專利名稱：碳質(zhì)熱源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用在卷煙制品中的基本上產(chǎn)生不可見側(cè)向氣流煙霧的熱源，本發(fā)明具體涉及卷煙制品用的含碳熱源，這種熱源可以提供充分熱量，從而從香料層中釋放出有香味的氣溶膠供吸煙者吸入。
以前已經(jīng)設(shè)法提供供這種卷煙制品用的熱源，但這些努力還不是完全滿意的。
例如，Siegel的美國(guó)專利2907686公開了一種灰分量在10-21%而孔隙率大約在50-60%之間的木炭棒。這種木炭棒涂有濃縮的糖溶液，以便在燃燒期間形成一個(gè)不可滲透層。人們認(rèn)為，這一不可滲透層包含了在吸煙期間產(chǎn)生的氣體并把由此產(chǎn)生的熱量集中。木炭可以被活化，也可以不被活化。
Boyd等人的美國(guó)專利3943941公開了一種煙草代用品，該代用品由燃料和至少一種浸漬燃料的易揮發(fā)物質(zhì)組成。燃料基本上由可燃的，柔軟的和自粘合的纖維組成，該纖維用按重量其含碳量至少為80%的碳質(zhì)材料制造。碳是纖維素基纖維的控制熱解產(chǎn)物，該纖維僅含碳、氫和氧，而且在熱解期間其重量損失至少在60%。
Bolt等人的美國(guó)專利4340072揭示了一種由煙草、煙草代用品、煙草代用品與碳及其它的可燃性物質(zhì)的混合物擠壓的或模壓的環(huán)形燃料棒，其它的可燃性物質(zhì)有例如木漿、稻草和熱處理過(guò)的纖維素，或SCMC(羧基甲基纖維素鈉)和碳的混合物。此燃料棒的壁基本上是不能透過(guò)空氣的。
Banerjee等人的美國(guó)專利4714082揭示了一種密度大于0.5g/cm3的短的可燃性燃料元件，在Banerjee的專利中揭示的這種燃料元件具有許多縱向通道，以便盡量增大傳輸?shù)綒馊苣z發(fā)生器上的熱量。
已出版的Hearn等人的歐洲專利申請(qǐng)0117355揭示了一種卷煙制品用的碳質(zhì)熱源和制造這種碳質(zhì)熱源的方法。這種碳質(zhì)熱源是用熱解的煙草或其它碳質(zhì)材料制造的并作成管狀。制造碳質(zhì)熱源的方法包括三個(gè)步驟熱解步驟;控制的冷卻步驟;或者氧吸附步驟、水解吸步驟，或者鹽浸漬與隨后的熱處理步驟。
已出版的Farrier等人的歐洲專利申請(qǐng)0236992揭示了一種碳質(zhì)燃料元件和制造這種碳質(zhì)燃料元件的方法。揭示的碳質(zhì)燃料元件包括碳粉、粘結(jié)劑和按要求加入的其它的添加配料，它具有一個(gè)或多于一個(gè)的縱向延伸的通道。采用下面方法制造碳質(zhì)燃料元件在非氧化氣氛中熱解含碳原料，在非氧化氣氛中冷卻熱解的材料，然后研磨熱解的材料，將粘結(jié)劑加入到研磨過(guò)的材料中以形成燃料元件，最后，在非氧化的氣氛中熱解已形成的燃料元件。加熱步驟可以在研磨步驟之后進(jìn)行，加熱已研磨的材料。
已出版的White等人的歐洲專利申請(qǐng)0245732揭示了一種利用快速燃燒段和慢速燃燒段的二元燃燒速度的燃料元件。
因?yàn)檫@些熱源不能提供充分的熱量傳輸?shù)较懔蠈?，結(jié)果形成不令人滿意的卷煙制品，即不能形成可模擬常規(guī)香煙的香味、感覺和抽吸次數(shù)的卷煙制品，所以所有這些熱源都是有缺陷的。
希望能提供一種能使盡可能多的熱量傳輸?shù)较懔蠈拥奶假|(zhì)熱源。
還希望提供一種可基本上進(jìn)行完全燃燒僅剩下最少殘留灰分的熱源。
還希望提供一種熱源，該熱源能在常規(guī)香煙正常燃亮的條件下著火。
本發(fā)明的目的是提供一種能使盡可能多的熱量傳輸?shù)较懔蠈拥奶假|(zhì)熱源。
本發(fā)明的再一目的是提供一種可基本上進(jìn)行完全燃燒僅剩下最少殘留灰分的熱源。
本發(fā)明的又一目的是提供一種熱源，該熱源能在常規(guī)香煙正常燃亮的條件下著火。
按照本發(fā)明，提供了一種卷煙制品用的熱源。熱源用木炭制造，它具有一個(gè)或多于一個(gè)的縱向空氣流通道。每個(gè)縱向空氣流通道具有多角星的形狀。當(dāng)熱源被點(diǎn)燃，空氣被吸入穿過(guò)卷煙制品時(shí)，隨著空氣穿過(guò)縱向空氣流通道時(shí)，空氣受到加熱。受熱的空氣流過(guò)香料層，從而釋放出供吸煙者吸入的有香味的氣溶膠。
按照汞孔率計(jì)的測(cè)量，熱源的空隙體積大于約50%，其平均細(xì)孔孔尺寸從大約1微米到大約2微米。熱源的密度在大約0.2g/cm3至大約1.5g/cm3之間。用在熱源中的木炭粒子用BET法(布魯瑙厄-埃梅特-泰勒測(cè)定比表面積的方法)測(cè)量的比表面積在大約50m2/g至大約2000m2/g的范圍內(nèi)。另外，還可以將催化劑和氧化劑加入到木炭中，以促進(jìn)完全燃燒和提供其它希望的燃燒特性。
還提供了制造本發(fā)明的熱源的方法。方法包括三個(gè)基本步驟將希望粒度的木炭與適當(dāng)?shù)奶砑觿┗旌?，將混合物模壓或擠壓成希望的形狀并烘焙已擠壓或已模壓的材料。在烘焙之后將已擠壓或已模壓的材料再進(jìn)行機(jī)械加工，達(dá)到最后的配合公差。
結(jié)合附圖研究下面的詳細(xì)說(shuō)明將會(huì)理解本發(fā)明上述的和其它的目的和優(yōu)點(diǎn)。附圖中相同的參考編號(hào)指的是相同的部件，其中

圖1是其中采用本發(fā)明的熱源的卷煙制品的縱向橫截面圖;
圖2是熱源一個(gè)實(shí)施例的端視圖。
卷煙制品10由香煙卷紙14包裹的有源部分11，擴(kuò)充腔管12和接口部分13組成。有源部分11包括碳質(zhì)熱源20和香料層21，當(dāng)香料層與流過(guò)熱源20的灼熱氣體接觸時(shí)，該香料層便釋放出有香味的蒸汽。蒸汽通過(guò)擴(kuò)充腔管12形成氣溶膠，該氣溶膠通到接口部分13，因此進(jìn)入到吸煙者的口腔。
為了使卷煙制品10能令人滿意地吸用，熱源20應(yīng)當(dāng)滿足許多要求。它應(yīng)當(dāng)足夠小，以便裝在卷煙制品10中，而且燃燒產(chǎn)生的熱還要足以保證流過(guò)其中的氣體要充分受到加熱，以便從香料層21釋放出足夠的煙草香味，從而將常規(guī)的香煙香味提供給吸煙者。熱源20還要能夠用有限量的空氣進(jìn)行燃燒，直到熱源20中的碳耗盡。熱源20在燃燒之后最好留下最少的殘留灰分。在燃燒時(shí)，它產(chǎn)生的二氧化碳還應(yīng)當(dāng)比產(chǎn)生的一氧化碳多得多。熱源20應(yīng)當(dāng)具有低的熱傳導(dǎo)性。如果太多的熱量從熱源20的燃燒區(qū)域傳到熱源20的其它部分，則當(dāng)溫度下降至低于熱源20的熄滅溫度時(shí)，在那點(diǎn)的燃燒將會(huì)停止。最后，熱源20應(yīng)當(dāng)在常規(guī)香煙正常的燃亮條件下著火。
如上所述，熱源20在燃燒后應(yīng)當(dāng)留下最少的殘留灰分。殘留的灰分容易形成一個(gè)阻擋層，阻擋氧氣進(jìn)入熱源20的未燃燒的碳。殘留的灰分還可能吸入香料層21，或者脫離卷煙制品10。因此希望盡量減小燃燒后留下的灰分量。
用酸洗將形成灰分的無(wú)機(jī)物質(zhì)從木炭中洗去是可能的，但是這種方法顯著地增加了熱源20的成本。
熱源20可以用硬木木炭或軟木木炭制作。通常用軟木木炭或硬木木炭生產(chǎn)出熱源，按重量這種熱源包含大約89%的碳、大約1%的氬、大約3%的氧和大約7%的形成灰分的無(wú)機(jī)物。希望盡量增大每克熱源20所含的純碳量，以提供充足的燃料。木炭可以用各種具有高碳產(chǎn)額的產(chǎn)生碳的原料制取，例如用木料、樹皮、花生殼、椰子殼、煙草、稻殼、或任何纖維素，或制取纖維素的材料。采用類似于制造樹木木炭所用方法的半氧化法，或按美國(guó)專利3152985中說(shuō)明的樹皮飛灰工藝使這些產(chǎn)生碳的原料碳化。
最好用軟木木炭來(lái)制造熱源20。軟木木炭不像硬木木炭那樣致密，因而軟木木炭容易燃燒。
木炭可以活化，也可以不活化，活化木炭一般增加了木炭的有效表面積。有效表面積的增大很重要，因?yàn)檫@允許更多的氧出現(xiàn)在燃燒，從而增加了著火、燃燒的容易程度并提供了最少的殘?jiān)?br> 如前所述，還希望防止從熱源失去太多的熱量，以避免熱源20的燃燒熄滅。另外，盡量減小熱損失有助于使熱源20在吸煙者兩次抽吸卷煙制品10之間保持在它的燃燒溫度附近。這就盡可能減少了在一次抽吸時(shí)間內(nèi)熱源20的溫度升到其燃燒溫度所需的時(shí)間。這因此就保證了在吸煙者抽吸卷煙制品10的過(guò)程中有相當(dāng)熱的氣體穿過(guò)香料層21，從而使從香料層21釋放的煙草香味最大。
熱源20的外部幾何表面積應(yīng)當(dāng)盡可能減小，以使輻射熱損失減到最少。最好將熱源20成形為圓柱體，采用這種方法，熱源20的外部幾何表面積可以達(dá)到最小。確保在熱源20的周圍形成一個(gè)環(huán)形空氣空間，這樣可以將傳導(dǎo)到卷煙制品10四周包裹紙上的傳導(dǎo)熱損失減到最小。熱源20最好具有大約4.6mm的直徑和大約10mm的長(zhǎng)度。4.6mm的直徑允許在熱源20的周圍形成空氣空間，而同時(shí)又不使卷煙制品10的直徑大于常規(guī)香煙的直徑。
然而，熱源20應(yīng)當(dāng)將盡可能多的熱量傳到香料層21。實(shí)現(xiàn)這種熱傳送的一種方法是使一個(gè)或多于一個(gè)的縱向空氣流通道22穿過(guò)熱源20。為了促進(jìn)熱量傳到流過(guò)熱源20的空氣，縱向空氣流通道22應(yīng)當(dāng)具有大的幾何表面積。將縱向空氣流通道22的幾何表面積盡可能增大，便可使傳送到香料21的熱量盡可能增加?？v向空氣流通道22的形狀和數(shù)目應(yīng)當(dāng)這樣選擇，使得熱源20的內(nèi)部幾何表面積等于或大于熱源20的外部幾何表面積。將每個(gè)縱向空氣流通道22成形為多角星的形狀便可以實(shí)現(xiàn)將最大的熱量傳到香味層21。最好的是，每個(gè)多角星應(yīng)當(dāng)具有長(zhǎng)而窄的星角，由星的內(nèi)緣確定的內(nèi)圓周要小(圖2)。另外，可以采用一個(gè)或多于一個(gè)的多角星形的縱向空氣流通道22使熱源20的內(nèi)部幾何表面積增至最大，這導(dǎo)致熱源20有較大的面積可供燃燒。這種較大的燃燒面積導(dǎo)致較大的碳量進(jìn)入燃燒，因而形成較熱的燃燒熱源。
如前所述，熱源20還應(yīng)當(dāng)具有低的熱傳導(dǎo)率。因?yàn)闊嵩?0應(yīng)當(dāng)燃燒并將熱量傳給流過(guò)其中的空氣而不是將熱量傳給香料層21，所以要求熱傳導(dǎo)率小。如果熱源20傳熱，則加速燃燒的時(shí)間將增加。這是不希望的，因?yàn)榫頍熤破?0將需用較長(zhǎng)時(shí)間燃亮。另外，如前所述，在熱源20的燃燒區(qū)域內(nèi)還必須保持熱量。最好使用具有相當(dāng)?shù)偷臒醾鲗?dǎo)率的木炭，以防止裝配構(gòu)件24吸收在熱源20的燃燒期間產(chǎn)生的高熱，裝配構(gòu)件24被用來(lái)將熱源20安置在卷煙制品10中。裝配構(gòu)件24應(yīng)當(dāng)阻止氧氣進(jìn)入熱源20的后部，從而有助于在香料層21被耗盡之后熄滅熱源20。這也防止熱源脫落。
原料木炭顆粒的尺寸是熱源20的另一重要考慮因素。木炭應(yīng)當(dāng)呈小顆粒的形狀。這些小顆粒在熱源20中提供較大的可供燃燒的碳的表面積，結(jié)果形成更容易反應(yīng)的熱源。這些顆粒的尺寸可以高達(dá)700微米。這些木炭顆粒的平均尺寸最好在從大約5微米至大約30微米的范圍?？梢圆捎酶鞣N型式的磨碎機(jī)或其它的研磨機(jī)來(lái)研磨木炭，磨細(xì)到要求的尺寸。最好采用噴射碾機(jī)。
用BET法測(cè)定的木炭顆粒的比表面積應(yīng)在大約50m2/g至大約2000m2/g的范圍內(nèi)。用BET法測(cè)定的木炭顆粒的比表面積最好應(yīng)當(dāng)在大約200m2/g至大約600m2/g的范圍內(nèi)。比表面積越大，木炭越容易起反應(yīng)，因?yàn)橛糜谕鯕饧皯?yīng)發(fā)生燃燒的碳表面積較大。這是希望的，因?yàn)樗a(chǎn)生更熱的燃燒熱源和更少的殘灰。
要求木炭顆粒小隨之而來(lái)的是要求有足夠的氧氣(即空氣)，以便促進(jìn)燃料的燃燒。保證熱源20具有較大的空隙體積便可提供充分的氧氣。熱源20的空隙體積最好是大約50%至大約60%。另外細(xì)孔尺寸，即在木炭顆粒之間的空間，根據(jù)汞孔率計(jì)的測(cè)量，最好在大約1微米至大約2微米之間。
為了使卷煙制品10可以給吸煙者提供和常規(guī)香煙相同的靜態(tài)燃燒時(shí)間和抽吸次數(shù)，需要一定的最小碳量。熱源20燃燒的量通常是長(zhǎng)10mm直徑4.65mm的約65mg的碳圓柱體?？紤]到由裝配構(gòu)件24環(huán)繞的并在該構(gòu)件前面的不燃燒的熱源20的體積，需要較大的量。如前所述，由裝配構(gòu)件24環(huán)繞的并在該構(gòu)件前面的那部分熱源20不燃燒，因?yàn)槿狈ρ鯕狻?br> 除開碳量而外，熱傳送效率，即傳送給流過(guò)熱源20的空氣的單位碳重量產(chǎn)生的熱量也影響香料層21可利用的熱量。熱傳輸效率依賴于熱源20的設(shè)計(jì)。如前所述，當(dāng)縱向空氣流通道22的幾何表面積至少等于而最好大于熱源20的外部幾何表面積時(shí)，可以達(dá)到最佳的熱傳送特性。采用一個(gè)或多于一個(gè)的每個(gè)具有多角星形狀的縱向空氣流通道22可以達(dá)到這一點(diǎn)，該多角星具有長(zhǎng)而窄的星角，而且由星的最內(nèi)緣確定的內(nèi)圓很小。
熱源20應(yīng)當(dāng)具有大約0.2g/cm3至大約1.5g/cm3的密度。密度最好在大約0.5g/cm3和大約0.8g/cm3之間。最佳密度使碳量和燃燒點(diǎn)上存在的氧都達(dá)到最大。理論上密度可以高達(dá)2.25g/cm3，這是形成石墨晶體形態(tài)的純碳的密度。但是，如果密度太高，則熱源20的空隙體積將降低。較小的空隙體積意味著在燃燒點(diǎn)可利用的氧氣較少。這導(dǎo)致熱源難以燃燒。但是如果在熱源20中加入催化劑，則可能使用致密的熱源，即使用空隙體積小的密度接近2.25g/cm3的熱源。
在熱源20中可以使用某些添加劑，以便或者降低熱源20的著火溫度，或者幫助熱源20燃燒。這種幫助可以采取在較低的溫度下促使熱源20燃燒的形式，或者采取在較低的氧濃度時(shí)促使燃燒的形式，或者采取在二者皆有的情況下促使燃燒的形式。
金屬離子源例如鉀離子或鐵離子源可以用作催化劑。和不加催化劑的熱源20中發(fā)生的情況比較，這些鉀離子或鐵離子可以在較低的溫度下，或者在熱源可以加以利用的氧的濃度較低時(shí)促進(jìn)熱源20的燃燒?？梢圆捎锰妓徕?、檸檬酸鉀、氧化鐵、草酸鐵、草酸鈣、檸檬酸鐵或乙酸亞鐵。另外一些可能的催化劑包括鉬、鋁、鈉、鈣和鎂的化合物。為了保證這些添加劑在整個(gè)熱源20內(nèi)均勻分布，這些添加劑最好是水溶性的。
氧化鐵、草酸鐵或草酸鈣可以產(chǎn)生向熱源20供給更多氧的附加的好處。這種增加的氧有助于熱源20的燃燒。其它已知的氧化劑也可以加入熱源20，促使熱源20更完全燃燒。
如前所述，熱源20應(yīng)當(dāng)具有最少量的形成灰分的無(wú)機(jī)物質(zhì)。但是，木炭的形成灰分的無(wú)機(jī)物質(zhì)含量約為5%，金屬催化劑的加入將形成灰分的無(wú)機(jī)物質(zhì)含量增加到6%至8%。高達(dá)大約18%的形成灰分的無(wú)機(jī)物質(zhì)含量是可以接受的，但是，構(gòu)成灰分的無(wú)機(jī)物質(zhì)含量達(dá)到大約8%是最好的。
熱源20可以按照下述方法進(jìn)行制造。首先將木炭研磨到要求的粒度。如前所述，顆粒的尺寸可以高達(dá)大約700微米。顆粒最好被研磨到平均顆粒尺寸在大約5微米至大約30微米。
將木炭顆粒粘結(jié)在一起所用的粘結(jié)劑最好是用相當(dāng)純的原料作的二元粘結(jié)劑體系。第一種粘結(jié)劑是面粉，例如小麥面、大麥面、玉米面、燕麥面、黑麥面、大米面、高粱面、蛋黃面或大豆面。上述的那些面粉中，高蛋白(12-16%)或高面筋(12-16%)的面粉是最好的。高蛋白的小麥面是更合乎要求的。高蛋白含量的面粉是合乎需要的，因?yàn)樗鼈冊(cè)黾恿嗣娣鄣恼辰Y(jié)特性，因此增加了成品碳質(zhì)熱源的強(qiáng)度。第二粘結(jié)劑是單糖或雙糖，最好是蔗糖(食糖)。使用蔗糖可以減少需要的面粉量。它也有助于擠壓混合物。這兩類粘結(jié)劑在碳化時(shí)都形成相當(dāng)容易反應(yīng)的碳質(zhì)物料。還可能用面粉或其它已知粘結(jié)劑的一元粘結(jié)劑體系來(lái)制造碳質(zhì)熱源。
如下面敘述的，可以采用各種粘結(jié)劑濃度，但是要求盡量降低粘結(jié)劑濃度以減小熱傳導(dǎo)率和改進(jìn)熱源20的燃燒特性。所用的粘結(jié)劑被碳化并留下充分使碳顆粒粘結(jié)在一起的碳架。碳化處理使這樣的可能性減至最低限度，即在熱源20燃燒期間，將從未碳化的粘結(jié)劑形成復(fù)雜的產(chǎn)物。
在木炭被研磨到需要的尺寸以后，將它同面粉、糖、一種或多種燃燒添加劑和水混合并混合一段預(yù)定的時(shí)間。在最佳實(shí)施例中，采用大約4重量%至大約45重量%的高蛋白小麥面粉，最好采用大約7重量%至大約30重量%。在最佳實(shí)施例中，采用大約1重量%至大約25重量%的糖，最好采用大約5重量%至大約14重量%。在最佳實(shí)施例中，采用大約20重量%至大約95重量%的木炭，最好采用大約50重量%至大約85重量%。在最佳實(shí)施例中，采用高達(dá)8重量%的檸檬酸鉀，最好采用大約2.7重量%至大約5重量%。最好也將氧化鐵加入到混合物。在最佳實(shí)施例中，采用高達(dá)2重量%的氧化鐵，最好采用大約0.3重量%至1重量%。加入足夠量的水以便使混合物形成可擠壓的糊劑。
混合的時(shí)間可以用簡(jiǎn)單的常規(guī)試驗(yàn)確定?；旌蠎?yīng)當(dāng)保證各種物質(zhì)的完全均勻分布。如果以批量方式混合大量混合物，則最好要混合大約15分鐘至大約1小時(shí)。如果以連續(xù)方式例如在連續(xù)混合一擠壓機(jī)中混合少量體積的混合物，則只需要混合幾秒鐘。
混合物然后被模壓或擠壓成需要的形狀。最好用擠壓，因?yàn)檫@種方法比模壓經(jīng)濟(jì)。如果要擠壓熱源20，則可以在上述的一段預(yù)定的時(shí)間期滿之前大約5分鐘，將擠壓劑(例如任何植物油，像玉米油)加入到混合物中。這種油潤(rùn)滑混合物，有利于它的擠壓?？梢圆捎糜刹煌局圃斓母鞣N類型的擠壓機(jī)。最好采用擠泥箱或連續(xù)混合擠壓機(jī)例如Baker-Perkins雙螺旋擠壓機(jī)。已擠壓的混合物的密度應(yīng)當(dāng)在大約0.75g/cm3至大約1.75g/cm3之間。
在混合物被模壓或擠壓之后，將其干燥到水份量約在大約2%和大約11%之間，最好在大約4%和大約6%之間。然后將干燥的已被擠壓或模壓的材料在惰性氣氛中在足以使粘結(jié)劑碳化和足以從熱源20中驅(qū)除易揮發(fā)物的溫度下焙燒。木炭還可以在它同粘結(jié)劑和催化劑混合之前進(jìn)行焙燒以除去剩余有機(jī)物。已擠壓的或已模壓的材料一般應(yīng)在大約500°F至大約3000°F的溫度下進(jìn)行焙燒。最好在大約1400°F至大約1800°F的溫度下焙燒已擠壓的或已模壓的材料。焙燒溫度必須足夠高，以便將在已擠壓的或已模壓的材料中的可揮發(fā)物除去。但是，隨著焙燒溫度增加，熱傳導(dǎo)率增加。如前所述，熱源20的熱傳導(dǎo)率增加是一種不希望的特性。因此必須選取折衷溫度。
焙燒熱源20的惰性氣氛最好是氦氣和氬氣?；蛘卟捎煤鈿夥栈蛘卟捎脷鍤鈿夥諏⑻烊淮嬖诘牡?dú)獬?。如果采用氮?dú)鈿夥眨紝⑼瑲夥罩幸恍┑l(fā)生反應(yīng)。這將導(dǎo)致在熱源20燃燒時(shí)形成氮的氧化物。如前所述，傳給吸煙者的主要燃燒氣體最好是二氧化碳。
在焙燒期間，已擠壓的或已模壓的材料將會(huì)收縮大約4%至大約10%。因此，為了把這種收縮考慮進(jìn)去，擠壓的或模壓的材料應(yīng)當(dāng)被擠壓或模壓到稍微大于用作熱源要求的尺寸。
在已擠壓或已模壓的材料被焙燒之后，將其在惰性氣氛中冷卻到大約200°F以下。已擠壓或已模壓的材料也可以在由惰性氣體和氧或含氧化合物的混合物構(gòu)成的氣氛中進(jìn)行冷卻。隨后將已擠壓或模壓的材料切成要求的長(zhǎng)度和研磨到供在卷煙制品中作熱源使用最后要求的尺寸。已擠壓的或已模壓的材料可以首先被研磨到要求的尺寸，然然后再切成要求的長(zhǎng)度。最好采用無(wú)心磨削法將已擠壓或已模壓的材料研磨到最后要求的尺寸。
例1將下列混合物在Sigma葉片混料器中混合大約30分鐘，制成可擠壓的混合料65克被碾磨到平均顆度為30微米的硬木木炭;
70克原色小麥面(Pillsbury的原色濃縮小麥面);
40克糖(Domino純甘蔗糖);
50克水。
在混合之后，用擠泥箱式擠壓機(jī)擠壓混合物，使其具有0.200英寸外徑24英寸長(zhǎng)的尺寸和內(nèi)部星形通道。隨后將形成的棒干燥到大約5%的水份。將棒切成12英寸長(zhǎng)，隨后裝入連續(xù)用氮?dú)鉀_洗的不銹鋼容器中。將此容器放入爐中并按照下列爐溫周期焙燒至1000°F的溫度室溫至425°F，3.5小時(shí);
425°F至525°F，1.5小時(shí);
5.25°F至1000°F，2小時(shí);
保持在1000°F，2小時(shí);
1000°F至室溫，隨著爐子冷卻。
-當(dāng)冷卻之后，將棒從不銹鋼箱取出，切成10mm長(zhǎng)度，隨后便可用作碳質(zhì)熱源。
例2將下列混合物在Sigma葉片混料器中混合大約20分鐘，119克采用類似于美國(guó)專利№.3152985的方法制造的軟木樹皮木炭飛灰〔也稱作木炭(BarChar)或樹皮炭(BarkChar)〕。在使用之前通過(guò)旋轉(zhuǎn)焙燒爐并將蒸氣注入焙燒爐對(duì)樹皮木炭進(jìn)行處理，使樹皮飛灰活化。將由此獲得的碳碾磨到90%通過(guò)325目篩(粉末活性炭，ActicarbIndustries商標(biāo)Watercarb)。然后，將得到的粉末噴射碾磨至最后平均顆度約為10至12微米;
44克高蛋白或高面筋小麥面(Pillsbury的“均衡”級(jí)高面筋原色小麥面);
1克氧化鐵，其顆度小于44微米。
混合之后，將下列組份的溶液加入到干的配料中并再混合30分鐘120克水;
22克糖(Domino的純蔗糖);
9克檸檬酸鉀。
混合之后，將3克玉米油(Mazola玉米油)加入到混合物并再混合5分鐘。玉米油被用作為擠壓助劑。
在摻和之后，用擠泥箱式擠壓機(jī)擠壓混合物，使其具有0.200英寸外徑12英寸長(zhǎng)的尺寸和內(nèi)部星形通道。為了便于處理，將從擠壓機(jī)頭出來(lái)的棒收集出具有V形凹槽的石墨板上。將V形凹槽石墨板和已擠壓的棒放入不銹鋼容器并連續(xù)用氦氣沖洗。然后將容器放入爐子并按照下列爐溫周期焙燒到1700°F的溫度。
室溫至425°F，3.5小時(shí);
425°F至525°F，1.5小時(shí);
525°F至1700°F，2小時(shí);
保持在1700°F，3小時(shí)，1700°F至室溫，隨爐子冷卻。
冷卻之后，從不銹鋼容器中取出V形凹槽石墨板和已擠壓的棒。從石墨上取下棒，切成10mm的長(zhǎng)度并研磨至4.65mm外徑。
例3除開采用類似于美國(guó)專利№.3152985的方法制造的軟木樹皮飛灰〔也稱作木炭(BarChar)或樹皮炭(BarkChar)〕不被活化外，重復(fù)例2的過(guò)程。
例4除開下面的過(guò)程外，也只是重復(fù)例2的過(guò)程將制造的棒干燥至5%的水份并將其放在連續(xù)帶式焙燒爐的傳送帶上，焙燒爐保持在1700°F的溫度下并連續(xù)用氦氣或氬氣沖洗。
例5采用雙螺旋擠壓機(jī)來(lái)混合和連續(xù)擠壓下列三種組份按2.55∶1.41∶1.0之比混合的混合物(A)已摻和的干配料〔9.7磅高蛋白或高面筋的小麥面(Pillsbury的“均衡”級(jí)高面筋原色小麥面);35.0磅碳(與例2中用的碳相同)和0.29磅氧化鐵(其粒度小于44微米)〕;(B)包含17.65磅水、4.85磅糖(Domina的純蔗糖)和2.35磅檸檬酸鉀的溶液;(C)17.65磅水(標(biāo)稱值)。
將上述三種組分在雙螺旋擠壓機(jī)中混合、摻和并擠壓(按照需要調(diào)節(jié)水量使擠壓出的棒達(dá)到相當(dāng)一致)至0.195英寸外徑的尺寸寸，然后切成12英寸的長(zhǎng)度。生產(chǎn)出的棒還具有內(nèi)部星形通道。然后將棒干燥至約5%的水份。將棒置于具有V形凹槽的石墨板上。進(jìn)一步的處理同例2。
因此，可以看出，本發(fā)明提供了一種碳質(zhì)熱源，這種碳質(zhì)熱源使傳送到香料層的熱量達(dá)到最大限度，并幾乎達(dá)到完全燃燒僅留下最小量的殘留灰份，而且它具有低的熱傳導(dǎo)率，可以在常規(guī)香煙的正常條件下著火。
權(quán)利要求
1.一種含碳熱源，它具有一個(gè)或一個(gè)以上的穿過(guò)其中的流體通道，其特征在于上述的流體通道由許多相交的面形成，以便使傳送給流過(guò)上述熱源的空氣的熱量增加。
2.按照權(quán)利要求1所述的熱源，其特征在于，上述一個(gè)或多于一個(gè)的通過(guò)上述熱源的流體通道被成形為多角星的形狀。
3.按照權(quán)利要求2所述的熱源，其特征在于，上述一個(gè)或多于一個(gè)的流體通道的幾何表面積至少等于上述熱源的外部幾何表面積。
4.按照權(quán)利要求1所述的熱源，其特征在于，上述一個(gè)或多于一個(gè)的流體通道的幾何表面積至少等于上述熱源的外部幾何表面積。
5.按照權(quán)利要求1所述的熱源，其特征在于，上述熱源由木炭顆粒組成。
6.按照權(quán)利要求5所述的熱源，其特征在于，上述木炭顆粒是用軟木木炭制得的。
7.按照權(quán)利要求5所述的熱源，其特征在于，上述木炭顆粒是用硬木木炭制得的。
8.按照權(quán)利要求5所述的熱源，其特征在于，上述木炭是被活化過(guò)的。
9.按照權(quán)利要求8所述的熱源，其特征在于，上述活化是利用蒸氣氧化實(shí)現(xiàn)的。
10.按照權(quán)利要求5所述的熱源，其特征在于，上述熱源至少包含一種燃燒添加劑。
11.按照權(quán)利要求10所述的熱源，其特征在于，上述燃燒添加劑選自一群物質(zhì)，這群物質(zhì)由檸檬酸鉀、碳酸鉀、氧化鐵、草酸鈣、草酸鐵、鉀離子、鐵離子、檸檬酸鐵、乙酸亞鐵、鉬的化合物、鋁的化合物、鈣的化合物、鎂的化合物、鈉的化合物、氧化劑及它們的混合物組成。
12.按照權(quán)利要求5所述的熱源，其特征在于，上述熱源的碳含量約為89重量%。
13.按照權(quán)利要求5所述的熱源，其特征在于，上述木炭顆粒尺寸最高可達(dá)700微米。
14.按照權(quán)利要求5所述的熱源，其特征在于，上述木炭顆粒尺寸在大約5微米至大約30微米的范圍內(nèi)。
15.按照權(quán)利要求5所述的熱源，其特征在于，上述的木炭顆粒用BET法測(cè)定的比表面積在大約50m2/g至大約2000m2/g的范圍內(nèi)。
16.按照權(quán)利要求5所述的熱源，其特征在于，上述的木炭顆粒用BET法測(cè)定的比表面積在大約200m2/g至大約600m2/g的范圍內(nèi)。
17.按照權(quán)利要求5所述的熱源，其特征在于，上述熱源的空隙體積為大約50%至大約60%。
18.按照權(quán)利要求5所述的熱源，其特征在于，上述熱源的細(xì)孔尺寸在大約1微米至大約2微米。
19.按照權(quán)利要求1所述的熱源，其特征在于，上述熱源的密度為大約0.2g/cm3至大約1.5g/cm3。
20.按照權(quán)利要求1所述的熱源，其特征在于，上述熱源的密度為大約0.5g/cm3至大約0.8g/cm3。
21.按照權(quán)利要求5所述的熱源，其特征在于，上述熱源的形成灰份的無(wú)機(jī)物質(zhì)含量最高可達(dá)18%。
22.按照權(quán)利要求5所述的熱源，其特征在于，上述熱源的形成灰份的無(wú)機(jī)物質(zhì)含量最高可達(dá)8%。
23.按照權(quán)利要求3所述的熱源，其特征在于，上述熱源由木炭顆粒組成。
24.按照權(quán)利要求23所述的熱源，其特征在于，上述熱源的碳含量約為89%。
25.按照權(quán)利要求23所述的熱源，其特征在于，上述木炭顆粒是用軟木木炭制得的。
26.按照權(quán)利要求23所述的熱源，其特征在于，上述木炭顆粒是用硬木木炭制得的。
27.按照權(quán)利要求23所述的熱源，其特征在于，上述木炭是被活化過(guò)的。
28.按照權(quán)利要求27所述的熱源，其特征在于，上述活化是利用蒸氣氧化實(shí)現(xiàn)的。
29.按照權(quán)利要求23所述的熱源，其特征在于，上述木炭顆粒尺寸最高可達(dá)700微米。
30.按照權(quán)利要求23所述的熱源，其特征在于，上述木炭顆粒尺寸在大約5微米至大約30微米的范圍內(nèi)。
31.按照權(quán)利要求30所述的熱源，其特征在于，上述熱源的空隙體積為大約50%至大約60%。
32.按照權(quán)利要求29所述的熱源，其特征在于，上述熱源的細(xì)孔的尺寸為大約1微米至大約2微米。
33.按照權(quán)利要求32所述的熱源，其特征在于，上述木炭顆粒用BET法測(cè)定的比表面積在大約50m2/g至大約2000m2/g的范圍內(nèi)。
34.按照權(quán)利要求32所述的熱源，其特征在于，上述木炭顆粒用BET法測(cè)定的比表面積在大約200m2/g至大約600m2/g的范圍內(nèi)。
35.按照權(quán)利要求34所述的熱源，其特征在于，上述熱源的密度為大約0.2g/cm3至大約1.5g/cm3。
36.按照權(quán)利要求34所述的熱源，其特征在于，上述熱源的密度為大約0.5g/cm3至大約0.8g/cm3。
37.按照權(quán)利要求35所述的熱源，其特征在于，上述熱源的形成灰份的無(wú)機(jī)物質(zhì)含量最高可達(dá)18%。
38.按照權(quán)利要求35所述的熱源，其特征在于，上述熱源的形成灰份的無(wú)機(jī)物質(zhì)含量最高可達(dá)8%。
39.按照權(quán)利要求37所述的熱源，其特征在于，上述熱源至少包含一種燃燒添加劑。
40.按照權(quán)利要求39所述的熱源，其特征在于，上述燃燒添加劑選自一群物質(zhì)，這群物質(zhì)由檸檬酸鉀、碳酸鉀、氧化鐵、草酸鈣、草酸鐵、鉀離子、鐵離子、檸檬酸鐵、乙酸亞鐵、鉬的化合物、鋁的化合物、鈣的化合物、鎂的化合物、鈉的化合物、氧化劑及它們的混合物組成。
41.一種制造供卷煙制品用的熱源的方法，其特征在于下列步驟(a)將要求尺寸的木炭顆粒與要求的添加劑混合一段預(yù)定的時(shí)間;(b)將上述木炭和添加劑擠壓或模壓成要求的形狀;(c)焙燒上述已擠壓的材料。
42.按照權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，上述要求的添加劑是粘結(jié)劑。
43.按照權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，上述粘結(jié)劑是面粉。
44.按照權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，上述粘結(jié)劑是單糖或雙糖。
45.按照權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于上述粘結(jié)劑是二元粘結(jié)劑。
46.按照權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于，上述二元粘結(jié)劑的一種粘結(jié)劑是面粉，另一種粘結(jié)劑是單糖或雙糖。
47.按照權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于，上述面粉選自一組面粉，這組面粉由小麥面、大麥面、玉米面、黑麥面、大米面、高梁面、蛋黃面、大豆面、燕麥面及它們的混合面組成。
48.按照權(quán)利要求46的所述的方法，其特征在于，上述單糖或雙糖是蔗糖。
49.按照權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，在上述的一段預(yù)定的時(shí)間期滿之前，將油加入到上述木炭和添加劑中。
50.按照權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，在上述的一段預(yù)定的時(shí)間期滿之前約五分鐘，將油加入到上述木炭和添加劑中。
51.按照權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，上述油是植物油。
52.按照權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于，上述植物油是玉米油。
53.按照權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，上述焙燒步驟是在大約500°F至大約3000°F的溫度下進(jìn)行的。
54.按照權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，上述焙燒步驟是在大約1400°F至大約1800°F的溫度下進(jìn)行的。
55.按照權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，上述焙燒步驟是在惰性氣氛中進(jìn)行的。
56.按照權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，上述惰性氣氛是氦氣。
57.按照權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，上述惰性氣氛是氬氣。
58.按照權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，在焙燒之前，干燥上述已擠壓或已模壓的材料。
59.按照權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，上述已擠壓或已模壓的材料被干燥至水份含量在大約1%和大約11%之間。
60.按照權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，上述已擠壓或已模壓的材料被干燥至水份含量在大約4%和大約6%之間。
61.按照權(quán)利要求41所述的方法，其特征還在于，在焙燒之后，冷卻上述已擠壓的或已模壓的材料。
62.按照權(quán)利要求58所述的方法，其特征還在于，在焙燒之后，冷卻上述已擠壓的或已模壓的材料。
63.按照權(quán)利要求61所述的方法，其特征在于，上述已擠壓或已模壓的材料被冷卻到低于約200°F的溫度。
64.按照權(quán)利要求61所述的方法，其特征在于，上述已擠壓或已模壓的材料在惰性氣氛中被冷卻。
65.按照權(quán)利要求61所述的方法，其特征在于，上述已擠壓或已模壓的材料在惰性氣體和氧氣或氧的化合物的氣氛中被冷卻。
66.按照權(quán)利要求63所述的方法，其特征在于，上述已擠壓或已模壓的材料在惰性氣氛中被冷卻。
67.按照權(quán)利要求63所述的方法，其特征在于，上述已擠壓或已模壓的材料在惰性氣體和氧氣或氧的化合物的氣氛中被冷卻。
68.一種基本上為圓柱形的含碳熱源，其特征在于，上述熱源由木炭顆粒構(gòu)成，該木炭顆粒是從已經(jīng)在氧化氣氛中碳化的產(chǎn)生碳的原料制得的。
69.按照權(quán)利要求68所述的含碳熱源具有一個(gè)或多于一個(gè)的穿過(guò)其中的流體通道，其特征在于，每個(gè)上述流體通道被成形為多角星的形狀。
70.按照權(quán)利要求69所述的含碳熱源，其特征在于，上述一個(gè)或多于一個(gè)的流體通道的幾何表面積至少等于上述熱源的外部幾何表面積。
71.按照權(quán)利要求1所述的熱源，其特征在于，上述熱源基本上是圓柱形的。
全文摘要
提供了一種供卷煙制品10用的碳質(zhì)熱源20。熱源20被設(shè)計(jì)為可將最大限度的熱量傳送給在卷煙制品10中的香料層21。熱源20基本上進(jìn)行完全燃燒只留下最少的殘留灰粉，它具有相當(dāng)?shù)偷臒醾鲗?dǎo)率并在常規(guī)香煙的正常燃亮條件可以著火燃燒。
文檔編號(hào)A24F47/00GK1039711SQ8910493
公開日1990年2月21日 申請(qǐng)日期1989年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1988年7月22日
發(fā)明者威廉姆·安頓·尼斯托姆, 樓·C·闌澤, 海瑞·威森特·蘭澤勞提, 查里斯·B·哈沃德, A·克利夫坦·利利·杰, 約翰·羅伯特·海雷 申請(qǐng)人:菲利普莫里斯生產(chǎn)公司