-se uma máquina de extrusão com parafusos geminados para misturar e extrudir continuamente ; uma mistura de três componentes : (A) ingredientes secos mistujrados (4,4 Kg (9,7 libras) de farinha de trigo de elevada teor de proteínas ou de elevado teor de glúten (farinha de i trigo nao tratada de elevado teor de glúten balancer de Pill8bury); 15,9 Kg (35,0 libras) de carbono semelhante ao usado no Exemplo 2; e 0,13 KG (0,29 libras) de óxido de ferro, com dimensões de partículas inferiores a 44 micrómetros); í (B) uma soluçao contendo 8 Kg (17,65 libras) de égua,2,2 KG 4,85 libras) de açúcar (açúcar de cana puro de Dominio), 1 Kg (2,35 libras) de citrato de potássio e (C) 8 Kg (17,65 libras de água (valor nominal) na relação de 2,55: 1,41 :l,0.
Misturaram-se os três componentes anteriores na máquina de extrusão de parafusos geminados e extrudiram-se (ajustando-se a quantidade de água como for necessário para conseguir obter a consistência apropriada da barra extrudida), com uma dimensão do diâmetro exterior de 4,9 mm (0,195) e cortaram-se em segmentos de 30,48 cm (12) de comprimento.
A barra produzida tinha também uma passagem interior em forma de estrela. Secaram-se depois as barras até um teor de humidade . de cerca de 5Z. Colocaram—se depois as barras em placas de _ grafite com ranhuras e V e procedeu-se depois como no Exemplo
2.
Í.ÓX'..· ’' ~ ’ '
Vê-se assim que se proporciona uma fonte de calor com carbono que maximiza a transferência do calor para o leito de aromatizante com uma combustão aproximadamente completa deixando um mínimo de cinza residual, com um grau de condutividade térmica relativamente baixo e que será inflamada nas condiçoes normais de um cigarro convencional

Claims (1)

  1. REIVINDICAÇÕES
    - Ia Fonte de calor contendo carbono que possui uma ou mais passagens de fluído através da mesma, caracterizado por as referida passagens de fluidos serem definidas por um certo número de superfícies que se intersectam para melhorar a transferência de calor para o ar que se escoa através da referida fonte de calor.
    - 2a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a ou as referidas passagens de fluído através da referida fonte de calor serem formadas com a configuração de estrelas de várias pontas.
    - 3a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por a área da superfície geométrica da ou das referidas passagens de fluído ser pelo menos igual à área da superfície geométrica exterior da referida fonte de calor.
    - 4a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a úrea da superfície geométrica da ou das referidas passagens ser pelo menos igual ã úrea da superfície geométrica exterior da referida fonte de calor.
    - 5a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a referida fonte de calor ser constituída por partículas de carvão vegetal.
    - 6a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por as refeirdas partículas de carvão vegetal serem obtidas a partir de carvão vegetal de madeira branda.
    - 7a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por as partículas de carvão vegetal serem obtidas a partir de madeira rija.
    - 8a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por o referido carvão vegetal ser activado.
    - 9a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por a referida activação ser feita por oxidação por vapor de égua.
    - 10a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por a referida fonte conter pelo menos um aditivo de combustão.
    - 11a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por o aditivo de combustão ser escolhido do grupo formado por citrato de potásio, carbonato de potãe20 sio, óxido de ferro, oxalato de cálcio, oxalato de ferro, iões de potássio, ioes de ferro, citrato de férrico, acetato
    ferroso, um composto de molibdenio, um composto de alumínio um composto de cálcio, um composto de magnésio, um composto de sódio, oxidantes e suas combinações • - 12« - Fonte de calor de acordo com a reivindi-
    caçoes 5, caracterizada por ter um teor de carbono de cerca de 89Z, em peso.
    - 13« Fonte de calor de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por as referidas partículas de carvao vegetal terem dimensões até 700 micrómetros.
    - 14« Fonte de calor de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por as partículas de carvao vegetal estarem compreendidas nas dimensões entre cerca de 5 e cerca de 30 micrómetros.
    - 15« Fonte de calor de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por as referidas partículas de carvao vegetal terem uma área da superfície BET entre cerca de 50 m^/g e 2 000 m^/g.
    - 16« Fonte de calor de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por as partículas de carvao vegetal terem uma área da superfície BET entre cerca de 200 in /g e 2 cerca de 600 m /.
    - 17« Fonte de calor de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por ter uo volume de vazios de cerca de 50Z a cerca de 60 Z.
    18a
    Fonte de calor de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por uma dimensão dos poros de cerca de 1 a cerca de 2 micrómetros.
    - 19a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ter uma densidade de cerca de 0,2 a cerca de 1,5 g/ cm .
    - 20» Fonte de calor de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ter uma densidade de cerca de 0,5 a cerca de 0,8 g/cm .
    - 21a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por ter um teor de substâncias inorgânicas formadoras de cinzas até cerca de 18%.
    - 22a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por ter um teor de substâncias inorgânicas formadoras de cinza até 8%.
    - 23a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por compreender partículas de carvão vegetal.
    - 24a Fonte de calor de acordo coo a reivindicação 23, caracterizada por ter um teor de carbono de cerca de 89 2.
    - 25a Fonte de calor de acordo com a reivindi22 cação 23, caracterizada por as referidas partículas de carvao vegetal serem obtidas a partir de carvao vegetal de madeira branda.
    - 26a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 23, caracterizada por as referidas partículas de carvao vegetal serem obtidas a partir de carvão vegetal de madeira rija.
    - 27a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 23, caracterizada por o referido carvão vegetal ser activado.
    - 28a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 27, caracterizada por a referida activaçao ser obtida por oxidaçao com vapor de água.
    - 29a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 23, caracterizada por as partículas de carvão vegetal terem dimensões atá cerca de 700 micrómetros.
    - 30» Fonte de calor de acordo com a reivindicação 23, caracterizada por as referidas partículas de carvão vegetal terem dimensões entre cerca de 5 e cerca de 30 micrómetros .
    - 31a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 30, caracterizada por ter um volume de vazios de cerca de 50% a cerca de 60%.
    - 32a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 29, caracterizada por ter dimensões dos poros de cerca _ o·? _
    Λ
    JL
    Í4.-.-7.. -: Ά.7/'irtinv.
    »>5«.
    de 1 a cerca de 2 micrómetros
    - 33a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 32, caracterizada por as referidas partículas de carvao vegetal terem uma área da superfície BET de cerca de 50 a 2 cerca de 2 000 m /g.
    - 34a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 32, caracterizada por as referidas partículas de carvao vegetal terem uma área de superfície BET de cerca de 200 a 2 cerca de 600 m /g.
    - 35a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 34, caracterizada por ter uma densidade de cerca de 0,2 a cerca de 1,5 g/cm .
    - 36a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 34, caracterizada por ter uma densidade decerca de 0,5 a cerca de 0,8 g/cm .
    - 37a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 35, caracterizada por ter um teor de substâncias inorgâncas formadoras de cinzas até cerca de 18%.
    - 38a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 35, caracterizada por ter um teor de substâncias inorgânicas formadoras de cinzas até cerca de 8%.
    - 39a Fonte de calor de acordo com a reivindicações 37, caracterizada por conter pelo menos um aditivo de combustão.
    40»
    Fonte de calor de acordo com a reivindicação 39, caracterizada por o referido aditivo de combustão ser escolhido do grupo formado por citrato de potássio, carbonato de potássio, óxido de ferro, oxalato de cálcio, oxalato de ferro, ioes de potássio, ioes de ferro, citrato férrico, acetato ferroso, um composto de moliodénio, um composto dei alumínio, um composto de cálcio, um composto de magnésio, um composto de sódio, oxidantes e suas misturas.
    - 41a Processo para a fabricaçao de uma fonte de calor para um produto para fumar, caracterizado por compreender as fases de:
    a) misturar partículas de carvao vegetal comi as dimensões desejadas com aditivos desejados durante um certo! intervalo de tempo ajustado;
    b) extrudir ou moldar o referido carvão vegetal e os aditivos com a forma desejada; e
    c) cozer o referido material extrudido.
    - 42a -
    Processo de acordo com a reivindicação 41, caracterizado por um dos referidos aditivos ser um aglome- rante. - 43 a _ Processo de acordo com a reivindicação 42, caracterizado por o referido aglomerante ser uma farinha. - 44 a _ Processo de acordo com a reivindicação 42, caracterizado por o referido aglomerante ser um monossacá-
    rido ou uo dlssacarido.
    - 45a Processo de acordo com a reivindicação
    42, caracterizado por o referido aglomerante ser um aglomerante formado por duas partes.
    - 46« - i
    Processo de acordo com a reivindicação
    45, caracterizado por um dos aglomerantes do aglomerante formado por duas partes ser uma farinha e o outro aglomerante ser ud^ monossacárido ou um dissacárido.
    - 47a i í
    Processo de acordo com a reivindicaçãij
    46, caracterizado por a referida farinha ser escolhida do grupd formado por farinha de trigo, farinha de cevada, farinha dJ milho, farinha de arroz, farinha de sorgo, farinha de maisj farinha de soja, farinha de aveia e suas combinações. j ί
    - 48a - '
    Processo de acordo com a reivindicação
    46, caracterizado por o referido monossacárido ou dissacáridò i
    ser a sucrose. !
    i
    - 49a - '
    Processo de acordo com a reivindicação
    41, caracterizado por se adicionar óleo ao referido carvão vegetal e aditivos antes de esgotado o referido intervalo de tempo ajustado. i i
    - 50a Processo de acordo com a reivindicação 41, caracterizado por se adicionar óleo ao referido carvão vegetal e aditivos cerca de cinco minutos antes de expirar o referido intervalo de tempo ajustado.
    - 51a Processo de acordo com a reivindicação 49, caracterizado por o referido óleo ser um óleo vegetal.
    - 52a Processo de acordo com a reivindicação 51, caracterizado por o referido óleo vegetal ser óleo de milho.
    - 53a 26
    Processo de acordo com a reivindicação 41, caracterizado por a referida fase de cozedura ser feitd a uma temperatura de cerca de 260°C a 165o°C (500 a 3 000°F).
    - 54a Processo de acordo com a reivindicação 41, caracterizado por a referida fase de cozedura ser feita a uma temperatura de 760°C a 980°C (1 400 a 1 800°F).
    - 55a 41, caracterizado por atmosfera inerte.
    Processo de acordo com a reivindicação a fase de cozedura ser efectuada numa
    - 56a Processo de acordo com a reivindicaçacj 55, caracterizado por a atmosfera inerte ser de hélio. j
    I
    - 57a Processo de acordo com a reivindicação
    44, caracterizado por a referida atmosfera inerte ser de árgon. |
    - 58a - j
    Processo de acordo com a reivindicaçaoj
    41, caracterizado além disso por se secar o referido material extrudido ou moldado, antes da cozedura.
    - 59a Processo de acordo com a reivindicação 58, caracterizado por o referido material extrudido ou moldado ser seco até obter um teor de humidade entre cerca de 2% ej cerca de 11Z.
    - 60a Processo de acordo com a reivindicação
    58, caracterizado por o material extrudido ou moldado ser seco até cerca de 4Z a 6%.
    61a reivindicação do referido
    Processo de acordo com a 41, caracterizado além disso pelo arrefecimento material extrudido ou moldado, depois da cozedura.
    - 62a Processo de acordo com a 58, caracterizado além disso pelo arrefecimento extrudido ou moldado depois da cozedura.
    - 63a Processo de acordo com a reivindicação caracterizado por o referido material extrudido ou moldado’ ser arrefecido abaixo de cerca de 93°C (200°F).
    - 64a reivindicação do referida
    Processo de acordo com a reivindicaçãoj 61, caracterizado por o material extrudido ou moldado ser arre-i fecido numa atmosfera inerte.
    - 65a 1
    Processo de acordo com a reivindicação 61, caracterizado por o material extrudido ou moldado ser arrefecido numa atmosfera de gases inertes e oxigénio ou compostos de oxigénio.
    I
    - 66a Processo de acordo com a reivindicação 63, caracterizado por o material extrudido ou moldado ser arrefecido numa atmosfera inerte.
    - 67« Processo de acordo com a reivindicação 63, caracterizado por o material extrudido ou moldado ser arrefecido numa atmosfera de gases inertes e oxigénio ou compostos de oxigénio.
    - 68a Fonte de calor contendo carbono substancialmente cilíndrica, caracterizada por ser formada por partlcu28 las de carvão vegetal obtidas a partir de precursores que forne-í cem carvao que foram carbonizados numa atmosfera oxidante.
    - 69a Fonte de calor contendo carbono de acordo com a reivindicação 68 com uma ou mais passagens para) !
    fluídos através da mesma, caracterizada por cada uma das referidas passagens para fluídos ser formada com a configuração de uma estrela com várias pontas.
    - 70a Fonte de calor contendo carbono de acordo com a reivindicação 69, caracterizada por a área da superfície geométrica da ou das passagens para fluidos referidas! ser pelo menos igual à área da superfície geométrica exterior da referida fonte de calor.
    - 71a Fonte de calor de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ser substancialmente cilíndrica.
    A requerente reivindica as prioridades dos pedidos norte-americanos apresentados em 22 de Julho de 1988 sob o número de série 223,232.
    Lisboa, 21 de Julho de 1989
    0 AGENTE OEICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL
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