TWI587798B - 菸品用之複合熱源 - Google Patents

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霍格 弗瑞德利奇
珍斯 巴伯
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Description

菸品用之複合熱源
本發明係關於一種熱源，例如一種適合用於菸品之熱源。本發明進一步關於包含依據本發明之熱源的菸品。
菸品，其中氣溶膠係藉由從可燃性熱源傳遞至物理性分離之氣溶膠產生材料的熱所產生，係本發明所屬技術領域中為習知的。該氣溶膠產生材料可位於該熱源之中、周圍或下游。在使用時，該菸品之可燃性熱源係被點燃，而揮發性化合物係藉由來自可燃性熱源之熱傳遞，而從該氣溶膠產生材料釋放。經釋放之該揮發性化合物於抽煙時係被夾帶於空氣中並被抽吸穿過該菸品。形成之氣溶膠係被消費者吸入。
對於合適用於菸品之可燃性熱源而言，其係期望對能享有或提升抽菸體驗具有某些貢獻。
例如，該熱源於燃燒期間應製造足夠熱以允許風味氣溶膠從氣溶膠產生材料釋放，但仍充分地小到可裝進菸品中，其可具有與傳統末端點菸之香菸相似的尺寸。
進一步地，該熱源應能夠在有限制量之空氣下燃燒，直到熱源中之燃料耗盡，且於燃燒期間亦應製造盡可能地少或實質上無一氧化碳、氧化氮或其他可能的不要之氣體。
再者，該熱源之點燃溫度應為充分地低，該熱源在使用傳統末端點菸之香菸的正常點燃狀況下，可容易地點燃，例如火柴或傳統香菸的打火機。
該熱源亦應具有適當之熱傳導性。如果太多的熱於燃燒期間從熱源的燃燒區傳導至該熱源的其他部分，當溫度降低至該熱源之熄滅溫度，在熱源的燃燒區之燃燒會停止。因此，具有太高之熱傳導性的熱源會不被期望地為難以點燃，且在點燃之後會過早自己熄滅。該熱源之熱傳導性應在使用時允許有效的熱傳導至該氣溶膠產生材料的層級，其係沒有傳導過多熱至任何被固定、被裝設或被併入於菸品中之工具(mean)或結構。
該熱源亦不應在使用前或使用期間崩解，以及應該要能夠抵抗小的機械壓力，其係可能是因為例如消費者將菸品弄掉。
提供合適用於符合上述之部分或全部要求的菸品之複合熱源係被期望的。
提供能夠催化於其燃燒期間所產生之可能不被期望的一或多種氣體的分解之複合熱源係進一步被期望的。
提供能夠維持於其燃燒期間所製造之顆粒物質的複合熱源亦被期望的。
依據本發明，提供一種複合熱源，例如合適用於菸品，該複合熱源係包含：一不燃性多孔陶瓷基質；以及完全地嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之微粒可燃性燃料，其中該不燃性多孔陶瓷基質係由一或多種微粒材料所形成，該微粒材料具有一小於該微粒可燃性燃料之中值D50粒徑至少5倍的中值D50粒徑。
如本文中使用，該用語「複合熱源」(單數或複數) 係用於表示一種熱源，其包含至少兩個各別的成分，其係當組合時會產生該至少兩個成分單獨時不存在的特性。進一步如下所述，依據本發明之該複合熱源的功用係有益地分配於該不燃性多孔陶瓷基質與嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料之間。
如本文中使用，該用語「陶瓷」係用於表示當被加熱時，任何維持固體之非金屬固體。
如本文中使用，該用語「完全地嵌入」係用於表示該微粒可燃性燃料係完全地被該不燃性多孔陶瓷基質所圍繞。也就是說，在嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中的可燃性燃料的微粒之間沒有實質上的接觸。
如本文中使用，該用語「中值D50粒徑」係用於表示該粒徑分布之以體積為基準的中值，以及係50%之累積分布的粒子直徑值。
較佳地，該不燃性多孔陶瓷基質係由一或多種微粒材料所形成，該微粒材料具有一小於該微粒可燃性燃料之中值D50粒徑至少10倍的中值D50粒徑。
依據本發明之複合熱源的強度係主要藉由該不燃性多孔陶瓷基質所控制。依據本發明之複合熱源的強度從嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料分離係有益的，如該可燃性燃料於燃燒期間歷經巨大的改變而使得難以控制其機械性質。
於依據本發明之複合熱源中之可燃性燃料的微粒實質上沒有彼此接觸，而是嵌於在該不燃性多孔陶瓷基質中之各別空腔中。於燃燒期間，該可燃性燃料的微粒於 其各別空腔中歷經改變，但該不燃性多孔陶瓷基質之結構有益地維持實質上不改變。
依照本發明將該微粒燃料完全地嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中，係有益地避免一些與先前技術熱源相關之燃燒特性上顯著的缺點，此先前技術之熱源為包含不燃性多孔陶瓷基質以及微粒可燃性燃料之熱源，其可燃性燃料的微粒彼此接觸。
在燃燒期間，新的具有大的直徑之孔洞通道可形成於此種先前技術之熱源中，其係由於燃燒該可燃性燃料連結之微粒所致。結果，可燃性燃料的熱微粒會不利地經由此新形成之通道從此種先前技術之熱源釋出。
進一步地，此種先前技術之熱源的機械完整性於燃燒期間會不利地降低至危急的層級，其歸因於因燃燒該可燃性燃料的連結之微粒所形成之薄弱區域所致。
較佳地，該不燃性多孔陶瓷基質具有於標準機械測試裝置中測試之大於或等於約10百萬帕斯卡(MPa)的壓縮強度，其藉由以固定之應變率推擠樣品之正面跟背面，測量當該樣品被毀壞時的力。此使依據本發明之複合熱源於使用之前以及使用期間，能夠抵抗小的機械壓力以及避免該複合熱源崩解。
於依據本發明之該複合熱源的不燃性多孔陶瓷基質中之孔洞控制該複合熱源之燃燒動力學。
較佳地，該不燃性多孔陶瓷基質具有實質上連續的孔洞通道。使用於依據本發明之複合熱源中之具有實質上連續的孔洞通道之不燃性多孔陶瓷基質，其係有益地 使氧氣能夠流動穿過該實質上連續的孔洞通道至嵌於該不燃性多孔陶瓷機質中之可燃性燃料。另外，其有益地允許於燃燒該可燃性料期間所製造之一氧化碳或二氧化碳經由該實質上連續的孔洞通道流出依據本發明之複合熱源。
於本發明之較佳實施例中，該不燃性多孔陶瓷基質具有可充分地小到可維持任何於燃燒嵌於該不燃性多孔性陶瓷基質中之燃料期間所製造之微粒材料的孔洞。
較佳地，該不燃性多孔陶瓷基質具有以水銀測孔分析測量之介於約0.01微米(μm)與約10微米(μm)之間的直徑之孔洞。
依據本發明之複合熱源的傳導性主要係藉由該不燃性多孔陶瓷基質所控制。使用具有低熱傳導性之陶瓷材料有益地能夠製造具有中等熱傳導性之依據本發明之複合熱源，即使當嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料的熱傳導性為更高。
較佳地，該不燃性多孔陶瓷基質具有使用雷射閃光方法測量之低於或等於約每秒1 x 10-6平方公尺(m2/s)的熱擴散率。更佳地，該不燃性多孔陶瓷基質具有使用雷射閃光方法測量之介於約每秒0.4 x 10-6平方公尺(m2/s)與約每秒1 x 10-6平方公尺(m2/s)之間的熱擴散率。使用於依據本發明之複合熱源中具有低於或等於約每秒1 x 10-6平方公尺(m2/s)的熱擴散率的不燃性多孔陶瓷基質，係有益地使嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料能夠於10秒內使用火柴、打火機或其他合適 之點燃工具點燃。
於本發明之較佳實施例中，該不燃性多孔陶瓷基質於燃燒嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料期間，不會歷經明顯的體積變化。
較佳地，該不燃性多孔陶瓷基質之熱膨脹係數係較嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料的熱膨脹係數為大。
較佳地，該不燃性多孔陶瓷基質於燃燒嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料期間，歷經以膨脹測量法測量之低於或等於約5%的體積變化。更佳地，該不燃性多孔陶瓷基質於燃燒嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料期間，歷經以非接觸之膨脹測量法測量之低於或等於約1%的體積變化。
合適用於依據本發明之複合熱源的不燃性多孔陶瓷基質之材料，係為本發明所屬技術領域中已知以及可商業上地從多個供應商取得。
較佳地，該不燃性多孔陶瓷基質包含一或多種氧化物。較佳地，該不燃性多孔陶瓷基質包含至少一種過渡金屬氧化物，更佳地，至少一種具有用於將一氧化碳轉化成二氧化碳之高催化活性的過渡金屬氧化物。合適之過渡金屬氧化物係為本發明所屬技術領域中已知，包括但不限於氧化鐵、氧化錳及其混合物。
兩者擇一地或另外地，該不燃性多孔陶瓷基質可包括一或多種低熱傳導性之氧化物。合適之低熱傳導性之氧化物包括但不限於氧化鋯、石英、非晶形矽石 (amorphous silica)及其混合物。
用於依據本發明之複合熱源的具有低熱擴散率之不燃性多孔陶瓷基質，可由一或多種微粒材料所形成，諸如例如氧化鋯(ZrO2)以及氧化鐵(Fe2O3)。
該不燃性多孔陶瓷基質之強度可藉由黏結劑、固結處理或其組合而提供。固結處理之方法係為本發明所屬技術領域中已知。該固結處理可涉及一熱程序，於此形成介於不燃性陶瓷基質之微粒間的接觸，例如藉由表面擴散。熱處理可涉及緩緩的或逐步的加熱至期望的最高溫度，例如直到約750℃以及接著冷卻。加熱、冷卻或有益地加熱與冷卻兩者係於惰性氣體大氣下有益地實施，諸如氬氣或氮氣大氣下。兩者擇一地，該固結處理可為如DE-A-10 2004 055 900中所述之程序。
該固結處理有益地於該不燃性多孔陶瓷基質中保留足夠的孔洞，其係讓氣體流動至或從嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料流動出。
該固結處理亦應保留介於該不燃性多孔陶瓷基質之鄰近微粒間的足夠熱阻，使嵌於不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料能夠於10秒內使用火柴、打火機或其他合適之點燃工具點燃。
較佳地，依據本發明之複合熱源包含至少一用於分解於燃燒嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之該可燃性燃料期間所製造之氣體的觸媒。
該不燃性多孔陶瓷基質可包含用於分解由燃燒該可燃性燃料所製造之氣體的觸媒。例如，同先前如上所述， 該不燃性多孔陶瓷基質可包含一或多種具有用於將一氧化碳轉化成二氧化碳之高催化活性的過渡金屬氧化物，諸如例如氧化鐵或氧化錳。
於本發明之此種具體實施例，於使用時，當於燃燒該可燃性燃料期間所製造之氣體分子經由於該不燃性多孔陶瓷基質中之孔洞流出該複合熱源時，它們具有與孔洞通道之壁的多次接觸。具有催化活性之不燃性多孔陶瓷基質之依據本發明的複合熱源之用途，可因此有益地協助確保任何於燃燒該可燃性燃料期間可能的不期望之氣體能有效率地移除。
兩者擇一地或另外地，依據本發明之複合熱源可包含至少一嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之觸媒，其係用於分解由燃燒嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料期間所製造之氣體。
兩者擇一地或另外地，該不燃性多孔陶瓷基質之至少部分表面可以塗布觸媒層，此觸媒層用於分解由燃燒嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料期間所製造之氣體。
依據本發明之複合熱源的熱傳導性、結構以及尺寸以及介於依據本發明之複合熱源間的熱接觸以及任何使複合熱源固定於、裝設於或併入菸品中的工具或結構，應被調整以便使用時，該複合熱源之表面溫度維持在併入於其中的任何觸媒之最適操作的溫度範圍內。
於使用時，依據本發明之複合熱源係較佳地在點燃嵌於該不燃性多孔陶瓷基質的可燃性燃料之後，於約30 秒或更少的時間內達到操作溫度。
為降低達到操作溫度所需的時間，依據本發明之複合熱源可進一步包含一或多種嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之氧化劑，其於點燃嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料期間提供額外的氧氣。合適之氧化劑包括但不限於硝酸鹽類、氯酸鹽類、過氯酸鹽類及過錳酸鹽類及其混合物。
一或多種氧化劑可實質上均勻分布於該不燃性多孔陶瓷基質各處。
兩者擇一地，一或多種之氧化劑與可燃性燃料的混合物可位於通道或該複合熱源之其他部分，其當點燃該複合熱源時作用如「引信」(fuse)。例如，當該不燃性多孔陶瓷基質包含至少一氣流通路，該一或多種之氧化劑以及可燃性燃料的混合物可位於該至少一氣流通路。
用於菸品之依據本發明的複合熱源較佳地當燃燒嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料時，可產生約10分鐘的熱。
該不燃性多孔陶瓷基質可包含用於氣體交換與熱交換之一或兩者的一或多個氣流通路。
較佳地，依據本發明之複合熱源具有一介於約400℃以及約800℃之間的最大燃燒溫度。
於使用時，依據本發明之複合熱源的燃燒動力學係藉由流至嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料的氧氣所控制。於本發明之較佳實施例中，該時間控制機制係穿過該不燃性多孔陶瓷基質中之孔洞通道的氧氣分 子擴散率。
穿過該不燃性多孔陶瓷基質中之孔洞通道的氧氣分子擴散率隨溫度增加而些微地增加。因此，為獲得介於約400℃與約800℃之間的穩定燃燒溫度，依據本發明之，複合熱源可包括額外機制以限制於高溫下燃燒嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料的速率。
於本發明之特定具體實施例中，該額外之速率限制機制可為於高溫下所製造之氣體分子的反方向氣流。例如，本發明之實施例中，其中嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料包含碳，一氧化碳之產生係歸因於在高溫下碳的燃燒而會增加。每一個流過該孔洞通道至嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料的氧氣分子會導致製造兩個分子的一氧化碳，其係接著必須經由該孔洞通道流出該複合熱源。至該不燃性多孔陶瓷基質之額外氧氣分子之擴散，會被流出該不燃性多孔陶瓷基質的一氧化碳分子的反方向氣流所阻擋。
兩者擇一地或另外地，氣體分子的反方向氣流可於高溫下藉由釋放來自被包括於該不燃性多孔陶瓷基質中之額外成分的氣體所產生。例如，於適當的高溫度下會熱分解之碳酸鹽或水合物可被包含於該不燃性多孔陶瓷基質中。
於本發明之其他具體實施例中，該額外之速率限制機制可兩者擇一地為於該複合熱源之不燃性多孔陶瓷基質的孔隙度之熱活化變化。例如，不燃性多孔非晶形陶瓷基質可於燃燒期間降低該不燃性多孔非晶形陶瓷基質 之孔洞尺寸。
於本發明之又另外具體實施例中，於燃燒嵌於該複合熱源之不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料期間所形成之熔體的重新分布可用以控制其燃燒動力學。例如該複合熱源可包含具有低熔點之可燃性燃料(諸如例如鋁或鎂)，其於使用時係藉由毛細力浸於該不燃性多孔陶瓷基質之孔洞通道中，因此改變該不燃性多孔陶瓷基質之反應性以及該孔洞通道之橫截面。
較佳地，該嵌於該多孔陶瓷機質中之可燃性燃料具有以熱微差掃描分析儀測量之(dynamic scanning calorimetry,DSC)大於或等於約40×109 J/m3之氧化焓。
用於依據本發明之複合熱源中之合適的可燃性燃料包括但不限於碳(諸如例如木炭(包括硬木木炭粉末)或碳黑)、低原子量金屬(諸如例如鋁或鎂)、碳化物(諸如例如碳化鋁(Al4C3)以及碳化鈣(CaC2))、氮化物以及其混合物。合適用於依據本發明之複合熱源之可燃性燃料可由商業上取得。
較佳地，嵌於該不燃性多孔陶瓷基質之可燃性燃料之體積分率係大於或等於該複合熱源之20%。
較佳地，嵌於該不燃性多孔陶瓷基質之可燃性燃料之體積分率係小於或等於該複合熱源之50%。
用於依據本發明之複合熱源的較佳可燃性燃料係必要地由一或多種碳化合物所組成。
依據本發明之複合熱源的可燃性係藉由該可燃性燃料之粒徑與表面活性所控制。一般而言，具有小粒徑之 微粒可燃性燃料較容易點燃。然而，將具有小粒徑之高體積分率的微粒可燃性燃料併入該不燃性多孔陶瓷基質會更困難。為處理此挑戰，依據本發明之複合熱源可包含具有不同尺寸之微粒的微粒可燃性燃料之混合物。
當依據本發明之複合熱源包含二或多種具有不同中值D50粒徑(median D50 particle size)之微粒可燃性燃料，該不燃性多孔陶瓷基質係由一或多種具有一小於以最大重量存在之該微粒可燃性燃料之中值D50粒徑至少5倍的中值D50粒徑之微粒材料所形成。
較佳地，依據本發明之複合熱源包含一或多種具有粒徑介於約1微米與約200微米(μm)之間的微粒可燃性燃料。
該可燃性燃料可包含一或多種用於降低該可燃性燃料的點燃溫度之添加劑。
兩者擇一地或另外地，該可燃性燃料可包含一或多種用於降低在燃燒該可燃性燃料期間從其放出之可能的不被期望之氣體的添加劑。
於使用時，嵌於依據本發明之複合熱源之不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料傳輸燃燒所需的熱。
除了該可燃性燃料之外，該不燃性多孔陶瓷基質之部分亦對產生熱有幫助。例如，依據本發明之複合熱源之不燃性多孔陶瓷基質可包含一或多種於還原態之氧化物(諸如例如氧化鐵Fe3O4)，其經由放熱氧化作用協助點燃該複合熱源。
依據本發明之複合熱源可具有任何想要的形狀。有 益地，依據本發明之複合熱源的形狀係考慮例如製造條件以及性能要求，以提供期望可獲得之表面積而被設計。
較佳地，依據本發明之複合熱源實質上為圓柱狀。
較佳地，依據本發明之複合熱源之橫截面實質上為圓形。
依據本發明之複合熱源可使用合適的已知陶瓷形成方法來製造，諸如例如注漿成型(slip casting)、擠製成型、射出成型以及模壓製(die compaction)。共擠製與其他合適的已知技術亦可被應用，例如複合熱源之濃度梯度係被期望的。依據本發明之複合熱源可藉由衝孔或剪切步驟由較大的壓製品來製造。
該微粒可燃性燃料可藉由混合一或多種微粒可燃性燃料嵌於該不燃性多孔陶瓷基質，該微粒可燃性燃料具有合適量之用於形成具有合適相對粒徑的不燃性多孔陶瓷基質之一或多種微粒粗材料。
為避免或降低黏聚物(agglomerates)的形成，一或多種微粒可燃性燃料之微粒較佳地不會彼此吸引。
兩者擇一地或另外地，為避免或降低黏聚物的形成，一或多種用於形成該不燃性多孔陶瓷基質之微粒粗材料之微粒較佳地不會彼此吸引。
較佳地，一或多種微粒可燃性材料之微粒係被一或多種用於形成該不燃性多孔陶瓷基質之微粒粗材料之微粒所吸引。
有機黏結劑於形成過程中可被使用。其他添加劑亦被包含，例如促進處理(處理輔助劑)，諸如例如潤滑劑、 增進固結(燒結輔助劑)、燃燒或移除可能不被期望之燃燒氣體。此種添加劑及其應用係本發明所屬技術領域中所已知。
當依據本發明之複合熱源之固結作用藉由熱處理而施行時，爐氣(furnace atmosphere)應適合於該複合熱源之要求。一般而言，惰性或還原大氣應用於避免該嵌於該多孔陶瓷基質中之可燃性燃料之過早燃燒。
於熱處理期間，相變化可用於增進依據本發明之複合熱源之某些成分的活性，或增進其特性。
例如，依據本發明之複合熱源可包括Fe2O3，其係被還原以形成具有非常低之燃燒溫度的Fe3O4或具有低熱傳導性的FeO。此種相變化可藉由控制該爐氣(氧氣分壓oxygen partial pressure)以及爐內之時間溫度循環(time temperature cycle)而被控制。
不能容許任何先前處理步驟之添加劑可藉由額外的滲入步驟而被引入依據本發明之複合熱源。例如，於熱處理期間會分解之氧化劑可藉由來自鹽溶液之滲入以及隨後該複合熱源之乾燥而被添加至依據本發明之複合熱源中。
當依據本發明之複合熱源包含碳作為可燃性燃料，接近該複合熱源之表面的碳濃度可有益地藉由最終處理而被減少，以減少於燃燒期間之一氧化碳的放出。例如，為了不點燃該複合熱源而局部地燃燒碳，該複合熱源之外表面可藉由火焰或其他合適方法而快速地被加熱。
依據本發明，亦提供一種菸品，其包含：依據本發 明之複合熱源；以及一種氣溶膠產生基質。
如本文中使用，該用語「氣溶膠產生基質」表示一種能夠於加熱以產生氣溶膠時釋放揮發性化合物之基質。
依據本發明之菸品之複合熱源以及氣溶膠產生基質可彼此鄰接。兩者擇一地，依據本發明之菸品之複合熱源以及氣溶膠產生基質可藉由合適之手段(諸如例如隔熱或氣隙)而分隔以避免於燃燒該複合熱源之嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料期間點燃該氣溶膠產生基質。
於本發明之某些具體實施例中，該複合熱源係與該氣溶膠產生基質被軸向地配列，其係位於該複合熱源之下游。例如，依據本發明之複合熱源可用於揭示於WO-A-2009/022232中的類型之經加熱的菸品中，其係包含可燃性熱源、位於可燃性熱源下游的氣溶膠產生基質、以及位於該可燃性熱源的背面部分以及該氣溶膠產生基質的正面部分周圍且與其接觸之熱傳導元件。然而，可以瞭解：依據本發明之複合熱源亦可被用於具有其他構造之菸品中。
如本文中使用，用語「上游」以及「下游」係用以描述相關於使用菸品期間空氣被抽吸穿過菸品之方向的依據本發明之菸品的成分或成分之部分之相對位置。
於本發明之另外具體實施例中，該複合熱源係被氣溶膠產生基質所環繞。
於本發明之另外具體實施例中，該氣溶膠產生基質 係被複合熱源所環繞。例如依據本發明之菸品可包含實質上中空之圓柱狀複合熱源，其圍繞該氣溶膠產生基質。
依據本發明之菸品可進一步地包含位於該複合熱源與氣溶膠產生基質下游之膨脹室(expansion chamber)。
依據本發明之菸品可進一步地包含位於該複合熱源、氣溶膠產生基質以及，如果有的話，膨脹室之下游的口銜部。
依據本發明之菸品的氣溶膠產生基質可包括能夠當經由該複合熱源而與熱空氣氣流接觸時釋放揮發性化合物的任何材料。較佳地，該氣溶膠產生基質包括煙草。
本發明僅以實施例參考伴隨之圖式進一步地描述如下。
顯示於第1及2圖之依據本發明的第一與第二具體實施例之菸品，分別具有數個相同的成分；這些成分於整篇說明書中給予相同之元件符號。
每一個菸品一般包含延長之圓柱狀桿2，其一端裝附於一軸向地配列之圓柱狀過濾器4上。該延長之圓柱狀桿2包括一圓柱狀之複合熱源6以及一氣溶膠產生基質8，其係被包裝於一香煙紙之外包裝紙中(未示)。該複合熱源6係如下述之複合熱源：第1例或複合熱源：第2例中所描述。
顯示於第1圖之依據本發明的第一具體實施例之菸品，該複合熱源6以及該氣溶膠產生基質8係軸向地配列。如第1圖所顯示，該複合熱源6係位於遠離該過濾 器4之該桿2的末端，以及該氣溶膠產生基質8係位於在鄰近該過濾器4之該桿2的末端之該複合熱源6的下游。
顯示於第2圖之依據本發明的第二具體實施例之菸品，該複合熱源6係位於該氣溶膠產生基質8內並被其環繞。
於沒有顯示於圖式中之本發明的第三具體實施例中，該複合熱源6係中空圓柱型管，該氣溶膠產生基質8係位於該複合熱源6內並被其環繞。
於三個具體實施例中，為了避免於燃燒該複合熱源6之嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料期間點燃該氣溶膠產生基質8，隔熱或氣隙10被提供在介於該複合熱源6以及該氣溶膠產生基質8之間。
於使用時，消費者點燃該複合熱源6之嵌於該不燃性多孔陶瓷基質中之可燃性燃料，接著抽吸空氣向下游穿過該菸品之桿2朝向其過濾器4。當它穿越過該桿2，被抽吸之空氣係藉由該複合熱源6而被加熱，以及該被加熱之空氣流動穿過該氣溶膠產生基質8，從例如於該氣溶膠產生基質8中之切碎的菸草切片填充物(shredded tobacco cut filler)釋放風味煙霧。當從該氣溶膠產生基質8釋放之風味煙霧向下游穿越過該桿2，風味煙霧會濃縮以形成穿越過該過濾器4進入消費者的嘴巴之氣溶膠。
用於顯示於第1及2圖中之菸品的依據本發明之第一與第二具體實施例之複合熱源，其係分別地顯示於第 3及4圖。顯示於第3及4圖中之複合熱源具有相同的數個成分；這些成分於整篇說明書中給予相同之元件編號。
每一個複合熱源係橫截面實質上為圓形之圓柱，並一般包含不燃性多孔陶瓷基質16以及嵌於該不燃性多孔陶瓷基質16中之可燃性燃料18的複數個微粒。
顯示於第3圖之本發明之第一具體實施例的複合熱源，其進一步包含一外絕緣層20，其環繞該不燃性多孔陶瓷基質16，並可由與該不燃性多孔陶瓷基質16相同或不同之材料所形成。
顯示於第4圖之本發明之第二具體實施例的複合熱源，其包含一中央圓柱狀之氣流通路22，其係軸向地延伸穿過該不燃性多孔陶瓷基質16。如第4圖所顯示，催化材料層24(諸如例如氧化鐵或氧化錳)係配置於介於該不燃性多孔陶瓷基質16的內表面以及該氣流通路22之間。
於本發明之其他具體實施例中可瞭解的是，於圖式中未示，分別顯示於第3及4圖中之該外絕緣層20以及該催化材料層24可被省略。
於本發明之其他具體實施例中亦瞭解的是，於圖式中未示，依據本發明之複合熱源可包含一外絕緣層以及一催化材料層兩者。
複合熱源：第1例
依據本發明之複合熱源可藉由於行星式攪拌器(planetary mixer)中混合商業上購自美國麻薩諸塞州 Alfa Aesar之236 g具有中值D50粒徑0.140 μm之氧化鐵(Fe2O3)、商業上購自荷蘭阿默斯福特Norit Nederland BV之52 g具有中值D50粒徑4 μm之NORIT A Special E153粉末化活性碳、商業上購自德國漢堡Holzkohlewerk Lüneburg之104 g具有中值D50粒徑45 μm之硬木木炭粉末、以及商業上購自德國比勒費爾德Wilhelm Priem GmbH & Co.KG之190 g具有中值D50粒徑0.6 μm之氧化鋯(ZrO2)所製備。混合係以加入125 g之麵粉、64 g之糖、14 g之玉米油以及24 g之檸檬酸鉀而施行。水係緩慢地加入該混合物中以獲得可擠出之糊。
該糊係接著經由使用實驗室之螺旋擠製機(screw extruder)的模所擠出以形成具有約30 cm長度與約7.8 mm直徑之圓形截面的圓柱狀桿。三個具有約1.66 mm直徑之縱向氣流通路係藉由裝設於模口(die orifice)之圓形截面的心軸(mandrel)而形成於該圓柱狀桿中。
在擠出之後，該圓柱狀桿於溝槽化的板(grooved plate)上被乾燥。在乾燥之後，該圓柱狀桿係被剪切成具有約10 cm長度之片段。該等片段於爐內氬氣大氣下被加熱，歷時1.3小時從室溫加熱至100℃，接著歷時2小時從100℃加熱至700℃。在700℃下0.3小時的停留時間後，冷卻爐至室溫。
所形成之各別複合熱源可使用黃色火焰打火機點燃，並被發現係以最大燃燒溫度780℃燃燒12分鐘。
在燃燒之後，該複合熱源係機械上堅韌，以及例如不能以手指折斷。粉末化係低的。在燃燒之後，該複合 熱源可不需要主要的留意而被處理。
複合熱源：第2例
依據本發明之複合熱源可藉由於行星式攪拌器中混合商業上購自美國麻薩諸塞州Alfa Aesar之236 g具有中值D50粒徑0.140 μm之氧化鐵(Fe2O3)、商業上購自荷蘭阿默斯福特Norit Nederland BV之52 g具有中值D50粒徑4 μm之NORIT A Special E153粉末化活性碳、商業上購自德國漢堡Holzkohlewerk Lüneburg之104 g具有中值D50粒徑45 μm之硬木木炭粉末、以及商業上購自德國比勒費爾德Wilhelm Priem GmbH & Co.KG之190 g具有中值D50粒徑0.6 μm之氧化鋯(ZrO2)所製備。混合係以加入125 g之麵粉、64 g之糖、14 g之玉米油以及24 g之檸檬酸鉀所施行。水係緩慢地加入該混合物中以獲得可擠出之糊。
該糊係接著經由一使用實驗室之螺旋擠製機的模所擠出以形成具有約30 cm長度與約7.8 mm直徑之圓形截面的圓柱狀桿。三個具有約1.66 mm直徑之縱向氣流通路係藉由裝設於模口之圓形截面的心軸而形成於該圓柱狀桿中。
在擠出之後，該圓柱狀桿係於溝槽化的板上被乾燥。在乾燥之後，該圓柱狀桿係被剪切成具有約10 cm長度之片段。該等片段於爐內氮氣大氣下被加熱，歷時1.3小時從室溫加熱至100℃，接著歷時1.9小時從100℃加熱至680℃。在680℃下0.2小時的停留時間後，冷卻爐至室溫。
所形成之各別複合熱源可使用藍色火焰打火機點燃，並被發現係以最大燃燒溫度800℃燃燒12分鐘。
在燃燒之前以及之後，該複合熱源係機械上堅韌，以及例如不能以手指折斷。粉末化係最小。
2‧‧‧圓柱狀桿
4‧‧‧圓柱狀過濾器
6‧‧‧複合熱源
8‧‧‧氣溶膠產生基質
10‧‧‧氣隙
16‧‧‧不燃性多孔陶瓷基質
18‧‧‧可燃性燃料
20‧‧‧外絕緣層
22‧‧‧氣流通路
24‧‧‧催化材料層
第1圖顯示依據本發明之第一具體實施例之菸品的圖解式縱向截面圖；第2圖顯示依據本發明之第二具體實施例之菸品的圖解式縱向截面圖；以及第3圖顯示依據本發明之第一具體實施例之複合熱源的圖解式縱向截面圖；第4圖顯示依據本發明之第二具體實施例之複合熱源的圖解式縱向截面圖；第5a圖顯示參照第1例所製備之依據本發明的複合熱源；第5b圖顯示參照第2例所製備之依據本發明的複合熱源。
16‧‧‧不燃性多孔陶瓷基質
18‧‧‧可燃性燃料
20‧‧‧外絕緣層

Claims (14)

  1. 一種菸品用之複合熱源(6)，其包含：一不燃性多孔陶瓷基質(16)；以及一嵌於該不燃性多孔陶瓷基質(16)中之微粒可燃性燃料(18)，其中該不燃性多孔陶瓷基質係由一或多種微粒材料所形成，該微粒材料具有一小於該微粒可燃性燃料之中值D50粒徑至少5倍的中值D50粒徑，其中嵌於該不燃性多孔陶瓷基質(16)中之該可燃性燃料(18)的體積分率係小於或等於該複合熱源(6)的50%。
  2. 如申請專利範圍第1項之複合熱源(6)，其中該不燃性多孔陶瓷基質(16)包含一或多種氧化物。
  3. 如申請專利範圍第2項之複合熱源(6)，其中該不燃性多孔陶瓷基質(16)包含一或多種過渡金屬氧化物。
  4. 如申請專利範圍第2或3項之複合熱源(6)，其中該不燃性多孔陶瓷基質(16)包含一或多種選自包含氧化鐵、氧化錳、氧化鋯、石英以及非晶形矽石之群組中的氧化物。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之複合熱源(6)，其中該不燃性多孔陶瓷基質(16)具有直徑介於0.01μm與10μm之間的孔洞。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之複合熱源，其中該不燃性多孔陶瓷基質(16)具有小於或等於1×10-6m2/s之熱擴散率。
  7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之複合熱源(6)， 其中該可燃性燃料(18)具有大於或等於40×109J/m3之氧化焓。
  8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之複合熱源(6)，其中該可燃性燃料(18)包含碳、鋁、鎂、一或多種金屬碳化物、一或多種金屬氮化物或其組合。
  9. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之複合熱源(6)，其進一步包含至少一用於分解由燃燒該燃料所製造之氣體的觸媒。
  10. 如申請專利範圍第9項之複合熱源(6)，其中該至少一觸媒係嵌於該不燃性多孔陶瓷基質(16)中。
  11. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之複合熱源(6)，其進一步包含一或多種氧化劑。
  12. 如申請專利範圍第11項之複合熱源(6)，其中該一或多種氧化劑係選自包含硝酸鹽類、氯酸鹽類、過氯酸鹽類及過錳酸鹽類之群組中。
  13. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之複合熱源(6)，其進一步包含至少一氣流通路(22)。
  14. 一種菸品，其包含：一如申請專利範圍第1至3項中任一項之複合熱源(6)；以及一氣溶膠產生基質(8)。
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